Состояние эритроцитарных мембран при нитритной гипоксии и ультрафиолетовом облучении Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК:591.3.615

СОСТОЯНИЕ ЭРИТРОЦИТАРНЫХ МЕМБРАН ПРИ НИТРИТНОЙ ГИПОКСИИ И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОМ ОБЛУЧЕНИИ

© 2011 Д.У. Черкесова, А.И. Рабаданова

Дагестанский государственный университет, г. Махачкала

Поступила в редакцию 12.05.2011

Изучена кислотная резистентность эритроцитов крыс при нитритной гипоксии и УФ-облучении. Показано, что нитритная гипоксия сопровождается левым сдвигом эритрограммы и повышением доли низкостойких эритроцитов, что свидетельствует о деструктивных изменениях в популяции эритроцитов. УФ облучение сопровождается компенсаторными изменениями в популяции эритроцитов, связанными с правым сдвигом эритрограммы и увеличением доли высокостойких эритроцитов.

Ключевые слова: нитриты, гипоксия, эритроциты, крысы, ультрафиолетовое облучение

Накопление ксенобиотиков различной природы в биосфере создает угрозу для живых организмов. В этой связи одним из приоритетных направлений современной биологической науки является изучение реакции организмов на воздействие токсикантов, способы профилактики и коррекции. К числу распространенных токсикантов среды обитания относятся нитросоединения (нитраты, нитриты, N-нитрозамины, окись азота), поступление которых в организм возможно алиментарным и ингаляционным путем [1, 11]. Превышение предельно допустимых концентраций нитратов, нитритов в пищевых продуктах, воздухе, воде может привести к поражению людей, а иногда и их гибели. Большую угрозу представляет также накопление концерогенных нитрозами-нов [14]. Первичные изменения при действии нитритов на организм обнаруживаются в крови. Проникая через мембрану эритроцитов, нитриты вызывают метгемоглобинемию, которая сопровождается развитием гемической и гистотоксической гипоксии [1]. Нитриты инициируют процессы свободнорадикального окисления с вовлечением белковых и липид-ных компонентов клеточных мембран. Деструктивные процессы мембран эритроцитов приводят к нарушению их проницаемости, устойчивости к кислотному гемолизу, развитию аутгемолитических процессов и выходу эрит-роцитарных ферментов в плазму крови. Естественным экологическим фактором, оказывающим благотворное влияние на организм, является ультрафиолетовое облучение

Черкесова Дилара Улубиевна, кандидат биологических наук, профессор кафедры анатомии, физиологии, гистологии. E-mail: [email protected] Рабаданова Амина Ибрагимовна, кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры анатомии, физиологии, гистологии. E-mail: ashty06@mail. ru

(УФ-облучение), которое используется в защитных целях при воздействии различных стрессовых факторов, однако сведения об использовании этого вида излучения в целях защиты при нитритной интоксикации практически отсутствуют.

Цель работы: изучение кислотной резистентности эритроцитов и активности каталазы в сыворотке крови при нитритной и УФ-облучении.

Материалы и методы. Опыты проводили на белых крысах весом 180-200 г, содержащихся в условиях вивария на обычном рационе в весенний период года. Животные были разделены на группы: 1 группа - интактные животные; 2 группа - крысы, которым внутри-брюшинно вводили нитрит натрия в дозе 5 мг/100 г., эта доза вызывает нитритную гипоксию средней тяжести; 3 группа - животные, подвергавшиеся УФ-облучению в режиме возрастающих биологических доз (максимальная доза 63 эр/м2) в течение 7 дней; 4 группа - животные, которым вводили нитрит натрия после УФ-облучения. В каждой группе использовали по 10 животных. В нужный момент у животных забирали кровь. В плазме крови определяли кислотную резистентность эритроцитов [10] и активность каталазы [8]. Полученные результаты подвергали статистической обработке по методу малой выборки [9].

Результаты и их обсуждение. Результаты исследования представлены на рис. 1 и табл. 1, 2. Как следует из наших данных кислотная эритрограмма интактных животных отличается от эритрограмм животных опытных групп.

Начальные участки эритрограммы отражают предгемолизные изменения эритроцитов с переходом в сферическую форму, что приводит к изменению оптической плотности. Учитывая, что при патологии возможно появление

группы низкостойких эритроцитов, гемолиз которых может повлиять на величину оптической плотности, связанной с предгемолизными изменениями, мы сочли возможным не исключать начального участка из расчета. Продолжительность эритрограммы интактных животных составляет 5,5 мин, она имеет одну вершину и указывает на однородность эритроцитарной популяции, соответствующей нормобластическому

типу кроветворения. Вершина пика эритро-граммы располагается на четвертой минуте. В этой точке гемолизирует 39,4% эритроцитов. Доля эритроцитов с минимальной стойкостью в интервале 0,5-3 мин составляет 6,3%, эритроциты со средней стойкостью в интервале 3,5-4,5 мин составляет 76,0% и максимальной стойкостью в интервале от 5,0-19,4%.

время (мин)

-"-2 д 3 * 4

Рис. 1. Кислотные эритрограммы: 1 - интактные животные, 2 - на следующий день

после введения нитрита натрия (5 мг/100г); 3 - многократное УФ-облучение; 4 - на следующий день после введения нитрита натрия УФ-облученным животным.

Таблица 1. Показатели кислотной резистентности эритроцитов крыс при нитритной итоксикации и УФ-облучении (M±m, n =10)

Группы показателей Контроль Нитрит натрия УФ-облучение УФ-облучение + нитрит натрия

время начала ге- 1,5±0,0003 0,5±0,02* 3,5±0,4 3,5±0,1

молиза (мин)

время окончания 5,0±0,1 3,0±0,09* 13,0±0,2* 13,0±0,5

гемолиза (мин)

пик кислотной 4,0±0,8 2,5±0,03* 5,0±0,06* 4,5±0,6

эритрограммы

низкостойкие 6,3±0,5 91,5±3,8* 1,2±0,4* 0,8±0,06

эритроциты (%)

среднестойкие 76,0±1,2 8,0±1,7* 28,6±1,9* 42,8±1,2

эритроциты (%)

высокостойкие 19,4±0,9 - 67,2±1,3* 64,7±2,1

эритроциты (%)

Дестабилизация эритроцитарных мембран при воздействии различных экстремальных факторов сопровождается выходом эрит-роцитарных ферментов в плазму крови. В наших опытах показано, что через час после введения нитрита натрия в дозе 5 мг/100 г. массы тела активность каталазы в сыворотке крови возрастает на 66,2%. Повышение активности

эритроцитарного фермента в сыворотке крови свидетельствует о развитии гемолитических процессов в эритроцитах и согласуется с данными [13] подавления активности каталазы в эритроцитах при введении нитрита натрия и развитии гемической гипоксии. Высокий уровень активности каталазы в сыворотке крови

сохраняется и на следующий день после перенесенного нитритного стресса (табл. 2).

Таблица 2. Активность каталазы (мкмоль/мг/мин) в сыворотке крови при нит-ритной интоксикации и УФ облучении (п=10)

Варианты опытов Активность каталазы в сыворотке крови

интактные животные 0,74±0,03

через час после введения нитрита натрия 1,23±0,03*

на следующий день после воздействия нитрита натрия 1,13±0,04*

после семидневного УФ облучения 1,16±0,02*

на следующий день после воздействия нитрита натрия, животным, подвергшимся УФ облучению 1,34±0,01"

Примечание:* - достоверные различия по отношению к контролю; ** - достоверные различия по отношению к УФ облученным животным

Эритрограмма следующего дня характеризуется левым сдвигом и сокращением времени гемолиза эритроцитов. Вершина пика эритрограммы животных этой группы располагается на 2,5 минуте. К этому времени гемо-лизирует 47,7% эритроцитов. Доля эритроцитов с низкой стойкостью составляет 91,5%, доля среднестойких - 8,0%. Точка минимальной резистентности эритроцитов составляет 1,5 мин, максимальной резистентности - 3,5 мин. Различие интервалов стойкости эритроцитов контрольной и опытной группы животных составляет 2 минуты. Это свидетельствует о том, что наиболее многочисленная группа эритроцитов в крови контрольных животных имеет большую стойкость, чем основная группа эритроцитов животных, подвергшихся воздействию нитрита натрия.

Снижение стойкости эритроцитов при нитритной гипоксии возникает в общем комплексе реакций организма на тканевую гипоксию, вследствие активации перекисного окисления липидов [4]. Гипоксия сопровождается изменением пластических свойств мембраны эритроцитов, снижение ее ригидности. Эритроциты могут принимать форму эхиноцитов, стоматоцитов, нарушается К+/Ка+ градиент, активность фермента [2]. Снижение кислотной резистентности эритроцитов, смещение основного пика влево и сокращение длительности гемолиза в результате физико-химической модификации эритроцитарных мембран и их

дестабилизации обнаружено при воздействии различных токсикантов [3]. Учитывая защитные возможности УФ-облучения в следующей серии опытов нами исследовались кислотная резистентность и активность каталазы в сыворотке крови после облучения в режиме возрастающих биологических доз.

Под влиянием УФ-облучения в клетках крови усиливается экспрессия и активность целого ряда мембранных рецепторов, антигенов, активности ферментов, изменяются многие свойства самой мембраны - ее деформируемость, проницаемость для ионов, газов, метаболитов [12], улучшаются реологические свойства крови и микроциркуляция, усиливается оксигенация крови. Вместе с тем одним из эффектов УФ излучения на молекулярном уровне является повышение интенсивности перекисного окисления липидов (ПОЛ), которое может происходить как непосредственно из-за увеличения оксигенации крови, так и благодаря усилению образования фотоиндуци-рованных свободных радикалов. Однако активация процессов ПОЛ при действии физиологических доз УФ-облучения, сопровождается адекватным или несколько большим усилением активности ферментов антиоксидантной защиты, что является проявлением адаптоген-ного и стимулирующего действия облучения [7].

Нами показано, что под воздействием УФ-облучения происходит значительное повышение активности каталазы в сыворотке крови (в 2,2 раза). Очевидно, увеличение активности фермента в сыворотке крови происходит в результате активации биосинтеза и повышения его уровня в эритроцитах. Кислотная эритрограмма крыс после УФ-облучения обнаруживает сдвиг вправо и появление второго пика, связанного с выбросом в кровеносное русло высокостойких эритроцитов, хотя эрит-роцитарная популяция в целом неоднородна. Точка минимальной резистентности приходится на 3,5 мин, точка максимальной резистентности - на 13,5 мин. Максимум вершины первого пика эритрограммы приходится на 5 минуту, при котором гемолизируют 21% эритроцитов, максимум второго пика - на 13 минуту, к этому времени гемолизирует 30% эритроцитов. Таким образом, наиболее многочисленная группа эритроцитов в крови облученных животных имеет большую стойкость, по сравнению с необлученными животными. Появление дополнительного максимума справа от основного, смещение точки минимальной резистентности эритроцитов до 3,5 минуты, растяжение левого крыла эритрограммы первой вершины свидетельствуют о повышении устойчивости эритроцитарных мембран при УФ-облучении. Особенности эритрограммы УФ-

облученных животных очевидно являются следствием стимулирующего воздействия УФ лучей на процессы гемопоэза.

Эритрограмма животных, которым вводили нитрит натрия после многократного УФ-облучения незначительно изменяется. Эритрограмма имеет также две вершины, однако максимум первой вершины смещен влево к 4,5 минуте, очевидно в результате гемолиза старых эритроцитов. Точка минимальной резистентности сохраняется на 3,5 мин, несколько увеличивается количество эритроцитов со стойкостью 4 минуты. Точка максимальной резистентности составляет также 13,5 мин, при этом максимум второй вершины несколько ниже и число эритроцитов, подвергшихся гемолизу к 13 мин составляет 23%. Увеличение активности каталазы в сыворотке крови происходит в меньшей степени, чем при нитритной интоксикации у необлученных животных.

Выводы: УФ-облучение благотворно влияет при нитритной интоксикации. Вместе с тем неоднородность эритроцитарной популяции при использованной схеме облучения свидетельствует лишь о начальных этапах адаптивных изменений в системе крови. Эти изменения еще не приводят к появлению однородной популяции эритроцитов и дают основание для дальнейших исследований.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Ажипа, Я.И. Экологические аспекты загрязнения окружающей среды нитритами и нитратами / Я.И. Ажипа, В.П. Реутова, П.П. Каюшин // Физиология человека. 1990. Т.16. № 3. С. 131-145.

2. Вельтищев, Ю.Е. Биологически активные метаболиты мембранных глицерофосфолипидов в норме и при патологии / Ю.Е. Вельтищев, Э.А. Юрьева, Е. С. Воздвиженская // Вопросы мед. химии. 1987. № 2. С. 2-8.

3. Голенда, И.Л. Способ определения функционального состояния организма по степени резистентности крови к кислотному гемолизу / И. Л. Голенда, А.И. Голенда, В.И. Иванов и др. // Патент на изобретение РФ № 2179315 от 10.02., 2002.

4. Владимиров, Ю.А. Биологические мембраны и незапрограммированная смерть клеток // Соросов. образоват. журн. Биология. 2000. №9. С. 2-9.

5. Владимиров, Ю. А. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах / Ю.А. Владимиров, А.И. Арчаков. - М.: Наука, 1972. С. 248.

6. Воложин, А.И. Адаптация и компенсация - универсальный биологический механизм приспособлений / А.И. Воложин, Ю.К. Субботин. - М.: Медицина. 1987. 176 с.

7. Карандашев, В.И. Ультрафиолетовое облучение крови / В.И. Карандашев, Е.Б. Петухов. - М.: Медицина, 1997. 224 с.

8. Королюк, М.А. Метод определения активности каталазы / М.А. Королюк, Л.К. Иванова, И.Г. Майорова, В.А. Токарева // Лаб. Дело. 1988. № 4. С. 44-47.

9. Лакин, Т.Б. Биометрия. - М.: Высшая школа, 1990. 352 с.

10. Леонова, В.Г. Анализ эритроцитарных популяций в онтогенезе человека. - Новосибирск: Наука, 1987. С. 241.

11. Нагнибеда, Н.М. Изменение активности симпато-адреналовой системы в условиях острой гемиче-ской гипоксии // Физиол. журнал, 1987. Т. 33. №4. С. 124-145.

12. Самойлов, Г.А. Фотобиологические процессы в клетках и плазме крови и их роль в лечебно-оздоровительном действии УФ-излучения / Г.А. Самойлов, И.Г. Дуткевич // В кн. Механизмы влияния облученной УФ-лучами крови на организм. - М.: Наука, 1986. С. 155-178.

13. Шугалей, В. С. Влияние интоксикации нитритом натрия на активность ферментов антиоксидант-ной защиты в эритроцитах // Укр. биох. ж., 1992. Т. 64. №2. С. 111-114.

14. Newberne, P.M. Significance of environmental nitrates, nitrites and nitrosamines / P.M. Newberne, K.M. Nauss // Trace Subst.Environ. Health - XIV. Proc. 14th Ann / Conf., Columbia, Miss. 1980. P. 3-15.

CONDITION OF ERYTHROSYTE MEMBRANES AT NITRITE HYPOXIA AND ULTRA-VIOLET IRRADIATION

© 2011 D.U. Cherkesova, A.I. Rabadanova

Dagestan State University, Makhachkala

Acid erythrosyte resistance in rats at nitrite hypoxia and UV-irradiation are studied. It is shown that nitrite hypoxia is accompanied by the left shift of erythrogramm and share increase of low resistance eryth-rosytes that testifies about destructive changes in erythrosytes population. UV-irradiation is accompanied by compensatory changes in erythrosytes population, connected with the right shift of erythrogramm and share increase of high resistance erythrosytes.

Key words: nitrites, hypoxia, erythrosytes, rats, ultra-violet irradiation

Dilara Cherkesova, Candidate of Biology, Professor at the Department of Anatomy, Physiology and Histology. E-mail: [email protected] Amina Rabadanova, Candidate of Biology, Senior Lecturer at the the Department of Anatomy, Physiology and Histology. E-mail: [email protected]