CC BY
22
Журнал фундаментальной медицины и биологии оригинальные статьи
УДК 615.831.711:612.117
В.Н. Ходарев, Н.Л. Жемчужнова, Е.В. Олемпиева, Н.В. Кузьменко
ВЛИЯНИЕ ОБЩЕЙ ИНФРАКРАСНОЙ САУНЫ НА АНТИОКСИДАНТНЫЙ СТАТУС КРОВИ ЛИЦ ОПАСНЫХ ПРОФЕССИЙ
Медико-санитарная часть УФСБ России по Ростовской области
Цель: оценка антиоксидантного статуса добровольцев до и после курса общего инфракрасного облучения.
Материалы и методы: проведен анализ показателей антиоксидантной функции крови 77 добровольцев до и после курса общего инфракрасного облучения.
Результаты: установлено, что высокотемпературное воздействие (10 процедур продолжительностью 30 мин.) способствует формированию окислительного стресса, сменяющегося развитием адаптивных реакций в виде активации антиоксидантной защиты, повышения неспецифических реакций клеточного иммунного статуса, повышения стабильности и восстановления структурного гомеостаза эритроцитарных мембран. К концу лечения формируется молекулярный механизм эндотелийнезависимой вазодилатации, что может служить компенсаторно-приспособительной реакцией, направленной на поддержание адекватного тонуса сосудистой стенки для обеспечения работы механизмов физической терморегуляции.
Выводы: полученные данные свидетельствуют о стимулирующем влиянии данного метода на адаптивный потенциал и защитные силы организма, что позволяет рекомендовать предложенную схему физиотерапевтического воздействия с профилактической целью.
Ключевые слова: общее инфракрасное воздействие, антиоксидантный статус, добровольцы.
N.V. Hodarev, N.L. Ghemchyghnova, E.V. Olempieva, N.V. Kusmenko
THE INFLUENCE OF INFRARED SAUNS ON THE ANTIOXIDANT STATUS OF BLOOD FOR DANGEROUS PROFESSIONS
Hospital medical military Federal Secret Burro, Rostov-on-Don.
Purpose: it was studied a comprehensive clinical and laboratory research of the antioxidant status of volunteers before and after the course of total infrared radiation.
Materials and methods: analysis of figures of antioxidant status blood functions of 77 volunteers before and after the course of total infrared radiation.
Results: it was founded that high-impact promotes oxidative stress, changeable on rotations development of adaptive responses in the form of activation of antioxidant protection, increased non-specific reactions of cellular immune status, increasing stability and reconstruction structural homeostasis erythrocyte membranes. After 10 days from the beginning of the treatment is increased synthesis of ceruloplasmin with increased vasodilatation, which can serve as a adaptive reactions response aimed at maintaining adequate oxygenation of the vascular wall to ensure the physical mechanism of thermoregulation.
Summary: the indicated data are evidence of enabling effect of this method on adaptive capacity and protective forces of an organism, that is allowed to recommend the proposed scheme of physiotherapeutic effect of prophylactic purpose.
Key words: total infrared effects, antioxidant status, volunteers.
оригинальные статьи
Журнал фундаментальной медицины и биологии
Введение
Разработка новейших диагностических и корригирующих технологий, направленных на сохранение и восстановление физиологического резерва организма человека, является основной стратегией современной восстановительной медицины. В настоящее время все более настойчиво проявляется интерес к немедикаментозным методам лечения и реабилитации, которые могут заменить или существенным образом ограничить потребность в лекарственных препаратах и при этом воздействовать на различные стороны патологического процесса, способствовать регуляции нарушенного гомеостаза, улучшению функционального состояния различных органов и систем, активизации защитных сил организма. Одним из таких методов является лечебное применение инфракрасного излучения [1]. Длительное и многократное воздействие высоких температур вызывает значительную перестройку обмена веществ и переход на новый уровень температурной среды, что связано в основном с изменениями окислительно-восстановительных процессов [2, 3]. Кроме того, установлено, что при перегревании организма кислород поглощается медленнее, чем это должно быть в соответствии с ростом температуры тела по правилу Вант-Гоффа [2]. В этой связи формируется смешанная форма гипоксии, которая служит основной причиной развития «кислородного парадокса».
Ведущая концепция современной медицины исходит из признания важнейшей роли структурно-функциональной дестабилизации клеточных мембран вследствие дисбаланса процессов липидной пероксидации (ПОЛ) и уровнем антиоксидантной защиты (АОЗ) [4]. Активацию процессов ПОЛ связывают с усилением образования свободных радикалов и активных форм кислорода. Свободными радикалами называют молекулы или структурные фрагменты молекул, имеющие на внешней орбитали неспаренный электрон. Появление такого свободного электрона означает наличие у молекулы дополнительной валентности, что обусловливает высокую реакционную способность свободных радикалов. К активным формам кислорода (АФК) относят кислородсодержащие радикалы - супероксидный анион-радикал, гидропероксидный радикал, гидроксил-радикал, а также пероксид водорода, гипохлорную кислоту и другие [5]. Высокая реакционная способность АФК делает их чрезвычайно токсичными для биологических систем от молекулярно-клеточного до организменного уровня.
Действие внешних прооксидантов и активация эндогенных механизмов генерации активных кислородных метаболитов (АКМ) приводит к напряжению механизмов АОЗ и развитию «окислительного стресса». Можно утверждать, что АКМ занимают ведущее место в патогенезе радиационного поражения, деструкции тканей, вызванной развитием воспалительной реакции, пости-шемических, реперфузионных и гипероксических повреждений, а также целого ряда заболеваний [5, 6].
Считается, что антиоксидантные системы препятствуют дестабилизации структурно-функционального состояния мембран клеток и обеспечивают протекание свободно-радикальных процессов на стационарном уровне. При анализе процессов ПОЛ и эффективности механизмов антиоксидантной защиты имеют значения
не столько абсолютные величины показателей, сколько соотношение между ними [5].
Принято считать, что все реакции организма на сдвиги температуры внешней среды делятся на три группы: терморегуляторное поведение, изменение вегетативных функций и интенсивности метаболических процессов, а также процессы температурной компенсации - изменение физико-химического состояния мембранных структур и макромолекул, способствующих поддержанию жизненных функций на клеточном уровне. При этом важнейшую роль в процессах терморегуляции отводят крови как одной из интегративных систем организма. Такие изменения принято рассматривать как проявление приспособительных реакций, направленных на сохранение теплового равновесия организма [7, 8].
Цель исследования - оценка свободно-радикального окисления и антиоксидантного статуса крови практически здоровых лиц опасных профессий до и после проведения общего инфракрасного воздействия.
Материалы и методы
Было проведено исследование на практически здоровых добровольцах-мужчинах в возрасте от 24 до 33 лет. Для достижения поставленной цели были выделены 2 группы обследуемых лиц. Контрольную группу составили 40 практически здоровых добровольцев. В клиническую группу вошли 37 добровольцев того же возраста, которым проводился курс физиотерапевтического воздействия в виде инфракрасной сауны. Инфракрасное воздействие осуществлялось в двухместной инфракрасной кабине, оборудованной излучателями IRS3 EOS, при температуре +55-60°С, относительной влажности 7075%, длительности экспозиции не менее 30 мин., через день, общее количество процедур 10. Группы обследуемых были сформированы согласно правилам проведения клинических испытаний (GSP), после получения информированного согласия. Клинические исследования выполнены в соответствии с Хельсинской декларацией. Забор крови осуществлялся на 1 и 10 сутки от начала воздействия.
Материалом для исследования выбраны эритроциты, плазма и сыворотка венозной крови, взятые натощак из локтевой вены. Для достижения поставленной цели в эритроцитах венозной крови определяли активность супероксиддисмутазы (СОД) [9], каталазы по Королюк Н.А. [10], глутатионпероксидазы (ГПО) по методу Моина В.М. [11], концентрацию восстановленного глутатиона (GSH) по методу Ellman G.L. в описании Микашинович З.И. [12]. В плазме крови определяли активность лейкоцитарной миелопероксидазы (МПО) по методу Klebanoff S.J. в описании Олемпиевой Е.В. [5]. В сыворотке крови определяли количество церулоплазмина (ЦП) по методу Ревина И.И., описанному Колб В.Г. [13], а также концентрацию ТБК-активных продуктов (дающих качественную реакцию с тиобарбитуровой кислотой) - малонового диальдегида (МДА) по Стальной И.Д. [14].
Статистическую обработку полученных данных проводили согласно общепринятым методам с определением средней арифметической, ошибки средней с использованием программы STADIA версия 7.0 [15]. О достоверности показателей контрольной и клинических групп
Журнал фундаментальной медицины и биологии
судили по величине ^критерия Стьюдента после проверки распределения на нормальность. Статистически достоверными считали отличия, соответствующие оценке ошибки вероятности р<0,05.
Результаты и обсуждение
В ходе выполненного исследования зарегистрирован незначительный рост активности супероксиддисмута-зы (СОД) на 17,99% (р<0,05) после проведения 1 процедуры при отсутствии достоверной динамики уровня активности каталазы. Можно полагать, что основным инициатором процессов ПОЛ в этот период служит супероксидный анион-радикал и пероксид водорода. Известно, что супероксиддисмутаза играет важную роль для нормального функционирования эритроцитов. Выступая как мощный ингибитор окислительных процессов в них, она предотвращает гемолиз, участвует в поддержании стабильности мембраны и формы эритроцитов. Функция СОД заключается также в поддержании реологических характеристик крови на физиологическом уровне при состояниях, связанных с массовым выбросом и накоплением активных форм кислорода в плазме крови. Синхронно с активацией данных энзимов регистрируется компенсаторный выраженный рост концентрации восстановленного глутатиона (С8И) на 38,21% (р<0,05) при менее значимом росте активности ГПО на 11,4% (р<0,05) относительно контрольной группы. Такие результаты свидетельствуют о повышении функционально-метаболической активности красных клеток крови, обеспечивающей утилизацию свободных радикалов, прежде всего органических пероксидов. Очевидно, что стресс-лимитирующая реакция повышает активность глутатион-зависимых ферментов только в период острого стрессорного воздействия. Можно полагать, что в период острого теплового воздействия формируется общая адаптивная реакция клеток крови в виде дополнительной стабилизации клеточных мембран за счет сульфидных групп восстановленного глу-татиона.
Важным звеном в развитии адаптационных реакций является стимуляция фагоцитарной активности клеток крови, которую мы оценивали по активности лейкоцитарной МПО. Так установлено, что активность МПО в первые сутки достоверно не изменяется. Полученные результаты говорят о том, что на острое тепловое воздействие реагируют в первую очередь красные клетки крови.
Что касается сывороточного антиоксиданта ЦП, то было зарегистрировано незначительное превышение его концентрации на 9,05% (р>0,05) относительно контрольной группы. Данные изменения позволяют предположить, что после первой процедуры инициация процессов ПОЛ отмечается в первую очередь на уровне мембран клеток и не затрагивает белки сыворотки крови. Для полноценной картины влияния общей инфракрасной сауны на метаболические процессы крови добровольцев мы также оценивали концентрацию МДА как показателя интенсивности процессов свободно-радикального окисления. Установлен выраженный рост концентрации ТБК-активных продуктов, дающих качественную реакцию с тиобарбитуровой кислотой (ТБК),
оригинальные статьи
в частности МДА на 137,42% (р<0,01) относительно той же группы.
После 10 суток воздействия инфракрасной сауны активность СОД остается выше значений контрольной группы на 10,93% (р<0,05) при одновременном незначительном угнетении активности каталазы на 2,55% (р>0,05). Заметим, что в этот период отмечается угнетение активности ГПО на 3,47% (р>0,05) при сохранном пуле восстановленного глутатиона - его концентрация превышает контрольные величины на 36,72% (р<0,05). Можно полагать, что такая перестройка функционирования энзимов антиоксидантной защиты служит не только признаком окислительного стресса, но и является компенсаторно-приспособительной реакцией, обеспечивающей пероксид-зависимую диссоциацию оксигемоглоби-на и эндотелийнезависимую вазодилатацию сосудов, что вносит определенный вклад в процессы терморегуляции в условиях теплового стресса. С другой стороны, снижение активности ферментов глутатион-зависимого звена может быть связано с ингибирующим влиянием СОД. В экспериментальных исследованиях показано, что избыток СОД может путем обратной регуляции ингибировать синтез антиоксидантных ферментов, что делает клетки более уязвимыми к окислительной атаке.
При этом после полного курса отмечен выраженный рост активности МПО - на 208,1% (р<0,005). Такие данные свидетельствуют о повышении ферментативной активности гранулоцитарных лейкоцитов. Важно подчеркнуть, что активация нейтрофилов, характеризующаяся высвобождением МПО и инициацией образования гипо-галоидов, является важным компонентом микробиоцид-ного потенциала полиморфноядерных лейкоцитов. Следовательно, можно полагать, что общее инфракрасное воздействие направлено на стимуляцию фагоцитарной активности клеток крови, что повышает иммунный статус организма. С другой стороны, нельзя не учитывать и тот факт, что в присутствии повышенной активности МПО значительно увеличивается цитотоксичность перекиси водорода. Необходимо подчеркнуть, что избыточная продукция гипохлоридов, в частности гипохлорной кислоты (НОС1) способствует окислению сульфгидриль-ных и тиэфирных групп белков, поэтому наличие в среде молекул, содержащих данные группы (например, С8И), существенно снижает цитотоксическое и деструктивное действие гипогалоидов.
Наиболее интересным оказался факт выраженного достоверного роста концентрации сывороточного антиоксиданта ЦП на 421,60% (р<0,005) относительно контрольной группы. Поскольку ЦП обладает СОД-подобной активностью, то можно полагать, что данные изменения служат компенсаторной реакцией, направленной на связывание металлов переменной валентности и исключение их влияния на процессы инициации свободно-радикального окисления. Очевидно, что по мере воздействия инфракрасного облучения формируется выраженный окислительный стресс, интенсивность которого снижается к концу курса лечения. Данное предположение подтверждается менее значимым ростом концентрации МДА на 65,77% (таблица 1). Очевидно, что после проведения полного курса лечения отмечается стабилизация эритроцитарных мембран.
оригинальные статьи Журнал фундаментальной медицины и биологии
Таблица 1
Изменение активности антиоксидантных ферментов и содержания малонового диальдегида в крови добровольцев до и после посещения инфракрасной сауны (М+Х)
Показатель Контрольная группа, n=40. Клиническая группа (после воздействия), n=37.
Дизайн исследования 1-е сутки 10-е сутки
Активность супероксиддисмутазы, усл уд/г НЬ 17,56+0,52 20,72+0,83* 19,48+0,39#
Активность каталазы, мкат/г НЬ 12,94+0,57 12,61+0,51 12,61+0,38
Активность глутатионпероксидазы, мкмоль/г НЬ 4,03+0,12 4,49+0,14* 3,89+0,08
Концентрация восстановленного глутати-она, мкмоль/г НЬ 3,35+0,10 4,63+0,13* 4,58+0,11#
Концентрация церулоплазмина, мг/л 71,24+1,42 77,69+1,45 371,59+7,43###
Концентрация малонового диальдегида, нмоль/мл 5,96+0,18 14,15+0,28** 9,88+0,29#
Примечание. Достоверные различия соответствующих показателей до и после лечения относительно контрольной группы: * - Р<0,05; ** - Р<0,01; ***- Р<0,005; # - Р<0,05; ### - Р<0,005.
Заключение
Таким образом, проведенное исследование показало, что по мере влияния общего инфракрасного облучения формируется выраженный окислительный стресс, сменяющийся развитием адаптивных реакций в виде активации антиоксидантной защиты, повышения неспецифических реакций клеточного иммунного статуса, повышения стабильности и восстановления структурного гомеостаза эритроци-тарных мембран. К концу лечения регистрируется
усиление синтеза сывороточного антиоксиданта — церулоплазмина - на фоне снижения активности каталазы, что может служить компенсаторно-приспособительной реакцией, направленной на поддержание адекватного тонуса сосудистой стенки для обеспечения работы механизмов физической терморегуляции. Таким образом, данный метод воздействия может быть рекомендован для увеличения адаптационных возможностей организма в медицинской реабилитации лиц опасных профессий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пономаренко Г.Н. Общая физиотерапия: учеб. для вузов -издание 2-е. - СПб.:ВМедА, 2008. - С. 288.
2. Чвырев В.Г., Ажаев А.Н., Новожилов Г.Н. Тепловой стресс. -М.: Медицина, 2000. - 296 с.
3. Boutilier R.G. Mechanisms of cell survival in hypoxia and hyperthermia // J. Exp.Biol. - 2011. - Vol. 204. - P. 3171-3181.
4. Ходарев Н.В., Жемчужнова Н.Л., Олемпиева Е.В. и др. Влияние общей воздушной криотерапии на антиоксидантный статус крови // Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. - 2012. - №1. - С. 32-35.
5. Олемпиева Е.В. Биохимические механизмы повреждающего действия активных форм кислорода при беременности // Известия ВУЗов, Северо-Кавказский регион. - 2009. -№6. - С. 57-61.
6. Меньщикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К. и др. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. - М.: Слово, 2006. - С. 556.
7. Улащик В.С. Функциональные системы организма в норме и при патологии. - Минск: Книжный дом, 2008. - 455 с.
8. Ходарев Н.В., Жемчужнова Н.Л., Олемпиева Е.В. и др. Кис-лородтранспортная функция крови после воздействия об-
щей воздушной криотерапии // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. - 2011. -№6. - С. 12-16.
9. Данилова Л.А. Справочник по лабораторным методам исследования. - СПб.: Питер, 2003. - С. 738.
10. Королюк Н.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г. и др. Метод определения активности каталазы // Лабораторное дело. -1981. - №1. - С. 16-19.
11. Моин В.М. Простой и специфический метод определения активности глутатионпероксидазы в эритроцитах // Лабораторное дело. - 1986. - №12. - С. 724-727.
12. Микашинович З.И., Летуновский А.В., Волжин О.О. Биохимические исследования слюны в клинической практике. - Ростов-на-Дону: Изд. РостГМУ, 2004. - С. 80.
13. Кольб В.Г. Справочник по клинической биохимии. - Минск: Медицина, 1982. - С. 289.
14. Стальная И.Д. Современные методы в биохимии - М.: Медицина, 1974. - С. 66-68.
15. Кулайчев А.П. Методы и средства комплексного анализа данных. - издание 4-е, перераб. и дополн. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006. - С. 512..
