|
Отдел криофизиологии Функциональная геометрия ГЭБ при гипотермии и гибернации (материалы диссертации к.б.н. Марченко В.С.) | ||
На протяжении четверти века одним из приоритетных научных направлений отдела явились нейробиологические аспекты функционирования охлаждённого мозга гомойо- и гетеротермных животных. Наиболее детально и комплексно изучалось структурно-функциональное состояние гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) в центральных механизмах терморегуляции при гипотермии и гибернации. Эти исследования определили тему докторской диссертации выполняемой Марченко В.С. Было показано, что одним из важных механизмов действия охлаждения является изменение проницаемости ГЭБ. Гипотермические воздействия, особенно ритмически организованные, способны модифицировать структурно-функциональное состояние элементов ГЭБ, изменять уровень селективной проницаемости для нейромедиаторов. Динамический баланс нейроактивных веществ при гипотермии и гибернации может, как вызывать, так и быть следствием структурно-функциональных трансформаций, изменяющих морфофизиологическую подвижность, лабильность элементов ГЭБ. В последние годы в биологии и медицине формируется новое научное направление, позволяющее количественно оценивать наиболее общий уровень упорядоченности или хаотичности, по сути, лабильности функциональной архитектоники систем организма по показателям мультифрактальной размерности. Важной составной частью, первым и последним защитным рубежом ГЭБ является структурно-функциональный комплекс "эндокринного древа" эндотелия кровеносных капилляров. Связанный нейро-глиальной "паутиной", пронизанный лабиринтом межклеточного пространства и мозговых желудочков, укутанный эпителиальной сетью мозговых оболочек, он формирует сложную гармонию, структурная организация которой подобна при разных увеличениях, наглядно демонстрирует преимущества фрактальных и необходимость новых парадигм функциональной морфологии. Морфологическим фракталом можно назвать объект со сложной иерархией структур, который состоит из частей в статистическом смысле подобных целому. Его размерность по Хаусдорфу больше топологической и, как правило, дробная. Фрактальный анализ хорошо зарекомендовал себя в морфологических исследованиях, например, в морфометрии ультраструктуры гипоталамуса при традиционных методах лечебной гипотермии. Мы использовали этот метод нелинейной морфометрии в изучении ультраструктурных механизмов ритмических холодовых воздействий для разработки новых методов так называемой резонансной терапии, когда с лечебной целью применяют различ-ные виды сенсорной стимуляции с частотными параметрами, соответствующие индивидуальным структурно-функциональным осцилляторам физиологических систем. Для этих целей был разработан программный комплекс FRAM (Рис.1).
Показано, что повышение проницаемости ГЭБ инициируется процессами типа долговременной потенциации и поддерживается "нейрональным газом" (NO, CO). Проникновение биоактивных веществ сквозь ГЭБ "вслед за NO и CO" в первом приближении - это движение газа по лабиринту в пористой среде, которое может описываться в терминах теории перколяции. Известно, что если порог перколяции (ПП) < 0,5, то в состоянии проводящей среды существует "абсолютно открытая зона", если ПП > 0,5 - "абсолютно закрытая". Проницаемость ГЭБ связана с порогом перколяции, её повышение при гипотермии характеризуется относительно узкими максимумами (2-3 мин), в течение которых системное введение вегетотропных веществ дает центральный эффект. Если резистентность барьера (Кр=1-Кп) < 0,5, ГЭБ проницаем и для НА и для АХ, а при Кр > 0,5 - только для НА или АХ. Макрогеометрия вблизи порога перколяции (ПП) имеет фрактальную размерность (D). Непосредственно перед резким повышением проницаемости ГЭБ также формируется особенное (фрактальное) структурно-функциональное состояние мозга( Рис. 2, 3).
В синаптическом аппарате у 5-10% активных синапсов гипоталамуса формируется парасинаптический инструмент, состоящий из цистерн с чередованием персистентной (самоподдерживающейся) и антиперсистентной геометрией (Рис. 4).
Проницаемость ГЭБ повышается тогда, когда синхронизируется геометрия эндотелиоцитов, синапсов, биоэлектрической и нейрохимической активности. Эти структуры и процессы приобретают одинаковую размерность (~1,7 или ~1,3) при снижении резистентности ГЭБ к АХ или катехоламинам (КА) соответственно. По нашим данным взаимоотношения КА и ГЭБ обеспечивает NO, а АХ - CO, поэтому существенная разница во времени существования этих монооксидов может обусловить степень "вспенивания" пространственно-временных патернов мозга, гипо- или гиперактивность. Таким образом, несмотря на очевидную уникальность явления зимней спячки, кажется весьма вероятным, что гибернация может протекать с привлечением физиологических механизмов в той или иной степени присущих и не зимоспящим организмам. При гипотермии и гибернации происходит структурная стабилизация хаотической динамики функциональной геометрии пространственной микроангиоархитектоники и фрактальной организации нейро-глиально-эндотелиальных компонентов ГЭБ центров терморегуляции гипоталамуса. Этот на первый взгляд общий вывод по нашему разумению в недалёкой перспективе явиться ключом для определения ультраструктурных коррелятов зимнеспящего мозга, что поможет "открыть двери" гистогематических барьеров на пороге создания истинного состояния искуственной гибернации. |
|||
Украина, 61015, Харьков, ул. Переяславская 23, Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины Тел: (+38 057) 373-41-43, 373-38-07, 373-30-39; Факс: (+38 057) 373-30-84 E-mail: cryo@online.kharkov.ua |