CC BY
56
Биология
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2014, № 2 (1), с. 112-115
УДК 612.74/.535-22:615.831.6
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ КРАСНЫЙ СВЕТ КАК ФАКТОР, РЕГУЛИРУЮЩИЙ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ КРЫС МОЩНЫМ ЛАЗЕРОМ
© 2014 г. А.П. Баврина,1 В.А. Монич,1 С.Л. Малиновская/
В.В. Борзикое,2 О.О. Баринов,1 К.О. Миронова1
'Нижегородская государственная медицинская академия ^Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского
Поступила в редакцию 24.01.2014
Исследованы активность глутатион^-трансферазы и содержание продуктов окислительной модификации белков в сыворотке крови и мышечной ткани крыс после воздействия высокоинтенсивным светом лазера. Обнаружены уменьшение активности фермента и увеличение содержания продуктов окислительной модификации белков. Последующее облучение образцов низкоинтенсивным широкополосным красным светом привело к реактивации глутатион^-трансферазы и снижению уровня продуктов окисления. Сделан вывод, что низкоинтенсивный широкополосный красный свет может препятствовать развитию окислительного стресса в образцах биологических тканей, подвергшихся высокоинтенсивному световому воздействию.
Ключевые слова: окислительная модификация белков, глутатион^-трансфераза, красный свет, лазер.
Лазерный свет видимого и инфракрасного излучения широко применяется в промышленности и медицине. Все более доступными становятся лазеры, генерирующие излучение с интенсивностями порядка десятых долей и даже единиц Ватт на квадратный сантиметр. Свет столь высоких интенсивностей может вызвать в организме человека и животных серьезные альтерации, такие как нарушения деятельности ЦНС, сердечно-сосудистой системы, эндокринных желез, свертывание крови, повреждение глаз, кожи, генетические изменения, головную боль, расстройства сна, слабость [1].
В связи с этим актуальной задачей представляется поиск средств, позволяющих снизить эффекты высокоинтенсивных световых потоков.
Известно, что одними из важнейших показателей состояния организма в норме и при патологии являются уровни продуктов свободнорадикального окисления и активность ферментов антиоксидантной защитной системы. Для оценки этих характеристик проводятся исследования содержания продуктов перекисного окисления липидов и белков, а также активности антиок-сидантных ферментов. Одним из ферментов, активность которых может использоваться для оценки статуса антиоксидантной системы организма, является глутатион^-трансфераза (^Т) - фермент, ответственный за конъюгацию сульфгидрильной SH2 группы с атомами С, К,
S, О молекул ксенобиотиков. ^Т катализирует реакцию глутатиона с различными алифатиче-
скими, ароматическими, эпоксидными и гетероциклическими радикалами экзогенных повреждающих веществ и участвует в формировании защиты биологических клеток от воздействия активных форм кислорода [2].
Имеются данное о том, что широкополосный красный свет обладает способностью реактивировать антиоксидантные ферменты и, таким образом, снижать продукцию активных форм кислорода, повреждающих различные структуры клетки при альтерации организма [3]. Обнаружение модификации активности ^Т при облучении образцов биологических тканей широкополосным светом могло бы расширить представления о механизмах светового воздействия на живые организмы.
Цель данного исследования — изучение механизмов влияния широкополосного красного света на процессы свободнорадикального окисления в сыворотке крови и в мышечных тканях крыс после облучения животных высокоинтенсивным лазерным светом видимого спектра.
Материалы и методы
Исследования проводились на беспородных белых крысах массой 180-250 грамм, которые были разделены на 3 группы. Первую группу (контрольная группа) составили 10 крыс, получивших локальное облучение лазерным светом с длиной волны 671 нм и мощностью 50 мВт. Ин-
Таблица 1
Содержание продуктов ОМБ (ед. оп. пл./г белка) в мышечной ткани бедра контрольной ______и опытной групп лабораторных животных в сравнении с интактной группой___________________
Длина волны Интактная группа животных Контрольная группа животных Опытная группа животных Фактическая величина допустимого уровня значимости р
356 нм 0.520±0.07 1.037±0.14* 0.691±0.23*** 0.005 (*) 0.01 (***)
363 нм 0.466±0.06 0.994±0.30* 0.387±0.11*** 0.04(*) 2.0110-5 (***)
370 нм 0.571±0.07 2.186±0.13* 1 115±0 19**’ *** 3.6110-5 0.03 (**) 3.8410-5 (***)
430 нм 0.330±0.06 0.818±0.06* 0.480±0.11*** 0.01 (*) 0.044 (***)
530 нм 0.102±0.08 0.595±0.08* 0.149±0.03*** 0.001 (*) 2.9510-5 (***)
Примечание: * - статистически значимые различия между интактной и контрольной группами (р < 0.05); ** - статистически значимые различия между интактной и опытной группами (р < 0.05);
*** - статистически значимые различия между контрольной и опытной группами (р < 0.05).
тенсивность излучения лазера в месте светового пятна составила 0.55 Вт/см2, время экспозиции каждого поля - 5 минут (зона облучения была разделена на 9 полей площадью 1 мм2).
Вторая группа (опытная группа) включала 10 крыс, получивших локальное облучение внутренней поверхности бедра по схеме животных контрольной группы и, после этого, три последовательных сеанса воздействия низкоинтенсивным широкополосным красным светом (один раз в сутки, в течение двадцати минут). Интенсивность широкополосного света в зоне светового пятна составила 5 мВт/см2. В эксперименте использовался свет сверхяркого светодиода с максимумом спектрального диапазона 630 нм и шириной на полувысоте 20 нм.
Третью группу лабораторных животных (ин-тактная группа) составили 10 крыс, не подвергавшихся облучению.
Забор мышечной ткани бедра и сыворотки крови производился на третьи сутки во всех группах животных.
Интенсивность свободнорадикального окисления в мышечной ткани и сыворотке крови лабораторных животных оценивали по содержанию продуктов окислительной модификации белков (ОМБ): алифатических альдегид- и кетон-
динитрофенилгидразонов нейтрального и основного характера. Исследование ОМБ проводили по количеству карбонильных производных (по методу Е.Е. Дубининой) [4]. По данным автора метода, при 356 и 363 нм регистрируются алифатические альдегид-динитрофенилгидразоны нейтрального характера, при 370 нм - алифатические кетон-динитрофенилгидразоны нейтрального характера, при 430 и 530 - алифатические альдегид- и кетон-динитрофенилгидразоны основного характера.
Состояние антиоксидантной системы оценивали по активности ^Т. Анализ активности ^Т проводили по скорости образования глута-тион^-конъюгатов между восстановленным
глутатионом и 1-хлор-2,4-динитробензолом по методу W.H. Habig [5].
Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета прикладных программ для обработки биологической и медицинской информации Biostat 4.3, Microsoft Exeel. Распределение полученных результатов отличалось от нормального, поэтому для определения различий между группами был использован непараметрический критерий Фишера. Достоверными считались различия прир < 0.05. Результаты представлены в виде М±о, где М - среднее значение, а о - среднее квадратичное отклонение.
Результаты и их обсуждение
При анализе продуктов ОМБ в сыворотке крови и мышечной ткани лабораторных животных установлено, что воздействие высокоинтенсивным излучением лазера сопровождается статистически значимым повышением содержания продуктов окисления в биоматериале (контрольная группа) (р < 0.01), а последующее облучение низкоинтенсивным широкополосным красным светом (опытная группа) вызывает снижение этих продуктов до уровней, близких к данным для интактной группы по многим показателям (табл. 1, 2). В табл. 1 и 2 содержание продуктов ОМБ (алифатические альдегид-и кетон-динитрофенилгидразоны нейтрального и основного характера) указано в соответствии с длинами волн, на которых у данных продуктов наблюдается максимум поглощения. Статистически значимое снижение содержания продуктов ОМБ в мышечной ткани бедра опытной группы животных свидетельствует об активации антиоксидантной системы организма. По-видимому основным фактором, приводящим к повышению активности антиоксидантных ферментов после облучения крыс мощным лазером,
Таблица 2
Содержание продуктов ОМБ (ед. оп. пл./г белка) в сыворотке крови контрольной
и опытной групп лаборато рных животных в сравнении с интактной группой
Длина волны Интактная группа животных Контрольная группа животных Опытная группа животных Фактическая величина допустимого уровня значимости р
356 нм 0.890±0.06 1.096±0.08* 1.061±0.08** 0.05 (*) 0.05 (**)
363 нм 0.806±0.02 0.976±0.09* 0.934±0.06** 0.05 (*) 0.05 (**)
370 нм 0.632±0.02 0.808±0.08* 0.780±0.05** 0.04(*) 0.05 (**)
430 нм 0.276±0.01 0.434±0.03* 0.395±0.01** 0.04(*) 0.03 (**)
530 нм 0.049±0.009 0.164±0.01* 0.051±0.01*** 0.001 (*) 0.03 (***)
Пояснения - под табл. 1
Таблица 3
Активность ^Т (моль/л-мин) в сыворотке крови контрольной и опытной групп ____________лабораторных животных в сравнении с интактной группой________________________
Интактная Контрольная Опытная Фактическая величина
Фермент группа группа группа допустимого уровня
животных животных животных значимости р
ГБТ 23.8±2.6 15.5±2.9* 24.1±5.0** 0.005 (*) 0.00267 (**)
Примечание: * - статистически значимые различия между интактной и контрольной группами (р < 0.05);
** - статистически значимые различия между контрольной и опытной группами (р < 0.05).
является последующее облучение широкополосным красным светом. При этом эффект снижения продуктов ОМБ более явно наблюдался при исследовании непосредственно облученной лазерным излучением и широкополосным красным светом мышечной ткани, чем при изучении опосредованно облученной сыворотки крови.
Исследование ^Т в сыворотке крови лабораторных животных контрольной группы продемонстрировало статистически значимое снижение активности фермента (р < 0.01) (табл. 3). Данный эффект, по-видимому, связан с угнетением антиоксидантной системы в тканях, подвергшихся высокоинтенсивному световому воздействию. При исследовании ^Т в сыворотке крови опытной группы наблюдалось статистически значимое увеличение активности фермента по сравнению с контрольной группой (р < 0.01), при этом активность ^Т в сыворотке крови увеличилась на 55.5%. Кроме того, из табл. 3 видно, что различия между интактной и опытной группами отсутствуют, что свидетельствует о нормализации активности антиоксидантного фермента после воздействия на образец низкоинтенсивным красным светом. Реактивация ^Т в опытной группе, по нашему мнению, вызвана дополнительным синтезом металлсодержащих антиоксидантных ферментов, таких как супер-оксиддисмутаза, каталаза и т.д., имеющих спектр поглощения в красной области видимого света, в ответ на воздействие низкоинтенсив-
ным красным светом [6]. Данный процесс является одним из существенных компонентов механизма общего повышения активности анти-оксидантной системы организма в ответ на облучение низкоинтенсивным красным светом.
Это предположение подтверждается тем, что между количеством продуктов ОМБ и активностью ^Т в сыворотке крови как контрольной, так и опытной группы наблюдалась корреляция. В контрольной групп корреляция между содержанием продуктов ОМБ и активностью ^Т была положительной и имела среднюю силу (0.7 для алифатических кетон-динитрофенилгидразонов нейтрального характера и 0.6 для алифатических кетон-динитрофенилгидразонов основного характера). В опытной группе корреляция между данными параметрами оказалась отрицательной и имела слабую силу (от 0.3 до 0.4 для всех продуктов). Ранее сходные результаты были получены в опытах по последовательному воздействию гамма-излучением и широкополосным красным светом на мышечную ткань лабораторных животных [7].
Заключение
Исследование продуктов ОМБ и активности ^Т является важным для определения уровня окислительного стресса. Воздействие высокоинтенсивным лазерным излучением приводит к снижению активности антиоксидантной защиты
и активации свободнорадикальных процессов, выражающихся в повышении уровня продуктов ОМБ. Полученные результаты свидетельствуют о повышении уровня продуктов ОМБ и снижении активности TST в сыворотке крови и мышечной ткани животных после облучения высокоинтенсивным лазерным светом. Последующее облучение той же области низкоинтенсивным широкополосным красным светом приводит к снижению количества продуктов ОМБ в сыворотке крови и, в особенности, в мышечной ткани бедра крыс. Наблюдаемый эффект может быть связан с повышением активности антиок-сидантных ферментов, в том числе rST, под действием широкополосного красного света.
Список литературы
1. Владимиров Ю.А. Три гипотезы о механизме действия красного (лазерного) света. М.: НИИ физ.-хим. медицины, 1994. С. 23-35.
2. Cao K., Stack D.E., Ramanathan R. et al. Synthesis and structure elucidation of estrogen quinones conju-
gated with cysteine, N-acetylcysteine, and glutathione // Chem. Res. Toxicol. 1998. V. 11. P. 908-916.
3. Баврина А.П., Монич В.А., Малиновская С.Л. и др. Эффекты последовательного воздействия гамма-излучением и низкоинтенсивным красным светом на мышечные ткани крыс // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2013. № 2 (1).
С. 113-117.
4. Дубинина Е.Е., Бурмистров С.О., Ходов Д.А. Окислительная модификация белков сыворотки крови человека, метод ее определения // Вопросы медицинской химии. 1995. № 41. С. 24-26.
5. Медицинские лабораторные технологии / Под ред. А.И. Карпищенко. СПб.: Интермедика, 2002. Т. 2. 400 с.
6. Monich V., Drngova O., Lazukin V., Bavrina A. Low-power light and isolated rat hearts after ischemia of myocardium // J. Photochemistry and Photobiology. 2011. V. 105. P. 21-24.
7. Баврина А.П., Монич В.А., Ермолаев В.С. и др. Фотомодификация свободнорадикального окисления в мягких тканях крыс после воздействия ионизирующей радиацией // Вестник новых медицинских технологий. 2012. № 3. С. 173-174.
BROADBAND RED LIGHT AS A FACTOR REGULATING FREE RADICAL OXIDATION AFTER EXPOSURE OF RAT MUSCLE TISSUES TO POWERFUL LASER
A.P. Bavrina, V.A. Monich, S.L. Malinovskaya, V.V. Borzikov, O.O. Barinov, K.O. Mironova
A decrease in glutathione S-transferase activity and an increase in the content of protein oxidative modification products have been detected in rat blood serum and muscle tissues after exposure to high-intensity laser light. A further exposure of the samples to low-intensity broadband red light led to reactivation of glutathione S-transferase and a decrease in the level of oxidation protein products. It was concluded that low-intensity broadband red light can hinder the development of oxidative stress in biological tissues exposed to high-intensity light.
Keywords: protein oxidative modification, glutathione S-transferase, red light, laser.
References
1. Vladimirov Yu.A. Tri gipotezy o mekhanizme dejstviya krasnogo (lazernogo) sveta. M.: NII fiz.-him. mediciny, 1994. S. 23-35.
2. Cao K., Stack D.E., Ramanathan R. et al. Synthesis and structure elucidation of estrogen quinones conjugated with cysteine, N-acetylcysteine, and glutathione // Chem. Res. Toxicol. 1998. V. 11. P. 908-916.
3. Bavrina A.P., Monich V.A., Malinovskaya S.L. i dr. Ehffekty posledovatel'nogo vozdejstviya gamma-izlucheniem i nizkointensivnym krasnym svetom na my-shechnye tkani krys // Vestnik Nizhegorodskogo universite-ta im. N.I. Lobachevskogo. 2013. № 2 (1). S. 113-117.
4. Dubinina E.E., Burmistrov S.O., Hodov D.A. Okisli-tel'naya modifikaciya belkov syvorotki krovi cheloveka, metod ee opredeleniya // Voprosy medicinskoj himii. 1995. № 41. S. 24-26.
5. Medicinskie laboratornye tekhnologii / Pod red. A.I. Karpishchenko. SPb.: Intermedika, 2002. T. 2. 400 s.
6. Monich V., Drugova O., Lazukin V., Bavrina A. Low-power light and isolated rat hearts after is-chemia of myocardium // J. Photochemistry and Photobiology. 2011. V. 105. P. 21-24.
7. Bavrina A.P., Monich V.A., Ermolaev V.S. i dr. Fotomodifikaciya svobodnoradikal'nogo okisleniya v myagkih tkanyah krys posle vozdejstviya ionize-ruyushchej radiaciej // Vestnik novyh medicinskih tekh-nologij. 2012. № 3. S. 173-174.
