Гипоксия: системные, органные, молекулярно-клеточные механизмы компенсации и адаптации

ФГБУ ВО «Ульяновский государственный университет», г. Ульяновск, Россия

Цель исследования – оценить изменения газового состава крови, органные и молекулярно-клеточные механизмы компенсации и адаптации некоторых висцеральных (сердце, легкие, печень) и соматических органов (скелетная мышца) при действии прерывистой гипобарической гипоксии.

Материалы и методы. Исследования проводили на крысах самцах линии Вистар, массой 240–260 г. Гипоксические воздействия моделировали в барокамере, при давлении 350 мм рт. ст. (высота 6000 м над ур. м.), 6 раз в неделю, на протяжении 30 сут. Гипоксические сеансы включали в себя подъем на высоту в течение 5 мин, нахождение на высоте – 10 мин, спуск до уровня моря – 5 мин, с последующим периодом восстановления (нормоксия) – 5 мин. Ежедневный гипоксический сеанс включал в себя 3 таких воздействия. До и сразу после гипоксических воздействий оценивали газовый состав и кислотноосновное состояние (КОС) крови из хвостовой артерии. Морфофункциональные изменения в сердце, легких, печени и четырехглавой мышце бедра, оценивали до (контроль), на 1, 15 и 30-е сут гипоксической тренировки. Образцы сердца, легких, печени и четырехглавой мышцы бедра брали для проведения гистологических исследований и определения экспрессии гипоксией индуцированного фактора (Hif 1α), который оценивали с использованием поли-меразно – цепной реакции (ПЦР)

Результаты исследования. Результаты исследования показали, что после однократного гипоксического воздействия (спуск-подъем) в первый день эксперимента в крови развивается выраженная артериальная гипоксемия (РаО2 – 50–53 мм рт. ст., SаО2 – 71,5– 73 %) и сдвиг активной реакции крови в сторону ацидоза (рНа – 7,32–7,34), подтверждаю- щие развитие кратковременной тотальной гипоксии. В период пятиминутного восстановления происходит полная компенсация указанных изменений (РаО2 – 96,5±3,2 мм рт. ст., SаО2 – 97,1±0,5 %, рН – 7,45±0,01).

На 15 и 30-е сутки во время гипоксических сеансов тенденции к изменению рО 2 и SO 2 сохраняется, хотя степень их снижения выражена в меньшей степени; смешанные формы метаболического и респираторного ацидоза, сменяются сдвигом активной реакции артериальной крови в сторону респираторного алкалоза, что свидетельствует о повышении эффективности дыхательной компенсации метаболических сдвигов.

При оценке сосудистых изменений в органах установлено, что в первые дни адаптации к гипоксии в легких, сердце и печени отмечается дилатация и увеличение количества функционирующих сосудов МЦР, при их вазоконстрикции в легких (феномен Эйлера– Лильестранда).

На 15–30-е сут направленность реактивных сосудистых изменений при гипоксии сохраняется, при выраженной дилатации сосудов МЦР в сердце и печени, на фоне сглаживания легочной гипертензии и исчезновения признаков нарушения сосудистой проницаемости в органах.

Установлено, что ключевую роль в возникновении компенсаторных и последующих структурных изменений играет ген Hif1А, который локализован на 14 хромосоме, состоит из 15-ти экзонов и кодирует субъединицу Hif1α, которая считается ведущим транскрипционным регулятором генов, вовлекаемых в процесс клеточной адаптации к гипоксии, включая процессы ангиогенеза, вазомоторного контроля, энергетического метаболизма, транспорта О 2 и т. д.

Результаты исследования показали, что начиная с первого гипоксического сеанса (1-е сут) экспрессия Hif1α наблюдается во всех изучаемых органах, однако количественные ее изменения имеют определенные различия. Так, степень экспрессии Hif1α в сердце в первый день эксперимента увеличи вается в 3,6раза (Р<0,05), на 15-е и 30-е сут в 11,0 и 11,6 раза по сравнению с контрольными данными.

В легких уровень экспрессии выражен в меньшей степени, при количественном увеличении показатели в 2,2, 4,6 и 6,4 раза на 1, 15 и 30-е сут эксперимента.

В четырехглавой мышце бедра направленность и количественные характеристики экспрессии Hif 1α были близки к изменениям, отмеченным в легких. Иные количественные изменения отмечены в печени. Так, в первый день эксперимента экспрессия Hif 1α возросла в 2,2 раза (Р<0,001), на 15-е сут – в 3 раза (Р<0,001) и на 30-е сут это повышение составило 2,4 раза (Р<0,001).

Заключение. Полученные результаты свидетельствуют, что при действии прерывистой гипобарической гипоксии Hif 1α экспрессируется во всех изучаемых тканях, при наличии количественных различий, которые, очевидно, лежат в основе гетерогенности и гетерохронности процессов морфофункциональной адаптации висцеральных и соматических органов в условиях дефицита О 2 .