Санагурський Д.І. Об’єкти біофізики: монографія
Подождите немного. Документ загружается.
241
та 5.13 (3)). Час кореляції t
k
=70 хв для динаміки показників при
температурі 16 °С і t
k
=56 хв при 21 °С.
Рис. 5.13. Ті ж характеристики динаміки досліджуваних показників при 21
º
С.
Примітка. Позначення – як на рис. 5.12.
Нестабільність періодів коливань досліджуваних показ-
ників при цих температурах позначається на характері виявлених
їхніх крос-кореляційних зв’язків за різночасовими зсувами
(рис. 5.12 (7) та 5.13 (7)). Поява максимумів кореляції пов’язана з
квазіперіодичністю та неоднаковою силою зв’язків протягом
досліджуваного інтервалу часу, що, ймовірно, зумовлений як
нелінійним характером змін цих показників, так і наявністю різних
періодичних складових, про що свідчать певні результати спект-
рального аналізу динаміки.
242
Аналіз змін показників ТМП і ШПК за різних температур
дав змогу виявити певну різницю в часі появи крос-кореляцій між
коливними складовими. Якщо при температурі 21 °С (рис. 5.13 (7))
достовірні кореляційні зв’язки з’являються майже періодично при
різних часових зсувах рядів у обох напрямках, то при температурі
16 °С (рис. 5.12 (7)) наявна достовірно сильна кореляція лише на
певних інтервалах часу приблизно рівних 40–120 хв у прямому
напрямку та 25–90 хв у зворотному. Можливо, між процесами, що
зумовлюють коливну динаміку цих показників, відбувається
синхронізація не на всьому досліджуваному інтервалі часу, а лише
на деяких його ділянках, тривалість яких збільшується зі
зростанням температури.
При співставленні значень без часових зміщень (рис. 5.12, 7
та 5.13, 7) не виявлено достовірних кореляційних зв’язків у
динаміці ТМП та ШПК при температурах 16 та 21 °С, що може
свідчити про коливання цих показників із зміщенням за фазою.
Крос-кореляційний аналіз часових рядів на різних інтервалах (до і
після 180 хв) засвідчує різну картину динаміки: або коливання між
показниками відбуваються майже синфазно, або у протифазі, хоча
зазвичай зміщені за фазою. Отримані результати можна пояснити
тим, що зв’язок між коливаннями досліджуваних показників
досить пластичний, що також може бути зумовлено нестабільністю
періодів коливань.
Дроблення бластомерів в’юна при постійній температурі
(24 °С), яка не є фізіологічно прийнятною для в’юна, як наслідок
має появу аномалій та загибель зародків на дальших стадіях
ембріогенезу (Е.А. Гойда, 1993). Значно відрізняються від резуль-
243
татів попереднього аналізу розраховані характеристики динаміки
ТМП та ШПК за цих умов (рис. 5.14).
Для обох показників максимуми спектральної потужності,
з порівняно вузькими спектральними піками, відповідають
коливанням з періодом 30 хв (рис. 5.14, 3 і 4). Ці результати
свідчать про стабільність періоду коливань, що засвідчує
автокореляційний аналіз (рис. 5.14 (1–2)).
На автокорелограмах помітно зменшується швидкість
згасання осциляцій величини коефіцієнта кореляції для обох
показників, тому час кореляції неможливо визначити. Слід
відмітити високу чутливість цього критерію до впливу
екстремальних умов. Крос-корелограма показників (рис. 5.14 (5))
має форму, наближену до гармонічних синусоїдальних коливань з
тим самим періодом. Співставлення значень показників без
часових зміщень дає можливість виявити наявність достовірної
позитивної кореляції, зумовленої синфазністю їхніх коливань. За
цих умов також змінюються фазові співвідношення коливної
динаміки досліджуваних процесів.
Отже, встановлено, що при температурі 24 °С спрощується
коливний режим функціональних змін біоелектричних та
метаболічних процесів під час дроблення зародків. Виявлено
повний збіг за тривалістю періодів коливань ТМП та ШПК, їхню
стійкість. Регулярність періодичної появи крос-кореляції між
коливаннями показників, її стабільність за величиною при
різночасових зсувах у обох напрямках, свідчать про синхронність
спостережуваних змін за періодом, а також за фазою протягом
усього часу дослідження.
244
Рис. 5.14. Характеристики динаміки мембранного потенціалу та
швидкості поглинання кисню для зародків в’юна протягом дроблення при 24
°С:
автокорелограми (1 і 2), періодограми (3 і 4) відповідно та крос-корелограма цих
показників (5).
Примітка. Позначення – як на рис. 5.12
Отримані результати засвідчують наявність спільних меха-
нізмів, які контролюють взаємовідношення між динамікою цих
процесів.
Блокування поділів дроблення зародків в’юна колхіцином
при температурі 21 °С чітко відображено в одержаних характе-
ристиках коливної динаміки ТМП та ШПК (рис. 5.15).
Якщо для ТМП автокореляційний та спектральний аналізи
(рис. 5.15 (1, 3)) засвідчують наявність стійкої періодичності з
приблизно 39–40-хвилинним періодом коливань, що аналогічно
результатам попереднього досліду, то для ШПК (рис. 5.15 (2, 4)) ці
ж методи дали змогу виявити відносну періодичність коливань
цього показника з 72-хвилинним періодом, який характеризується
сильною нестабільністю. Час кореляції t
k
=88 хв.
245
Суттєву різницю у параметрах динаміки обох показників,
порівняно з нормою (рис. 5.15 (4–6)), виявлено у зростанні на
порядок потужності виявлених коливань, як це видно з величини
наявних піків на спектрах (рис. 5.15 (3–4)). У цьому разі параметр є
досить чутливим до впливу колхіцину.
Рис. 5.15. Характеристики динаміки мембранного потенціалу та
швидкості поглинання кисню у ранньому розвитку в’юна за наявності в
середовищі інкубації 4,5·10
-3
М колхіцину: автокорелограми (1 і 2), періодограми
(3 і 4) відповідно та крос-корелограма цих показників (5).
Примітка. Позначення – як на рис. 5.12
Оскільки відома значна різниця в тривалості періоду
коливань обох показників при дії колхіцину, а коливання ТМП є
більш регулярними та стійкими, ми припускаємо, що механізми
формування коливань у процесах біоелектрогенезу та інтенсив-
ності енергетичного обміну є самостійними, на відміну від меха-
нізмів, які узгоджують взаємовідношення їхньої коливної дина-
міки. Підтвердженням цьому може бути одержана крос-коре-
246
лограма досліджуваних показників, за якою виявлено наявність
достовірної і сильної кореляції, що з’являється майже періодично
при зміщенні значень ряду ТМП у прямому напрямку з середнім
періодом, рівним 81±6.3 хв (рис. 5.15 (5)).
Проведений математичний аналіз динаміки засвідчив, що у
характеристиках коливань показників, які описують різні процеси,
та у часових співвідношеннях між ними чітко відображені зміни
функціонального стану зародків тварин. Найбільш чутливими до
змін функціонального стану вважаємо такі критерії: час кореляції
на автокорелограмах, ширину й потужність піків на спектрах
коливань та форму крос-корелограм між коливними складовими
різних показників (Л.Я. Івашків, 2002; Л.Я. Івашків та ін., 2001;
L.Y. Ivashkiv et al., 2002).
5.5. Îö³íåííÿ ÷àñîâèõ
çàëåæíîñòåé ì³æ çì³íàìè
á³îåëåêòðè÷íèõ,
åíåðãîçàáåçïå÷óâàëüíèõ
³ ìåìáðàííîòðàíñïîðòíèõ
õàðàêòåðèñòèê çàðîäê³â
øïîðöåâî¿ æàáè íà ñòà䳿
äðîáëåííÿ
У результаті кількісного оцінення
взаємозалежностей змін восьми біоелектричних і метаболічних
показників зародків шпорцевої жаби виявлено наявність сильної
247
кореляції у 23 прикладах (рис. 5.16–5.19), із яких аналіз 15 крос-
корелограм засвідчив ймовірність зв’язків причинно-наслідкового
характеру. Одержані крос-корелограми, в яких максимальне та
достовірне значення коефіцієнта кореляції припадає на нульовий
зсув, а для всіх інших зсувів значення коефіцієнтів недостовірні
або рівні нулю, дають змогу переконатися в тому, що в цих парах
часових рядів скорельовані лише одночасові (синхронні) значення.
Це простежується у восьми прикладах між такими
показниками: V – ТМП (0,58*), V – pH
ц
(0,65*), V – ШВВ (0,98**);
ШВВ – pH
ц
(0,67*); Ca
2+
– K
+
(0,99**); Na
+
– pH
ц
(0,80**), Na
+
– K
+
(0,94**), Na
+
– Ca
2+
(0,95**) (рис. 3.75–3.78). Отже, відображені цими
показниками процеси в досліджуваний період здійснюються
одночасно.
Рис. 5.16. Крос-корелограми динаміки показників зародків шпорцевої
жаби: трансмембранного потенціалу з співвідношенням Na
+
/K
+
(1), об’ємом
зародка (2), внутрішньоклітинними концентраціями Na
+
(3), K
+
(4), Ca
2+
(5) та pH
ц
з трансмембранним потенціалом (6)
248
Рис. 5.17. Крос-корелограми динаміки показників зародків шпорцевої
жаби: pH
ц
із співвідношенням Na
+
/K
+
(1), об’ємом зародка (2),
внутрішньоклітинними концентраціями Na
+
(3), K
+
(4) та Ca
2+
(5)
На рис. 5.16 показано одержані крос-корелограми аналізу
змін рівня мембранного потенціалу з іншими показниками.
Виявлено ймовірність п’яти зв’язків причинно-наслідкового
характеру, в яких максимальні та достовірні значення коефіцієнтів
кореляції припадають на ненульовий зсув, між такими
показниками: ТМП → Na
+
(0,56*, n=4), ТМП → Ca
2+
(0,52*, n=3),
ТМП → K
+
(0,58*, n=4), ТМП → pH
ц
(0,65**, n=4) та ТМП → Na
+
/K
+
(–0,49 при n=4, 0,49 при n=9), (стрілка прямує від показника, що
вважається причинним до наслідкового показника). За коре-
лограмою рядів ТМП – Na
+
/K
+
видно, що кореляції змінюють знак.
Коли ряд ТМП випереджує ряд Na
+
/K
+
на 20 хв з’являється
негативна кореляція, а якщо на 45 хв – кореляція позитивна.
249
Рис. 5.18. Крос-корелограми динаміки показників зародків шпорцевої
жаби: внутрішньоклітинної концентрації Ca
2+
із співвідношенням Na
+
/K
+
(1),
внутрішньоклітинними концентраціями Na
+
(2), K
+
(3), об’ємом зародка (5) та
внутрішньоклітинними концентраціями K
+
із Na
+
(4)
Аналіз результатів, зображених на рис. 5.17, дав змогу
виявити ймовірність двох причинно-наслідкових зв’язків між
такими рядами: V → Ca
2+
(0,82**, n=2), Ca
2+
→ Na
+
/K
+
(0,67**, n=8).
Цікаво, що зв’язок причинного характеру змін об’єму зародка
виявлено лише під час змін концентрації вільного кальцію, тоді як
з іншими показниками сильна кореляція за браком зсуву, тобто
при n=0 (рис. 5.16–5.18).
Характер корелограми засвідчує періодичність виникнення
зв’язків між змінними та періодичність напрямку змін цих
показників. Вочевидь зрозумілою є сильна кореляція між змінами
рівня мембранного потенціалу та змінами внутрішньоклітинних
концентрацій іонів калію та натрію, які беруть участь у його
генеруванні. Водночас зв’язок pH
ц
– ТМП виникає при такому ж
зсуві, як і зв’язки Na
+
, K
+
– ТМП.
250
Рис. 5.19. Крос-корелограми динаміки показників зародків шпорцевої
жаби: швидкості виділення CO
2
із співвідношенням Na
+
/K
+
(1) об’ємом зародка
(2), внутрішньоклітинними концентраціями Na
+
(3), K
+
(4), Ca
2+
(5), pH
ц
(7) та
трансмембранного потенціалу зі швидкістю виділення вуглекислого газу (6)
Імовірність чотирьох взаємозв'язків причинно-наслідко-
вого характеру виявлено між рядами, в яких одним з показників є
ряд рН
ц
(рис. 5.17): рН
ц
→ Na
+
/K
+
(0,69**, n=7), рН
ц
→ Ca
2+
(0,72**,
n=1), рН
ц
→ K
+
(0,71**, n=1), рН
ц
→ Na
+
(0,71**, n=1).
Кореляційний аналіз між рядом ШВВ та іншими рядами
(рис. 5.18) засвідчив наявність достовірної та сильної кореляції у
п’яти прикладах за різночасовими зсувами, що свідчить про
ймовірність причинно-наслідкових залежностей між такими
показниками: ШВВ → Na
+
/K
+
(0,67*, n=3), ШВВ → ТМП (–0,72**,
n=–2), Na
+
→ШВВ (0,83**, n=–1), Сa
2+
→ ШВВ (0,72**, n=–2), K →
ШВВ (0,76**, n=–1).
Негативна кореляція між змінами ТМП та ШВВ – це
свідчення того, що зі збільшенням абсолютних значень трансмемб-
ранного потенціалу знижується швидкість змін циклу Кребса.
Ймовірно, тут має місце корекція між ланками енергозабезпечення