Способ регулирования внутриклеточного энергопроизводства, способ лечения онкологических заболеваний, способ предотвращения бактериального разложения пищевых продуктов при их хранении, способ лечения сахарного диабета и способ предотвращения клеточного деления

Способ регулирования внутриклеточного энергопроизводства, способ лечения онкологических заболеваний, способ предотвращения бактериального разложения пищевых продуктов при их хранении, способ лечения сахарного диабета и способ предотвращения клеточного деления

Реферат

 

Изобретение может быть применено при лечении онкологических заболеваний и сахарного диабета, а также при хранении пищевых продуктов и микробиологическом синтезе. Объект обработки помещают в герметичную камеру, заполненную средой. Камера дополнительно содержит средства жизнеобеспечения. Среда, заполняющая камеру, содержит кислород и биологически неактивные компоненты. Периодически изменяют давление в камере путем изменения содержания биологически неактивных компонентов. Использование изобретения позволяет управлять ростом клеток организма. 5 с. и 3 з.п.ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретения относятся к области медицины и биотехнологии.

Объектами применения изобретений могут быть клетки любого рода организмов (в том числе и одноклеточных), культуры клеток и тканей, а также многоклеточные организмы в целом.

Указанные выше изобретения могут быть использованы, в частности: - в медицине, для коррекции нарушений энергетического метаболизма клеток, клеточных систем, тканей, органов и многоклеточных организмов в целом; - в биологии, для исследования особенностей энергетики клеточных систем, например, для синхронизации клеточной культуры (получения популяции микроорганизмов, находящихся в одной и той же фазе развития); - в генной инженерии, для увеличения выхода синтезируемых микроорганизмами белков.

Известны различные способы регулирования внутриклеточного энергопроизводства клеток с помощью химических и биохимических средств: лекарств и препаратов, естественных (гормонов) или синтезированных. Одни из них усиливают энергопроизводство клеток, другие снижают. В частности, цитрат (лимонная кислота) ингибирует гликолиз. Добавление цитрата в питательный раствор, содержащий бактериальную культуру, снижает энергопроизводство этих клеток.

Большинство широко известных антибиотиков: пенициллин, стрептомицин, тетрациклин и др. также угнетают энергопроизводство клеток, препятствуя размножению болезнетворных микроорганизмов.

Недостатками известных способов являются высокая степень опасности ошибок дозирования, побочные вредные воздействия и их последствия, трудности введения в организм и, особенно, выведения.

В частности, известен способ регулирования энергопроизводства клеток, заключающийся в воздействии антибиотиками на клеточные системы или многоклеточные организмы в целом. Эти вещества понижают энергопроизводство всех клеток, подверженных их воздействию, включая как болезнетворные микроорганизмы и клетки воспаленной ткани, так и клетки здоровых тканей. При достаточном количестве введенного в организм антибиотика энергопроизводство снижается, размножение болезнетворных микроорганизмов прекращается и иммунная система организма их уничтожает. Негативным фактором при этом является угнетение по той же причине жизнедеятельности здоровых клеток, наблюдающееся до полного выведения антибиотиков из организма даже после уничтожения патогенных очагов. Вредные последствия наблюдаются особенно при передозировке антибиотика.

Таким образом, недостатком этого способа является принципиально неустранимое остаточное последействие антибиотиков на здоровые клетки даже после ликвидации имунной системой патогенных очагов, и связанное с этим стрессорное состояние организма, особенно выраженное при передозировке.

Наиболее близкими к заявляемому способу являются способы регулирования внутриклеточного энергопроизводства, заключающиеся в размещении живых организмов или отдельных клеток в герметичной камере, заполненной средой, содержащей кислород и другие средства жизнеобеспечения, и повышении давления в заполняющей камеру среде до заданного уровня (см., например, В.И. Бураковский и Л. А. Бокерия "Гипербарическая оксигенация в сердечно-сосудистой хирургии". - М. : Медицина, 1974, с. 81 - 114). В этом способе регулирование внутриклеточного энергопроизводства осуществляют за счет изменения содержания газов - энергетических субстратов и метаболитов в среде, окружающей живые организмы или отдельные клетки, или в дыхательной смеси.

Основным фактором, определяющим интенсивность внутриклеточного энергопроизводства в известном способе, является повышенное или пониженное в зависимости от цели (по сравнению с атмосферными условиями) содержание кислорода в дыхательной смеси.

Общеизвестно применение кислорода для дыхания ослабленных или потерявших сознание больных. Для этого используют кислородные подушки - резиновые емкости с патрубками, через которые кислород подается из подушки к пациенту.

Повышение концентрации кислорода в дыхательной смеси вызывает увеличение насыщенности кислородом межклеточной жидкости и цитоплазмы клеток. Повышенное содержание кислорода (гипербарическая оксигенация-ГБО) по сравнению с нормой влечет за собой увеличение скорости окисления пищевых субстратов в клетках и увеличение энергопроизводства. Кислород внутрь клеток поступает диффузионным путем.

По закону Фика его поток Q записывается выражением: где проницаемость клеточных мембран для кислорода; P_м - напряжение кислорода в межклеточной жидкости; P_к - напряжение кислорода в цитоплазме.

В приведенных способах-прототипах пытаются увеличить градиент (P_м - P_к) за счет увеличения величины P_м, зная, что P_к гомеостатируется и удерживается в пределах 0,5 - 2 мм рт.ст.

Установлено, что P_к гомеостатируется за счет изменения величины проницаемости Пpи увеличении P_м величина автоматически снижается и в некотором (физиологическом) диапазоне изменения P_м поток кислорода и напряжение кислорода P_к изменяется столь незначительно, что их можно считать неизменными.

Только после исчерпания всего адаптационного резерва величина перестает изменяться (уменьшаться) и при дальнейшем увеличении P_м поток начинает существенно возрастать. Но при выходе P_м за этот физиологический диапазон, при котором возможна адаптация клетки к росту P_м и удержанию P_к на прежнем уровне, существенно возрастает перекисное окисление липидов наружного слоя мембраны. По этой причине при длительном превышении величиной P_м физиологического уровня ( 100 мм рт.ст.) возможна кислородная интоксикация клеток.

При регулировании энергетики клеток посредством дыхания гипоксическими смесями газов (смеси с пониженным содержанием кислорода, ниже, чем в атмосферном воздухе) понижение интенсивности энергопроизводства клеток происходит за счет уменьшения концентрации кислорода в межклеточной жидкости.

Здесь имеет место также неустранимый недостаток - опасность гибели клеток из-за недостатка кислорода. При уменьшении P_м срабатывает адаптационный механизм, клетки приспосабливаются к пониженному содержанию кислорода в окружающей среде за счет увеличения Эволюция обусловила появление эффективного адаптационного механизма с широким диапазоном изменения величины (на порядки). Вблизи капилляров P_м 100 мм рт.ст., а в так называемом летальном Кроговском углу - в наиболее удаленном от капилляров месте оно может составлять всего 10 - 20 мм рт.ст. и меньше.

Однако интенсивность энергопроизводства у всех клеток определенного типа тканей одинакова. Работают клетки синхронно, в одинаковом режиме. Для того чтобы данный способ сработал, необходимо настолько уменьшить содержание кислорода в дыхательной смеси, насколько это необходимо для выхода из адаптационного диапазона. Это чревато глубокой гипоксией клеток в летальном углу и их гибелью.

Как отмечалось, регулирование связано с опасностью гибели клеток при повышенном P_к из-за перекисного окисления липидов мембраны, а при пониженном P_к - из-за недостатка кислорода и, следовательно, минимального достаточного для поддержания жизни клетки энергопроизводства. Кроме того, регулировочные характеристики (зависимости интенсивностей энергопроизводства от величины P_м) для разных типов клеток различны, что связано с различием их адаптационных возможностей; регулировочные характеристики существенно нелинейны: в физиологическом (адаптационном) диапазоне поток кислорода и, следовательно, интенсивность энергопроизводства весьма слабо зависят от P_м, медленно возрастая с ее ростом. За границей указанного диапазона даже незначительное изменение величины P_м может привести к катастрофическим последствиям и к гибели клеток как при больших величинах P_м (из-за перекисного окисления липидов), так и при низких (из-за нехватки энергии для поддержания жизни).

Общим недостатком известного способа также является его непрямое действие, т.е. воздействие не непосредственно на клетки, а через дыхательные пути и межклеточную жидкость. Это, во-первых, снижает их эффективность в применении к высокоорганизованным организмам. Приспособительные реакции уже при транспортировке газов кровью от легких к клеткам-потребителям и наоборот сводят к минимуму полезный результат воздействия; во-вторых, приводит к неоднородному, из-за особенностей строения кровеносной системы, в основном, сети ее капилляров, воздействию на одинаковые клетки, например, при дыхании гипоксическими смесями часть клеток, которые наиболее удалены от капилляров, будут уже испытывать кислородную недостаточность, в то время как другая их часть еще способна адаптироваться к новым условиям и продолжает нормально функционировать.

Таким образом, собственно регулирование внутриклеточного энергопроизводства по известным способам: сжатым воздухом, гипербарической оксигенацией и гипоксическими смесями возможно только в узких пределах (интервалах) на границах физиологического диапазона, внутри которого срабатывает клеточный адаптационный механизм поддержания постоянным величины P_к за счет изменения Известны традиционные способы лечения онкологических заболеваний, основанные на химико-терапевтическом и радиобиологическом воздействии, заключающиеся в ведении в организм или непосредственно в опухоль алкирующих агентов, антиметаболитов, антибиотиков и других биологически активных веществ, которые, угнетая клеточное энергопроизводство и прочие жизненно важные процессы, замедляют рост новообразований и вызывают гибель злокачественных клеток, способствуя выздоровлению (см. Л.Ф. Ларионов. Химиотерапия злокачественных опухолей. М., 1962; или М.М. Маевский (под ред.) Противоопухолевые антибиотики. М., 1962).

Неустранимым недостатком известных способов является вредное побочное воздействие на клетки здоровых тканей и возможность их гибели.

Наиболее близким к этому заявляемому изобретению является способ лечения онкологических заболеваний, заключающийся в размещении живых организмов в герметичной камере, заполненной средой, содержащей кислород и другие средства жизнеобеспечения, и повышении давления в заполняющей камеру среде до заданного уровня, причем повышение давления осуществляют сжатым воздухом или дополнительно закачиваемым в камеру кислородом (В.И. Бураковский и Л.А. Бокерия. Гипербарическая оксигенация в сердечно-сосудистой хирургии. - М.: Медицина, 1974, с. 81 - 114).

Недостатком этого способа является его низкая эффективность, обусловленная его неустранимой противоречивостью: использование для лечения сжатого воздуха приводит, с одной стороны, к увеличению напряжения кислорода в цитоплазме и, следовательно, к увеличению энергопроизводства клеток, что способствует их делению, но с другой стороны, повышенное давление уменьшает поток кислорода в клетки, понижая энергопроизводство и препятствуя делению клеток. Одно компенсирует другое и эффекта нет.

Традиционные способы предотвращения бактериального разложения пищевых продуктов при их хранении связаны с добавлением к ним химических веществ, угнетающих жизнедеятельность микроорганизмов, с охлаждением, пастеризацией с последующим охлаждением и помещением в бескислородную среду.

Недостатком способов, связанных с добавлением в продукты химических веществ, угнетающих жизнедеятельность микробов, является вредное воздействие таких веществ на организм после потребления пищевых продуктов.

Недостатком способов, использующих охлаждение, является температурная деструкция пищевых продуктов и частичная потеря товарных качеств, присущих свежим продуктам, не испытавшим охлаждения.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ предотвращения бактериального разложения пищевых продуктов, заключающийся в помещении их в герметичную камеру, заполненную средой, с минимально возможным содержанием кислорода. Из-за недостатка кислорода большинство микроорганизмов, вызывающих бактериальное разложение, не могут размножаться, что и обеспечивает возможность хранения продуктов.

Недостатком этого известного способа является неконтролируемое размножение анаэробных бактерий. Их вредное действие сокращает срок хранения продуктов.

Известны способы предотвращения клеточного деления при использовании микроорганизмов при производстве белка, заключающиеся в том, что в питательный раствор, в котором культивируются бактерии, после достаточного их размножения добавляют вещества, угнетающие их энергопроизводство и препятствующие их дальнейшему размножению (об этих веществах уже говорилось выше). Энергопроизводство клеток устанавливают на уровне, достаточном для производства товарного белка, но недостаточном для клеточного деления. Известный способ существенно повышает эффективность затрат, снижая себестоимость конечного продукта.

Недостатком известного способа является опасность передозировки препарата, когда энергопроизводство клеток угнетается настолько, что существенно снижается скорость синтеза бактериями белкового продукта и, соответственно, эффективность производства.

Известны медикаментозные терапевтические способы лечения сахарного диабета, заключающиеся в том, что с помощью медикаментов стараются скорректировать развивающуюся патологию клеток органов, пораженных диабетическим процессом, в том числе и клеток поджелудочной железы.

Недостатком этих известных способов является неизбежное вредное воздействие на здоровые клетки.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ, заключающийся в размещении больных организмов в герметичной камере, заполненной средой, содержащей кислород и другие средства жизнеобеспечения, и повышении давления в заполняющей камеру среде до заданного уровня за счет нагнетания в камеру сжатого воздуха или кислорода (см. В.И. Бураковский и Л.А. Бокерия "Гипербарическая оксигенация в сердечно-сосудистой хирургии". - М.: Медицина, 1974, с. 81 - 114).

Недостаток известного способа заключается в его недостаточной эффективности. Предполагалось, что основным действующим фактором является повышенное по сравнению с атмосферой содержание кислорода в дыхательной смеси, вызывающее интенсификацию окислительных процессов в клетке и рост клеточного энергопроизводства. Это должно было благотворно сказаться на функционировании клеток и улучшении самочувствия больного. Но этого на практике не наблюдается по причинам, приведенным выше: срабатывает адаптационный механизм поддержания постоянным напряжения кислорода в цитоплазме, и заметного усиления энергопроизводства клеток не наблюдается.

Использование заявленного в качестве изобретения способа регулирования внутриклеточного энергопроизводства обеспечивает возможность получения следующего "технического" результата: - расширение диапазона регулирования внутриклеточного энергопроизводства; - обеспечение одинакового (однородного) воздействия на клетки избранной системы (образований) в организме; - обеспечение непосредственного воздействия на те или иные клетки организма; - исключение последействия и вредных побочных воздействий на клетки; - закрепление полезного эффекта воздействия на клетки.

Указанный технический результат обеспечивается при использовании способа регулирования внутриклеточного энергопроизводства, заключающегося в размещении живых организмов или отдельных клеток в герметичной камере, заполненной средой, содержащей кислород и другие средства жизнеобеспечения, и изменении давления в заполняющей камеру среде до заданного уровня, отличающийся тем, что повышение или понижение давления в заполняющей камеру среде, осуществляют путем по меньшей мере одноразового увеличения или уменьшения содержания в ней биологически неактивных составляющих, при этом предельный заданный уровень давления среды в камере устанавливают по достижении требуемой интенсивности внутриклеточного энергопроизводства, а поддержание в камере заданного уровня давления среды производят в течение времени, необходимого для закрепления в организмах или отдельных клетках требуемой интенсивности внутриклеточного энергопроизводства.

Следует особе отметить, что снижение интенсивности энергопроизводства клеток достигается за счет того, что по мере роста давления в среде, окружающей клетки, проницаемость их липидных мембран для мелких молекул и ионов уменьшается, ограничивая потоки внутрь клеток таких важнейших субстратов энергетического метаболизма, как кислород и (или) глюкоза. Это немедленно сказывается на интенсивности энергопроизводства клеток, понижая ее.

Очевидно, что ограничение потоков в клетку кислорода и(или) глюкозы, приведет к уменьшению интенсивности ее энергопроизводства. Наоборот, по мере уменьшения давления в среде, окружающей клетки (при неизменном парциальном давлении кислорода в этой среде), проницаемость их липидных мембран для мелких молекул и ионов увеличивается, что приводит к увеличению потоков внутрь клеток субстратов энергетического метаболизма (глюкозы и кислорода) и увеличению интенсивности энергетического метаболизма.

Таким образом, варьирование величиной общего давления в среде, окружающей клеточные системы, осуществляемое за счет нагнетания в камеру биологически инертных газов, обеспечивает расширение диапазона регулирования внутриклеточного энергопроизводства, которое можно реализовать известными способами повышением или понижением содержания только кислорода в дыхательной смеси.

Давление, поддерживаемое в камере, действует на все клетки организмов, помещенных в нее, непосредственно и одинаково.

Его действие прекращается немедленно после установления в камере атмосферного давления. В организм никаких посторонних химических веществ не вводится, поэтому в клетках и окружающих клеточные системы среде их не остается. Последействие не может иметь место (если приняты известные меры, исключающие кессонные явления), так как воздействие давления немедленно прекращается после его снятия.

Всегда можно выбрать такое парциальное давление кислорода в дыхательной смеси, которое исключает вредное побочное воздействие на клетки, такое как перекисное окисление липидов мембран при повышенном и гипоксия клеток при пониженном.

Ничто не мешает воздействовать давлением на клетки столько времени, сколько требуется для срабатывания адаптационного механизма, наработки в клетках необходимых белков и закрепления полезного эффекта. Ориентировочно, это занимает не менее 2-4 дней.

Опасность передозировки воздействия также исключается, так как неспецифическая проницаемость клеточных мембран определяется двумя взаимно независимыми факторами прохождения части сквозь мембрану: во-первых, по сквозным порам в ней и, во-вторых, непосредственно сквозь липиды, растворяясь в них.

Давление действует на составляющую проницаемости, зависящую только от первого фактора, то есть от количества и размеров сквозных пор в мембране. Даже когда сквозных пор в ней нет, вторая составляющая проницаемости обеспечивает тот минимальный поток субстратов энергетического метаболизма, который достаточен для поддержания жизнедеятельности клеток.

Использование заявляемого изобретения (способа регулирования внутриклеточного энергопроизводства) в качестве способа лечения онкологических заболеваний обеспечивает возможность получения следующего "технического" результата: - исключение вредного побочного воздействия на клетки здоровых тканей и возможности их гибели; - повышение эффективности лечения (по сравнению с прототипом).

Указанный технический результат обеспечивается при использовании способа регулирования внутриклеточного энергопроизводства в качестве способа лечения онкологических заболеваний, заключающегося в размещении больных организмов в герметичной камере, заполненной средой, содержащей кислород и другие средства жизнеобеспечения, и изменении давления в заполняющей камеру среде до заданного уровня, причем повышение или понижение давления в заполняющей камеру среде, осуществляют путем по меньшей мере одноразового увеличения или уменьшения содержания в ней биологически неактивных составляющих, при этом предельный заданный уровень давления среды в камере устанавливают по достижении требуемой интенсивности внутриклеточного энергопроизводства, а поддержание в камере заданного уровня давления среды производят в течение времени, необходимого для закрепления в злокачественных клетках требуемой интенсивности внутриклеточного энергопроизводства.

Как уже отмечалось выше, изменение давления в окружающей организмы среде влияет только на размеры и количество сквозных пор в липидных мембранах клеток, т. е. только на одну из составляющих неспецифической проницаемости мембран. При парциальном давлении кислорода в дыхательной смеси, близком к атмосферному, как того требует заявляемый способ, другая составляющая проницаемости, связанная с растворением молекул в липидах мембраны, обеспечивает потоки энергетических субстратов, в том числе и кислорода, достаточные для жизнедеятельности клеток здоровых тканей. Поэтому вредное воздействие и возможность гибели здоровых клеток исключается.

Однако энергопроизводство как злокачественных, так и здоровых клеток в условиях предлагаемого способа можно настолько понизить, повышая давление в среде, окружающей организм, что энергии не будет хватать для деления клеток, что и обеспечивает лечебный эффект.

В предлагаемом способе лечения онкологических заболеваний в отличие от прототипа нет "противоречий". Все операции заявляемого способа направлены на ограничение потоков в клетки важнейших энергетических субстратов и поддержании энергопроизводства клеток на возможно низком уровне, что повышает эффективность лечения.

Использование заявляемого изобретения в качестве способа предотвращения бактерийного разложения пищевых продуктов при их хранении обеспечивает возможность получения следующего "технического" результата: - отказ от применения химических веществ, угнетающих жизнедеятельность микроорганизмов, и исключение таким образом вредного воздействия таких веществ на организм после потребления пищевых продуктов; - отказ от применения охлаждения и, следовательно, исключение температурной деструкции пищевых продуктов и частичной потери товарных качеств, присущих свежим продуктам, не испытавшим охлаждения; - угнетение размножения в пищевых продуктах анаэробных бактерий и продление сроков хранения пищевых продуктов.

Следует подчеркнуть, что при повышении давления ограничиваются потоки внутрь клеток всех мелких молекул, способных проходить сквозь мембрану по сквозным порам в ней. Это относится не только к молекулам кислорода, но и сахарам, которые необходимы для поддержания жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов. Поэтому при повышении давления уменьшаются потоки сахаров внутрь анаэробных клеток и угнетается их жизнедеятельность, что обеспечивает указанный "технический" результат.

Использование заявляемого изобретения в качестве способа предотвращения клеточного деления при производстве микроорганизмами белков обеспечивает возможность получения следующего "технического" результата: - отказ от применения препаратов, препятствующих размножению микроорганизмов, и исключение ошибок дозирования, снижающих эффективность производства; - повышение технологичности производства.

Последнее связано с особенностями воздействия давления. Оно действует как в среде, окружающей организмы, так и внутри подвергаемых воздействию давления клеток одинаково и равномерно. Исключается необходимость перемешивать растворы, в которых содержатся микроорганизмы, для улучшения воздействия.

Использование заявляемого изобретения в качестве способа лечения сахарного диабета обеспечивает возможность получения следующего "технического" результата: - отказ от медикаментов, оказывающих вредное воздействие на здоровые клетки; - повышение, по сравнению с прототипом, эффективности лечения за счет корректировки энергетического метаболизма клеток, захваченных диабетическим процессом, т.е. перевод их энергопроизводства с усвоения преимущественно углеводов на усвоение жиров и белков, осуществляемый по предлагаемому способу за счет ограничения потоков глюкозы в клетки при избыточном давлении в камере. Это позволяет отказаться от медикаментов того же назначения, угнетающих углеводный путь клеточного производства энергии и исключить вредное побочное воздействие таких препаратов на здоровые клетки.

Повышенная по сравнению с прототипом эффективность лечения может быть достигнута благодаря более широким возможностям регулирования потоков кислорода и сахаров внутрь больных клеток, предоставляемых предлагаемым способом. Повышение давления уменьшает потоки сахаров в клетки, а его уменьшение по сравнению с атмосферным, наоборот, увеличивает эти потоки. В зависимости от фазы развития диабетического процесса и самочувствия больного может быть показано то или другое.

Повышение давления в окружающей живой организм среде за счет увеличения или уменьшения в ней биологически неактивных составляющих является основным фактором, определяющим вышеуказанные полезные свойства предлагаемого способа, обусловленные уменьшением или увеличением неспецифической проницаемости цитоплазматических мембран и, следовательно, ограничением или, соответственно, увеличением потоков сквозь них мелких молекул метаболитов: глюкозы, углекислого газа, кислорода, а также других физиологически активных газов и субстратов.

На фиг. 1, 2, 3, 4 и 5 представлены графические материалы, поясняющие сущность изобретения.

На фиг. 1 - кривая распределения по размерам R сквозных пор в мембранах клеток. Это - зависимость плотности вероятности 1/NdN/dt обнаружить среди всех N сквозных пор пору с поперечным размером R. Площадь под кривой равна 1.

На фиг. 2 - кривые распределения по размерам R сквозных пор в мембранах клеток при двух значениях давления P в среде, окружающей организм.

Кривая с максимумом в точке R_вер относится к меньшему значению давления P.

На фиг. 3а - аппроксимация треугольником кривой распределения по размерам R сквозных пор в мембранах клеток.

На фиг. 3б - аппроксимация треугольниками кривых распределения по размерам R сквозных пор в мембранах клеток при двух значениях давления в среде, окружающей организмы. Треугольнику меньшей высоты соответствует меньшее значение давления P.

На фиг. 4 - деформация кривой распределения по размерам R сквозных пор в мембранах клеток при росте давления. Кривая I - при меньшем давлении, молекулы кислорода (r_к - линейный размер молекулы O₂) и глюкозы (r_гл - линейный размер ее молекулы) проходят по сквозным порам. Кривая II - при более высоком давлении, кислород еще проходит по сквозным порам, а глюкоза нет, так как линейные размеры молекулы глюкозы r_гл больше максимального линейного размера пор.

На фиг. 5 - временной ход зависимости веса подопытных мышей в % к исходному: - контрольной группы (кривая I); x - испытавших воздействие давлением (кривая II).

В подтверждение вышеуказанного можно привести следующие теоретические выкладки.

Мелкие молекулы (глюкоза, углекислый газ, кислород и др.) и ионы, проникают сквозь клеточные оболочки, в основном, через мельчайшие сквозные поры в липидной оболочке. Скорость их проникновения Q подчиняется закону Фика, уже упоминавшемуся выше: Q = (n_e- n_i), где Q - скорость проникновения (иначе поток) частиц сквозь мембрану, частиц/с); - суммарная проницаемость всех оболочек клеток для рассматриваемых частиц, см³/с; n_e - концентрация частиц вне клеток, частиц/см³; n_i - концентрация частиц внутри клеток, частиц/см³.

Сквозные поры в липидном матриксе имеют размеры, сравнимые с размерами липидов в плоскости мембраны, т.е. Распределение 1/NdN/dR среднего размера R пор имеет колоколообразный вид, где N - число пор в мембране клетки (фиг. 1).

С ростом давления вследствие всестороннего сжатия гидрофобных липидных хвостов просвет (размер) пор уменьшается. Максимум кривой 1/NdN/dR сдвигается влево (см. фиг. 2). Наиболее вероятный размер пор R_вер1 уменьшается и выполняется неравенство R_вер1<R_.

Сквозь мембрану по сквозным порам проходят лишь те частицы, размер которых меньше размера R поры. Поэтому проницаемость мембраны в формуле (2) для таких частиц пропорциональна суммарной площади сквозных пор с размером, большим r, т.е. величине: т.е.. (3) где k = const.

Аппроксимируем кривую 1/NdN/dR прямоугольником OAR, как показано на фиг. 3а. Тогда можно вычислить проницаемость для частиц с размерами r₁, меньшими R_вер, и ₂- с размерами r₂, большими R_вер. Т.к. площадь под кривой 1/NdN/dR = 1, то позаботимся, чтобы площадь треугольника была также равна 1.

(4) обозначим R_вер = a > 0 и R_max - R_вер = b > 0. Тогда (4) можно записать в виде: Т.к. A/2(a+b) = 1, т.е.. A = 2/(a+b), то Для простоты рассмотрения предположим, что кривая 1/NdN/dR симметрична относительно нормали к оси абсцисс, проходящей через R = R_вер, тогда a = b = a₀, и (5) где r₁ < a₀ Аналогично: (6) где a₀ < r₂ < 2a₀.

Обобщая, соотношения (5) и (6) можно записать в виде: (7) где _j- проницаемость мембраны клеток для мелких частиц j-типа, линейные размеры которых r_j < a₀.

(8) _2j- проницаемость мембраны клеток для частиц j-го типа, линейные размеры которых r_2j: a₀ < r_2j < 2a₀.

При повышении давления кривая 1/NdN/dR деформируется, вершина A смещается влево, в положение A₁, а R_max переходит в положение R_max1, R_вер - в R_вер1 (фиг. 3б), и a₀ уменьшается так, что R_max - R_вер = R_вер = a₀ > R_max1 - R_вер1 = R_вер1 = a₀₁ (9) Часть пор смыкается и исчезает так, что число пор N₁ уменьшается: N > N₁ (10) Сравнивая проницаемость мембраны для частиц j-го сорта _j без действия давления с проницаемостью мембраны _j1 под давлением для обоих случаев: во-первых, когда r_j < a₀ и, во-вторых, когда a₀ < r₂ < 2a₀ констатируем, что _j > _j1/ Действительно, для первого случая: (11) поскольку согласно неравенству (10) N/N₁ > 1, а т.к. согласно соотношению (9) a₀ > a₀₁.

Для второго случая аналогично (12) поскольку согласно неравенству (10) N/N₁ > 1, а и т.к. a₀ > a₀₁.

Таким образом, при повышении давления проницаемость мембран для частиц, способных проходить по сквозным порам, уменьшается. Допущение симметрии функции распределения 1/NdN/dR сквозных пор по размерам не влияет на окончательный вывод. Доказательство уменьшения величины проницаемости при росте общего давления P для случая указанной несимметрии аналогично приведенному, но более громоздко и поэтому менее наглядно.

Выше некоторого значения общего давления P размер r становится больше размера R_max и частицы не могут проходить по сквозным порам. Но это не означает, что они совсем не могут проходить сквозь мембрану. Остается другой путь неспецифического трансмембранного транспорта - растворение в липидах и дрейф, раздвигая их жировые "хвосты". В физиологических условиях данная составляющая неспецифической проницаемости значительно меньше, чем рассмотренная выше, и практически не зависит от давления.

Поскольку молекула глюкозы значительно крупнее молекулы кислорода, то для нее такая ситуация реализуется при гораздо меньших давлениях, чем для кислорода. На этом и основывается возможность регулирования углеводного обмена.

Подняв давление выше того значения, при котором молекулы глюкозы уже не могут проходить внутри клеток по сквозным порам в цитомембранах, можно существенно ограничить поток глюкозы в клетки и свести ее потребление к минимуму. Проницаемость мембран для глюкозы упадет в десятки раз, в то время как адаптационные механизмы организма способны поднять концентрацию глюкозы в крови и межклеточной жидкости только в несколько раз. Согласно соотношению (2) до поднятия давления Q_гл - Q_гл= _гл(n_e-n_i), ((n_e - n₁), где Q_гл - поток глюкозы в клетки; _гл - проницаемость мембран для глюкозы; n_e - концентрация глюкозы в межклеточной жидкости; n_i - концентрация глюкозы в клетках.

Звездочками обозначим эти же величины после поднятия давления, тогда Q^*_гл = ^*_гл(n^*_e- n^*_i) и (13) Запасов сахара в клетках хватает на 2-3 часа их интенсивного использования (глюкоза запасается в виде гликогена). В течение этого времени концентрация глюкозы в цитоплазме поддерживается почти на том же уровне, но по истощении запаса гликогена падает.

Т.к. n_e >> n_i, то и во втором сомножителе соотношения (13) числитель в несколько раз меньше знаменателя, в то время как числитель первого сомножителя в десятки раз больше знаменателя. В результате получается, что величина Q^*_гл, по крайней мере в несколько раз меньше, чем Q_гл. Следовательно, таким способом можно, полностью исчерпав адаптационные возможности организма, существенно (в несколько раз по сравнению с тем, что было без давления) снизить поток глюкозы в клетки и тем самым уменьшить потребление углеводов.

Однако, следует следить за тем, чтобы общее давление не оказалось чрезмерно большим и с кислородом не случилось то же самое, что и с глюкозой.

На фиг. 4 показана ситуация, когда при некотором дав