CC BY
29
УДК 612.118/. 12:546.23]-092.9(045)
ВЛИЯНИЕ ГРУППЫ СЕЛЕНООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КРОВИ МЫШЕЙ
© 2010 г. Е.П. Меркулова1, Б.И. Древко2, Н.Ю. Русецкая1, А.Н. Мольченкова1, И.А. Горошинская3, В.Б. Бородулин1
1Саратовский государственный медицинский университет, ул. Б. Казачья, 112, г. Саратов, 410012, meduniv@sgmu.ru
2Саратовский военный институт биологической и химической безопасности, пр. 50лет Октября, 5, г. Саратов, 410037, smibcs@mail.ru
3Ростовский научно-исследовательский
онкологический институт, ул. 14 линия, 63, г. Ростов н/Д, 344037, rnioi@list.ru
1Saratov State Medical University, B.Kazachia St., 112, Saratov, 410012, meduniv@sgmu.ru
2Saratov Military Institute of Biological and Chemical Safety, 50 October Ave, 5, Saratov, 410037, smibcs@mail.ru
3 Rostov Research Oncological Institute, 14 line, 63, Rostov-on-Don, 344037, rnioi@list.ru
Исследовалась биологическая активность селеноорганических соединений, относящихся к пирилиевому ряду. Полученные данные свидетельствуют о различной биологической активности исследуемых соединений, выражающейся в изменении биохимических показателей сыворотки крови опытных животных. Выявлено, что соединение 3 оказывает наименьшее влияние на биохимические показатели, соединение 2 — существенное.
Ключевые слова: селен, селеноорганические соединения, биохимические показатели крови.
There was a research of influence of several salts selenopirilium on biochemical parameters of serum of blood. Obtained data testify to the various biological activity of investigated compounds caused by differences ions. Similarities and differences in biochemical parameters of blood have been revealed at action on an organism selenium-containing organic compounds.
р-СЫзОС6Ы;
Keywords: selenium, selenium-organic compounds, biochemical parameters of blood.
Соединения селена обладают уникальными биологическими функциями и широким спектром биологического действия [1]. Основной органической формой этого элемента является селеноцистеин, входящий в состав Se-содержащих белков и ферментов: глутатионпероксидазы, глицинредуктазы, 5,5'-дейоди-назы, формиатдегидрогеназы и др. [2-4].
Исследования показывают, что Se-содержащие соединения оказывают хороший лечебный и профилактический эффект при многих заболеваниях, а также способствует обезвреживанию и выведению соединений тяжелых металлов и мышьяка, повышают иммунитет и усиливают процессы саморегуляции организма [5-7].
В настоящее время широкое применение во всем мире получили неорганические соединения Se. В основном это селенит и селенат натрия, селенат бария и некоторые другие окисленные формы селена [8]. Однако все указанные соединения обладают высокой токсичностью (относятся к I классу опасности LD5o = =2^20 мг/кг). Актуальным является поиск нетоксичных и вместе с тем представляющих собой доступную форму Se соединений. В связи с этим нашей целью явилось изучение биологического действия Se-содержащих органических соединений.
С6Ы4ОСЫз-р
Se
CH4OCH3-P
CH4OCH3-P
p-CH3OC6H^5;.+ >" CH4OCH3-P
Se
HCOO
CH4OCH3-P
p-CH^OCgH
+
Se
3
-C6H4OCH3-p
C6H4(OH)COO
Материалы и методы
В проведенных нами исследованиях были использованы липофильные соединения, синтезированные на базе СВИ БХБ, под руководством проф. Б.И. Древко
Формулы исследуемых соединений представлены на рисунке.
Химическая структура исследуемых селеноорганических
соединений: 1 - ацетат 2,4,6-три-(п-метоксифенил) селенопирилия; 2 - формиат 2,4,6-три-(п-метоксифенил) селенопирилия; 3 - салицилат 2,4,6-три-(п-метоксифенил)селенопирилия
Исследование проводили на самцах белых беспородных мышей со средней массой 20±2 г. Животные разделены на 4 экспериментальных группы. 1 -я - контрольная; мышам 2-й группы вводили 10 мкл раствора ацетата 2,4,6-три-(п-метоксифенил)-селенопирилия (1); 3-й -10 мкл раствора формиата 2,4,6-три-(п-метоксифенил)-селенопирилия (2); 4-й - 10 мкл раствора салицилата 2,4,6-три-(п-метоксифенил) -селенопирилия (3).
CH3COO
1
2
При проведении эксперимента животные содержались в специальных клетках и получали в соответствии с диетой стандартный рацион пищи. На 7-е сут после начала введения препаратов (через 2 ч после их очередного введения) производили отбор крови [9].
В сыворотке крови исследовались следующие биохимические показатели: активность лактатдегидроге-назы (ЛДГ), щелочной фосфатазы (ЩФ), аланинами-нотрансферазы (АлАТ) и аспартатаминотрансферазы (АсАТ), а также концентрация метаболитов: глюкозы, лактата, креатинина, холестерина и мочевины.
Результаты и обсуждение
Полученные результаты представлены в таблице.
Все 3 соединения имеют идентичные катионы и отличаются анионами, поэтому отличия в оказываемых эффектах, вероятнее всего, связаны именно с входящими в их состав кислотами. Можно предположить дальнейшие превращения селенопирилиевых солей в организме: во-первых, метаболизацию катио-
Первым шагом при метаболизме ацетата является его активация и превращение в ацетил-КоА. Затем основное количество образовавшегося активного ацетата полностью окисляется в цикле Кребса. На фоне гипоксии (у 2-й группы животных наблюдается увеличение активности ЛДГ на 104 и концентрация лак-тата на 72 %), обусловленной гиповентиляцией легких, может наблюдаться неполное окислении ацетата; его количество, поступившее в организм, начинает превышать метаболические способности организма, что ведет к альтернативному пути использования активной уксусной кислоты, например, синтезу холестерина, его концентрация в крови возрастает на 138 %. Кроме того, повышение молочной кислоты может стать причиной метаболического ацидоза. При снижении рН плазмы крови гемоглобин, находящийся в эритроцитах, хуже связывает кислород, что приводит к снижению его количества, доставляемого к клеткам, развитию кислородной недостаточности, переходу клеточных систем на анаэробный путь окисления глюкозы.
Часть ацетата распадается до ацетальдегида [10], который вызывает тахикардию, повышает потребность сердца и других тканей в кислороде. Увеличи-
на с образованием легкодоступной формы селена, во-вторых, химические превращения анионов.
В отличие от неорганических форм Бе, которые при восстановлении образуют селеноводород, присутствующий при физиологических значениях рН в основном в виде гидроселениданиона (очень токсичного соединения из-за ограниченности его использования организмом) органический Бе, минуя стадию селеноводорода, вовлекается в синтез Бе-содержащих аминокислот.
Учитывая структуру катиона, наличие метоксифе-нильных радикалов и непредельного гетероциклического кольца, можно предположить, что на первом этапе, вероятно, происходит детоксикация соединений с помощью системы микросомальных ферментов. Высвободившийся Бе может подвергаться конъюгации и выводиться из организма с мочой или участвовать в синтезе селеноцистеина, который далее неспецифически включается в тканевые белки вместо цистеина.
вается агрегация тромбоцитов, что, особенно при наличии атеросклероза, может привести к развитию тромбоза и инфаркту миокарда. Это ведет за собой повышение активности ЛДГ в сыворотке крови и АлАТ. Кроме того, ацетальдегид угнетает сократительную функцию миокарда [11]. Необходимо отметить, что активность ЩФ не отклоняется от контроля.
Важной функцией почек, сказывающейся на неф-ротоксичности ряда веществ, является их способность метаболизировать и концентрировать ксенобиотики в процессе образования мочи [12].
В эксперименте только препарат 1 оказывал сильное нефротоксическое действие. Увеличение концентрации компонентов остаточного азота крови: креа-тинина на 265 и мочевины на 292 % - надежный индикатор поражения почек.
Уксусная кислота является сильным токсикантом, вызывающим развитие метаболического ацидоза, повреждение эритроцитов и последующий их гемолиз, развитие острого гемоглобинурийного нефроза. В связи с ухудшением микроциркуляции, обусловленным шоком и гемолизом, усугубляется поражение почек [13].
Биохимические показатели сыворотки крови экспериментальных животных
Показатель Группа
1-я 2-я 3-я 4-я
М±т М±т р М±т р М±т р
ЛДГ, ед./л 2436,00±82,82 4969,50±100,21 р>0,99 3802,30±43,61 р>0,99 3167,30±11,58 р>0,99
ЩФ, ед./л 57,90±1,70 60,40±2,49 р<0,55 174,30±2,74 р>0,99 50,00±0,94 р>0,99
АсАТ, ед./л 330,40±6,68 301,40±1,35 р>0,99 566,90±1,32 р>0,99 184,50±1,31 р>0,99
АлАТ, ед./л 79,90±7,26 101,50±0,65 р>0,98 184,60±1,80 р>0,99 63,10±2,60 р>0,90
Глюкоза, ммоль/л 4,82±0,76 54,20±1,62 р>0,99 76,10±0,89 р>0,99 50,79±0,54 р>0,99
Лактат, ммоль/л 1,72±0,15 2,96±0,02 р>0,99 3,19±0,11 р>0,99 2,74±0,10 р>0,99
Креатинин, мкмоль/л 39,10±1,31 142,60±2,45 р>0,99 33,90±0,95 р>0,99 33,50±0,86 р>0,99
Холестерин, ммоль/л 1,47±0,01 3,49±0,09 р>0,99 1,57±0,04 р>0,95 1,71±0,02 р>0,99
Мочевина, ммоль/л 5,35±0,04 20,98±0,21 р>0,99 21,67±0,16 р>0,99 20,09±0,06 р>0,99
Примечание. М - среднее арифметическое; m - среднеквадратическая ошибка; р - доверительная вероятность.
Эффект муравьиной кислоты основан на образовании формальдегида - мощного гепато- и нефротокси-канта [11]. Формальдегид является исключительно высокореакционноспособным соединением, которое быстро неферментативно реагирует и связывается с биологическими макромолекулами (белками, нуклеиновыми кислотами, глутатионом) [14]. Вместе или по отдельности они вызывают угнетение функций печени (у мышей 3-й группы увеличивается активность ЛДГ на 56, ЩФ - на 201, АлАТ - на 131 %), повреждение мышцы сердца (увеличивается ЛДГ и активность АсАТ на 72 %).
Муравьиная кислота токсично влияет и на почки, однако в опыте на фоне повышения мочевины уровень креатинина снижался на 13 % относительно контроля. Поскольку повышение креатинина связывают с большинством заболеваний почек, можно говорить о том, что соединение 2 не влияет на этот орган. Такой результат, вероятно, связан с существующими в организме мощными барьерными системами, осуществляющими ферментативную детоксикацию формиата.
С учетом очень высокой реакционной способности муравьиной кислоты и формальдегида можно говорить, что эти вещества, поступающие извне, практически не циркулируют в неизменном виде, а сразу метаболизируются, включаясь в пул одноуглеродных фрагментов, переносимых тетрагидрофолиевой кислотой. Необходимо помнить, что формиат поступил в организм в сочетании с Se, который проходит путь превращения в Se-содержащие аминокислоты, аналогичные по свойствам цистеину и метионину, а введение метионина снижает токсическое действие формальдегида на организм.
Всосавшиеся в кровь производные салициловой кислоты образуют с альбуминами сыворотки крови функционально активные комплексы, защищающие организм от интоксикации этими веществами.
После всасывания метаболизм салицилатов осуществляется в митохондриях и эндоплазматической сети гепатоцитов [14]. При этом образуются гидроксилиро-ванные производные кислоты (2,3-дигидроксибен-зойная, 2,5-дигидроксибензойная, 2,3,5-тригидрокси-бензойная), а также конъюгаты с глицином и глюкуро-новой кислотой (о-гидроксибензоилглюкуронид и о-карбоксифенилглюкуронид) [15]. Из организма эти метаболиты выводятся преимущественно почками [16].
У 4-й группы экспериментальных животных наблюдается снижение активности аминотрансфераз (АсАТ - на 44, АлАТ - на 21 %), ЩФ - на 14 %. Повышается активность ЛДГ и лактата на 30 и 60 % соответственно, уровень креатинина снижается на 14 %.
Необходимо отметить, что у всех 3 Se-содержащих препаратов наблюдается мощный гипергликемиче-ский эффект (препарат 1-й увеличивает концентрацию глюкозы на 1025, 2-й - 1479, 3-й - 954 %). Такой результат, вероятно, создается структурой самого катиона - селенопирилиевым кольцом, связанным с ме-токсифенильными радикалами.
Причиной гипергликемии может быть либо нарушение утилизации глюкозы тканями, либо усиление
образования глюкозы из гликогена или неуглеводных веществ.
Мочевина является продуктом обезвреживания аммиака, образованного при катаболизме аминокислот. Учитывая ее увеличение в крови (препарат 1 увеличивает концентрацию мочевины на 292, 2 - на 305, 3-й - на 276 %), можно предположить усиление глю-конеогенеза из аминокислот, образующихся при деградации белков.
В регуляции уровня глюкозы принимают участие гормоны поджелудочной и щитовидной желез, коры надпочечников. Глюконеогенез стимулируют глюка-гон, глюкокортикоиды и тиреоидные гормоны; однако синтезу глюкозы из аминокислот способствуют именно стероиды, которые, помимо прочего, вызывают снижение чувствительности тканей к инсулину [17]. Наблюдаемый высокий уровень глюкозы может явиться результатом стимуляции селеноорганически-ми препаратами их синтеза и/или действия.
Выводы
Поступая в организм, каждое из представленных соединений подвергается общим и индивидуальным превращениям. Наибольшее отклонение биохимических показателей крови от контрольных величин наблюдалось во 2-й и 3-й группах.
Вероятно, такие показатели возникли из-за способности ацетата и формиата вовлекаться в метаболические процессы организма, нарушая состояние равновесия, в то время как путь превращения салициловой кислоты сводится к обезвреживанию и выведению из организма.
Необходимо отметить схожие черты в действии солей селенопирилия: при действии всех препаратов увеличивалась активность ЛДГ (у 2-й группы животных - на 104, 3-й - на 56, 4-й - на 30 %) и вместе с тем увеличивалась концентрация лактата (у 2-й группы животных - на 72, 3-й - 86, 4-й - 60 %); наблюдалась сильная гипергликемия (препарат 1 увеличивает концентрацию глюкозы на 1025, 2 - 1479, 3 - 954 %) и уремия (препарат 1 увеличивает концентрацию мочевины на 292, 2 - 305 и 3 - 276 %). Такой эффект, скорее всего, является результатом усиления селенопи-рилиевыми препаратами глюконеогенеза.
Полученные данные показывают гетерогенность оказываемых эффектов при действии селенооргани-ческих препаратов и требуют дальнейших и более детальных исследований.
Литература
1. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Селен. Женева, 1989. 270 с.
2. Риш М.А. Наследственные микроэлементозы // Техно-генез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы: тр. биогеохим. лаборатории. М., 2003. Т. 24. С. 301-348.
3. Patching S.G., Gardiner P.H.E. Recent developments in selenium metabolism and chemical speciation: a review // J. Trace Elements Med. Biol. 1999. Vol. 13. P. 193-214.
4. Shchrauser H.W. Selenium // Elements and their compounds in the environment. Nonmetals / еd. Merian et al. 2003. Vol. 3. P. 100-106.
5. Lyn P. Toxic Metals and Antioxidants: Part II. The Role of Antioxidants in Arsenic and Cadmium Toxicity // Alternative Medicine Review. 2003. Vol. 8, № 2. P. 106-128.
6. Селен в медицине и экологии / Н.А. Голубкина [и др.]. М., 2002. 134 с.
7. Кактурский Л.В., Строчкова Л.С., Истомин А.А. Ги-поселенозы // Архив патологии. 1990. Т. 52, № 12. С. 3-8.
8. Ермаков В.В. Биогеохимия селена и его значение в профилактике эндемических заболеваний человека // Вестн. отделения наук о земле РАН. 2004. № 1, вып. 22. URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2004/scpub-4.pdf (дата обращения : 15.01.2009).
9. Hem A., Smith A.J., Solberg P., Saphenous vein puncture for blood sampling of the mouse, rat, hamster, gerbil, guineapig, ferret and mink // Laboratory Animals. 1998. № 32. P. 364-368.
Поступила в редакцию
10. Ледебо И. Ацетатный и бикарбонатный диализ / пер. с англ. С.В. Лашутина, И.В. Дьяченко. М., 1999. 220 с.
11. Лазарев Н.В., Левина Э.Н. Вредные вещества в промышленности : справочник для химиков, инженеров, врачей : в 3 т.Т. 1. Л., 1976. 1824 с.
12. Швайкова М.Д. Токсикологическая химия. М., 1975. 376 с.
13. Крамаренко В.Ф. Токсикологическая химия. К., 1989. 448 с.
14. Куценко С.А. Основы токсикологии. СПб., 2004. 720 с.
15. Дидковский Н.А., Малашенкова И.К., Танасова А.Н. Ацетилсалициловая кислота и синдром Рея // РМЖ. 2004. Т. 12, № 4. С. 222-225.
16. Белоусов Ю.Б., Моисеев В.С., Лепахин В.К. Клиническая фармакология и фармакотерапия : руководство для врачей. М., 1997. 532 с.
17. Балаболкин М.И. Диабетология. М., 2000. 672 с.
3 марта 2009 г
