CC BY
28
КОМПЕНСАТОРНО-ПРИСПОСОБИТЕЛЬНАЯ РОЛЬ ОБЩЕЙ АТФ-азы ЭРИТРОЦИТОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ ОЗОНА В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОСТРОЙ КРОВОПОТЕРЕ
19 1
А.В. Дерюгина , И.С. Симутис , А.А. Мартусевич , Г.А. Бояринов
1ФГАОУ ВО Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского, Нижний Новгород ГБУЗ НО Городская клиническая больница № 40, Нижний Новгород ГБОУ ВПО Приволжский исследовательский медицинский университет, Нижний Новгород
Abstract
The dynamics of changes in the activity of ATPases and electrophoretic mobility of erythrocytes (EFPE) after the introduction of ozonated erythrocyte mass in acute blood loss in rats was studied. It was found that the use of ozone led to an increase in the activity of ATPases, which was most pronounced in the presence of magnesium ions, on the 5th day after blood loss. This tendency was combined with an increase in EFPE. With the introduction of saline a decrease in the activity of ATPases and EFPE on 1 day after blood loss and no increase in the studied parameters observed under the action of ozone were fixed. Probably, the increase in the activity of ATPases and AFP is a compensatory-adaptive reaction of red blood cells, realized by ozone through increasing the permeability of the membrane to magnesium ions and aimed at improving the rheological properties of blood.
Key words: ATPase, ozonated erythrocyte's mass, blood loss
Исследована динамика изменения активности АТФаз и электрофоретической подвижности эритроцитов (ЭФПЭ) после введения озонированной эритроцитарной массы при острой кровопотери у крыс. Установлено, что использование озона приводило к повышению активности АТФаз, наиболее выражено в присутствии ионов магния, на 5 сутки после кровопотери, что сочеталось с повышением ЭФПЭ. При введении физиологического раствора происходило снижение активности АТФаз и ЭФПЭ на 1 сутки после кровопотери и не отмечено увеличение исследуемых показателей, наблюдаемое при действии озона. Вероятно, повышение активности АТФаз и ЭФПЭ является компенсаторно-приспособительной реакцией эритроцитов, реализуемой озоном через повышение проницаемости мембраны для ионов магния и направленно на улучшение реологических свойств крови.
Ключевые слова: АТФаза, озонированная эритроцитарная масса, кровопотеря
Регулирование потока веществ в клетку и удаление из нее метаболитов обеспечивают биомембраны, в которых АТФазы играют существенную роль в осуществлении активного транспорта ионов и протонов против градиента концентрации за счет химической энергии АТФ (Трошина, Циркин, 2005). При экстремальных ситуациях активность АТФ-аз существенно понижается, что приводит к нарушению ионного гомеостаза клеток и может вызывать нарушение мембранного потенциала и осмотической стабильности цитоплазмы эритроцита, а это, в свою очередь, приводит к деформации двояковогнутой формы клеток и нарушение кислородтранспортной функции крови (Чеснокова и др., 2015). Учитывая, что при кровопотере утрата форменных элементов и плазмы крови неизбежно приводит к нарушению гемодинамики и кислородтранспортной функции крови и, как следствие, к расстройству микроциркуляции и снижению перфузии тканей, актуальным является разработка методов и подходов, определяющих сохранение или эффективное восстановление активности АТФ-аз.
Цель работы: определение активности общей АТФазы эритроцитов в условиях кровопотери и при воздействии озона в ходе моделирования острой кровопотери у крыс.
Материалы и методы
Исследование проведено на 20 нелинейных крысах. Животные были разделены на 2 группы по 10 особей в каждой группе. Кровопотерю крысам создавали путем забора 3 мл крови из хвостовой артерии. Через час кровопотерю восполняли путем введения эритроцитарной массы (отмытые эритроциты той же крысы, забранные за 3 дня до моделирования кровопотери) с физиологическим раствором. Крысам 1 группы (опыт) вводили 0,5 мл отмытых эритроцитов и 2 мл озонированного физиологического раствора. Крысам 2 группы (контроль) вводили 0,5 мл отмытых эритроцитов и 2 мл физиологического раствора. При озонировании физиологический раствор содержал 2 мг/л озона. Озонирование физиологического раствора производили непосредственно перед введением его в эритроцитарную массу на установке озонаторной терапевтической автоматической УОТА-60-01-"Медозон" (Россия). Забор крови для анализа проводили через 1час, 1 и 5 суток после моделирования кровопотери. Оценку системного влияния полученной эритроцитарной взвеси на показатели активность АТФаз эритроцитов оценивали по приросту неорганического фосфата, неорганический фосфат определяли спектрофотометрически (Дерюгина, Шумилова, 2017). Влияние комбинации ионного состава оценивали путем определения активность общей (Мg2+, №+, К+) - АТФазы в присутствии ионов Mg2+, №+, К+, а так же варьировали состав инкубационной среды, определяя активность АТФаз только с ионами магния, или с ионами №+, и К+ (Мосягин, 2008). Для характеристики состояния мембран эритроцитов оценивали электрофоретическую подвижность эритроцитов методом микроэлектрофореза (Крылов и др., 2014). Результаты обрабатывали статистически с использованием 1-критерия Стьюдента. Различия считали существенными при уровне значимости р < 0,05.
Результаты и обсуждение
Результаты проведенных исследований показали, что у животных контрольной группы наблюдалось максимальное снижение суммарной активности АТФаз к 1 суткам кровопотери и восстановление активности к 5 суткам регистрации (рис. 1). При использовании озона на протяжении 1-го часа активность АТФаз была понижена, тогда как к 1-м суткам восстанавливалась и к 5-м суткам суммарная активность АТФаз повышалась. Наиболее выраженные изменения активности фермента регистрировались в присутствии ионов магния (рис. 2).
Рис. 1. Влияние комбинации ионов на активность АТФаз при введении физиологического раствора после моделирования острой кровопотери (* - р<0,05 по отношению к уровню показателей при кровопотере, принятой за 100%)
Рис. 2. Влияние комбинации ионов на активность АТФаз при введении озонированного физиологического раствора после моделирования острой кровопотери (* - р<0,05 по отношению к уровню показателей при кровопотере,
принятой за 100%)
^ 2+ г
В связи с тем, что истинным субстратом АТФаз является комплекс Mg -АТФ
(Campos, Beuge, 1992) в присутствии ионов магния наблюдались наиболее выраженные изменения активности фермента как при кровопотере (ее снижение), так и при действии озона (ее увеличение). В то же время в присутствие только ионов калия и натрия проявлялось наименьшее варьирование активности АТФаз. Учитывая, что в процессе гликолиза участвуют ионы магния, вероятно, что при кровопотере за счет инактивации работы АТФаз происходит уменьшение количества ионов магния в эритроцитах и снижение активности гликолиза, который является главным метаболическим путем синтеза АТФ в эритроцитах. В свою очередь, уменьшение концентрации АТФ в эритроцитах вызывает дальнейшее снижение активности работы АТФаз, что в конченом итоге, вызывает нарушение ионного гомеостаза и осмотической устойчивости клеток.
В механизме изменения активности АТФаз ведущую роль, вероятно, оказывают процессы свободнорадикального окисления, увеличение которых сопровождает любой патологический процесс. АТФаза является одним из белков, подвергающихся атаке свободных радикалов. Кроме того, на активность АТФаз сильное влияние оказывает их липидное окружение и также фазовые переходы липидов биологических мембран. Можно предположить, что озон, вызывающий восстановление баланса про- и антиоксидантных процессов, приведет к повышению активности работы данных ферментативных систем в клетке. Так, озониды, образующиеся при взаимодействии озона с двойными связями жирных кислот, сначала запускают прооксидантные процессы клеток (Cardendale, Griffits, 1993). Короткоцепочечные пероксиды активируют работу антиоксидантной системы (Густов и др., 1999), что и объясняет выраженное активирующее действие озона на активность АТФаз эритроцитов.
При этом работа АТФаз в присутствии ионов магния приводит к поступлению этого иона в клетки и усилению путей клеточного метаболизма. Важно, что свойства мембраны эритроцита зависят от состояния цитоскелета,
2+ 9+
интегральных белков, содержания АТФ, Са , Mg2+. Контроль за состоянием цитоскелета эритроцитов реализуется через процесс фосфорилирования белков (Болдырев, 1986), фосфорилирование обеспечивают цАМФ-зависимые протеинкиназы, активность которой зависит от присутствия ионов Mg и в меньшей степени Ca (Сахая и др, 2005). Снижение уровня фосфорилирования белков мембраны ведет к изменению свойств и морфологии клеточной мембраны. Кроме того, ионы магния предотвращают диссоциацию тропомиозина с эритроцитарной мембраной (Шалабодов и др., 2015). Таким образом, повышение активности АТФаз в присутствии ионов магния при использовании озона на фоне острой кровопотери свидетельствует о благоприятном действии озона на мембраны эритроцитов, что реализуется как через изменение окислительных процессов в мембранах при действии озона, так и через изменение белок-липидных взаимодействий в присутствии ионов магния. Подтверждением сказанному служат исследование электрофоретической подвижности эритроцитов, показателя, являющегося функцией клеточных
мембран. Отмечено, что при действии озона наблюдалось увеличение ЭФПЭ, наиболее выраженное к 5 суткам наблюдения (рис. 3).
160
140
Рис. 3. Электрофоретическая подвижность эритроцитов при введении озонированного физиологического раствора (опыт) и физиологического раствора (контроль) после моделирования острой кровопотери (* - р<0,05 по отношению к уровню показателей при кровопотере, принятой за 100%)
При кровопотере на фоне введение физиологического раствора ЭФПЭ снижалась к 1 суткам и восстанавливалась к 5 суткам после острой кровопотери. Учитывая, что, уменьшение величины отрицательного заряда эритроцитов приводит к снижению суспензионной стабильности крови, агрегации эритроцитов, которые закупоривают микрососуды и вызывают замедление кровотока, увеличение электроотрицательности эритроцитов определит улучшение реологических свойств крови и микроциркуляции.
Таким образом, использование озонированной эритроцитарной массы при ее переливании крысам с острой кровопотерей позволило повысить активность АТФаз, существенную роль в изменении активности которых играют ионы магния. Повышение активности АТФаз на 5 сутки эксперимента сочеталось с увеличением электроотрицательности мембран эритроцитов, что, вероятно, указывает на оптимизацию микроциркуляции и кислородтранспортной функции эритроцитов.
Список литературы
1. Трошкина Н.А., Циркин В.И. Эритроцит: строение и функции его мембраны // Вятский медицинский вестник. 2007. Т. 2., № 3. С. 32-40.
2. Чеснокова Н.П. Понукалина Е.В., Бизенкова М.Н. Особенности структуры и функций эритроцитарной мембраны // Advances in current natural sciences. 2015. № 1. С. 328-331
3. Дерюгина А.В., Шумилова А.В. Влияние цитофлавина на окислительный стресс и активность Na/K-АТФазы эритроцитов после черепно-
мозговой травмы // Журнал неврологии и психиатрии им. C.C. Корсакова. 2017. Т. 117, № 11. С. 51-55.
4. Мосягин В.В. Особенности функционирования АТФаз эритроцитов цыплят-бройлеров // Научный журнал КубГАУ. 2008. №35(1). С. 1-10
5. Крылов В.Н., Дерюгина А.В., Константинова А.И. Электрофоретическая подвижность и активность №,К-АТФазы эритроцитов у крыс при стрессе // Росс. физиол. журнал им. И.М. Сеченова. 2014. Т. 100, №11. С. 1297-1302
6. Campos M. Beuge L. Effect of magnesium and ATP on pre-steady-state phosphorylation kinetics of the Na+^-ATPase // Biochim. biophis. acta. biomembranes. 1992. V. 1105, №1. P.51-60.
7. Cardendale MT., Griffits J. Is there a role for medical ozone in the treatment of HIV and associated infections? // Ozone in Medicine. Proceedings of the 11-th Ozone World Congress. San Francisco. 1993. р. 32-37.
8. Густов А.В., Котов С.А., Конторщикова К.Н., Потехина Ю.П. 1999. Озонотерапия в неврологии. Нижний Новгород. 243 с.
9. Болдырев АА. Введение в биохимию мембран. Медицина, М., 1986. 112 с.
10. Сахау Н.Р., Мирсаева Г.Х., Камилов Ф.Х., Фазлыева Р.М. Клинико-диагностическая оценка состояния мембран эритроцитов у больных первичным хроническим пиелонефритом // Нефрология. 2005. Т. 9, №1. С.47-51
11. Шалабодов А.Д., Маслова М.Н., Кыров Д.Н. Влияние солюбилизированных белков мембранного скелета эритроцитов на активность №,К-АТФазы // Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. 2015. Т.1 №1, С.172-181
