книги из ГПНТБ / Крисс А.Е. Жизненные процессы и гидростатическое давление

давления (Asterita, Marslaad, 1961). Как видно из табл. 74, с повышением давления с 7000 до 9000 ф/д2 в контроле, без применения ферментов, процент лизированных клеток Blepharisma возрастал с 15 до 37. Обработка трипсином в течение 30 мин. вызвала лизис уже 55% клеток под давлением 7000 ф/д\ а трипсин в комбинации с ß-амилазой приводил к еще более выраженному влиянию этого давления: 74% клеток оказались лизированными. Почти в три раза увеличился процент лизиро­ ванных парамеций, когда клетки до давления выдерживали в течение часа в растворе ß-амилазы.

Концентрированные препараты ферментов при атмосферном давлении сами по себе способны были индуцировать автолиз кле­ ток животных. Авторы рассматривают полученные данные в связи с ролью пелликулы в устойчивости формы и целостности клеток.

Комбинированное влияние давления, УФ-лучен п морфия

Чувствительность к высокому давлению Blepharisma undulans, предварительно подвергнутой действию ультрафиолетовых лучей,

пелликула отделялась от подлежащего слоя протоплазмы, затем разрывалась в передней части и гранулярный материал выделял­ ся в среду. Разрывы захватывали также заднюю и центральную части животного, и через 3—4 мнн. наступал полный лизис. В сравнительных исследованиях общим показателем было мини­ мальное давление, которое вызывало лизис у 50% животных в течение 3 мин.

Опыты показали, что наименьшая чувствительность к давлению

Облучение УФ-лучами с длиной волны 265 ммк (область погло­ щения нуклеиновыми кислотами) понизило величину минималь­ ного давления до 7000 ф/д2. Еще меньшее давление (6500 ф/д2) понадобилось для лизиса Blepharisma, облученной в области поглощения белком (280 ммк). Однако наибольшая чувствитель­ ность животных к давлению проявилась в опыте, когда они об­ лучались УФ в малоспецифичной области (230 ммк), минималь­ ная величина его составила 5000 ф/д2.

Влияние УФ-лучей на чувствительность Amoeba proteus к вы­

(1960). При атмосферном давлении наибольшее влияние на аме­ бу оказывало облучение при длине волны 230, 265 и 280 ммк. Эффект проявлялся в лизисе 60% особей при 230 ммк, а при последних двух длинах волн происходило сокращение псевдопо­ дий, вакуолизация и нерегулярное движение протоплазмы.

196

Когда было введено давление, эффект его оценивался по ми­ нимальной величине, еще вызывающей округление по меньшей мере 70% подопытных животных, взятых в опыт. Для иеоблучениых особей такой величиной было давление 5000 ф/д2. Эта величина снизилась до 4000 ф/д2у облученных при длине волны 280 ммк. Применение воли другой длины — 265, 302, 365 ммк — привело к результатам, не отличающимся от полученных при дей­ ствии того же давления на необлученных животных.

Морфий повышает устойчивость псевдоподий Amoeba proteus к действию высокого давления. В опытах Zimmerman (1967) под давлением 5000 ф/д2 наблюдалось округление 69% амеб, не об­ работанных этим алкалоидом, между тем после предварительного пребывания в 2 • 10_3 М растворе морфия под этим же давлением (5000 ф/д2) округлилось только 47% амеб. Уменьшение кон­ центрации морфия вызывало в аналогичных опытах снижение устойчивости псевдоподий и увеличение процента округлившихся амеб.

Количество округлившихся амеб (в %) после пребывания в течение часа в растворах морфия различной концентрации, а за­ тем под давлением 5000 ф/д2, 20°, продолжительностью 20 мин. (Zimmerman, 1967) показано ниже.

П р и м е ч а н и е . Цифры в скобках означают число особей, участвовавших в опыте.

Применяя N-аллилнорморфий, автор установил, что этот анта­ гонист морфия сам по себе не оказывает какого-либо действия на устойчивость псевдоподий к давлению. Однако в тех опытах, ког­ да отмытые от морфия амебы помещали в растворы, содержащие возрастающие концентрации N-аллилнорморфия, а затем под дав­ ление 5000 ф/д2, процент округлившихся амеб с увеличением содержания антагониста приближался к проценту их в контроле (без морфия).

С тр у к ту р н ы е и зм ен ен и я

Pease a. Regnery (1941) подвергали хромосомы слюнной же­ лезы личинок Drosophila действию гидростатического давления 10 000 и 15 000 ф/д2 в течение 10—20 мин. Хромосомы сохраня­ ли свою форму, когда оболочка ядра не была повреждена. Попе­ речные хроматиновые тяжи занимали нормальное положение. Ав­ торы полагают, что, поскольку давление не вызывало явных изменений, нельзя говорить о разжижении матрикса хромосомы под действием этого фактора.

197

Marsland (1944) наблюдал ингибирующее действие гидро­ статического давления на процесс концентрации пигмента в меланофорах Fundulus heteroclitus даже тогда, когда этот процесс индуцировался различными химическими веществами. В ряду ве­ личин давления до 7000 ф/д2 эффект ингибирования усиливался почти пропорционально повышению давления. Независимость дан­ ного явления от реакции центральной нервной системы, влияю­ щей через нервные окончания на функциональное состояние меланофор, была подтверждена при денервации исследованных объ­

ектов.

Низкая температура (6°) повышала, а высокая (30°) ослабля­ ла ингибирующий эффект давления. Эти эффекты комбинирован­ ного действия температуры и давления на распределение пиг­ мента в меланофорах, по мнению автора, определяются тем же механизмом, что и у других типов движения протоплазмы: пе­ реходами гель^золь.

Давление расширяло меланофоры в клетках чешуи рыбы Fun­

пенчатое повышение давления, по 1000 ф/д2, вызывало их рас­

личивалось в среднем на 12,8% и достигало максимума под дав­ лением 9000 ф/д2.

Более высокое давление требовалось для расширения меланофор, когда опыты проводили в 0,1М растворе хлористого калия при 50 и 70% D2O. При температуре 20° требовалось 14 000 и 16 000 ф/д2 соответственно, чтобы получить тот же эффект рас­ тяжения, что и в водном растворе. С повышением температуры до 25° требовались большие величины давления, чем при 20°: например, величина давления для растяжения меланофор в опы­ те с 50% дейтерия при 25° соответствовала величине давления для этой цели в опыте с 70% D2O при 20°.

После снятия давления меланофоры в течение 3—4 мин. воз­ вращались к обычной форме.

Электронномикроскопические исследования методом ультратонких срезов показали (Landau, Thibodeau, 1962), что в клет­ ках Amoeba proteus, находившихся под давлением 8000 ф/д2 в течение 20 мин., не обнаруживаются аппарат Гольджи и пиноцитозные каналы, хорошо заметные в клетках, находившихся в условиях атмосферного давления. Хотя поверхность амебы сокра­ тилась, когда она приняла сферическую форму, отсутствовало за­ метное различие между плазмолеммой у опытных и контрольных экземпляров. В центре клеток со сжавшейся цитоплазмой наблю­ дались различные включения и тесно сжатый везикулярный ма­ териал.

Поскольку микротрубочки, из большого числа которых состоят аксоподии Actinosphaerium, сходны с фибриллами в митотиче-

198

Рис. 100. Схема изменений морфологии Actmospbaerium micleofilum под действием гидростатического давления (Тііпѳу et al., 1966)

Слева— Actinospbaerium до приложения давления; справа — через 10 мин. после сня­ тия давления

сном аппарате, Тііпеу (1965) решил выяснить, идентично ли влияние на микротрубочки тех факторов, которые действуют на структуру веретена; среди этих факторов находится также гид­ ростатическое давление.

Выяснилось, что под давлением аксоподии постепенно исче­ зают и одновременно деполимеризуются микротрубочки. После снятия давления микротрубочки вновь появляются, и аксоподии восстанавливаются.

Тііпеу, Hiramoto а. Marsland (1966) подвергали Actinospliaerium nucleofilum давлению 4000, 6000 и 8000 ф/д2 и за­ тем изучали под световым и электронным микроскопами клетки опытных и контрольных животных (рис. 100). Основные орга­ неллы клетки были относительно устойчивы к этим величинам давления, изменения отмечались в аппарате микротрубочек аксоподий и цитосоме. Их дезинтеграция наблюдалась наряду с втягиванием аксоподий, а после снятия давления эти элементы вновь появлялись с растягиванием аксоподий. Скорость распада в аппарате микротрубочек возрастала с повышением давления,

199

и после давления 8000 ф/д2 они не регенерировали. Нити и тонкий фибриллярный материал в клетках после давления авто­ ры рассматривают как дериваты распада аппарата микротрубо­ чек и приписывают микротрубочкам важную роль не только в сохранении устойчивости формы аксоподий, но и в процессе их выпячивания.

Дальнейшие наблюдения над аппаратом микротрубочек были проведены па ультратонких срезах оплодотворенных яиц морско­ го ежа, находящихся в стадии гаструлы. Одни гаструлы поме­ щали в чашки Петри, которые содержали соответственно мор­ скую воду, освобожденную от кальция, морскую воду с колхи­

Затем каждая серия проходила необходимую обработку для по­ лучения ультратонких срезов с апикального конца эктодермаль­ ных клеток, который включает ресничку и ее базальное тело. Это позволило анализировать как ресничковые, так и цитоплазмати­ ческие трубочки, входящие в него.

В опытах с колхицином реснички не повреждались, движение эмбрионов было вращательным, в электронном микроскопе реснич­ ковые микротрубочки выглядели морфологически неизмененными, однако цитоплазматические микротрубочки полностью исчезли.

Под давлением 6500 ф/д2 и в опытах с морской водой без кальция движение особей сохранялось, были видны п ресничко­ вые трубочки. Что же касается цитоплазматических микротру­ бочек, то они исчезли в результате действия давления, а в мор­ ской воде без кальция уменьшились в числе; в некоторых клетках онп совсем не определялись.

В искусственной морской воде с 70%-ной концентрацией D2O эмбрионы прекратили движение, но сохранились как рес­ ничковые, так и цитоплазматические микротрубочки.

Все четыре фактора ингибировали дальнейшее развитие эм­ брионов. Авторы полагают, что различия в стабильности ресничковых и цитоплазматических микротрубочек зависят больше от несходства в связях или ассоциациях их, чем от различия в белковой структуре.

По данным Haffen, Mendel, Reeb-, а. Grenier (1972), сердце 6-дневного куриного эмбриона и печень, кишечник, гонады 12- дневного эмбриона сохраняли нормальную гистологическую струк­ туру п физиологическую активность после пребывания 30, 45 и 75 мин. под давлением 900 атм или 10 мин. при 1500 атм. Дей­ ствие высокого давления было различным на' органы, которые подвергались Компрессии 2300, 2050, 1850 атм при экспозиции 1, 3, 5 мин. соответственно. Эндотелий кишечника оказался бо­ лее чувствительным к давлению, чем мышечный слой. Репро­ дуктивные клетки не выжили. Высокая барочувствительность наб­ людалась у печени. Сердце восстанавливало активность, однако амплитуда биений уменьшалась.

200

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ТКАНИ

Культура тканей

Ben.th.aus (1937) исследовал изменения в культуре тканей сердца куриного эмбриона, наступающие под действием давления от 1 до 1850 атм. При давлении ниже 1000 атм не были отме­ нены какие-либо нарушения в росте ткани. Они появлялись и возрастали с повышением давления от 1000 до 1850 атм. Эти нарушения выражались в задержке начального развития тканевой культуры, в малых размерах площади и толщины зоны роста. В зависимости от величины давления подавление роста могло иметь преходящий характер или наступала гибель большего пли меньшего числа клеток. Морфология выживающих фибробластов изменялась в сторону их округления, ядра сжимались и стано­ вились никнотичными. До определенной величины давления эти изменения оказывались обратимыми.

Аналогичную картину действия высокого давления на фибро­ бласты в эмбриональной ткани сердца цыпленка описывает Lan­ dau (1960). Ниже 7000 ф/д2 не происходило заметных измене­ ний в форме клеток. Индивидуальные клетки становились опти­ чески более различимыми, т. е. клеточные границы не были в тесном контакте друг с другом. С повышением давления возра­ стал процент клеток, принявших сферическую или яйцевидную форму. После 10 мин. действия давления 9000 и 9500 ф/д2 эти изменения произошли у 75—80% клеток. Увеличение экспозиции или более высокое давление вызывало уже необратимый эффект. Величина давлевия, при котором происходило максимальное раз­ жижение геля цитоплазмы, определяющее морфологические изме­ нения фибробластов, зависела от температуры. С повышением на 5° требовалось соответственно повышение давления на 750 ф/д2, чтобы достичь этого эффекта. Таким образом, необходимым усло­ вием для сохранения характерного облика фибробласта была це­ лостность гелевого слоя его цитоплазмы.

По наблюдениям Padaver, Zimmerman, Gordon а. Marsland (1956), крупные круглые или овальные клетки в перитонеальной жидкости, с выраженной зернистостью протоплазмы (тучные клетки), принимающие под влиянием колхицина неправильную форму, иногда с ьыростами, подобными псевдоподиям, сохраняли ее под давлением 8000 или 10 000 ф/д2. Однако некоторые из этих отклоняющихся от нормальной морфологии клеток явно ок­ руглялись в течение 45 сек. пребывания под давлением 12 000 ф/д2. Было подмечено, что наиболее полиморфные клетки в незначительной степени отвечали на округляющее действие вы­ сокого давления. Авторы предполагают, что у таких клеток ге­ леобразная структура протоплазмы устойчивее и для разжижения ее, способствующего округлению, требуется большее давление.

Деформация тучных клеток у крые наблюдалась также при

201

центрифугировании в условиях высокого давления (Padaver el al., 1958), она заключалась в удлинении этих клеток и иногда в осаждении гранулярных элементов в цитоплазме. Число изме­ ненных клеток зависело от центробеяшой силы и величины дав­ ления, которое применяли в пределах от 7000 до 14000 ф/д2. После снятия давления клетки в течение 20—45 мин. приобретали первоначальную круглую или овальную форму.

Центрифугирование показало, что относительная прочность протоплазменного геля была обратно пропорциональна величине давления и была неодинакова для крыс различного возраста. У животных 7-недельного возраста она была меньше, чем у жи­ вотных 20-неделыюго, а у последних прочность гелевой струк­ туры уступала прочности геля у 59-недельных крыс.

Под давлением 10 000 ф/д2 происходило округление клеток первичного амниона человека, FL-амниоиа (непрерывной культу­ ры нормального происхождения) и HeLa клеток (непрерывной культуры злокачественного происхождения). Авторы считают (Landau, 1961; Landau, Peabody, 1961), что относительная плот­ ность геля в клетках всех трех линий амниона была идентич­ ной, так как сходные результаты получались у этих линий на всех уровнях снижения давления до 3000 ф/д2и соответствующих тем­ ператур от 35 до 20°. При 35° клетки возвращались к нормаль­ ному виду через 45 мин. после снятия давления.

Судя по электронограммам, давление 10 000 ф/д2 в течепие 20 мин. не оказывало какого-либо влияния на структуру мито­ хондрий, ядра или плазменные мембраны (Landau, МсАІеаг, 1961). В культуре первичного амниона наблюдались межклеточ­ ные мостики, они были значительно меньшего протяжения у кле­ ток FL-амппоиа и совсем отсутствовали у HeLa клеток. Различия отмечали и в сократительных свойствах плазмогеля. По этим свойствам клетки FL-штамма амниона были более сходны с HeLa клетками, чем с клетками первичного амниона; это позволило авторам предположить, что первичная характеристика злокачест­ венной клетки может выражаться в высокой сократительной спо­ собности гелевой структуры цитоплазмы.

Отличие клеток FL-амниоиа от клеток первичного амниона выявилось и в приросте внутриклеточной АТФ под давлеппем 10 000 ф/д2при 35°. У первых содержание АТФ увеличилось на 80—100% (Landau, Peabody, 1936).

рез 30 сек. после снятия давления 10 000 ф/д2уровень АТФ до­ стигал контрольного. Между тем, как и при 2°, возросший уро­ вень АТФ не снижался до нормы даже через 10 мин. после декомпрессии.

В клетках первичного амниона давление 10 000 ф/д2 не вы­ зывало увеличения АТФ прн 35° (рис. 102) и при 2°. Только

202

в одном опыте из десяти произошло повышение содержания АТФ на 20%; авторы допускают возможность ошибки в этом эксперименте. Что же касается эффекта возрастания уровня АТФ в клетках FL-амниона под давлением и снижения его до исходного количества тотчас же после снятия давления, то Landau а. Peabody (1963) затрудняются дать ему объяснение.

Близкие к этой работе исследования проводил Landau (1966b), изучавший содержание адениннуклеотида в яйцах Arbacia punctulata и Paracentrotus lividus в зависимости от давления. Оказалось, что в неоплодотворенных яйцах морского ежа количе­ ство этого нуклеотида не изменялось с повышением давления от атмосферного до 10 000 ф/д2. Осталось оно неизменным также и в оплодотворенных яйцах спустя 30 и 50 мин. после обсеменения при 1 атм, но увеличивалось на 50%, если оплодотворенные яйца через 35 мин. помещали на 15 мин. под давление 10 000 ф/д2. Однако достаточно было 2 мин. после декомпрессии, чтобы со­ держание адениннуклеотида вернулось к норме.

В экспериментах с Paracentrotus lividus яйца подвергали давлению до оплодотворения, через 5 мин. после него, а затем через 15-минутные интервалы в течение 60 мин. Резкое повыше­ ние содержания адениннуклеотида в яйцах наблюдалось под дав­ лением 10 000 ф/д2через 45 мин. после оплодотворения.

203

К р о в ь и ее эл ем е н ты

Regnard (1891) установил, что под влиянием высокого дав­ ления понижается способность крови поглощать кислород. Это явление он объяснял впитыванием эритроцитами плазмы, подобно тому как мышечные волокна поглощают воду при соприкоснове­ нии с ней.

С целью выяснения правомерности такого объяснения Fon­ taine (1927b) провел следующие опыты. Он определял объем форменных элементов при атмосферном давлении и после дав­ ления 500—700 атм продолжительностью 2—7 час., осажденных из дефибринированной крови и из суспензий в Рингеровском растворе, а также из суспензий в 7, 9 и 12%-ных растворах

NaCl.

Оказалось, что объем глобулярных элементов после давления остался тем же, что и при атмосферном давлении,— обстоятель­ ство, позволяющее автору отрицать впитывание эритроцитами плазмы крови. Однако он не исключает возможности реверсии после снятия давления, приведшей к полученным результатам.

Морфологические изменения эритроцитов под давлением 1200—2000 атм описал Ebbecke (1936d).

По его наблюдёниям, эритроциты лягушки изменяли свою фор­ му под давлением 1500—2000 атм. Тельца с измененной морфо­ логией появлялись уже после 6 мин. пребывания красных кровя­ ных телец в условиях давления 1500 атм. Удлинение экспози­ ции до 15 мин. приводило к увеличению числа деформированных клеток, а через 20 мин. действия давления 2000 атм вместо нор­ мальных дискообразных эритроцитов препараты содержали шари­ ки, большинство которых было одинакового диаметра. Автор ука­ зывает на сходство с картинами, которые наблюдаются при пойкилоцитозе.

Исследования Haubrich (1937) с кровью лягушки показали, что имеются сезонные колебания в резистентности эритроцитов. Высокие температуры снижали ее, а низкие — повышали устой­ чивость эритроцитов к высокому давлению.

Эритроциты человеческой крови также округлялись под высо­ ким давлением. Но для них требовалось несколько меньшее дав­ ление, чем у лягушки. Примерно такой же чувствительностью к давлению, как эритроциты человека, отличались эритроциты таких млекопитающих как кролик, морская свинка, собака; не­ сколько менее чувствительными к давлению были эритроциты быка, а эритроциты лошади не округлялись даже под давлением 2000 атм продолжительностью 30 мин.

Высокое давление не вызывало гемолиза, однако после де­ компрессии ускорялось осаждение эритроцитов и происходил ге­ молиз.

Свертываемость крови замедлялась под высоким давлением (Ebbecke, Zip!, 1939). Как видно из табл. 75, уже давление

2Ш

1000 атм вдвое увеличивало время свертывания человеческой крови по сравнению с атмосферным давлением. Со значительным удлинением продолжительности действия давления на кровь тре­ бовались не минуты для ее свертывания, а часы. Так, после давления 2000 атм продолжительностью 15 мин. свертывание про­ текало в течение получаса, а при шестичасовой экспозиции кровь ■свернулась на 7 час. 40 мин. позднее образования сгустка в ус­ ловиях атмосферного давления. В опытах, где продолжительность давления достигала 16—24 час., кровь после декомпрессии поте­ ряла способность свертываться, даже когда к ней добавляли све­ жую сыворотку (тромбин).

T а б л и ц а 75. Влияние высокого давления на свертываемость человеческой крови (Ebbeke, Zipf, 1939)

В дальнейших опытах выяснилось (Ebbecke, Haubrich, 1939), что давление 200—800 атм не препятствовало свертыванию натив­ ной крови. Но если к цитратной крови добавляли хлористый кальций, то картина менялась. При оптимальной концентрации •СаСЬ скорость свертывания цитратной крови под давлением 200, 400, 600 атм не отличалась от контроля при атмосферном давлении и лишь при 800 атм была несколько ниже. Добавле­ ние меньших или больших концентраций хлористого кальция при­ водило к тому, что цитратная кровь оставалась жидкой под дав­ лением 800, 600 и даже 400 атм.

Высокое давление подавляло процесс сжатия сгустка, обра­ зующегося в результате свертывания крови. По данным Haubiich (1939), ретракция коагулята не происходила не только в том случае, когда после образования при атмосферном давлении его помещали под давление 800 атм, но и тогда, когда этому давлению подвергался сгусток, достигший определенной степени сжатия.

В первом случае, при достаточно продолжительном действии давления, после декомпрессии сгусток оставался таким же, ка­

205