На правах рукописи Суншева Бэла Мухамедовна ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ АНТИГИПОКСАНТОВ
advertisement
На правах рукописи Суншева Бэла Мухамедовна ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ АНТИГИПОКСАНТОВ НА КИСЛОРОДЗАВИСИМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КРОВИ 03.03.01 – физиология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Майкоп - 2011 Работа выполнена на кафедре физиологии человека и животных ГОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Пшикова Ольга Владимировна Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Цикуниб Аминет Джахфаровна доктор медицинских наук, профессор Хацуков Борис Хусейнович Ведущая организация: Центр медико-экологических исследований - филиал ГНЦ РФ ИМБП РАН Защита состоится «04» марта 2011г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.001.07 в Адыгейском государственном университете по адресу: 385000, Республика Адыгея, г. Майкоп, ул. Пионерская, 260, конференц-зал научной библиотеки АГУ. С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Адыгейского государственного университета. Автореферат разослан «03» февраля 2011г. Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент Н.Н. Хасанова 2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Проблема гипоксии в настоящее время является одной из актуальных проблем биологии и медицины. Считается, что в основе любой патологии лежит гипоксия, вызываемая расстройством окислительно-восстановительных систем. Важнейшим направлением в этой проблеме является контроль над возникновением и развитием состояния гипоксии, защитой от нее человека в экстремальных условиях (А.З. Колчинская, 1973; Б.Х. Хацуков и соавт. 1998; О.В. Пшикова, 1999; Ю.В. Медведев, А.Д. Толстой, 2000; А.Б. Иванов, 2002). Ведущее место в профилактике сохранения гомеостаза при постоянно действующем неблагоприятном факторе занимает управление процессами адаптации с помощью природных соединений (Ж.И. Абрамова и др., 1985; А.Д. Цикуниб, 2006, 2007 и др.) К таким соединениям относятся антиоксиданты. Показано, что профилактическое применение антиоксидантов способствует снижению повреждающего эффекта стрессора на организм (Л.Е. Назарова, 2008). Многочисленными исследованиями доказано, что усиление окислительных процессов приводит к развитию клеточной патологии (Ю.А. Владимиров, 1972; В.И. Кулинский, 1993; В.Л. Воейков, 2001 и др.), что особенно выражено в условиях высокогорья (П.В. Белошицкий и соавт., 1995; А.Н. Красюк с соавт., 1995; А.З. Колчинская и др., 1999; А.Б. Иванов, 2001; Х.А. Курданов и др., 2010). Гипоксия является одним из видов стрессорного воздействия, нарушающего гомеостаз организма. происходит ингибирование При гипоксических эндогенных состояниях антиоксидантов – супероксиддисмутазы, глутатиона, токоферола (L.M. Kats et al., 1998). При этом происходит усиление продукции свободных радикалов и как следствие развитие окислительного стресса (Р.Г. Биктемирова, А.Р. Мухамедиева, 2005; Л.Е. Назарова и др., 2005). Важную роль в противостоянии гипоксическому воздействию играют адаптационные возможности организма. Адаптационные возможности это, прежде всего, запас функциональных резервов, которые постоянно расходуются на поддержание равновесия между организмом и средой (Р.М. Баевский и др., 1987). При этом происходит их постоянное восполнение, благодаря чему поддерживается гомеостаз организма. На фоне этих реакций представляется целесообразным восполнение антиоксидантной системы извне. Доказано, что адаптация организма к гипоксии возможна и с помощью природных антигипоксантов (М.Т. Шаов и др., 1996; О.В. Пшикова и др., 1997; О.В. Пшикова, М.Т. Шаов, 1997; И.И. Темботова, 2005; А.Ю. Аккизов, 2008). В некоторых случаях природные антигипоксанты могут превосходить по эффективности синтетические препараты. Ранее было показано, что повышение энерго-адаптационного потенциала организма возможно с помощью антиоксидантов синтетического и природного происхождения (А.В. Смирнов и соавт., 1994; О.В.Пшикова, 1999, 2003 и др.). антигипоксическими используются Природные свойствами антиоксиданты, и являются которые обладают адаптогенами, в лечебной практике. В настоящее время в активно буквальном смысле слова начинается возврат к натуропатической медицине. В этом плане, особенно перспективными с целью ускоренного формирования состояния адаптации оказались антиоксиданты облепихи крушиновидной (βкаротин, витамины С, Е), произрастающей в районе Приэльбрусья. В ряде исследований показано, что под влиянием облепихи крушиновидной повышается высотоустойчивость животных, происходит заметное усиление периферического кровообращения (М.Т. Шаов, 2004; А.Ю. Аккизов, 2008), увеличивается время жизни нервных клеток в бескислородной среде (М.Т. Шаов, О.В. Пшикова, 1996; 2003; М.Т. Шаов, Х.А. Курданов, О.В. Пшикова, 2010). Вместе с тем, остается малоизученным вопрос о влиянии природного комплекса антиоксидантов на адаптационные механизмы системы крови. Действие неблагоприятных факторов среды, прежде всего, отражается на 4 системе крови, обеспечивающей поддержание гомеостаза при изменениях параметров внутренней и внешней среды (включая гипоксическое воздействие). Наблюдая за изменениями функциональных показателей системы кровообращения можно определить «цену адаптации» (Р.М. Баевский и др., 1987). В этой связи актуальным является изучение действия биоантиоксидантов облепихи крушиновидной на кислородзависимые показатели крови и адаптационный потенциал организма человека. Цель исследования: изучить влияние природных антигипоксантов на кислородзависимые показатели крови, оценить их роли в возрастании эффективности работы системы транспорта кислорода, повышении адаптационного потенциала организма. Исходя из поставленной цели, решались следующие задачи: - исследовать динамику сатурации кислорода (SaO2), ее флуктуаций, а также значения Р50 до и после приема облепихи крушиновидной; - изучить влияние β-каротина на динамику SaO2, ее флуктуаций, а также напряжения полунасыщения гемоглобина кислородом (Р50); - сравнить антигипоксантное действие облепихи крушиновидной и βкаротина на состояние системы транспорта кислорода; - исследовать динамику АФК под воздействием облепихи крушиновидной и β-каротина в модельных водно-электролитных системах; - оценить действие плодов облепихи крушиновидной и β-каротина на количественные характеристики состояния адаптационного потенциала организма человека. Научная новизна. В работе впервые установлено: - при действии произрастающей в биоантиоксидантов районе облепихи Приэльбрусья, крушиновидной, происходит усиление антигипоксической функции гемоглобина, на что указывает снижение флуктуаций SaO2 и возрастание Р50; 5 - под влиянием β-каротина происходит усиление антиоксидантной функции гемоглобина, о чем свидетельствует снижение Р50 и возрастание флуктуаций SaO2; - разнонаправленность действия плодов облепихи крушиновидной, содержащих комплекс биоантиоксидантов и моно препарата β-каротина на процессы энергопродукции: облепиха инициирует биофизический путь энергопродукции, а β-каротин стимулирует биохимический путь энергопродукции; - испытуемые биоантиоксиданты повышают адаптационный потенциал системы кровообращения за короткий период времени (5 суток). Основные положения, выносимые на защиту: 1. Биоантиоксиданты облепихи крушиновидной повышают уровень SaO2 и Р50, а флуктуации SaO2 под их воздействием снижаются. 2. Прием β-каротина снижает уровень SaO2 и Р50, при этом флуктуации SaO2 возрастают. 3. содержание Биоантиоксиданты перекиси облепихи водорода и крушиновидной значительно повышают уменьшают уровень гидроксильного радикала в физиологическом растворе. 4. Действие β-каротина существенно снижает концентрации перекиси водорода и гидроксильного радикала в физиологическом растворе. 5. Как облепиха, так и β-каротин поддерживают исходный уровень супероксидного анион-радикала кислорода. 6. Под воздействием биоантиоксидантов облепихи проявляется антигипоксическая функция гемоглобина, а β-каротин способствует усилению антиоксидантной функции гемоглобина. 7. Биоантиоксиданты облепихи и β-каротин значительно повышают адаптационный потенциал системы кровообращения за короткий период времени. Теоретическая значимость работы. Результаты настоящей работы помогают с помощью антиоксидантов природного происхождения вскрыть 6 физиологические и биоэнергетические механизмы формирования состояния адаптации в системе транспорта кислорода и всего организма в целом. Расширены современные представления о физиологических механизмах повышения адаптационного потенциала посредством усиления антигипоксической функции гемоглобина (эритроцита) под влиянием облепихи крушиновидной и возрастания антиоксидантной функции гемоглобина под воздействием β-каротина. На основе модельных опытов по изучению динамики активных форм кислорода получены углубленные представления о биоэнергетических механизмах повышения резервов здоровья. В частности, показано инициирование биофизического пути энергопродукции биоантиоксидантами облепихи и стимулирование биохимического (митохондриального) пути энергопродукции молекулами β-каротина. Практическая значимость работы. Работа имеет практическое значение в первую очередь для систем образования, здравоохранения, физкультуры и спорта. Так, результаты исследования могут быть с успехом использованы в учебном процессе в различных разделах физиологии, биохимии и биофизики. В здравоохранении результаты настоящей работы помогут организовать на научной основе натуропатическое (немедикаментозное) лечение различных патологий путем ускоренного повышения резервов здоровья в организме. Работа имеет большое практическое значение для физкультуры и спорта, т.к. её результаты дают возможность спортсмену стимулировать за короткое время адаптационный потенциал системы кровообращения и организма в целом с помощью легкодоступных натуропатических средств, препятствующих развитию ацидоза при физических перегрузках, выступающих в роли биостимуляторов в ходе подготовки к соревнованиям, оказывающих антигипоксический и антистрессорный эффект. Внедрение результатов исследования в практику. Работа выполнена в рамках НИР кафедры физиологии человека и животных биологического 7 факультета Кабардино-Балкарского «Кислородзависимые нервных клеток к государственного электро-физиологические гипоксии» (номер университета механизмы государственной адаптации регистрации 0120.0804737). Результаты исследования внедрены в учебный процесс при подготовке магистров (направление 020200.68 «Биология») на биологическом факультете Кабардино-Балкарского государственного университета. На основе полученных данных разработан и апробирован новый курс «Биофизические основы патологических процессов» с полным набором учебно-методической документации, лекций и лабораторных занятий. Результаты внедрены также в научно-исследовательскую работу, проводимую на кафедре технологии продуктов общественного питания (ТПОП) Кабардино-Балкарской сельскохозяйственной академии по теме «Технология приготовления продуктов питания специального назначения» и в практику отделения реанимации и анестезии республиканской клинической больницы КБР (г.Нальчик). Апробация работы. Основные положения диссертации апробировались на III Всероссийской конференции "Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция" (Москва, 2002), на III Международной научнопрактической конференции "Состояние биосферы и здоровье людей" (Пенза, 2003), на Международной конференции "Гомеостаз и эндоэкология" (Хургада, 2002), на XIX съезде физиологов РФ (Екатеринбург, 2004) на Международном конгрессе студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива 2007» (Нальчик, 2007), на XXI съезде физиологов РФ (Калуга, 2010) и на кафедральных и факультетских научных семинарах КБГУ (20012009). Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ для публикации результатов исследований на соискание ученой степени доктора и кандидата наук. 8 Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследования и их анализа, обсуждения результатов, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Работа иллюстрирована 19 рисунками и 2 таблицами, изложена на 118 страницах машинописного текста. Список литературы содержит 223 источника (119 отечественных и 104 иностранных авторов). ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Исследования проводились на кафедре физиологии человека и животных биологического факультета КБГУ. В исследовании приняли участие на добровольной основе практически здоровые молодые люди обоего пола 20-22 лет. Все участники были разделены на три группы. Первая группа (60 человек) получала свежие плоды облепихи крушиновидной в курсовой дозе 3 г/кг массы тела. Продолжительность курса приема плодов составляла 10 суток. Вторая группа (60 человек) принимала бета-каротин в капсулах в курсовой дозе 250мг% в течение 10 дней. Отдельная группа служила в качестве контроля (50 человек). Все участники исследования не употребляли иные витаминные препараты, биологически активные добавки или другие лекарственные средства. Определенные показатели регистрировались в следующей последовательности: фон, на 3, 5 и 10 день опыта, а также в период последействия на 7, 14 21 день. Исследование включало регистрацию в условиях in vivo сатурации кислорода SаO2, вычисление флуктуаций SaO2, Р50, адаптационного потенциала (АП), определение in vitro динамики активных форм кислорода (АФК) в модельных водно-электролитных системах. Сатурация кислорода, ЧСС, флуктуации SаO2 определялись методом пульсоксиметрии прибором ЭЛОКС-01 (ЗАО Инженерно-медицинский центр «Новые приборы», г. Самара). У всех участников измерялось артериальное давление - систолическое и диастолическое (АДс и АДд), фиксировались рост и вес. Все значения статистически обработаны в 9 программе Excel с использованием t – критерия Стьюдента. Различия считались достоверными при величине уровня значимости P<0,05. Адаптационный потенциал вычислялся по методике Баевского (1987). Значение Р50 в тканях определяли расчетно - фотоплетизмографическим методом (М.В. Борисюк, 1990). Изучение динамики интермедиатов кислорода проводилось с помощью дифференциально-осциллографической полярографии (осциллографический полярограф ПО-5122 модели 02А, г. Ростов) по методике М.Т. Шаова (1981, 1989) с использованием физиологического раствора. В физиологический раствор добавляли 10мл сока облепихи и раствор бета-каротина (в дозе, соответствующей его содержанию в плодах облепихи). Дальше в течение 40 мин следили за изменением вольт-амперных кривых, характеризующих содержание АФК в растворе. Были зафиксированы изменения динамики АФК в первую минуту, через 3 мин, через 6 мин, 12 мин, 15 мин и 40 мин опыта. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Изменение SaO2 после курсового приема облепихи крушиновидной. В фоне значение SaO2 равнялось в среднем 97,3±0,03%, что близко к физиологической норме. На третий и пятый день опыта отмечалось незначительное колебание степени насыщения гемоглобина кислородом относительно фона: 97,2±0,03 и 97,4±0,03% соответственно. На 10 день опыта наблюдалось увеличение SaO2 до 97,6±0,06% (рис.1). В период последействия, через семь дней после приема облепихи значение SaO2 находилось в среднем на уровне 97,4±0,07%. Через 14 дней после приема облепихи степень насыщения гемоглобина кислородом составила в среднем 97,7±0,06%. На 21 день последействия значение SaO2 возросло достоверно(Р<0,05) до 97,8±0,06% При этом произошло снижение флуктуаций данного показателя. В фоне флуктуации SaO2 составляли 3963 в минуту, а на третий день опыта 2225. На пятый день тенденция снижения флуктуаций продолжалась – 2125, а на десятый день они составляли 1878 (рис.2). 10 В период последействия также продолжается дальнейшее снижение флуктуаций SaO2: с 1951 в минуту до 1897 на 21 день последействия. Повышение SaO2 на фоне снижения флуктуаций, которое наблюдается в опыте, говорит об увеличении надежности системы транспорта кислорода. Флуктуации обратно пропорциональны числу компонентов F=1/√K , в нашем случае число компонент это SaO2. Чем выше сатурация, тем меньше флуктуаций. Как известно, надежность системы обратно пропорциональна флуктуациям H=1/F: чем меньше флуктуации, тем выше будет надежность системы транспорта кислорода. Для оценки изменения способности гемоглобина связывать кислород под воздействием облепихи, мы обратились к информатике сатурационной кривой. Согласно динамике наблюдений (3 день опыта) произошел сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина влево, что свидетельствует об увеличении сродства гемоглобина к кислороду. Мы можем говорить, что здесь проявляется функция гемоглобина как антиоксиданта что вполне может зависеть от β-каротина. Он удерживает кислород, и тем самым, снижает уровень ПОЛ и образования активных форм кислорода. С другой стороны, как показали опыты (5 день опыта, 10 день опыта, период последействия), имел место также и сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо, что свидетельствует о снижении сродства гемоглобина к кислороду. В этом случае, под воздействием облепихи происходит усиление антигипоксических функций гемоглобина, так как в результате ослабления сродства между гемоглобином и кислородом происходит возрастание напряжения кислорода в тканях. Все это свидетельствует о том, что облепиха обладает широким спектром действия и в зависимости от сложившейся в организме ситуации она может настроить систему транспорта кислорода на борьбу с гипоксией или оксидантами (продукты ПОЛ, АФК и др.). Кроме того, заслуживает большого внимания динамика другого показателя – флуктуации SaO2 (fSaO2). Факт значительного и 11 однонаправленного снижения fSaO2 может говорить только в пользу оптимизации энергетического обеспечения системы транспорта кислорода под воздействием облепихи. Известно, что флуктуация – это вынужденное и быстрое повышение энергии одной части системы за счет использования энергии другой её части. Следовательно, высокочастотные флуктуации какого-либо параметра (например, SaO2) являются признаком борьбы системы против «истощения» источников энергии, а низкочастотные флуктуации, наоборот, сигнализируют о стабилизации процессов энергопродукции и энергопотребления в системе. В целом можно отметить, что флуктуации дают весьма важную информацию о пластичности и динамичности системы и её элементов. Изменение SaO2 после курсового приема β-каротина. Во второй группе фоновое значение SaO2 (%) равнялось в среднем 97,6±0,2%. На третий и пятый дни опыта наблюдалось снижение SaO2 до 97,3±0,1% и 97,3±0,08% соответственно. Через 10 суток приема бета-каротина SaO2 снизилось достоверно (Р<0,05) до 96,9±0,08%. В период последействия продолжается дальнейшее снижение сатурации кислорода и на 21 день последействия составляет 95,9±0,09% (рис.3). При этом флуктуации SaO2 возрастают. Если в фоне флуктуации составляли 4040 в минуту, то на 10 день опыта их было 4700. В период последействия частота флуктуаций SaO2 возросла с 3630 до 4470 в минуту (рис.4). Таким образом, β-каротин, один из главнейших компонентов облепихи, оказывает явное противофазное действие на показатели SaO2 по сравнению с самой облепихой. Явление снижения SaO2 мы связываем со способностью β-каротина депонировать кислород. Данные литературы свидетельствуют о том, что бета-каротин способен связывать кислород в тех случаях, когда отсутствует избыточная потребность в нем, и освобождать его при снижении рО 2 в крови (В.Н.Карнаухов, 1969). 12 4500 4000 * 3500 3000 * f/мин % 99 98,5 98 97,5 97 96,5 96 95,5 2500 2000 1500 1000 фон 3 д/о 5 д/о 10 д/о опыт 7 д/п 14 д/п 21 д/п 500 0 контроль фон 3 д/о 5 д/о 10 д/о контроль Рис.1. Динамика SaO2 во время приема облепихи крушиновидной студентами и в период последействия д/о– дни опыта, д/п – дни последействия * - Р<0,05 (по сравнению с фоном) Рис.2. Флуктуации SaO2 во время приема облепихи крушиновидной студентами и в период последействия д/о – дни опыта, д/п – дни последействия 4000 * * ** * * * * * * * * * * * * 3500 f/мин SaO2,% опыт 4500 95,5 95 94,5 94 14 д/п 21 д/п 5000 99,5 99 98,5 98 97,5 97 96,5 96 7 д/п 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 фон; 3д/о 5д/о 10д/о 7д/п опыт 14д/п 21д/п контроль Рис.3. Изменение SaO2 при приеме β-каротина студентами и в период последействия д/о − дни опыта, д/ п − дни последействия . *-P<0,05 (по сравнению с фоном) фон 3 д/о 5д/о 10д/о 7д/п 14д/п 21д/п контроль опыт Рис.4. Флуктуации SaO2 во время приема β-каротина студентами и в период последействия д/о − дни опыта, д/ п − дни последействия 13 28 28 27,9 27,8 * * 27,5 * 27 26,5 26 Р50, ммрт.ст. Р50, ммрт.ст. 28,5 * 27,7 27,6 * * 27,5 27,4 27,3 25,5 фон 3д/о 5д/о 10д/о контроль 7д/п 14д/п 21д/п предположить, 3д/о 5д/о 10д/о 7д/п контроль опыт Рис.5. Динамика Р50 во время приема облепихи крушиновидной участниками исследования д/о − дни опыта, д/ п − дни последействия *-P<0,05 (по сравнению с фоном) Можно фон что 14д/п 21д/ опыт Рис.6. Динамика Р50 во время приема бета-каротина д/о − дни опыта, д/ п − дни последействия *- P<0,05 (по сравнению с фоном) связывание определенного объема кислорода β-каротином приводит к снижению объема доставляемого к клеткам кислорода с 97,6% до 95,9%, т.е. делает объем доставляемого кислорода адекватным потребностям клеток в О2 в данный момент времени. В связи с чем, предположительно в клетках снижается процесс образования АФК и уровень ПОЛ. Влияние облепихи крушиновидной на Р50 . Значение Р50 в тканях, как уже отмечено, определяли расчетно-фотоплетизмографическим способом. По результатам наших исследований значение Р50 держалось на одном уровне в течение опыта и приближалось к значению 26,6±0,02 мм рт.ст. (рис.5). Однако в период последействия мы наблюдали увеличение Р50 до 27,8±0,03 мм рт.ст. Это свидетельствует о возрастании мозгового кровотока на 12% и означает, что после курсового приема облепихи происходит правостороннее смещение кривой диссоциации оксигемоглобина, указывающее на снижение сродства гемоглобина к кислороду. Таким образом, исходя из динамики Р50, можно предположить, что происходит усиление снабжения тканей кислородом и как следствие, улучшение кислородного метаболизма нервных клеток головного мозга – 14 главного органа управления процессами адаптации в организме человека. Следовательно, данные по динамике Р50 говорят о том, что основное направление изменений SaO2 под воздействием облепихи крушиновидной – это усиление антигипоксических функций гемоглобина. Влияние Β-каротина на Р50. Во время приема β-каротина, как показали опыты, существенных изменений значения Р50 не наблюдалось. В конце опыта значение Р50 приближалось к 27,8±0,02 мм рт.ст. и оставалось на этом уровне. И только в периоде последействия произошло стойкое снижение Р50 до 27,6±0,02 мм рт.ст. (рис.6). Следовательно, динамика Р50 подтверждает антиоксидантное действие молекул β-каротина, т.е. под его воздействием гемоглобин усиливает свои антиоксидантные функции. Влияние облепихи на содержание активных форм кислорода (АФК) в физиологическом растворе. Изучение влияния природных антиоксидантов (облепиха крушиновидная) на содержание интермедиатов кислорода в физиологическом растворе проводилось с помощью дифференциальноосциллографической полярографии с использованием серебряного микроэлектрода. Первая волна на полученных полярограммах (рис.7) является показателем реакции образования супероксид-анион радикала (О2‾). Он обладает очень большой химической активностью и может выступать в роли окислителя и восстановителя, а также может превращаться в гидропероксид – радикал, который обладает большей реакционной способностью. Высота волны на полярограмме соответствует концентрации данного соединения. В физиологическом растворе высота первой волны равна 8см. Она образуется по схеме: О2 +ė → О2∙‾ Вторая волна соответствует перекиси водорода, образование которой происходит по реакции: О2∙− + ė + H→H2O2 Высота этой волны в физиологическом растворе составила 4см. 15 Третья волна соответствует гидроксильному радикалу и равна 2см. Гидроксильный радикал одна из наиболее реакционноспособных форм АФК, который обладает высокой токсичностью и может реагировать почти со всеми типами органических соединений. В физиологическом растворе АФК (О2‾, Н2О2, ۠ОН) регистрируются в результате одноэлектронного восстановления кислорода, о чем свидетельствует полярограмма на рис.8. H, см H, см 20 20 18 18 16 16 1 14 14 12 12 2 10 10 3 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 -0,9 0 U, B Рис.7. Дифференциально-осциллографические полярограммы интермедиатов молекул кислорода, зарегистрированные в физиологическом растворе (фрагмент записи).1-О2-; 2-Н2О2; 3-ОН- 0 U, B -0,9 Рис.8. Динамика дифференциальноосциллографических полярограмм интермедиатов молекул кислорода в сульфите натрия Изменение содержания реактивных интермедиатов кислорода под влиянием бета-каротина и облепихи крушиновидной представлены на рисунках 9-14. Влияние Β-каротина на содержание активных форм кислорода в физиологическом растворе . Как видно на полярограммах (рис.9 - 11) после добавления бета-каротина в физиологический раствор первоначально происходит возрастание концентраций всех видов регистрируемых АФК. Уже на 6 минуте их регистрации произошло снижение концентрации перекиси и гидроксильного радикала (с 6см до 3,5см). Содержание супероксид-анион-радикала осталось повышенным (10см против 8см в контроле). Дальнейшее наблюдение за изменением вольт-амперных характеристик реактивных интермедиатов кислорода происходило в течение 40 мин. С течением времени из раствора исчезли перекись водорода, а также 16 в дальнейшем и гидроксильный радикал. Содержание супероксид-анионрадикала осталось без изменений. Высота волны составляла, как и на 3 минуте после добавления бета-каротина 10см. Следовательно, β-каротин способен разрушить перекись водорода и гидроксильный радикал. H, см H, см 20 20 1 18 18 16 16 2 14 3 14 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 -0,9 U, B 1 Рис.9. Изменение интермедиатов кислорода при добавлении бета-каротина в физраствор (1мин) 1-О2-; 2-Н2О2; 3-ОН 2 0 -0,9 U, B Рис.10. Динамика интермедиатов кислорода через 3 мин после добавления бета-каротина в физиологический раствор 1-О2-; 2-Н2О2; 3-ОН H, см H, см 20 20 18 18 1 16 16 14 14 1 12 12 2 3 2 10 10 8 8 6 6 3 4 4 2 2 0 3 0 0 U, B -0,9 Рис.11. Динамика интермедиатов кислорода при 6ти (—) и 15-ти минутном (----) воздействии βкаротина в физиологическом растворе 1-О2-; 2-Н2О2; 3-ОН 0 U, B -0,9 Рис.12. Динамика интермедиатов кислорода через 3 мин после добавления сока облепихи в физиологический раствор 1-О2-; 2-Н2О2; 3-ОН 17 Влияние облепихи крушиновидной на содержание активных форм кислорода в физиологическом растворе. Изменения осциллополярограмм АФК после добавления в физиологический раствор сока облепихи представлены на рисунках 12, 13, 14. Как видно высота первой волны, соответствующая супероксид-аниону практически не изменяется с течением времени после добавления сока облепихи (13-14см). Вторая волна, соответствующая перекиси водорода, первоначально возрастая почти в два раза, также остается без значительных изменений (3,5 – 4см в физ. растворе и 6,5 – 7см после добавления сока облепихи) с течением времени. Третья волна, соответствующая гидроксильному радикалу после добавления в раствор сока облепихи не регистрируется. Эта тенденция сохраняется в течение всего времени регистрации, что говорит о характере действия облепихи на АФК. Итак, облепиха крушиновидная оказывает стабилизирующее влияние на содержание отдельных активных форм кислорода. Поддерживая примерно на одном уровне концентрацию супероксид-анион-радикала и значительно повышая перекись водорода, облепиха предотвращает избыточное образование гидроксильного радикала . 18 Н, см H, см 20 1 16 18 14 16 12 14 12 2 10 1 2 10 8 8 6 6 4 4 3 2 2 0 3 0 0 U, B -0,9 Рис.13. Динамика интермедиатов молекул кислорода под воздействием сока облепихи через.6 минут 1-О2-; 2-Н2О2; 3-ОН 0 U, B -0,9 Рис.14. Изменение интермедиатов кислорода при 12 мин воздействии сока облепихи 18 1-О2-; 2-Н2О2; 3-ОН Возрастание основного концентрации компонента Н2О2 в физиологическом биоэлектролитов, говорит о растворе, возрастании энергопродукции (1 молекула Н2О2 ≈ 2эВ) и эндогенного кислорода, что может быть механизмом антигипоксического действия облепихи крушиновидной. Значительное же снижение уровня других АФК под влиянием β-каротина вскрывает механизмы его антиоксидантного действия. Следует также отметить, что образование перекиси водорода под воздействием облепихи из Приэльбрусья приобретает особое значение в связи с вопросами терапии рака. Согласно исследованиям великих немецких ученых, физиолога О. Варбурга (1959) и биофизика В. Байера (1962), облучение столь важное в терапии рака, может быть полностью заменено воздействием эквивалентного количества перекиси водорода, поскольку действие облучения и состоит лишь в том, что оно вызывает образование перекиси водорода. Динамика облепихи адаптационного потенциала (АП) под влиянием крушиновидной. Анализ адаптационного потенциала (АП) показал, что большинство испытуемых (62,5%) находились на первом адаптационном уровне (АУ) – удовлетворительная адаптация и соответственно, 37,5% находились на втором АУ – напряжение механизмов адаптации, что может быть сигналом тревоги для системы здравоохранения. Не были выявлены состояния неудовлетворительной адаптации и срыва адаптации, что свидетельствует об относительном здоровье молодых людей, принимавших участие в исследовании (таб.1). На третий день опыта состояние испытуемых оставалось без изменений, но уже на пятый день опыта у большинства участников исследования отмечалась удовлетворительная адаптация. После десятидневного приема облепихи (10 дней) в опытной группе на втором АУ находилось 25% испытуемых, и соответственно 75% - на первом АУ (рис.15). 19 90 80 70 90 80 70 60 50 60 % 50 40 % 30 40 30 20 10 0 20 10 0 1 ур 2 ур 3 ур 1 ур 4 ур 2 ур опыт 10 дней последействие 7 дней контроль Рис.15 Распределение студентов по адаптационным уровням в контроле и после курсового приема облепихи крушиновидной 4 ур Адаптационные уровни Адаптационные уровни контроль 3 ур опыт 10 дней последействие 7 дней Рис.16. Распределение студентов по адаптационным уровням в контроле и после курсового приема бетакаротина В период последействия (через 7 дней после приема облепихи) с удовлетворительной адаптацией оказались 87,5% испытуемых. Возрастание уровня адаптационного потенциала произошло у 25% участников опыта по сравнению с контролем. Таблица 1 Показатели (М±m) изменения адаптационного потенциала (баллы) системы кровообращения у студентов под влиянием курсового приема облепихи крушиновидной и β-каротина Фактор воздействия контроль дни опыта Облепиха 2,11±0,06 1,94±0,16 1,90±0,09* 1,95±0,1 β-каротин 2,04±0,07 1,98±0,1 1,87±0,07 1,87±0,07 5дней 10дней Последействие 7 дней Примечание: * - Р<0,05 относительно контроля Динамика адаптационного потенциала (АП) под влиянием Βкаротина. Изменения адаптационного потенциала под влиянием бета20 каротина представлены на рис.16. В группе контроля напряжение механизмов адаптации обнаружилось у 58,3% участников опыта, у остальных (41,7%) отмечалась удовлетворительная адаптация. В опытной группе после приема β-каротина на втором адаптационном уровне находилось только 16,7% испытуемых, на первом уровне оказались 83,3%. При этом положительная динамика исследуемого показателя произошла у 75% людей, принимавших участие в исследовании. Выводы 1. Облепиха крушиновидная повышает надежность системы транспорта кислорода: уровень SaO2 возрастает, флуктуации SaO2 снижаются в среднем в два раза, что говорит в пользу оптимизации энергетического обеспечения системы транспорта кислорода. При этом уровень кислородного метаболизма клеток возрастает, о чем свидетельствует возрастание напряжения полунасыщения гемоглобина кислородом (Р50). Это означает, что облепиха крушиновидная активирует антигипоксическую функцию гемоглобина. 2. Бета-каротин оказывает противофазное действие на кислородную сатурацию гемоглобина по сравнению с облепихой: уровень SaO2 снижается в последействии, флуктуации SaO2 увеличиваются; происходит снижение значения Р50; все это указывает на способность β-каротина активировать антиоксидантную функцию гемоглобина. Бета-каротин делает объем доставляемого кислорода адекватным потребностям клеток в О2 в данный момент времени, в связи с чем, предположительно, в клетках снижается процесс образования АФК. 3. Облепиха крушиновидная повышает в два раза содержание перекиси водорода Н2О2 в физиологическом растворе (модели плазмы крови) и подавляет образование вторичного радикала ◦ОН, который обладает наибольшим повреждающим действием на клеточные структуры. При этом не оказывает разрушительного действия на супероксид – анион радикал кислорода, который, является первичным радикалом и 21 выполняет больше концентрации Н2О2 биорегуляторную в функцию. физиологическом растворе, Возрастание говорит о возрастании энергопродукции и эндогенного кислорода, что может быть механизмом антигипоксического действия облепихи крушиновидной. 4. Бета-каротин в физиологическом растворе, являющимся моделью плазмы крови, вызывает разрушение полярографических волн перекиси водорода Н2О2 и наиболее агрессивного гидроксильного радикала ◦ОН, что свидетельствует о механизмах его антиоксидантного действия. Бета-каротин не оказывает разрушительного действия на супероксид – анион радикал кислорода в физиологическом растворе, под воздействием происходят только небольшие колебания амплитуды и площади полярографической волны. 5. Облепиха крушиновидная и β-каротин повышают адаптационный потенциал системы транспорта кислорода за короткий период времени – 5 суток. Так если в начале опыта у 40% участников исследования отмечалось напряжение механизмов адаптации, то на десятый день лишь только у 15%. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Работы, опубликованные в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ 1. Суншева, Б.М. Роль природных антигипоксантов в повышении адаптационного резерва человеческого организма / Б.М. Суншева, О.В. Пшикова, М.Т. Шаов // Вестник РУДН. Серия Медицина. – 2010. – №1. - С. 25 – 30. (0,25п/л., личный вклад 70%) Работы, опубликованные в других изданиях 2. Суншева, Б.М. Влияние антиоксидантов природного и синтетического происхождения на напряжение кислорода в мышечной ткани / О.В. Пшикова, Б.М. Всероссийской Маремкулова конференции - Суншева «Гипоксия: // Материалы механизмы, III адаптация, 22 коррекция». – Москва. – 2002. – С.98-99. (0,083 п/л., личный вклад 50%) 3. Суншева, Б.М. Изменение высотоустойчивости животных под влиянием природных и синтезированных антиоксидантов / О.В. Пшикова, Ф.В. Долова, Б.М. Маремкулова - Суншева // Материалы III Всероссийской конференции «Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция». – Москва. – 2002. – С.97-98. (0,083 п/л., личный вклад 30%) 4. Суншева, Б.М. Изменение биофизических показателей крови под влиянием биоантиоксидантов / Б.М. Маремкулова - Суншева, И.И. Темботова // Сб. мат. 3-ей Междунар. науч.-практ. конф."Состояние биосферы и здоровье людей".- Пенза, 2003.-С.105-106. (0,042 п/л., личный вклад 70%) 5. Суншева, Б.М. Влияние природных антигипоксантов на показатели сердечно-сосудистой системы / И.И. Темботова, Б.М. Маремкулова Суншева // Сб. мат. 3-ей Междунар. науч.-практ. конф. "Состояние биосферы и здоровье людей".- Пенза, 2003.-С. 136-138. (0,042 п/л., личный вклад 50%) 6. Суншева, Б.М. Изменение показателей сердечно-сосудистой системы человека под влиянием природных антиоксидантов / И.И. Темботова, Б.М. Маремкулова - Суншева, М.Т. Шаов, О.В. Пшикова // Успехи современного естествознания.-2003.-№4.-С.64. (0,063 п/л., личный вклад 30%) 7. Суншева, Б.М. Влияние природных антигипоксантов на напряжение и сатурацию кислорода в крови человека / Б.М. Маремкулова - Суншева, И.И. Темботова, О.В. Пшикова, М.Т. Шаов // Успехи современного естествознания.- 2004.-№2.- С.55. (0,063 п/л., личный вклад 30%) 8. Суншева, Б.М. Действие биоантиоксидантов на сатурацию кислорода / Б.М. Маремкулова – Суншева // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова.-2004.-т. 90.-№8.-С. 210. (0,02 п/л., личный вклад 100%) 23 9. Суншева, Б.М. Изменение адаптационного потенциала организма под влиянием биоантиоксидантов / Б.М. Маремкулова - Суншева // Материалы Международного конгресса студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива - 2007». – Нальчик. – 2007.- т.4. – С.4143. (0,23 п/л., личный вклад 100%) 10.Суншева, Б.М. Изменение кислородного режима клетки под влиянием антиоксидантов облепихи крушиновидной и β-каротина / Б.М. Суншева, М.Т. Шаов, О.В. Пшикова // Материалы ХI Международной научной конференции «Биологическое разнообразие Кавказа». – 2009. – С.459-462. (0,17 п/л., личный вклад 50%) 11. Суншева, Б.М. Биоантиоксиданты – преобразователи энергии в клетке / Б.М. Суншева, М.Т. Шаов, О.В. Пшикова // Материалы XXI съезда Физиологического общества им. И. П. Павлова. – Москва – Калуга. – 2010. – С. 586. (0,02 п/л., личный вклад 50%) Список сокращений АП – адаптационный потенциал АУ – адаптационный уровень АФК – активные формы кислорода ПОЛ – перекисное окисление липидов СР – свободные радикалы ССС – сердечно-сосудистая система Р50 – напряжение полунасыщения гемоглобина кислородом SaO2 – сатурация кислорода fSaO2 – флуктуации сатурации кислорода 24 Суншева Бэла Мухамедовна ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ АНТИГИПОКСАНТОВ НА КИСЛОРОДЗАВИСИМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КРОВИ Автореферат 25
