Брусенко Л.А. Состояние окислительного метаболизма при

Брусенко Л.А.
Состояние окислительного метаболизма при воздействии
полиметаллической пылью в эксперименте / Л.А. Брусенко,
Л.В. Сосновская // Вестник КарГУ : Сер. Биология, медицина,
география. - 2006. - №2. - С.10-14
Л.А.Брусенко, Л.В.Сосновская
Карагандинский государственный университет им.Е.А.Букетова
СОСТОЯНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО МЕТАБОЛИЗМА ПРИ
ВОЗДЕЙСТВИИ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЫЛЬЮ В
ЭКСПЕРИМЕНТЕ
Мақалада егеүқұйрықтарға полиметалды шаңмен әсер өткендегі тотығу
метаболизм процестерінің жағдайы қарастырылган. Өкпе, бауыр
ұлпаларының және бронхы-алвеолярлы сұйықтық құрамындагы липидтердің
асқын тотығу және антиоксидантты қорганыштық қабілетіне баға
беретін нәтижелер келтірілген.
Product factors peroxide oxidations fat are given In article. Researched the
blood and bile. Exists increasing to activities ferment, antioxidant. Examined the
sick mechanical jaundice.
Центрально-Казахстанский регион характеризуется развитой горно-рудной
и металлургической промышленностью. Одним из основных загрязняющих
компонентов атмосферного воздуха является пыль сложного химического
состава, в которой наряду с двуокисью кремния присутствуют многие
ингредиенты (металлы, металлоиды), представленные разнообразными
структурными соединениями. Пыль, обладая абсорбирующими свойствами,
способна накапливать химические вещества, вступая с ними в прочные,
малорастворимые соединения. Такая пыль может загрязнять не только
производственные помещения, но и окружающую среду, тем самым
неблагоприятно воздействуя на население. К настоящему времени в
литературе накопилось достаточное количество сведений о том, что подобная
пыль может оказывать, помимо фиброгенного, и токсическое действие [1].
Основной путь поступления пыли в организм ингаляционный, при этом она
оказывает непосредственное влияние на верхние дыхательные пути.
Первичные молекулярные механизмы воздействия полиметаллической пыли
заключаются в длительном избыточном образовании в легких активных форм
кислорода (АФК) за счет мобилизации кислородзависимой бактерицидной
системы фагоцитов. При этом общее токсическое действие обусловлено
накоплением активных радикалов и водорастворимых перекисей, способных
лизировать и нарушать проницаемость клеточных мембран [2].
АФК относятся к продуктам нормального клеточного метаболизма и при
физиологических условиях и адекватном функционировании систем
антиоксидантной защиты (АОЗ) не представляют опасности для организма.
При чрезмерном образовании АФК и недостаточности систем АОЗ развивается состояние оксидативного стресса, которое выражается в усилении
процессов пероксидации, с нарушением структуры и функции
биомакромолекул белков, липидов, ДНК, в повреждении биомембран и
мембраносвязанных ферментных систем, развитии ферментемии и
цитотоксических эффектов. В настоящее время установлено, что системная
дезорганизация мембран клеточных органелл выступает ранним проявлением
метаболических ответных реакций организма на неблагоприятное воздействие вредных факторов окружающей среды и может рассматриваться как
биохимический критерий мембраноповреждающего действия [3-6].
Таким образом, первичное повреждающее действие пылей сложного
химического состава основано на свободнорадикальном механизме и
сопровождается образованием избытка АФК и перекиси водорода, при этом
главные защитные функции выполняет антиоксидантная система.
Возможность загрязнения объектов окружающей среды полиметаллической
пылью и ограниченное количество экспериментальных работ о действии
такой пыли на организм показали важность изучения влияния
полиметаллической пыли на состояние процессов окислительного
метаболизма в эксперименте. Особый интерес представляет изучение
механизмов и критериев оценки процесса адаптации, поскольку при
установлении гигиенических нормативов необходимо учитывать возможность развития приспособления организма к действию различных факторов
окружающей среды.
Для эксперимента использовали полиметаллическую пыль с территории п.
Жайрем. Витающую пыль атмосферного воздуха собирали в центре жилого
массива с помощью стеклянных банок диаметром 15-18 см, высотой 25-28
см, подвешенных на уровне 1,5 метра от поверхности земли. Во избежание
выдувания осадка внутри банки устанавливалась Ниферова защита,
представляющая собой усеченный конус из жести, обращенный узкой частью
вниз. Для лучшего удержания пыли в сосуд наливалась дистиллированная
вода на уровне не менее 1 см. Длительность пробы этим методом устанавливалась на основе количества пыли, необходимой для исследования.
Дисперсность пыли определяли методом микроскопии [7]. Элементный
анализ проводили на атомно-абсорбционном приборе «Хитачи».
Дисперсный анализ пыли показал преобладание частиц размером до 5 мкм
(около 70 %). Содержание основных химических элементов следующее: Mn
— 15, Pb — 0,1, Fe — 3,4, Zn — 0,04, SiO2 — 0,28, Hg — 0,005 % и др.
В эксперименте использовались беспородные половозрелые крысы-самцы
массой 180-220 граммов. В опытную группу вошло 20 крыс, контрольная
группа составила 10 животных. Согласно методологическим подходам Р.В.
Борисенковой и соавторов [1] для оценки общетоксического действия пыли
животные опытной группы подвергались интратрахеальному введению пыли
в дозе 25 мг/кг. Животным контрольной группы интратрахеально вводился
физиологический раствор. Сроки эксперимента составили 3 и 70 суток. В
каждой серии эксперимента участвовало 10 крыс. По окончании сроков
эксперимента животных умерщвляли методом декапитации под слабым
эфирным наркозом. Из тканей органов готовили гомогенаты на фосфатном
буфере (рН 7,4).
Для оценки состояния окислительного метаболизма в тканях легких,
печени и бронхо-альвеолярном лаваже (БАЛ) определяли интенсивность
перекисного окисления липидов (ПОЛ) по методу И.А.Волчегорского и
соавторов путем измерения оптической плотности гептанового слоя,
экстрагированных в нем диеновых и кетодиеновых конъюгатов [8].
Активность каталазы определяли по методу Л.Н. Королюк и соавторов [9] с
помощью молибдата аммония, образующего с перекисью водорода
устойчивый окрашенный комплекс. Уровень оксида азота определяли по
методу П.П.Голикова [10]. В качестве интегрального показателя эндогенной
интоксикации определяли уровень среднемолекулярных пептидов по методу
А.Н. Ковалевского и соавторов путем спектрофотометрии супернатанта
после осаждения белков из исследуемой жидкости раствором
трихлоруксусной кислоты, с последующим центрифугированием [11].
Полученный материал подвергнут статистической обработке с
применением t-критерия Стьюдента. Данные, отражающие изменение
показателей окислительного метаболизма, представлены в таблицах 1-3.
В ходе исследования было установлено достоверное уменьшение в 2 раза
содержания диеновых конъюгатов (ДК) в тканях печени на 3-и сутки
эксперимента и достоверное увеличение в 1,25 раза на 70-е сутки по
сравнению с контрольной группой. Содержание кетодиенов (КД) достоверно
увеличилось в 4 раза на 3-и сутки и в 2 — на 70-е сутки по сравнению с
контрольной группой. Содержание суммарных первичных продуктов (СПП)
достоверно повышается на 13,8 % на 3-и сутки и приходит к показателям
нормы к концу эксперимента.
Установлено накопление в тканях печени суммарных вторичных продуктов
(СВП) ПОЛ, их содержание достоверно увеличилось в 8,87 раза на 3-и сутки
и в 1,26 раза — к концу эксперимента по сравнению с контрольной группой.
Преобладание накопления вторичных высокореактивных продуктов
указывает на выраженный нарастающий характер свободнорадикальных
процессов у животных, подвергшихся воздействию полиметаллической
пылью.
Активность каталазы в тканях печени достоверно повышается на 8,3 % на
3-и сутки эксперимента и снижается на 23,4 % на 70-е по сравнению с
контрольной группой. Содержание средне молекулярных пептидов (СМ) в
тканях печени достоверно повышалось на 3-и сутки эксперимента в 1,5 раза
по сравнению с контрольной группой и приближалось к норме к концу
эксперимента.
Содержание
СМ
свидетельствует
об
активности
протеолитических процессов и незавершенности протеолиза. Повышенная
продукция СМ может играть существенную роль в развитии интоксикаций.
Установлено достоверное повышение содержания оксида азота в 1,4 раза на
3-и сутки и понижение на 1,5 раза к концу эксперимента по сравнению с
контрольной группой. Возрастание NO при воздействии полиметаллической
пылью можно связать с экспрессией NO-синтетазы (INOS) в ответ на
воздействие активных форм кислорода. Механизм действия NO связан с его
способностью увеличивать активность антиоксидантной защиты и
экспрессию кодирующих их генов. Сама молекула NO обладает
антиоксидантным эффектом, что может ограничивать активацию
свободнорадикального окисления при стрессе.
Анализ полученных результатов показал, что при воздействии
полиметаллической пылью на 3-и сутки эксперимента в тканях печени
достоверно повышается активность каталазы и снижается содержание ДК
при повышении содержания КД, 0СПП, СВП, СМ и NO. К концу
эксперимента прослеживается выраженная активация процессов ПОЛ,
характеризующаяся повышением содержания ДК, КД, СВП, угнетением
активности каталазы и уменьшением содержания в тканях печени NO.
В ходе исследования установлено достоверное уменьшение в тканях легких
содержания ДК в 10 раз на 3-и сутки и его увеличение в 1,1 раза на 70-е
сутки эксперимента по сравнению с контрольной группой. Содержание КД,
СПП, СВП достоверно увеличивалось на 3-и сутки соответственно в 1,6; 1,3;
16,2 раза по сравнению с контрольной группой. К концу эксперимента
содержание КД, СВП достоверно увеличивалось соответственно в 1,7 и 1,54
раза по сравнению с контролем. Содержание СПП приближалось к норме.
Активность каталазы в тканях легких достоверно повышается в 2,4 раза на
3-и сутки эксперимента и снижается на 27 % на 70-е сутки по сравнению с
контрольной группой. В тканях легких прослеживается достоверное
уменьшение средне молекулярных пептидов на 30 % к концу эксперимента
по сравнению с контрольной группой. Снижение уровня среднемолекулярных пептидов, по-видимому, можно объяснить их участием в
процессах АОЗ. Исследования, проведенные З.А. Тупиковой (1983), показали
наличие у олигопептидов средней массы антиоксидантной активности [12].
Установлено достоверное повышение содержания оксида азота в 1,3 раза на
3-и сутки и понижение в 2 раза к концу эксперимента по сравнению с
контрольной группой.
Анализ полученных результатов показал, что при воздействии
полиметаллической пылью на 3-и сутки эксперимента в тканях легких крыс
достоверно повышается активность каталазы и снижается содержание ДК
при повышении содержания КД, СПП, СВП, NO. К концу эксперимента
прослеживается выраженная активация процессов ПОЛ, характеризующаяся
повышением содержания ДК, КД, СВП, угнетением активности каталазы и
уменьшением содержания в тканях легких NO.
В ходе исследования определено достоверное уменьшение в БАЛ
содержания ДК в 5,1 раза на 3-и сутки и в 1,1 раза на 70-е сутки
эксперимента по сравнению с контрольной группой. Содержание КД, СПП,
СВП достоверно увеличивалось на 3-и сутки соответственно в 1,2; 1,1; 12,4
раза по сравнению с контрольной группой. К концу эксперимента
содержание СПП, СВП приближалось к норме, содержание КД уменьшалось
на 9 % по сравнению с контролем.
Активность каталазы в БАЛ достоверно повышается на 20 % на 3-и сутки
эксперимента и на 42 — на 70-е сутки по сравнению с контрольной группой.
В БАЛ прослеживается достоверное уменьшение среднемолекулярных
пептидов в 1,5 раза на 3-и сутки и увеличение в 2,7 раза к концу эксперимента по сравнению с контрольной группой.
Анализ полученных результатов показал, что при воздействии
полиметаллической пылью на 3-и сутки эксперимента в БАЛ у крыс
достоверно повышается активность каталазы и снижается содержание ДК
при повышении содержания КД, СПП, СВП. К концу эксперимента
прослеживается выраженная активация процессов ПОЛ, характеризующаяся
повышением содержания ДК, КД, активности каталазы и увеличением
содержания СМ в БАЛ.
Таким образом, результаты экспериментальных исследований показали,
что при воздействии полиметаллической пылью в тканях печени, легких и в
БАЛ животных на 3-и сутки эксперимента значительно повышается
активность каталазы, снижается содержание ДК, с одновременным
повышением содержания КД, СПП, СВП, NO. К концу эксперимента
прослеживается выраженная активация процессов ПОЛ и угнетение
активности каталазы в тканях легких и печени.
Выявленная значительная активация процессов ПОЛ при воздействии на
организм животных полиметаллической пылью объясняется её сильным
мембранотоксическим действием, приводящим к нарушению как клеточных,
так и субклеточных мембран. Известно, что продукты перекисного окисления липидов могут инактивировать ферменты антиоксидантной защиты.
При воздействии полиметаллической пыли активность каталазы в тканях
исследуемых органов к концу эксперимента достоверно снижается, что ведет
к пролонгированию мембранотоксического эффекта. Мембранотоксическое
действие избыточных концентраций продуктов ПОЛ, наряду с нарушением
липидлипидных взаимоотношений в биомембранах, обусловлено их
влиянием на белковый компонент мембраны в результате связывания
продуктов ПОЛ с тиоловыми группами. Это, в свою очередь, нарушает
белково-липидные
взаимоотношения.
Повышается
доступность
гидрофобного слоя мембраны действию фосфолипаз и протеолитических
ферментов.
Комплекс клеточных и субклеточных реакций, проявляющихся в
изменении ПОЛ и АОЗ, связанных с активацией или ингибированием
различных звеньев биохимических процессов, по-видимому, выступает в
качестве подсистемных механизмов адаптации, изучение которых крайне
важно при действии вредных факторов окружающей среды.
Полученные данные отражают напряжение в регуляции системы
антиоксидантной защиты и имеют существенное значение для оценки
адаптивных возможностей организма.
Список литературы
1. Борисенкова Р.В., Луценко Л.А., Кочеткова Т.А., Пальцев Ю.П.
Методические вопросы нормирования пылей сложного химического состава
// Гигиена и санитария. — 1980. — № 8. — С. 8-10.
2. Тиунов Л.А. Некоторые вопросы молекулярной токсикологии //
Вестн. АМН СССР. — 1991. — №1. — С. 8-12.
3. Кожевников Ю.Н. О перекисном окислении липидов в норме и
патологии // Вопросы мед. химии. — 1985. — Т. 31. №1.—С. 2-7.
4. Муравлева Л.Е., Айтпаев Б.К. Окислительный метаболизм в норме и
патологии // Медицина и экология. — 1997. — №1.—С. 147-151.
5. Тиунов Л.А. Механизмы естественной детоксикации и
антиоксидантной защиты // Вестн. РАМН. — 1995. — № 3. — С. 9-11.
6. Фархутдинов Р.Р., Бикбулатов Н.Т. Свободнорадикальные процессы
в норме и при патологии // Сов. медицина. — 1983. №9. — С. 69-72.
7. Градус Л.Я. Руководство по дисперсному анализу методом
микроскопии. — М., 1979. — С. 232.
8. Волчегорский А.И., Налимов А.Г., Яровинский Б.Г., Лифшиц Р.И.
Сопоставление различных подходов в определении продуктов перекисного
окисления липидов в гептан-изопропанольных экстрактах крови // Вопросы
мед.химии. — 1989. —№1.— С. 127-131.
9. КоролюкМ.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод
определения активности каталазы // Лаборат. дело. — 1988. —№1.— С. 1619.
10. Голиков П.П., Николаева Н.Ю., Гавриленко И.А. и др. Оксид азота и
ПОЛ как фактор эндогенной интоксикации при неотложных состояниях //
Пат.физиология. — 2000. — № 2. — С. 6-9.
11. Ковалевский А.Н., Нифантьев О.Е. Замечания по скрининговому
методу определения молекул средней массы // Лаборат. дело. — 1989. — №
10. —С. 35-38.
12. Мильдеханов Т.Т. Влияние загрязнителей окружающей среды на
интенсивность реакций свободнорадикального окисления в эксперименте //
Здравоохранение Казахстана. — 1994. — № 9. — С. 54-56.