Ежедневное оцепенение и зимняя спячка являются наиболее мощными мерами для уменьшения энергетических затрат у животных. При входе в эти состояния скорость метаболизма (обмена веществ) подавляется, что сопровождается уменьшением вентиляции легких и частоты сердечных сокращений.
Температура тела постепенно снижается по отношению к уровню температуры окружающей среды.
Механизм снижения затрат энергии животными
Кроме того что имеются энергосберегающие животные некоторые могут впадать в спячку или оцепенение. При глубоком оцепенении температура тела, а также скорость обмена веществ контролируются на гипотермическом и гипометаболическом уровне.
В последние годы были раскрыты некоторые клеточные механизмы, способствующие гипометаболизму. Производство энергии из глюкозы снижается, и органические соединения липиды служат основным субстратом для удовлетворения оставшихся энергетических потребностей. Все эти изменения быстро возвращаются к нормальному метаболизму во время пробуждения.
Зимняя спячка и дневное оцепенение наблюдаются у мелких млекопитающих, обитающих как в умеренном, так и в тропическом климате. Это указывает на то, что такое поведение в первую очередь не направлено на защиту от холода, а указывает на общую роль гипометаболизма как меры, позволяющей справиться со своевременным ограниченным или сезонным узким местом энергоснабжения.
Энергия при спячке медведей
Бурые медведи впадают в спячку в течение 5-7 месяцев без еды, питья, мочеиспускания и дефекации со скоростью метаболизма всего 25% от скорости летней активности. Тем не менее весной они появляются здоровыми и бодрыми.
Ученые определили биохимические адаптации к зимней спячке, сравнив особенности крови зимующих и активных бурых медведей с акцентом на сохранение здоровья и энергии. Они обнаружили, что общая концентрация белков плазмы повышается во время зимней спячки. Поразительно, но концентрация противомикробных защитных белков возростает.
Центральные функции в период зимней спячки, включающие реакцию свертывания и расщепление белка, а также транспорт гормонов и метаболизм, поддерживались повышенными уровнями. Изменения в уровнях факторов свертывания крови соответствовали изменениям в измерениях активности. Резкое 45-кратное увеличение уровня глобулина, связывающего половые гормоны, во время зимней спячки впервые привлекает внимание к его значительной, но неизвестной роли в поддержании физиологии зимней спячки.
Ученые предполагают, что энергия для дорогостоящего синтеза белка снижается тремя механизмами следующим образом:
- дегидратация, которая увеличивает концентрацию белка без синтеза;
- снижение скорости деградации белка из-за снижения температуры тела на 6 °C и снижения активности ферментов;
- заметное перераспределение энергетических ресурсов только усиливает синтез нескольких ключевых белков.
Исследования метаболических и физиологических изменений, которые медведи претерпевают во время зимней спячки, по большей части подтвердили парадигму, согласно которой они используют только жировые ткани в качестве метаболического субстрата во время зимней спячки. В результате исследования определены степени потери белка и изменения характеристик мышечных волокон отдельных мышц у медведей во время зимнего покоя.
Данные свидетельствуют о том, что зимующие медведи, особенно кормящие самки, действительно используют некоторое количество белка в сочетании с энергетическим обменом жира в качестве метаболического субстрата и источника воды. Однако степень использования этого белка является умеренной и связана с ограниченным изменением мышечной структуры, не приводящей к атрофии.
