Биохимическая адаптация к изменению давления окружающей среды Выполнила

Биохимическая адаптация к изменению давления окружающей среды. Выполнила: Берилова В. В.

Адаптация к изменению атмосферного давления.

При низком атмосферном давлении: - учащение дыхания - увеличивается частота сердечных сокращений - сила ударов сердца становится более слабой - крови повышается количество красных кровяных телец - кислородное голодание

В условиях большой высоты над уровнем моря на людей влияет изменение атмосферного давления и, связанное с этим, изменение давления кислорода в окружающей среде. На взаимосвязь атмосферного давления и высоту над уровнем моря влияют различные факторы: vрасстояние от экватора vвремя года vпогода vтемпература Парциальное давление вдыхаемого кислорода остается постоянным и составляет приблизительно 20. 93 % атмосферного давления. Таким образом, с увеличением высоты над уровнем моря количество вдыхаемого кислорода уменьшается, что связано с уменьшением атмосферного давления.

Адаптация направлена на поддержание адекватной подачи кислорода, удовлетворяющей требованиям метаболического процесса. Изменения происходят во всех системах организма, вовлеченных в процесс подачи кислорода и распределения его по всем необходимым органам, и тканям.

Снижение парциального давления кислорода вдыхаемого воздуха зависит от двух факторов: • увеличения парциального давления паров воды вдыхаемого влажного воздуха • увеличения парциального давления диоксида углерода в СО 2, выводимого из организма.

Кривая насыщения оксигемоглобином.

Гипоксия – уменьшение парциального давления кислорода в артериальных сосудах. Запускается механизм усиления вентиляции легких. Регулируется каротидным гломусом (дыхательная реакция на гипоксию - HVR). Гипервентиляция легких увеличивает выделение диоксида углерода и впоследствии артериальное, и затем альвеолярное парциальное давление диоксида углерода падает. Увеличивается альвеолярное парциальное давление кислорода.

Повышенное выделение диоксида углерода вызывает уменьшение в крови концентрации ионов водорода, что приводит к развитию алкалоза. Алкалоз замедляет гипоксическую дыхательную реакцию.

К другим механизмам относятся следующие: 1. p. H цереброспинальной жидкости, окружающей центр дыхательного контроля в костном мозге возвращается к нормальному уровню, несмотря на устойчивый алкалоз сыворотки; 2. повышенная чувствительность каротидного гломуса к гипоксии; 3. повышенная ответная реакция центра дыхательного контроля на содержание диоксида углерода. После того, как произошла адаптация дыхания, гипервентиляция и повышенная дыхательная реакция на гипоксию - HVR сохраняются еще в течение нескольких дней после возвращения на более низкую высоту над уровнем моря, несмотря на исчезновение гипоксии.

Кроме влияния, оказываемого на вентиляцию легких, гипоксия также стимулирует сжатие сосудистой гладкой мышцы легочных артерий. Последующее увеличение прочности легочных сосудов и давление легочной артерии изменяет кровоток от плохо вентилируемой альвеолы с низким альвеолярным парциальным давлением кислорода к лучше вентилируемой альвеоле.

• Подача кислорода к тканям еще больше увеличивается за счет адаптации сердечнососудистой и кровеносных систем. • Увеличивается частота сокращений сердца, что приводит к увеличению минутного сердечного выброса. • Спустя несколько дней минутный сердечный выброс снижается в результате снижения объема плазмы, вызванного повышенной потерей воды, возникающей на больших высотах. • Позже увеличение выработки эритропоетина приводит к увеличению концентрации гемоглобина, увеличивая способность крови поставлять кислород к тканям.

Последним звеном в цепи подачи кислорода к тканям является поглощение и использование кислорода клетками. Два вида адаптации: 1. Сокращение до минимума расстояния, которое кислород должен пройти из кровеносного сосуда во внутриклеточный участок, ответственный за окислительный метаболизм, митохондрию. Неясно, свидетельствуют ли эти изменения о восстановлении или росте капилляров и митохондрии, или это результат атрофии мышцы. В любом случае расстояние между капиллярами и митохондрией сократилось, тем самым облегчая распространение кислорода.

2. Биохимические изменения, совершенствующие митохондриальную функцию: повышение содержания миоглобина. Миоглобин это внутриклеточный белок, который связывает кислород при низком парциальном давлении кислорода ткани и облегчает распространение кислорода в митохондрию. Концентрация миоглобина увеличивается в процессе тренировок и соответствует аэробной способности клеток мышцы.

Сложность физиологической адаптации человека к большой высоте состоит в наличии многочисленных потенциальных малоадаптивных реакций. Поэтому высока вероятность возникновения следующих синдромов: болезнь типа острой гипоксии острая горная болезнь высотный отек легких высотный отек мозга хроническая горная болезнь сетчаточные кровотечения

Адаптация к гидростатическому давлению.

Адаптация к гидростатическому давлению (особенно адаптация ферментных систем) играет важнейшую роль в распределении морских животных по вертикали: Ø с одной стороны, ограничивается доступ мелководных животных к морским глубинам, Ø с другой — глубоководные животные не выдерживают конкуренции на мелководье.

Давление может влиять на любые процессы только через изменения объема. Если какой-либо процесс протекает без изменения объема, то давление не оказывает на него влияния. Подавляющее большинство химических превращений в биологических системах протекает в водной среде. Если же процесс сопровождается увеличением объема, то давление будет тормозить его; и наоборот, если объем уменьшается, то повышенное давление будет содействовать данному процессу.

• При ферментативных реакциях происходят изменения в состоянии воды, а потому и в объеме всей системы. Например, присоединение лиганда (субстрата или кофактора) к активному центру фермента сопровождается частичной дегидратацией как этого лиганда, так и взаимодействующих с ним аминокислотных остатков. • Второй компонент, ответственный за изменения объема, — это белок: при каталитических или регуляторных процессах происходит значительное изменение конформации ферментов и (или) ассоциации субъединиц.

1. Адаптация ферментных систем. Приспособительные изменения ферментов необходимы уже при давлениях, соответствующих не столь большим глубинам — от 500 до 1000 м. Из всех ферментов наиболее изучен в отношении адаптации к давлению изозим М 4 лактатдегидрогеназы (М 4 -ЛДГ)

При исследовании пептидных карт и анализе аминокислот было показано, что ЛДГ у Sebastolobus altivelis (глубоководный вид) и Sebastolobus alascanus (рыба небольших глубин) различаются лишь по одной аминокислоте (у S. altivelis аспарагин, а у S. alascanus гистидин). Для выработки в процессе эволюции устойчивых к давлению ферментов достаточно давлений всего лишь около 50— 100 атм.

Каталитическая эффективность М 4 ЛДГ у глубоководных рыб значительно ниже, чем у мелководных, но у обитателей больших глубин ферменты более термостабильны.

2. Адаптация белков. В случае ЛДГ давление в несколько десятков атмосфер уже достаточно для отбора, благоприятствующего адаптированным формам, тогда как для актина необходимость в такой адаптации возникает при гораздо больших давлениях. Для каждого белка существует своя пороговая величина давления, для нормального функционирования (в отношении кинетики, регуляции, ассоциации и т. д. )

3. Адаптация липидных систем. • Гидростатическое давление способствует затвердеванию липидов. • Это нарушает функции клеточных компонентов, требующие сравнительно жидкого состояния липидов. Повышение температуры плавления липидов при высоких давлениях легко можно связать с изменением объема. • Для того чтобы фермент смог изменить свою конформацию или внутримембранную ориентацию в процессе переноса ионов, «твердые» фосфолипиды должны «расплавиться» . • Предполагают, что в таких фосфолипидах содержатся главным образом полиненасыщенные жирные кислоты (как у животных, адаптированных к холоду).

Спасибо за внимание!