CC BY
68
БиолОГПЧЕСКПЕ ИНУКП
БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КРОВИ КРЫС ЛИНИИ ВИСТАР В ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ ПРИ ИНТОКСИКАЦИИ ИХ ОКСИДАМИ АЗОТА
С. В. Кавешникова, В. М. Иванов
BIOCHEMICAL CHARACTERISTIC OF VISTAR RATS' BLOOD IN POSTNATAL ONTOGENESIS UNDER NITRIC OXIDES INTOXICATION
Kaveshnikova S. V., Ivanov V. M.
The article gives the detailed characteristics of nitrogen oxides, shows the ways of their coming into the environment and the results of the toxic influence on the rat organism in a dose of 50,0 mg/m3. The protein metabolism, the fat metabolism and the carbohydrate metabolism of the experimental animals changes and their ferment activity increases.
Key words: postnatal ontogenesis, nitric oxides, intoxication, metabolism, regularity.
В статье даётся подробная характеристика оксидам азота, показаны пути их поступления в окружающую среду и результатыыы токсического воздействия на организм кры/с в дозе 50,0 мг/м3. У подопытных животных изменяется обмен белков, жиров и углеводов, повы1шается активность ферментов.
Ключевые слова: постнатальны1й онтогенез, оксидыI азота, интоксикация, обмен веществ, закономерность.
УДК 576.3 /.7
В конце ХХ века природные циклы азота претерпели существенные изменения. С одной стороны, интенсификация земледелия привела к быстрому снижению запасов гумуса и азота в почвах, с другой - резко возросло поступление в окружающую среду оксидов азота (см. рис. 1) в результате развития транспорта, авиации, теплоцентралей. Значительное количество оксидов азота в окружающую среду поступает и в результате сжигания ископаемого топлива. При работе теплоэнергетических объектов при высоких температурах в ядре факела топочных камер котлов большой мощности происходит частичное окисление азота воздуха и азота топлива с образованием оксида и диоксида азота.
Техногенные выбросы азота в атмосферный воздух включают в основном оксид азота и его диоксид. Мировое количество этих выбросов приближается к 37 млн. тонн в год.
Максимальное количество оксидов азота дают промышленно развитые страны, причем около 97 % этого количества приходится на промышленно развитое Северное полушарие. Однако в небольших концентрациях диоксид азота обнаруживается и на значительном расстоянии от источников выбросов - над Тихим океаном, Северной Атлантикой и Гавайях.
Оксиды азота активно участвуют в фотохимических реакциях, продуцируя озон и азотную кислоту. В настоящее время серьезную проблему представляет не глобальное, а региональное и локальное загрязнение воздуха оксидами азота.
Оксш азота, N0 Оксш азота, N0;
Оксвд азота, N^0
Оксщ азота, Тч":0<
Азотный
п ч- п ангндрвд, КдО;
Оксщ азота, Гм;и4
Рис. 1. Азот образует несколько соединений с кислородом
Попадая в атмосферу оксид азота постепенно превращается в диоксид путем взаимодействия с озоном и гидроперекисными радикалами. Таким образом, оксиды азота накапливаются в нижних слоях атмосферы. Их присутствие вызывает кислотные дожди и сказывается на последующих превращениях химически активного компонента атмосферы - кислорода.
Оксиды азота, поглощая естественную радиацию как в ультрафиолетовой, так и в видимой части спектра, снижают прозрачность атмосферы и способствуют образованию фотохимического тумана-смога.
Оксид азота, образующийся главным образом естественным путем, безвреден для человека. Он представляет собой бесцветный газ со слабым запахом и сладковатым вкусом. Вдыхание небольших количеств N20 приводит к притуплению болевой чувствительности, вследствие чего этот газ иногда в смеси с кислородом применяют для наркоза. В малых количествах ^0 вызывает чувство опьянения (отсюда название «веселящий газ»). Вдыхание чистого ^0 быстро вызывает наркотическое состояние и удушье (5, 7).
Оксид азота N0 и диоксид азота ^0 в атмосфере встречаются вместе, поэтому чаще всего оценивают их совместное воздействие на организм человека. Только вблизи от источника выбросов отмечается высокая концентрация N0. При сгорании топлива в автомобилях и в тепловых электростанциях примерно 90 % оксидов азота образуется в
форме монооксида азота. Оставшиеся 10 % приходятся на диоксид азота. Однако в ходе химических реакций значительная часть N0 превращается в ^0 - гораздо более опасное соединение. Монооксид азота N0 представляет собой бесцветный газ. Он не раздражает дыхательные пути, и поэтому человек может его не почувствовать. При вдыхании N0, как и С0, связывается с гемоглобином. При этом образуется нестойкое соединение, которое быстро переходит в метгемоглобин, при этом Бе2+ переходит в Бе3+. Ион Бе3+ не может обратимо связывать 02 и таким образом выходит из процесса переноса кислорода. Концентрация метгемоглобина в крови на 60-70 % считается летальной. По мере удаления от источника выброса все большее количество N0 превращается в N02 - бурый, обладающий характерным неприятным запахом газ. Диоксид азота сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей. Вдыхание ядовитых паров диоксида азота может привести к серьезному отравлению (1, 2). Диоксид азота вызывает сенсорные, функциональные и патологические эффекты (3, 4, 6). К сенсорным эффектам можно отнести обонятельные и зрительные реакции организма на воздействие N0^ Даже при малых концентрациях, составляющих всего 0,23 мг/м3, человек ощущает присутствие этого газа. Эта концентрация является порогом обнаружения диоксида азота. Однако способность организма обнаруживать N02 пропадает после 10 минут вдыхания, но при этом ощущается чувство сухости и
першения в горле. Хотя и эти признаки исчезают при продолжительном воздействии газа в концентрации, в 15 раз превышающей порог обнаружения. Таким образом, N02 ослабляет обоняние.
Но диоксид азота воздействует не только на обоняние, но и ослабляет ночное зрение - способность глаза адаптироваться к темноте. Этот эффект же наблюдается при концентрации 0,14 мг/м3, что, соответственно, ниже порога обнаружения.
Функциональным эффектом, вызываемым диоксидом азота, является повышенное сопротивление дыхательных путей. Иными словами, N02 вызывает увеличение усилий, затрачиваемых на дыхание. Эта реакция наблюдалась у здоровых людей при концентрации N02 всего 0,056 мг/м3, что в четыре раза ниже порога обнаружения. А люди с хроническими заболеваниями легких испытывают затрудненность дыхания уже при концентрации 0,038 мг/м3.
Патологические эффекты проявляются в том, что N02 делает человека более восприимчивым к патогенам, вызывающим болезни дыхательных путей. У людей, подвергшихся воздействию высоких концентраций диоксида азота, чаще наблюдаются катар верхних дыхательных путей, бронхиты и воспаление легких. Кроме того, диоксид азота сам по себе может стать причиной заболеваний дыхательных путей. Попадая в организм человека, N02 при контакте с влагой образует азотистую и азотную кислоты, которые разъедают стенки альвеол легких. При этом стенки альвеол и кровеносных капилляров становятся настолько проницаемыми, что пропускают сыворотку крови в полость легких. В этой жидкости растворяется вдыхаемый воздух, образуя пену, препятствующую дальнейшему газообмену. Возникает отек легких, который зачастую ведет к летальному исходу. Длительное воздействие оксидов азота вызывает расширение клеток в корешках бронхов (тонких разветвлениях воздушных путей альвеол), ухудшение сопротивляемости легких к бактериям, а также расширение альвеол. Некоторые исследователи считают, что в районах с высоким содержанием в атмосфере диок-
сида азота наблюдается повышенная смертность от сердечных и раковых заболеваний.
Люди, страдающие хроническими заболеваниями дыхательных путей (эмфиземой легких, астмой) и сердечно-сосудистыми болезнями, могут быть более чувствительны к прямым воздействиям N0^ У них легче развиваются осложнения (например, воспаление легких) при кратковременных респираторных инфекциях. Полагают, что около 10-15 % населения США страдает хроническими респираторными заболеваниями. Исходя из этого, в США установлен стандарт на содержание N02 на уровне, предохраняющем население от респираторных инфекций. Среднегодовой стандарт качества воздуха в США предусматривает концентрацию N02 0,1 мг/м3.
В Германии принята максимально допустимая эмиссионная концентрация (МЭК) N02 - 9 мг/м3.
В Украине установлены следующие экологические стандарты на содержание оксидов азота в атмосферном воздухе населенных мест: для N02 максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДКм.р.) составляет 0,085 мг/м3, а среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДКс.с.) - 0,04 мг/м3; для N0 ПДКм.р = 0,4 мг/м3, ПДКс.с = 0,06 мг/м3.
На Ставрополье среди многих промышленных предприятий выделяется воздействием на окружающую среду ОАО «Невин-номысский Азот», который не только производит многочисленные химические соединения, используемые в промышленности, сельском хозяйстве и в быту, но и выбрасывает в природные экосистемы отходы своего производства, среди которых значительное место занимают оксиды азота.
В связи с этим изучение биохимических показателей крови крыс линии «Вистар» в зоне влияния ОАО «Невинномысский Азот» с учётом особенностей загрязнения территорий актуально и имеет большое научное и практическое значение. Подобные исследования помогут выявить негативные изменения, которые происходят в организме животных в постнатальном онтогенезе и разработать научных основ коррекции его нарушений.
Материал и методы исследований.
Эксперимент проводили на 32 крысах линии «Вистар» живой массой 250-310 г, содержащихся на стандартном виварном рационе. Для опытов были сформированы 4 группы крыс: первая группа - контрольная, остальные три - опытные, по 8 животных в каждой группе. Ингаляционному воздействию подвергались животные только опытных групп, которые находились в специальной камере. Контрольная группа крыс оксидом азота не обрабатывалась. Ингаляция крыс оксидом азота проводилась три раза в день по 30 мин., время эксперимента соответственно по группам составляла 15, 30 и 60 дней. Концентрация оксида азота в камере определялась калореметрическим методом и равнялась в среднем 50,0 мг /м3 (0,05 мг/л), что соответствовала уровню загрязнения атмосферы Невинномысским Азотом и не приводила к летальному исходу.
Забор крови для биохимического анализа осуществляли утром до кормления крыс из сонной артерии в количестве 10 мл с использованием гепарина в качестве антикоагулянта. После охлаждения кровь центрифугировали на протяжении 15 мин (при обороте 3000 в мин). Полученную сыворотку отбирали в сухую, химически чистую пробирку. Определяли содержание общего и связанного билирубина, общего белка, мочевины, мочевой кислоты, креатинина, холестерина, глюкозы, активность ферментов (АсАТ, АлАТ, б - амилазы, гамма - глута-милтранспептидазы - ГГТП, лактатдегидро-геназы - ЛДГ, креатинфосфокиназы - КФК, щелочной фосфотазы), а также содержание триглицеридов и тимоловую пробу по общепринятым методикам.
Результаты исследований. При длительном воздействии различных токсических веществ в концентрациях, не вызывающих внешне обнаруживаемого эффекта, проявляются скрытые изменения ряда физиологических, биохимических показателей функции отдельных органов и систем. Вмешиваясь в молекулярные механизмы функционирования биохимических систем, химические агенты изменяют процессы кле-
точного и тканевого гомеостаза, которые приводят к серьёзным функциональным изменениям в деятельности всего организма. Поэтому проблема токсического воздействия оксидов азота на организм крыс может быть объяснена лишь на основе глубокого понимания изменения всего комплекса биологических процессов у животных. Результаты наших опытов представлены в таблице 1, которые свидетельствуют, что некоторые исследуемые показатели у подопытных животных претерпели значительные изменения.
Нами были выявлены изменения в активности ферментов (АЛТ, АСТ, а - амилазы), которые оказались значительно повышенными, особенно в третьей (на 12,4 %) и четвёртой (на 17,2 %) группах при степени достоверности (Р > 0,999). В частности изменения а-амилазы показывает нарушения окисления углеводов с замедленным распадом их в тканях, а увеличение глюкозы свидетельствует о нарушении обмена углеводов. По-видимому, и снижение активности а-амилазы и увеличение уровня глюкозы связано с токсическим действием оксидов азота.
Содержание общего и связанного билирубина в крови подопытных животных изменяется несущественно и в принципе соответствует физиологической норме.
Щелочная фосфотаза увеличилась во второй, третьей и четвёртой группах соответственно на 3,3; 4,3 и 5,8 % при Р > 0,95.
Увеличение активности ферментов может свидетельствовать о неблагополучных изменениях в клетках паренхимы лёгких.
Изменения белка в сыворотке крови подопытных крыс не существенно, а тимоловая проба у всех животных оказалась в пределах физиологической нормы.
Снижение уровня мочевины по данным литературных источников может быть связано с угнетением синтеза мочевины в печени. И по результатам наших опытов в третьей и четвёртой группах содержание мочевины уменьшилось по сравнению с контрольной на 11,39 и 16,80 % при средней степени достоверности.
Таблица 1
Биохимические показатели крови крыс при интоксикации животных оксидами азота
Показатели Ед. изм. 1 2 3 4
АЛТ нмоль/с*л 313±8,4 318±7,6 352±8,8 367±9,2
АСТ нмоль/с*л 320±10,1 325±11,1 348±12,5 355±12,9
Билирубин
общий мкмоль/л 14,25±0,42 14,51±0,39 14,65±0,41 14,78±0,43
Билирубин
связанный мкмоль/л 5,11±0,17 5,12±0,16 5,19±0,22 5,17±0,21
Щелочная
фосфотаза Ед/л 395±28,4 408±27,8 412±28,6 418±29,1
Общий
белок г/л 72±1,9 71±2,0 73±2,2 72,8±2,1
Тимоловая
проба ед/мут 1±0,1 1±0,1 1±0,2 1±0,2
Мочевина моль/л 5,18±0,38 5,05±0,41 4,59±0,31 4,31±0,29
Мочевая кислота ммоль/л 218±0,6 221±0,7 232±0,9 238±0,8
Креатинин мкмоль/л 55,5±0,45 54,5±0,38 55,8±0,44 55,3±0,39
Холестирин моль/л 1,55±0,33 1,75±0,44 1,89±0,48 2,01±0,64
Триглицириды моль/л 1,06±0,06 1,26±0,11 1,48±0,18 1,54±0,23
Глюкоза моль/л 6,5±0,62 6,9±0,98 7,6±1,12 7,9±2,01
А-амилаза мг/с*л 62,15±1,89 63,28±1,96 75,34±2,11 78,89±2,89
ГГТП Ед/л 8±0,34 7±0,29 7±0,38 8±0,35
ЛДГ Ед/л 420±7,8 429±9,9 438±12,4 444±12,5
КФК Ед/л 689±49,9 699±54,8 717±55,6 738±62,5
И наоборот, содержание мочевой кислоты увеличилось на 1,4; 6,4 и 9,2 % при Р > 0,95 во второй группе и при Р > 0,99 в третьей и четвёртой группах.
Содержание креатинина в сыворотке крови у животных всех подопытных групп незначительно отличалось друг от друга.
Увеличение уровня триглициридов в крови на 18,8; 39,6 и 45,2 % и холестерина на 12,9; 21,9 и 29,6 % при высокой степени достоверности подтверждает изменения в липидных обменных процессах при воздействии оксидов азота.
Уровень ГГТП несколько понижен, но находится в пределах физиологической нормы.
А достаточно заметные изменения активности ЛДГ, КФК имеют место при различных патологических состояниях млекопитающих, в том числе при тяжёлых формах интоксикаций.
Увеличение креатинфосфокиназы (КФК) в сыворотке крови подопытных животных объясняется повышением активности тканевых ферментов, переходящих в кровь.
Выводы
1. Воздействие подопытных животных оксидами азота в дозе 50,0 мг/м3 вызывает в организме изменения в обмене белков, жиров и углеводов.
2. В проведённых опытах отмечалось повышение активности ферментов.
3. Со стороны углеводного обмена наблюдалось повышение уровня глюкозы и понижение а-амилазы, что связано с нарушением функции поджелудочной железы и снижения уровня инсулина в крови крыс.
4. В жировом обмене наблюдалось повышение триглициридов и холестерина, что связано с нарушением функции печени.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вётош А. Н. Терморегуляторные реакции млекопитающих в условиях действия повышенного давления азота / А. Н. Вётош, Ю. И. Лучаков, А. А. Попов, О. С. Алексеева, Г. Б. Морозов // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. - 2003. - № 2. -С. 139-145.
2. Галанжа Е. И. Участие оксида азота в регуляции функций лимфатических микрососудов / Е. И. Галанжа, Г. Е. Бриль, А. В. Соловьёва, Т. В. Степанова // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. -2002. - №8. - С. 983-989.
3. Гуцаева Д. Р. Роль оксида азота и углекислого газа в нейротоксическом действии кислорода под давлением /Д. Р. Гуцаева, А. Н. Москвин, С. Ю. Жиляев, В. Б. Косткин, И. Т. Демченко // Российский физиологический журнал. - 2004. - № 4. - С. 428-435.
4. Новожилов А. В. Динамика гематологических показателей крови белых крыс в пост-натальном онтогенезе / А. В. Новожилов, Л. Н. Катюхин // Журнал эволюционной биохимии. - 2008. - Т. 44. - № 6. - С. 613-621.
5. Пшенникова М. Г. Катехоламины, оксид азота и устойчивость к стрессовым повреждениям: влияние адаптации к гипоксии / М. Г. Пшенникова, Е. Г. Попкова, Н. А. Бондаренко, И. Ю. Малышев, М. В. Шим-кович, Б. В. Смирин, Е. Б. Манухина // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. - 2002. - № 4. - С. 485-493.
6. Фадюкова О. Е. Антистрессорное и ангио-протекторное влияние оксида азота на крыс линии Крушинского-Молодкиной, генетически предрасположенных к аудиогенной эпилепсии / О. Е. Фадюкова, В. С. Кузенков, В. П. Реутов, А. Л. Крушинский, С. В. Бурав-ков, В. Б. Кошелев // Российский физиологический журнал. - 2005. - № 1. - С. 89-95.
7. Федин А. Н. Динамика сокращений гладкой мышцы трахеи и бронхов крыс при ингаляции диоксидом азота / А. Н. Федин, Т. Ю. Постникова, Н. А. Кузубова, Л. Н. Данилов, Е. С. Лебедева // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. -2007. - № 10 - С. 1163-1169.
Об авторах
Иванов Виктор Михайлович, ГОУ ВПО
«Ставропольский государственный университет», доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности. Сфера научных интересов - исследование роли внешних факторов в обеспечении онтогенетических процессов. sport @ stavsu.ru
Кавешникова Светлана Владимировна, ГОУ
ВПО «Ставропольский государственный университет», специалист по учебно-методической работе экономического факультета. Сфера научных интересов - изучение биологии развития живых организмов в постнатальном онтогенезе. sport @ stavsu.ru
