10436 (Противостояние организма изменениям барических и термических условий), страница 3

Изменения эти в связи с приспособлением к температурному фактору могут идти по трем путям: увеличивать или уменьшать число молекул данного фермента в клетке, изменять набор ферментов в ней, а также свойства и активность ферментов. Первый путь имеет свои резоны. Ведь любая молекула фермента в каждый данный момент может взаимодействовать с одной молекулой субстрата. Поэтому, чем больше молекул фермента в клетке, тем значительнее будет выход продуктов реакции, а чем меньшим оно будет, тем ниже и выход. Это в какой-то мере может компенсировать температурное снижение или повышение интенсивности обмена веществ. Но эта компенсация ограничивается и возможностью синтеза ферментов, и пространственными соображениями. Клетка те может вместить слишком большое количество новых макромолекул ферментов. Тем не менее имеются уже твердо установленные данные, что при приспособлении к холоду возрастают активность и содержание в мышцах таких важнейших ферментов аэробного окисления, как сукцинатдегидрогеназа и цитохром-оксидаза.

Несомненно, что более эффективен второй путь, определяемый репрессией синтеза одних ферментов и индукцией синтеза других, В условиях низких температур повышенно синтезируются ферменты, в большей степени снижающие энергию активации, а в условиях высокой – менее значительно влияющие на нее. Это относится прежде всего к изоферментам. У фермента лактатдегидро-геназы пять изоформ. При этом изофермент II4 более значительно снижает энергию активации, чем M₄. Поэтому при приспособлении к низким температурам в большей степени синтезируется первый, а к высоким – второй. У фермента нервной системы холинэстеразы две изоформы с разными возможностями снижения энергии активации. Исследование мозга радужной о^орели, приспособившейся к разным температурным условиям, показало, что при адаптации к температуре 2 ⁰C присутствует исключительно изофермент I, к температуре 17 ⁰G – изофермент II, а у живущих при 12 ⁰G – обе изоформы. Это касается и сезонных изменений: зимой синтезируется преимущественно изоформа I, а летом – изоформа II.

Третий путь приспособления – прежде всего изменение сродства фермента к субстрату. В основе этого – изменения высших структур ферментных белков и свойств их активных центров. При этом способность их связывать субстрат, образуя фермент-субстратный комплекс, повышается или понижается. Непосредственными причинами перестроек являются изменение электростатических свойств активного центра, степень диссоциации атомных группировок, принимающих участие в связывании субстрата, ионное окружение активного центра и изменение его пространственной формы. Сдвиги температурной зависимости активности ферментов могут быть обусловлены и присоединением к их молекулам различных аллостерических эффекторов: белков, фосфолипидов, неорганических ионов и др. У серебряных карасей, приспособленных к обитанию при 5 и 25 °С, исследовали активность сукцииатдегидрогеназы, встроенной в мембраны митохондрий и связанной с фосфолипидами. Фермент выделили в чистом виде и освободили от фосфо-липидов. У обеих групп строение его было совершенно одинаковым, а активность – ниже максимальной. Затем к ферментному белку добавляли фосфолипиды из «Холодовых» и «тепловых» митохондрий. Первые активировали фермент больше, чем вторые. Анализ фосфолипидов показал, что в Холодовых митохондриях жирные кислоты фосфолипидов наиболее насыщенные. Возможно, что в этом причина снижения степени сопряжения дыхания и фосфор при приспособлении к холоду и повышение его при адаптации к высоким температурам.

Приспособление к температурным условиям не ограничивается только изменениями в области ферментных систем, хотя они и являются основой. При адаптации к низким температурам в мышцах возрастает содержание КФ, а в жировых депо – резервного жира, служащего как высокоэффективным источником энергии, так и термоизолятором. В фосфолипидах клеточных мембран увеличивается содержание ненасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот, что препятствует их затвердеванию при низких температурах. Наконец, у животных, способных к перенесению очень низких температур, в крови, тканевых жидкостях и клетках обнаружены биологические антифризы, препятствующие замерзанию внутриклеточной воды. Впервые они были выделены у антарктических рыб – нототении и трематомуса. По своей природе они гликопротеины, т.е. соединения сахара галактозы с белком. Связывающим звеном является азотосодержащее основание ацетп л га лактозам ии. Их MM может достигать 21 500, и для них характерно высокое содержание гид роке ильных групп, уменьшающих возможности взаимодействия между молекулами воды и образование льда. Чем с более низкими температурами встречается организм, тем выше содержание антифриза. Летом оно меньше, зимой больше. У арктических насекомых роль антифриза выполняет глицерин, тоже богатый гидроксильными группами. В гемолимфе и тканях этих животных содержание глицерина возрастает с понижением температуры.

Закаливание

Закаливание – приспособление человека к низким температурам, с которыми мы встречаемся повседневно как в быту, так и в труде. Закаливание весьма желательно и даже необходимо человеку по двум причинам. Во-первых, наши отдаленные предки обитали в условиях жаркого климата, а поэтому человек – теплолюбивый организм. Во-вторых, на протяжении всей истории человечества оно искусственно создавало себе оптимальный микроклимат, используя одежду, жилище, отопление, в результате чего границы эффективной теплорегуляции в организме человека сузились по сравнению с тем, что свойственно животным. Закаливание эти границы расширяет.

Первые эксперименты по закаливанию были проведены А. Назаровым в лаборатории В.В. Пашутина более ста лет тому назад. А. Назаров установил, j что если собаку погружать в ванну с температурой воды 10 ⁰C, то в первые дни температура тела у нее снижается на 6 – 7 °С, а после семи–восьми погружений она становится стабильной, колеблясь в пределах ±0.3 °. Дальнейшие исследования многочисленных авторов показали, что под влиянием действия холода значительно возрастают потребление кислорода и интенсивность окислительных процессов. Например, при купании в Неве осенью, зимой и весной – в 2 – 3 раза, а по мере приспособления организма – всего на 20–30%. Но зато повышение интенсивности и эффективности окислительных процессов в промежутках между охлаждениями остается постоянным, что создает лучшую энергетическую базу для все время идущего самообновления и синтеза белков. Необходимо только, чтобы охлаждение организма с первых шагов не было слишком сильным, оно должно нарастать постепенно.

Очень хороший эффект дает сочетание охлаждений с мышечной деятельностью. На значение мышечной деятельности для приспособления организма к холоду указывал еще в прошлом веке видный русский физиолог И.Р. Тарханов. А вот что дали исследования, проведенные уже в наше время. Две группы испытуемых занимались утренней гимнастикой круглый год на открытом воздухе: одна – всегда обнаженной до пояса, а вторая – сначала в тельняшках, а при сильных морозах – в пальто. Гимнастическая нагрузка у обеих групп была одинаковой. В первой группе испытуемых даже при морозе –30 ⁰C занятия в полуобнаженном виде не вызывали неприятных ощущений холода и снижения температуры тела, а во второй по сути дела никакого закаливания не наступило, и температура тела всякий раз снижалась. Интерес этих экспериментов не только в том, что сочетание воздействия холода с физической нагрузкой приводило к высокому закаливающему эффекту, но и в том, что сама по себе физическая нагрузка такого эффекта не оказывала.

Хороший результат дает и сочетание Холодовых процедур с тепловыми: несколько заходов в сауну с температурой более 100 °С, чередуемое всякий раз с окунанием в прорубь или обтиранием снегом с ног до головы. Резкие переходы от ограничения теплопродукции и увеличения теплоотдачи к стимулированию первой и уменьшению второй эффективно тренируют и систему терморегуляции, и динамику кровеносных сосудов кожи. К тому же это просто приятно.

Закаливание разумно начинать с детского возраста: хождение летом босиком; сначала прохладные, потом все более холодные обтирания или обливания; летом купание при температуре воды от 17 ⁰C и выше; затем постепенный переход по мере взросления к методам закаливания, применяемым взрослыми. Не следует в холодную погоду излишне кутать ребенка, одежда должна быть разумно, но не чрезмерно теплой и не стесняющей движений. И так – до старости, так как стимуляция окислительных процессов Холодовыми процедурами эффективно поддерживает синтез белков тканей, замедляя тем процесс старения, в основе которого лежит прежде всего снижение синтеза белков.