Механизмы формирования терморегуляторных реакций организма при разных режимах охлаждения в норме и в условиях активации ионного канала TRPM8 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.03.01, кандидат биологических наук Козарук, Валерий Петрович

• Козарук, Валерий Петрович
• кандидат биологических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Козарук, Валерий Петрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Терморегуляторные реакции на охлаждение

1.1. Жизнь и гомойотермия

1.2. Механизмы физической терморегуляции

1.3. Теплообразование на холоде

1.4. Афферентное звено системы терморегуляции

2. Участие симпатоадреналовой системы в реакциях организма

на охлаждение

3. Молекулярные механизмы восприятия холода

3.1. ТИР-каналы, активируемые температурой

3.2. Восприятие холода

3.3. ТЫРМ8 - ионный канал, чувствительный к холоду и ментолу

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЛАВА 1. Особенности формирования холодозащитных реакций организма при быстром и медленном охлаждении

1.1. Формирование терморегуляторных реакций при

быстром охлаждении

1.2. Формирование терморегуляторных реакций при медленном охлаждении

ГЛАВА 2. Реакция симпатоадреналовой системы крыс при разных типах охлаждения

2.1. Физиологические показатели и содержание катехоламинов

перед охлаждением

2.2. Физиологические показатели при быстром и медленном охлаждении разной глубины

2.3. Концентрация катехоламинов в крови при быстром и медленном охлаждении

2.4. Концентрация катехоламинов в коже при быстром и медленном

неглубоком охлаждении

ГЛАВА 3. Влияние активации ионного канала TRPM8 ментолом на терморегуляторные реакции при быстром и медленном охлаждении

3.1. Влияние аппликации ментола на регистрируемые параметры в термонейтральных условиях

3.2. Влияние аппликации ментола на параметры терморегуляторных реакций при быстром охлаждении

3.3. Влияние аппликации ментола на параметры терморегуляторных реакций при медленном охлаждении

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Механизмы формирования терморегуляторных реакций организма при разных режимах охлаждения в норме и в условиях активации ионного канала TRPM8»

ВВЕДЕНИЕ

Температура окружающей среды является одним из существенных факторов, оказывающих влияние на живой организм. Смена времен года, изменение климатической зоны, смена профессионального труда, все связано с изменением температурных условий существования. Освоение человеком Сибири, северных территорий и южного приполярья, климатической особенностью которых являются низкие температуры, привлекает особое внимание к вопросам о возможности, пределах и механизмах приспособления человека и животных к холоду.

Механизмы, лежащие в основе температурной чувствительности человека и животных, и значимость температурного афферентного сигнала в формировании защитных реакций организма, до сих пор недостаточно ясны. Именно афферентный сигнал периферических и центральных терморецепторов определяет характер взаимодействия различных физиологических систем между собой, а, следовательно, и отношение организма в целом к изменению температуры окружающей среды.

Известно, что поток сенсорной информации от периферических терморецепторов зависит от количества функционирующих рецепторов и их импульсной активности в данный момент времени, которая определяется абсолютным значением температуры и скоростью ее изменения. При постоянной температуре кожи терморецепторам присущ постоянный уровень импульсной активности, так называемая статическая активность, причем разным значениям температуры кожи соответствуют разные уровни статической активности. При быстром изменении температуры кожи (во время согревания или охлаждения) возникает резкое изменение частоты разрядов терморецепторов - динамическая активность. Физиологическое значение различных типов активности терморецепторов (статической и динамической) в формировании терморегуляторных реакций организма

исследовано далеко недостаточно. Показателями, отражающими физиологическое значение и вклад температурного афферентного сигнала при внешнем температурном воздействии, могут служить температурные пороги инициации различных эффекторных реакций, направленных на поддержание температурного гомеостаза. Важно понять какова роль динамической и статической активности терморецепторов в механизмах формирования структуры терморегуляторного ответа организма, т.е. температурных порогов и последовательности инициации различных составляющих терморегуляторного ответа организма на внешнее температурное воздействие. Учитывая вовлеченность симпатической нервной системы в реакцию организма на воздействие низких температур, встает вопрос о возможной роли афферентного сигнала терморецепторов в степени ее активации при действии холода на организм.

В последние годы появились многочисленные исследования, касающиеся клеточных и молекулярных механизмов восприятия температуры. Полагают, что детекторами изменения температуры и основными сенсорами являются термочувствительные ТЫР каналы, расположенные в мембране афферентных сенсорных окончаний терморецепторных нейронов (.УогсН: й а!., 2003; МсКету, 2005; Ра1ароШ1ап е1 а1., 2003). К настоящему времени идентифицировано два холодочувствительных ионных канала - ТЯРА1 и ТЫРМ8. Показано, что ТКРА1 функционирует в диапазоне более низких температур - ниже 17°С, тогда как ТЯРМ8 является ионным каналом, активируемым холодом в диапазоне температур 8-28°С. Ионный канал ТИРМ8 может активироваться также ментолом, ицилином и другими химическими агентами (Тогск е1 а1., 2003; С1ша^ ^ а1., 2004).

ТКРМ8 экспрессируется на окончаниях сенсорных нейронов заднекорешковых и тригеминального ганглиев (Ра1ароийап а1., 2003), свободные нервные окончания которых и являются периферическими

терморецепторами. Биофизические свойства (ионная селективность, порог температурной активации) нейронов, экспрессирующих этот ионный канал, сходны с таковыми для холодочувствительных сенсорных нейронов заднекорешковых ганглиев. Обследование людей, а также эксперименты с термопреферендумом на нокаутных по TRPM8 животных свидетельствуют об участии этого ионного канала в формировании холодовой чувствительности (Bautista et al., 2007; Козырева, Ткаченко, 2008; Dhaka et al. 2008). Тем не менее, вопрос об участии холодочувствительного ионного канала TRPM8 в формировании терморегуляторных реакций до последнего времени остается открытым.

Целью настоящей работы явилось выяснение роли динамической и статической компонент температурного афферентного сигнала в механизмах формирования структуры терморегуляторного ответа и активации симпатической нервной системы при действии холода на организм, а также вовлеченность ионного канала TRJPM8 в формирование этого ответа.

Для выполнения поставленной цели предусматривается использование различных режимов охлаждения, которые подобраны в соответствии с предыдущими нейрофизиологическими исследованиями активности терморецепторов кожи таким образом, что терморецепторы демонстрируют либо и статическую, и динамическую активность, либо только статическую. Использование этих режимов холодового воздействия позволяет сформировать различный афферентный сигнал, вызывающий, соответственно, различия в эффекторных реакциях со стороны системы терморегуляции.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Выяснить особенности формирования терморегуляторного ответа организма при холодовом воздействии в условиях вовлечения

статической и динамической или только статической активности терморецепторов кожи.

2. Выявить различия в активации симпатической нервной системы при холодовом воздействии в условиях вовлечения статической и динамической или только статической активности терморецепторов кожи.

3. Выяснить возможное участие холодочувствительного ионного канала ТЫРМ8 в формировании терморегуляторных реакций организма на холод в условиях различных режимов охлаждения.

Научная новизна работы

• Показано, что наличие динамической активности термочувствительных афферентных волокон приводит к изменению структуры терморегуляторного ответа, инициируя экстренную фазу термогенного повышения метаболизма, опережающую констрикторную реакцию кожных сосудов и вторую фазу термогенеза.

• Первая и вторая фазы термогенеза на холод сопровождаются преимущественным использованием различных субстратов окисления углеводов в первой фазе и жиров во второй, о чем свидетельствует разнонаправленное изменение дыхательного коэффициента: в первой фазе - повышение, а во второй - снижение.

• Влияние динамической активности кожных афферентных волокон на терморегуляторные реакции (уменьшение температурных порогов терморегуляторных реакций и стимуляция экстренного термогенеза) связано с ускоренной активацией симпатической нервной системы в присутствии этой составляющей афферентного температурного сигнала.

• Показано участие ионного канала ТКРМ8 в формировании структуры терморегуляторного ответа при охлаждении. Активация этого ионного канала приводит к уменьшению порогов терморегуляторных реакций на холод и усилению экстренного термогенеза (первой фазы метаболического ответа), который проявляется в присутствии динамической компоненты афферентного температурного сигнала периферических терморецепторов.

• Показана возможность изменения метаболических параметров в термонейтральных условиях и при холодовом воздействии при активации ионного канала ТКРМ8, что может свидетельствовать о вовлеченности этого ионного канала в регуляцию общего метаболизма в живом организме.

Положения, выносимые на защиту

• Присутствие динамической активности кожных холодочувствительных афферентов изменяет структуру терморегуляторного ответа на холод, уменьшая температурные пороги холодозашитных реакций и стимулируя экстренный термогенез.

• Изменение структуры терморегуляторного ответа на холод в присутствии этой динамической составляющей афферентного температурного сигнала связано с ускоренной активацией симпатической нервной системы.

• Холодочувствительный ионный канал ТЯРМ8 участвует в формировании афферентного температурного сигнала, обеспечивающего поддержание определенного уровня метаболизма и обусловливающего структуру терморегуляторного ответа организма на холод.

Теоретическая и научно-практическая значимость работы

Полученные результаты расширяют представления о роли различных (динамической и статической) компонентов афферентного температурного сигнала в формировании эффекторного ответа организма на температурные воздействия.

Показано функциональное значение динамической активности кожных термоафферентов в ускорении активации симпатической нервной системы, как механизма более ранней инициации терморегуляторных реакций.

Показанное на уровне целого организма участие ионного канала TRPM8 в формировании типа метаболизма и терморегуляторного ответа на холод позволяет развивать методы фармакологической коррекции метаболизма и формирования термозащитных реакций.

Результаты могут быть полезны при разработках рекомендаций для сохранения и повышения работоспособности людей в условиях низких температур, коррекции физиологических функций, реабилитационных технологий в условиях природных и техногенных катастроф.

Экспериментальные результаты, полученные в настоящем исследовании, используются в курсе лекций для студентов факультета естественных наук Новосибирского Государственного Университета.

Апробация результатов

Материалы диссертации обсуждались на Международной конференции International Conference on Environmental Ergonomics (Сан-Диего, США, 1998); на XVII съезде Российского физиологического общества им. И.П. Павлова (Ростов-на-Дону, 1998); Международной конференции Physiology and Pharmacology of Thermoregulation (Australia, 2001); на XX съезде Российского физиологического общества им. И.П. Павлова (Москва, 2007); на VI Сибирском физиологическом съезде

(Барнаул, 2008); на Международном симпозиуме International Symposium on Physiology and Pharmacology of Temperature Regulation (Мацуе, Япония, 2009); на XXI съезде Российского физиологического общества им. И.П. Павлова (Калуга, 2010).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 15 работ, из них 8 статей в рецензируемых, входящих в перечень ВАК, отечественных (3) и иностранных (5) журналах.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация включает введение, обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты, обсуждение, выводы и список цитируемой литературы (171). Работа изложена на 129 страницах, содержит 25 рисунков и 13 таблиц.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1. Терморегуляторные реакции на охлаждение

1.1. Жизнь и гомойотермия

Эволюция терморегуляции является одним из выражений формирования постоянства внутренней среды. Появление гомойотермных животных знаменует новый важный этап на пути развития отношений между животными и окружающей средой. Благодаря развитию гомойотермии организм освободился от прямой и постоянной зависимости от температуры окружающей среды. При этом значительно расширились границы обитания животных.

Жизнь организма зависит от химических реакций, протекающих в клетках организма. Скорость этих реакций зависит от температуры. С повышением температуры возрастает скорость элементарных химических реакций в соответствии с законом Аррениуса - Ван-Гоффа. При этом для большинства метаболических процессов при повышении температуры на 10°С скорость протекания химических реакций в живых клетках увеличивается в 2-3 раза. У различных организмов температурные условия для течения обменных процессов могут несколько отличаться, но только в пределах этих оптимальных условий обмен и жизненные функции протекают с нормальной интенсивностью. Предполагается (А.Бартон и О.Эдхолм,1957), что сложная организация высших теплокровных животных была бы невозможна без обеспечения гомойотермии.

Однако, температура различных тканей гомойотермных животных неодинакова. Существует температурный градиент по направлению от тканей расположенных в глубине к коже. Температура дистальных отделов конечностей и периферических тканей (кожи, подкожной клетчатки, поверхностных мышц) оказывается значительно более низкой и менее

постоянной, чем температура тех органов и тканей, которые расположены в более глубоких частях тела (внутренние органы, центральная нервная система). У человека такого рода температурная «периферия» составляет от 20 до 35% массы тела, а при значительном охлаждении может увеличиваться до 50%.

Значение зоны неустойчивой гомойотермии очень велико. Гомойотермия «ядра» в значительной мере достигается за счет реакций, регулирующих температуру в «оболочке». В противном случае гомойотермия всего животного достигалась бы с гораздо большим трудом, поскольку значительная часть физической терморегуляции была бы невозможна. Способность поддерживать постоянство температуры тела в изменчивых условиях теплообмена с внешней средой связана с развитием у гомойотермов физиологических механизмов, активно регулирующих интенсивность отдачи тепла во внешнюю среду и интенсивность образования его в организме. Сохранение постоянства температуры тела требует равновесия между теплообразованием и теплоотдачей.

1.2. Механизмы физической терморегуляции

Терморегуляция, как физиологическая функция, представляет собой суммарное отражение физических и химических процессов, происходящих в организме и регулируемых нервной и гормональной системами. Реакция организма на охлаждение сопровождается, кроме поведенческих, специфическими физиологическими реакциями, направленными на сохранение тепла: уменьшением теплоотдачи (сосудистая реакция - вазоконстрикция кожных кровеносных сосудов, пилоэрекция) и усилением теплопродукции (метаболическая реакция -несократительный и сократительный термогенез). У большинства гомойотермных животных (особенно высших) регуляция тепла в организме осуществляется в основном за счет уменьшения или увеличения теплоотдачи.

Отдача тепла организмом в окружающую среду осуществляется с физической точки зрения тремя способами: 1) путем проведения (конвекции) тепла, т.е. непосредственного нагревания соприкасающихся с поверхностью тела менее нагретых тел окружающей среды (воздух, одежда и т.д.); 2) путем теплового излучения в окружающую среду (радиация); 3) при испарении воды с поверхности тела и слизистых оболочек.

Интенсивность теплоотдачи конвекцией и радиацией зависит от градиента между температурой среды и температурой поверхности кожи. Снижение температуры тела от «ядра» к периферии ведет к тому, что в зоне термонейтральных температур различие между температурой поверхности тела и температурой среды снижается до минимума. При этом теплопотери снижаются до размеров теплопродукции различных органов в покое (основной обмен). Баланс между теплообразованием и теплоотдачей может осуществляться при этой температуре без включения терморегулирующих механизмов. Однако, термонейтральная зона означает лишь внешние температурные условия, благоприятствующие теплообмену организма со средой. В рамках термонейтральной зоны живой организм постоянно испытывает внутренние температурные возмущения в результате различных актов жизнедеятельности. Таким образом, уже в пределах термонейтральной зоны у гомойотермного организма происходит весьма активный терморегуляторный процесс. При этом температурный гомеостаз (отдача тепла) поддерживается и регулируется только за счет сосудистых реакций. Мощность этих реакций может быть достаточно большой. Так, например, у человека основным органом теплоотдачи являются кисти рук и особенно пальцы. Для усиления теплоотдачи кровообращение в пальцах рук при реакциях терморегуляции может увеличиваться (по объему

протекающей крови) (Иванов, 2001).

С падением температуры среды ниже термонейтральной зоны потери тепла возрастают и должны компенсироваться активацией

терморегуляторных механизмов. Усиление терморегуляторных реакций находится в прямой пропорциональной зависимости от величины температурных сдвигов кожи и центральной нервной системы, где локализованы термосенсоры.

Известно, что количество тепла, отдаваемое телом в окружающую среду, зависит от разности температур между телом и средой и от коэффициента теплопроводности. Вазоконстрикция в ответ на охлаждение, а, следовательно, уменьшение кровенаполнения кожных сосудов приводит к уменьшению теплоотдачи. Согласно некоторым исследованиям (Джонсон, 1982; Хаютин, 1964), изменение кожной температуры может отражать изменение состояния кровеносных сосудов кожи. Кроме того, в экспериментах с регистрацией температуры и фотоплетизмограммы кожи было показано, что температура кожи и кожный кровоток при охлаждении изменяются одновременно и однонаправлено (Цицурин, 1975).

Таким образом, если организм поддерживает постоянную температуру тела, то с понижением температуры среды теплопродукция должна быть пропорциональна теплопотери. В соответствии с этим соотношением интенсивность обмена у гомойотермных животных должна повышаться пропорционально снижению окружающей температуры. При значительном снижении температуры среды роль физической терморегуляции относительно уменьшается. При этом возрастает значение химической терморегуляции.

1.3. Теплообразование на холоде

Источником тепла в организме служат биохимические реакции, сопровождающие жизнедеятельность организма. Организм вынужден непрерывно совершать работу по перемещению ионов против концентрационного и (или) электрического градиента, химическую работу синтеза органических (и некоторых неорганических) соединений, наконец, работу, связанную с мышечным сокращением. При работе часть затрачиваемой

энергии обязательно переходит в тепло. Если организм не совершает внешней работы, вся энергия, затрачиваемая на работу, в конечном счете, переходит в тепло. Таким образом тепло образуется на путях затраты энергии на работу. Причина сравнительно высоких энерготрат в живом организме заключается в низком коэффициенте полезного действия (КПД) различного вида биологической работы. Энергия, необходимая для работы организма аккумулируется в макроэргах. Коэффициент полезного действия синтеза макроэргов равен примерно 60-70%. Энергия остальных реакций рассеивается в тканях в виде тепла (Кребс и Корнберг, 1959). Таким образом, синтез макроэргов является одним из важнейших источников тепла на путях энергетических превращений в организме. При рабочем сокращении мышцы примерно 43% энергии затрачивается на активацию сокращения, и эта энергия полностью переходит в тепло. При холодовой дрожи и терморегуляторном тонусе сокращения практически изотоничны, внешняя работа при этом не производится и вся энергия сокращения освобождается в виде тепла.

При понижении окружающей температуры и увеличении теплопотерь организма происходит реактивное регулируемое повышение теплопродукции -химическая терморегуляция. Источниками регулируемой теплопродукции являются несократительный и сократительный термогенез. При несократительном термогенезе происходит усиление обменных процессов во внутренних органах (жировая ткань, печень и другие органы), в особенности в бурой жировой ткани. Бурый жир имеется у новорожденных гомойотермных организмов и у организмов, длительно адаптированных к холоду. Он может составлять до 5% от массы тела и обеспечивать 10-30% всего термогенеза. В буром жире происходит окисление жирных кислот с образованием АТФ в митохондриях. Однако КПД синтеза АТФ очень низок, и большая часть энергии непосредственно в буром жире переходит в тепло, которое нагревает протекающую кровь. Общая величина несократительного термогенеза может

превышать уровень основного обмена на 20-40% (Davis, 1961, Hemingway, 1963).

Значительный вклад в образование тепла на холоде вносит сократительный термогенез - специфическая терморегуляторная активность мышц в виде терморегуляторного тонуса и дрожи (Иванов, 1965, 1990). Практически единственным фактором, который вызывает значительное повышение энергообмена в организме, является мышечная система. В условиях основного обмена мышцы имеют низкий уровень потребления кислорода. Однако даже незначительная сократительная активность мышц вызывает довольно резкое повышение потребления кислорода. Максимальная мощность теплопродукции при охлаждении за счет дрожи может увеличиваться более чем в 5 раз (Webb, 1982). При широких возможностях мышечной системы быстро переходить от минимального к максимальному уровню энергетических затрат сократительная активность является основным источником дополнительного теплообразования в терморегуляции.

Одним из механизмов повышения теплопродукции на холоде может служить уменьшение КПД химической работы по синтезу АТФ - основного передатчика энергии от неживой природы к живой материи (Porter, Brand, 1993; цит. по Иванов, 2001). Бурый жир обладает специфическими митохондриями, в мембране которых изменен процесс фосфорилирования и митохондрии синтезируют АТФ с очень малым КПД. В таком случае большая часть энергии окисления теряется в виде тепла на путях синтеза АТФ. Показана принципиальная возможность изменения КПД терморегуляторной сократительной активности мышц (Якименко, Ткаченко, Иванов, Слоним, 1971; Иванов, Пчеленко, 1978; Алюхин, Иванов, 1975). Предполагается, что в основе изменения КПД мышечного сокращения лежит феномен изменения сопряжения окисления и фосфорилирования в митохондриях (Нейфах, 1959; Скулачев, 1972; и др.). Изменение степени сопряженности этих процессов и вызывает сдвиги в энергетике мышечного сокращения. Понижение КПД

вызывает повышение теплопродукции как сократительного, так и несократительного термогенеза. Однако эффективность прироста сократительного термогенеза при понижении КПД биологической работы намного выше, чем несократительного. Понижение КПД работы внутренних органов может сделать свой вклад в химическую терморегуляцию лишь постольку, поскольку они участвуют в обеспечении усиленной мышечной деятельности (Иванов, 1990).

При понижении температуры окружающей среды запускается каскад реакций, направленных на сохранение баланса между теплоотдачей и теплообразованием, и, следовательно, на поддержание температурного гомеостаза. Начальным звеном в этом ряду являются кожные термоафференты, активность которых во многом определяет дальнейшее развитие терморегуляторных реакций.

1.4. Афферентное звено системы терморегуляции

Система температурного гомеостаза, как и любая гомеостатическая система, включает в себя афферентное и эфферентное звенья, связь между которыми осуществляется через структуры нервной и гормональной систем.

Восприятие температуры, которая является критическим фактором для всех реакций, протекающих в организме, осуществляется с помощью терморецепторов, представленных как в центральной, так и в периферической нервной системе. Формирующая роль афферентного сигнала состоит в том, что именно он определяет характер взаимодействия физиологических систем между собой, а, следовательно, и отношение организма в целом к окружающим условиям.

Различают центральные и периферические терморецепторы. Центральные терморецепторы (термочувствительные нейроны) расположены в головном и спинном мозге. Использование электрофизиологического метода регистрации импульсной активности

отдельных клеток позволило исследовать на предмет термочувствительности нейроны различных структур мозга. Клетки, способные реагировать на изменение температуры в физиологических пределах, были обнаружены в переднем гипоталамусе, продолговатом мозге, среднем мозге, таламусе, ретикулярной формации, коре головного мозга, т.е. практически во всех структурах центральной нервной системы, а также в спинном мозге. Соотношение тепловых и холодовых рецепторов в центре и на периферии различно: в центре преобладают тепловые рецепторы. Так соотношение тепло- и холодочувствительных нейронов в различных структурах мозга распределяется следующим образом: в гипоталамусе оно составляет 20:1, в среднем мозге 5:1, в продолговатом мозге 2:1 (Watanabe et al., 1986). Интересно отметить, что термочувствительные нейроны гипоталамуса ориентируют свои дендриты в медиально-латеральном направлении. Это дает им возможность лучше воспринимать изменение температуры в этой области мозга, диапазон колебаний которой тесно связан с температурой крови Виллизиева круга. Термонечувствительные нейроны ориентируют свои дендриты в перпендикулярном направлении дендритам теплочувствительных нейронов и параллельно третьему желудочку (Griffin et al., 2004; Griffin 2004).

Температурное ощущение, являясь превосходно настроенным элементом соматосенсорной системы, позволяет избегать таких температурных условий, которые могут быть потенциально опасными для организма. Температурное ощущение инициируется, когда температурный стимул возбуждает афферентные сенсорные нейроны тригеминального и заднекорешковых ганглиев. Будучи активированными, эти клетки проводят сигналы с помощью потенциалов действия от периферических тканей к структурам спинного и головного мозга, где они интегрируются и интерпретируются для инициации рефлекторных и когнитивных реакций. Сенсорные нейроны реагируют в широком диапазоне температур, от

болевого «горячо», тепло, холодно до болевого «холодно». Поскольку субпопуляции афферентных нейронов имеют специфические температурные пороги активации, возможно, что ощущение определяется когортой специфических сенсорных нейронов, которые по-разному активируются при различных температурах. Электрофизиологические эксперименты и идентификация тепловых и холодовых точек на коже свидетельствует о существовании нейронов, которые реагируют на неповреждающую (физиологическую) температуру, но не реагируют на другие стимулы, такие, как, например, механическая деформация.

Периферические терморецепторы представлены кожными терморецепторами и термочувствительными интерорецепторами, они являются немиелинизированными нервными окончаниями нейронов заднекорешковых ганглиев и распределены по всему телу. Было показано, что терморецепторы присутствуют также в стенках кровеносных сосудов, причём среди них преобладают холодовые рецепторы (Минут-Сорохтина, 1979). Единственное гистологическое исследование кожного холодового рецептора было сделано Хензелем с использованием методов электронной микроскопии и электрофизиологической идентификации рецепторов (Непзе1 е1 а1., 1974). Эта работа подтвердила, что терморецепторы являются свободными окончаниями немиелинизированных сенсорных волокон. Терморецепторам кожи принадлежит особая роль в восприятии температуры внешней среды. Существуют холодовые и тепловые терморецепторы, о чём свидетельствует показанная электрофизиологическими исследованиями их качественная специфичность, раздельность ощущений тепла и холода, а также инициация тепло- и холодозащитных реакций. На периферии, особенно в коже, существенно преобладают холодовые рецепторы. Это может свидетельствовать, с одной стороны, о большей вероятности столкновения организма с Холодовыми воздействиями внешней среды, а с другой, о большем значении периферических холодовых рецепторов

в запуске холодозащитных реакций. Отчасти это подтверждается и данными о значительно большем значении экстрагипоталамических рецепторов для запуска метаболической реакции на охлаждение (Cabanac, 1975).

Согласно закону Вебера-Фехнера поток информации от периферических терморецепторов зависит от частоты их импульсации, которая определяется абсолютным значением и скоростью изменения температуры, а также количеством функционирующих терморецепторов, что в свою очередь определяется плотностью расположения рецепторов и величиной стимулируемой площади. Считается, что в основе температурной чувствительности нервных окончаний лежат следующие температурозависимые процессы: 1) пассивный ионный транспорт по градиенту (Carpenter, 1970; Thomas, 1972), 2) электрогенный, энергозависимый транспорт ионов (Pierau et al., 1996; Schaffer et al., 1990; Braun et al., 1990), 3) кальций-зависимые входные и выходные токи (Pierau et al., 1977; Okazava et al., 2002).

Холодовые рецепторы могут значительно отличаться друг от друга по частоте импульсации и по реакции на медиатор симпатической нервной системы норадреналин (Kozyreva, 1992; Schaffer, Braun, 1992). Так максимальная статическая активность отдельных холодовых рецепторов может составлять от 1 до 30 имп/с. Для максимальных частот динамической активности отдельных холодовых рецепторов наблюдается еще большее различие (от 3 до 240 имп/с) (Hensel, 1974; Iggo, 1969, 1977). Низкочастотные холодовые рецепторы увеличивают свою импульсацию в ответ на введение норадреналина, тогда как высокочастотные, наоборот, снижают свою импульсную активность (Козырева, 1990; Kozyreva, 1997, 2006).

Холодовым рецепторам кожи присущи два типа импульсной активности. Статическая активность - постоянная импульсация при постоянной температуре кожи, причем разным значениям температуры кожи

соответствуют разные уровни активности. Динамическая активность - резкое повышение частоты разрядов при понижении температуры кожи. Электрофизиологические исследования холодовых рецепторов показали, что при охлаждении поверхности кожи со скоростью меньше 0,01°С/с динамическая активность рецепторов практически отсутствует, в то время как при охлаждении с большей скоростью динамическая активность появляется и возрастает при дальнейшем увеличении скорости охлаждения (Г)ау1е5 et а1., 1983; Неше1, 1982, КепэЫо Б-Я., 1984, Кеш1ш1о Б.Я. ег а1., 1977). Для каждого из терморецепторов кожи есть определённая область температур, в которой он имеет статическую активность. В норме у большинства холодовых кожных и сосудистых рецепторов максимальная активность наблюдается при 28-32°С, хотя существует группа холодовых рецепторов с максимальной активностью при 24-25°С и при 34-35°С (Минут-Сорохтина, 1972; Козырева, Якименко, 1979; Нете1, 1980, 1982; Оиских & а1., 1980; Когугеуа, 2006). Кривые, показывающие зависимость статической активности рецептора от температуры, так же как и средние величины активности имеют форму колокола.

Динамическая активность терморецепторов возникает при быстром изменении температуры. Холодовые рецепторы на быстрое охлаждение отвечают резким кратковременным учащением импульсов, после чего ритм замедляется и устанавливается соответственно достигнутой температуре. При быстром согревании этих рецепторов происходит урежение или полное исчезновение импульсов, которые затем возобновляются на новом, соответствующем температуре уровне. Тепловые рецепторы реагируют противоположно Холодовым (Неше1, 1974; 1977; КешЬаЬ, Бис1аих 1977; МоНпап, КепБЬаЬ, 1977; Бис1аих, КепэЬаЬ 1980). Динамическая активность рецепторов зависит от исходного уровня температуры и от скорости изменения температуры (Вау1ез е1 а1., 1983, 1985). В ряде работ с регистрацией импульсной активности кожных терморецепторов было

показано, что с увеличением скорости охлаждения возрастает и динамическая активность холодовых рецепторов (Molinari et al., 1977; Davies et al., 1983).

Общепринято, что статическая активность терморецепторов участвует в поддержании температурного гомеостаза в условиях стационарного теплообмена. Для динамической активности терморецепторов известно, что она принимает участие в формировании температурных ощущений (Минут-Сорохтина, 1972, Kenshalo et al., 1968). Вопрос о роли этой активности в формировании терморегуляторных реакций организма всё ещё остается нерешенным и является предметом нашего исследования.

2. Участие симиатоадреналовой системы в реакциях организма на охлаждение

Хорошо известно, что в реакциях организма на острое охлаждение непременно участвует симпатоадреналовая система (Depocas, 1978; Jansky, 1995). В литературе представлены данные, полученные разными исследователями, об увеличении активности симпатических волокон и повышенном выделении норадреналина при действии холода (Depocas, Behrens, 1978; Bruck, Zeisberger, 1986; Gunn T.R., Gluckman, 1989; Jansky, 1995).

Основным инициирующим фактором этого процесса является возбуждающий сигнал от терморецепторов кожи и преоптической области гипоталамуса. Есть также факты, что при более глубоких холодовых воздействиях повышается выделение адреналина из надпочечников, способного взаимодействовать с адренорецепторами эффекторных органов (Гурин и др., 1989).

Таким образом, любая холодозащитная реакция организма осуществляется при участии симпатоадреналовой системы, эффекты которой реализуются с участием катехоламинов - адреналина и норадреналина (Plotnikov, Kulinskii et al., 1983; Maxwell et al., 1988). Это

выражается в увеличении их концентрации в крови (Стабровский, 1972; Depocas et al., 1978) и в моче (Коровин, 1973; Le Blanc et al., 1972). В настоящее время доказано участие центральных моноаминов, и в частности норадреналина в процессах терморегуляции у гомойотермов. Повышение концентрации норадреналина в крови при охлаждениях может быть обусловлено выделением его из симпатических нервных окончаний, клеток хромаффинной ткани, а при более глубоких охлаждениях из надпочечников (Гурин и др., 1989).

В электро- и гистофизиологических исследованиях было показано, что при холодовых воздействиях на организм частота разрядов симпатических волокон возрастает, а содержание норадреналина в крови увеличивается (Гурин и др., 1989, Walther et al., 1970). При этом активность кожных и висцеральных волокон изменяется разнонаправлено. Действие внешнего холода, а также локальное охлаждение гипоталамуса и спинного мозга повышает активность кожных симпатических нервов, что сопровождается сужением кожных сосудов. Это приводит к уменьшению теплоотдачи а, следовательно, к сохранению тепла. Активность же симпатических нервов внутренних органов (кишечника, почек) снижается. Тепловое воздействие на организм приводит к противоположному эффекту: активность симпатических волокон во внутренних органах увеличивается, а в коже - снижается (Walther et al., 1970; Riedel et al., 1972, 1982; Ninomiga et al., 1973; Iriki, Kozawa, 1976; Ninomiga, Fujita, 1976; Rowell, 1983).

Все эти данные предполагают, что центральные и периферические терморецепторы так же, как и сенсорные структуры других модальностей (Ноздрачев, 1978, 1986; Ноздрачев, Пушкарев, 1980) влияют на активность симпатической нервной системы.

Возможность влияния экзогенного норадреналина на развитие большинства терморегуляторных реакций было доказано экспериментально (Bruck, Zeisberger, 1986; Kulinskii et al., 1986; Kolpakov et al., 2001). По

многочисленным данным системное (внутрибрюшинное) введение норадреналина изменяет тонус кровеносных сосудов кожи, повышает общее потребление кислорода за счет увеличения сократительного и несократительного термогенеза, активирует биохимические процессы бурой жировой ткани, усиливает липолиз (Якименко и др., 1971; Пастухов, Хаскин, 1979; Jansky, 1984).

Известно, что экзогенный норадреналин может по-разному влиять на такие важные характеристики как пороги возникновения терморегуляторных реакций в зависимости от способа его введения.

Системное введение норадреналина увеличивало порог дрожи и уменьшало величину этой реакции на охлаждение, при центральном же введении норадреналина, наоборот, порог дрожи уменьшался. (Zeisberger, Bruck, 1976; Zeisberger, 1978, 1982, 1986). Объясняя полученные результаты, Zeisberger и Bruck предположили, что между центральной и периферической адренергическими системами существует реципрокное отношение, то есть искусственное повышение концентрации норадреналина на периферии может снижать активность адренергической системы центральных структур мозга и именно за счет этого увеличить порог дрожи. Таким образом, по их мнению, модулирующее влияние симпатической нервной системы на терморегуляцию осуществляется только через центральные структуры мозга (Zeisberger, 1978, 1979; Bruck, Zeisberger, 1986), а возможность влияния периферической симпатической системы на порог дрожи, например, через периферические кожные терморецепторы, практически исключена, хотя участие этих рецепторов в формировании порога дрожи хорошо известно (Bruck, Wünnenberg, 1970).

Т~* V/ W

В пользу того, что медиатор симпатическои нервной системы может оказывать влияние на кожные терморецепторы могут служить следующие данные. В экспериментах с регистрацией импульсной активности термочувствительных нейронов гипоталамуса и терморецепторов кожи

было установлено, что стационарное повышение концентрации норадреналина изменяет характер температурной чувствительности, как термочувствительных нейронов гипоталамуса, так и периферических терморецепторов кожи. Под влиянием норадреналина чувствительность нейронов гипоталамуса в области высоких температур 38-41°С значительно уменьшается, а в области низких температур 35-38°С, напротив, увеличивается (Когугеуа, Р1егаи, 1994). Увеличение концентрации норадреналина оказывало влияние на активность холодовых рецепторов кожи - как на статическую, так и на динамическую компоненты этой активности. Это влияние было различным, и зависело от функциональных характеристик терморецепторов кожи. При этом, низкочастотные холодовые рецепторы, имеющие максимальную чувствительность в области более низких температур (24-25°С), при повышении концентрации норадреналина увеличивали свою активность и чувствительность к охлаждению, а высокочастотные, имеющие максимальную активность и чувствительность в области более высоких температур (28-30°С), реагировали противоположным образом (Козырева, Якименко, 1984; Козырева, 1990; Когугеуа, 1996, 2006).

Итак, к настоящему времени имеются данные, не оставляющие сомнения в участии симпатической нервной системы в формировании терморегуляторной реакции на холод, как на уровне терморецепторных структур, так и на уровне эффекторных органов. Тем не менее, остаются неясными механизмы инициации терморегуляторного ответа и формирование структуры этого ответа в зависимости от степени активации симпатической нервной системы.

3. Молекулярные механизмы восприятия холода

3.1. TRP-каналы, активируемые температурой

В настоящее время ведутся интенсивные исследования специфических молекул, вовлеченных в восприятие температурных стимулов. Предполагается, что термочувствительность обеспечивается специфическими рецепторными белками, которые локализованы на теле и свободных нервных окончаниях нейронов. Существенным достижением в понимании температурной чувствительности является обнаружение и выявление характеристик термочувствительных TRP-каналов (Cabanes et al., 2003; Jordt et al., 2003; Patapoutian et al 2003; Vlachovâ et al., 2003). Идентификация ионных каналов, воспринимающих холод и тепло, позволяет предложить молекулярную основу температурной чувствительности.

TRP каналы, как и другие ионные каналы, служат для осуществления реакции клетки на различные внешние стимулы путем усиления или ослабления проницаемости для определенных ионов, в результате чего изменяется разность потенциалов между внешней и внутренней сторонами мембраны. Ионные каналы - неотъемлемая часть нервной системы, обусловливающая ее функцию. К настоящему времени семейство TRP каналов насчитывает более 28 типов, которые поразительно различны по способу их активации. Некоторые TRP каналы постоянно открыты, тогда как другие открываются при изменении таких параметров, как напряжение, концентрация внутриклеточного Са(2+), рН, осмолярность, температура, механические стимулы. TRP каналы различны также по типу ионов, для которых они проницаемы - некоторые каналы селективны для Са(2+), другие являются неселективными катионными каналами. TRP каналы подразделяются на 6 классов: TRPC (canonical), TRPV (vanilloid), TRPM

(melatasin), TRPP (polycystin), TRPML (mucolipin), TRPA (ankyrin transmembrane protein) (Reid, Flonta ,2001).

Ионные каналы представляют собой белки, чаще ансамбль гомологичных белков, образующих заполненную водой пору, располагаются в мембране клетки, при открытии они позволяют ионам передвигаться по электрохимическому градиенту через биологическую мембрану. Предполагается, что эти белки имеют внутриклеточные амино- и карбоксил-концы, шесть трансмембранных сегментов и расчетную пору между 5 и 6 сегментом. Они классифицированы на основе полной гомологии и присутствию структуральных субъединиц, таких как анкириновая цепочка (Minke, 2006; Montell, 2003; Watanabe, 2002). Анкирины - группа белков, входящих в состав плазматических мембран, обеспечивающих связи мембранных белков с цитоскелетом, и, по-видимому, участвующих в регуляции активности TRP каналов. Известны две иммунологически различающиеся группы анкиринов, типовыми в которых являются анкирины эритроцитов и анкирины клеток мозга (Minke, 2006; Minke, Cook, 2002). Образующая пору субъединица называется а-субъединицей, остальные обозначаются [3, у и т.д. Для некоторых каналов, управляемых зарядом, ширина поры может составлять в ее узкой части 1-2 атома (т.е. размер поры может варьировать в зависимости от селективности канала). Проведение специфических ионов (Са(2+), К+, Na+ и др.) через каналы может осуществляться почти с такой же скоростью, как в свободной жидкости. В некоторых ионных каналах прохождение ионов регулируется «воротами», которые, как уже упоминалось, могут открываться, или закрываться химическими, электрическими, температурными, механическими стимулами в зависимости от типа канала.

Активность многих ионных каналов модулируется термодинамически, но зависимость их активности от температуры невелика, коэффициент Q10<2. Термочувствительные TRP каналы характеризуются

тем, что именно изменение температуры может непосредственно активировать эти каналы с высоким коэффициентом Q10, Отдельные TRP-каналы чувствительны в определенном диапазоне температур: одни активируются теплом, другие - холодом. Все вместе эти каналы охватывают диапазон температур, воспринимаемый большинством млекопитающих. Шесть идентифицированных термочувствительных TRP-каналов (Рис. 1) характеризуются необычно высокой температурной чувствительностью (Q10>10). TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4 активируются теплом, тогда как TRPM8 и TRPA1 активируются холодом. (Braushi et al., 2006).

К настоящему времени известно, что термочувствительные афферентные нервные волокна экспрессируют ионные каналы семейства TRP, которые реагируют на определенный температурный порог (Jordt et al., 2003; McKemy, 2005; Peier et al, 2002). Температурное ощущение может модулироваться фосфорилированием внутриклеточных сегментов протеинкиназами или встраиванием новых каналов в мембрану клетки (Huang et al., 2006). Есть свидетельства, что большинство термочувствительных TRP каналов млекопитающих идентифицируются уже у рыб и тетрапод (Silverman, Kruger, 1988). Модуляция работы каналов в эволюции, вероятно, происходила в соответствии с необходимостью адаптации к определенным условиям.

Природные продукты, которые вызывают ощущения горячего и холодного, послужили инструментом для идентификации и характеристики семейства термочувствительных катионных TRP каналов. Выяснилось, что термочувствительные TRP каналы реагируют на природные пунгентные (острые) вещества - ментол (TRPM8), горчичное масло и корицу (TRPA1), капсаицин (TRPV1). Есть данные, что эти вещества, модифицируя белок канала, могут изменять его проницаемость (Hinman et al., 2006).

Наибольшее внимание привлекают такие вещества как капсаицин и ментол. Капсаицин (жгучее вещество красного перца) вызывает ощущение жжения и щиплющего горячего, ментол вызывает ощущение холода. Ментол, циклический терпеновый спирт, содержащийся в мяте, широко используется в продуктах - кондитерских изделиях, зубной пасте, аромотерапии. В небольших концентрациях на коже и во рту вызывает приятное ощущение холода, высокие концентрации сопровождаются жжением, раздражением и болью (Cliff, 1994; Green, 1992). Показано, что ментол может активировать холодочувствительные Aô-волокна и сенситизировать С-волокна периферических нервов, вызывая гипералгезию к холоду (Weich et al., 2000). Длительное использование больших доз ментола приводит к адаптации и десенситизации холодочувствительных нейронов, аналогично действию капсаицина на теплочувствительные волокна (Cliff, 1994; Reid, Flonta, 2001; Zhang, Barrit, 2006). Аппликация ментола может временно предотвратить раздражение, вызываемое капсаицином, ряд исследователей указывают, также, на обезболивающие свойства ментола (Green, McAuliffe, 2000).

3.2. Восприятие холода

Ощущение холода может возникать, когда температура снижается совсем немного, около 1°С. При регистрации импульсной активности волокон установлено, что в диапазоне 34-15°С, активируются А5- и С-волокна. В различных работах пиковая активность этих волокон приходится на температуру от 30° до 20°С (Козырева, 1992; Минут-Сорохтина., 1972; Hensel., 1974; Iggo., 1977; Kozyreva, 2006; Pierau, 1996; Schafer et al., 1982). При температуре 15°C появляется болевая холодовая чувствительность с ощущениями жжения, ноющей боли, покалывания. Пропорция болевых

волокон, реагирующих на холод до сих пор не определена и варьирует в разных работах от 10 до 100% регистрируемых А8- и С-волокон.

В культуре тканей нейронов заднекорешковых ганглиев 10-20% нейронов отвечают на охлаждение с порогами активации в диапазоне 30-15°С (McKemy et al., 2002 Reid, Flonta, 2001; Suto, Gotoh, 1999; Thut et al., 2003). Такой же процент составляют и ментол чувствительные нейроны (McKemy et al., 2002, Reid, Flonta, 2001; Viana et al., 2002). Описаны две группы культуральных нейронов - нейроны с низким порогом температурной активации около 30°С и нейроны с высоким порогом температурной активации ниже 20°С (Babes et al., 2004; Nealen et al., 2003; Thut et al., 2003). Первая группа, возможно, обеспечивает ощущение холода, а вторая - болевое холодовое ощущение. Нейроны каждой из групп имеют свои характеристики ответа на холод, что может свидетельствовать о различных механизмах их стимуляции. Эти две популяции нейронов в культуре отличаются по своей чувствительности к ментолу. Нейроны с низким порогом температурной активации преимущественно чувствительны к ментолу, они реагируют быстрее с большим увеличением внутриклеточного кальция, тогда как нейроны с высоким порогом температурной активации, наоборот, преимущественно не чувствительны к ментолу (Babes et al, 2004; Thut et al., 2003).

Восприятие холода может зависеть от активности ионных каналов, которые увеличивают свою проницаемость в ответ на охлаждение. В настоящее время в исследованиях на культуре тканей показано участие в этом нескольких типов ионных каналов. Основными являются TRPM8 (или CMR1) и TRPA1 (или ANKTM1) (Jordt et al., 2003; McKemy , 2005; Patapoutian et al., 2003; Viana et al., 2002). TRPM8 экспрессируется на нейронах заднекорешкового ганглия, тригеминального ганглия, отвечает на ментол и холод. Ионные каналы TRPA1 активируются в диапазоне

температур ниже 17°С и также экспрессируются на нейронах заднекорешкового ганглия.

3.3. TRPM8 - ионный канал, чувствительный к холоду и ментолу

Этот рецептор был клонирован двумя независимыми группами исследователей холодовых и ментоловых рецепторов (McKemy et al., 2002, Peier et al., 2002). Холодовой и ментоловый рецептор TRPM8 имеет температурный порог активации меньше 25-28°С, с увеличивающимся током вплоть до 8°С. Биофизические свойства (ионная селективность, пороги температурной активации) клеток, экспрессирующих этот рецептор, были сходны с таковыми у сенсорных нейронов.

В культуральных нейронах с пороговой температурой активации около 28°С и ментол, и холод увеличивают неселективные катионные токи, а реакция, вызываемая ментолом, является температурозависимой (McKemy et al., 2002, Reid, Flonta, 2001). Не понятно, вовлечены ли в реакцию на действие ментола и действие холода одни и те же механизмы активации сенсорных волокон. Ряд авторов высказывают предположение, что холод и ментол имеют общий механизм действия, через активацию Са(2+) канала TRPM8 (McKemy, 2005; Zhang, Barrit, 2004). Однако другие исследователи приводят данные, свидетельствующие о различных механизмах действия холода и ментола (Andersson et al., 2004; Mahieu et al., 2007).

Локализация. TRPM8 экспрессируется на 15% сенсорных нейронов с малым диаметром заднекорешкового и тригеминального ганглиев, что сходно с процентом ментол-чувствительных и холод-чувствительных нейронов. Размер нейронов, экспрессирующих TRPM8, позволяет относить их к клеткам, имеющим тонкие немиелинизированные С-волокна. Эти клетки не экспрессируют TRPV1 и CGRP (кальцитонин ген связанный пептид), но, как правило, экспрессируют тирозинкиназу А (Kobayashi et al., 2005; Patapoutian et al., 2003). TRPM8 не экспрессируется на

афферентах, относящихся к ноцицепторам (Julius, Basbaum, 2001). Неален с соавторами (Nealen et al., 2003) показали, что TRPM8 экспрессируется на мелких пептидэргических заднекорешковых нейронах с низким порогом температурной активации при охлаждении (около 30°С), но не экспрессируются на непептидэргических нейронах с высоким порогом активации при охлаждении (около 20°С). Отсутствуют данные об экспрессии TRPM8 в мозге.

Существование холодочувствительных, но ментол-

нечувствительных нейронов предполагает возможность восприятия температуры ионными каналами отличными от TRPM8 (Babes et al., 2004; Thut et al., 2003). Стори с соавторами (Story et al., 2003) предположили, что ионные каналы TRPA1 ответственны за восприятие холода в этих нейронах при реакции на сильное болевое действие холода. В культуре сенсорных нейронов TRPA1 канал активируется при температурах менее 17°С.

Таким образом, описаны два типа холодочувствительных TRP ионных каналов, которые могут участвовать в формировании температурной чувствительности человека и животных. В исследованиях на крысах с регистрацией импульсной активности (Козырева, 1994; Козырева, 1992; Kozyreva, 1997; Kozyreva, 2006; Kozyreva, Pierau, 1995; Koyzreva T.Y., Pierau, 1999) также было выделено две группы кожных термочувствительных волокон, различающихся по своим частотным характеристикам и значению температуры их максимальной активности, как статической (частота разрядов при постоянной температуре), так и динамической (частота разрядов в период быстрого изменения температуры). Большая часть (70%) холодо-чувствительных волокон в области иннервации п. sapheni имела при температуре 34°С статическую активность от 1 до 4 имп/с, а температура их максимальной статической и динамической активности приходилась на область температур (28-29°С). Низкочастотные холодо-чувствительные волокна, статическая активность

которых при температуре кожи 34°С была менее 1 имп/с составляли 27% и имели максимальную температурную чувствительность в области более низких температур 24-25°С. Эти группы волокон характеризовались разной чувствительностью к медиатору симпатической нервной системы норадреналину, и по-разному вели себя при длительной адаптации организма к холоду. Под влиянием норадреналина активность и чувствительность к холоду увеличивалась у низкочастотных волокон, но уменьшалась у волокон с более высокочастотной активностью. Интересно, что после адаптации организма к холоду доля низкочастотных, наиболее чувствительных в области низких температур волокон значительно уменьшалась (они практически исчезали). Большинство холодо-чувствительных волокон с максимумом при 28-29°С снижали свою статическую активность, но выявлялась группа высокочастотных холодо-чувствительных волокон (28%) с исходной активностью, более 4 имп/сек и максимумом активности, смещенным в область более высоких температур (34-35°С). Существование различных групп термочувствительных волокон in vivo и изменение их характеристик, например, после адаптации организма к холоду, вполне может быть связано с активацией и преимущественным функционированием различных TRP ионных каналов. Разная чувствительность к норадреналину может быть обусловлена различиями в работе адренорецепторов, на активность которых могут влиять изменения ионной проницаемости разных TRP каналов например, ионов Са(2+). Означает ли это, что, модулируя активность термочувствительных TRP каналов, можно изменить пороги термозащитных реакций и температурную чувствительность целого организма, пока остается вопросом. Если это так, то открываются новые широкие перспективы использования природных и искусственных модуляций для различного рода коррекций и терапии.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперименты проводились на белых крысах-самцах линии Wistar весом 180-300 граммов. Животные содержались в условиях питомника при температуре 20-22 °С со свободным, неограниченным доступом к воде и пище (кормление ad libitum).

В экспериментах использовались два типа низкотемпературного воздействия, различающихся по скорости изменения температуры кожи живота: быстрое (0,05 - 0,08 °С/с) и медленное (0,005 - 0,008 °С/с) охлаждение.

Регистрация физиологических параметров

Во время проведения экспериментов непрерывно регистрировались следующие физиологические параметры: внутрикожная температура живота; температура поверхности кожи уха; ректальная температура; концентрация кислорода и концентрация углекислого газа в выдыхаемом воздухе; электрическая активность мышц шеи. Блок-схема экспериментальной установки представлена на Рисунке 1.

Температурные измерения

Температурные измерения выполняли с помощью дифференциальной медно-константановой термопары (Рис. 1). Один из спаев термопары находился в стеклянной трубке залитой парафином, которая помещалась в систему вложенных друг в друга сосудов Дьюара. Для более надёжной стабилизации температуры этого спая термопары, он находился в термостате при температуре 27,5°С. Второй спай дифференциальной термопары, использовался для измерения температуры физиологического параметра.

ВЮРАСЗуз1еш>, АщКпотЫдде

Медь

-о

Дифференциальная термопара

Медь

емс ОА СО 2 О 2

550 мл/мин

130 мл/мин

в этносферу

щЩ щ

Микронасос Камера

перемешивания

Ротаметр

Термостат с сосудами Дьюара

Термед

Система атаждения термода

Система термостатов для поддерживания температуры термода в 38°С в исходном состоянии, и проведения быстрого и медленного охлаждений

Рис. 1. Блок-схема экспериментальной установки.

Внутрикожная температура живота измерялась термопарой, прошитой на глубине 1,0-1,5мм в области охлаждаемой поверхности живота.

Для измерения температуры кожи уха термопара прикреплялась к внешней поверхности ушной раковины и теплоизолировалась от окружающей среды ватным одеялом.

Ректальная температура измерялась в ободочной кишке крыс на глубине 6-7 см.

Чувствительность температурных измерений составляла 0,01 °С.

Определение общего потребления кислорода и концентрации углекислого газа в выдыхаемом воздухе

Общее потребление кислорода, как физиологический параметр, важен для понимания состояния общего метаболизма организма. В данных экспериментах уровень потребления кислорода характеризовал степень напряжения метаболических процессов организма в покое и в ответ на предъявляемую температурную нагрузку.

Во время проведения эксперимента на голову животного надевалась негерметичная маска. Выдыхаемый крысой в маску воздух подавался в камеру для перемешивания емкостью 50 мл и потом выбрасывался в атмосферу. Скорость потока воздуха по трубкам от маски до камеры перемешивания поддерживалась микронасосом на постоянном уровне (550 мл/мин) и регулировалась ротаметром типа РС-ЗА. Из камеры перемешивания, с постоянной скоростью 130 мл/мин, бралась проба воздуха и подавалась в блок определения концентрации кислорода 02100С и в блок определения концентрации углекислого газа С02100С.

Наличие задержки во времени, возникающей в результате прохождения воздуха по трубкам, было постоянным и учитывалось во время обработки данных при вычислении динамики изменения общего потребления кислорода и выделения углекислого газа.

Расчет общего потребления кислорода и выделения углекислого газа производился по формулам:

= А02 * 0,55 * 1000/ N , мл/мин*юг УС02 = АС02 * 0,55 * 1000/ Ы, мл/мин*кг

где:

У02 - величина общего потребления кислорода (мл/мин*кг);

А02 - разница содержания кислорода в атмосфере и выдыхаемом крысой воздухе, об. %;

УС02 - величина выделения углекислого газа (мл/мин*кг);

Асог - разница содержания кислорода в атмосфере и выдыхаемом крысой воздухе, об. %;

0,55 л/мин - скорость продувки воздуха через маску с животным;

N - вес животного, гр.

Точность измерения потребления кислорода и выделения углекислого газа составляла ±0,1 %.

Вычисленные значения общего потребления кислорода и выделенного углекислого газа использовались для определения динамики изменения дыхательного коэффициента во время опыта по формуле:

ЕхрС = УсогА^ог

Регистрация электрической активности мышц

Мышцы шеи являются ведущими и первыми увеличивают свою активность при инициации сократительного термогенеза под влиянием холодового воздействия на организм (Иванов, 1965). Для оценки сократительной активности мышц использовался электромиографический метод регистрации. Электрическая активность мышц регистрировалась биполярными медными электродами, которые располагались на расстоянии около 1 см друг от друга внутри затылочной группы мышц шеи. Электроды

соединялись с модулем регистрации электрических сигналов мышц ЕМХлЮОС системы ВЮРАС. Погрешность измерений не превышала 0,2 мкВ.

Определение активации симпатоадреналовой системы

Для выяснения степени активации симпатоадреналовой системы при быстром и медленном охлаждении разной глубины определялась величина концентрации катехоламинов (норадреналина и адреналина) в плазме артериальной крови и в коже животных методом жидкостной хроматографии (Гилинский и др., 2007).

Забор крови осуществляли у каждого животного под наркозом из предварительно канюлированной бедренной артерии трижды по 0,5 мл:

1) перед охлаждением;

2) при снижении ректальной температуры животного на 0,5°С;

3) при снижении ректальной температуры на 3-4°С.

После каждого забора крови производили замещение потерянной жидкости в объёме по 0,5 мл раствора Рингера.

Оценка содержания норадреналина и адреналина в коже, в области приложения холодового стимула, производилась путём забора кожной ткани (30-70 мг) дважды:

1) до охлаждения;

2) при снижении ректальной температуры на 0,5°С.

Для приготовления гомогената кожной ткани, кожу замораживали в жидком азоте и растирали в фарфоровой ступке. Катехоламины экстрагировали из гомогената кожи 0,1 М раствором хлорной кислоты. В дальнейшем метод обработки гомогената и хроматографическое определение содержания катехоламинов были аналогичными, как и в случае с плазмой артериальной крови.

Метод аппликации ментола

Метод аппликации используется для пассивного введения веществ в область их приложения на теле животных. В наших экспериментах выполнялась аппликация 1 % суспензии ментола в физиологическом растворе. Аппликация осуществлялась на кожу живота, в область приложения холодового стимула при охлаждении животных.

Аппликация ментола производилась на предварительно подстриженную, площадью 25см , область живота крысы. Во время аппликации наркотизированное животное находилась на термостатируемом столике, температура которого поддерживалась на уровне 37,5-38 °С. Между поверхностью живота и термостатирумым столиком располагался трёхслойный пакет беззольного фильтра и один слой полиэтилена, отделяющий пакет фильтров от столика. Полиэтилен использовался для предотвращения попадания вещества на поверхность столика. На пакет фильтров наносился 1 мл вещества для аппликации. Вещество предварительно разогревали в водяной бане до 38 °С - температуры, близкой к температуре кожи живота и термостатируемого столика. Продолжительность аппликации составляла 20 мин. Сразу после аппликации трёхслойный пакет беззольных фильтров и полиэтилен удаляли и на их место подкладывали на 2 мин. один слой чистого беззольного фильтра для снятия (впитывания) остатков апплицируемого вещества с поверхности кожи живота. После удаления фильтра с остатками вещества, выжидали ещё 5 мин. и начинали охлаждение.

Программно-аппаратный комплекс регистрации и обработки физиологических параметров

В части экспериментов по определению степени активации симпатоадреналовой системы, регистрацию, анализ и обработку результатов осуществляли с помощью программы TERM, разработанной в нашей лаборатории.

В экспериментах по изучению влияния динамической активности терморецепторов на физиологические термозащитные реакции и активации периферических терморецепторов ментолом, регистрацию и анализ физиологических параметров выполняли на аппаратном комплексе МР100А-СЕ фирмы ВЮРАС Systems, Inc. (MP 100), с помощью специального программного обеспечения AcqKnowledge, разработанного фирмой ВЮРАС Systems, Inc. для MP 100, Программно-аппаратный комплекс MP 100 предназначен для проведения научно-исследовательских работ в области экспериментальной физиологии, медицины и биологии.

Температурные показатели регистрировались высокоточным усилителем DA100C, концентрация кислорода и углекислого газа в выдыхаемом воздухе - блоками 02100С и С02100С, уровень электрической активности мышц шеи - блоком EMG100C.

Регистрируемые аппаратным комплексом MP 100 параметры в реальном времени считывались программным обеспечением AcqKnowledge, сохранялись на компьютере и одновременно отображались на мониторе. Это позволяло во время проведения эксперимента контролировать его ход, а после эксперимента производить необходимые вычисления и обработку.

Порядок проведения экспериментов

Эксперименты проводились при температуре окружающей среды 2124 °С. Для устранения эмоционально-стрессорной компоненты, во время проведения опытов все животные находились под наркозом. В серии экспериментов по определению активации СНС использовали уретановый наркоз в дозе 1,2-1,3 г/кг. В серии с аппликацией 1 % ментола применяли нембуталовый наркоз в дозировке 40 мг/кг. После наступления наркотического сна удалялась шерсть в области живота, присоединялись термопары и датчики для регистрации общего потребления кислорода и выделения углекислого газа, электрической активности мышц. Животное помещалось на термостатируемый

столик с поддерживаемой температурой 38°С. Исходные параметры регистрировались в термонейтральных условиях в течение 10 мин. После этого животные подвергались охлаждению.

Схема проведения быстрого и медленного охлаждения

Область живота площадью 25 см охлаждалась с помощью термода.

Опыты проводили по двум типам охлаждения (Рис. 2). При быстром охлаждении скорость снижения температуры кожи в области приложения холодового стимула составила 0,05-0,08 °С/сек, что обеспечивало присутствие динамической активности кожных холодовых рецепторов. При медленном охлаждении скорость снижения температуры кожи в области приложения холодового стимула составила 0,005-0,008 °С/сек, что исключало появление динамической активности кожных холодовых рецепторов. Быстрое и медленное охлаждение продолжалось до снижения глубокой (ректальной) температуры тела на 3 °С. Длительность быстрого охлаждения составила около 10-15 мин, медленного - около 20-25 мин.

В течение эксперимента непрерывно регистрировали следующие терморегуляторные параметры: ректальная температура, температура изолированного от среды участка кожи ушной раковины, внутрикожная температура охлаждаемой поверхности живота, общее потребление кислорода, концентрация выделяемого углекислого газа и электрическая активность мышц шеи. Изменение температуры кожи живота позволяло определить скорость охлаждения и оценить пороговую кожную температуру возникновения термозащитных реакций. По ректальной температуре судили об изменении глубокой температуры тела. Метаболическая реакция организма оценивалась по изменению общего потребления кислорода, который отражает общий термогенез (сократительный и несократительный) и по изменению электрической активности мышц, отражающей сократительный термогенез. Концентрация выделяемого углекислого газа позволяла производить

вычисление дыхательного коэффициента, характеризующий

преимущественный субстрат окисления.

О констрикторной реакции кожных сосудов и изменении теплоотдачи судили по кожной температуре ушной раковины.

Известно, что количество тепла, отдаваемое телом в окружающую среду, зависит от разности температур между телом и средой и коэффициента теплопроводности. Вазоконстрикция в ответ на охлаждение, а, следовательно, уменьшение кровенаполнения кожных сосудов приводит к уменьшению теплоотдачи. Согласно некоторым исследованиям (Джонсон, 1982; Хаютин, 1964), изменение кожной температуры может отражать изменение состояния кровеносных сосудов кожи. Кроме того, в экспериментах с регистрацией температуры и фотоплетизмограммы кожи было показано, что температура кожи и кожный кровоток при охлаждении изменяются одновременно и однонаправлено (Цицурин, 1975).

За начало изменения кожных и ректальной температур принималось их снижение на 0,1°С, за начало метаболической реакции - изменение потребления кислорода на 1 мл/мин*кг, общего выделения углекислого газа -1 мл/мин* кг, для мышечной активности - 1 мкВ.

При изучении влияния аппликации на кожу ментола на терморегуляторные параметры при быстром и медленном охлаждении порядок эксперимента был следующим. На наркотизированных животных, до аппликации, закрепляли датчики, производилась аппликация одного из вышеуказанных веществ и через 5-7 мин. начинали охлаждение (Рис. 2).

Количество животных в каждой опытной и соответствующей контрольной группе было не менее 10.

Аппликация ментола 1% суспензия в физрастворе

38 "С, 25 см2,

20 минут

"

Температура кожи живота 38 °С

«/V

Быстрое охлаждение 0,05-0,08 °С/сек

Медленное охлаждение 0,005-0,008 °С/сек

Рис. 2. Схема проведения быстрого и медленного охлаждения разной глубины с предварительной аппликацией в течение 20 мин. подогретого до 38°С 1 % суспензии ментола в физрастворе.

Обработка результатов

Анализ и обработка результатов осуществлялась с помощью программы AcqKnowledge, разработанной в компании ВЮРАС Systems, Inc., США. На основании зарегистрированных результатов определялись цифровые величины регистрируемых параметров, скорости их изменения, температурные пороги реакции и латентные периоды. Статистическая обработка результатов проводилась на основании t-критерия Стьюдента (Лакин, 1980). Различие между группами считалось достоверным при Р < 0,05. Во всех таблицах и рисунках приводятся значения в виде М ± т, где М - среднеарифметическая величина параметра, m - ошибка среднеарифметического.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Заключение диссертации по теме «Физиология», Козарук, Валерий Петрович

выводы

1. Формирование структуры терморегуляторного ответа на внешнее охлаждение (последовательность инициации холодозащитных реакций) зависит от скорости снижения температуры кожи, т.е. от различия в формирующем афферентном температурном сигнале - вовлеченности статической и динамической активности кожных терморецепторов при быстром охлаждении, или только их статической активности при медленном охлаждении.

2. Для медленного охлаждения с вовлечением только статической активности кожных терморецепторов характерен однофазный метаболический ответ с понижением дыхательного коэффициента, что свидетельствует об инициации жирового обмена. Для быстрого охлаждения с вовлечением статической и динамической активности кожных терморецепторов характерно развитие двух фаз метаболического ответа, сопровождающихся разнонаправленным изменением дыхательного коэффициента: в первой фазе его повышением, а во второй - снижением по сравнению с его исходным значением. Это указывает на преимущественное использование различных субстратов окисления в разных фазах метаболического ответа: углеводов в первой фазе и жиров во второй.

3. Симпатоадреналовая система активируется по-разному в зависимости от скорости и глубины охлаждения. Большая скорость охлаждения, обусловливающая присутствие динамической активности холодовых рецепторов кожи, способствует более раннему и более выраженному повышению концентрации катехоламинов в крови и более выраженному их снижению в коже.

4. Активация ТКРМ8 ментолом уже в термонейтральных условиях приводит к повышению потребления кислорода и снижению дыхательного коэффициента, что в отсутствие дрожи свидетельствует об усилении несократительного термогенеза и липолиза.

5. Агонист холодочувствительного ионного канала ТКРМ8, ментол, вызывает уменьшение порогов всех терморегуляторных реакций на охлаждение как быстрое, так и медленное, не изменяя последовательности их инициации. Под влиянием ментола при быстром охлаждении возрастает величина экстренного термогенеза, связанного с углеводным обменом, при медленном охлаждении ментол приводит к усилению констрикторной реакции кожных сосудов. Все это приводит к лучшему поддержанию температуры тела в условиях холода.

6. Полученные данные свидетельствуют о вкладе ионного канала ТКРМ8 в формирование регуляторного температурного афферентного сигнала для инициации холодозащитных реакций. Присутствие влияния активации ТЯРМ8 на метаболические параметры в термонейтральных условиях и при холодовом воздействии предполагают постоянную вовлеченность ионного канала ТКРМ8 в регуляцию общего метаболизма и, возможно, в определение типа метаболизма живого организма.

7. Динамическая активность кожных холодовых рецепторов в наибольшей степени оказывая влияние на пороги кожных температур терморегуляторных реакций и стимулируя экстренный термогенез, изменяет структуру терморегуляторного ответа организма на охлаждение. Изменение статической активности кожных холодовых рецепторов в наибольшей степени проявляется в изменении порогов терморегуляторных реакций по глубокой температуре тела и уменьшении теплоотдачи организма.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Козарук, Валерий Петрович, 2012 год

ЛИТЕРАТУРА

Александров В .Я. Клетки, макромолекулы и температура. - Л. - 1975. -329 с.

Алюхин Ю.С, Иванов К.П. Коэффициент полезного действия миокарда под влиянием тироксина // ДАН СССР, 1975. Т. 225, № 5. С.1228-1231.

Баркрофт Д. Основные черты архитектуры физиологических функций. - М,—Л: - 1937.

Бартон А, Эдхолм О. Человек в условиях холода. - М.: ИЛ - 1957.

267 с.

Василенко В.Ю. Влияние температуры на активность нейронов в переживающих срезах гипоталамуса и гиппокампа. Автореф. канд. диссерт. Минск, 1991, 18 с.

Винберг Г.Г. Интенсивность обмена и пищевые потребности рыб. -Минск БГУ. - 1956. - 256 с.

Гилинский М.А, Латышева Т.В, Семенова Л.П. Определение катехоламинов, серотонина и 5-гидроксииндолуксусной кислоты в одной пробе крови. Клиническая лаборат. диагностика. 2007. С. 123-126.

Турин В.Н, Лапша В.И, Стрелецкая Л.Р. Изменение содержания катехоламинов и энергетического обмена в миокарде у крыс при холодовых и эмоциональных стрессах. //Физиол. Журн. СССР - 1989.- Т.75. - С. 542547.

Джонсон П. Периферическое кровообращение, пер. с англ, М, 1982 Иванов К.П. О физиологических механизмах химической терморегуляции. //Физиол. Ж. СССР, 1962, т.48, № 4, с.436-443.

Иванов К.П. Мышечная система и химическая терморегуляция. Л, 1965.

126 с.

Иванов К.П. Биоэнергетические механизмы гомойотермии. // Журн. Общ. Биологии. 1990. Т.51, № 1. С. 11-20.

Иванов К.П, Основы энергетики организма, т.З, 2001

Иванов К.П., Ткаченко Е.Я., Якименко М.А. О температурном эффекте мышечного сокращения после адаптации к холоду //Физиол. Ж. СССР -1970-t.56.-C. 1438-1443.

Иванов К.П., Ткаченко Е.Я., Якименко М.А. Энергетика мышечного сокращения под влиянием норадреналина и 2,4-динитрофенола //Физиол. журн. СССР. - 1974.-Т. 60, N2. - С. 206-211. - С. 67-68.

Иванов К.П., Пчеленко Л.Д. Повышение теплопродукции мышечного сокращения после адаптации к холоду // ДАН СССР, 1978. Т. 240, № 1. С. 227230.

Козырева Т.В. Статическая и динамическая активность холодовых рецепторов кожи при инфузии норадреналина //Нейрофизиология. - 1990. -Т. 22, N 1. - С. 69-75.

Козырева Т.В. Модуляция функциональных свойств терморецепторов кожи //Нейрофизиология. 1992. - Т. 24, N5.-0. 542-552.

Козырева Т.В. Зависимость температурной чувствительности холодовых рецепторов кожи от их частотных характеристик у контрольных и адаптированных к холоду крыс. //Бюлл. СО РАМН. - 1994, N2. - С. 53-57.

Козырева Т.В., Верхогляд Л.А. Функциональное значение динамической активности холодовых рецепторов кожи // Физиол. журн. им. И.М.Сеченова. - 1989. - ЬХХУ, №1. - С. 117-122.

Козырева Т.В., Ткаченко Е.Я. Влияние ментола на температурную чувствительность человека. // Физиол. чел. - 2008. - Т.34, № 2. С. 57-62.

Козырева Т.В., Якименко М.А. Влияние адаптации к холоду на импульсную активность кожных терморецепторов //Физиол. журн. СССР. - 1979.-Т. 65, N11.-С. 1598-1602.

Козырева Т.В., Якименко М.А. Чувствительность кожных холодовых рецепторов к норадреналину у контрольных и адаптированных к холоду крыс //Физиол. журн. СССР. - 1984. - Т. 70, N3.-0. 331-338.

Коровин К.Ф. Функциональное состояние симпато-адреналовой системы при кратковременном и длительном воздушном охлаждении

ненаркотизированных крыс //Нейрогуморальные механизмы реакции организма на охлаждение. -Л. - 1973, вып121. -79 с.

Кребс Г. Корнберг А. Превращение энергии в живых системах. // Изд. Иностр. лит., М. 1959

Минут-Сорохтина О.П., Физиология терморецепции. - М.: Медгиз. -

1972.

Минут-Сорохтина О.П. Современное состояние изучения терморецепции //Физиол. ж. СССР. - 1979 -Т. 65. - С.1562-1569.

Нейфах С.А. Окислительное фосфорилирование и образование животной теплоты //Тр. IX съезда Всесоюз. Об-ва физиологов, биохимиков и фармакологов. М.; Минск, 1959, с.193-194..

Ноздрачев А.Д. Вегетативная рефлекторная дуга. - Л.: Наука - 1978 -

231 с.

Ноздрачев А.Д. Автономный (вегетативный) тонус.

Нейрофизиологический аспект //Успехи физиол. наук. - 1986. Т 17. - С. 3-22.

Ноздрачев А.Д., Пушкарев Ю.П. Характеристика медиаторных превращений. - Л.: Наука. - 1980. - 228 с.

Пастухов Ю.Ф., Хаскин В.В. Адренергический контроль термогенеза при экспериментальной и природной адаптации животных к холоду //Успехи физиол. Наук. - 1979. - Т. 10. - с. 121-142.

Пчеленко Л.Д. Влияние тироксина и норадреналина на энергетику мышечного сокращения// Физиол. Ж. СССР - 1978 - т. 64, № 8, с. 1124-1128. Скулачев В.П. Аккумуляция энергии в клетке. - М. - 1969. - 440 с. Скулачев В.П. Трансформация энергии в биомембранах. - М. - 1972 -

202с.

Слоним А.Д. Экологическая физиология животных. - М.: Высшая школа - 1971.-445 с.

Слоним А.Д. Учение о физиологических адаптациях // В кн.: Экологическая физиология животных. Часть 1. - Л.: Наука. - 1979. С. 79183.

Стабровский Е.М. Функция симпато-адреналовой системы и обмен катехоламинов при охлаждении //Сб.: Морфо-физиол. и биохим. Механизмы адаптации животных к факторам среды. - Краснодар. - 1972. - С. 245.

Стабровский Е.М., Коровин К.Ф. Влияние воздушного охлаждения на функцию симпато-адреналовой системы у крыс //Физиол. ж. СССР - 1971. -Т.57. - С.539-545.

Стабровский Е.М., Коровин К.Ф. Катехоламины в тканях крыс и их обмен при охлаждении.// Физиол. ж. СССР - 1972. - Т.58. - С.414-420.

Ткаченко Е.Я., Иванов К.П. О физиологических механизмах химической терморегуляции после адаптации к холоду.// Физиол. ж. СССР -1971. - Т.57. - С. 111-115.

Ткаченко Е.Я., Якименко М.А., Иванов К.П. Работоспособность скелетных мышц и энергетика мышечной работы при адаптации к холоду //Физиол. журн. СССР. - 1976. -Т. 62, N 11.-С. 1608-1702.

Хаскин В.В. Энергетика теплообразования и адаптация к холоду. Новосибирск, 1975. 198 с.

Хаютин В. М. Сосудо-двигательные рефлексы. - М., 1964.

Хочачка П., Сомеро Дж. Биохимическая адаптация: - М.: Мир -1988. -

568 с.

Цицурин В.И. Сосудистые реакции в коже, мышце и брыжейке при периферической термостимуляции. - В кн.: Спинномозговые механизмы терморегуляции. - Алма-Ата: Наука. - 1975. - С. 76-92.

Якименко, Ткаченко, Иванов, Слоним. О повышении теплопродукции мышечных сокращений под влиянием норадреналина // ДАН СССР. - 1971. -Т.200.-С. 1007-1008.

Якименко М.А., Ткаченко Е.Я. Влияние блокады бета-адренореактивных структур на калоригенный эффект норадреналина в скелетных мышцах //Бюлл. эксп. биол.и мед. - 1974. - Т. 77, N 2. - С. 8-11.

Andersson D., Chase H., Bevan S. TRPM8 activation by menthol, icilin and cold is differently modulated by intracellular pH. // J. Neurosci. 2004. V. 24. P. 5364-5369.

Babes A., Zorzon d., Reid G. Two populations of cold-sensitive neurons in rat dorsal root ganglia and their modulation by nerve growth factor. // Eur. J. Neurocsi. 2004. V. 20. P. 2276-2282.

Bautista D.M, Siemens J, Glazer J.M, Tsuruda P.R, Basbaum A.I, Stucky C.L, Jordt S.E, Julius D. The menthol receptor TRPM8 is the principal detector of environmental cold. Nature. 2007. V. 448(7150). P. 147-148.

Behmann F.W., Bontke E. Die Regulung der Warmebildung bei kunstlicher Hypothermie // Pflug. Arch. Physiol. 1958. V. 206. - P. 408-420.

Benzinger T.H. On physical heat regulation and the sense of temperature in man // Proc. Nat. Acad. Sei. USA. - 1959.- v. 45. - P. 645-649.

Bostik J., Kvetinansky R., Jansky L. Plasma corticosterone and catecholamine levels during the course of adaptation in rats. //Acta Univ.Carol-Biol. 1981. Vol.1979. P. 257-261.

Braun H.A., Schaffer K., Wissing H. Theories and models of temperature transduction. In: Thermoreception and Termoregulation. Ed. Bligh J., Voigt K. -Springer Verlag - Berlin - New York - London - Paris. - 1990. - P. 19-29.

Braushi S., Ortra G., Salazar M., Rosenmann E., Latorre R. A hot sensing cold receptor: C-terminal domain determines thermosensation in transient receptor potential channels. // J. Neurosci. 2006. V. 26. P. 4835-4840.

Bruck K., Wünnenberg W. Meshed control jf two effector systems: non-shivering and shivering thermogenesis // In: Physiological and Behavioral Temperature Regulation. Ed. Hardy J.D., Gage A.P., Stolvijk J.A.J., C.C. Thomas Springfield, Illinois. 1970. - P. 562-580.

Bruck K., Zeisberger E. Adaptive changes in thermoregulaton and their neuropharmacological basis // Pharmac. Ther. - 1986. - V. 35. - P. 163-215.

Cabanac M. Theraioregulation //Ann. Rev. Physiol. - 1975. -V. 37. - P. 415439.

Cabanes C., Viana F., Belmonte C., Differential thermosensitivity of sensory neurons in the guinea pig trigeminal ganglion. // J. Neurophysiology. 2003. V. 90. P. 2219-2231.

Cannon W. Die Notfallfunction des simpatico-adrenalen systems// Erg.Physiol. - 1928. - v.27 - P. 380-406.

Cannon B., Nedergaard J. Brown adipose tissue: function and physiological significance//Physiol. Rev. 2004. 84. 277-359.

Carpenter D.O. Membrane potential produced directly by the Na pump in Aplisia neurons //Comp. Biochem. Physiol. - 1970. - V. 35. - P. 371-385.

Chuang H.H, Neuhausser WM, Julius D. The super-cooling agent icilin reveals a mechanism of coincidence detection by a temperature-sensitive TRP channel. Neuron. 2004. V. 43. № 6. P. 859-869.

Cliff M., Green B. Sensory irritation and coolness produced by menthol: evidence for selective desensitization of irritation. // Physiol. Behav. 1994. V. 56. P. 1021-1029.

Davies S.N., Goldsmith G.E., Hellon R.F., Mitchell D. Facial sensitivity to rates of temperature change: Neurophysiological and psychophysical evidence from cats and humans //J. Physiol. - 1983. - V. 344. - P. 161-175.

Davies S.N., Goldsmith G.E., Hellon R.F., Mitchell D. Sensory processing in a thermal afferent pathways //J. Neurophysiology. - 1985 . - V. 53. - P. 429-

A A

4J4.

Davis T.P., Johnson H.D., Gehrke C.W. Effect of temperature stress on circulating biogenic amines in bovine //Comp. Biochem. Physiol. - 1984. - V. 79C. - P. 369-373.

Davis T.R.A. Chamber cold acclimatization to cold in man. //J. Appl. Physiol.

- 1961.-V. 16.-P. 1011-1016.

Dawson T. Primitive mammals and patterns in the evolution of termoregulation // In.: Essays on Temperature regulation. Eds. J.Bligh, R.Moore.

- Amsterdam. - 1972 - P. 1-18.

Depocas F., Benhrens W.A. Levels of noradrenaline in plasma during

thermogenesis induced by cold-exposure or by noradrenaline infusion in warm and cold-acclimated rats. In.: Effect Thermogenesis. - Basel-Stuttgart. - 1978. -P. 135-146.

Depocas F., Behrens W.A, Foster D.O. Noradrenaline-induced calorigenesis in warm- and in cold-acclimated rats: The interrelation of dose of nodardenaline, its concentration in arterial plasma, and calorigenic response //Can. J. Physiol. Pharm. - 1978. - V. 56. - P. 168-174.

Dhaka A, Earley T.J, Watson J, Patapoutian A. Visualizing cold spots: TRPM8-expressing sensory neurons and their projections. J. Neuroscience. 2008. V. 28(3). P. 566-575.

Duclaux R, Kenshalo D.R. Response characteristics of cutaneous warm receptors in the monkey //J. Neurophysiol. - 1980. - V. 43. - P. 1-15.

Duclaux R, Schafer K, Hensel H. Response of cold receptors to low skin temperature in nose of the cat//J. Neurophysiol. - 1980. - V. 43. - P. 1571-1577.

Eccles R. Menthol and related cooling compounds. //J. Pharmacol. 1994. V. 46. P. 618-630.

Green B. The sensory effects of 1-menthol on human skin. // Somatosens. Mot. Res. 1992. V. 9. P. 235-244.

Green B, McAuliffe B. Menthol desensitization of capsaicin irritation. Evidence of a short-term antinociceptive effect. // Physiol. Behav. 2000. V. 68.

Py"'"» -I /- A

. Oji-Ojy.

Griffin J. Central thermosensitivity and the integrative responses of hypothalamic neurons. // J. Therm. Biol. 2004. V. 29. P. 327-331.

Griffin J, Kaple M, Chow A, Boulant J. Cellular mechanisms for neuronal thermosensitivity in the rat hypothalamus. J. Physiol. (London). 2004. V. 492. P. 231-242.

Gunn T.R, Gluckman P.D. The endocrine control of the onset of thermogenesis at birth. Bailliers Clin. Tndocrinol.Metab, 1989. V. 3. N 3. P.869-886.

Hart J.S. Heat production mechanisms. Proc. XXIInd Internal Congr.

Physiol. Sci., 1962, V. 1, Part 1, p. 398. Amsterdam-London-Milan-New Jork. Hemingway A., Shivering. Physiol. Rev., 1963, v. 43, p.397. Hensel H. Thermoreceptors. Ann. Rev. Physiol. - 1974. - V. 36. - P. 233250.

Hensel H. Neural processes in long-term thermal adaptation. Fed. Proc. 1980. V. 40. N 14. P. 2830-2834.

Hensel H., Andres K.H., During M. Structure and function of cold receptors. Pflug. Arch. 1974. V. 352. P. 1-10.

Hensel H., Bruck K., Rath P. Homeothermic organism. In: Temperature and Life. Ed.: Precht H., Christophersen J., Hensel H., Larcher W. 1973. P. 503-733.

Hensel H., Schaffer K. Static and dynamic activity of cold receptors in cats after long-term exposure to various temperatures // Pflug. Arch. 1982. 392. 291298.

Hinman A., Chuang H., Bautista D., Julius D. TRP channel activation by reversible covalent modification. //Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006. V. 103. P. 19564-19568.

Huang J., Zhang X., McNaughton P. Modulation of temperature-sensitive TRP channels. //Semin. Cell Dev. Biol. 2006. V. 17. P. 638-645.

Iggo A. Cutaneous thermoreceptors in primates and sub-primates. J. Physiol. 1969. V. 200. P. 403-430.

T A 1 1 f nr\ *J T 1 11

iggo a., cutaneous ana suocuraneous sense organs, nam. iviea. mm. -1977. -V. 33. - P. 97-102.

Iriki M., Kozawa E. Patterns of differentiation in various sympathetic efferents induced by hypoxic and by central thermal stimulation in decerebrated rabbits //Pflug. Arch. 1976. Vol. 362. P. 101-108.

Jansky L. Adaptibility of heat production mechanisms in homeotherms. Acta Universitatis Carolina - Biologica, 1965, v. 1, p. 1.

Jansky L. Thermoregulatory responses to cold stress of various intensity. Arch. Exp. Veterinarmed. 1984. V. 38. N 3. P. 353-358.

Jansky L. Humoral thermogenesis and its role in maintaining energy

balance. //Physiol. Rev. 1995. Vol. 75. P. 237-259.

Jordt S., McKemy D., Julius D. Lessons from peppers and peppermint: the molecular logic of thermoregulation. // Current Opinion in Neurobiology. 2003. V. 13. P. 1-6.

Julius D., Basbaum A. Molecular mechanisms of nociception. // Nature. 2001. V. 413. P. 203-210.

Kenshalo D.R. Cutaneous temperature sensitivity. In: Foundation of sensory science. Ed.: Dawson W.W., Enoclc J.M. Springer-Verlag, Berlin, New-York, Tokyo. 1984. P.419-464.

Kenshalo D.R., Duclaux R. Response characteristics of cutaneous cold receptors in the monkey //J. Neurophysiol. - 1977. - V. 86. - P. 902-910.

Kenshalo D.R. Holmes C.E., Wood P.B. Warm and cool thresholds as a function of rate of stimulus temperature change //Percept. Psychophys. - 1968. -V. 3. - P. 81-84.

Kobayashi K., Fukuoka T., Obata K, Yamanaka H., Dai Y., Tokunaga A., Nogushi K. Distinct expression of TRPM8, TRPA1 and TRPY1 mRNA in rat primary afferent neurons with Adelta/C-fibers and colocolisation with trk receptors. // J. Comp. Neurol. 2005. V. 493. P. 596-606.

Kolpakov V.V., Ananyev V.N., Fateeva N.M., Zhidkich A.S. Adreno- and cholinoreactivity of the vascular system under the influence of low temperature.

T T /1 • 1 T T 1.1 A AA 1 T T /"A A T < TA ^ A /"

int. J. uircumpoiar. neaitn. zuui. v. ou. in 4. f. duooi i.

Kozyreva T.V. Static and dynamic activity of cutaneous cold receptors induced by noradrenaline infusion//Neurophysiology (Kiev). - 1990. - V.22, N l. - P. 57-62.

Kozyreva T.V. Modulating of the functional properties of skin thermoreceptors //Neurophysiology (Kiev). - 1992. - V. 24, N 5. - P. 350-357.

Kozyreva T.V. Cooling rate and threshold of metabolic and heat loss responses before adaptation to cold and after it. In: Environmental ergonomics: Recent progress and new frontiers. Ed Y. Shapiro, D.S. Moran, Y. Epstein (London), 1996, p. 251-254.

Kozyreva T.V. Response of skin cold receptors to intravenous infusion of noradrenaline. Proc. Symp. Pharmacology of Thermoregulation, 1996, p. 24.

Kozyreva T.V. Two periods in the response of the skin cold receptors to intravenous infusion of noradrenaline. Annals of the New York Academy of Sciences, V. 813. Thermoregulation. Ed. C. Blatteis, 1997, P. 176-183.

Kozyreva T.V. Adaptive changes in temperature sensitivity in humans under the conditions of cold, heat and prolonged exercise. //Human Physiology. 2006.-V. 32, N6, P. 721-725.

Kozyreva T. V. Neurophysiological aspects of the long-term adaptation to cold in mammals: The role of central and peripheral thermoreceptors // J.Thermal Biology. 2006. V. 30 . P. 1045-1055.

Kozyreva T.V., Pierau Fr.-K. Effect of cold adaptation and noradrenaline on thermosensitivity of rat hypothalamic neuron studied in vitro //Neurophysiology. - 1994. -V.26,N3. -P. 142-146.

Kozyreva T.V., Pierau F.K. Central and peripheral thermoreceptors after the long-term adaptation to cold. //Pflug. Arch. - 1995. V. 430. P. R61-R62.

Koyzreva T.V., Pierau Fr.-K. Effect of capsaicin on thermosensitive receptors of the rat skin in vitro //Neurophysiology. -1999. - V. 31, N 3. - P. 167172.

Kulinskii V.I., Medvedev A.I., Kuntsevich A.K. Stimulation of mitochondrial oxidative enzymes in acute cooling and its catecholamine mechanisms. Vopr. Med. Khim. 1986. V. 32. N 5. P. 884-89.

Le Blanc J., Lafrance L., Villemaire A., Roberge C., Vallieres J., Rousseau S. Catecholamines and cold adaptation//Environment. Physiol. - 1972. - P. 71-76.

Leninger A. Bioenergetics. - Amsterdam - London - New York - North -Holland. - 1965.-250 p.

Macpherson L., Dubin A., Evans M., Marr F., Schultz P., Cravatt B., Patapoutian A. Noxious compounds activate TRPA1 ion channels through covalent modification of cysteines. // Nature. 2007. V. 445 (7127). P. 541-545.

Mahieu F., Owsianik G., Verbert L., Janssens A., De Smedt H., Nilius B., Voets T. TRPM8-independent menthol-induced Ca2+ release from endoplasmic reticulum and Golgi. // J/ Biol/ Chem. 2007. V. 282. P. 3325-3336.

Maxwell G.M., Nobbs S., Fourie F., Bates D.J. Thermogenesis and the effect of injected catecholamines on the oxygen consumption of cafeteria-fed rats. Clin. Exp. Pharmac. Physiol. 1988. V. 15. N 5. P. 391-400.

McKemy D. How cold is it? TRPM8 and TRPA1 in the molecular logic of cold. Molecular Pain. 2005. V. 1. P. 1-16.

McKemy D., Neuhausser W., Julius D. Identification of a cold receptor reveals a general role for TRP channels in thermosensation. // Nature. 2002. Y. 416. P. 52-58.

Mekjavic I.B., La Prairie A., Burke A., Lindborg B. Respiratory drive during sudden cold water immersion //Resp. Physiol. 1987. Vol. 70, № l.P. 121130.

Minke B. TRP channels and Ca2+ signaling. // Cell Calcium. 2006. V. 40. P. 261-275.

Minke B., Cook B. TRP channel proteins and signal transduction. // Physiol. Rev. 2002. V. 82. P. 429-472.

Molinari H.H., Greenspan J.D., Kenshalo D.R. The effects of rate of temperature change and adapting temperature on thermal sensitivity //Sensory Proc. - 1977. - V. 1. - P. 354-362.

Molinari H.H., Kenshalo D.R. Effect of cooling rate on the dynamic response of cat cold units //Exp. Neurol. - 1977. - V. 55. - P. 546-555.

Montell C. Physiology, phylogeny, and functions of TRP superfamily of cation channels. // Sci. STKE. 2001. RE 1.

Montell C. Thermosensation: hot findings make TRPNs very cool. // Curr. Biol. 2003. V. 13. P. R476-R478.

Nealen M., Gold M., Thut P., Caterina M. TRPM8 mRNA is expressed in a subset of cold-responsive trigeminal neurons from rat. // J/ Neurophysiol. 2003. V. 90. P. 515-520.

Ninomiga I., Fujita S. Reflex effects of thermal stimulation on sympathetic nerve activity to skin and kidney //Am. J. Physiol. - 1976. - V. 230. - P. 271-278.

Ninomiga I.A., Irisawa A., Nisimaru N. Nonuniforty of sympathetic nerve activity to the skin and kidney //Am. J. Physiol. - 1973. - V. 224. - P. 256-264.

Okazava M., Takao K., Hori A., Shiraki T., Matsumura K., Kabayashi S. Ionic basis of cold receptors acting as thermostats. J. Nturosci. 2002. V. 22. N 10. P. 39944001.

Patapoutian A., Peier A., Story G., Viswanath V. ThermoTRP channels and beyond: mechanisms of temperature sensation. //Neuroscience. 2003. V. 4. P. 529-539.

Peier A., Moqrich A., Hergarden A., Reeve A., Andersson D., Story G., Earley T., Dragoni I., Mclntyre P., Bevan S., Patapoutian A. A TRP channel that senses cold stimuli and menthol. //Cell. 2002. V. 108. P. 705-715.

Pierau F., Torrey P., Carpenter D. Mammalian cold receptor afferents: role of electrogenic sodium pump in sensory transduction. // Brain Res. 1974. V. 73. P. 156-160.

Pierau F.K. Peripheral thermosensors. In: Fregly M., Blatteis C.(Eds.) Handbook of Physiology. Section 4. Environmental Physiology. V. 1. Oxford University Press, New York/Oxford. 1996. P. 85-104.

Plotnikov N.Iu, Kulinskii V.I. Impotance catecholamines and various subtypes of beta-adrenoreceptors for resistance of mice to acute intensive cooling. Vopr. Mev. Khim. 1983. V. 29. N 4. P. 122-127.

Porter R.K., Brand M.D. Body mass dependence of H+ leak in mitochondria and its relevance to metabolic rate. Nature. 1993. V. 362(6421). P. 628-30.

Ramsey I., Delling M., Clapham D. An introduction to TRP channels. // Annual Rev. Physiol. 2006. V. 68. P. 619-647.

Reid G., Flonta M. Physiology. Cold current in thermoreceptive neurons. // Nature. 2001. V. 413. P. 480.

Reid G, Flonta M. Cold transduction by inhibition of a background potassium conductance in rat primary sensory neurons. // Neurosci. Lett. 2001. V. 297. P. 171-174.

Reid G, Babes A, Pluteanu F. A cold- and menthol-activated current in rat dorsal root ganglion neurons: properties and role in cold transduction. // J. Physiol. 2002. V. 545. P. 595-614.

Riedel W, Iriki M, Simon E. Regional differentiation of sympathetic activity during peripheral heating and cooling in anesthetized rabbits //Pflug. Arch. 1972. Vol. 332. P. 239-247.

Riedel W, Kozawa E, Iriki M. Renal and cutaneous vasomotor and respiratory rate adjustments to peripheral cold and warm stimuli and to bactorial endotoxin in conscious rabbits //J. Autonom. Nerv. System. 1982. Vol. 5. P. 177194.

Rowel L.B. Cardiovascular aspects of human thermoregulation // Circulat. Res. - 1983. -V. 52. - P. 367-379.

Saito S, Shingai R. Evolution of termo TRP ion channel homologs in vertebrates. //Physiol. Genomics. 2006. V.27. P. 219-230.

Schaffer K, Braun H.A. Modulation of cutaneous cold receptor function by electrolytes, hormones and thermal adaptation. Physiol. Rev. 1992. V. 41. N 1. P. 71-75.

Schafer K, Braun H.A, Hensel H. Static and dynamic activity of cold receptors at various calcium levels //J. Neurophysiol. - 1982. - V. 47. - 1017-1028.

Schaffer K, Braun H.A, Rempe L. Mechanism of sensory Transduction in cold receptors. In Thermoreception and Thermoregulation. Ed. Bligh J, Voigt K. -Springer Verlag - Berlin - New Jorlc - London - Paris. 1990. P. 30-36.

Silverman J, Kruger L. Lectin and neuropeptide labeling of separate populationsof dorsal root ganglion neurons and associated "nociceptor" thin axon in rat testis and cornea whole-mount preparations. // Somatosens Res. 1988. V. 5. P. 259-267.

Story G., Peier A., Reeve A., Eid S., Mosbacher J., Hricik T., Early T., Hergarden A., Andersson D., Hwang S., Mclntyre P., Jegla T., Bevan S., Patapoutian A. ANKTM1, a TRP-like channel expressed in nociceptive neurons, is activated by cold temperatures. // Cell. 2003. V. 112. P. 819-829.

Suto K., Gotoh H. Calcium signaling in cold cells studied in cultured dorsal root ganglion neurons. // Neuroscience. 1999. V. 92. P. 1131-1135.

Thomas R.C. Electrogenic sodium pump in nerve and muscle cells //Physiol. Rev. - 1972. - V. 52. - P. 563-594.

Thut P., Wrigley D., Gold M. Cold transduction in rat trigeminal ganglia neurons in vitro. //Neuroscience. 2003. V. 119. P. 1071-1083.

Viana F., de la Pena E., Belmonte C. Specificity of cold thermotransduction is determined by differential ionic channel expression. //Nature Neuroscience. 2002. V. 5. P. 254-260.

Vlachova V, Teisinger J., Suankova K., Lyfenko A., Ettrich R., Vyklicky L. Functional Role of C-Terminal Cytoplasmic Tail of Rat Vanilloid Receptorl. // J. Neuroscience. 2003. V. 23. P. 1340.

Voets T., Nilius B. The pre of TRP channels: trivial or neglected? // Cell Calcium. 2003. V. 33. P. 299-302.

Walther O.E., Iriki M., Simon E. Antagonistic changes of blood flow and sympathetic activity in different vascular beds following central thermal stimulation cutaneous and visceral sympathetic activity during spinal cord heating and cooling in anesthetized rab bits and cats //Pflug. Arch. 1970. Vol. 319. P. 162184.

Wasner G., Schattschneider J., Binder A., Baron R. Topical menthol - a human model for cold pain by activation and sensitization of C nociceptors. //Brain. 2004. P/1159-1171.

Watanabe T., Morimoto A., Murakami N. Effect of amine on temperature-responsive neurons in slice preparation of rat brain stem //Am. J. Physiol. - 1986. -V. 250. - P. R553-R559.

Watanabe H., Vriens J., Suh S., Benham C., Droogmans G., Nilius B. Heat evoked activation of TRPV4 channels in a HEK293 cell expression system and in native mous aorta endothelial cells. // J.Biol.Chem. 2002. V. 277. P. 47044-47051.

Webb P. Thermoregulation into water. In: The physioljge and medicine of diving. Ch. 7. Eds. P. Bennet, D. Elliot. London. 1982. P. 300-338.

Weich J., Simon S., Reinhart P. The activation mechanism of rat vanilloid receptor 1 by capsaicin involves the pore domain and differs from the activation by either acid or heat. //Proc. Natl. Acad.Sci. USA. 2000. V. 97. P. 13889-13894.

Wood J. Capsaicin in the study of pain. Neuroscience Perspectives. Ed: Jenner P. London, Academic Press. 1993.

Zeisberger E. Interdependence of peripheral and central noradrenaline action in thermal adaptation //J. Physiol. - 1978. - V. 284. - P. 4IP.

Zeisberger E. Interruption of negative feedback between peripheral and central noradrenaline systems during fever. In: Therm. Mech. and Therm. Implicat. Oxford. - 1979.

Zeisberger E. The role of noradrenergic systems in thermal adaptation. In: Biological Adaptation. Ed. Hildebrandt G., Hensel H. Thieme-Stratton, Stuttgart. -1982. - P. 140-147.

Zeisberger E. The role of monoaminergic neurotransmitters in temperature adaptation of homoitherms. In: BIONA - Report. Ed. Laudien H., G. Fischer. Verlag, Stuttgart. - 1986. - P. 109- 118.

Zeisberger E., Bruck K. The significance of central adrenergic alpha-receptive structures in the control of thermogenesis and in cold adaptation //Israel. J. Med. Sci. - 1976. - V. 12. - P. 1103-1106.

Zhang L., Barrit G. Evidence that TRPM8 is an androgen-dependent Ca2+ channel required for the survival of prostate cancer cells. // Cancer Res. 2004. V. 64. P. 8365-8373.

Zhang L., Barrit G. TRPM8 in prostate cancer cells: a potential diagnostic and prognostic marker with a secretory function? // Endocr. Relat. Cancer. 2006. V. 13. P. 27-38.