CC BY
31
УДК 577.115 : 577.121. 7 : 542.943
И. П. СТЕПАНОВА Л. А. БЕРЕНДЯЕВА И. В. КОНЕВА
Омский государственный аграрный университет
МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
ПРИ АЦЕТАЛЬДЕГИДНОЙ ИНТОКСИКАЦИИ
Установлены коррелятивные связи между интенсивностью свободнорадикальных реакций, состоянием антиоксидантной системы, содержанием веществ низкой и средней молекулярной массы и энергетическим состоянием клетки при острой ацетальдегид-ной интоксикации в эксперименте.
В настоящее время все шире в животноводстве используются отходы пивоваренного производства, содержащие кроме ценных пищевых компонентов также и токсичные, в частности ацетальдегид, который в высоких концентрациях способен вызывать активацию свободнорадикальных реакций и нарушать некоторые механизмы антиоксидантной защиты [4,5]. При современной нагрузке на любую живую систему токсикантов экзогенного происхождения, в том числе и ацетальдегида, функционирование системы детоксикации нарушается, и образующийся в тканях ацетальдегид может послужить источником свободных радикалов и, как следствие, причиной оксидативного стресса. Однако сведений о взаимосвязи интенсивности реакций свободнорадикального окисления с процессами катаболизма белков и энергетическим состоянием клетки при острой ацетальдегидной интоксикации недостаточно, что и явилось целью исследования.
Материалы и методы
Экспериментальные исследования выполнялись на половозрелых крысах-самцах массой 260 — 300 г. Животные содержались в обычных условиях вивария, регламентируемых приказом МЗ СССР № 1179 от 10.10.1983 г. Опыты проводились в соответствии с приказами МЗ СССР № 755 от 12.08.1977 г. и № 701 от 27.07.1978 г, об обеспечении принципов гуманного обращения с животными. Схема экспе-римента приведена на рис. 1.
Животным 1-й группы однократно перорально вводился уксусный альдегид в дозе 1 /2 1.В50 (п = 49). Контролем служила 2-я группа крыс, получавшая вместо альдегида воду (п = 15). Влияние ацетальдегида изучалось в суточной динамике.
Содержание ВНСММ определялось по методу М.Я. Малаховой (1989), принцип которого состоит в осаждении белков плазмы крови и эритроцитов раствором трихлоруксусной кислоты с последующей регистрацией спектра водного раствора су-пернатантов в ультрафиолетовой области с помощью спектрофотометра СФ-46 [2]. Уровень ВНСММ оценивался по площади фигуры (Б), ограниченной спектральной кривой и осью абсцисс в диапазоне ддин волн 238 — 298 нм. Площадь рассчитывалась по формуле:
5 = 4^Е)(238-298). (И
где Э - оптическая плотность (ед); 4 - шаг измерения.
Свободнорадикальные процессы изучались методом железоиндуцированной биохемилюминес-ценции с помощью биохемилюминометра БХЛ-06М [1]. Интенсивность реакций свободнорадикального окисления оценивалась по светосумме вспышки хемилюминесценции сыворотки крови за 30 с (показатель СРО), а активность антиоксидантной системы — относительными единицами тангенса угла наклона кинетической кривой хемилюминесценции (показатель АОС). Кроме того, регрессионному анализу подвергались данные обмена адениловых нуклеотидов и сопряженных с ним показателей,
Рис. 1. Схема проведения эксперимента
О 1 I СРО - 250 «АОС
I вне ММплазмы |внСММэр.
Рис. 2. Интегральные показатели крови крыс после введения ацетальдегида
6ч 12ч 24ч
Рис. 3. Динамика концентраций ATP, ADP, AMP и значений энергетического заряда печени крыс после введения ацетальдегида
ксантиноксидаза мочевая кислота
2ч 4ч 6ч 12ч 24ч
Рис. 4. Динамика активности ксантиноксидазы и содержания мочевой кислоты сыворотки крови после введения ацетальдегида
полученные в идентичных условиях эксперимента канд. биол. наук, доцентом Л.М. Дмитриевой в лаборатории кафедры биохимии ФГУ ВПО «Омская государственная медицинская академия».
Статистическая обработка данных проводилась с использованием критериев Стьюдента и Фишера, для выявления сопряжённости признаков применялся коэффициент линейной корреляции Пирсона. Нормальность распределения проверялась с помощью критерия соответствия х2-
Результаты исследований
Установлено, что в первые 6 часов после ацеталь-дегидной интоксикации в крови активируются реакции свободнорадикального окисления, мобилизуется антирадикальная защита и повышается содержание ВНСММ; начиная с 12 часов эти процессы нормализуются (рис. 2). Причем между изучаемыми показателями в динамике эксперимента существует вероятная или условно-вероятная взаимосвязь: гС|!(,АСх: = 0,88; р< 0,001;
1 111 1СММ ПЛЛ.ЧМЫ-В1 ICMM
сро-нмсмм плл.чмы
м.„, = 0,86 р< 0,001; = 0,47, р > 0,05;
Cl'< l l'.l ICMM .)!'
= 0,49, р> 0,05;
1Л0СИ1К'ММПД,\:)М1
,, = 0,49, р > 0,05;
AÜC-IHICMM'JP.
= 0,49, р> 0,05.
Изучение энергетики клетки выявило выраженные изменения в уровне свободных пуриновых нух-леотидов в печени, особенно в первые 6 часов эксперимента (рис. 3). Показано, что снижение концентрации АТР в определенные сроки сопровождается повышением уровней AMP и ADP, причем ADP - в меньшей степени, и наоборот, повышение содержа-
ния основного макроэрга - снижением концентрации моно- и дифосфагов (гЛТ1, АМ|) = -0,65, р > 0,05; гатр-лпр = " 0.65, р > 0,05; глм|,лп|1 = 0,85, р < 0,01). В то же время энергетический заряд системы AMP — ADP —АТР, характеризующий интенсивность реакций, связанных с потреблением энергии, на протяжении первых 6 часов эксперимента ниже контрольных величин (рис. 15), что, очевидно, вызвано расходованием макроэргического соединения на процессы детоксикации ацетальдиида,
Следует отметить однонаправленный характер изменения значений энергетического заряда с содержанием АТР (r:lüpilv .r!. = 0,89, р < 0,01 нонаправленный
^ i, и раз-
:lü[!HV. > Г! ' ' г 1 ' ^
с концентрациями ADP и AMP
эаряд-ADP
= -0,73, р< 0,05; г
аарял-ЛМР
= -0,90,р <0,01).
В эксперименте, особенно в первые часы, выявлены существенные изменения каталитической функции ксантиноксидазы сыворотки крови, принимающей участие в окислении ксантина и гипо-ксангина молекулярным кислородом, и содержания продукта, получаемого в результате этой реакции — мочевой кислоты. Причем между значениями этих показателей имеет место условно-вероятная корреляция (г = 0,54, р > 0,05). Активность ксантиноксидазы и концентрация мочевой кислоты повышаются уже через 0,5 часа после введения ацетальдегида (рис. 4). Через час активность фермента снижается, в то время как содержание мочевой кислоты поддерживается на том же уровне.
Через 2 часа наблюдается увеличение значений обоих показателей, причем более значительное — активности ксантиноксидазы. В последующие периоды исследования достоверных изменений каталитической функции ксантиноксидазы по сравнению с контрольными цифрами не обнаруживается. Однако изменение уровня мочевой кислоты продолжает носить фазовый характер.
На основании экспериментальных данных концепция токсического действия ацетальдегида представляется в следующем виде. Ключевым звеном в происходящих нарушениях, вызванных введением уксусного альдегида, является гиперпродукция активных форм кислорода, что наблюдается уже через полчаса после начала эксперимента. Накопление свободных радикалов происходит несколькими путями. Во-первых, они образуются при окислении ацетальдегида как в результате минорной реакции, катализируемой альдегидоксидазой, так и с помощью цитохром-Р-450-зависимых монооксигеназ. Во-вторых, источником АФК. является ксантиноксидаза, принимающая участие в превращениях уксусного альдегида. В ходе чрезмерной активации свобод-норадикальных реакций образуется огромное количество реакционноспособных интермедиатов кислорода, с которыми антирадикальная защита «справляется», вероятно, не в полной мере, о чем свидетельствуют показатели СРО и АОС через 4-6 часов после введения токсического агента. Разобщение функционирования про- и антиоксидантных систем приводит к состоянию оксидативного стресса, который, в частности, характеризуется нарушением функционирования протеазной и антипротеазной систем. При этом в крови накапливаются продукты нормального и извращенного метаболизма с низкой и средней молекулярной массой, что подтверждается высокими значениями показателей ВНСММ плазмы и эритроцитов через 4 — 6 часов с начала эксперимента.
Синдром оксидативного стресса выражается и в усилении процессов пероксидации биомолекул с
нарушением структуры и функций мембран и мембраносвязанных ферментных систем, в частности митохондрий. Это, в свою очередь, вызывает разобщение процессов окислительного фосфори-лирования, результатом чего является снижение концентрации основного макроэрга, что наблюдается на протяжении всех сроков эксперимента,
Поскольку нарушается основной путь наработки АТР, в гепагоцитах интенсифицируются глико-литические процессы, о чем косвенно свидетельствуют данные о снижении энергетического заряда адениловой системы при неизменной сумме этих нуклеотидов.
Однако наряду с положительным эффектом, связанным с процессами субстратного фосфорили-рования, гликолиз имеет и отрицательное значение, поскольку в организме накапливается большое количество молочной кислоты. Следствием высокой концентрации в клетке лактата могут быть два негативных эффекта: с одной стороны — развитие ацидоза, сдрутой — агрегация тромбоцитов и отек мозга.
Для нейтрализации молочной кислоты необходимо большое количество компонентов, обладающих основными свойствами, одним из источников которых является AMP. При сдвиге рН в кислую сторону, по-видимому, активируется АМР-дезаминаза, которая расщепляет AMP до IMP и аммиака. Последний нейтрализует молочную кислоту, а повышение концентрации IMP индуцирует ксан-тиноксидазу, которая способствует превращению IMP в гипоксантин и мочевую кислоту. Вероятно, именно этим механизмом можно объяснить высокую мощность ксантиноксидазы в эксперименте.
При этом уровень мочевой кислоты не всегда повышается в те же сроки, что, очевидно, связано с тем, что гипоксантин может быть использован на процессы синтеза нуклеотидов de novo. Незначительное повышение концентрации мочевой кислоты в первые часы после воздействия токсического агента, в свою очередь, можно расценивать как позитивный факт, так как это соединение обладает ан-тиоксидантными свойствами.
Следует отметить, что чрезмерное повышение мощности ксантиноксидазы может играть и отрицательную роль, а именно индуцировать развитие патологии за счет генерации АФК (супероксидного радикала и пероксида водорода). Кроме того, повышение активности этого энзима способствует индукции фосфодиэстеразы. Действия последней проявляются в разрушении сАМР, который наряду с другими функциями является и стабилизатором лизо-
сомальных мембран [3]. Изменение уровня сАМР также может быть вызвано уменьшением активности аденилатциклазы, образующей сАМР из АТР. Поскольку активность аденилатциклазы регулируется содержанием GTP и АТР, то значи-тельное снижение концентрации АТР на протяжении всего эксперимента, очевидно, способствует падению активности аденилатциклазы, а следовательно, и уровня сАМР.
Таким образом, активация свободнорадикальных процессов в крови при острой химической интоксикации приводит к повышению уровня ВНСММ и нарушению энергетического состояния клетки.
Библиографический список
1. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы и антиоксидан-ты / Ю.А Владимиров // Вестник РАМН - 1998. - № 7. -С. 43-51.
2. Малахова М.Я. Метод регистрации эндогенной интоксикации / М.Я. Малахова. - СПб. : МАЛО, 1995. - 35 с.
3. Степанова И.П. Биохимические аспекты интоксикации: монография / И.П. Степанова, A.M. Дмитриева. — Омск: Изд-во ИВМ ОмГАУ, 2004. - 152 с.
4. Feichman L. Ethanol and lipid metabolism / L. Feichman, C. Lieber // Am. J. Clin. Natr. - 1999. - Vol. 70. - P. 791 - 793.
5. Silerct S. De novo lipogenesis, lipid dinetics and wole-body lipid balans in humans after acut alcohol consumption / S, Silerct, R. Neese, M. Hellerstein //Am. J. Clin. Natr. - 1999. -Vol. 70. - P. 928-936.
Список использованных сокращений
AOC — антиоксидантная система АФК — активные формы кислорода
ВНСММ — вещества низкой и средней молекулир-ной массы
ПОЛ — пероксидное окисление линидов СРО — свободнорадикальное окисление AMP — аденоэин-5'-монофосфат ADP — аденозин-5' -дифосфат АТР — аденозин-5'-трифосфат
СТЕПАНОВА Ирина Петровна, доктор биологичес-ких.наук, профессор, заведующая кафедрой химии. КОНЕВА Ирина Владимировна, кандидат биологических наук, доцент кафедры химии. БЕРЕНДЯЕВА Людмила Александровна, кандидат биологических наук, доцент кафедры химии.
Статья поступила в редакцию 17.05.06. © Степанова И. П., Конева И. В., Берендяева Л. А.
Книжная полка
Чебышев А.Н. Биологический тематический словарь: учебное пособие / Н.В. Чебышев, М.В. Козарь, А.Н. Демченко. - М.: ИЦ «Академия», 2006. - 416 с.
Словарь содержит термины по общей биологии, ботанике, зоологии и анатомии. Раздел «Общая биология» содержит подразделы: «Цитология», «Размножение и индивидуальное развитие», «Генетика и селекция», «Эволюция», «Возникновение и развитие жизни на Земле», «Происхождение человека», «Экология».
Для студентов высших учебных заведений. Может быть полезен школьникам и учителям общеобразовательных средних учебных заведений.
