CC BY
133
Доцент В.А. Кудрявцев ПЕРСПЕКТИВЫ БИОФИЗИЧЕСКОЙ МЕМБРАНОЛОГИИ В КОНТЕКСТЕ ПРОБЛЕМ КЛИНИЧЕСКОЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МЕДИЦИНЫ
Кафедра медицинской и биологической физики КГМА
Успехи развития медицинской науки во многом зависят от уровня и качества исследований в области биологии, биофизики, биохимии, и др. областях фундаментальных знаний.
Одно из важнейших положений молекулярной биологии утверждает, что основные процессы клеточной жизне деятельности (синтез белка, репликация ДНК или окислительное фосфорилирование) имеют общую направленность не только в клетках одного и того же организма, но и в клетках организмов совершенно разного уровня, например бактерии и человек. Следовательно, в основе повреждения, болезни и гибели должны лежать некоторые общие для всех клеток универсальные процессы субклеточной и клеточной патологии. Одним из основных механизмов её возникновения, является повреждение как внешних, так и внутренних мембран клетки.
Исследования в этой области (Б.Н. Тару сов, 1954) подтверждают, что независимо от причины возникновения того или иного патологического процесса, общим для них является повышение уровня перекисного окисления липидов (ПОЛ), реакция антиоксидантной системы (АОС) и изменение митотической активности клеток.
Однако, несмотря на большое количество работ, посвященных изучению механизмов, связывающих эти процессы,
проблема ещё далека от разрешения. Вследствие того, что исследования перекисного окисления находятся как бы на пересечении интересов врачей, биологов, биохимиков и биофизиков, наблюдается большая разнородность публикаций и интерпретаций наблюдаемых результатов. У исследователей пока нет единого мнения относительно механизма развития свободно- радикальных процессов в клетке и влияния на этот процесс АОС.
Основным научным направлением кафедры является изучение механизмов влияния низкоэнергетического монохро матического оптического излучения и озона (03) на процессы перекисного окисления в клетках и тканях и репаративную регенерацию печени. Исследования проводятся при тесном сотрудничестве с кафедрами биологии, медицинской химии и фармакологии.
Процесс образования перекисей липидов имеет цепной, свободно-радикальный механизм, характерный для реакций окисления органических соединений непосредственно молекулярным кислородом. Этот процесс может начаться лишь в том случае, если в системе появятся свободные радикалы (СР), например - Н02*. Между моментом появления СР и моментом его исчезновения происходит несколько последовательных циклов реакций с участием радикалов II* и Я02*, в результате чего на каждый появившийся в системе радикал образуется несколько молекул гидроперекиси ЯООН, что и характеризует длину цепного процесса. Длина цепи свободно-радикального окисления (СРО) ограничивается реакциями обрыва, она сокращается в присутствии антиоксидантов (а-токоферол,
церулоплазмин (ЦП), супероксиддисмутаза (СОД) и др.), которые и являются ингибиторами СРО.
Низкоэнергетическое лазерное излучение не оказывает прямого действия на ПОЛ, так как спектр поглощения СР, образующихся в процессе цепных процессов перекисного окисления, не содержит длину волны гелий- неонового лазера (ГНЛ) 632,8 нм. В то время как железо- и медь- содержащие ферменты (каталаза, цитохром С-оксидаза, СОД, ЦП) имеют полосы поглощения в данной области спектра (Н.В. Лысенков, 1981). В 1988 году (Ю.А. Владимиров и др.) предположили, что наблюдаемое терапевтическое действие ГНЛ обусловлено фотохимической реактивацией антиоксидантов, в частности СОД, инактивированной в условиях патоло гического процесса, сопровождающегося гипоксией.
Исследования механизма терапев тического действия ГНЛ нами проводились на белых беспородных крысах с нормальной и патологически изменённой печенью (резекция и хронический гепатит ХГ). Хронический гепатит вызывали путем введения животным четырёххлористого углерода (СС1Д Опытные животные были разделены на пять групп: I- интактные; П - резекция 50% печени; III - резекция 50% печени
и облучение ГНЛ; IV - ХГ; V - ХГ и облучение ГНЛ. Забой животных осуществлялся на 2-е, 3-й, 7-е и 30-е сутки.
Об интенсивности процессов ПОЛ мы судили по активности антиоксидантной защиты (одним из показателей является концентрация в плазме крови ЦП - белка, синтезируемого печенью) и концентрации на разных стадиях продуктов перекисного окисления - диеновых и триеновых коньюгатов, малонового диальдегида (МДА) и оснований Шиффа (ОШ). Интенсивность первичных процессов перекисного окисления оценивалась по хемилюминесценции (пик и сумма). В частности, характер изменения концентрации МДА позволяет сделать вывод, что лазерное излучение ускоряет процесс приведения перекисного окисления в условиях патологии к норме. У животных, подвергшихся облучению, концентрация МДА быстро растёт и достигает максимума на 3-й сутки, к 30-м приходит в норму, в то время как у контрольной группы этот показатель был достоверно выше нормы. Это может быть следствием активации антиоксидантной системы организма животных, подвергавшихся облучению, так как в первые дни наблюдалось быстрое увеличение концентрации ЦП в плазме крови с максимумом уже на 2-е сутки. У контрольной группы этот показатель в первые дни снижался и затем не имел тенденции к росту.
Сравнительное использование в место ГНЛ полупроводниковых фотодиодов АЛ-307 с длиной волны излучения (Амах~ 650 нм), собранных в виде матрицы, показало их высокую эффективность. Это позволяет надеяться, что в перспективе дорогостоящие лазеры могут бьггь успешно заменены на более удобные и безопасные излучатели.
История терапевтического применения озона (03) в медицине знает периоды появления и угасания интереса к этому веществу. Во многом это было связано как с отставанием исследований его физикохимических свойств, так и со сложностями, связанными с определением концентрации в озоносодержащих смесях и способами доставки определенных доз 03 в организм.
Наши исследования подтверждают, что в растворе озон относительно быстро распадается (через 30 минут первоначальная концентрация уменьшается более, чем в два раза), причём, растворимость и стойкость его сильно зависят как от внешних факторов (вибрация, давление, температура, освещенность и др.), так и от состава озонируемого раствора. Из публикуемых данных (С.П. Перетягин, К.Н. Конторщикова и др.) можно сделать вывод, что терапевтическое действие озона основано на его регулирующем действии, на процессы свободнорадикального окисления через стимуляцию АОС.
Основная цель нашей работы - изучение влияния различных концентраций озона на функциональное состояние печени в норме и при патологии (резекция, ХГ, последствия воздействия вибрации). Предстояло решить так же проблему получения озоносодержащих смесей заданной концентрации.
Экспериментально обнаружено, что от времени озонирования зависит не только концентрация растворённого озона, но и скорость его распада. Концентрация определяется спектрофотометрическим методом и методом йодометрии. Исследовани
я проводятся на линейных крысах Вистар. В эксперименте in vitro используется цельная кровь. Эксперимент in vivo проводится путём перитонеального введения озонированного физиологического раствора.
В эксперименте in vitro по хемилюминесценции обнаружено снижение первичных продуктов ПОЛ и достоверное повышение концентрации МДА. Это свидетельствует о резкой активации СРО и неспособности антиоксидантной системы компенсировать ПОЛ. In vivo на малых дозах обнаружен рост ПОЛ с параллельной активацией АОС. С повышением концен трации озона наблюдается уменьшение первичных продуктов перекисного окисления (хемшпоминесценция) и рост МДА на фоне снижения антиоксидантной защиты.
Для проведения исследований силами сотрудников кафедры и студентов создана исследовательская лаборатория. При проведении экспериментальной работы используется оборудование промышленного изготовления и приборы и оборудование, созданные на кафедре силами сотрудников лаборатории: хемилюминометр - прибор для измерения излучения возникающего в биологических тканях при образовании первичных продуктов перекисного окисления (может работать в режимах измерения спектрального и интегрального потоков излучения); вискозиметр - прибор для измерения не только абсолютного значения вязкости биологических жидкостей и тканей, но и температурной (25 С" - 52 С0) зависимости этого
показателя; прибор для измерения СОЭ - позволяет получать подробную информацию об этом показателе за любой промежуток времени (работает в непрерывном режиме, точность измерения +1.0 мкм/с); приборы для облучения органов и тканей монохроматическим излучением, созданный на базе светодиодов (может применяться как в лабораторных условиях так и в условиях клиники); лабораторный озонатор - аппарат для получения озоносодержащих смесей. Необходимые биохимические и гистологические исследования проводятся на кафедрах медицинской химии и биологии.
Кроме представленных выше, на кафедре ведётся научно-исследовательская работа, связанная с изучением влияния локальной резонансной вибрации на органы и ткани животного. Создана оригинальная экспериментальная установка, начаты эксперименты на животных (белые беспородные крысы). В настоящее время изучаются резонансные характеристики различных органов и частей тела животного. Исследуются метаболические последствия резонансной вибрации различной амплитуды (от 0.2 до 3.0 мм) на печень и возможности их коррекции.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что таким образом можно определить амплитуду резонансного колебания, при длительном воздействии которой возникают патологические изменения в печени животного. Кроме того, достоверно установлено, что резонансная частота органа в эксперименте изменяется. Это может быть не только следствием нарушений в органе, но и адаптацией организма к воздействию патогенного фактора. Эксперимент сопровождается биохимическими и гистологическими исследованиями, которые свидетельствуют об амплитудозависимых изменениях в органе.
