CC BY
50
УДК 577.158.334.16:[615.9:547.562.33]-092.9 © Э.Ф. Аглетдинов, Ф.Х. Камилов, Е.К. Алехин, 2007
Э.Ф. Аглетдинов, Ф.Х. Камилов, Е.К. Алехин ТОКСИЧЕСКОЕ ПОРАЖЕНИЕ ПОЛИХЛОРБИФЕНИЛАМИ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОПРОДУКЦИИ СЕМЕННИКОВ КРЫС В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
ГОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет Росздрава», г. Уфа
Изучены некоторые токсические эффекты полихлорированных бифенилов на репродуктивную систему крыс-самцов. Полученные данные свидетельствуют о развитии тяжелого энергетического дефицита в тканях семенников. Обнаружено значительное снижение концентрации АТФ в гомогенате семенников экспериментальных животных, а также нарушение окисления энергетических субстратов (сукцината, а-кетоглутарата и пирувата) в митохондриях, выделенных из семенников. Выявленные сдвиги могут вносить существенный вклад в патогенез нарушений мужской фертильности в условиях интоксикации ПХБ.
Ключевые слова: полихлорированные бифенилы, крысы, мужской, яички, мужское бесплодие.
E.F. Agletdinov, F.KH. Kamilov, Ye.K. Alekhin THE TOXIC INJURY OF ENERGY-PRODUCTION IN TESTES OF RATS, TREATED WITH POLYCHLORINATED BIPHENYLS
The toxic effects of the polychlorinated biphenyls to the reproductive system of male rats are studied. Obtained data testify the heavy energy insufficiency in testes tissues. The considerable reduction of ATP concentration in homogenate of the testes of experimental animals is discovered. The intensity of the oxidation of succinate, a-ketoglutarate, pyruvate in the mitochondria, isolated from the testes, were also decreased. These results indicating that the energy-depended mechanisms may play an important role in the reproductive toxicity of polychlorinated biphenyls.
Key words: polychlorinated biphenyls, rats, male, testis, male infertility.
Одной из глобальных проблем современности является химическое загрязнение окружающей среды [2]. В настоящее время в биосфере циркулирует колоссальное количество новых высокотоксичных веществ, с которыми организм человека не сталкивался в процессе эволюции и, очевидно, не обладает совершенными механизмами обезвреживания и поддержания гомеостаза.
Среди прочих экотоксикантов наибольшую опасность представляют так называемые стойкие органические загрязнители (СОЗ), подлежащие по инициативе ООН уничтожению и запрещению к производству и применению (Стокгольмская конференция о СОЗ, 2001). Это группа из 12 высокотоксичных и весьма устойчивых соединений, способных к трансграничному переносу на большие расстояния и кумуляции в объектах геосферы и живых организмах [8].
В состав этой группы токсикантов входят полихлорированные бифенилы (ПХБ) -отдельный класс галогенированных углеводородов. ПХБ обладают широким спектром биологического Действия и даже в очень малых концентрациях могут приводить к серьезным нарушениям нервной, иммунной и гормональной систем, вызывать канцерогенные и мутагенные эффекты [4, 5, 6, 7, 9].
Особую актуальность приобретает проблема влияния агрессивных факторов внешней среды на мужскую репродуктивную систему. В то же время имеющиеся данные о влиянии ПХБ на генеративную функцию че-
ловека и животных противоречивы и не дают исчерпывающего представления о молекулярных механизмах репротоксического действия этих соединений.
В условиях воздействия токсикантов одной из существенных причин повреждения и гибели клеток является развивающаяся недостаточность энергообеспечения, связанная, с одной стороны, с повышенным расходом энергии (работа систем детоксикации, активация транспортных АТФаз для компенсации шунтовых потоков ионов в поврежденных участках биомембран и др.) и с другой - недостаточным синтезом макроэргов в клетке (повреждение митохондриальных мембран, патология ферментов биологического окисления, в том числе дыхательной цепи митохондрий, нарушение окислительного фосфорили-рования) [3].
Вместе с тем исследования состояния процессов энергопродукции в тканях семенников при интоксикации полихлорбифенила-ми весьма малочисленны, что диктует необходимость детального изучения указанных процессов для разработки принципов коррекции и профилактики патологических изменений.
В связи с этим целью настоящей работы стала оценка некоторых функциональных свойств митохондрий семенников крыс в условиях интоксикации полихлорбифенилами.
Материал и методы
Экспериментальные исследования выполнены на 72 белых беспородных крысах-
самцах половозрелого возраста массой 180220 г. Животные содержались в стандартных условиях вивария.
Экспериментальную интоксикацию вызывали внутрижелудочным введением раствора «Совол», включающего 26% тетра-, 64,6% пента-, 9% гексахлорбифенилов и следовые количества гептахлорбифенилов. По-дострое отравление осуществляли ежедневным введением токсиканта в течение 28 дней в суммарных дозах 300 мг/кг (0,05 ЬБ50) и 600 мг/кг (0,1 ЬБ50). Контрольным группам животных вводили оливковое масло.
По истечении срока модельной интоксикации подопытных животных декапитиро-вали, извлекали семенники и выделяли митохондрии. Инкубация изолированных митохондрий осуществлялась в средах, содержащих меченые энергетические субстраты (1,4-С14-сукцинат, 1,2-С14-а-кетоглутарат и 2-С14-пируват); образующийся С14-меченый углекислый газ улавливался фильтровальной бумагой, смоченной раствором КОН. Радиометрия проводилась на установке для радиобио-химических исследований БЕТА-2, результаты пересчитывались на количество митохондриального белка и выражались в имп/мин*мг белка. В гомогенатах семенников исследовали концентрацию АТФ по W.Lamprecht, ¡.ТгаШзсЬоЫ (1965). Математическая обработка проводилась по методу Стьюдента.
Результаты и обсуждение
Исследования по определению содержания АТФ в гомогенате семенников крыс, подвергшихся экспериментальной интоксикации соволом, продемонстрировали существенное снижение тканевой концентрации макроэрга (табл. 1).
Учитывая важнейшую роль АТФ в обмене веществ, не будет преувеличением утверждать то, что значительная часть метаболических сдвигов при отравлении ПХБ прямо или опосредованно связана с недостаточно -
АТФ может являться результатом как повышенного ее потребления в эндэргонических реакциях, так и нарушения механизмов энергопродукции.
Таблица 1
Содержание АТФ в семенниках крыс, подвергнутых интоксикации соволом в различ-
ных^озах^п^^
Группа животных Концентрация АТФ, мкМ/г ткани
Контроль 3,62±0,27
0,05 ЬБ50 2,60±0,26*
0,1 ЬБ50 1,85±0,23*
* р<0,05 по отношению к контрольной группе.
Необходимым звеном энергетического метаболизма митохондрий является ферментный комплекс биологического окисления и тканевого дыхания, осуществляющий окисление различных энергетических субстратов. В его состав входят ферменты окислительного декарбоксилирования пирувата, цикла три-карбоновых кислот и дыхательной цепи, локализованные в матриксе и в плоскости внутренней мембраны митохондрий. Интегральным показателем слаженной работы всего энзиматического ансамбля может быть скорость утилизации энергетических субстратов. Исходя из этого, мы сочли необходимым охарактеризовать окислительную активность митохондрий семенников, являющихся главными поставщиками энергии в клетке.
Данные следующих экспериментов, представленные в табл. 2, свидетельствуют о разнонаправленных сдвигах поглощения митохондриями энергетических субстратов под влиянием различных доз ПХБ. Так, малые дозы токсиканта (0,05 LD50) активировали тканевое дыхание митохондрий, что выражалось в некоторой тенденции к увеличению выделения меченого углекислого газа из инкубационной среды, содержащей сукцинат.
стью макроэрга. Развивающийся дефицит
Таблица 2
Влияние интоксикации полихлорбифенилами в различных дозах на интенсивность окисления С14-меченых субстратов в митохондриях семенников крыс (по выделению С14-СО2, х104 ____________________________имп/мин*мг белка; М±т), п=12__________________________
Субстрат Контроль 0,05 ЬБ50 0,1 ЬБ50
Сукцинат 11,96±1,18 12,68±1,25 8,97±0,88
% от контроля - 106,0 75,0*
а-кетоглутарат % от контроля 14,11±1,82 12,03±1,56 85,3 9,61±1,24 68,1*
Пируват 24,67±3,77 17,27±2,64 10,86±1,66
% от контроля - 70,0 44,0*
* Статистически достоверное отличие от контроля (р<0,05).
Эти результаты говорят о своеобразном «раздражающем» эффекте малых доз ПХБ в отношении окисления сукцината митохондриями, что может иметь целью, например, энергообеспечение активирующихся детокси-кационных (микросомальное окисление и конъюгация) и пластических процессов в клетках. В то же время окисление пирувата и а-кетоглутарата под действием той же дозы совола снижалось, указывая на уязвимость пируватдегидрогеназного комплекса к действию токсиканта и, возможно, наличие метаболического блока на этом уровне либо на начальных этапах цикла Кребса.
Воздействие большей дозы ПХБ (0,1 LD50) приводило к однозначному угнетению поглощения всех использовавшихся энергетических субстратов, наиболее выраженному в отношении пирувата. Такой эффект, по-видимому, был обусловлен значительным повреждением мембран митохондрий и их ферментных ансамблей как самим поллютантом и его метаболитами, так и в результате действия продуктов липопероксидации. Могла сыграть свою роль и активация глюконеогенеза (с утилизацией в первую очередь пирувата). Кроме того, нельзя отрицать наличия метаболических блоков пируватдегидрогеназного комплекса и любых этапов трикарбонового цикла вследствие избыточного накопления отдельных метаболитов из-за невозможности их окисления и/или дальнейшего использования.
Несколько иная ситуация наблюдалась на ФАД-зависимом участке цикла трикарбо-новых кислот. При интоксикации ПХБ в меньшей дозе относительная активация сопряженного окисления янтарной кислоты может также отражать достаточную сохранность звена II дыхательной цепи и мембраностабилизирующую активность сукцината.
Заключение
Резюмируя изложенное, можно предположить, что происходит «переключение» митохондриальных энергопродуцирующих систем с окисления НАД-зависимых субстратов на преимущественное потребление сукцината, использование которого характеризуется более высокими скоростями поставки макроэргов. Подобные изменения представляют собой универсальный механизм, обеспечивающий энергетические потребности тканей в условиях воздействия любого раздражителя [1].
Тем не менее, уровень энергопродукции при интоксикации ПХБ нельзя признать адекватным для обеспечения потребности клетки в макроэргах. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о повреждающем воздействии полихлорбифенилов на энергетическую систему клеток семенников in vivo, что в сочетании с другими факторами может вносить серьезный вклад в патогенез нарушения мужской фертильности в условиях экологического неблагополучия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кондрашова, М.Н. Адаптация к гипоксии посредством переключения метаболизма на превращения янтарной кислоты / М.Н. Кондрашова, Е.И. Маевский, Г.В. Бабаян // Митохондрии. Биохимия и ультраструктура. - 1973. - С. 112-129.
2. Майстренко, В.Н. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей / В.Н. Майстренко, Н.А. Клюев. - М., 2004. - 323 с.
3. Ротенберг, Ю.С. О роли митохондрий в реализации действия токсических и фармакологических веществ / Ю.С. Ротенберг, Б.А. Курляндский // Регуляция энергетического обмена и физиологическое состояние организма. - 1978. - С. 211-214.
4. Faroon, O.M. Effects of polychlorinated biphenyls on development and reproduction / O.M. Faroon, S. Keith, D. Jones [et al.] // Toxicol. Ind. Health.- 2001. - Vol. 17. - P. 63-93.
5. Laden, F. Polychlorinated biphenyls, cytochrome P450 1A1, and breast cancer risk in the Nurses’ Health Study / F. Laden, N. Ishibe, S.E. Hankinson [et al.] // Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. -2002. - Vol. 1. - P. 1560-1565.
6. Portigal, C.L. Polychlorinated biphenyls interfere with androgen-induced transcriptional activation and hormone binding / C.L. Portigal, S.P. Cowell, M.N. Fedoruk [et al.] // Toxicol. Appl. Pharmacol. - 2002.- 179. - P. 185-194.
7. Schantz, S.L. Effects of PCB exposure on neuropsychological function in children / S.L. Schantz, J.J. Widholm, D.C. Rice // Environ. Health Perspect.- 2003. - Vol. 111. - P. 357-576.
8. Supriyo, De. Toxicity of polychlorobiphenyls and its bioremediation / De Supriyo, S.K. Pramanik, A.L. Williams [et al.] // Int. J. of Human Genetics. - 2004. - Vol. 4. - P. 281-290.
9. Tryphonas, H. The use of non-human primates in the study of PCB immunomodulation // Hum. Exp. Toxicol. - 1995. - Vol. 14. - P. 107-110.
