4 ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время проблема повышения общей сопротивляемости организма приобрела особую актуальность в связи с прогрессирующим распространением хронического стресса у практически здоровых людей вследствие расширения сфер профессиональной деятельности, загрязнения окружающей среды и отхода от традиционных условий быта (Фурдуй, 1990). К факторам риска можно отнести появление сложных видов трудовой деятельности, не-
IФ измеримо возросший темп жизни, особенно в городах, резкое повышение по-
тока информации, избыточное потребление пищевых жиров, злоупотребление медикаментозными средствами, табаком и алкоголем, недостаток физической активности и т.д., каждый из которых в отдельности или в сочетании с другими порождает серьезные проблемы со здоровьем, вызывая нервно-психическое перенапряжение с развитием синдрома хронического стресса.
Одним из путей решения проблемы повышения неспецифической со-
^ противляемости организма человека является использование фармакологиче-
ских средств - адаптогенов. Предпочтение отдается растительным препаратам ввиду их высокой эффективности, отсутствия токсичности и развития негативных реакций при длительном применении. Перспективным направлением представляется разработка многокомпонентных растительных препаратов, высокая фармакотерапевтическая эффективность которых обусловлена гармоничным сочетанием биологически активных веществ, оказывающих адекватное воздействие на основные звенья патологического процесса, а также осуществляющих коррекцию функционального состояния организма в целом.
В связи с этим, нами разработано новое растительное средство в виде 40% спиртового экстракта, условно названного «Тантон» и состоящего из сырья следующих видов растений ( в масс, ч.):
аир болотный (корневища) 10,0
бадан толстолистный (корневища и корни) 4,0
боярышник кровавокрасный (плоды) 3,0
девясил высокий (корневища и корни) 10,0
имбирь аптечный (корни) 2,0
календула лекарственная (цветки) 8,0
^ кардамон настоящий (плоды) 2,0
крапива двудомная (листья) 10,0
левзея сафлоровидная (корневища и корни) 10,0
мускатный орех (плоды) 2,0
облепиха крушиновидная (плоды) 4,0
перец черный (плоды) 1,0
#
w петрушка кудрявая (корни) 2,0
пятилистник кустарниковый (побеги) 4,0
родиола розовая (корневища и корни) 10,0
солодка уральская (корни) 8,0
шиповник (плоды) 10,0
Обоснованием для выбора компонентов при разработке вышеуказанной композиции послужили данные о фармакологических свойствах и химическом составе лекарственного растительного сырья. Так, в состав «Танто-на», наряду с известными адаптогенными (родиола розовая, левзея сафлоровидная, аир болотный) и иммуномодулирующими средствами (девясил высокий, календула лекарственная, пятилистник кустарниковый), входят растения, содержащие большое количество витаминов (облепиха крушиновидная, шиповник) и специи (петрушка кудрявая, мускатный орех, перец черный, кардамон настоящий и др.).
6
Высокая фармакотерапевтическая эффективность указанного многокомпонентного растительного средства достигается благодаря сочетанию целого комплекса биологически активных веществ, вследствие чего наблюдается взаимное усиление полезных фармакологических свойств каждого входящего ингредиента.
Целью настоящего исследования явилось выявление особенностей морфофункциональных изменений надпочечников, тимуса и желудка белых (9* крыс при иммобилизационном стрессе и их коррекция фитосредством «Тан-
тон».
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:
- выяснить особенности морфофункционального состояния надпочечников, тимуса и желудка при иммобилизационном стрессе разной экспозиции;
- оценить влияние «Тантона» на морфофункциональное состояние над-Щ? почечников, тимуса и желудка на фоне иммобилизационного стресса;
- определить спектр адаптогенной активности «Тантона»;
- выяснить возможные механизмы адаптогенного действия «Тантона». Научная новизна. Установлено, что иммобилизационный стресс индуцирует гипертрофию надпочечников, инволюцию тимуса и появление деструктивных повреждений в слизистой оболочке желудка белых крыс, коррелирующих по выраженности с продолжительностью стрессорного воздей-
(Щ ствия. Патоморфологические изменения в надпочечниках характеризовались
гипертрофией преимущественно пучковой зоны коркового вещества. Также иммобилизационный стресс сопровождался некрозом лимфоидной ткани и инволюцией тимуса. Основу морфологических изменений тканей желудка составляло сочетание альтеративных изменений покровного эпителия, снижение функциональной активности желез и обильной воспалительной инфильтрации межуточной ткани.
7
Установлено, что превентивное введение «Тантона» на фоне иммоби-лизационного стресса предупреждает развитие патоморфологических изменений надпочечников, тимуса и желудка белых крыс.
«Тантон» обладает выраженной адаптогенной активностью при экстремальных воздействиях различной природы: интенсивных физических нагрузках (динамических и статических), гипоксии (гипобарической, гемиче-ской и гистотоксической), иммобилизационном стрессе.
Установлено, что широкий спектр адаптогенной активности испытуемого средства связан с формированием под его влиянием состояния неспецифически повышенной резистентности, обусловленного стабилизацией мембранных структур клеток. Молекулярно-клеточный механизм мембрано-стабилизирующего действия «Тантона» связан с ограничением окислительного стресса, обусловленного как ингибированием процессов перекисного окисления липидов, так и повышением мощности системы эндогенной анти-Щ* окислительной защиты организма при экстремальных воздействиях. Наряду с
этим, испытуемое средство стимулирует процессы синтеза белка, а также способствует оптимизации энергетического обмена, поддерживая на более высоком уровне процессы энергообеспечения структур, ответственных за реализацию адаптивных реакций организма.
Практическая значимость. Материалы исследований включены в отчет по доклиническому изучению «Тантона», рекомендованного в качестве Щ биологически активной добавки (БАД) для повышения неспецифической ре-
зистентности организма.
Материалы диссертационной работы включены в методические рекомендации для студентов «Оптимизация адаптивных реакций организма» и используются в процессе преподавания курсов фармакологии, фитотерапии и традиционной медицины на кафедрах медицинского факультета Бурятского государственного университета МО РФ.
8 Основные положения, выносимые на защиту:
- иммобилизационный стресс вызывает морфофункциональные изменения надпочечников, тимуса и желудка белых крыс;
- растительное средство «Тантон» оказывает стресс-протективное действие на фоне иммобилизационного стресса, снижая выраженность патомор-фологических изменений надпочечников, тимуса и желудка белых крыс;
- «Тантон» оказывает выраженное адаптогенное действие, повышая t*U неспецифическую резистентность организма к действию стрессорных факторов различной природы;
- базисным молекулярно-клеточным механизмом адаптогенного действия «Тантона» является его способность ингибировать процессы перекисного окисления липидов и тем самым стабилизировать мембранные структуры клеток при экстремальных воздействиях различной природы;
- адаптогенный эффект испытуемого средства обусловлен также опти-^/, мизацией процессов энергообмена и активацией синтеза белка.
Апробация работы: Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:
- научно-практической конференции "Биологически активные добавки в профилактической и клинической медицине" (Улан-Удэ, 2001);
- ежегодной научно-практической конференции Бурятского государственного университета (Улан-Удэ, 2001, 2002);
{ф - юбилейной конференции РОО «Фитотерапевтическое общество» (М, 2002);
- IX Российском Национальном конгрессе "Человек и лекарство" (М, 2002);
- 5 конгрессе «Современные проблемы аллергологии, иммунологии и имму-нофармакологии» (М., 2002);
- конгрессе молодых ученых «Науки о человеке» (Томск, 2002);
- X Российском Национальном конгрессе "Человек и лекарство" (М., 2003);
- научно-практической конференции "Биологически активные добавки в профилактической и клинической медицине" (Улан-Удэ, 2003);
9
- ежегодных научных сессиях Восточно-Сибирского Государственного технологического университета по секции "Химия биологически активных веществ" (Улан-Удэ, 2004).
Диссертация выполнена в лаборатории безопасности биологически активных веществ Отдела биологически активных веществ Института общей и экспериментальной биологии Сибирского отделения Российской академии наук и в соответствии с программой и планом научно-исследовательских ра- бот (№ гос. per. 01.9.40003183) по теме: «Создание информационного банка данных по тибетской медицине и разработка новых лекарственных препаратов», утвержденной 06.12.95 года Президиумом СО РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 162 страницах компьютерного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 245 источников, из которых 58 иностранных авторов. Работа иллюстрирована 22 таблицами и 52 рисунками.
10
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Современные представления о механизмах стресса и адаптации.
Термин «стресс» ввел в биологию канадский физиолог Ганс Селье в 1936 году. В общем виде, стресс применительно к человеку можно определить как состояние организма, всегда возникающее при действии на него различных факторов или стрессоров, будь то, так называемые, физические стрессоры (холод, физическая нагрузка, недостаток кислорода в воздухе и (Ш т.п.), или психические (эмоциональные) стрессоры, которые обычно назы-
вают стрессорными ситуациями (опасность, аварийные и чрезвычайные ситуации, несчастье, неожиданное радостное известие, конфликтные ситуации в семье или на работе, цейтнот и др.).
Г. Селье установил и описал явление стресса применительно к млекопитающим и человеку. При этом Г. Селье на основании экспериментов на крысах, которые подвергались действию различных повреждающих агентов, описал стресс как "процесс, закономерно протекающий в трех стадиях, последовательно переходящих друг в друга, проявление которых не зависит от природы повреждающего агента" (Selye, 1936).
Первая стадия, или "реакция тревоги" (в течение 48 часов после начала воздействия), т. е. в нынешнем понимании - открытый стресс, характеризуется, по Г. Селье, быстрым уменьшением размеров тимуса, селезенки, лимфатических узлов и печени, исчезновением жировой ткани, отечностью, выходом плеврального и перитонеального транссудата, снижением мышечного тонуса, образованием язв в пищеварительном тракте, уменьшением содержания липидов и хромаффинных веществ в надпочечниках. Одновременно имеют место гиперемия кожи, экзофтальм, слезотечение и саливация. При большой силе воздействия уже эта "реакция тревоги" может закончиться гибелью организма. Но если организм переносит эту стадию синдрома, то наступает вторая стадия.
Вторая стадия, или "стадия резистентности» (начинается спустя 48 ч после повреждающего действия), характеризуется увеличением надпочеч-
11
ников, восстановлением их липидных гранул, вакуолизацией хромаффин-ных клеток медуллы (мозгового слоя надпочечников, началом исчезновения отечности, появлением многочисленных базофилов в гипофизе, тенденцией к гиперплазии щитовидной железы, атрофией гонад и прекращением общего роста тела животных. Если повреждающее действие было не столь сильным, то у животных возрастает резистентность и в более поздний период второй стадии вид и функция органов практически возвращаются к норме. Но если действие повреждающего агента продолжается дольше, то после этой стадии животные теряют свою резистентность, что приводит к "стадии истощения", рассматриваемой автором как третья стадия, которая может привести к гибели.
Определяя стресс-реакцию как «общий адаптационный синдром", Г. Селье подчеркивал, что это явление характеризуется как неспецифичностью, так и специфичностью. Он писал, что "... стресс - состояние, проявляющееся специфическим синдромом, который включает в себя все неспе-цифически вызванные изменения в биологической системе». Иными словами, стресс по своему характеру является специфическим, так как всегда проявляется описанными выше специфическими симптомами (реакцией тимуса, надпочечников и т.д.), но одновременно стресс является неспецифическим по своему происхождению, так как он возникает при действии на организм самых разных стрессоров - "механического, физического, химического, биологического и психического характера" (Selye, 1959). При этом Г. Селье указывал, что «...стресс-реакция представляет собой обычные и закономерные ответы организма не только на прямое повреждающее действие, но и на любые другие "стимулы"». К ним Г. Селье относил мышечные упражнения, температурные изменения, яды и другие воздействия, по отношению к которым "имеет место привыкание или закаливание" (Selye, 1936), т. е., иными словами, к любым факторам окружающей среды.
Стресс-реализующая система - сложный регуляторный комплекс, который помогает координировать гомеостаз в обычных условиях и играет
12
ключевую роль в активации и координации всех изменений в организме, составляющих адаптивную реакцию на стрессоры. В соответствии с данными современных исследований, эта система состоит из центрального звена и двух периферических ветвей, которые осуществляют связь центрального звена со всем организмом (Пшенникова, 2000).
Центральное звено находится в гипоталамусе и других отделах ствола мозга. Гипоталамус - осуществляет нервную регуляцию эндокринных функций, который получает информацию о появлении стрессора и "запускает" работу стресс-системы. Под влиянием афферентных импульсов нервные клетки гипоталамуса продуцируют нейросекрет, содержащий полипептидные рилизинг-факторы. Поступая в гипофиз через расположенную под гипоталамусом воронку по местной портальной системе кровообращения, рилизинг-факторы стимулируют синтез и секрецию адренокор-тикотропного гормона гипофиза, осуществляя через него каскадную активацию мозгового вещества и коры надпочечников (Апчел, 1999).
Периферические ветви стресс-системы представлены гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системой (осью), конечным продуктом которой являются гормоны - глюкокортикоиды, выделяющиеся из коры надпочечников и симпатико-адреналовой системой, в которую входит симпатическая нервная система (иннервирующая все органы и ткани) и мозговой слой надпочечников; конечным продуктом этой системы являются катехо-ламины - норадреналин и адреналин (Chrousos, Gold, 1992; Harbuz, Light- man, 1992).
Основным результатом активации стресс-системы является увеличенный выброс глюкокортикоидов и катехоламинов - главных стресс-гормонов. Они обладают широким диапазоном действия в организме, главная черта которого состоит в мобилизации энергетических и структурных ресурсов организма. Катехоламины закономерно увеличивают минутный объем сердца, вызывают мобилизацию гликогенного резерва печени и гипергликемию, липолиз и увеличение содержания жирных кислот в крови
13
и соответственно увеличивают приток кислорода и субстратов окисления к тканям. Глюкокортикоиды, действуя на генетическом уровне, активизируют глюконеогенез и трансаминирование, а тем самым преобразование аминокислот в глюкозу - структурного резерва организма в энергетический. (Меерсон, 1981).
Однако при действии чрезвычайно сильного и длительно действующего раздражителя - боли, голода, холода или жары, жажды, непосильной (Л) физической или психоэмоциональной нагрузки, от которых невозможно
освободиться, стрессорные механизмы нейрогуморальной регуляции оказываются в состоянии продолжительного и сильного возбуждения, в гуморальных средах организма длительно поддерживается высокий уровень ка-техоламинов и глюкокортикоидов, а также других биологически активных веществ. В этих условиях высокий уровень катехоламинов и кортикосте-роидов обусловливает развитие повреждений внутренних органов, приводит к возникновению собственно стрессорных болезней (Барабой, 1992).
Среди патогенетических факторов стрессорных повреждений можно выделить несколько ведущих механизмов, в числе которых дефицит функциональных нейроэндокринных резервов (Абрамов, 1991), энергетический дисбаланс с нарастанием проявлений анаэробного катаболизма, нарушения в системе антигенно-структурного гомеостаза, активация процессов сво-боднорадикального окисления и истощение потенциала эндогенной антиокислительной системы с лабилизацией клеточных структур (Новиков, 2001). Молекулярно-клеточные механизмы развития дезадаптивных состояний связывают с 5 основными, во многом сопряженными друг с другом, эффектами стрессорной реакции (Меерсон, Пшенникова, 1988; Пшен-никова, 2000).
Первый эффект состоит в мобилизации функций клетки вследствие внутриклеточного повышения концентрации ионов кальция, а также активации ключевых регуляторных ферментов - протеинкиназ (Berridze, 1998). При затянувшейся стрессорной реакции избыток ионов кальция оказывает
14
повреждающее действие, которое применительно к кардиомиоцитам, реализуется в т.н. «кальциевой триаде», состоящей из необратимых контрак-турных повреждений миофибрилл, нарушения функций митохондрий и активации миофибриллярных протеаз и митохондриальных фосфолипаз, что приводит к развитию очаговых некрозов миокарда (Fleckenstein et al., 1985). Этот феномен находится в неразрывной связи с другим патогенетическим механизмом, заключающимся в активации процессов свободнора-(М/ дикального окисления (СРО), и в первую очередь — перекисного окисления
липидов (ПОЛ), индуцируемого любой напряженной деятельностью, требующей от организма повышенного расхода энергии (Барабой и соавт., 1992).
В настоящее время широко распространено мнение о том, что универсальной реакцией организма на действие экстремальных факторов среды является активация свободнорадикальных процессов перекисного
^ окисления липидов (Pitas, 1990), которую можно рассматривать как эле-
мент неспецифического повреждения тканей, наблюдающийся при целом ряде патологических состояний (Halliwel, Gutteridge, 1990; Барабой, 1989; Зенков и соавт., 2001). Активация ПОЛ приводит к нарушению структурной организации липидного бислоя биологических мембран, что влечет за собой нарушение важнейших клеточных функций (Барабой и др., 1992; Haggendal et al., 1987). Развивающиеся процессы липопероксидации вводят
^ клетку в порочный круг нарушений гомеостаза и биоэнергетики, что приво-
дит в конечном итоге к ее разрушению и гибели (Владимиров, Арчаков 1972; Culter, 1995). В настоящее время в литературе существует мнение о том, что если концентрация продуктов ПОЛ в тканях в течение длительного времени превышает границы физиологической нормы и происходит продолжительное усиление и постепенное истощение функции антиоксидант-ной системы, то в организме развивается «синдром липидной пероксида-ции», проявляющийся в универсальном повреждении структуры и функции клеточных мембран. Эти процессы, в свою очередь реализуются в виде па-
15
тологических сдвигов, формирующих синдром хронического эколого-профессионального перенапряжения (Новицкий, 1994; Соколовский, 1984).
Интенсивность перекисного окисления в тканях регулируется сложной антиоксидантной системой, включающей в себя, в первую очередь, ферменты - тушители активных форм кислорода: каталазу и супероксид-дисмутазу (SOD), компоненты глутатионового редокс-цикла (Wendel, 1988). Система глутатиона особенно важна при оксидативном стрессе (Кулинский, 1990). Физиологические функции глутатиона обеспечиваются ферментативными механизмами, а именно глутатионпероксидазой (ГПО), глутатион-трансферазой (ГТ), глутатионредуктазой (ГР). Глутатионпероксидаза является ключевым ферментом в защите клеток, как в норме, так и в условиях окислительного стресса (Кулинский, 1990,1993; Remade et al, 1992). Молекулярные механизмы поддержания гомеостаза при действии активных форм кислорода и перекисных соединений включают в себя не только фермент- ные, но и неферментные антиоксиданты — перехватчики органических радикалов. Среди таких антиоксидантов можно выделить два больших класса соединений, содержащих функциональные ОН-группы (фенольные соединения) (Абрамова, Оксенгендлер, 1985; Рогинский, 1988) или SH-группы (Зенков и соавт., 2001).
Третий механизм реализации стресс-реакции заключается в мобилизации энергетических и структурных ресурсов организма: увеличение в крови концентрации глюкозы, жирных кислот, нуклеидов, аминокислот и др., а также в мобилизации функции кровообращения и дыхания. Этот эффект обеспечивает доступность субстратов окисления, кислорода, исходных продуктов биосинтеза для органов, работа которых при стрессе увеличена. Главную роль в мобилизации энергетических ресурсов играют кате-холамины и глюкагон (наряду, конечно, с другими гормонами и нейропеп-тидами) стимулирующие гликогенолиз и гликолиз за счет активации аде-нилатциклазной системы в печени, скелетных мышцах и сердце (Clark et al., 1983; Внутренние болезни..., 2002). Чрезмерная или затянувшаяся
16
стресс-реакция сопровождается прогрессивным истощением организма (Селье, 1982).
Четвертый эффект стресс-реакции связан с перераспределением энергетических и пластических ресурсов и направленной их передачей в функциональную систему, осуществляющую данную адаптационную реакцию. Так, известно, что при интенсивной физической нагрузке доля минутного объема крови в скелетных мышцах возрастает в 4-5 раз, а в орга-/Ш>- нах пищеварения этот показатель уменьшается в 5-7 раз (Пшенникова,
1986). За реализацию этого эффекта также отвечают стресс-гормоны (кате-холамины, вазопрессин, антиотензин II, субстанция Р). Ключевым локальным фактором «рабочей гиперемии» является продуцируемый эндотелием сосудов оксид азота (N0), продукция которого возрастает пропорционально потреблению кислорода (Малышев, Манухина, 1998; Busse et al., 1993). «Рабочая гиперемия» обеспечивает увеличенный приток кислорода к работающему органу путем вазодилятации в этом органе (Yamabe et al., 1992; Pernow et al., 1992). Вместе с этим, чрезмерная стресс-реакция сопровождается ишемическими повреждениями в других органах, не участвующих непосредственно в реализации данной адаптивной реакции. Примером является развитие ишемических стрессорных язв в органах желудочно-кишечного тракта при эмоциональном стрессе (Меерсон, 1981).
Пятый эффект стресс-реакции, заключающийся в развитии вслед за «катаболической» фазой более длительной «анаболической» фазы, прояв-ляется генерализованной активацией синтеза нуклеиновых кислот и белков (Меерсон, Явич, 1987). Эта активация обеспечивает восстановление структур, пострадавших в «катаболическую» фазу и является основой формирования структурных «следов» и развития долговременной устойчивой адаптации. Вместе с этим, чрезмерная активация этого эффекта может приводить к нерегулируемому клеточному росту, что, наряду со стрессорным иммунодефицитом, играет роль в механизме онкогенного эффекта стресса (Пшенникова, 2000).
17
Одними из главных патологических проявлений длительных стрессов оказываются нарушения иммунной и нейроэндокринной систем (Абрамов, 1991). Еще Селье (Selye, 1946) отмечал, что иммунная система не остается безразличной к стрессу. Позднее были исследованы механизмы, с помощью которых иммунная система вовлекается в стрессовые реакции. Взаимосвязь между нервной и иммунной системами, играющими важную роль в поддержании гомеостаза, осуществляется с участием гормонов, ней-
<ф/ ромедиаторов, пептидов (Пшенникова, 2000). В основе стрессовой иммун-
носупрессии лежит повышенный уровень глюкокортикостероидов, который нарушает функции клеточного и гуморального звеньев иммунитета, меняет количественные соотношения Т- и В- лимфоцитов, влияет на процессы миграции и циркуляции лимфоидных клеток, подавляет фагоцитоз. В связи с этим стресс способствует развитию инфекционных, аллергических, аутоиммунных и онкологических заболеваний (Kamal, 2001).
Одним из факторов адаптации к стрессорным ситуациям, из которых невозможно выйти посредством поведенческих реакций, является активация центральных регуляторных механизмов, которые при действии болевого и других аналогичных раздражителей тормозят выход рилизинг-факторов, АКТГ и, как следствие, кортикостеронов и катехоламинов. В головном мозге стресс-лимитирующие системы осуществляют синтез и выделение тормозных медиаторов: ГАМК, глицина, дофамина, серотонина и, возможно, энкефалинов (Меерсон, 1981).
4 К основным центральным стресс-лимитирующим системам относят-
ся ГАМКергическая и опиоидергическая системы, активация которых взаимосвязана с активацией центральных стресс-реализующих систем (Пшенникова, 2000). Установлено, что гормоны, опосредующие стресс-реакцию (КРГ, АКТГ, вазопрессин и др.) одновременно стимулируют нейроны стресс-лимитирующих систем, в результате этого выделяющиеся ими нейромедиаторы: гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) и опиоидные пептиды (ОП) оказывают тормозное действие и ограничивают активность |
