CC BY
100
ВЛИЯНИЕ ДИНИЛА И СОВМЕСТНОГО ВВЕДЕНИЯ ДИНИЛА И
ТАУЦИНКА НА УРОВЕНЬ СВОБОДНЫХ АМИНОКИСЛОТ И БИОГЕННЫХ АМИНОВ В ПЛАЗМЕ КРОВИ И ТКАНЯХ ЖИВОТНЫХ
ШЕЙБАК В.М.. МОГИЛЕВЕЦ О.Н., ДОРОШЕНКО Е.М..
СМИРНОВ В.Ю., БУБЕН А.Л.
УО «Гродненский государственный медицинский университет»
Резюме. Хроническая интоксикация динилом ведет к дезорганизации обменных процессов. с преобладанием катаболического компонента. регистрируемого в виде интегрального увеличения концентрации свободных аминокислот и их производных в плазме крови. Курсовое применение композиции. содержащей таурин и цинка сульфат. в условиях хронического введения динила. вызывает изменения аминокислотного баланса в тканях печени и сердца. Интегральные показатели аминокислотного пула плазмы крови свидетельствуют об общей интенсификации обменных процессов с преобладанием анаболического компонента. Композиция. состоящая из серосодержащей аминокислоты таурин и микроэлемента цинк (тауцинк). обладает нейромодуляторными свойствами. вызывая разнонаправленные сдвиги в концентрациях нейротрансмиттерных аминокислот и их метаболитов. Эти изменения также свидетельствуют об активации обменных процессов и могут. вероятно. определять последующие изменения со стороны метаболизма печени и других тканей организма.
Ключевые слова, динил. тауцинк. таурин. цинк. аминокислоты. биогенные амины.
Abstract. The chronic intoxication of dinyl produces the disorganization of metabolic processes with prevalence of the catabolic component. This component is registered as integrated increase of the concentration of the free amino acid and their derivative in plasma. The course application of a composition containing taurine and zinc sulfate causes changes of the balance of the amino acid in the tissue of the liver and the heart in conditions of the chronic introduction of dinyl. The integrated parameters of aminoacids pool of plasma are evidence of general intensification of metabolic processes with prevalence of the anabolic component. Taurine and zinc sulfate (tauzinc) have properties of the neuromodulator and causes improvement in concentration of the neurotransmitter aminoacids and their metabolites. These changes testify to activation of exchange processes and can to determine the subsequent changes from the metabolism of liver and other tissues of the organism.
Адрес для корреспонденции: 230009. г.
Гродно. БЛК. 19-306. тел. 8-029-506-64-75.
8-0152-48-26-01. - Могилевец О.Н
Ароматические углеводороды широко используются как в промышленных. так и в бытовых целях. Один из представителей этого класса соединений -динил. эвтектическая смесь ароматических углеводородов дифенила и дифени-локсида (26.5:73.5). жидкость светло-коричневого цвета с резким характерным запахом. Несмотря на хорошо изученные физико-химические свойства и большой практический опыт работы с этим соединением. влияние длительного поступления его в организм фактически не изучено. Известно. что основные жалобы пострадавших при отравлении парами динила касаются ЦНС. С другой стороны. одним из соединений обладающих широким спектром биологической активности. в том числе и в отношении функции клеток головного мозга. является серосодержащая аминокислота таурин. не входящая в состав белков или пептидов [1]. При этом в реализации некоторых функций таурина в мозге активное участие принимают катионы двухвалентных металлов. в том числе цинк [2. 3. 4]. Механизмы воздействия данных соединений касаются большого числа метаболических процессов. так или иначе сопряженных с обменом аминокислот. а в клетках мозга. кроме того. и с модуляцией уровня нейромедиаторных аминокислот и биогенных аминов [5. 6].
Целью данного исследования явилось определение степени влияния длительного поступления динила. также композиции. состоящей из таурина и микроэлемента цинк. на концентрации свободных аминокислот и биогенных аминов в плазме крови. печени. сердце и отделах мозга животных.
Методы
В эксперименте использованы 24 белые крысы гетерогенной популяции. массой 180-220 г. находящиеся на стандартном рационе вивария со свободным доступом к воде. Опытной группе животных в течение 30 дней внутрибрюшин-но вводили динил в дозе 5 мг/кг массы и объеме 0.5 мл/кг. В течение последних 10 суток равной части животных из опытной группы внутрижелудочно вводили тауцинк (композицию. состоящую из таурина и цинка сульфата) в дозе 100 мг/кг. Животные контрольной группы получали эквиобъемные количества физиологического раствора. Через 24 ч после последнего введения животных де-капитировали и для биохимических исследований забирали плазму крови. печень. сердце и отделы мозга - стриатум. средний мозг и гипоталамус.
Определение свободных аминокислот плазмы крови. тканей печени и сердца проводили в хлорнокислых экстрактах на аминокислотном анализаторе ААА339Т [1].
Определение свободных аминокислот и их производных проводили в хлорнокислых экстрактах отделов головного мозга как описано нами ранее [8]. Все определения проводили с помощью хроматографической системы Agilent 1100. прием и обработка данных - с помощью программы Agilent ChemSta-tion A10.01. Обработка данных была реализована с помощью программы Statis-tica 7.0.
Результаты и обсуждение
Как следует из данных приведенных в таблице 1, введение динила увеличивало общее количество свободных аминокислот и их производных в плазме крови.
Таблица 1
Концентрация свободных аминокислот и их производных в тканях крыс после интоксикации динилом и введения на этом фоне смеси таурина и цинка сульфата (представлены только достоверные изменения)
Показатели Контроль Динил Динил + таурин+ гп804
Плазма крови. мкмоль/л
Гидроксипролин 35 ± 14 54 ± 6 27 ± 4f
Треонин 141 ± 7 190 ± 8* 169 ± 12
Серин 289 ± 18 369 ±13* 337 ± 15
Глутамат 53 ± 4 61 ± 1 71 ± 5*
Глутамин 2710 ±132 3460 ±211* 3058 ±116
Пролин 379 ± 85 488 ± 61 169 ±6*f
Аланин 821 ± 32 993 ±44* 842 ± 24f
а-аминомасляная кислота 14 ± 1 12 ± 1 10 ± 1*
Этаноламин 40 ± 9 46 ± 11 13 ± 1*f
Орнитин 45 ± 2 51 ± 3 42 ± 2f
Лизин 167 ± 19 217 ± 20 143 ±15f
Гистидин 63 ± 3 73 ± 4 77 ± 3*
Сумма аминокислот и их производных 5416 ±235 6724 ±253* 5727 ±179f
Печень, нмоль/г
Фосфоэтаноламин 446 ± 39 439 ± 54 615 ±47*f
Аспартат 2785 ±172 3249 ± 296 2388±173f
Серин 2187 ±223 1652 ±251 1531 ±144*
Глутамин 4760 ±220 5778 ±366* 5284 ± 259
Фенилаланин 67 ± 5 92 ± 4* 110 ± 7*
Орнитин 270 ± 14 217 ± 19 297 ±27f
Гистидин 712 ± 23 768 ± 29 676 ±31f
Сумма аминокислот и их производных 21124 ± 618 21965 ± 815 20709 ± 777
Сердце, нмоль/г
Аспартат 2635 ±286 2434 ±148 3423 ± 434f
Глутамат 4517 ±470 4460 ± 253 5994 ±448*f
Глутамин 4799 ± 544 4992 ± 268 7184 ±540*f
Пролин 277 ± 32 364 ± 48 600 ± 90*f
Тирозин 108 ± 7 110 ± 14 77 ± 10*
Р-аланин 151 ± 21 232 ±23* 301 ±13*f
Условные обозначения: р<0,05 при сравнении с группами: * - контроль, ^
- динил.
Это было обусловлено повышением концентраций как заменимых (серин, глутамин, аланин), так и незаменимых (треонин) аминокислот. Курсовое введение тауцинка достоверно уменьшало общее содержание свободных аминокислот и их производных в плазме крови, и этот показатель существенно не отличался от контрольных значений. Одновременно внутрижелудочное введение тауцинка вызывало выраженные изменения в аминокислотном пуле плазмы крови: практически в 2 раза уменьшались концентрации пролина, гидроксипро-лина и лизина. Вероятно, сочетанное снижение уровней этих аминокислот следует рассматривать как благоприятный эффект тауцинка, поскольку их увеличение в плазме крови, напротив, характерно для хронических поражений печени, в том числе цирроза [9]. Нормализовалось содержание аланина. Одновременно достоверно увеличивались уровни глутамата и гистидина. На стимуляцию анаболических процессов в клетках указывает снижение концентрации в плазме крови этаноламина (продукта распада фосфолипидов клеточных мембран), а также уменьшение содержания а-аминомасляной кислоты и орнитина (см. табл.1). Известно, что стрессовые состояния сопровождаются усилением протеолиза, что ведет не только к увеличению пула свободных аминокислот в плазме крови, но и повышению этаноламина в плазме крови, а также этанола-мина и фосфоэтаноламина в ткани печени [10, 11, 12]. В свою очередь введение таурина вызывает быстрое (в течение 15 мин - 4 час) падение содержания подавляющего количества свободных аминокислот в плазме крови. При этом уровень таурина (в зависимости от введенной дозы) может возрастать в 5-70 раз [13, 14].
Достаточно значительные изменения концентраций аминокислот и их производных отмечены после введения тауцинка в ткани печени (см. табл.1). Так, если 30-дневное введение динила характеризовалось повышением уровней глутамина и фенилаланина, то у животных, дополнительно получавших тау-цинк на фоне интоксикации динилом, происходило резкое усиление образования фосфоэтаноламина, снижались уровни заменимых аминокислот аспартата, серина, глутамина, а также гистидина. Одновременно у животных получавших таурин и цинка сульфат активировались реакции цикла мочевинообразования (увеличивалось количество орнитина) и, в большей степени (по сравнению с группой, получавшей только динил) возрастало содержание фенилаланина (см. табл.1). Падение уровня глутамина достаточно объяснимо, поскольку известно, что в печени он поддерживает биосинтез глутатиона и служит предшественником в реакциях мочевинообразования [15].
В ткани сердца введение динила в течение месяца снижало уровень в-аланина (конкурентного ингибитора переноса таурина через клеточные мембраны). Поступление в организм животных одновременно динила и композиции в еще большей степени повышало концентрацию в-аланина в ткани сердца. Одновременно аминокислотный фонд претерпевал существенные изменения:
отмечалось повышение содержания основных заменимых аминокислот - аспар-тата (на 40%), глутамата (на 34%), глутамина (на 44%), пролина (на 65%), а также падение концентрации тирозина (на 30%), что благоприятно сказывается на энергообеспечении сердечной мышцы. Показано, что таурин препятствует развитию перекисных процессов в миокарде, энергично связывая свободные радикалы [16].
Таким образом, хроническая интоксикация динилом ведет к дезорганизации обменных процессов, с преобладанием катаболического компонента, регистрируемого в виде интегрального увеличения концентрации свободных аминокислот и их производных в плазме крови. Одновременное курсовое введение композиции, состоящей из аминокислоты таурина и микроэлемента цинка, не только препятствует данному эффекту, но и стимулирует утилизацию аминокислот, вероятно, как на синтез белка (снижение уровней незаменимых аминокислот), так и для энергетических целей (снижение концентраций заменимых аминокислот).
Поскольку при интоксикации динилом среди жалоб пациентов существенное место занимают нарушения со стороны центральной нервной системы [17, 18], представляет особый интерес не только регистрация сдвигов ней-ротрансмиттерных аминокислот, биогенных аминов и их метаболитов в основных, отвечающих за регуляцию вегетативных функций отделах ЦНС - стриа-туме, среднем мозге и гипоталамусе, но и влияние на эти параметры тауцинка.
В среднем мозге после хронического введения динила отмечено снижение уровня тирозина, основного предшественника катехоламинов (см. табл. 2), вероятно, как следствие усиления синтеза норадреналина.
Таблица 2
Содержание нейроактивных аминокислот, биогенных аминов и их метаболитов в отделах мозга, нмоль/г (представлены только достоверные _______________________________изменения)_________________________________
Показатели Контроль Динил Динил + таурин+ ZnSO4
Стриатум
Цистеиновая кислота 5.9±0.9б 11.4±3.47 22.8±1.0*+
Аспартат 376±13 525±140 П87±44*+
Глутамат З88З±204 4980±892 9951±З14*+
Аспарагин 4З.2±4.З2 27.3±4.90* 141±8.З4*+
Серин 588±36 5И±50 761±30*+
Глутамин 765±73 8б9±81 1322±1б9*+
Гистидин З.9±1.19 18.9±9.4l 57±2.16*+
Треонин 94±19 2П±58 750±39*+
Фосфоэтаноламин З8З±80 480±122 1327±54*+
Аргинин 80±З.5 8З±5.8 103±4.б*+
Показатели Контроль Динил Динил + таурин+ гп804
Триптофан 16±1,0 17±1.5 13±0.7*+
Средний мозг
Аспарагин 131±6 117±5 109±5*+
Тирозин 69±4 51±7* 49±7*+
Гомованилиновая кислота 2.7±0.47 2.1±0.14 3.2±0.42
Гипоталамус
Аспарагин 143±3 120±8* 87±6*+
Глутамин 1768±137 1629±157 1202±144*
Гистидин 51 ±3 58±2.8 70±2.2*+
Фосфоэтаноламин 1321±54 1467±46 1685±67*+
в-аланин 56±3 61±5 44±3*+
Условные обозначения: р<0.05 при сравнении с группами: * - контроль. + - динил.
После 10-кратного поступления в организм животных тауцинка на фоне интоксикации динилом, в среднем мозге происходила в еще большей степени активация катехоламинового биосинтетического пути - падение уровня тирозина, сопровождалось достоверным увеличением концентрации одного из конечных метаболитов - гомованилиновой кислоты, что может быть обусловлено торможением таурином окисления катехоламинов [19]. Одновременно, в среднем мозге регистрировали снижение концентрации аспарагина.
В гипоталамусе (см. табл.2) снижение содержания аспарагина отмечали после хронического введения динила, тогда как назначение тауцинка на этом фоне вызывало значительные изменения ряда определяемых показателей. Так, достоверно по отношению как к контрольной группе, так и к группе, получавшей динил, уменьшалось количество в-аланина. Снижались также концентрации аспарагина и глутамина (по отношению к контрольной группе). Одновременно, как по отношению к контрольной группе, так и к группе животных, получавших динил, увеличивалось содержание в гипоталамусе гистидина и фос-фоэтаноламина. Именно увеличение содержания последнего позволяет рассматривать эффект тауцинка в отношении гипоталамуса, в целом, как положительный.
Вместе с тем, наибольшие изменения введение композиции вызывало в стриатуме (см. табл.2). Так, в этом отделе мозга содержание фосфоэтаноламина по сравнению с контрольной и опытной группами увеличивалось в 3,5 и 2,8 раза, соответственно. Кроме того, за исключением триптофана, уровень которого после введения композиции снизился на 25%, концентрации большого числа нейроактивных аминокислот увеличивались не только по сравнению с контрольной, но и с группой животных, получавших динил: цистеиновой кислоты на 280% и 200%; аспартата на 242% и 145%; глутамата на 156% и 100%; аспа-
рагина на 228% и 422%; серина на 29% и 33%; глутамина на 73% и 52%; гистидина в 14 раз и 3 раза. аргинина на 29% и 24%. соответственно.
Учитывая многочисленные нейротрансмиттерные и метаболические функции этих соединений. очевидно. что дополнительное поступление в организм композиции. состоящей из таурина и цинка сульфата. оказывает выраженное воздействие на функционирование клеток данного отдела ЦНС. Однозначно можно предположить. активацию процессов возбуждения (повышение глутамата и аспартата). усиление синтеза аминергических соединений (доноры аминогруппы - аспарагин и глутамин). модуляцию синтеза оксида азота (аргинин - субстрат синтеза оксида азота). Таурин в ЦНС взаимодействует как тормозной. так и возбуждающей системами. При поступлении в организм дополнительных количеств таурина повышается экспрессия глутаматдекарбоксилазы. фермента. ответственного за синтез ГАМК. Кроме того. таурин регулирует нейрональный гомеостаз катионов кальция и кальций-зависимые процессы. такие как активность протеинкиназы С [20]. Очевидно. что в столь выраженные сдвиги в содержании нейроактивных аминокислот и их метаболитов вносит вклад микроэлемент цинк. Доказано. что его введение в организм изменяет фармакокинетический и фармакодинамический ответ на лекарственное воздействие [21]. Zn2+-связывающие сайты обеспечивают формирование стабильной трехмерной структуры глутаматных рецепторов и участвуют в функционировании глутаматдегидрогеназы [2]. Показано. что в случае применения полиэле-ментных композиций. состоящих из аминокислот. пептидов и микроэлементов. обладающих нейротрофическим действием. происходит активное всасывание микроэлементов из желудочно-кишечного тракта и более интенсивное включение их в обменные процессы в нервной ткани. по сравнению с макро- и микроэлементами пищи [22].
Таким образом. проведенные исследования показали. что курсовое применение композиции. содержащей таурин и цинка сульфат. в условиях хронического введения динила. вызывает изменения аминокислотного баланса в тканях печени и сердца. Интегральные показатели аминокислотного пула плазмы крови свидетельствуют об общей интенсификации обменных процессов с преобладанием анаболического компонента. Композиция. состоящая из серосодержащей аминокислоты таурин и микроэлемента цинк (тауцинк). обладает нейромодуляторными свойствами. вызывая разнонаправленные сдвиги в концентрациях нейротрансмиттерных аминокислот и их метаболитов. Эти изменения также свидетельствуют об активации обменных процессов и могут. вероятно. определять последующие изменения со стороны метаболизма печени и других тканей организма.
Литература
1. Gupta. R. C. Taurine analogues: new class of therapeutics - retrospect and prospects / R. C. Gupta. T. Win. S. Bittner // Curr. Med. Chem. - 2005. - Vol.12. N 17. - P. 2021-2039.
2. Gelder, N. M. A central mechanism of action for taurine: osmoregulation. bivalent cations and excitation threshold / N. M. Gelder // Neurochem. Res. -1983. - Vol. .8. N5. - P .687-699.
3. Content and concentration of taurine. hypotaurine and zinc in the retina. the hippocampus and dentate gyrus of the rat at various postnatal days / L. Lima [et al.] // Neurochem. Res. - 2004. - Vol. 29. N 1. - P. 247-255.
4. Singh. M. Role of micronutrients for physical growth and mental development / M. Singh // Indian J. Pediatr. - 2004. - Vol. 71. N 1. - P. 59-62.
5. Frederickson. C. .J. Zinc and excitotoxic brain injury: new model / C. J. rederickson. W. Maret. M. P. Cuajungco // Neuroscientist. - 2004. - Vol. 10. N 1. -P. 18-25.
6. Kimelberg. H. K. Inhibition of release of taurine and excitatory amino acids in ischemia and neuroprotection / H. K. Kimelberg. N. B. Nestor. P. .J. Feustel // Neurochem. Res. - 2004. - Vol. 29. N 1. - P. 267-274.
7. Бенсон. Дж. В. Новые методы анализа аминокислот. пептидов и белков / Дж. В. Бенсон. Дж. А. Паттерсон. - Москва. 1974. - С. 16-64.
8. Эффекты аминокислотных композиций на спектр нейроактивных аминокислот в мозге крыс при хронической алкогольной интоксикации / Е. М. Дорошенко [и др.] // Журнал ГрГМУ - 2007. - № 1. - С. 129-135.
9. Serum amino acid changes in rats with thioacetamide-induced liver cirrosis / L. Fontana [et al.] // Toxicology - 1996. - Vol. 106. N 1-3. - P. 197-206.
10. Формирование фонда свободных аминокислот в печени крыс в динамике полного голодания / Л. И. Нефедов [и др.] // Вопр. питания. - 1990. - № 5. - С. 30-34.
11. Информативность таурина и фосфоэтаноламина в модельных ситуациях гипо- и гиперкортицизма / Л. И. Нефедов [и др.] // Вести Академии наук Беларуси. Сер. биол. наук. - 1993. - № 4. - С. 37-41.
12. Effects of stress on amino acids and related compounds in various tissues of fasted rats / M. Dadmarz [et al.] // Life Sci. - 1998. - Vol. 63. N 16. - P. 14851491.
13. Нефедов. Л. И. Проявления биологической активности таурина // Вести АН Беларуси - 1992. - № 3-4. - С. 31-35.
14. Levels of taurine. amino acids and related compounds in plasma. vena cava. aorta and heart of rats after taurine administration / K. Korang [et al.] // Pharmacology - 1996. - Vol. 52. N4. - P. 263-270.
15. Dietary modulation of amino acid transport in rat and human liver / N. Espat [et al.] // J. Surg.Res. - 1996. - Vol. 63. N 1. - P. 263-268.
16. Protective effect of taurine against free radicals damage in rat myocardium / J. Hanna [et al.] // Exp. Toxicol. Pathol. - 2004. - Vol. 56. N 3. - P. 189-194.
17. Березин. В. И. Некоторые вопросы гигиены труда при работе с ди-нилом и малеиновым ангидридом / В. И. Березин // Гигиена труда и профессиональные заболевания. - 1968. - № 11. - С. 38-39.
18. Капустина. А. Н. Два случая острой интоксикации динилом / А. Н. Капустина // Гигиена труда и профессиональные заболевания. - 1983. - №
3. - С. 50-51.
19. Taurine inhibition of metal-stimulated catecholamine oxidation / R. Dawson [et al.] // Neurotox. Res. - 2000. - Vol. 2. N 1. - P. 1-15.
20. Idrissi. E. Taurine as a modulator of excitatory and inhibitory neurotransmission / E. Idrissi. E. Trenkner // Neurochem. Res. - 2004. - Vol. 29. N 1. - P. 189-197.
21. Шейбак. В. М. Биологическая роль цинка и перспективы медицинского применения цинксодержащих препаратов / В. М. Шейбак. Л. Н. Шейбак.
- Гродно. 2003. - 82 с.
22. Громова. О. А. Элементные основы молекулярной фармакологии нейротрофиков природного происхождения. Микроэлементы как компонент нейропротекторных лигандов / О. А. Громова // Вести НАН Беларуси. Сер. мед. наук. - 2006. - № 2. - С. 113-117.
