CC BY
0Ежеквартальный
научно-практический
журнал
УДК 615.275.4:636
DOI: 10.31279/2949-4796-2023-15-52-4-8
В. А. Беляев, Н. А. Гвоздецкий, Е. Ю. Рагулина,А. И. Дуденко, Ю. В. Еремеева
Belyaev V. A., Gvozdetsky N. A., Ragulina E. Yu., Dudenko A. I., Eremeyeva Yu. V.
МЕХАНИЗМ ЗАПУСКА ГЛЮКОЗО-ФОСФАТНОГО ШУНТА ПРИ ВНУТРИБРЮШИННОМ ВВЕДЕНИИ ОЗОНО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ
THE MECHANISM OF STARTING THE GLUCOSE-PHOSPHATE Slh^l^NT WITH INTRAPERITONEAL INJECTION OF AN OZONE-AIR MIXTU RE
Дата поступлен ия статьи в редакцию: 21.10.2023 Принята к публикации:30.11.2023
NBSXEM
Мы знаем, что озон обладает бактерицидным действием и зачастую используется в качестве дезинфицирующего средства, но помимо этого, он опосредованно воздействует и на сами клетки, вызывая ряд биохимических реакций, в результате чего ускоряются репаратив-ные процессы. Чтобы доказать данную теорию и понять способность вышеупомянутого газа влиять на ускорение заживления, мы поставили перед собой цель разобраться в механизме взаимодействия атомарного кислорода с клеткой и определить его влияние на организм в целом.
Для протекания физиологических процессов каждой клетке нужна энергия. Глюкозо-фосфатный шунт - альтернативный способ окисления глюкозы с образованием НАДФН и рибозы-5-фосфата. Озон, воздействуя на соматические клетки организма, провоцирует активацию анти-оксидантной системы клеток. Глутатион, будучи главным компонентом этой самой системы, расходуется, вступая в реакцию со свободными радикалами, параллельно влияя на множество физиологических процессов, таких как восстановление витаминов А, Е и С, участие в передаче нервных импульсов, стимуляция процессов иммунной защиты, а именно образования комплексов антиген-антитело, а также образование защитного буфера клеток головного мозга. Для его восстановления нужен кофермент НАДФН, для получения которого и необходим пентозофосфатный путь. С помощью фермента глутатионпероксидазы при взаимодействии НАДФН с окисленным глутатионом три-пептид восстанавливается, а все вторичные продукты, образовавшиеся в ходе сопутствующих реакций, расходуются на восстановление окружающих клеток и тканей, тем самым повышая репарацию.
Ключевые слова: пентозофосфатный путь, озон, гликолиз, глюкоза, свободные радикалы, глутатион, антиок-сидантная система, глутатионпероксидаза.
We know that ozone has a bactericidal effect and is often used as a disinfecOaoB, hut is addition, it indirectly affects the cells themselves, causing a number of biochemical reactions, resulting in accelerated reparative processes. To prove this theory and understand the ability of the aforementioned gas to influence the acceleration of healing, we set ourselves the goal of understanding the mechanism of interaction of atomic oxygen with the cell and determine its effect on thebod y as a whole.
For the flow of physiological processes, each cell needs energy. Glucose-phosphate shunt is an alternative meth-od of glucose oxidation with the formation of NADPH and ri-bose-5-phosphate. Ozone, acting on the somatic cells of the body, provokes the activation of the antioxidant system of cells. Glutathione, being the main component of this very system, is consumed by reacting with free radicals, simultaneously affecting many physiological processes, such as the restoration of vitamins A, E and C, participation in the transmission of nerve impulses, stimulation of immune defense processes, namely the formation of antigen-antibody complexes, as well as the formation of a protective buffer of cells the brain. To restore it, NADPH coenzyme is needed. To obtain which the pentose phosphate pathway is necessary. With the help of the enzyme glutathione peroxidase, when NADPH interacts with oxidized glutathione, the tripeptide is restored, and all secondary products formed during concomitant reactions are spent on restoring surrounding cells and tissues, thereby increasing repair.
Key words: pentose phosphate pathway, ozone, glycolysis, glucose, free radicals, glutathione, antioxidant system, glutathione peroxidase.
Беляев Валерий Анатольевич -
доктор ветеринарных наук, профессор кафедры терапии и фармакологии
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
РИНЦ SPIN-код: 4911-6491
Тел.: 8-928-313-73-06
Е-mail: valstavvet@yandex.ru
Гвоздецкий Николай Алексеевич -
кандидат биологических наук, старший преподавател
кафедры эпизоотологии и микробиологии
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
РИНЦ SPIN-код: 9139-8280
Тел.: 8-963-382-28-33
Е-mail: nikolay140890@mail.ru
Belyaev Valery Anatolyevich -
Doctor of Veterinary Sciences,
Professor of the Department
of Therapy and Pharmacology
FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University»
Stavropol
RSCI SPIN-code: 4911-6491 Tel.: 8-928-313-73-06 E-mail: valstavvet@yandex.ru
Gvozdetsky Nikolay Alekseevich -
b Candidate of Biological Sciences, Senior Lecturer of the Department of Epizootology and Microbiology FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» Stavropol
RSCI SPIN-code: 7991-4900 Tel.: 8-963-382-28-33 E-mail: nikolay140890@mail.ru
A
№ 4(52), 2023
Рагулина Екатерина Юрьевна -
аспирант кафедры терапии и фармакологии
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
Тел.: 8-962-491-77-73
Е-mail: CNAFE@yandex.ry
Дуденко Аксинья Игоревна -
студентка 4 курса института среднего
профессионального образования
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
Тел.: 8-920-257-01-82
E-mail: aksinya.dudenko@mail.ru
Еремеева Юлия Витальевна -
студентка 4 курса Института ветеринарной медицины
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
Тел.: 8-989-983-94-92
Е-mail: eremeeva548@gmail.ru
Ветеринария
5
Ragulina Ekaterina Yurievna -
postgraduate student of the Department
of Therapy and Pharmacology
FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University»
Stavropol
Tel.: 8-962-491-77-73 E-mail: CNAFE@yandex.ry
Dudenko Aksinya Igorevna -
4th year student of the Institute of Secondary Vocational Education FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» Stavropol
Tel.: 8-920-257-01-82 E-mail: aksinya.dudenko@mail.ru
Yeremeeva Yulia Vitalievna -
4th year student of the Institute of Veterinary Medicine
FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» Stavropol
Tel.: 8-989-983-94-92 E-mail: eremeeva548@gmail.ru
В основе каждого физиологического процесса в организме лежит энергия. Для того чтобы существовать и выполнять свои функции, клетка регулярно должна вырабатывать АТФ, а именно аде-нозинтрифосфат. Это молекула пирофос-фата, которая обеспечивает энергию для метаболических процессов.
Основным источником энергии для всех живых организмов выступает глюкоза - моносахарид, состоящий из шести атомов углерода. Она является основным и наиболее важным источником энергии для большинства живых организмов.
Понимание механизмов реакции или идентификация их путей являются ключевыми шагами на пути к лучшему контролю вовлеченных процессов. Поэтому очень важно определить стабильные промежуточные и конечные продукты, участвующие в ОВР и влияющие на итоговый результат.
Для фармакологического понимания способности озона влиять на репаративные процессы мы поставили перед собой цель разобраться в механизмах взаимодействия атомарного кислорода с клеткой. А для этого нужно понять:
- что такое глюкозо-фосфатный шунт и чем он отличается от гликолиза;
- в чем плюсы глюкозо-фосфатного шунта;
- на каком этапе подключается озон и как можно подтвердить его участие в репара-тивных процессах.
Первым этапом метаболизма глюкозы в организме является поступление ее молекул в клетку. Оказавшись внутри цитоплазмы, моносахарид подвергается окислению с получением энергии, которая в дальнейшем используется для выполнения различных функций клеткой.
Гликолиз и глюкозо-фосфатный шунт играют центральную роль в расщеплении глюкозы во всех сферах жизни.
Глюкозо-фосфатный шунт - пентозофос-фатный путь, также имеет названия гексозомо-нофосфат или путь Варбурга - Диккенса [1].
При гликолизе для получения энергии глюкоза расщепляется до пирувата (АТФ), а также промежуточных обменных продуктов и восстановленного НАД (никотинамидадениндинуклеотида).
Но только благодаря пентозофосфатному пути в ходе расщепления глюкозы можно получить НАДФН, который обеспечивает восстановленные эквиваленты антиоксидантов, жертвуя при этом свои электроны и атомы водорода, в качестве второго важного продукта данной реакции образуются пентозные сахара, которые в дальнейшем используются организмом для создания амино- и нуклеиновых кислот.
Оба процесса протекают в клетке параллельно, в связи с чем в организме существуют свои жесткие механизмы регуляции поступления глюкозы в каждый из путей [2].
Таким образом, пентозофосфатный путь является альтернативным способом окисления глюкозы, в результате которого образуются: кофермент НАДФН, используемый в реакциях биосинтеза в качестве донора водорода, и пентозофосфаты, необходимые клеткам для синтеза нуклеотидов. Реакции протекают в цитоплазме клетки, там же, где и гликолиз. Притом ферменты глюкозо-фос-фатного шунта расположены в цитозоле.
Пентозофосфатный путь протекает в эритроцитах, печени, жировой ткани, коре надпочечников, лактирующей молочной железе [3].
Беря за основу базовые биохимические реакции в формулах, в качестве материалов и используя классические методы их составления, мы наглядно проанализировали суммарное уравнение пути Варбурга - Диккенса [4], где образование глицеральдегид-3-фосфата выглядит следующим образом:
3 глюкозо-6-фосфат + 6 НАДФ + 3СО2 +
+ 6 (НАДФН + Н+) + 2 фруктозо-6-фосфат + + глицеральдегид-3-фосфат.
б
Ежеквартальный ш грарныИ вестник
научно-практический /^Ъ „г г
журнал ГШ. СевеРНОГО Кавка3а
После чего глицеральдегид-3-фосфат превратится в пируват с общим коэффициентом образования молекул АТФ в количестве двух штук.
Пентозофосфатный путь - практически единственный способ получения НАДФН и пен-тоз для клетки.
НАДНФ - это восстановленный кофермент, используемый для некоторых химических реакций, однако его основная роль заключается в том, чтобы отдать два электрона в дыхательную цепь.
Клетке НАДФН нужен для синтеза нейроме-диаторов, жирных кислот, холестерола, а также для образования дезоксирибозы - компонента нуклеотидов ДНК [1]. Помимо этого, НАДФН под воздействием ферментов опосредованно способствует обезвреживания ксенобиотиков и активных форм кислорода за счет восстановления такого важного звена антиоксидантной системы, как глутатион.
Глутатион - трипептид, образованный тремя аминокислотами: глицином, цистеином и глю-тамином. Глутатион синтезируется в цитозоле, откуда транспортируется в митохондрии, эндо-плазматический ретикулум и ядро.
Обладая определенными положительными свойствами:
1) он способен вступать в реакцию со свободными радикалами, тем самым нейтрализуя их разрушительное действие, превращает их в обычные продукты обмена;
2) нейтрализует и выводит из организма яды и токсины за счет двойной сульфаниламидной группы, образованной атомами серы;
3) способен восстанавливать витамины А, Е и С, входящие в состав антиоксидантной системы;
4) за счет способности изменять свою структуру внутри молекулы глутатион легко отдает электроны и способен восстанавливаться автономно, не нанося вред организму;
5) участвует в передаче нервных импульсов;
6) активирует защитные силы организма, повышает иммунитет, способствует связыванию антител с антигенами и их обезвреживанию клетками-киллерами;
7) выступает в роли защитного буфера клеток головного мозга [5].
Применение озона приводит к накоплению в организме озонидов и пероксидов, которые, в свою очередь, способствуют запуску различных звеньев антиоксидантной защиты. Одним из таких звеньев выступает глутатион, который при взаимодействии со свободными радикалами за счет своей SH-группы, восстанавливает активные формы кислорода, отдавая свои электроны. Сам при этом окисляется. Чтобы вернуть глутатион в активное состояние, нужно перенести электроны с НАДФН, полученного в результате пентозофосфатного шунта, на окисленный глутатион [1].
Данный трипептид может существовать как в восстановленной (сульфгидрильной), так и в окисленной (дисульфидной) форме, in vivo он поддерживается преимущественно в первом состоянии.
В ходе наших исследований для того, чтобы доказать, что озон действительно влияет на работу пентозофосфатного пути, было принято решение взять за основу содержание восстановленного глутатиона в крови лабораторных крыс. Для этого мы использовали колориметрический метод, работа которого основана на специфическом взаимодействии SH-группы глутатиона с реактивом Эллмана (5,5-дитио-бис-(2-нитробензойной) кислотой), который обладает молярной абсорбцией и имеет максимум поглощения света при длине волны в 412 нм. Добавление окисленного глутатиона к модельной реакционной смеси, содержащей реактив Эллмана, восстановленный нуклеотид трифосфопиридина и дрожжевую глутатион-редуктазу, приводит к образованию тионитро-фенильного аниона, который изменяет цвет реактива при определенном спектре на желтый. Скорость избыточного окрашивания, которое также происходило после добавления глутатиона, имеет прямую зависимость от концентрации глутатиона в реакционной смеси [6, 7].
Использованный нами метод считается высокочувствительным, благодаря чему, несмотря на отсутствие предварительной обработки образца, способен определять общее содержание глутатиона даже во внеклеточных тканевых жидкостях (плазма, слюна, моча), которые в обычных условиях содержат крайне низкий уровень этого вещества. При использовании цельной крови в качестве материала вся предварительная процедура ограничивается приготовлением из 10 г образца гемолизата в соотношении 1 : 100 [8].
Исследование проведено на 20 белых крысах-самцах линии Wistar 5-месячного возраста массой 200 г, которые были разделены на две группы.
В первой группе используя портативное устройство для генерирования озона с применением специальной насадки-иглы, 10 крысам было введено 75 мм3 озоно-воздушной смеси внутрибрюшинно. Предварительно животные были подвержены анестезии с помощью эфира.
Вторая группа в аналогичном количестве выступала в качестве контроля и также была подвержена обработке эфиром для уравнивания фармакологического воздействия анестетика.
Спустя 42 часа для определения глутатиона проводили отбор крови от крыс обеих групп через пункцию сердца. Образец крови брался из правого желудочка медленно, чтобы избежать коллапса сердца [9]. Крысу подвергали глубокому хирургическому наркозу. Для обеспечения длительной анестезии на нос крысе во время процедуры клали бумажную салфетку, пропитанную летучим анестетиком. Крысу располагали в спинном положении. Держа шприц под углом 45 градусов, вводили иглу между двумя ребрами и наблюдали за появлени-
A
№ 4(52), 2023
Ветеринария
7
ем первой капли крови, которая подтверждала, что игла находится внутри сердца. При наполнении шприца, его отсоединяли от иглы и сливали кровь в пробирку [10, 11].
Глутатион играет особенно важную роль в поддержании и регуляции окислительно-восстановительного статуса клетки. Несмотря на то что истощение тканевого глутатиона является одним из основных факторов, позволяющих связать повреждение определённых тканей, например, с окислительным стрессом, в условно здоровом организме восстановленный глутатион также имеет физиологическое значение и является показателем работы антиоксидантной системы.
В нашем исследовании, проведя хрома-тографический тест на концентрацию глута-тиона в крови, мы выявили, что в контрольной группе средний показатель составляет 1288,46 нмоль/г, в то же время в опытной группе у животных, к которым применялось внутри-брюшинное введение озоно-воздушной смеси, этот показатель составлял 1424,98 нмоль/г. Как мы видим, введение озона привело к увеличению уровня глутатиона на 10 %, за счет того, что озон стимулирует антиоксидантную систему, благодаря чему клетка вырабатывает большее количество глутатиона (табл.).
Таблица - Содержание глутатиона в крови крыс опытной и контрольной групп, нмоль/г ткани
Концентрация глутатиона в крови Опытная группа Контрольная группа
1 крысы 1442,79 1308,16
2 крысы 1401,13 1291,94
3 крысы 1441,91 1262,61
4 крысы 1416,73 1301,97
5 крысы 1412,07 1271,73
6 крысы 1435,25 1298,25
Ранее сообщалось, что O3 повышает уровень глутатиона в эритроцитах [12]. Поскольку эритроциты составляют основную массу клеток крови и представляют собой основную мишень для воздействия озона, они были приняты в качестве полезного маркера его окислительной активности.
В эритроцитах нет митохондрий, а значит, для образования энергии кровяные тельца вынуждены прибегать к работе глюкозо-фосфат-ного шунта. При затрачивании глутатиона на нейтрализацию свободных радикалов запускается тот самый пентозофосфатный путь для образования НАДФН, который будет в дальнейшем восстанавливать окисленный глутатион, следовательно, через этот механизм воздействие озона на клетки организма провоцирует образование АТФ в эритроцитах, заставляя тем самым увеличивать эритроцитарный газообмен, что ведет к насыщению всего организма кислородом, усиливая обменные процессы во всех органах.
В то же время избыток восстановленного глутатиона по завершении всех своих реакций растрачивается организмом на восстановление витаминов А, Е и С, входящих в состав антиоксидантной системы, на участие в передаче нервных импульсов. В процессах иммунной защиты он стимулирует реакции образования комплексов антиген-антитело и направляет на них клетки-киллеры, а также образует защитный буфер клеток головного мозга.
Таким образом, воздействие озоно-воз-душной смеси при внутрибрюшинном введении на организм крыс стимулирует образование глутатиона, запуск аэробного гликолиза и пентозофосфатного пути в клетке, что в свою очередь уменьшает гипергликемию за счет лучшего поступления глюкозы в ткани и ускоряет репаративные процессы в организме.
Литература
1. Larry R. Engelking Hexose Monophosphate Shunt // ScienceDurect. URL: https://www. sciencedirect.com/topics/biochemistry-ge-netics-and-molecular-biology/hexose-mo-nophosphate-shunt
2. The gluconate shunt is an alternative route for directing glucose into the pentose phosphate pathway in fission yeast / M. E. Cor-kins, S. Wilson, J.-C. Cocuron, A. P. Alonso, A. J. Bird // Metabolism. 2017. № 33.
3. Пентозофосфатный путь окисления глюкозы // Опиум. URL: https://opiumedu.ru/ bihomiya/pentozofosfatnyj-put/
4. Collecting blood from rodents: a discussion by the laboratory animal refinement and enrichment forum / M. Luzzi, E. Skoumbourdis, V. Baumans [et al.] // Animal Technology and Welfare. 2005;4:99-102.
References
1. Larry R. Engelking Hexose Monophosphate Shunt // ScienceDurect. URL: https://www. sciencedirect.com/topics/biochemistry-ge-netics-and-molecular-biology/hexose-mo-nophosphate-shunt
2. The gluconate shunt is an alternative route for directing glucose into the pentose phosphate pathway in fission yeast / M. E. Cor-kins, S. Wilson, J.-C. Cocuron, A. P. Alonso, A. J. Bird // Metabolism. 2017. № 33.
3. The pentose phosphate pathway of glucose oxidation // Opium. URL: https://opiumedu. ru/bihomiya/pentozofosfatnyj-put/
4. Collecting blood from rodents: a discussion by the laboratory animal refinement and enrichment forum / M. Luzzi, E. Skoumbourdis, V. Baumans [et al.] // Animal Technology and Welfare. 2005;4:99-102.
Ькеква/этальный - ГрарНЫй ВеСТНИК
научно-практический /^Ъ „г г
журнал ГШ.Северного Кавказа
5. Глутатион - роль в организме и правила применения. URL: https://good-tabs. ru/blog/poleznaya-informatsiya/gluta-tion-rol-v-organizme-i-pravila-primeneniya/
6. Does intraperitoneal medical ozone preconditioning and treatment ameliorate the methotrexate induced nephrotoxicity in rats? / A. Aslaner, T. gakir, B. gelik [et al.] // J. Clin. Exp. Med. 2015. № 8.
7. Беляев В. А. Фармако-токсикологические свойства новых препаратов селена и их применение в регионе Северного Кавказа : специальность 06.02.03 «Ветеринарная фармакология и токсикология» : дис. ... д-ра вет. наук / Кубанский государственный аграрный университет. Краснодар, 2011. 295 с.
8. Tietze N. Y. Enzymic method for quantitative determination of nanogram amounts of total and oxidized glutathione. Applications to mammalian blood and other tissues. // Analytical Biochemistry. 1969. № 27 (3). P. 502-522.
9. Parasuraman S., Raveendran R. and Kesa-van R. Blood sample collection in small laboratory animals // Journal of Pharmacology and Pharmacotherapeutics. 2010; 1(2):87-93.
10. Paulose C. S., Dakshinamurti K. Chron ic catheterization using vascular-accessport in rats: Blood sampling with minimal stress for plasma catecholamine determination // J. Neurosci. Methods. 1987;22:141-6.
11. Beeton C., Gracia A. and Chandy K. G. Drawing Blood from Rats through the Saphenous vein and by Cardiac puncture // Journal of Visualized Experiments. 2007;266.
12. Different blood collection methods from rats: A review / M. Kumar, S. Dandapat, M. P. Sinha [et al.] // Balneo Research Journal. 2017.
5. Glutathione - the role in the body and the rules of use. URL: https://good-tabs.ru/blog/ poleznaya-informatsiya/glutation-rol-v-or-ganizme-i-pravila-primeneniya/
6. Does intraperitoneal medical ozone preconditioning and treatment ameliorate the methotrexate induced nephrotoxicity in rats? / A. Aslaner, T. gakir, B. gelik [et al.] // J. Clin. Exp. Med. 2015. № 8.
7. Belyaev V. A. Pharmaco-toxicological properties of new selenium preparations and their application in the North Caucasus region : specialty 06.02.03 «Veterinary pharmacology and toxicology» : dissertation of Doctor of Veterinary Sciences / Kuban State Agrarian University. Krasnodar, 2011. 295 p.
8. Tietze N. Y. Enzymic method for quantitative determination of nanogram amounts of total and oxidized glutathione. Applications to mammalian blood and other tissues. // Analytical Biochemistry. 1969. № 27 (3). P. 502-522.
9. Parasuraman S., Raveendran R. and Kesa-van R. Blood sample collection in small laboratory animals // Journal of Pharmacology and Pharmacotherapeutics. 2010; 1(2):87-93.
10. Paulose C. S., Dakshinamurti K. Chron ic catheterization using vascular-accessport in rats: Blood sampling with minimal stress for plasma catecholamine determination // J. Neurosci. Methods. 1987;22:141-6.
11. Beeton C., Gracia A. and Chandy K. G. Drawing Blood from Rats through the Saphe-nous vein and by Cardiac puncture // Journal of Visualized Experiments. 2007;266.
12. Different blood collection methods from rats: A review / M. Kumar, S. Dandapat, M. P. Sinha [et al.] // Balneo Research Journal. 2017.
