Начало формы МИХАЛКИНА Н.И., МУРЗАХМЕТОВА М.К

МИХАЛКИНА Н.И., МУРЗАХМЕТОВА М.К., ТУРМУХАМБЕТОВА В.К., УТЕГАЛИЕВА Р.С.
СОСТОЯНИЕ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ ПРИ ГИПОКСИЧЕСКИГИПЕРКАПНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
(Институт физиологии человека и животных МОН РК)
30-дневные гипоксически-гиперкапнические воздействия вызывают активацию
фермента каталазы и понижают процесс липопероксидации по сравнению с
однодневным, являющимся сильным стрессом.
Способность адаптироваться к условиям внешней среды является важнейшим свойством
всех живых саморегулирующихся систем, однако, именно адаптация организма, которая
развивается при повторном действии гипоксии, не только повышает его устойчивость к
тяжелому стрессу или гипоксическим нагрузкам, но и вызывает широкий спектр эффектов,
защищающих организм от действия других повреждающих факторов [1]. Установлено, что у
животных, адаптированных к кратковременному периодическому действию высотной
гипоксии, происходит активация компенсаторно-приспособительных реакций организма,
оптими-зация соотношения процессов деструкции и восстановления [2]. Для повышения
функцио-нальных возможностей организма и его резистентности к острой кислородной
недостаточ-ности, а также и другим стрессовым воздействиям все чаще используются
тренировки изме-ненной газовой средой, включающей гипоксию в сочетании с
гиперкапнией [2, 3, 4]. Однако, механизмы, обеспечивающие такие сдвиги, особенно на
уровне клеток, до конца не изучены.
В настоящее время большое внимание уделяется исследованиям свободнорадикальных
процессов в биологических мембранах при кислород-дефицитных состояниях [5, 6],
которые сопровождаются снижением выработки энергии в митохондриях из-за уменьшения
поступления кислорода. В этих условиях наблюдается увеличение образования реактивных
форм кислорода и снижается способность клеток защищаться от окислительного стресса.
Происходящее при этом усиление процесса перекисного окисления липидов является
одним из эффектов гипоксии, оказывающей повреждающее действие на организм на
клеточном уровне. Ведется активный поиск средств, позволяющих защитить клетки от этого
явления.
С учетом вышесказанного представляет интерес изучение реакции мембран клеток
различных органов крыс на воздействие гипоксически-гиперкапнического фактора. В связи
с этим изучали интенсивность перекисного окисления липидов в микросомальной фракции
мозга, сердца, легких и печени.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Эксперименты проводили на белых беспородных крысах- самцах массой 150-200 г.
Опытных крыс подвергали однократному и многократному (в течение 30 дней) действию
гипоксии в сочетании с гиперкапнией. Гипоксически- гиперкапнические воздействия
создавали путем ежедневного помещения животных на 1,5 час в замкнутое пространство
(эксикаторы объемом 7,8 л). К концу каждой экспозиции содержание кислорода снижалось
до 10,2%±0,2% (64,5 мм рт.ст.), уровень углекислого газа к концу опыта достигал
8,0%±0,9% (51,5 мм рт.ст.), при этом парциальное давление кислорода соответствовало
высоте 6800 м над уровнем моря, при которой наступает стадия выраженной гипоксии.
Взятие образцов тканей животных на анализ проводили на следующий день после
окончания гипоксически-гиперкапнических нагрузок. Навеску ткани 0,5-1,0 г после
промывания в охлажденном физиологическом растворе помещали в 10 мл среды,
содержащей 0,85% NaCl, 50 мМ КH2PO4, (рН 7.4 при 4°С) и гомогенизировали
гомогенизатором типа Polytron в течение 1 мин. Для получения микросомальной фракции
клеток изучаемых органов использовали метод дифференциального центрифугирования
[7]. Процесс перекисного окисления липидов (ПОЛ) в мембранах индуцировали системой
Fe2+ (0,02 мМ) + аскорбат (0,5 мМ), инкубируя исследуемые образцы при 37°С в среде,
содержащей 100 мМ NaCl, 2,5 мМ имидазола (рН 7,1) и пробы отбирали через
определенные интервалы времени от 0 до 60 мин.
О накоплении малонового диальдегида (МДА), продукта ПОЛ, судили по реакции с 2тиобарбитуровой кислотой (ТБК) по интенсивности развивающейся окраски методом
H.O.Ohkawa и др. [8]. Оптическую плотность измеряли при 532 нм. Расчет содержания
продуктов, реагирующих с ТБК, проводили с учетом коэффициента молярной экстинкции
МДА, равного 1,56ґ105 М-1Чсм-. Активность каталазы определяли по методу [9].
Полученные результаты обрабатывали статистически с использованием программы
Microsoft Exсel с учетом критерия Фишера - Стьюдента. Зарегистрированные изменения
показателей считали достоверными при рЈ0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Установлено, что после многократного сочетанного действия гипоксии с гиперкапнией
(СДГГ) наблюдается значительное снижение уровня ТБК-активных продуктов во всех
исследованных органах по сравнению с соответствующими величинами при однократном
воздействии (рис.1). Индукция ПОЛ в течение 60 мин приводит к значительному
увеличению перекисных продуктов после однодневного стрессового воздействия, тогда как
30-дневное СДГГ не вызывало столь существенного повышения интенсивности процесса
ПОЛ. Следует отметить, что наибольшее накопление продуктов ПОЛ как при однократном,
так и при многократных воздействиях гипоксии в сочетании с гиперкапнией наблюдается в
мембранах клеток мозга и печени. Как видно из рисунка, интенсивность процесса
липопероксидации в кардиомиоцитах и клетках легких выражена в меньшей степени, но
даже на этом более низком фоне явно прослеживается снижение ПОЛ после 30-дневных
гипоксически-гиперкапнических нагрузок.
Рис. 1. ПОЛ в клетках внутренних органов.
По оси ординат: содержание МДА, нмоль/мг белка. По оси абсцисс: 1 - фоновое значение
ПОЛ при 1-дневном СДГГ, 2 - 60-минутная индукция ПОЛ при 1-дневном СДГГ, 3 - фоновое
значение ПОЛ при 30-дневном СДГГ, 2 - 60-минутная индукция ПОЛ при 30-дневном СДГГ.
Активация ПОЛ при адаптации к условиям среды является, как известно, механизмом,
обеспечивающим структурно-функциональные перестройки мембран (например,
изменяется состав жирных кислот), направленные на оптимизацию фазового состояния
мембран, степени их жидкостности [10]. Известно, что клетки головного мозга обладают
высокой чув-ствительностью к дефициту кислорода, и при снижении содержания кислорода
во вдыхае-мом воздухе компенсация осуществляется за счет усиления ряда механизмов,
например, моз-гового кровообращения [11]. Результаты наших исследований о более
низком уровне актив-ности ПОЛ в сердце согласуются с данными об обратной связи между
интенсивностью дыхания и степенью развития процесса ПОЛ, при этом авторы обращают
внимание на то, что большей интенсивности окислительного фосфорилирования (высокое
содержание митохондрий в кардиомиоцитах) может соответствовать большая
эффективность антиок-сидантных систем [12]. А поскольку известно, что при
окислительном стрессе окисленные метаболиты оказывают токсические эффекты из-за
увеличения их продукции или изменения клеточного механизма защиты [13], нами было
проведено изучение активности фермента каталазы, являющегося одним из ключевых в
антиоксидантной защите клеток [14].
Из рисунка 2 видно, что однодневное СДГГ характеризуется низкими значениями
активности каталазы во всех изученных органах (кроме печени, где она остается
достаточно высокой), что, вероятно, является отражением деструктивных процессов,
происходящих в мембранах клеток при сильном стрессе. Продолжительные тренировки
СДГГ приводили к значительному увеличению активности антиоксидантного фермента,
вызванного усилением адаптивных процессов в исследованных органах.
Рис.2. Активность каталазы в микросомах внутренних органов.
По оси ординат: активность каталазы, %. 1 - 1-дневное СДГГ, 2 - 30-дневное СДГГ.
Полученные результаты согласуется с данными литературы [11, 12] и свидетельствуют
о том, что из всех изученных нами органов мозг становится главной мишенью
повреждающего влияния стрессового воздействия. Тем не менее возможно допустить, что
весьма позитивные для организма эффекты повышения антиоксидантной активности и
снижения процесса ПОЛ являются результатом гипоксически-гиперкапнических
воздействий, которые можно рассматривать, подобно гипоксическим тренировкам [1, 2], как
фактор, способствующий повышению неспецифической резистентности организма на
клеточном уровне.
ЛИТЕРАТУРА
1. Никоноров А.А., Капустин В.А., Твердохлиб В.П. Морфофункциональная характеристика
гепатоцитов при стрессе и защите от него в результате адаптации к барокамерной
гипоксии. // Цитол., 1991, т.33, №5. С.122-123.
2. Кривощеков С.Г. Физиологические механизмы гипоксической стимуляции
неспецифической резистентности организма. / Матер. симп. с межд. участием "Актуальные
проблемы адаптации к природным и экосоциальным условиям среды". Ульяновск, 2002.
С.96-97.
3. Косицкий Г.И., Петровская В.П. Изменение фукций сердечно-сосудистой системы при
дыхании через ДМП (значение для превентивной кардиологии) // Кардиология. 1980, т.20,
N6. С.10-15.
4. Ибадуллаева С.Ж., Кольбай И.С. Изменение содержания лейкоцитов у жителей
Приаралья при гипоксически-гиперкапнических дыхательных тренировках // Известия МНАН РК. Сер. биол. и мед. 1998, №5-6. С.12-17.
5. Шалатонин В.Т., Захаревская Г.И., Васильева Л.П., Полюхович Г.С. О кинетике
ишемического, реперфузионного и свободнорадикального повреждения сердца. / Тез.15
съезда Всес. физиол. общества им. Павлова, 1987, т.2. С.401-402.
6. Давыдовский А.Г. Модифицирующее влияние сульфата цинка на перекисное окисление
липидов в клетках печени и нервной ткани в раннем постнатальном периоде при
окислительном стрессе. / Тез. 4 съезда физиологов Сибири, Новосибирск, 2002. С.69.
7. Конь И.Я. и др. Витамин А и перекисное окисление липидов: влияние недостаточности
ретинола. // Биохимия, 1986, т.51, №.2. С.70-75.
8. Ohkawa H.O., Ohishi N., Yagi K. Assay for lipid peroxides in animal tissues by thiobarbituric
acid reaction // Anal. Biochem. 1979, vol.95, № 2. P.351-358.
9. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.И. Метод определения активности
каталазы. // Лаб. дело, 1988, №1. С.16-18.
10. Эргашова М.Ж., Акрамова Г.С., Ан А.П., Исаев Э.И., Саатов Т.С. Адаптивная роль
липидов мембран при различных функциональных состояниях клеточных систем. //
Цитология, 1991, т.33, №5. С.144.
11. Воротникова М.В. Гетерогенность изменений микроциркуляторного русла в головном
мозге при гипобарической гипоксии. / Матер. симп. с межд. участием "Актуальные
проблемы адаптации к природным и экосоциальным условиям среды". Ульяновск, 2002.
С.48-49.
12. Архипенко Ю.В., Джапаридзе Л.М., Гуткин Д.В., Рожицкая И.И., Спиричев В.Б.
Сравнительная оценка влияния недостаточности витамина Е на перекисное окисление
липидов и транспорт Са2+ в сердечной и скелетной мышцах. // Вопр. мед. хим., 1987, №1.
С.122-126.
13. Ferrari R., Agnoletti L., Comini L., Gaia G. Et al. Oxidative stress during myocardial
ischaemiaand heart failure // Eur. Heart J. 1998. V.19. Suppl.B. P.2-11.
14. Николаева А.Б., Азизов И.С. Определение активности каталазы и интенсивности
окислительной модификации у д действием экзогенных факторов. / Тез.4 съезда
физиологов Сибири, Новосибирск, 2002. С.202-203.
***
30-к?ндiк гипоксия-гиперкапниялы? ?рекет каталазаны? белсендiлiгiн ту?ызады ж?не 1к?ндiк гипоксия-гиперкапниялы? ?рекетпен салыстыр?анда пероксидация процесiн
томендетедi.
***
30-day's hypoxic-hypercapnic influences cause activation of enzyme catalase and lower
process lipoperoxidation in comparison with one-day, being strong stress.