Какие перемены наступают у впадающих в зимнюю спячку млекопитающих?

Какие перемены наступают у впадающих в зимнюю спячку млекопитающих?

С физиологической точки зрения зимняя спячка млекопитающих характеризуется ослаблением всех функций жизнедеятельности организма (см. таблицу) до того минимума, который позволил бы им пережить неблагоприятные зимние условия без пищи. Прежде всего сильно понижается (от 20 до 100 раз) интенсивность обмена веществ. В отличие от ежедневного сна во время зимней спячки температура тела понижается почти до температуры окружающей среды, причем зачастую она изменяется в соответствии с ее колебаниями. Но когда она понижается до 3–5 °C, организм животного включает механизм регулирования температуры, и при дальнейшем похолодании температура тела остается постоянной. Чтобы доказать это, американские ученые Р. Люке, Э. Грей и Ф. Сут в 1971 г. с помощью ЭВМ смоделировали теплопродукцию и теплоотдачу у сурка при изменении температуры тела с 36 °C в период активности до 7 °C во время зимней спячки. При сравнении температурных показателей созданной модели и живого сурка удалось установить абсолютное совпадение результатов. Было доказано, что сурок контролирует температуру тела даже в состоянии зимней спячки.

Понижение температуры тела, типичное для зимней спячки, вызвано замедлением обмена веществ и сопровождается значительным уменьшением частоты дыхания. Низкая частота дыхания обусловлена необходимостью потребления небольших количеств кислорода, которые используются для сведенных до минимума процессов обмена веществ. Ослабевают и сокращения сердечной мышцы. Понижение пульса ведет к замедлению кровообращения и к снижению кровяного давления. Изменяется и состав крови. Так, например, увеличивается содержание веществ, препятствующих свертыванию крови, поскольку существует опасность, что во время зимней спячки замедленность кровообращения может стать причиной образования тромбов (сгустков крови). Во время зимней спячки ослабевают и функции важных органов чувств (особенно зрения и слуха), а многие рефлексы исчезают. Разумеется, между отдельными видами животных существуют различия. Например, можно дотронуться до ежа и суслика, и они все равно продолжают спать, а золотистый хомяк просыпается и от легчайшего прикосновения. Быстрые смены температуры и давления воздуха, однако, все же пробуждают все виды зимоспящих млекопитающих. Очевидно, их чувствительность к температуре и атмосферному давлению во время зимней спячки не ослабевает.

Заторможенные процессы жизнедеятельности — это приспособление организма к продолжительному голоду. Еж, например, в состоянии зимней спячки может оставаться без пищи около 240 суток, тогда как в активном состоянии он не может выдержать без пищи и 30 дней.

Несмотря на низкую интенсивность обмена веществ, впадающие в зимнюю спячку млекопитающие теряют значительную часть своего веса. Например, летучая мышь — бурый кожан (Vespertilio fuscus) за 180 дней теряет 33 % своей массы, а содержание жира в ее организме уменьшается с 28 до 10 % массы тела.

У ежей, сусликов и сурков в период зимней спячки обнаружено высокое содержание магния в сыворотке крови. Подобное явление наблюдается и у впадающих в зимнюю спячку летучих мышей при 13 °C, но не при 17–20 °C, когда содержание магния оказывается в норме. Однако установлено, что высокий уровень содержания магния не имеет важного значения для поддержания зимней спячки, так как не препятствует пробуждению.

Обычно у впадающих в гибернацию млекопитающих число белых кровяных телец меньше нормы, показания гематокрита тоже несколько понижены. Свертываемость крови уменьшена, вероятно, вследствие уменьшения содержания протромбина.

Американские ученые обнаружили временную устойчивость к рентгеновскому облучению у сусликов и летучих мышей во время их зимней спячки. Сначала эффект от облучения был почти незаметен, но через не сколько дней после пробуждения наступало обычное понижение количества кровяных телец.

Зимняя спячка связана с рядом особенностей клеточного метаболизма, в первую очередь центральной нервной системы, внутренних органов и особенно желез внутренней секреции. По данным известного советского ученого профессора Я. Киршенблата, резко увеличиваются число и размеры Лангергансовых островков в поджелудочной железе, что сопровождается повышением секреции инсулина. Вследствие этого в крови значительно повышается содержание инсулина и углекислого газа, а это приводит к тому, что зимний сон становится более глубоким, так как содержание сахара в крови понижается, а он является основным источником энергии. Введение ежам инсулина вызвало состояние, сходное с зимней спячкой, причем температура тела понизилась почти до уровня температуры окружающей среды. Кровь с периферии отхлынула преимущественно во внутренние органы (кровяное депо), и давление крови понизилось. Увеличилось содержание гликогена в печени и мышцах, тогда как уровень содержания сахара в крови стал падать. В печени начал накапливаться АТФ (аденозинтрифосфат).

Как известно, щитовидная железа принимает значительное участие в механизме терморегуляции у млекопитающих и птиц. Раздражение чувствительных к холоду рецепторов кожи рефлекторно приводит к усилению секреции тиреотропного гормона, выделяемого гипофизом, который стимулирует функцию щитовидной железы. Ее гормоны повышают общий уровень энергетического обмена и усиливают образование тепла в организме, что, в свою очередь, поддерживает постоянную температуру тела при охлаждении животных независимо от увеличения теплоотдачи. В период зимней спячки функции щитовидной железы ослабевают, вследствие чего снижается способность организма к терморегуляции. Эксперименты с ежами показали, что после инъекции тироксина (гормон щитовидной железы) процесс наступления зимней спячки задерживается, а инъекция питуитрина (препарат, полученный из задней доли гипофиза, содержащий преимущественно гормоны окситоцин и вазопрессин) прекращала гибернацию.

Установлено, что во время зимней спячки наступает истощение коры надпочечников. Опыты показали, что млекопитающие с удаленными оперативным путем надпочечниками не могут впадать в состояние гибернации. Введение норадреналина (биологически активного вещества, выработанного корой надпочечников) в период зимней спячки не вызывает повышенного теплообразования.

Только с пробуждением от зимней спячки у млекопитающих наступает быстрое усиление функций щитовидной железы и надпочечников, сопровождающееся увеличением содержания тироксина, трийодтиронина, адреналина и норадреналина в крови. Это приводит к резкому усилению энергообмена и быстрому повышению температуры тела до нормальной. Установлено, что введение тироксина или норадреналина млекопитающим, находящимся в состоянии зимней спячки, может привести к быстрому их пробуждению.

Во время зимнего сна появляются и регрессивные изменения в половых органах, которые, однако, активируются к концу зимней спячки, так как непосредственно после своего пробуждения животные приступают к размножению. Некоторые ученые объясняют это тем, что во второй половине зимней спячки в результате усиленного распада жиров в крови животных накапливается значительное количество витамина Е.

В настоящее время большинство ученых, занимающихся исследованиями зимней спячки, считают, что железы внутренней секреции и уровень секреции гормонов лишь создают благоприятные условия для впадания животных в зимнюю спячку или для пробуждения от нее.

Внимание специалистов по проблемам зимней спячки ныне сосредоточено на гипоталамусе (часть промежуточного мозга).

В настоящее время считают, что гипоталамус исполняет роль регулирующего центра процессов, происходящих во время зимней спячки и подготовки к ней. Исследованиями советского ученого Е. Сатинова в 1965–1970 гг. было установлено, что при повреждении задней области гипоталамуса золотистые хомяки теряют свою способность впадать в зимнюю спячку. В ряде других опытов (с сусликами) при повреждении передней области гипоталамуса они сохраняли эту способность, но не могли выйти из состояния спячки.

Как подчеркивает профессор Киршенблат, роль и значение нейросекреции ядра промежуточного мозга (в частности, гипоталамуса, являющегося его частью) и желез внутренней секреции в физиологических механизмах зимней спячки все еще недостаточно выяснены и представляют интерес для будущих исследований.