CC BY
20
O. Z. Ilderbaev
LIPIDS PEROXIDE OXIDATION AT EXPERIMENTAL ASBESTOSIS
Results about role of free radical oxidation under influence of asbest dust were received in experiment. Increase of dienic conjugates cocentration and malonic dialdehyde in the liver tissue, within thymus and lymph nodes of small intestine concerns about acceleration processes of peroxide oxidation of lipids and insufficiency of antioxidantic system.
О. З. Ильдербаев
ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ АСБЕСТОЗЕ
Изучена роль свободнорадикального окисления при воздействии асбестовой пыли в эксперименте. Повышение содержания диеновых конъюгатов и малонового диальдегида в тканях печени, тимуса и лим-фотических узлах тонкого кишечника свидетельствует о ускорении процессов перекисного окисления ли-пидов и недостаточности антиоксидантной системы.
С. К. Орумбаева, О. В. Сорокин, К. Г. Коротков, В. Ю. Куликов
ОСОБЕННОСТИ РЕАКТИВНОСТИ МОНОНУКЛЕАРОВ В УСЛОВИЯХ ОСЛАБЛЕННОГО ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Кафедра нормальной физиологии Новосибирского государственного медицинского университета, ГУ Научный центр клинической и экспериментальной медицины СО РАМН (Новосибирск)
Не вызывает сомнения тот факт, что магнитные поля, мало отличающиеся от нормального геомагнитного поля (ГМП), подчас обладают биологической эффективностью в большей степени, чем магнитные поля высоких напряженностей [1]. В зависимости от степени ослабления ГМП или его колебаний могут развиваться адаптационные или стрессорные реакции, модифицирующие течение типовых патологических процессов и реактивность организма в целом.
Поскольку мононуклеары крови являются основой антимикробной защиты организма, изучена их реактивность в условиях ослабленного геомагнитного поля с целью оценки не только состояния магниточувствительности, но и выявления индивидуальных системных механизмов реагирования.
Так как одним из важных и интегральных показателей кислородзависимой микробицидной активности мононуклеаров является процесс наработки активных кислородных метаболитов, оценивали баланс между оксидантным - проокси-дантным потенциалом клеток и их мембранным потенциалом.
Биологические мембраны, по нашему мнению, могут выступать в качестве системы, опосредующей влияние информационной компоненты электромагнитных полей на биологические системы, обладающие наибольшей метаболической активностью, которое с позиции термодинамики можно охарактеризовать как состояние неравновесности.
Цель исследования - изучение реактивности мононуклеаров крови человека и эксперимен-
тальных животных в условиях ослабленного геомагнитного поля.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве объекта исследования использовали мононуклеары периферической крови 18 здоровых лиц в возрасте 19 лет, а также пери-тонеальные макрофаги и клетки костного мозга мышей линии (CBA*C57BL/6)F1. Исследование регламентировано письменным информированным согласием доноров и одобрено комитетом по биоэтике ГУ НЦ КЭМ СО РАМН.
После выделения клеток производилась их сепарация на градиенте плотности фиколл-верографина (плотностью 1760) для получения мононуклеаров. Кроме того, эта процедура позволяла отделить живые клетки от нежизнеспособных и поврежденных, что позволило в дальнейшем связать особенности оптико-электронной эмиссии с наличием в среде жизнеспособного клеточного материала.
Прооксидантную и антиоксидантную активность оценивали в условиях контроля и опыта (гипогеомагнитное экранирование). Оценку про-оксидантной и антиоксидантной активности осуществляли с помощью биохемилюминесцентного анализатора (БЛМ 360 бМ). Для этого к 0,7 мл раствора Хенкса без фенолового красного добавлялся 0,1 мл гепаринизированной крови и 0,1 мл 10-2М люминола. После термостатирования в течение 5 мин в кювету вносили 0,1 мл зимозана и сразу регистрировали хемилюминесценцию при 37°С.
Осуществлялось гипогеомагнитное экранирование. Геомагнитное поле низкой напряженности было получено в ферромагнитной камере. Гипомагнитные экраны описанной конструкции позволяют экранировать геомагнитное поле в 105 раз [1].
Изменения мембранного потенциала оценивали методом проточной цитофлюорометрии по характеру эмиссии потенциалзависимого зонда ДСМ до и после нахождения клеток в условиях ферромагнитного экрана с коэффициентом экранирования 10"2-. Накопление ДСМ зонда в премем-бранном пространстве зависит от величины электрического заряда. Гепаринизированную кровь
смешивали в соотношении 1:10 с 10% желатином, инкубировали 40 мин при 37°С. Полученную лейковзвесь отмывали с помощью отмывающего раствора, затем подсчитывали абсолютное число лейкоцитов в камере Горяева. Из расчета цитоза на 1 000 мононуклеаров в 1 мкл добавляли 1 мл раствора RPMI и 2,5 мкл зонда ДСМ. После 20 мин экспозиции при 37°С оценивали характер и степень эмиссии флюоресцирующего зонда на проточном цитофлюорометре.
Для регистрации параметров оптико-электронной эмиссии клеток мышей использована технология оценки характеристик газового разряда вокруг капли [4] заданного объема (10 мкл), находящейся на капилляре одноразового инсули-нового шприца с насадкой, получаемой путем ее нанесения вариационной пипеткой (ГРВ-метод). Производилась запись 10 капель из различных проб (клетки до и после экспозиции в гипомаг-нитной камере) с частотой 20 кадров в секунду и продолжительностью воздействия электромагнитного поля 5 секунд. Дефектные видеозаписи сигнала подвергались визуальной выбраковке [2].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
После нахождения клеток в условиях ферромагнитного экрана наблюдалось достоверное снижение антиоксидантной активности по сравнению с контролем (р=0,001). В то же время их прооксидантная активность практически не изменялась. Антиоксидантная активность супернатан-та снижалась, а его прооксидантная активность повышалась. Антиоксидантная активность супер-натанта по сравнению с антиоксидантной активностью клеток в экранируемом пространстве (минус поле) достоверно снижалась (р=0,01).
Таким образом, отмечается сдвиг системы антиоксиданты/прооксиданты в сторону проокси-данты (табл. 1). С использованием методов регрессионного анализа графически оценивалась взаимосвязь между антиоксидантной активностью мононуклеаров крови и их прооксидантной активностью (рис. 1, 2).
В условиях ослабленного геомагнитного поля наблюдается практически линейная зависимость между про- и антиоксидантным потенциалом клеток в достаточно большом диапазоне по-
казателей, т.е. чем больше в клетках генерируется активных форм кислорода, тем больше величина антиокислительной активности (рис. 2). В контроле зависимость носит иной характер. В условиях повышенной наработки активных кислородных метаболитов величина антиокислительной активности начинает резко снижаться, свидетельствуя о развитии неконтролируемого окислительного стресса.
В условиях ослабленного геомагнитного поля в мононуклеарах создаются условия (очевидно, за счет дестабилизации генома) для ускорения процессов индукции супероксиддисму-тазы - фермента, являющегося основным звеном регуляции содержания активных метаболитов кислорода (АМК) в клетке. В качестве мишеней, подверженных действию АМК, выступают фосфо-липиды и протеины клеточной оболочки. ПОЛ приводит к образованию промежуточных продуктов пероксидации, которые обладают мембрано-повреждающим действием, усиливают проницаемость клеточных мембран. Их распад приводит к появлению конечных продуктов ПОЛ, которые являются высокотоксичными соединениями [9]. Они обладают прямым повреждающим действием на протеины клеточных структур за счет окисления SH-групп белков, оказывают негативное влияние на процессы клеточного деления, роста, клеточной дифференцировки [6].
Известно, что генерация активных кислородных метаболитов в мононуклеарах осуществляется оксидазным комплексом (НАДФН-оксидаза), локализованном на мембране [3]. Изменение конформации мембраны или ее заряда способствует генерации активных форм кислорода. В этих реакциях используется восстанавливающий агент НАДФН, стимуляторами их являются глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа и другие ферменты гексозомонофосфатного шунта. С учетом того, что НАДФН-оксидаза является мембраноло-кализованным ферментом, изучено изменение мембранного потенциала мононуклеаров в условиях ослабленного геомагнитного поля с целью выявления его мембранотропных свойств.
После нахождения клеток крови в условиях ферромагнитного экрана наблюдается достовер-
Таблица 1.
Аниоксидантная и прооксидантная активность клеток и супернатанта
Контроль Опыт р
АОА к. I 9,53±1,68 7,73±2,19
АОА к. Т 0,46±0,29* 0,11±0,06 <0,01
АОА с-т. I 2,26±0,37 2,00±0,33
АОА с-т. Т 0,73±0,07 0,74±0,07
ПОА к. 187,45±47,80 183,43±58,47
ПОА с-т. 75,58±28,44* 119,19±87,05 <0,01
АОА к I - антиоксидантная активность клеток; АОА с-т - антиоксидантная активность супернатанта; ПОА к - прооксидантная активность клеток; ПОА с-т - прооксидантаная активность супернатанта; I - тах-количество ХЛ импульсов на максимуме свечения; Т - тах-время регистрации импульсов в с; * р<0,01 между контролем и опытом
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 1 6 1 8 20 22 24 26 28 АОА к.о.1
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 АОА к.к.1
Рис. 1. Взаимосвязь прооксидантной и антиоксидантной активности клеток в условиях гипомагнитной камеры; по оси ординат - прооксидантная активность клеток в условиях опыта, по оси абсцисс - антиоксидантная активность клеток (опыт)
ное снижение по сравнению с контролем заряда как на митохондриальной, так и цитоплазматиче-ской мембранах.
Полученные данные свидетельствуют о том, что в условиях экранируемого пространства (минус поле) наблюдается снижение мембранного потенциала мононуклеаров крови человека, запускающего каскад внутриклеточных процессов, сопровождающихся повышенной наработкой активных кислородных метаболитов и изменением баланса между системами генерации и ингибиции активных форм кислорода.
Задачей следующего этапа была фиксация с помощью ГРВ-метода особенностей оптико-электронной эмиссии клеток костного мозга и перитонеальных макрофагов крыс в условиях экспозиции в гипомагнитной камере.
Выявлено, что площадь оптико-электронной эмиссии клеток костного мозга, находящихся в гипомагнитной среде в течение 1 ч, достоверно уменьшается по сравнению с контролем (рис. 3).
Рис. 2. Взаимосвязь прооксидантной и антиоксидантной активности клеток в контроле; по оси ординат - проок-сидантная активность клеток (контроль); по оси абсцисс - антиоксидантная активность клеток (контроль)
Причем, данная зависимость имеет дозозависи-мый характер от времени экспозиции. В частности, при 2-часовой экспозиции различия между контрольным и опытным образцами становятся более значимыми. При этом интенсивность газового разряда также достоверно уменьшается после гипомагнитной экспозиции по сравнению с контролем.
Аналогичные изменения наблюдались и в эксперименте с перитонеальными макрофагами, в частности, при экспозиции в гипомагнитной камере уменьшалась площадь эмиссии (рис. 4), а также снижалась ее интенсивность.
ВЫВОДЫ
1. Обнаруженные различия позволяют предположить, что в условиях гипомагнитной депривации изменяется характер электронно-возбужденных состояний в клеточной суспензии, в результате чего наблюдается достоверное снижение площади и интенсивности оптико-электронной эмиссии, напрямую зависящих от
- костн. мозг, кокгроль костн. мозг, гипо 1 Л Вы борки статистически рззлич ны
Рис. 3. Площадь оптико-электронной эмиссии суспензии клеток в условиях контроля и гипомагнитной экспозиции в течение 1 ч. По шкале абсцисс - время (мс), в течение которого проводилась видеозапись газового разряда
0.00 ода 0.96 1.14 1.92 2.40 2.88 3.36 3.84 4.32 4.80
Время
- перит. макр. коктроль перит м акр гипо 1 * Вы борки статистически различ ны
Рис. 4. Площадь оптико-электронной эмиссии суспензии перитонеальных макрофагов в контроле и при гипомагнитной экспозиции в течение 1 ч. По шкале абсцисс - время (мс), в течение которого проводилась видеозапись газового разряда
количественных характеристик оптико-электронных процессов, возникающих при помещении образца в поле высокой напряженности.
2. Учитывая важную роль мононуклеаров крови в регуляции широкого спектра защитных реакций организма [5, 8], можно полагать, что выявленная закономерность открывает новые перспективы как в понимании молекулярно-клеточных механизмов магниточувствительности и магнитореактивности, так и в построении дифференцированных методов их коррекции в условиях нормы и патологии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Биотропные свойства ослабленного геомагнитного поля /В. Ю. Куликов, А. Ю. Воронин, К. В. Гайдуль, В. М. Колмаков. - Новосибирск, 2005. -С. 140.
2. Сорокин О. В. Применение метода газоразрядной визуализации в изучении оптико-электронных свойств мононуклеаров мышей /О. В. Сорокин, К. Г. Коротков //Тез. V Междунар. конгр. по биоэлектрографии. - СПб, 2006. - С. 68 - 71.
3. Fidelius R. K. The génération of oxygen radicals: A positive signal for lymphocyte activation //
Cell. Immunol. - 1988. - V. 113. - P. 175 - 182.
4. Korotkov K. Concentration dependence of gas discharge around drops of inorganic electrolytes / K. Korotkov, D. Korotkin //J. of Applied Physics. -2001. - V. 89. - Р. 4732 - 4737.
5. Rubanyi C. M. Vascular effects of oxygen -derived free radicals //Free Radic. Biol. Med. - 1988.
- V. 4. - P. 107 - 121.
6. Schiffman Fred J. Hematologic pathophysiology /Пер. с англ. - М.; СПб: «Издательство БИНОМ» - «Невский диалект», 2000. - С. 448.
7. Sevanian A. Lipid peroxidation in membranes and low-density lipoproteins: similarities and differences /A. Sevanian, F. Ursini //Free Radic. Biol. Med. - 2000. - V. 29. - P. 306 - 311.
8. Smooth muscle cell surface tissue factor pathway activation by oxidized low-density lipoprotein requires cellular lipid peroxidation /M. S. Penn, M. Z. Cui, A. L. Winokur и др. //Blood. - 2000.
- V. 96. - P. 3056 - 3063.
9. The vizualization of oxidative stress in tissue and isolated cells /J. Frank, H. K. Biesalski, S. Dominici, A. Pompella //Histol. Histopathol. - 2000. -V. 15. - P. 173 - 184.
Поступила 23.01.07
S. K. Orumbayeva, O. V. Sorokin, K. G. Korotkov, V. Yu. Kulikov
PARTICULARITIES OF REACTIVITY OF MONONUCLEAR LEUKOCYTE IN THE CONDITION OF WEAKENED GEOMAGNETIC FIELD
Pro-oxidizing and anti-oxidizing potential of mononuclear leukocytes of the blood of human being and mice of the line (CBA*C57BL/6)F1 was researched and studied in the condition of the attenuated geomagnetic field. After staying of the cells in the conditions of ferromagnetic screen there was an established decrease of anti-oxidizing activity in comparison with the control. At the same time their pro-oxidizing activity almost did not changed. In the conditions of attenuated geomagnetic field there is virtually linear dependency between the pro-and anti-oxidizing potential of the cells in the great range of indicators. When controlled the dependency does not have linear character. When production of active oxygen metabolites increased the size of antioxidant activity decreased rapidly, thus demonstrating the uncontrolled antioxidant stress.
С. К. Орумбаева, В. Ю. Куликов, О. В. Сорокин, К. Г. Коротков
Ж¥МСАРТЫЛРАН АЗ ГЕОМАГНИТТ1 9Р1С ЖАРДАЙДА МОНОНУКЛЕАРЛАР РЕАКТИВТ1 ЕРЕК-ШЕЛ1КТЕР1
Жумсак немесе аз каркынды гипогеомагнитт epic жардайды адам канныч жэне тышкан тарабынан (CBA*C57BL/6)F1 мононуклеардыч прооксиданттi жэне антиоксидантп потенциалы зертелген. Ферромаг-нитп экрандлы жарыдайда болраннан кейiнгi торшаныч антиоксиданттык белсендiлiгiн твмендеуi, бакы-лаушы топпен салыстарранда накты байкалады. Дегенмен осы кезде олардыч прооксидантлык бел-сендiлiгiнде взгерiс байкалмаран. Жумсак каркынды геомагнитт врiс жарыдайда торшаныч про жэне антиоксидантп потенциал арасында колайлы линейлык тэуелдiлгi жеткiлiктi Yлкен диапазонды кврсетюштер-мен байкалады. Бакылаушы топта тауелдiлiгi линейлык емес сипатта сипатталды. Белсендi оттегi метабо-литпч удей тYсу жарыдайда антитотыру белсендшИ квлемi кенеттен твмендеп кету басталады жэне бакы-лаусыз тотыру стресс дамуына куэi болып табылады.
И. Р. Кулмагамбетов, Б. К. Койчубеков, В. П. Риклефс
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ХАОСА И ЕЕ ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ В ФИЗИОЛОГИИ
Карагандинская государственная медицинская академия
Одним из важнейших механизмов приспособляемости живого организма к изменяющимся факторам внешней среды является ритмическая организация деятельности функциональных систем. Периодические колебания длительностью от долей секунд до многих суток постоянно регистрируются в различных физиологических системах и являются предметом пристального внимания и анализа физиологов. Математический аппарат обработки физиологических сигналов заимствован из теории колебаний, а в этой физической дисциплине господствует утверждение, что любое колебание можно описать конечной суммой периодических составляющих (гармоник) с разной частотой и амплитудой.
Вместе с тем многие физиологические системы демонстрируют наряду с периодической нерегулярную динамику, которая особенно характерна для переходных процессов [1]. Проанализированы кардиоинтервалограммы (КИГ), зарегистрированные в состоянии покоя и при выполнении теста «реакция на движущийся объект» (рис. 1). На первой кривой четко прослеживается периодика в диапазоне дыхательных волн, вторая кривая характеризует нерегулярную динамику кардиоритма.
А
2000 -р 1750 -1500 -1250 -иле. 1000 -500 -250 -О -I-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-г
0,0 4,3 8,5 12,8 17,0 21,3 25,5 29,8 34,0
Источниками нерегулярности могут являться шумы и хаос. Математики различают два эти понятия. Шум является случайным стохастическим процессом, который в принципе совершенно не предсказуем (примером может являться броуновское движение). Хаос возникает в детерминированных системах и порожден определенными правилами, которые сами по себе не включают никаких элементов случайности [2].
Описание фундаментального явления детерминированного хаоса проводится в рамках нелинейной динамики - науки, изучающей структуру и свойства эволюционных процессов в нелинейных динамических системах. Интерес к изучению нелинейных систем обусловлен в первую очередь тем, что окружающий нас мир, в том числе и биологические объекты, в своем существовании и развитии подчиняются нелинейным законам. Линейные процессы также имеют место, но только как частный случай (или приближение) более общих, нелинейных законов.
В случае, когда система описывается конечным набором параметров (n), ее динамику удобно рассматривать в некотором абстрактном пространстве, оси которого образованы переменными xi,..., xn Это n-мерное пространство называют фазовым пространством. Каждому состоянию динамической системы соответствует точка в этом пространстве, и каждой точке из этого пространства соответствует единственное состояние системы. Изменения состояния системы можно интерпретировать как движение некоторой точки в фазовом пространстве. Траектория такой точки, то есть последовательное положение в фазовом пространстве, называется фазовой траекторией.
Б
2000 -j 1750 -1500 -1250 --
гпс. 1000 -- _ __
750
500 -250 -О -I-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-г
0,0 6,0 12,0 18,0 24,0 30,0 36,0 42,0 48,0
секунды записи КИГ секунды записи КИГ
Рис. 1. Регулярная (А) и нерегулярная (Б) динамика кардиоритма
