CC BY
23УДК 615. 9:612. 33. 015. 11. 32.
Особенности токсического действия пестицида циперметрин в условиях высокой температуры воздуха на биоэнергетические процессы слизистой тонкой кишки и коррекция их введением комплекса биоактиваторов
Хамракулова М.А., Искандарова Г.Т.
Научно - исследовательский институт санитарии, гигиены и профзаболеваний Минздрава Республики Узбекистан, Г. Ташкент.
При многократном внутрижелудочном введении пестицида циперметрина в условиях высокой температуры воздуха у белых крыс выявлено достаточно типичное нарушение углеводно-энергетического обмена. Введение комплекса препаратов БАВ при отравлении циперметрином обеспечивает нормализацию биоэнергетических процессов в слизистой обо-
лочке тонкой кишки.
Ключевые слова: пестицид циперметрин, биоактиваторы, углеводно-энергетический обмен, митохондрий.
Введение. Циперметрин относится к инсектицидным пестицидам группы пиретроидов с достаточно выраженным гепато - нейротоксическим эффектом. Низкая норма расхода, быстрое разрушение во внешней среде позволили значительно увеличить объёмы использования пиретроидов в сельском хозяйстве [9, 10]. Однако при их применении одновременно существует опасность возникновения отравлений людей данными препаратами в результате нарушений правил их применения [4, 10]. При этом возможно возникновение различной степени тяжести патологических состояний, которые связаны с нарушением нормального течения биохимических реакций, что отражается как на структуре и функции клеток, органов, так и организма в целом [1, 2, 3, 4]. Влияние химических веществ различной природы, в том числе и пестицидов, на углеводно-энергетический метаболизм в организме является причиной нарушения обменных процессов [3, 8].
Единичные работы, направленные на изучение действия пестицидов группы пиретроидов на углеводный обмен и окислительно-восстановительные процессы в организме лабораторных животных показали, что отравление пестицидами Децис и Каратэ при оптимальной температуре воздуха приводит к накоплению недоокисленных продуктов гликолиза, угнетению активности окислительно-восстановительных ферментов и тканевого дыхания в митохондриях печени [3, 4, 8, 9]. Одновременно следует признать, что количество исследований, посвященных этой проблеме при условиях высокой температуры воздуха, ограничено, а литературные сведения отрывочны.
Целью исследования явилось изучение углеводного обмена и окислительно-восстановительных процессов в митохондриях слизистой тонкой кишки белых крыс при многократном воздействии пестицида циперметрин в сочетании с высокой температурой воздуха и разработка методов их коррекции введением комплекса биологических-активных веществ (БАВ).
Материал и методы исследований. Исследования проводились в жаркий летний период года на 136 нелинейных белых крысах - самцах массой 150 - 180 г, которые были разделены на 2 опытные и 2 контрольные группы.
Опытные группы животных в течение всего периода эксперимента по 4 часа в день оставались под навесом во дворе вивария в условиях температуры воздуха 38 - 41°С. Животным обеих групп вводили пестицид, но в одной из них белые крысы получали комплекс БАВ.
Из двух контрольных животных групп одна группа находилась в условиях температуры воздуха 38 - 41°С. (контроль - 38°С). Вторая группа животных (контроль - 22°С) находилась в виварии в условиях оптимальной температуры воздуха 22 - 24°С.
Опытным животным ежедневно в течение 60 дней вводили в желудок водную эмульсию пестицида циперметрин в дозе 8,6 мг/кг. Вторая опытная группа животных получала в той же дозе циперметрин и комплекс БАВ. (БАВ состоящий из пангамата кальция (5 мг/кг), липоевой кислоты (5 мг/кг), оратата калия (25 мг/кг), отваров плодов шиповника и корня солодки (по 15 г на 200 мл кипятка). Смесь комплекса препаратов вводили в желудок из расчёта 1 мл на 100 г массы тела животных. После окончания опытов крыс декапитировали, быстро извлекали тонкие кишки, промывании холодной дистиллированной водой, остатки содержимого из кишечника удаляли, затем снимали слизистую оболочку, помещали в холодную среду выделения и гомогенизировали. Вся процедура проводилась в условиях холода при температуре 0-4°С.
Изучение показателей углеводно-энергетического обмена включало определение содержания в слизистой оболочке тонкой кишки молочной и пировиноградной кислот, активности глутаматдегидрогеназы (ГДГ), сукцинатдегидрогена-зы (СДГ) [7], малатдегидрогеназы (МДГ), цитохромоксида-зы (ЦХО) [5]. Изучена интенсивность тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования в митохондриях слизистой оболочки тонкой кишки [6].
Митохондрии из слизистой оболочки тонкой кишки выделяли двукратным дифференциальным центрифугированием, методами W.Q.Schneider, С.Н.Н^еЬаоп [11]. Величину дыхательного контроля и отношение АДФ/О рассчитывали по Чансу - Вильямсу; скорость дыхания митохондрий выражали в микроатомах кислорода в 1 мин (мкАО2/мин). Параметры, характеризующие функцио-
нальное состояние митохондрий, регистрировали на поля-рографе LP - 9 с помощью платинового электрода при рН-7,5. Среда инкубации содержала 170 Мм сахарозы, 0,6 Мм ЭДТА, 35 Мм KCl, 7 Мм KH2PO4, 15 Мм трис-HCl PH-7,4. В качестве субстрата использовали а - кетоглутаровую кислоту и сукцинат.
Результаты и их обсуждение. В контрольной группе животных, находящихся в условиях воздействия высокой температуры воздуха, активность митохондриальных ферментов дегидрогеназ - ГДГ, СДГ, МДГ и дыхательного фермента цитохромоксидазы снижалась соответственно до 73,9; 63,7; 92,7 и 88,9%, содержание лактата и пировиноград-ной кислоты в слизистой тонкой кишки повышалось до 118 и 142,9%. У этих животных также было выявлено торможение тканевого дыхания и окислительного фосфолирования в митохондриях тонкой кишки по сравнению с животными контрольной группы, находящихся в условиях оптимальной температуры воздуха. Следовательно, высокая температура воздуха вызывает угнетение активности ферментов трикарбоновых кислот (СДГ, СДГ, МДГ и ЦХО) и скорости тканевого дыхания, в результате чего происходит накопление недоокисленных продуктов гликолиза молочной и пи-ровиноградной кислот в слизистой тонкой кишки.
Пребывание крыс в условиях высокой температуры воздуха при воздействии пестицида циперметрин сопровождалось угнетением активности ферментов цикла трикарбоно-вых кислот - ГДГ и СДГ (на 37 - 33%), МДГ (на 33,0 - 40,2%) и ЦХО (на 32,5 - 25%), начиная с 30 дня и отмечалось до конца эксперимента (60-ый день). (табл. 1). Выявленное нарушение окислительных процессов в митохондриях слизистой тонкой кишки является одной из ранних реакций на хроническое действие циперметрина.
В условиях многократного отравления животных существенные изменения наблюдались в содержании исследованных субстратов: достоверно возросли по отношению к контролю уровни пировиноградной (на 54 - 57% соот-
ветственно на 30 и 60 дни опыта) и молочной (на 24 - 43%) кислот.
При изучении дыхания в митохондриях слизистой оболочки тонкой кишки, выявлено, что при наличии субстратов окисления промежуточных продуктов трикарбонового цикла а - кетоглутаровой кислоты и сукцината интенсивность дыхания и окислительного фосфорилирования после добавления субстратов у животных, получавших токсическую дозу пестицида циперметрин, снижалась (табл. 2). Было установлено снижение скорости дыхания митохондрий (V и V), которые вносят нефосфолирующее окисление. Показатели же, характеризующие фосфорилирующее окисление (У3) были достоверно угнетены. Показатель АДФ/О, характеризующий число пунктов сопряжения при фосфорилирующем окислении использованных субстратов, также был снижен.
Таблица 1
Влияние комплекса БАВ на активность митохондриальных ферментов и содержание пировиноградной и молочной кислот в тонкой кишке при многократном воздействии пестицида циперметрин в условиях высокой температуры воздуха
Дни иссл. Группы Активность ферментов (мкмоль/г.ч) Лактат (ммоль/г) Пируват (мкмоль/г)
ГДГ СДГ МДГ ЦХО
30-60 Контроль 38о Контроль 28о 8,12±0,94 26,4±2,61*** 34,25±2,34 1,20±0,06 2,88±0,15* 139,3±8,86*
10,99±0,55 41,5±1,75 36,95±2,05 1,35±0,08 2,43±0,08 97,5±16,6
30 Циперметрин Циперметрин+БАВ 5,13±0,72** 16,8±2,46** 22,88±2,51** 0,90±0,06** 3,57±0,13** 213,2±17,0**
7,69±0,19** 26,25±3,08* 29,76±2,37 1,22±0,08* 2,92±0,16** 153,0±12,2**
60 Циперметрин Циперметрин+БАВ 5,03±0,32* 17,75±2,60* 20,6±2,03** 0,81±0,06** 3,75±0,12*** 218,5±13,2***
7,52±0,64* 25,9±2,46* 27,53±1,88* 1,05±0,09* 3,17±0,17** 173,7±9,28**
Примечание: Величины Р рассчитаны путем сравнения данных следующих групп животных: 1. Контрольная группа при высокой температуре с контрольной группой при оптимальной температуре. 2. Опытная группа, получавшая - циперметрин, с контролем - 38°С. 3. Опытная группа, получавшая - циперметрин + БАВ, с группой, получавшей только циперметрин.
Достоверность: * - Р<0,05; **- Р < 0,02 - 0,01; *** - Р < 0,002-0,001.
Таблица 2
Влияние комплекса БАВ на тканевое дыхание и окислительное фосфорилирования а - кетоглутаровой кислоты в слизистой оболочке тонкой кишки при отравлении животных циперметрином в условиях высокой температуры воздуха
Дни исследования Группа животных V2 V3 V4 ДК АДФ/О
а - кетоглутаровая кислота
30-60 Контроль 38о Контроль 22о 17,0±0,25 19,5±2,10 26,8±0,99 27,6±1,60 15,2±0,58* 19,0±1,24 1,82±0,24 1,49±0,18 1,52±0,05*** 1,87±0,06
30 Циперметрин Ципер метрин+БАВ 12,0±1,39** 15,2±1,15 19,0±1,10*** 26,4±1,41** 11,4±0,60** 16,2±1,80* 1,79±0,30 1,71±0,20 1,02±0,07*** 1,51±0,17*
60 Циперметрин Циперметрин+БАВ 11,6±0,51*** 16,4±1,06*** 18,6±1,06*** 22,8±1,98 10,8±1,43*** 14,6±1,29 1,95±0,45 1,62±0,09 1,04±0,10*** 1,38±0,14
Сукцинат
30-60 Контроль 38о Контроль 22о 17,0±1,00 20,2±1,92 23,4±1,29 29,8±1,85 13,2±0,76* 19,3±1,40 2,60±0,43* 1,58±0,11 1,45±0,07** 1,92±0,07
30 Циперметрин Циперметрин+БАВ 10,2±1,06** 16,2±1,53*** 17,4±1,08** 26,2±1,71*** 10,6±0,74*** 12,6±1,03 1,69±0,17* 2,35±0,04* 1,04±0,07** 1,40±0,07**
60 Циперметрин Циперметрин+БАВ 8,60±0,51*** 17,6±1,56*** 16,8±1,53*** 22,6±2,30 11,6±1,72 1,40±0,31 1,52±0,19 1,74±0,36 1,04±0,10* 1,36±0,09*
Примечание: Показатели дыхания: V2 - скорость дыхания митохондрий после добавления в среду субстратов окисления (мк АО2/мин.); V3 - скорость дыхания после добавления АДФ; V4- скорость дыхания митохондрий после фосфорилирования добавленной АДФ (мк АО2/мин.); ДК - величина дыхательного контроля; АДФ/О -отношение АДФ к потребляемому кислороду.
Величины Р рассчитаны путем сравнения данных следующих групп животных: 1.Контрольная группа при высокой температуре с контрольной группой при оптимальной температуре. 2. Опытная группа, получавшая - циперметрин, с контролем - 38°С. 3. Опытная группа, получавшая - циперметрин + БАВ, с группой, получавшей только циперметрин. Достоверность: * - Р<0,05; **- Р < 0,02 - 0,01; *** - Р < 0,002-0,001.
При многократном воздействии пестицида на экспериментальных животных при применении субстрата а
- кетоглутаровой кислоты, интенсивность поглощения кислорода в митохондриях слизистой тонкой кишки снижалась до 71% к 30 дню и 68% к 60 дню опыта, скорость фосфорилирования АДФ - до 71 и 69%; скорость дыхания митохондрий после исчерпания АДФ - до 75
- 71% соответственно, ДК оставалась - на уровне показателей контрольной группы.
В условиях высокой температуры воздуха при многократном введение в желудок животных циперметрина в токсических дозах с добавлением к суспензии митохондрий тонкой кишки сукцината на 30 и 60 дни опыта обнаружены изменения интенсивности окислительного фос-форилирования. Интенсивность окисления в состояниях У2 и У4, скорость фосфорилирования АДФ и АДФ/О в митохондриях снижались во всех сроках отравления.
Полученные в данной работе результаты говорят о том, что многократное введение циперметрина приво-
дит к угнетению шунтирующих дыхательных путей окисления, в результате чего наблюдается снижение скоростей нефосфорилирующего дыхания V2 и V4, а также уменьшение скорости дыхания после добавления АДФ и коэффициента АДФ/О.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что при действии циперметрина в условиях высокой температуры воздуха изменяется количество эндогенных субстратов окисления (молочная, пиро-виноградная кислоты) и падает активность соответствующих ферментных систем. Изменения количества эндогенных субстратов, на фоне сдвига в активности дыхательных систем, служат одной из причин изменений тканевого дыхания и окислительного фосфори-лирования при интоксикации пестицидом ципермет-рин в условиях высокой температуры воздуха.
В эксперименте на животных установлено, что при введении предложенного нами комплекса БАВ интоксикации циперметрином протекали более легко. При этом интенсивность этерификации неорганического фосфата
и поглощение кислорода митохондрий слизистой тонкой кишки характеризовались величинами, близкими к показателям у контрольных животных.
По ряду изученных интегральных показателей углеводного обмена при введении комплекса препаратов пангамата кальция, липоевой кислоты, оратата калия, отвара плодов шиповника и корня солодки отмечены положительные сдвиги по сравнению с контролем. В слизистой оболочке тонкой кишки достоверно снижалось содержание пировиноградной и молочной кислот с одновременным увеличением содержания гликогена. Выявлен эффект коррекции ферментативной активности митохондриальных ферментов тонкой кишки, при которой повышалась активность ГДГ, СДГ, МДГ и цитохромаксидазы в слизистой оболочке тонкой кишки.
Выводы:
1. При интоксикации циперметрином у подопытных животных в условиях высокой температуры воздуха наблюдается повышение содержания пировиноградной и молочной кислот, угнетение окислительно-восстановительных ферментов, скорости тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования в слизистой оболочке тонкой кишки.
2. Применение препаратов, содержащих в своем составе комплекс БАВ при интоксикации циперметрином снижало содержание пировиноградной и молочной кислот, активность ферментов цикла трикарбоновых кислот (СДГ, ГДГ, ЦХО), интенсивность дыхания и окисли-
тельного фосфорилирования в митохондриях слизистой оболочке тонкой кишки приближались к норме.
3. Данные исследований свидетельствуют, что предложенный нами комплекс БАВ оказывает коррегирую-щий эффект на углеводно - энергетический метаболизм при хронической интоксикации пестицидом ципермет-рин в условиях высокой температуры воздуха.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алимбаева Н.Т., Мирхамидова П.А., Исабе-кова М.А., Закиряев А., Файзуллаев С.С. Действие остаточных действий каратэ на активность мито-хондриальных ферментов геноцидов. // Узб. биологический журнал - Ташкент, 2005. - № 4 - С. 15
- 19.
2. Алимбаева Н.Т., Химитова Р.А., Мирхами-дова П.М., Тутунджан А.А. Действие каратэ на переходное окисление липидов в митохондриях и микросомах печени. // Узб. биологический журнал
- Ташкент, 2005. - № 6 - С. 34 - 37.
3. Искандеров Т.И., Садиков А.У Механизм развития нарушений метоболических процессов при воздействии пестицидов группы пиретроидов. // Ташкент. 2005.
4. Муминова С.С. Влияние маврика на показатели функции печени у крыс при длительном воздействии. // Охрана окружающей среды и здоровья
человека. Материал научно - практической конференции 2003 - С. 118 - 120.
5. Кливченко Р.С. Определение активности ци-тохром оксидазы // Современные методы в биохимии. - 1971. - С. 45 - 46.
6. Садиков А.У., Хамракулова М.А., Искан-дарова Г.Т. Методы определения окислительного фосфолирования в токсикологии. // Методические рекомендация. Утверждён Минздравом. Республики Узбекистан, Ташкент, 1997.
7. Определение активности сукцинатдегидро-геназы в суспензии митохондрий // Современные методы в биохимии. - 1971. - С. 43 - 45.
8. Хамракулова М.А. К механизму нарушения энергетического процесса в митохондриях слизистой тонкой кишки при воздействии пестицида де-циса // Бюллетень ассоциации врачей Узбекистана. - 2004. - № 3.- С. 95-99.
9. Хамракулова М.А. Коррекция метаболических процессов при интоксикации пестицидами в условиях высокой и оптимальной температуры воздуха // Сб. науч. трудов «Актуальные проблемы экологии и гигиены в Узбекистане».- Ташкент, 1997. - С. 167 - 171.
10. Не F., Sun J., Hak K.et al. Effect of puretroid insecticides on subjects endaded in packadend puretroid. // J. Indus. Med - 1988 - 45. - P. 548 - 551.
11. Shneider W.Q., Hageboon C.H. // J. Biol. Chem., 1950 Vol, 183, Р. 123 - 127.
Khamrakulova M. A., Iskandarov G.T.
Features of toxic action of the pesticide Cipermetrin on bioenergetic processes in mucous coat of small intestine under conditions of air heat and their correction by introduction of a complex
of bioactivators
Institute of Sanitary, Hygiene and Occupational Diseases,, Ministry of Health, Republic of Uzbekistan
At repeated intragastric administration of the pesticide Cipermetrin to white rats in a dose of 8.6.mg/kg under conditions of air heat, a quite typical disturbance in the carbohydrate- energetic exchange was revealed. The intake of a complex of preparations BAS (biologically active substances) at poisoning by Cipermetrin normalizes bioenergetic processes in the mucous coat of the small intestine.
Переработанный вариант статьи поступил в редакцию 05.02 2010 г
