CC BY
60lll
Фізика живого, Т. 1в, Nol, 2008. С.111-115.
© Харченко О.І., Чайка В.О., ГавришЛ.І., Остапченко Л.І., Різун О.В.
УДК 616.89-008.441.13-036
МЕТАБОЛІЗМ ЕТАНОЛУ В РІЗНИХ ОРГАНАХ ЩУРІВ ПРИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІЙ АЛКОГОЛЬНІЙ ІНТОКСИКАЦІЇ
Харченко О.І., Чайка В.О., Гавриш Л.І., Остапченко Л.І., Різун О.В.
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, біологічний факультет, кафедра біохімії, вул. Володимирська, 64, 01033 Київ, Україна
e-mail: [email protected]
Надійшла до редакції 08.04.2008
Встановлено асинхронне функціонування системи АДГ/АльДГ у різних органах щурів за умов хронічної алкогольної інтоксикації. Виявлені зміни в системі метаболічного перетворення етанолу з часом можуть призвести до деградації внутрішньоклітинних структур і клітин в цілому.
Ключові слова: етанол, метаболізм етанолу, алкогольна інтоксикація.
ВСТУП
Сьогодні алкоголізм набуває усе більшого розповсюдження серед населення України. Згідно офіційної статистики захворюваність ним в Україні подвоїлась за останні роки і число хворих сягнуло 700 тис. чоловік [1]. У основі патогенезу алкоголізму лежать глибокі зміни метаболізму, що призводить до порушень біогенезу, структури та функції клітин різних органів та систем людини [2].
Тому все більше значення в клінічних та експериментальних дослідженнях надається вивченню системи метаболізму етанолу в організмі людини і тварин з метою створення нових засобів, які можна використовувати для профілактики і лікування алкогольної залежності.
Ключову позицію в метаболізмі етанолу займає алкогольдегідрогеназа (АДГ), фермент який задіяний в первинні механізми детоксикації екзогенних спиртів [3]. Алкогольдегідрогеназна система є головним метаболічним шляхом обміну етанолу і інших біологічно важливих алкоголів і альдегідів (ретинол, 3Ь-гідроксистероїди, ■«'-гідрокси жирні кислоти і 4-гідроксиноненал). Існують інші шляхи, які забезпечують окиснення алкоголю, проте, їх внесок в утилізацію етанолу є відносно невеликим. Перша стадія окиснення алкоголю протікає, головним чином, у печінці [4], тому і вміст алкогольдегідрогенази в цьому органі є достатньо високим.
Алкогольдегідрогеназа (алкоголь: НАД
оксидоредуктаза, К.Ф.1.1.1.1) (АДГ) каталізує
окиснення спиртів і ацеталей до альдегідів і кетонів.
На сьогодні виявлено 7 ізоферментів АДГ [5]. У випадку етанолу, продуктом першої стадії його окиснення є оцтовий альдегід СН3СОН. Крім того, відомо, що принаймні один із ізомерів АДГ I (уу) здатний каталізувати реакцію дисмутації, у результаті якої можливо окиснення ацетальдегіду до ацетату [6], що є дуже важливим при фізіологічних концентраціях етанолу й ацетальдегіду. Проте при надходженні великих кількостей етанолу ззовні більша частина ацетальдегіду окиснюється альдегіддегідрогеназою (АльДГ) [7].
Альдегіддегідрогеназа відіграє ключову роль в перетворенні ацетальдегіду - першого метаболіту етанолу як за нормальних умов, так і при хронічній алкогольній інтоксикації. Фермент володіє широкою субстратною специфічністю, існує в множинних молекулярних формах, які різняться своїми властивостями та клітинною локалізацією [8].
Функціонування ферментної системи
АДГ/АльДГ визначає не лише швидкість метаболізму етанолу, а і формування алкогольної залежності в цілому. Оскільки основна роль в обміні алкоголю належить гепатоцитам, метою даної роботи було дослідження активності
алкогольдегідрогенази та альдегіддегідрогенази печінки щурів при експериментальній алкогольній інтоксикації.
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ
У роботі дотримувались міжнародних рекомендацій про проведення медико-біологічних досліджень з використання тварин згідно Європейської конвенції.
Харченко О.І., Чайка В.О., Гавриш Л.І., Остапченко Л.І., Різун О.В.
Дослідження проводили на щурах (самцях) лінії Вістар масою 180-200 г, що утримувались на стандартному раціоні віварію з вільним доступом до води. Експериментальна алкогольна
інтоксикація викликалась за методикою М.Х. Халілова та Ш.А. Закірходжаєва: 40° етиловий спирт вводився перорально з розрахунку 2 мл на 100 г маси тварини раз на добу [9].
Гомогенат тканини печінки отримували в 1 % розчині тритону Х-100 у співвідношенні тканина : розчин 1 : 3 за методикою [10] на 4, 6, 11, 16 та 21 добу після початку експерименту. Активність алкогольдегідрогенази та альдегіддегідрогенази визначали за кількістю утвореного НАДН2, яку оцінювали спектрофотометрично [11].
Статистичну обробку результатів проводили з використанням Іжритерію Стьюдента при Р<0,05
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ОБГОВОРЕННЯ
Вплив алкоголю на обмін речовин в різних органах та тканинах досить детально вивчений і описаний в науковій літературі [12]. Відомо, що етанол, який потрапив в організм, окиснюється за участю ферменту алкогольдегідрогенази (АДГ) до оцтового альдегіду. Алкогольдегідрогеназа каталізує окиснення спиртів і ацеталей до
альдегідів і кетонів. Фермент зосереджений переважно в цитозольній фракції, хоча не виключається можливість його взаємодії з мембранами. Ізоформи ферменту приймають участь в процесах захисту організму від ряду ендо-і екзогенних токсичних агентів і канцерогенів. Одночасно є дані, які свідчать, що у певних процесах АДГ, навпроти, каталізують реакції синтезу певних пошкоджуюючих клітину сполук [3,7,8,13]. Встановлена участь АДГ у синтезі і катаболізмі ряду нейромедіаторів, гормонів і інших регуляторних сполук, а також ю-гідрооксижирних кислот [8,14].
З окисненням етанолу пов'язані переважно АДГ I і IV типу [3,8]. Це визначає особливий інтерес до цих ензимів, вміст яких в печінці є достатньо вагомим.
Дослідження динаміки розвитку алкогольної інтоксикації у піддослідних тварин показало, що активність алкогольдегідрогенази печінки щурів на 4-ту добу зростала у 7 разів, на 7-му добу - у 5,5 рази, на 11-ту - майже у 5 разів відносно контролю. У подальшому активність ферменту знижувалась і на 16-ту добу досягала контрольних значень, а на 21 -шу добу була у 2 рази нижчою за контроль (рис. 1)..
Рис. 1 Активність алкогольдегідрогенази різних органів щурів за умов хронічної алкогольної інтоксикації: 1 - печінка; 2 - сироватка; 3 - мозок. * р <0,05 у порівнянні з контролем
МЕТАБОЛІЗМ ЕТАНОЛУ В РІЗНИХ ОРГАНАХ ЩУРІВ ПРИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІЙ АЛКОГОЛЬНІЙ ІНТОКСИКАЦІЇ
Рис. 2. Активність альдегіддегідрогенази у різних органах щурів при алкогольній інтоксикації: 1 - печінка; 2 - сироватка; 3 - мозок. * р <0,05 у порівнянні з контролем.
При дослідженні активності алкогольдегідро-генази в сироватці крові нами було встановлене її зростання на 4-ту добу у 3,5 рази з подальшим зниженням на 7-му та 11-ту доби. На 16-ту добу активність ферменту практично досягала контрольних значень, а на 21-ту добу активність алкогольдегідрогенази була нижчою за контроль у 5 разів (рис. 1).
При вивченні активності ферменту мозку щурів нами було встановлено її різке зростання на 4 добу (у 7,9 разів відносно контрольних значень) з подальшим поступовим зниженням на 7-му, 11-ту, 16-ту та 21 добу (активність була більша у 3,1 рази відносно контрольних значень) (рис. 1).
Таким чином, в усіх досліджуваних органах активність алкогольдегідрогенази різко зростала на
4 добу експерименту, а потім поступово знижувалась і на 16-21 доби сягала контрольних значень або була нижчою.
Оскільки відомо, що другим етапом метаболізму етанолу є розщеплення ацетальдегіду, що утворився в результаті дії алкогольдегідрогенази, наступною задачею наших досліджень було вивчити активність альдегіддегідрогенази.
В результаті досліджень нами було встановлено зростання активності цього ферменту у печінці щурів на 4-ту добу (в 1,3 рази відносно контрольних значень) з подальшим її зниженням на 7-му (сягнула контрольних значень) та 11-ту доби (була нижчою за контроль у 1,8 рази). На 16-ту добу активність цього ферменту зросла і досягнула
контрольних значень, а на 21-шу доби була у 1,5 разів вищою за контроль (рис.2).
При досліджені активності альдегіддегідро-генази сироватки крові нами було встановлено її зростання на 4-ту добу (в 1,3 рази відносно контрольних значень). На 7-му, 11-ту та 16 доби активність ферменту значно не відрізнялась від контрольних значень, а на 21-шу доби була у 1,2 рази вищою за контроль (рис.2).
При вивченні активності цього ферменту у мозку тварин нами було показано її зростання 4-ту добу та 7-му доби (в 2 рази відносно контрольних значень) з подальшим її зниженням на та 11-ту добу (активність була вищою за контроль у 1,7 разів). На 16-ту добу активність цього ферменту зросла у 3,4 рази, а на 21-шу добу була у 6,7 разів вищою за контроль (рис.2).
Таким чином, нами встановлено двофазний характер змін активності альдегіддегідрогенази у досліджуваних органах: початкове зростання на 47-му, подальше зниження на 11-ту та подальше зростання на 16-ту та 21-шу добу.
Отже, за умов хронічної алкогольної інтоксикації система АДГ/АльДГ функціонує
асинхронно. На 4-11 добу зміни активності обох досліджуваних ферментів носять однонаправлений характер, на більш пізніх етапах дослідження
активність досліджуваних ферментів змінюється різнонаправлено - зниженню активності
алкогольдегідрогенази відповідає зростання
активності альдегіддегідрогенази - ферменту, що приймає участь в подальших метаболічних перетвореннях етанолу.
Харченко О.І., Чайка В.О., Гавріїш Л.І., Остапченко Л.І., Різун О.В.
Початкове, ймовірно індуцибельне, зростання активності алкогольдегідрогенази, можливо,
відбувається внаслідок збільшення вмісту субстрату (ендогенного етанолу) і, як наслідок, -первинне накопичення ацетальдегіду, що в свою чергу, призводить до підвищення активності альдегіддегідрогенази.
Відомо, що реакція, яку каталізує
алкогольдегідрогеназа характеризується положенням рівноваги, яка при концентраціях етанолу, близьких до фізіологічних, зміщена вліво. Це відображає детоксикуючу дію алкогольдегідро-генази по відношенню до ацетальдегіду, який постійно утворюється при багатьох метаболічних процесах [3]. При хронічній алкогольній інтоксикації, яка пов’язана з дозами етанолу, що не викликають значного сп’яніння, рівновага реакції зміщується вправо [3,7,8,9,]. АДГ I і IV стають генераторами ацетальдегіду, який поступово
накопичується у організмі, що у свою чергу призводить до зростання активності ферменту, що каталізує наступний етап метаболізму етанолу -альдегіддегідрогенази.
Подальша алкоголізація не викликає індукції синтезу досліджуваних ферментів. Показане нами зниження їх активності на 7 добу можна пояснити тим, що ацетальдегід, пошкоджуючи ряд ензимів, надмолекулярних утворень, мембран і т.п., індукує різноманітні патологічні процеси. До них відноситься, зокрема, модифікація аміно-, 8И-, імідазольних груп амінокислот різних білків з утворенням ацетальдегідних аддуктів. Таким чином, ацетальдегід виступає в ролі потужного модифікатора білків, змінюючи їх просторові характеристики [13].
Відомо, що інгібіторами алкогольдегідрогенази є сполуки, що зв'язують цинк або взаємодіють з 8И-групами. Подібну дію показано для 8-оксихіноліну, фенантроліну, етилендиамінтетраоцтової кислоти, біпіридину, 4-метилпіразолу, меркаптоетанолу
[9,15]. Тому поступове зниження активності досліджуваного ферменту, що було показано нами на 7-16 добу експерименту, можливо відбувається внаслідок зазначеної деградації клітинних структур через накопичення вмісту проміжного продукту метаболізму етанолу - ацетальдегіду, що здатен модифікувати 8И-групи алкогольдегідрогенази.
Окрім цього, згідно літературних даних, накопичення ацетальдегідних аддуктів лежить в основі утворення аутоантитіл до АДГ I при тривалому споживанні етанолу. Було показано, що в дослідах на щурах невисокі, але достовірні титри аутоантитіл до АДГ виявляються після 4-6-го тижня алкоголізації. Можливо, модифікована ацетальдегідом АДГ сприймається імунною системою як гетерогенний антиген [16]. Таким
чином, встановлене нами різке зниження активності досліджуваного ферменту на 21 день, можливо, відбувається внаслідок утворення аутоантитіл.
Вторинне зростання активності альдегідде-гідрогенази, показане нами на 1б та 21 добу можна пояснити існуванням ізоформ цього ферменту, що характеризуються різною спорідненістю до субстрату. Згідно літературних даних у щурів виявлено 2 ізоформи альдегіддегідрогенази -альдегіддегідрогеназа 2 та альдегіддегідрогеназа 3. Перша з них нейтралізує токсичну дію невеликих кількостей ацетальдегіду, у той час як альдегіддегідрогеназа 3 бере на себе цю функцію при підвищених його концентраціях [12]. Таким чином, початкове зростання активності альдегіддегідрогенази, що спостерігалось нами на 4 добу відбувається, ймовірно, за рахунок активації альдегіддегідрогенази 2. Зниження активності альдегіддегідрогенази на 7-11 доби, можливо, є вторинним по відношенню до функціонування алкогольдегідрогенази, дія якої забезпечує цей фермент субстратом. Подальша алкоголізація призводить до накопичення високих концентрацій ацетальдегіду, що, у свою чергу, веде до активації іншої ізоформи альдегіддегідрогенази -альдегіддегідрогенази 3, що характеризується низькою спорідненістю до субстрату.
ВИСНОВКИ
Нами встановлено асинхронне функціонування системи АДГ/АльДГ за умов хронічної алкогольної інтоксикації. Виявлені зміни в системі метаболічного перетворення етанолу з часом можуть призвести до деградації внутрішньоклітинних структур і клітин в цілому.
Література
1. Лінський І. В., Мінко О. І., Первомайський Е. Б., Дьяченко Л. І., Мінко О. О. Прогнозування епідемії залежності від психоактивних речовин в Україні засобами популяційної екології // Новини української психіатрії. - Київ - Харків, 200б. -
С. 120 - 125.
2. Swift R. Drug Therapy for Alcohol Dependence // The New England Journal of Medicine/ - 1999/ - May 13, -P. 1482-1490
3. Ашмарин И. П. АДГ млекопитающих - объект молекулярной медицины.- Успехи биологической химии. - Т. 43. - 2003. - С. 3 - 18.
4. Litten RZ, Allen J, Fertig J. Pharmacotherapies for alcohol problems: a review of research with focus on developments since і 99 і // Alcohol Clin Exp Res. -199б. - Vol. 20. - P. б59-б7б.
5. Xie, P., Parsons, S.H., Speckhard, D.C., Bosron, W.F., Hurley, T.D. X-ray structure of human class IV
МЕТАБОЛІЗМ ЕТАНОЛУ В РІЗНИХ ОРГАНАХ ЩУРІВ ПРИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІЙ АЛКОГОЛЬНІЙ ІНТОКСИКАЦІЇ
sigmasigma alcohol dehydrogenase. Structural basis for substrate specificity // J. Biol. Chem. - 1997. -Vol. 272. - P. 18558-18563.
6. Merschall H.V., Oppermann V.C., Svensson S. // Hepatology. - 2000. - Vol. 31. - P. 990-996.
7. Littleton J, Little H. Current concepts of ethanol dependence // Addiction. - 1994. - Vol. 89. -P. 1397-412.
8. Crow K.E., Batt R.D.. Human metabolism of alcohol. Vol. 1. Pharmacokinetics, medicolegal aspects, and general interests. Boca Raton, Fla.: CRC Press, 1989. -P. 157 - 169.
9. Халилов М.Х., Закихорджаев Ш.Я. К характеристике
некоторых патохимических сдвигов в крови, тканях печени и головного мозга при экспериментальной алкогольной интоксикации // Вопросы клиники алкоголизма: Сб. науч. тр., Ташкент, 1983. -
С. 38-41.
10. Пхакадзе Г.А., Коноплицкая К.Л., Познякова Т.Н. и др. // Укр. биохим. журн. - 1987. - Т.59, №4. -С. 25-29.
11. Nakajima M., Kato J., Kohgo Y. et al (І993) Alcohol and alcoholism, 2S (SIB). - P. 105-108.
12. Chick J, Erickson CK. Conference summary: Consensus Conference on Alcohol Dependence and the Role of Pharmacotherapy in Its Treatment. Alcohol Clin Exp Res. - 199б. - Vol. 20. - P. 39І-402.
13. Зимин Ю.В., Сяткин С.П., Березов Т.Т. Надмолекулярная регуляция активности некоторых оксидоредуктаз клетки в норме и патологии // Вопросы медицинской химии. - 200 і. - №3. -C. 23-2S.
14. Gorelick DA. Recent developmens in alcoholism: pharmacological treatment // Recent Dev Alcohol. -І993. - Vol. ІІ. - P. 4І3-427.
15. Schindler J.F., Berst K.B., Plapp B.V. Inhibition of human alcohol dehydrogenases by formamides // J.Med. Chem. .- 1998. - Vol.41.- P. Іб9б-І70і.
16. Халілов М.Х., Закірходжаєв Ш.А. К характеристике некоторых патохимических сдвигов в крови, тканях печени и головного мозга при экспериментальной алкогольной интоксикации // Материалы тезисов 5-й научной конференции, Москва, І993. - C. 3S - 4І.
МЕТАБОЛИЗМ ЭТАНОЛА В РАЗНЫХ ОРГАНАХ КРЫС ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ АЛКОГОЛЬНОЙ ИНТОКСИКАЦИИ
Харченко О.И., Чайка В. О., Гавриш Л.И., Остапченко Л.И., Ризун А.В.
Установлено асинхронное функционирование системы АДГ/АльДГ в разных органах крыс при условиях хронической алкогольной интоксикации. Обнаруженные изменения в системе метаболического превращения этанола со временем могут привести к деградации внутриклеточных структур и клеток в целом.
Ключевые слова: этанол, метаболизм этанола, алкологьная интоксикация.
ETHANOL METABOLISM IN DIFFERENT RATS ORGANS UNDER THE EXPERIMENTAL ALCOHOL INTOXICATION
Charchenko O., Chaika V., Gavrish L., Ostapchenko L.I., Rizun O.V.
Asynchronous functioning system alcohol dehydrogenase /aldehyde dehydrogenase in different rats organs was shown under the chronic alcoholic intoxication condition. The revealed changes in system of ethanol metabolic transformation can lead to degradation of endocellular structures and cells as a whole.
Key words: alcohol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, ethanol metabolic, experimental alcohol intoxication.
