Научная статья на тему 'Влияние низких доз гербицида 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты на выраженность окислительного стресса у животных'

Влияние низких доз гербицида 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты на выраженность окислительного стресса у животных Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
192
25
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПЕСТИЦИДЫ / КРЫСЫ / ЛИПОПЕРОКСИДАЦИЯ / СЫВОРОТКА КРОВИ / СЕРДЦЕ / ПЕЧЕНЬ / PESTICIDES / RATS / LIPOPEROKSIDATION / BLOOD SERUM / HEART / LIVER

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Карманова Дарья Сергеевна

Известна способность пестицидов при низкодозированном поступлении вызывать окислительный стресс, который может рассматриваться как один из центральных механизмов, лежащих в основе многих токсикологических последствий. Эти последствия будут усугубляться диетой с повышенной калорийностью, что является в настоящее время достаточно распространенным явлением. Почвенный гербицид 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты диметиламмониевая соль (2,4-ДА), трансформирующийся до токсичных метаболитов, способен активировать перекисное окисление липидов (ПОЛ), что сопровождается нарушением транспортных и рецепторных белков клеточных мембран, снижением активности антиоксидантных систем. Отмечено повышение концентрации малонового диальдегида в группе с совместным употреблением 2,4-ДА и жиров. В опытных группах отмечено снижение СОД в сыворотке крови примерно на 40%, каталазы на 15-45% относительно контрольной группы, при этом более выраженная депрессия каталазы наблюдалась у животных 3-й группы (2,4-ДА). Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что длительное поступление в организм малых доз 2,4-ДА сопровождается развитием окислительного стресса, проявляющегося увеличением продуктов ПОЛ в печени и сыворотке крови, а также изменением активности антиоксидантных ферментов. В совокупности с высокоэнергетической диетой эти проявления становятся более выраженными.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Карманова Дарья Сергеевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE IMPACT OF LOW DOSES OF THE HERBICIDE 2,4-D ACID DICLORFENOXIACETIC ON THE SEVERITY OF OXIDATIVE STRESS IN ANIMALS

The relevance of this topic is not in doubt, because of the ability of low-dose pesticides when you receive to cause oxidative stress, which can be considered as one of the сentral mechanisms underlying the many toxicological effects. These effects will be exacerbated by diet with high caloric value, which is currently quite widespread. Soil herbicide 2,4dichlorophenoxyacetic dimethylammonium acid salt (2,4-DA), transformed to the toxic metabolite, is able to activate lipid peroxidation (LPO), accompanied by violation of transport and receptor proteins of cell membranes, decreased activity of antioxidant systems. The observed increase in the concentration of malondialdehyde in the group with the joint use of 2,4DA and fats. In the experimental groups decreased SOD in the serum approximately 40%, of catalase at 15-45% relative to the control group, with a more pronounced depression of catalase was observed in animals of the 3rd group (2,4-DA). Thus, the results suggest that prolonged intake of low doses of 2,4-DA is accompanied by oxidative stress, manifested by increased peroxidation products in the liver and serum, as well as changes in the activity of antioxidant enzymes. In conjunction with a high-energy diet these symptoms become more pronounced.

Текст научной работы на тему «Влияние низких доз гербицида 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты на выраженность окислительного стресса у животных»

УДК 546-32: 632.954-02: 577.121.7

Карманова Д.С.

Оренбургский государственный медицинский университет E-mail: daryakarmanova@mail.ru

ВЛИЯНИЕ НИЗКИХ ДОЗ ГЕРБИЦИДА 2,4-ДИХЛОРФЕНОКСИУКСУСНОЙ КИСЛОТЫ НА ВЫРАЖЕННОСТЬ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА У ЖИВОТНЫХ

Известна способность пестицидов при низкодозированном поступлении вызывать окислительный стресс, который может рассматриваться как один из центральных механизмов, лежащих в основе многих токсикологических последствий. Эти последствия будут усугубляться диетой с повышенной калорийностью, что является в настоящее время достаточно распространенным явлением.

Почвенный гербицид 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты диметиламмониевая соль (2,4-ДА), трансформирующийся до токсичных метаболитов, способен активировать перекисное окисление липидов (ПОЛ), что сопровождается нарушением транспортных и рецепторных белков клеточных мембран, снижением активности антиоксидантных систем.

Отмечено повышение концентрации малонового диальдегида в группе с совместным употреблением 2,4-ДА и жиров. В опытных группах отмечено снижение СОД в сыворотке крови примерно на 40%, каталазы на 15-45% относительно контрольной группы, при этом более выраженная депрессия каталазы наблюдалась у животных 3-й группы (2,4-ДА).

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что длительное поступление в организм малых доз 2,4-ДА сопровождается развитием окислительного стресса, проявляющегося увеличением продуктов ПОЛ в печени и сыворотке крови, а также изменением активности антиоксидантных ферментов. В совокупности с высокоэнергетической диетой эти проявления становятся более выраженными.

Ключевые слова: пестициды, крысы, липопероксидация, сыворотка крови, сердце, печень.

Одним из важных механизмов нормального развития организма является поддержание баланса процессов свободнорадикального и перекисного окисления различных субстратов и состояния антиоксидантной защиты (АОЗ) [10, с.1875].

Среди химических загрязнителей окружающей среды имеются вещества, обладающие способностью активировать процессы свободно-радикального окисления (СРО). К таким веществам относятся и средства защиты растений - пестициды, применение которых, однако, неизбежно [1], [7, с. 75]. К наиболее эффективным и широко применяемым гербицидам в России относятся хлорфеноксигерби-циды, среди которых ведущее место занимают производные 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д) [3, с. 18], [8, с. 24].

Почвенный гербицид 2,4-дихлорфенокси-уксусной кислоты диметиламмониевая соль (2,4-ДА), трансформирующийся до токсичных метаболитов, способен активировать перекис-ное окисление липидов (ПОЛ), что сопровождается нарушением транспортных и рецепторных белков клеточных мембран, снижением активности антиоксидантных систем [9, с. 3298], [15, с. 11]. Контроль за содержанием этих пол- 88

лютантов в окружающей среде, основанный на применении предельно-допустимых концентраций, как правило, исключает попадание гербицидов в организм человека и животного в токсических дозах, но не исключает их присутствия в концентрациях, которые находятся ниже ПДК. В свою очередь отсутствие токсических эффектов при поступлении гербицидов в организм в малых дозах не дает оснований считать, что эти вещества не будут оказывать влияния на метаболические и физиологические процессы. Учитывая вероятность поступления в организм человека гербицида 2,4-ДА, закономерно возникает вопрос об его влияние на СРО. Цель исследования - в изучении возможности потенцирования этим гербицидом развития окислительного стресса при диете с повышенной калорийностью в эксперименте у крыс.

Материалы и методы. Работа выполнена на 32 крысах-самцах линии Вистар с начальной массой тела 130-140 граммов, полученных из питомника «Столбовая» ГУ НЦБМТ РАМН. Животных содержали в отдельных клетках в условиях контроля температуры (21-23°С) и освещенности (12 ч освещения, 12 ч темноты) при свободном доступе к воде и стандартному корму для крыс. После акклиматизации в

88 ВЕСТНИК Оренбургского государственного университета 2015 № 9 (184)

Карманова Д.С.

Влияние низких доз гербицида...

течение 1 недели животные были разделены случайным образом на 4 равные по численности и идентичные по массе группы. Животные

1- й группы служили контролем (n = 8). Крысы этой группы содержались на стандартном полусинтетическом пищевом рационе и потребляли чистую бутилированную воду «Аква-Вита» из местных артезианских источников. У крыс

2- й группы (n = 8) потребляемая вода содержала 2,4-ДА в концентрации 0,015 мг/л, что составляет 0,5 ПДК (1 ПДК равна 0,03 мг/л согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода). Животным 3-й группы (n = 8), употреблявшим чистую бутилированную воду, к рациону добавляли маргарин «Россиянка» (производитель МЖК, Россия) в количестве 1 г ежедневно, что повышало энергетическую ценность диеты примерно на 10% по сравнению с контролем. «Россиянка» содержит 75% триацилглицеринов (в виде саломаса и пальмового масла) и относится к группе среднекалорийных маргаринов. И, наконец, крысы 4-й группы (n = 8) потребляли воду с содержанием 2,4-ДА в концентрации, соответствующей 0,5 ПДК, и содержались на диете с повышенной калорийностью. Все животные содержались в соответствии с «Правилами проведения работ и использования экспериментальных животных» и в условиях 12-часовой длительности светового дня (режим искусственного освещения) при температуре 22±2оС. Животные имели неограниченный доступ к пище и питьевой воде с целью моделирования условий, приближенных к естественным. По окончании эксперимента через 45 суток животных под легким эфирным наркозом де-капитировали и осуществляли сбор крови. Для стандартизации эксперимента забой животных производился в одно и то же время суток. Исследования проводились согласно общепринятым нормам биоэтики в соответствии с «Международными рекомендациями по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985) и «Правилами лабораторной практики в Российской Федерации» (приказ Минздрава РФ от 19.06.03 № 267). Одну порцию собранной крови использовали для приготовления гемолизатов, другую центрифугировали 15 мин при 1500 об/ мин, далее отбирали сыворотку, замораживали и хранили при температуре -20°С. В гемолизатах эритроцитов

определяли активность супероксиддисмутазы (СОД) по скорости аутоокисления адреналина в адренохром и активность каталазы кинетическим методом прямой регистрации разложения пероксида водорода на спектрофотометре Genesys 5 (США) [6, с.57]. В сыворотке крови определяли интенсивность процессов липо-пероксидации по уровню малонового диальдегида (H.Ohkawa e.a.,1979) [13,с.351]. Для биохимических исследований ткани сердца и печени гомогенизировали c помощью микроизмельчителя (Silent Crusher M Heidolph, Гер -мания), гомогенат центрифугировали при 2600 об/мин для осаждения нарушенных фракций тканей и клеток. В супернатанте определяли МДА по методу, указанному выше, содержание МДА рассчитывали с учетом коэффициента молярной экстинкции на грамм белка по методу Лоури с реактивом Фолина (Panreac,Испания). Цифровой материал обрабатывали методами вариационной статистики с использованием пакета программ «Microsoft Excel». Для оценки статистической значимости различий при сравнении двух, не связанных между собой групп, применялся t-критерий Стьюдента. Различия оценивались как достоверные при уровне значимости p < 0,05.

Результаты и их обсуждение. Состояние процессов ПОЛ в тканях экспериментальных животных представлены в таблице 1.

Как видно из представленных в таблице данных, уровень МДА возрастал на 26% и 45% во 2 и 4-й группах соответственно, по сравнению с контрольной группой. В тканях сердца содержание МДА незначительно снизилось в группе животных, употреблявших 2,4-ДА, относительно интактной группы. Отмечено повышение концентрации МДА в гомогенатах печени на 14% в 2-й группе и на 37% в группе с совместным употреблением 2,4-ДА и жиров относительно контрольной группы. В опытных группах отмечено снижение СОД в сыворотке крови примерно на 40%, каталазы на 15-45% относительно контрольной группы, при этом более выраженная депрессия каталазы наблюдалась у животных 3-й группы (2,4-ДА). Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что длительное поступление в организм малых доз 2,4-ДА сопровождается развитием окислительного стресса, проявляющегося

ВЕСТНИК Оренбургского государственного университета 2015 № 9 (184) 89

Медицинские науки

Таблица. Состояние перекисного окисления липидов в сыворотке крови и гомогенатах сердца и печени крыс при поступлении 2,4-ДА в условиях стандартной диеты и диеты с повышенной калорийностью, (M±m)

Показатель 1 группа -контроль (n=8) 2 группа -2,4-ДА (n=8) 3 группа -ДПК (n=8) 4 группа -2,4-ДА + ДПК (n=8) Достоверность различий

Сыворотка крови

МДА, мкмоль/л 181,54± 35,73 228,86± 45,39 182,50± 48,99 263,13± 48,00 P1-2,1-3, 1-4 >0,05

СОД, у.е./гНв 257,0± 26,19 159,04± 8,03 274,43± 18,64 163,71± 10,84 P1-2, 1-3, 1-4 < 0,01

Каталаза, у.е./гНв 200,77± 28,48 109,04± 6,90 203,67± 14,26 119,08± 8,10 P1-2<0,05; P 1-3 < 0,01; P1-4 >0,05

Сердце

МДА, мкМ/л.г белка 0,42± 0,03 0,40± 0,05 0,47± 0,05 0,47± 0,05 P1-2,1-3, 1-4 >0,05

Печень

МДА, мкМ/л.г белка 0,36± 0,06 0,40± 0,05 0,32± 0,08 0,49± 0,05 P1-2,1-3, 1-4 >0,05

увеличением продуктов ПОЛ в печени и сыворотке крови, а также изменением активности антиоксидантных ферментов. В совокупности с высокоэнергетической диетой эти проявления становятся более выраженными.

Рядом авторов показано, что механизм непрямого действия хлорфеноксигербицидов сопровождается активацией системы цитохром Р-450- зависимых оксигеназ, что ведет к ускорению метаболизма соединений с образованием высокореактивных алкилирующих продуктов [2,с.78], [14,с.615]. Активация микросомального окисления под влиянием 2,4-ДА сопровождается образованием АФК, что ведет к развитию оксидативного стресса, при этом нарушаются функции транспортных и рецепторных белков клеточных мембран, возможна частичная или

полная деструкция мембран, что ведет в последующем к инактивации цитохрома Р-450 и усугублению токсикоза [5,с.30], [12,с.85]. С другой стороны, повышенное образование АФК является причиной окислительного повреждения нуклеиновых кислот, белков, липидов, нарушения клеточного метаболизма и гибели гепатоцитов [4,с.20],[10, с.1874], [11,с .2316]. Таким образом, результаты данной работы подтверждают способность пестицидов вызывать окислительный стресс, который сегодня рассматривается как один из центральных механизмов, лежащих в основе многих токсикологических эффектов. Эти последствия будут усугубляться диетой с повышенной калорийностью, что является в настоящее время достаточно распространенным явлением.

10.08.2015

Список литературы:

1. Гербициды как потенциально опасные генотоксические соединения / Н.А. Ибрагимова, Р.А. Исламов, С.Ж. Кадыралиева, К. Черикбаева // Биологические науки / 10. Генетика и цитология. - 2011. - URL: http://www.rusnauka.com/18_DNI_2011/ Biologia/10_90102.doc.htm

2. Камилов Ф.Х. Патохимия токсического действия хлорорганических и ароматических соединений / Ф.Х. Камилов // Медицинский вестник Башкортостана. - 2007. - Т. 2, № 6. - С. 76-80.

3. Крятов И.А. Эколого-гигиеническая проблема загрязнения почв / И.А. Крятов, Н.В. Русаков, Н.И. Тонкопий // Вестник РАМН. - 2006. - № 5. - С. 18-20.

4. Муфазалова Н.А. Фармакологическая коррекция иммуно- и гепатотоксических эффектов ксенобиотиков / Н.А. Муфаза-лова. - Уфа: РИО ГУП «Иммунопрепарат», 2002. - 136с.

5. Сибиряк С.В. Цитокиновая регуляция биотрансформации ксенобиотиков и эндогенных липофильных соединений / С.В. Сибиряк, В.А. Черешнев, А.С. Симбирцев, Д.С. Сибиряк, Т.В. Гаврилова. - Екатеринбург: УрО РАН, 2006. - 148 с.

6. Сирота, Т. В. Новый подход к исследованию аутоокисления адреналина и использование его для измерения активности супероксиддисмутазы / Т. В. Сирота // Вопросы медицинской химии. - 1999.- № 3. - С. 56-58.

90 ВЕСТНИК Оренбургского государственного университета 2015 № 9 (184)

Карманова Д.С.__________________________________________________________________Влияние низких доз гербицида...

7. Спиридонова Ю.Я. Современные проблемы изучения гербицидов (2006-2008 гг.)/ Ю.Я. Спиридонова, С.Г. Жемчужин// Агрохимия.- 2010.- №7.- С.73-91.

8. Cause-specific mortality of Dutch chlorophenoxy herbicide manufacturing workers / D. Boers, L. Portengen, H.B. Bueno-de-Mesquita [et al.] // Occup. Environ. Med. - 2010. - Vol. 67, № 1. - P. 24-31.

9. Ddidigwu, Nwani C. Toxicity of the Herbicide Atrazine: Effects on Lipid Peroxidation and Activities of Antioxidant Enzymes in the Freshwater Fish Channa Punctatus (Bloch) / C. Ddidigwu Nwani, W. Singh Lakra, N. Sahebrao Nagpure [et al.] // J. Environ. Res. Public Health. - 2010. - № 8. - Р 3298-3312.

10. Differential response of young and adult leaves to herbicide 2,4-dichlorophenoxyacetic acid in pea plants: role of reactive oxygen species / D.M. Pazmino, M. Rodriguez-Serrano, M.C. Romero-Puertas [et al.] // Plant Cell Environm. - 2011. - Vol. 34, № 11. - P. 1874-89.

11. 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid effects on nephrotoxicity in rats during late pregnancy and early postnatal periods / A. Troudi, N. Soudani, A. Mahjoubi Samet [et al.] // Ecotoxicol. Environ. Saf. - 2011. - Vol. 74, № 8. - P. 2316-23.

12. Hypolipidimic and antioxidant activities of virgin olive oil and its fractions in 2,4-diclorophenoxyacetic acid-treated rats / A. Nakbi, W. Tayeb, S. Dabbou [et al.] // Nutrition. - 2012. - Vol. 28, № 1. - P. 81-91.

13. Ohkawa, H. Assay for lipid peroxides in animal tissues by thiobarbituric acid reaction / H. Ohkawa, N. Ohishi, K. Vagi // Analyt. Biochem. - 1979. - V. 95. - P. 351-358.

14. Quattrochi L. Cyp3A regulation: from pharmacology to nuclear receptors / L.C. Quattrochi, P.S. Guzelian // Drug Metab. Dispos. -2001. -Vol. 29, № 5. - P. 615-22.

15. Schreinemachers, D.M. Perturbation of lipids and glucose metabolism associated with previous 2,4-D exposure: a cross-sectional study of NHANES III data, 1988-1994 / D.M. Schreinemachers // Environm. Health. - 2010. - № 9. - P. 11.

16. Welshons WV, Thayer KA, Judy BM, Taylor JA, Curran EM, vom Saal FS. 2003. Large effects from small exposures. I. Mechanisms for endocrine-disrupting chemicals with estrogenic activity. Environ Health Perspect 111:994-100.

Сведения об авторе:

Карманова Дарья Сергеевна, старший преподаватель кафедры химии и фармацевтической химии Оренбургского государственного медицинского университета 460000, г. Оренбург, пр-т Парковый, 7, E-mail: daryakarmanova@mail.ru

ВЕСТНИК Оренбургского государственного университета 2015 № 9 (184) 91

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.