ЭНДОГЕННЫЕ ЭТАНОЛ И АЦЕТАЛЬДЕГИД В МЕХАНИЗМАХ РЕГУЛЯЦИИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА ДИКИХ ЖИВОТНЫХ НА СЕВЕРЕ

observation.
In control experiments (18 animals) with subcutaneous 

injections of saline and mixture of karbodiamid with BSA in alcohol 
dependent rats, significant changes of animals water and ethanol intake 
didn’t observe.

In animals administered with the conjugated A-II-BSA, unlike rats 

control group revealed increase of antibody titers to A-II, as well as 
an increase 100 and more times of A-II concentrations in the blood 
plasma. The same increase of A-II activity was also observed during the 
active immunization of intact nonlinear rats  against A-II [2, 3].

These data suggest that not only the exogenous administration of A
II, but also increase
of
the endogenous concentration of A-II in 

response to the active immunization of rats by conjugated A-II inhibits 
the ethanol intake in alcohol-dependent animals.

Reducing reception Ethanol intake reduction during increasing of the 

endogenous A-II activity was demonstrated in other experiments [4]. 
Unlike other methods of the endogenous renin-angiotensin system 
activation, immunization against A-II leads to long-term changes in 
ethanol intake, and can be considered as a potential method of 
alcoholism treatment.
Literature cited.
1.Grupp L.A., Killian M., Perlanski E., Stewart R.B. Angiotensin 

II reduces voluntary alcohol intake in the rat.
Pharmacol Biochem 

Behav., 29 № 3, 479-82 (1988).

2.Kelesheva, L.F. Angiotensins in the mechanisms of drinking, feeding 

and alcohol motivations. J. of High Nerv. Activ., № 44, 65-74 (1994).

3.Kotov A.V., Tolpygo S.M., Pevtsova E.I., Obukhova M.F. Protein
peptide complexes in the mechanisms of inborn and learned behavior 
patterns. Vestn Ross Akad Med Nauk. № 4, 36-43 (2001).

4.Maul B., Krause W., Pankow K., Becker M., Gembardt F., Alenina N., 

Walther 
T., 
Bader 
M., 
Siems 
W.E. 
Central angiotensin 

II controls alcohol consumption via its AT1 receptor. FASEB J., 19 № 
11,1474-81 (2005).

5.Tolpygo S.M. Conjugated forms of angiotensin II and beta-endorphin in 

systemic organization of goal-oriented behavior.Vestn Ross Akad Med 
Nauk. 1999;(6):52-6. Russian.

DOI:10.12737/12367

ЭНДОГЕННЫЕ ЭТАНОЛ И АЦЕТАЛЬДЕГИД В МЕХАНИЗМАХ  РЕГУЛЯЦИИ 

ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА ДИКИХ ЖИВОТНЫХ НА СЕВЕРЕ

1Б.М. Кершенгольц, 1,3О.Н. Колосова, 2В.В. Шаройко

1Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН. г. Якутск

2Санкт-Петербургский государственный университет, г. Санкт-Петербург

3Медицинский институт СВФУ им. М.К.Аммосова, г. Якутск

kerschen@mail.ru

Ключевые слова: эндогенные этанол и ацетальдегид, адаптация, 

Север, алкогольдегидрогеназа и альдегиддегидрогеназа, дикие животные.

Резюме. Изучено содержание эндогенных этанола (ЭЭ), ацетальдегида 

(ЭА) в крови, концентрация и активность алкогольдегидрогеназы (АДГ) и 
альдегиддегидрогеназы 
(АльДГ) 
печени 
в 
сезоны 
с 
максимальными 

температурными различиями (лето-зима) в организмах диких млекопитающих: 
мелких диких грызунов полевки (П; n=50),  крупных аборигенных 

северных животных - якутская лошадь (ЯЛ; n=35) и северный олень (СО; 
n=35). Концентрации ЭЭ и ЭА в цельной крови животных определяли методом 
газовой хроматографии с масс-спектрометрической детекцией (ГХ-МС). 
Содержание ЭА и ЭЭ в крови северных животных увеличивается зимой и 
значительно выше во все сезоны года, чем у лабораторных крыс. 
Полученная сезонная динамика уровней метаболитов связана с сезонными 
изменениями каталитических параметров и физико-химических свойств АДГ и 
АльДГ. Выявлены различия в механизмах сезонной активации АДГ печени 
«ЯЛ» и «СО».

Физиологические и биохимические процессы в организме имеют 

хронобиологическую, в том числе сезонную, динамику, особенно ярко 
проявляющуюся на Севере, где в зимний период при температуре воздуха 
ниже - 30оС, сохранять жизнедеятельность могут только те организмы, у 
которых в процессе длительной эволюции выработались приспособительные 
механизмы к низкотемпературным воздействиям и к дефициту кислорода. В 
этих условиях особое значение приобретают «древнейшие» дегидрогеназные 
ферментативные системы, позволяющие генерировать энергию при окислении 
простейших субстратов даже при недостатке кислорода. Известно, что в 
регуляции и протекании биоэнергетических процессов при адаптации к 
холоду 
гетеротермных 
(зимоспящих) 
животных 
в 
условиях 
Севера 

существенную 
роль 
 
выполняет
субстратно-ферментативная 
система 

включающая эндогенные  этанол (ЭЭ),  ацетальдегид (ЭА) и ферменты, их 
метаболизирующие: алкогольдегидрогеназу - АДГ, и альдегиддегидрогеназу 
–
АльДГ [2]. Ранее исследований роли системы ЭЭ-ЭА в процессах 

жизнедеятельности
диких гомойотермных млекопитающих в экстремальных 

условиях среды не проводилось. В настоящей работе изучено содержание 
ЭЭ, ЭА в крови, концентрация и активность АДГ и АльДГ печени в сезоны с 
максимальными температурными различиями (лето-зима) в организмах диких 
млекопитающих, включая мелких диких грызунов полевки (П; n=50) и  

крупных аборигенных северных животных: якутская лошадь (ЯЛ; n=35) и 
северный олень (СО; n=35). Колебания температуры в годы сбора материала 
в зимний и летний периоды составляли от -50 до +38оС. Для сравнения, 
исследование концентрации ЭЭ проведено также в крови лабораторных 
беспородных крыс (n=30). Концентрации ЭЭ и ЭА в цельной крови животных 
определяли методом газовой хроматографии с масс-спектрометрической 
детекцией (ГХ-МС) [1]. 

У обследованных диких северных млекопитающих уровень ЭЭ и ЭА в 

крови достоверно значительно выше (в 3-14 раз), чем у не адаптированных 
к холоду лабораторных животных во все сезоны года (p<0,001). Содержание 
[ЭА] и [ЭЭ] увеличивается зимой при низких температурах, по сравнению с 
летним периодом, в крови: «П» - в 3,0 (p<0,01) и 1,5 раза (p<0,05), 
«ЯЛ» – в 3,7 (p<0,01) и 1,5 раза (p<0,01), «СО» - в 4,2 (p<0,001) и 1,3 
раза (p<0,05), соответственно. Полученная сезонная динамика уровней ЭЭ 
и ЭА связана с сезонными изменениями каталитических параметров и 
физико-химических свойств АДГ и АльДГ. Следует отметить различия в 
механизмах сезонной активации АДГ печени «ЯЛ» и «СО». В первом случае 

отмечается 
повышение 
концентрации 
фермента 
зимой, 
обусловленное 

индукцией 
биосинтеза 
АДГ 
с 
близкими 
каталитическими 
и 
физико
химическими характеристиками молекул.
В организме «СО» нет сезонных 

различий концентрации АДГ, а регуляция ферментативной активности 
происходит за счет изменений содержания биогенного ингибитора данного 
фермента белковой природы, который не обнаруживается в печени в летний 
период. 

Холодоадаптированные мелкие и крупные дикие млекопитающие в 

условиях Севера ведут активный образ жизни в течение всего года. 
Повышенное 
содержание 
ЭЭ, 
как 
биоэнергетического 
субстрата 
и 

стабилизатора клеточных мембран при низких температурах, по-видимому, 
позволяет им зимой поддерживать постоянство температуры тела даже при 
резких, значительных перепадах температуры окружающей среды, сохранять 
достаточно широкую термонейтральную зону и стабильный гомеостаз в 
пределах этих температур. В зимний период увеличение концентрации ЭЭ 
сопровождается ростом содержания ЭА в крови, способного выполнять роль 
ингибитора переноса электронов в митохондриальной окислительной цепи от 
НАДН 
на 
флавопротеид, 
то 
есть 
регулировать 
интенсивность 

биоэнергетических процессов на более низком, но стабильном уровне. В 
летний период биоэнергетическая и регуляторная значимость ЭА снижается 
и, соответственно, уменьшается его содержание в крови в большей 
степени, чем ЭЭ. Так как короткий летний период в условиях Севера для 
всех изученных видов диких животных связан с чрезвычайным напряжением 
биоэнергетических систем, то значимость ЭЭ, как легко мобилизуемого 
энергетического субстрата, сохраняется и летом. 

Результаты проведенных исследований дают основание полагать, что 

сопряженные метаболиты ЭЭ и ЭА образуют одну из систем регуляции 
интенсивности 
метаболизма 
в 
организме 
диких 
северных 

холодоадаптированных  животных. При этом, альдегидзависимая регуляция 
приводит к снижению уровня основного обмена, а этанолзависимая к 

активации 
биоэнергетических 
реакций. 
В 
самой 
системе 
регуляция 

соотношения концентраций данных веществ осуществляется АДГ и АльДГ. 
Функционирование 
этой 
регуляторной 
системы 
повышает 
устойчивость 

организмов к стрессирующему воздействию холода. 

Литература.
1.
Jones AW, Mardh G, Anggard E. Determination of endogenous 

ethanol in blood and breath by gas chromatography-mass spectrometry 
//Pharm. Biochem Behav. 1983. V.18 P.267-72.

2.
O.N.Kolosova, 
B. 
M. 
Kershengolts, 
N. 
G. 
Solomonov. 

Endogenous Ethanol and Acetaldehyde in the Mechanisms Regulating Vital 
Activities during Hibernation. //Doklady Biological Sciences, 2011, 
Vol. 441, pp. 347–349. 

ENDOGENOUS ETHANOL AND ACETALDEHYDE IN THE MECHANISM OF VITAL 

FUNCTION REGULATION OF NORTHERN WILD ANIMALS

1B.M. Kershengolts, 1,3O.N. Kolosova, 2V.V. Sharoyko

1Institute for Biological Problems of Cryolithozone SB RAS, Yakutsk, 

Russia

2Saint Petersburg State University, Saint Petersburg, Russia
3Medical Institute of NEFU named after M.K. Ammosov, Yakutsk, 

Russia

kerschen@mail.ru

Keywords: endogenous ethanol and acetaldehyde, adaptation, North, 

alcoholdehydrogenase and aldehydedehydrogenase, wild animals.

Summary.
The 
content 
of 
blood
endogenous 
ethanol 
(EE), 

acetaldehyde (EA), the concentration and activity of liver alcohol 
dehydrogenase (ADH) and aldehyde dehydrogenase (ALDH) in seasons with 
maximum temperature differences (summer and winter) in wild mammals: 
small wild rodents - voles (V; n = 50), the large aboriginal northern 
animals yakut horse (YH; n = 35) and reindeer (R; n = 35) were 

studied. The concentrations of EE and EA in animal blood were 
determined by gas chromatography with mass spectrometric detection (GCMS). The contents of EA and EE in blood were increased in northern 
animals in the winter and were significantly higher than in all seasons 
of the year than in laboratory rats. The seasonal changes were obtained 
in the level of metabolites associated with seasonal changes of 
catalytic parameters and physicochemical properties of ADH and ALDH. 
The differences in the mechanisms of seasonal activation of liver ADH 
and ALDH were found in R and YH.

Physiological and biochemical processes in the body are controlled 

by the chronobiological, including seasonality, trend, particularly 
revealing in the north, where in the winter period the temperatures are 
below - 30 ° C. At these temperature conditions northern organisms able 
to maintain their vital functions due to the adaptive mechanisms for 
low temperatures and deficiency of oxygen. These adaptive mechanisms 
have been developed in the course of long evolutionary process.  Under 
these circumstances the "ancient" dehydrogenase enzyme systems are of 
particular importance because they generate energy by the oxidation of 
simple substrates even in hypoxic environment. It is well known that 
regulation of bioenergetic processes by the adaptation to cold of 
northern heterothermal (hibernating) animals an essential role belongs 
to the substrate-enzyme system comprising of endogenous ethanol (EE), 
acetaldehyde (AA) and enzymes metabolizing them: alcohol dehydrogenase 
ADH, and aldehyde dehydrogenase ALDH [2]. So far, there are no 

previously published data on the role of EE-EA in the vital functions 
of 
wild 
homoiothermal 
mammals 
living 
in 
extreme 
environmental 

conditions.

In the present study in seasons with maximum temperature 

differences (summer-winter) the contents of EE, EA, blood concentration 
and activity of liver ADH and ALDH in the
body of wild mammals, 

including small wild rodents –
field voles (V; n = 50) and big 

aboriginal northern animals: yakut horse (YH; n = 35) and reindeer (R; 
n = 35) were examined. Temperature fluctuations during the collection 
of material in winter and summer periods were ranged from -50 to + 38 ° 
C. For comparison, a measurement of EE concentrations in the blood of 
inbred laboratory rats (n = 30) were done. 

The concentrations of EE and EA in whole blood of animals were 

determined by using gas chromatography with mass spectrometric 

detection (GC-MS) [1]. EE and EA blood concentrations in wild northern 
mammals were significantly higher (from 3 to 14 times) than in noncold-adapted laboratory animals in all seasons. Contents of EA and EE 
in the blood were increased at low temperatures in the winter compared 
to the summer period: «V» - in 3,0 (p <0,01) and 1.5-fold (p <0,05) , 
«YH» in 3,7 (p <0,01) and 1.5 times (p <0,01), «R» in 4,2 (p 

<0,001) and 1.3-fold (p <0.05), respectively. Seasonal dynamics of EE 
and EA concentrations are associated with seasonal changes of catalytic 
parameters and physicochemical properties of ADH and ALDH.

Important to note that in «YH» and «R» there are differences in 

seasonal activation mechanisms of liver ADH. In the first case there is 
an increase of enzyme concentration in winter, due to induction of ADH 
biosynthesis 
with 
similar 
catalytic 
and 
physicochemical 

characteristics. In contrast, in «R» there are no seasonal differences 
in ADH concentrations and regulation of enzyme activity takes place due 
to the concentration changes of specific inhibitor of ADH.  In it 
believed that this inhibitor is a protein origin and is not produced in 
the liver during summer period. Cold-adapted small and big wild north 
mammals are keeping an active 
way
of
living
throughout the year. 

Elevated level of EE, known as a bioenergetic substrate and a 
stabilizer of cell membranes at low temperatures, apparently allows 
them to maintain a constant body temperature in winter, even upon 
drastic and significant changes in temperature and to maintain a 
sufficiently wide thermoneutral range and stable homeostasis within 
these temperatures.

In winter, the increase in EE concentration is accompanied by the 

increasing of blood EA concentration. EA can act as an inhibitor of 
electron transport from NADH to flavoprotein in the mitochondrial 
oxidative chain, i.e. adjusts the intensity of bioenergetic processes 
at the low but stable level. In summer, bioenergetic and regulatory 
significance of EA is decreased and, consequently, dropping its blood 
levels in the greater extent than EE. Since the short summer in the 
north and all studied wild animal species undergo the extreme stress of 
their bioenergy systems, the importance of EE, as easily metabolized 
energy substrate, is kept even in the summer.

The results of these studies suggest that the coupled metabolites 

such as EE and EA form the system regulating the intensity of 
metabolism in northern wild cold-adapted animals. Thus, the aldehyde 
dependent regulation leads to lowering of basal metabolism and ethanol 
dependent leads to activating of bioenergetic reactions. The regulation 
of concentration ratio of EE and EA is carried out by ADH and ALDH. The 
functioning of this regulatory system has a significant impact on cold 
tolerance.

References.
1. Jones AW, Mardh G, Anggard E. Determination of endogenous 

ethanol in blood and breath by gas chromatography-mass 
spectrometry //Pharm. Biochem Behav. 1983. V.18 P.267-72.

2. O.N. Kolosova, B.M. Kershengolts, N.G. Solomonov. Endogenous 

Ethanol and Acetaldehyde in the Mechanisms Regulating Vital 
Activities during Hibernation // Doklady Biological Sciences, 
2011, Vol. 441, pp. 347–349. DOI:10.12737/12369