Теория критического объема инертного газа. Влияние нейтральных газов на мембраны клеток

По теории критического объема следует, что все наркотики действуют в одном и том же месте молекулы. Однако Halsey и соавт. (1978) не поддержали этого положения и выдвинули свою гипотезу многоочагового утолщения молекул мембраны. Суть ее сводится к следующему.

1. Общая анестезия (наркоз) может быть вызвана утолщением (увеличением в объеме) более чем одного участка молекулы, причем эти участки, возможно, имеют различные физические свойства.
2. Физические свойства указанных участков молекулы могут сами изменяться под влиянием наркотиков или давления (например, сжиматься).
3. Указанные участки молекулы действуют не как объемные растворители, они имеют определенный размер и определенную степень задействованности.

4. Место приложения действия давления в молекуле необязательно должно быть тем же, что у наркотика. В зависимости от наркотика в одном из мест молекулы может происходить преимущественное взаимодействие наркотического эффекта с эффектом, обусловленным давлением.
5. Участки молекулы, ответственные за развитие наркоза, при снижении температуры изменяются иначе, чем при увеличении давления.

Утолщения мембран при наличии наркоза, как об этом указывали в 1962 г. Clements, Wilson, не происходит. Исследователи обратили внимание, что наркотические вещества, такие как окись азота, имеют сродство к липидным монослоям, и сделали вывод, что нейтральные газы при парциальном давлении, достаточном для появления типичного влияния на биологическую систему, действуют на границе липопротеин — вода и вызывают снижение межповерхностного натяжения на 0,39 дин/см.

Результаты проведенных нами в 1967 г. в сотрудничестве с Papahadjopoulos, Bangham экспериментов показали, что нейтральные газы при повышенном давлении также будут проникать сквозь липидный монослой и влиять на поверхностное натяжение в соответствии с закономерностью, выведенной Clements, Wilson. Позже Bangham и сотрудники на основании изучения влияния n-алкил-спиртов, хлороформа и эфира на межповерхностное натяжение и изучения проницаемости катионов на моделях пришли к выводу, что такая адсорбция ведет к временному обратимому увеличению проницаемости мембраны для катионов.

Нейтральные газы в этом отношении не являются исключением. Нами в 1967 г. в сотрудничестве с Hayward было проведено сравнительное изучение in vivo содержания ионов калия, натрия и хлора в спинномозговой жидкости у кошек, находящихся в течение 1 ч под нормальным давлением и подвергнутых затем воздействию газовых смесей, содержащих нейтральные газы под абсолютным давлением 11 кгс/см2. Показано, что смеси, содержащие азот или аргон, вызывают значительное снижение слуховой вызванной реакции коры головного мозга и уменьшение концентрации ионов натрия и хлора.

У животных, находящихся в атмосфере воздуха или гелия при нормальном давлении, на 2-м часу экспозиции отсутствовали изменения как в вызванных потенциалах, так и в содержании электролитов. Похожие нарушения проницаемости мембраны были выявлены различными исследователями в крови, моче и в препарате кожи лягушки.

Johnson, Miller в 1970 г. обратили внимание на то, что воздействие бутанола, эфира и азота на липосомы в дозах, достаточных, чтобы только ликвидировать распрямительный рефлекс у тритонов, вызывает увеличение проницаемости мембраны для ионов калия и рубидия. При давлении, равном 150 кгс/см2, эти эффекты исчезали. Если применяли более высокие дозы наркотиков, то требовалось и более высокое давление для уравновешивания возникающих эффектов.

Кроме того (особенно это касается причины НСВД), одно лишь воздействие гипербарической гелиево-кислородной среды вызывало резкое снижение ионной проводимости.
Как и при нарушениях, выявленных при измерении поверхностного натяжения монослоя яичного фосфолипида, эти обратимые эффекты привели нас к предположению о том, что правильная комбинация азотно-гелиево-кислородной смеси не должна вызывать ни наркотических проявлений, ни НСВД.

Galey, van Nice (1980) также продемонстрировали в соответствии с гипотезой о повышенной проницаемости мембран, что абсолютное давление 88 кгс/см2 стимулирует активный отток Na+ и приток К+ сквозь мембрану эритроцита, и этот эффект аннулируется добавлением оуабаина. Увеличенное давление ненаркотического гелия стремится подавить активный транспорт Na+ и К+. Более современные исследования, приведенные этими учеными по изучению синаптосом головного мозга крыс, показали, что абсолютное давление 69 кгс/см2 в среде гелия или такое же по величине гидростатическое давление подавляет накопление К+ в синаптосомах, а повышенное давление аргона, наоборот, стимулирует накопление К+.

Источник: http://meduniver.com