CC BY
169
© ГУСАКОВА Е.А., ГОРОДЕЦКАЯ И.В., 2012
СТРЕСС И ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ ЛИЗОСОМ
ГУСАКОВА Е.А.*, ГОРОДЕЦКАЯ И.В.**
УО ««Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет»,
кафедра общей и физколлоиднойхимии,* кафедра нормальной физиологии**
Резюме. Проведен анализ данных литературы с целью выявления особенностей изменения активности протеолитических ферментов лизосом при стрессе и установления его механизмов.
Обнаружено, что при действии различных раздражителей наблюдается, как правило, повышение активности протеиназ, выраженность которого имеет тканевую специфичность и зависит от вида стрессора.
Механизмами влияния стрессоров на активность протеолитических ферментов являются: 1) снижение стабильности мембран лизосом; 2) подавление активности ингибиторов протеолитических ферментов; 3) нарушение структуры и функционального состояния печени; 4) активация процессов ПОЛ.
Ключевые слова: стресс, протеолитические ферменты лизосом.
Abstract. The analysis of literature data was made to reveal the influence exerted by stressors impact on the activity of lysosomal proteases. It has been found that the action of various stimuli generally leads to the increase of protease activity, the severity of which is tissue specific and depends on the stressor type.
Mechanisms of stressors influence on the activity of proteolytic enzymes are: 1) reduction of lysosomal membranes stability, 2) suppression of protease inhibitors, 3) disturbance of the structure and functional state of the liver, and 4) the activation of lipid peroxidation.
Жизнь и деятельность современного человека связана с постоянным воздействием экстремальных факторов, которое сопровождается негативными эмоциями, перенапряжением психических функций. Поэтому потребность в открытии новых способов повышения устойчивости организма к стрессу значительно возросла. Перспективным направлением таких исследований является уста-
Адрес для корреспонденции: 210023, г.Витебск, пр-т Фрунзе, 27, Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет, кафедра нормальной физиологии. Тел.: 8 (0212) 37-07-54, 24-0892 - Городецкая И.В.
новление механизмов регуляции активности протеолитических ферментов лизосом с учетом доказанного значения стимуляции про-теолиза в генезе стрессорной альтерации [1] для его целенаправленной коррекции.
Состояние, связанное с увеличением активности протеолитических процессов, может сдвигать динамическое равновесие протеаиназы/ингибиторы в организме в сторону протеолитических ферментов.
Исследования последних лет показали, что изменение этого баланса является фактором развития многих видов патологии [2, 3], усугубляет стрессорные нарушения и имеет системные последствия [4]. Однако особенности лизосомальной дисфункции,
вызываемой действием различных раздражителей, и механизмы ее возникновения до сих пор не установлены.
Цель работы - проанализировать влияние, оказываемое воздействием стрессоров на активность лизосомальных про-теолитических ферментов, и раскрыть его механизмы.
Большинство исследователей при стрессе в крови находили возрастание активности ферментов лизосом, прежде всего протеолитических, участвующих не только в полной деструкции белков, в том числе и матричных [5], но и в ограниченном про-теолизе [6]. Увеличение активности протеи-наз наблюдалось при стрессах, вызванных: хирургической операцией [7], геморрагией [8], ожогом [9, 10], а также облучением [11]. Интенсивная травматизация (животные подвергались многочисленным ударам во вращающемся барабане) приводила к значительному повышению интенсивности проте-олиза в крови как неадаптированных, так и резистентных к травме крыс. При этом величина протеолитической активности крови в обеих группах изменялась прямо пропорционально интенсивности травматизации [12].
Охлаждение (помещение крыс в ёмкости с водой при t 5°С) сопровождалось увеличением свободной и относительной свободной активности кислых катепсинов (D и B) в печени, выраженное в различной степени у устойчивых и неустойчивых к холоду животных. Так, при охлаждении в течение 1 часа 20 минут у устойчивых к холоду крыс по сравнению с неустойчивыми относительная свободная активность кислых ка-тепсинов уменьшалась в 1,4 раза, а в течение
2 часов 40 минут - в 1,24 раза [13].
У нетренированных крыс физическая нагрузка (бег на тредмиле в течение 5 дней) вызывала существенное увеличение активности бета-глюкуронидазы, бета-N-ацетилглюкозоаминидазы, арилсульфата-зы, рибонуклеазы, дезоксирибонуклеазы, катепсинов Д и С в поперечно-полосатых мышечных волокнах, особенно - в красных. Тренировка животных повышала активность цитратсинтазы, бета-глюку-ронидазы и катепсина D в обоих ти-
пах волокон, а арилсульфатазы, бета-Ы-ацетилглюкозоаминидазы и катепсина С - только в красных. Истощающая нагрузка (в течение 5 дней) вызывала чрезмерную активацию лизосомальной системы мышечных волокон, приводящую к их некрозу [14]. Активность лизосомальных ферментов в скелетных мышцах мышей (ацилсульфата-зы, катепсинов С и Д, бета-глюкуронидазы) при беге на тредмиле в течение 4 - 9 часов также увеличивалась - в 4 - 5 раз [15].
Многие авторы при стрессе наблюдали возрастание активности сериновых протеиназ, прежде всего трипсина. Гипер-трипсинемия представляет собой неспецифическую реакцию организма на различные стрессовые воздействия. Так, при гипертермии (воздействие 1 50°С в течение 1 часа) активность трипсина в крови крыс увеличивалась в 9,2 раза, при физической нагрузке (принудительное плавание в течение 60 минут) - в 7 раз, при иммобилизации (в течение 1 часа) - в 8,6 раза, при механической травме (компрессия коленных суставов) - в 15,4 раза, при наложении турникетов на оба бедра (в течение 1 часа) - в 10,4 раза, при анафилактическом шоке (через час после внутрибрюшинного введения куриного белка) - в 8 раз, при ожоге (погружение задних конечностей в кипящую воду на 5 секунд) - в 12,4 раза. При турникетном (лапаротомия и окклюзия воротной вены на 30 минут), эндотоксиновом (внутрибрю-шинное введение пирогенала 20мкг/100г), адреналиновом (внутримышечное введение адреналина в дозе 0,1мг/100г) и геморрагическом (дозированное кровопускание в объеме 2,5% массы тела) стрессах активность фермента возрастала в 10,7; 13,3; 19,4 и 11,2 раза соответственно [16].
Однако некоторые исследователи отмечали снижение трипсинподобной протео-литической активности в крови при стрессе, например, вызванном перегреванием крыс (1 40 - 42°С) в течение 30 и 60 минут - на 21% и 64% соответственно [17].
Стресс также оказывает влияние и на изменение активности карбоксильных (ка-тепсин Д и другие) и цистеиновых (катепси-ны В, Н, Ь, С и другие) протеиназ.
Активность катепсина Д в органах и тканях при различных стрессовых воздействиях изменяется неоднозначно. Так, острый стресс вызывал активацию каталитической функции этого фермента в сердце. Но период после стресса сопровождался последовательным уменьшением скорости протеолиза, что можно объяснить, вероятно, изменением конформации фермента [18].
После физической нагрузки (бег в тредмиле со скоростью 34 метров/минуту по 40 минут в течение 10 дней) активность ка-тепсина Д в икроножной мышце возрастала на 61%, в камбаловидной - на 66% [5]. В изменении содержания катепсина В в скелетной и сердечной мышцах при нагрузке наблюдались возрастные особенности: ходьба по беговой дорожке продолжительностью 8 часов с двумя 15 минутными перерывами вызывала у молодых крыс увеличение активности фермента на 5% и 70%, тогда как у старых - только на 3% и 14% соответственно. Физические упражнения повышали активность катепсина В в скелетных мышцах больше, чем в сердечной мышце. Упражнения вызывали более заметный лизосомаль-ный ответ у молодых, чем у стареющих мышей [19].
Разнонаправленное действие стрессоров на активность катепсина В в мышцах крыс наблюдалось при иммобилизации с электрической стимуляцией от одной до трех недель. Так, в камбаловидной мышце активность фермента не изменялась, а в икроножной и переднеберцовой - возрастала [20].
Увеличение активности цистеино-вых протеиназ при стрессе было отмечено в работах ряда авторов. При ожоге 15-20% площади тела возрастала активность ка-тепсинов В, Н, Ь, С в крови крыс [10]. При плавании крыс по 2 часа в течение 10 дней наблюдалось повышение активности ка-тепсинов Ь и Н в сером веществе головного мозга и мозжечке. Это указывает на изменение лизосомального аппарата и определяет особенности развития общего адаптационного синдрома [21]. При физической нагрузке (ходьба крыс по беговой дорожке в течение 5 и 10 дней) было отмечено увеличение
активности катепсина С в четырехглавой мышце бедра [І4]. Также при физической нагрузке (тест «принудительного плавания» в течение 2 часов) повышалась активность катепсина L в ткани сердца крыс [22]. При черепно-мозговой травме в головном мозге возрастала активность катепсина В [23].
Следовательно, при действии различных раздражителей наблюдается, как правило, повышение активности протеолити-ческих ферментов, выраженность которого имеет тканевую специфичность и зависит от вида стрессора, а также от возраста животных.
Возможными механизмами воздействия стрессоров на активность протеиназ могут являться их влияние на:
1) проницаемость мембран лизосом;
2) активность ингибиторов протеоли-тических ферментов;
3) структуру и функциональное состояние печени;
4) интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ).
1. Действие на проницаемость лизосомальных мембран
Установлено, что одной из причин нарушения функций организма при действии различных раздражителей является снижение стабильности мембран лизосом, приводящее к клеточной гибели [24].
Повышение проницаемости мембран лизосом наблюдалось при действии стрессоров различной этиологии [25, 2б].
Охлаждение (помещение в ёмкости с водой при t 5°С) неустойчивых к холоду крыс в течение І часа 20 минут сопровождалось значительным увеличением относительной свободной активности лизосомальных ферментов печени (помимо вышеотмеченных кислых катепсинов): кислой фосфатазы - в І,3 раза по сравнению с интактными животными. По сравнению с устойчивыми к холоду крысами у неустойчивых к холоду возрастала относительная свободная активность b-галактозидазы - в І,5 раза и ДНКазы - в І,3 раза. У устойчивых к холоду крыс при той же длительности охлаждения, пока-
затели как общей, так и свободной и относительной свободной активности лизосомных ферментов печени не отличались от контроля. При гипотермии в течение 2 часов 30 минут у неустойчивых к холоду животных повышалась свободная и относительная свободная активность лизосомных ферментов. У крыс, устойчивых к холоду, возрастали только показатели относительной свободной активности Ь-галактозидазы и ДНК-азы. У неустойчивых к холоду животных по сравнению с устойчивыми увеличивалась относительная свободная активность Ь-галактозидазы - в 1,2 раза, ДНК-азы - в 1,1 раза, кислых катепсинов - 1,2 раза. При охлаждении в течение 2 часов 40 минут относительная свободная активность лизосом-ных ферментов печени у крыс, устойчивых к холоду, не отличалась от контроля. У крыс, неустойчивых к холоду, повышалась относительная свободная активность кислой фосфатазы. Общая активность ферментов лизосом оставалась постоянной или изменялась в меньшей степени. Повышение свободной и относительной свободной активности ферментов лизосом свидетельствует
об увеличении проницаемости лизосомаль-ных мембран печени, вызванном стрессом. Данный эффект неодинаков у крыс с различной устойчивостью к холоду - устойчивые к холоду животные отличаются от неустойчивых более низкой проницаемостью мембран лизосом не только при охлаждении, но и в состоянии нормотермии [13].
Краш-синдром (сдавливание мягких тканей задних конечностей крыс в течение 120 минут) сопровождался нарушением функционального состояния лизосом сердца, печени и почек, проявляющимся в снижении стабильности их мембран. Увеличение неседиментируемой активности лизосомных гидролаз в большей степени наблюдалось в печени, в меньшей - в сердце и почках [27]. Увеличение проницаемости и повреждение мембран лизосом было обнаружено и в коже человека при воздействии УФ излучения [28]. Данные факторы являются одними из стимулов, вызывающих окислительный стресс и свободно-радикальное повреждение, которые играют основную роль в ги-
бели клеток, индуцированной дисфункцией лизосом [2б].
2. Влияние на активность ингибиторов протеолитических ферментов
Известно, что эндогенные ингибиторы являются одним из факторов, контролирующих активность протеиназ, наряду с пространственной разобщенностью фермента и субстрата, синтезом протеолитиче-ских ферментов в форме неактивных предшественников [29].
У разных видов животных основными ингибиторами протеиназ плазмы крови являются a2-макроглобулин ^2-МГ) и ab антитрипсин (abA^ [30, 3І].
a2^r принадлежит к белкам острой фазы, способен ингибировать все известные классы пептидаз. Является высокомолекулярным гликопротеином крови (молекулярная масса 720000 дальтон). Молекула a2^r состоит из 4 идентичных субъединиц, ковалентно связанных в пары дисуль-фидными связями. a2^r образует с протеазами комплексы, которые удаляются из крови в течение 2 минут, поэтому активность этого фермента в сыворотке определяет ее ингибиторные возможности.
a1-AТ - кислотонеустойчивый ингибитор, также относится к белкам острой фазы. Молекулярная масса составляет 54000 дальтон. Период полураспада ab AТ в организме - от 4 до б дней. Функциональная роль этого фактора определяется способностью ингибировать активность се-риновых протеиназ. Обеспечивает 90% ан-титриптической активности плазмы крови. Контролирует состояние свертывающей и фибринолитической систем, иммунных реакций, синтез и распад биологически активных белков, пептидов, гормонов.
При действии стрессоров наблюдаются разнонаправленные изменения активности ингибиторов протеиназ. Так, при облучении, вызванном гамма-излучением, было отмечено возрастание активности a1-AТ в крови крыс [ІІ]. Кратковременное интенсивное перегревание также повышало активность a1-AТ в крови [32]. В тоже время,
другие авторы не обнаружили изменения активности а1-АТ в плазме крови крыс при нагревании (1 35°С в течение 180 минут) [33]. При общей управляемой гипертермии (разогревание крыс до уровня ректальной температуры 43,5°С при погружении в горячую воду с 1 45°С) минимальное значение а1-АТ в крови наблюдалось через 5 часов, а максимальное - на 3 сутки. В лимфе активность а1-АТ была существенно повышена на протяжении всего эксперимента [34].
Активность а2-МГ в крови крыс увеличивалась при гипотермии (1 0°С в течение 60, 180 и 360 минут), особенно через 60 мин после начала охлаждения. Через 180 минут активность а2-МГ была повышена на 40% [33]. В тоже время, гамма-излучение вызывало уменьшение активности а2-МГ [35].
При гипертермии (1 40 - 42°С) активность а1-АТ в крови крыс не изменялась после 30 минут и снижалась на 22% через 60 минут. Изменения активности а2-МГ в этих условиях были двухфазными: повышение -на 12% через 30 минут и уменьшение - на 23% через 60 минут [17]. При турникетном шоке в крови пациента происходило уменьшение активности а2-МГ и увеличение активности а1-АТ [36]. При стрессе, вызванном действием чужеродных начал или повреждением тканей (стресс эндогенного происхождения), концентрация ингибиторов протеиназ в крови резко увеличивалась [31], что может быть связано с повышением их синтеза, как это было обнаружено в печени крыс и мышей [30]. При заболеваниях или травмах у человека (и у некоторых животных) значительно увеличивалось содержание а1-АТ в крови, в то время как уровень а2-МГ возрастал несущественно или уменьшался [31].
Следовательно, при действии стрессоров различной природы происходит изменение активности эндогенных ингибиторов протеиназ, направленность и величина которого зависят от фазы стресс-реакции и вида стрессового воздействия.
Известно, что биосинтез а2-МГ и а1-АТ происходит, в основном, в печени. Поэтому одной из причин изменения активности протеиназ в крови может быть нарушение пластической функции этого органа.
3. Воздействие на структуру и функции печени
В силу своих функциональных и морфологических особенностей указанный орган является объектом поражения при действии стрессоров различной природы.
Так, установлено, что острый стресс вызывает выраженные деструктивные изменения гепатоцитов. При гипертермии у крыс (1 42°С в течение 30 минут) обнаружено увеличение объема ядер на 26% и цитоплазмы на 64% в перипортальной и в цен-тролобулярной зонах ацинуса и снижение этих показателей в перивенулярной зоне, а также повышение количества погибших гепатоцитов на 11%, в большей мере в пе-ривенулярной зоне, возрастание числа дву-ядерных гепатоцитов до 22% [37].
При стрессе ограничения подвижности (6-часовая иммобилизация крыс) было отмечено появление зон гидропической дистрофии, уменьшение количества нормальных клеток и содержание коллагена в ткани печени [38].
Увеличение объемной доли клеток в состоянии дистрофии (в 12,6 раза) после указанного воздействия было показано и другими авторами [39], обнаружившими и постстрессовую динамику таких изменений. В период времени до 3 суток после иммобилизации возрастало число мелких и больших гепатоцитов, уменьшалась объемная доля средних и двуядерных клеток. После 3 суток этот показатель, напротив, повышался. Начиная с 5 суток, увеличивалось и количество гепатоцитов средних размеров, что говорит об активации процесса диффе-ренцировки клеток. Число двуядерных клеток возрастало при быстром снижении доли мелких и больших клеток. Т.е. стабилизация процессов разрушения и появление признаков восстановления начинались с 5 суток. С
7 по 14 сутки наступала фаза резистентности, характеризующаяся репарацией ультраструктуры печени. Тем не менее, к окончанию эксперимента (14 сутки) объемная доля дистрофически измененных гепатоцитов превышала группу контроля в 2,4 раза.
Другие авторы также отмечали динамику альтерации и восстановления структуры печени - при иммобилизационном стрессе у крыс максимальное повреждение наблюдалось в конце стадии тревоги, а в стадию резистентности паренхима восстанавливалась в 3 раза быстрее, чем строма [40].
Через 39 часов после окончания иммобилизации крыс, продолжавшейся в течение 6 часов, в паренхиме печени наблюдались множественные очаги некроза (их доля составляла 75% объема ткани). В сохранившихся клетках были отмечены выраженные дистрофические изменения (в основном, баллонная дистрофия). Число двуядерных гепатоцитов сокращалось в 2 раза. Возле очагов некроза появлялись мелкие клетки. Это говорит о разрушении зрелых гепато-цитов к концу стадии тревоги и об активном размножении оставшихся клеток, которые восстанавливали разрушенную паренхиму. Через 96 часов после окончания иммобилизации в паренхиме печени отмечались более явные признаки репарации: объемная доля очагов некроза снижалась в 1,2 раза, вокруг них появлялись новообразованные гепато-циты, количество двуядерных клеток увеличилось почти до исходного уровня [41].
При агрессивной встрече самцов крыс (в течение 3 часов) был обнаружен некроз единичных гепатоцитов на периферии печеночной дольки через 3 часа после эксперимента. После 8 часов - появлялись большие некротические области, которые наблюдались у трех из пяти животных [42].
Одни авторы отмечали появление инфильтрации паренхимы при стрессе (агрессивная встреча самцов крыс в течение 3 часов) [42], а также периваскулярной лейкоцитарной инфильтрации (6-часовая иммобилизация крыс) [41]. Другие исследователи, напротив, не наблюдали таких изменений (иммобилизация крыс в течение 6 часов) [39].
Также значительным нарушениям при стрессе подвергается система кровообращения печени. При термическом ожоге (воздействие тепла на участок кожи крыс в поясничной области диаметром 2 см в течение 5 секунд) были зарегистрированы дистро-
фические изменения структуры эндотелио-цитов лимфатических капилляров и сосудов портальных трактов - вакуолизация цитоплазмы, снижение концентрации цитоплазматических органелл и микропиноцитозных везикул, появление открытых контактов между эндотелиальными клетками, а также некроз эндотелиоцитов кровеносных капилляров [43]. Некоторые авторы отмечали в печени венозное полнокровие, расширение синусоидных капилляров и увеличение объемной доли сосудистого русла (в 1,5 раза) (6-часовая иммобилизация крыс) [41], признаки разрушения гемато-лимфатического барьера, нарушения крово- и лимфообращения (нагревание крыс до ректальной температуры 43,5°С) [44]. Другие исследователи не наблюдали изменений со стороны кровообращения в печени (иммобилизация крыс в течение 6 часов) [39].
При гипертермии (воздействие t 42°С в течение 30 минут) у крыс увеличивалась объемная плотность лизосом в печени, а их численная плотность снижалась на 12%, происходило уменьшение объемной и поверхностной плотности митохондрий [37].
Острый стресс вызывал также усиление аутофагоцитоза. Такие изменения отмечались у крыс при введении кортизола, резерпина, голодании, перерезке спинного мозга, погружении в горячую воду, принудительной мышечной работе во вращающемся барабане, действии холода [45], а также при инъекции мышам адреналина, глюкагона и кортизола [46].
Наиболее выраженные изменения в печени развивались при действии хронических стрессовых факторов. Повреждение и разрушение гепатоцитов обнаружено при действии постоянного магнитного поля на крыс (по 6 часов с индукцией 100 мТл в течение 7 дней) [47], облучении мышей (в течение 4, 10 и 21 дня) [48], гипертермии (воздействие t 38°C на крыс по 4 часа в течение 2-8 дней [49] и нагревание животных дважды через 24 часа до достижения ректальной температуры 41°С и продолжение теплового воздействия в течение 30 минут [50]), иммобилизации крыс (по 6 часов в течение 14 суток) [39].
Следствием разрушения клеток печени в условиях действия различных стрессоров является повышение активности в крови аланинаминотрансферазы и аспар-татаминотрансферазы - важнейших показателей тяжести поражения печени. Такое увеличение было обнаружено при действии внешнего облучения и радионуклидов у пострадавших после аварии на ЧАЭС [51], а также при гипертермии у крыс (1 40 - 42°С в течение 30 и 60 минут) [52].
После длительного воздействия экстремальных факторов Антарктиды на крыс в течение 7 - 45 суток наблюдалась пространственная реорганизация клеток печени (разобщенность органелл) [53].
Также при хроническом стрессе в печени были отмечены и другие структурные и функциональные нарушения: деструкция и нарушение барьерной функции эндотелиальных клеток капилляров (действие постоянного магнитного поля на крыс с индукцией 100 мТл по 6 часов в течение 7 дней) [47], возрастание полнокровия органа и лейкоцитарная инфильтрация (6-часовая иммобилизация крыс в течение 14 суток) [39], усиление аутофагоцитоза (облучение мышей в течение 4, 10, 21 дней) [48].
Выраженность вызванных стрессом структурных преобразований в печени прямопропорционально зависит от силы стрессора. Так, показано ее нарастание при увеличении силы температурных воздействий (гипертермия X 40, 42, 44 и 46°С в течение 20 минут). При более низких температурах (40 или 42°С) тепловой стресс способствовал пролиферации гепатоцитов, повышал эффективность метаболизма в печени мышей, но при этом наблюдались некроз и апоптоз гепатоцитов. При более высоких температурах (44 или 46°С) некротические и апоптоти-ческие изменения увеличивались, а пролиферативные процессы подавлялись [54].
При изучении морфологических изменений в печени при стрессе были отмечены и возрастные различия. Так, после гипертермии (нагревание животных дважды через 24 часа до достижения ректальной температуры 41°С и продолжение теплового воздействия в течение 30 минут) у старых
крыс обнаруживались более значительные изменения структуры органа. Через 2 и 6 часов после стресса у молодых животных наблюдались клеточная вакуолизация и небольшое синусоидальное расширение, у старых крыс эти изменения были более выраженными. Самые значительные поражения печени у молодых крыс наблюдались через 12 часов, которые характеризовались умеренными изменениями и после 24 часов переходили в легкую форму. В группе старых животных через 12 часов наблюдался тяжелый уровень повреждений, который после 24 часов еще больше увеличивался (инфильтрация моноцитов, вакуолизация цитоплазмы гепатоцитов и обширный некроз во всех зонах печени) [50].
Вызванные воздействием стрессоров нарушения ультраструктуры печени могут быть связаны: во-первых, с усилением окислительного стресса [50]; во-вторых, с уменьшением источников энергии и пластических резервов [53]; в-третьих, с повреждением бе-локсинтезирующего и энергетического аппаратов (дезорганизацией крист и матрикса в митохондриях, их разрушением), нарушением углеводного и липидного обменов, как это было обнаружено в гепатоцитах крыс на
3 сутки после гипертермии (нагревание до уровня ректальной температуры 43,5°С) [44]; в-четвертых, с описанными выше нарушениями кровообращения печени.
Следовательно, при действии на организм стрессирующих факторов наблюдаются деструкция и некроз гепатоцитов, их пространственная реорганизация, изменения структуры и кровенаполнения синусоидных капиляров, а также воспалительная инфильтрация паренхимы печени. Кроме этого, обнаружены нарушения всех видов обмена, белоксинтезирующего и энергетического аппаратов клеток. Изменения гистоструктуры печени зависят от стадии стресс-реакции, силы воздействия и возраста животных.
Структурные изменения указанного органа оказывают влияние на его функциональное состояние. Так, при комбинированном действии на организм внешнего облучения и инкорпорированных радионуклидов у лиц, пострадавших в результате аварии на
ЧАЭС (за период 1987-1990), изменялась экскреторная функция печени, что приводило к возрастанию средних показателей билирубина и его фракций в крови. Нарушалась также и липидсинтезирующая функция: увеличивались средние значения бета-липопротеидов и тимоловой пробы. В 1989-1990 гг. эти показатели у большинства обследованных находились в пределах контрольных значений, однако у 16-24% они оставались повышенными в 2,2-1,4 раза. В то же время у 45-56% лиц было обнаружено резкое снижение содержания бета-линопро-теидов и общего холестерина в сыворотке крови (в 1,7-1,5 раза) [51].
При стрессе страдает и белоксинтези-рующая функция печени. Так, гипертермия (1 40 - 42°С в течение 30 и 60 минут) приводила к повышению в крови крыс концентрации общего белка и снижению - альбумина [17]. При указанном воздействии нарушалась и детоксикационная функция печени, о чем свидетельствует увеличение продолжительности наркотического сна, степени токсичности крови и содержания средних молекул в плазме [18, 52].
Таким образом, воздействие стрессоров изменяет функциональное состояние печени, ее протеиногенную, липидную, пигментную, детоксикационную активность, а также степень активности ферментов с различной субклеточной локализацией.
4. Действие на ПОЛ
Как правило, воздействие стрессоров вызывает активацию этого процесса. Так, показано увеличение скорости ПОЛ и уровня малонового диальдегида (МДА) в печени мышей (иммобилизация по 2 часа в течение 3 дней) [55]. В печени крыс также повышалось содержание МДА (6 часовая иммобилизация) [56]. Такое же воздействие приводило к усилению процессов ПОЛ и в крови крыс, что проявлялось возрастанием концентрации промежуточных и конечных продуктов: ацилгидроперекисей и МДА через 39 часов и 4 суток [57]. Иммобилизация вызывала увеличение уровня промежуточных продуктов ПОЛ в миокарде старых
и молодых крыс, причем их накопление в сердце старых животных было значительно выше, чем у молодых [58]. При гипертермии (1 40 - 42°С в течение 60 минут) наблюдалось повышение содержания основных продуктов ПОЛ: в печени крыс количество ДК увеличивалось на 16% и 21% через 30 и 60 минут, а в плазме крови - на 100% через 60 минут перегревания. Содержание МДА в печени возрастало на 39% и 81%, в крови - на 60% и 98% [17]. Хронический стресс (скученное содержания крыс по 18 особей в клетках размером 20х30х40 см в течение 1, 2 и 3 месяцев) сопровождался прогрессирующей по мере увеличения его продолжительности интенсификацией ПОЛ в периодонте (уровень ДК повышался на 20, 44 и 67%, МДА - на 24, 33 и 41%), обусловленной возрастанием скорости этого процесса (на 34, 53 и 75%) [59]. В то же время, при гипокинезии (в течение 3 часов в индивидуальных клетках-пеналах) происходило снижение интенсивности ПОЛ в мозге крыс - содержание МДА уменьшалось на 24% [60].
Неоднозначно изменялась и активность антиоксидантной системы. Так, в эритроцитах крыс при холодовом (1 5°С по 15 минут в течение 15 дней) и иммобилизацион-ном стрессах (обездвиживание по 15 минут в течение 15 дней) активность супероксид-дисмутазы (СОД) увеличивалась, а глута-тионпероксидазы (ГП) - снижалась, как и содержание восстановленного глутатиона (08И). При совместном действии стрессоров (холодового и иммобилизационного) активность ГП и уровень 08И уменьшались, а активность СОД - повышалась [61]. При иммобилизации крыс (по 180 минут в течение 15 дней) активность СОД увеличивалась в мозге, печени, почках, а в сердце и желудке - снижалась. Активность каталазы (КАТ) повышалась в мозге, почках и сердце, и падала - в печени и желудке. Активность ГП снижалась в мозге и почках, но увеличивалась в сердце и желудке. Во всех тканях уровень 08И уменьшался [62]. Активность СОД и КАТ в периодонте после 1 месяца стресса (скученное содержания крыс по 18 особей в клетках размером 20х30х40 см) возрастала на 21 и 20%, после 2 незначительно
падала - на ІІ и 5%, после 3 снижалась более существенно - на 3І и 2б% [59].
При гипертермии (t 40 - 420С в течение б0 минут) происходило снижение ан-тиоксидантной защиты в печени и крови крыс, оцениваемой по активности КAТ и содержанию a-токоферола [І7]. Иммобилизация крыс (в течение б часов) вызывала уменьшение активности СОД, КAТ и GSH в печени [5б] и КAТ в крови (по 2 часа в течение 3 дней) [57].
Следовательно, действие стрессоров, как правило, приводит к активации процессов ПОЛ и снижению антиоксидантной защиты организма, которое зависит от вида ткани, возраста животного и продолжительности воздействия.
Заключение
Таким образом, на основании анализа данных литературы установлено, что вызываемый сдвиг динамического равновесия в лизосомальном аппарате в сторону про-теолитических ферментов имеет тканевую специфичность, зависит от вида стрессора и возраста животных.
Выявлено, что механизмами влияния стрессоров на активность протеолитиче-ских ферментов являются: І) снижение стабильности мембран лизосом; 2) подавление активности ингибиторов протеиназ; 3) нарушение структуры и функционального состояния печени; 4) активация процессов ПОЛ.
Литература
1. Регуляторные пептиды и ферменты их обмена в молекулярных механизмах развития стресс-реакции / М.Т. Генгин [и др.] // Нейрохимия -2000. - № 2. - С.83-92.
2. Патогенетические основы развития остеопороза (экспериментальное исследование) / О.В. Фала-меева [и др.] // Сб. науч. тр., носв. б0-летию Саратовского НИИТО «Aктуальные вопросы травматологии, ортопедии и вертебрологии». - 2005.
- С.106-107.
3. A crucial role for MMP-2 in osteocytic canalicular formation and bone metabolism К / K. Inoue [et al.] // J. Biol. Chem. - 200б. - Vol. 281, № 44. - P. 33814-33824.
4. Cathepsin K and matrix metalloproteases activities in bone tissue of the OXYS and Wistar rats during the development of osteoporosis / A.A. Venediktova [et al.] // Biochemistry Supplement Series B: Biomedical Chemistry. - 2009. - Vol. 3, № 4. - P. 393-398.
5. Carmeli, E. Cathepsin D and MMP-9 activity increase following a high intensity exercise in hind limb muscles of young rats / Е. Carmeli, Т. Haimovitz, E.C. Nemcovsky // J. Basic Clin. Physiol. Pharmacol. - 2007. - Vol. 18, № 1. - Р. 79-86.
6. Локшина, Л.А. Роль лизосомальных протеиназ в деструкции тканей / Л.А. Локшина, Н.И. Соловьёва, В.Н. Орехович // Вопросы мед. химии.
- 1987. - № 5. - С. 38-43.
7. Macfarlane, R.G. Fibrinolysis following operation / R.G. Macfarlane // Lancet. - 1937. - Vd. 232, №
1. - P. 10.
8. The occurrence of fibrinolysis in shock, with observations on prothrombin time and plasma fibrinogen during hemorrhagic shock / H. J. Tagnon [et al.] // Am. J. M. Sc. - 1946. - Vd. 211. - Р. 88.
9. Камаев, М.Ф. Изменение протеолитической активности крови у больных острой ожоговой токсемией / М.Ф. Камаев, В.В. Ващук // Проблемы гематологии и переливания крови. - 1976. - № 8.
- С. 20-22.
10. Insulin suppresses the increased activities of lysosomal cathepsins and ubiquitin conjugation system in burn-injured rats / V. Solomon [et al.] // J. Surg. Res. - 2000. - Vol. 93, № 1. - Р. 120-126.
11. Kirpichenok, L.N. The joint action of nitrates and gamma radiation on the blood plasma proteinase-inhibiting and antioxidative systems in rats / L.N. Kirpichenok, L.G. Gidranovich, V.P. Kheidorov // Radiats Biol. Radioecol. - 1997. - Vol. 37, № 3. - Р. 297-302.
12. Beard, S. Effect of trauma on rat serum proteolic activity / S. Beard, J. Hampton // Am. J. Physiol. -1963. - Vd. 204, - №3. - Р.405-407.
13. Северина, Т.Г. Влияние острой иммерсионной гипотермии на температуру тела и активность лизосомных ферментов печени устойчивых и неустойчивых к холоду крыс / Т.Г. Северина, А.И. Кубарко // Медицинский журнал. - 2009. - Т. 28, № 2. - С. 112-115.
14. Vihko, V. Exhaustive exercise, endurance training, and acid hydrolase activity in skeletal muscle / V. Vihko, A. Salminen, J. Rantamaki // Int. J. Med. sport. - 1984 - Vol. 5, № 3. - Р. 152-155.
15. Salminen, A. Lysosomal changes related to exercise injuries and training-induced protection in mouse skeletal muscle / A. Salminen, K. Hongisto, V. Vihko // Acta Physiol. Scand. - 1984. - Vol. 120, № 1. - Р. 15-19.
16. Сувернев, А.В. Основы безопасности пиковой гипертермии (Первое сообщение) /А.В. Сувернев; Сибирский научн.-исслед. ин-т гипертер-
мии. - Новосибирск; Академическое из-во «Гео», 2007. - 125 с.
17. Шуст, Л.Г. О роли а1-антитрипсина в патогенезе гипертермии / Л.Г. Шуст, Ф.И. Висмонт // Здравоохранение. - Минск, 2007. - С. 14-15.
18. Iakushev, V.S. Kinetic properties of rat heart cathepsin D under normal conditions, during emotional-pain stress and in the post-stress period / V.S. Iakushev, N.V. Krisanova // Ukr. Biokhim. Zh.
- 1991. - Vol. 63, № 5. - Р. 57-62.
19. Salminen, А. Lysosomal changes related to ageing and physical exercise in mouse cardiac and skeletal muscles / А. Salminen, Н. Kainulainen, V. Vihko // Cell. and mol. life sciences. - 1982. - Vol. 38, № 7. -Р. 781-782.
20. Savolainen, J. Acid and alkaline proteolytic activities of cast-immobilized rat hind-limb muscles after electric stimulation / J. Savolainen // Arch. Phys. Med. Rehabil. - 1987. - Vol. 68, № 8. - Р. 481-485.
21. Chernaia, V.I. Structural/functional changes in the brain lysosomal-vacuolar apparatus related to chronic emotional stress / V.I. Chernaya, L.F. Pedan, G.I. Zozulya // Neurophysiology. - 1999. - Vol. 31, № 4. - Р. 292-293.
22. Lyanna, O.L. The role of biological activity of hydrohumate, produced from peat, in formation of adaptive response of rats under influence of chronic stress / O.L Lyanna, V.I Chorna. L.M Stepchenko // EGU General Assembly, 19-24 April 2009. - Mode of access: http://meetings.copernicus.org/egu2009. -Date of access: 15.02.2012.
23. Cathepsin B contributes to traumatic brain injury-induced cell death through a mitochondria-mediated apoptotic pathway / C.L Luo [et al.] // J. Neurosci. Res. - 2010. -Vol. 88, № 13. - Р. 2847-2858.
24. Boya, P. Lysosomal membrane permeabilization in cell death / P. Boya, G. Kroemer // Oncogene. - 2008.
- Vol. 50, № 27. - Р. 6434-6451.
25. Коровкин, Б.Ф. Активность кислых гидролаз и проницаемость мембран лизосом кардиомиоци-тов и гепатоцитов при экспериментальных состояниях / Б.Ф. Коровкин, Э.Д. Полякова, Н.С. Стволинская // Вопр. мед. химии. - 1987. - Т. 33, № 5. - С. 33-38.
26. Oxidative stress and autophagy in the regulation of lysosome-dependent neuron death / V.N. Pivtoraiko [et al.] // Antioxid. Redox Signal. - 2009. - № 11. - Р. 481-496.
27. Чавдарь, И.А. Состояние перекисного окисления липидов и лизосом сердца, печени и почек при чрезмерном стрессовом воздействии: автореф. дис. ... канд. мед. наук: 14.00.17 / И.А. Чавдарь; Гос. мед. ун-т. - Кишинев, 1992. - 23 с.
28. Johnson, B.E. Lysosomes and the reactions of skin to ultraviolet radiation / B.E. Johnson, F. Daniels / J. Invest. Dermatology. - 1969. - Vol. 53. - Р. 85-94.
29. Barrett, A.J. The handbook of proteolytic enzymes / A.J. Barrett, N.D. Rawlings, J.F. Woessner - 2nd
ed. - «Academic press», 2003.
30. Three high molecular weight proteinase inhibitors from rat plasma. Isolation. Characterization and acute phase changes / K. Lonberg-Holm [et al.] // J. Biol. Chem. - 1987. - Vol. 262. - P. 438-445.
31. Cytokine binding and clearance properties of proteinase activated a2-macroglobulin / J. LaMarre [et al.] // Lab. Invest. - 1991. - Vol. 65. - P. 3-14.
32. Гурин, В.Н. Терморегуляция и биологически активные вещества крови / В.Н. Гурин, А.В. Гурин.
- Мн.: «Бизнесофсет», 2004. - 216 с.
33. Мардас, Д.К. Роль м-холинорецепторов в регуляции баланса системы протеолиза при тепловом стрессе / Д.К. Мардас, В.Н. Никандров // Функциональные системы организма в норме и при патологии : сб. науч. тр. / РИВШ; науч. ред. В. С. Улащик, А. Г. Чумак. - Минск, 2008. - С. 147 - 151.
34. Астафьева, К.А. Состояние системы протеина-зы-ингибиторы в плазме крови и лимфе крыс при общей управляемой гипертерми: материалы Междунар. 68-й научн. студ. конф. им. Н.И. Пирогова, Томск, 20-22 апреля, 2009 г. / РАМН под ред. В.В. Новицкого, Л.М. Огородовой. -Томск, 2009.
35. Proteinase inhibitors of the blood plasma in the early period of the development of acute radiation sickness in monkeys / E.A. Zherbin [et al.] // Radiobiologiia. -1987. - Vol. 27, № 2. - 250-253.
36. Horl, M. Protein catabolism and tourniquet shock: the role of proteolytic enzymes / M. Horl, W.H. Horl, A. Heidland // Chirurg. - 1982. - Vol. 53, № 4. - Р. 253-257.
37. Антонова, Е.И Стромально-паренхимные и уль-трамикроскопические проявления первичной компенсаторно-приспособительной реакции печени млекопитающих после гипертермии. / Е.И. Антонова // Современные проблемы экспериментальной и клинической медицины: материалы V научн. междунар. конф., Таиланд, 2008 / Фунд. исследования. - 2008. - № 1. - С. 138-140.
38. Влияние фактора роста гепатоцитов на стресс-индуцированные изменения структуры печени / Корозин В.И. [и др.] // Курский научно-практический вестник. Человек и его здоровье. - 2011. - №
4. - С. 50-55.
39. Морфологические изменения в печени при стрессе [Электронный ресурс] / А. Зарубин, О.Н. Шашкова. - Режим доступа: http://www. rae.ru/forum2011/pdf/1994.pdf. - Дата доступа: 15.07.2012.
40. Структура печени у крыс в динамике иммоби-лизационного стресса / И.С. Выборова [и др.] // Сибирский медицинский журнал. - 2005. - Т. 52, № 3. - С. 30-33.
41. Удвал, X. Структура печени при стрессе и введении арабиногалактана / X. Удвал, Л.С Васильева, И.С. Выборова // Сибирский медицинский
журнал. - 2004. - Т. 48, № 7. - С. 22-23.
42. Liver injury after an aggressive encounter in male mice / O. Sanchez [et al.] // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. - 2007. - Vol. 293, № 5. - Р. 1908-1916.
43. Бгатова, Н.П. Коррекция структурно-функциональной организации печени в условиях термического ожога кожи / Н.П. Бгатова, В.П. Кокшарова // Механизмы функционирования висцеральных систем: материалы III Всерос. Конф. с междунар. участием, посвящ. 175-летию со дня рождения Ф.В. Овсянникова, Санкт-Петербург, 29 сентября - 1 октября 2003 г. / Рос. академия наук; редкол. А.Д. Ноздрачев. - Санкт-Петербург, 2003. - С. 33-34.
44. Карелина С. В. Структурные изменения в печени и регионарных лимфатических узлах после воздействия высокой температуры и коррекции мелатонином (экспериментальное исследование) : автореф. ... канд. мед. наук: 03.00.25 / С. В. Карелина. - Новосибирск, 2009. - 27 с.
45. Salas, M. Liver ultrastructure during acute stress / M. Salas, B. Tuchweber, P. Kourounakis // Pathol. Res. Pract. - 1980. - Vol. 167, № 2-4. - Р. 217-233.
46. Shkurupii, V.A. Morphologic study of the effects of acute stress and the separate administration of «adaptive hormones» on mouse hepatocytes / V.A. Shkurupii // Tsitol Genet. - 1988. - Vol. 22, № 4. - Р. 3-8.
47. Галантюк, С.И. Ультраструктурные и гистохимические изменения в печени при действии постоянного магнитного поля и протекторном применении галаскорбина: автореф. дис. . канд. биол. наук: 03.00.11 / С.И. Галантюк. - Терно-поль, 1982. - 23 с.
48. Shkurupii, V.A. Morphometric research on the structural changes in the liver of mice undergoing multiple exposures to a stress factor / V.A. Shkurupii // Biull. EKSP. Biol. Med. - 1985. - Vol. 100, № 12.
- P. 748-751.
49. Sharma, R.K. Morphological & morphometric studies on liver in rats subjected to repetitive heat stress / R.K. Sharma // Indian. J. Med. Res. - 1997. -Vol. 106. - P. 20-26.
50. Heat-induced liver injury in old rats is associated with exaggerated oxidative stress and altered transcription factor activation / H. J. Zhang [et al.] // FASEB J. -2003. - Vol. 17, № 15. - Р. 2293-2295.
51. Оценка функционального состояния печени у лиц, пострадавших в результате аварии на ЧАЭС / А.С. Зверкова [и др.] // Врачебное дело. - 1998. -№ 2. - С. 28-29.
52. Висмонт, Ф.И. Роль детоксикационной функции
печени и йодсодержащих гормонов щитовидной железы в процессах теплообмена и тепловой устойчивости при перегревании / Ф.И. Висмонт, М.А. Глебов // Военная медицина. - 2011. -№ 3.
- С. 89-92.
53. Морфометрическая характеристика гепатоцитов при адаптации к экстремальным факторам Антарктиды / Шмерлинг М.Д. [и др.] // Морфология. - 2008. - Т. 134, №6. - С. 46-50.
54. Systematical analysis of impacts of heat stress on the proliferation, apoptosis and metabolism of mouse hepatocyte / S.Q. Li [et al.] // J. Physiol. Sci. - 2012. -Vol. 62, № 1. - Р. 29-43.
55. Мамонтова, Е.В. Влияние иммобилизационного стресса и a- токоферола на процесс перекисного окисления липидов у молодых самцов белых мышей / Е.В. Мамонтова, Д.Л. Теплый // Соврем. наук. технологии. - 2006. - № 2 - С. 38-39.
56. Zaidi, S.M. Effects of antioxidant vitamins on glutathione depletion and lipid peroxidation induced by restraint stress in the rat liver / Zaidi S.M., T.M. Al-Qirim, N. Banu // Drugs R. D. - 2005. - Vol. 6, №
3. - Р. 157-165.
57. Солин, А.В. Протективное действие опиоидных пептидов на изменения в системе перекисное окисление липидов - антиоксидантная защита при иммобилизационном стрессе / А.В. Солин, Ю.Д. Ляшев // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 1. - С. 10.
58. Shvets, V.N. Lipid peroxidation in adult and aged rat heart under immobilization stress / V.N. Shvets, V.V. Davydov // Biomed. Khim. - 2003. - Vol. 49, №
2. - Р. 117-121.
59. Городецкая, И.В. Влияние тиреоидных гормонов на изменения перекисного окисления липидов, вызванные острым и хроническим стрессом / И.В. Г ородецкая, Н.А. Кореневская // Весц НАН Беларусь Сер. мед. навук. - 2010. - № 1. - С. 78-84.
60. Перекисное окисление липидов, содержание свободных аминокислот в мозге крыс при гипокинетическом стрессе на фоне экспериментального гипотиреоза / И.В. Романовский [и др.] // Медицинский журнал. - 2006. - № 4. - С. 82-84.
61. Influences of different stress models on the antioxidant status and lipid peroxidation in rat erythrocytes / S. Gumu§lu [et al.] // Free Radic. Res. -2002. - Vol. 36, № 12. - Р. 1277-1282.
62. Sahin, E. Immobilization stress in rat tissues: alterations in protein oxidation, lipid peroxidation and antioxidant defense system / E. Sahin, S. Gumu§lu // Comp. Biochem. Physiol. & Toxicol. Pharmacol. - 2007. - Vol. 144, № 4. - Р. 342-347.
Поступила 31.08.2012 г. Принята в печать 03.12.2012 г.
