Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Естествознание и гуманизм» (2005 год, Том 2, выпуск 4), под редакцией проф., д.б.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника
Гибернация (зимняя спячка млекопитающих) – уникальное биологическое явление, при котором естественным путем снижается скорость практически всех физиологических процессов.
Такая спячка дает возможность многим видам млекопитающих переживать периоды нехватки пищи, снижая энергетические потребности до минимального уровня.
Это имеет особенно важное значение для гетеротермных животных (суслики, сурки и т.д.), способных к частичной регуляции температуры тела. Эта регуляция ограничивается как условиями среды, так и многими другим факторами.
Температура тела падает почти до температуры окружающей среды, а сокращения сердца, дыхание, общий метаболизм, рост и процессы развития резко замедляются. Гибернация млекопитающих является эволюционно выработанным и генетически закрепленным звеном их биологического ритма.
Перед вхождением в зимнюю спячку физиологические процессы, протекающие в организме животного, направлены на подготовку его к этому периоду (Калабухов, 1986).
Вместе с тем огромное значение для возникновения и протекания зимней спячки имеют и многие другие факторы. В частности, характер питания в прегибернационный период, накопление жировых запасов (Баженов и др., 1998, Перепелкина и др. 2001), а также влияние гормонов (Диб. Дж. и др.,1990, Wagner et al., 1991, Пудов и др., 1991, Ohtsu et al.,1997) и метаболизм белков (Жегунов и др., 1993, Sеkijima, Konob, 1997., Frerichs et al., 1998) и ферментов (Лукоянова и др., 1996.; Яковлев и др., 2002.; Metz Juriaan et al., 2003).
Перед погружением животных в спячку происходят многократные «пробные» снижения нормальной температуры тела с последующими ее восстановлениями. Обычно температура тела понижается медленно, со скоростью 2-4 0С в час. При температуре тела 33-34 0С частота сокращений сердца резко снижается. Дыхание замедляется постепенно и дыхательная система все еще сохраняет чувствительность к стимулирующему действию гипоксии.
При охлаждении тела функции нервной системы не выключаются полностью. У суслика электрическая активность мозга сохраняется при снижении температуры тела до 12 0С (Проссер, 1977).
У зимнеспящих животных во время гибернации включаются эндогенные механизмы саморегуляции мозга (Семенова и др., 1999; Зенченко и др., 2000).
Гибернация млекопитающих может периодически прерываться пробуждениями с саморазогреванием (Демин и др., 1988).
Известно, что пептиды замедляют выход зимоспящих животных из состояния гибернации (Игнатьев и др., 2001).
При пробуждениях из организма удаляются экскреты, а также усиливается окисление недоокисленных продуктов метаболизма. У сусликов периоды пробуждения повторяются в среднем 1 раз в 11 суток и длятся по нескольку часов.
Выход из состояния зимней спячки начинается с самосогревания в области грудной клетки. Температура тела суслика может за 4 часа повыситься с 4 до 35 0С.
Для пробуждения млекопитающего не требуется притока тепла извне. Вначале повышается температура грудной клетки (за счет находящейся там бурой жировой ткани), а затем благодаря кровотоку и температура передней половины тела. Бурая жировая ткань представляет из себя своеобразную «печку» для разогрева внутренних органов. Тепло, образующееся в ней, эффективно направляется к двум ключевым органам – сердцу и головному мозгу, непрерывная работа которых необходима для поддержания жизни.
Имеются данные об участии бурой жировой ткани в утилизации глюкозы (Shimizu Yasutake et al., 1991) и наличие в ней стероидных гормонов (Wagner et al., 1991) в период гибернации.
Необходимо также отметить, что поддержание определенных свойств мембран при гибернации даже более важно для переживания клеток, чем снижение метаболизма (Willis, 1979; Harel, 1989; Boutilier, 2001).
У зимоспящих животных в период гибернации проявляется наибольшая устойчивость мембран эритроцитов, сохраняющаяся в течение 3-3,5 месяцев (Загнойко, 1993).
Следует также отметить, что перекисное окисление липидов (ПОЛ) у гибернирующих животных существенно снижается (Гераськина, Барнашова, 2000; Львова, Гасангаджиева, 2003).
Таким образом, животные, впадающие в зимнюю спячку, во многом отличаются от остальных млекопитающих. Для них характерны, например, отложение больших количеств бурого жира, способность клеточных мембран работать при низких температурах, уникальные свойства многих ферментов, процессов белкового синтеза и гормонального аппарата.
За счет скоординированного действия всех систем организма зимоспящие животные и на низких уровнях активности сохраняют интеграцию всех систем организма.
Необходимо подчеркнуть, что проблема гибернации имеет не только общебиологический интерес, но и привлекает внимание с практической точки зрения. Полученные данные могут иметь чрезвычайно важное значение для клиники, когда речь идет о поддержании организма более или менее длительное время в состоянии значительно сниженных физиологических функций.
Думается, что проблема гибернации представит большой интерес как для специалистов в области нейрохимии, нейрофизиологии, нейрофармакологии, так и для нейробиологов широкого профиля.
