CC BY
12
УДК 546.23 + 616.00:631.95
ВЛИЯНИЕ СЕЛЕНООРГАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ СЕЛЕНОПИРАНА НА АНТИОКСИДАНТНУЮ СИСТЕМУ КРЫС ПРИ ТОКСИКОЗЕ, ВЫЗВАННОМ СОЕДИНЕНИЯМИ КАДМИЯ
А. В. Остапчук, Ю. В. Землянова
EFFECT OF SE-ORGANIC COMPOUNDS OF SELENOPYRAN ON THE ANTIOXIDANT SYSTEM OF RATS IN THE TOXICITY CAUSED BY CADMIUM COMPOUNDS
A. V. Ostapchuk, Yu. V. Zemlyanova
Аннотация. Актуальность и цели. Соединения кадмия обладают токсическим действием, которое обусловлено их способностью к стимуляции свободнорадикаль-ных процессов в организме животных и человека. Кадмий относится к тяжелым металлам, способным быстро реагировать с сульфгидрильными группами в водной среде, а также замещать цинк в активных центрах ферментов. Известно, что микроэлемент селен в значительной степени смягчает токсическое воздействие кадмия. Целью данной работы было выявление аспектов токсичности кадмия, обусловленных его тиолспецифичностью, и особенностей краткосрочной адаптации антиоксидантной системы к введению токсиканта у крыс на этапах онтогенеза. Одновременно проводилась оценка эффективности органического селеносодержащего соединения - селе-нопирана. Материалы и методы. Эксперимент выполнен на крысах, из которых были сформированы три группы животных. Все группы животных состояли из двух подгрупп: взрослых половозрелых и молодых в периоде полового созревания. Первая группа - контрольная; животным второй группы в последние 4 дня эксперимента внутрижелудочно вводили водный раствор CdCl2 в дозе 4 мг/кг живой массы. Животные третьей группы в течение 7 дней внутрижелудочно получали масляный раствор селенопирана в дозе 0,04 мг/кг живой массы, а CdCl2 вводился аналогично второй группе на фоне введения селенопирана. Результаты. В статье исследуется влияние селеноорганического соединения на антиоксидантный статус организма крыс при введении им соединения кадмия. В тканях оценивали накопление продуктов ли-попероксидации, а также содержание селена в плазме крови, печени и семенниках животных. Внутрижелудочное введение соединения кадмия повлияло на функцию основных систем жизнеобеспечения организма. Было выявлено поражение почек, печени и семенников животных, причем у молодых животных в большей степени, чем у взрослых. Выводы. Профилактическое введение селенопирана экспериментальным животным снижало проявление токсикоза, вызванного кадмием. Подобный эффект препарата обусловлен уменьшением степени повреждения клеточных мембран и внутриклеточных структур продуктами свободнорадикального окисления.
Ключевые слова: селенопиран, кадмий, диеновые конъюгаты, малоновый диальдегид, супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза, селе-нопротеин, свободнородикальное окисление.
Abstract. Background. Compounds of cadmium have toxic deisis predetermined, which is due to their ability to stimulate freeradical processes in humans and animals. Cadmium belongs to heavy metals, can quickly react with sulfhydryl groups in aqueous medium, as well as replace the zinc in the active centers of enzymes. It is known that the trace mineral selenium significantly attenuates the toxic effects of cadmium. The aim of
this work was to identify aspects of the toxicity of cadmium, due to its toolspecific, and characteristics of the short-term adaptation of the antioxidant system to the introduction of the toxicant in rats at the stages of ontogenesis. At the same time assessed the effectiveness of organic selenium compounds - selenopyran. Materials and methods. The experiment was performed on rats, which were formed three groups of animals. All groups of animals consisted of 2 subgroups: young adults and mature in puberty. The first group - the control group; animals of the second group in the last 4 days of the experiment intraperitoneally injected aqueous solution of CdCl2 at a dose of 4 mg/kg of body weight. Animals of the third group for 7 days received intragastrically oil solution of selenopyran at a dose of 0,04 mg/kg of body weight, as CdCl2 was injected as in the second group, on the background of the introduction of selenopyran. Results. This article examines the influence of selenium-organic the light of various changes on the antioxidant status of the body of rats when administered to them compounds of cadmium. In the tissues was evaluated by accumulation of lipid peroxidation, and levels of selenium in plasma, liver and testes of animals. Intragastric administration of compounds of cadmium affected the function of basic systems of organism. Have been identified the kidney, liver and testes of animals, and in young animals in greater degree than in adults. Conclusions. Prophylactic administration of selenopyran experimental animals reduced the expression of toxicity caused by cadmium. A similar effect of the drug due to a decrease in the degree of damage of cell membranes and intracellular structures of the products of free radical oxidation.
Key words: selenopiran, cadmium, diene conjugates, malonedialdehyde, superoxide dismutase, glutathione peroxidase, glutathione reductase, selenium-protein, freeradikal oxidation.
Введение
В формировании устойчивости к свободнорадикальным повреждениям большая роль принадлежит функционированию ферментативного звена ан-тиоксидантной защиты. В свою очередь структура ферментов-антиоксидан-тов предусматривает наличие большого числа сульфгидрильных групп, определяющих пространственную конформацию протеинов, так и входящих в состав активного центра. Кадмий относится к тяжелым металлам, способным быстро реагировать с сульфгидрильными группами в водной среде, а также замещать цинк в активных центрах ферментов. Соединения кадмия - широко известные экополлютанты, токсическое действие которых обусловлено их способностью к стимуляции свободнорадикальных процессов в организме животных и человека.
Известно, что микроэлемент селен в значительной степени смягчает токсическое воздействие кадмия.
Целью данной работы было выявление аспектов токсичности кадмия, обусловленных его тиолспецифичностью, и особенностей краткосрочной адаптации антиоксидантной системы к введению токсиканта у крыс на этапах онтогенеза. Одновременно проводилась оценка эффективности органического се-леносодержащего соединения селенопирана (СП) - 9-фенил-симметричного октагидроселеноксантена [1-4].
Материалы и методы исследования
Эксперимент выполнен на крысах - самцах породы Вистар. Было сформировано три группы животных, получавших изокалорийный полусинтетический рацион. Все группы животных состояли из двух подгрупп: взрос-
лых половозрелых (возраст более 90 дней) и молодых в периоде полового созревания (возраст от 56 до 63 дней). Первая группа - контрольная; животным второй группы в последние 4 дня эксперимента внутрижелудочно вводили водный раствор CdCl2 в дозе 4 мг/кг живой массы. Животные третьей группы в течение 7 дней внутрижелудочно получали масляный раствор селенопирана в дозе 0,04 мг/кг живой массы, а CdCl2 вводился аналогично второй группе на фоне введения селенопирана.
В тканях (кровь, печень, слизистая кишечника, миокард, аорта) оценивали накопление продуктов липопероксидации по содержанию диеновых конъюгатов (ДК) и малонового диальдегида (МДА), активность основных ферментов антиокислительной защиты (супероксиддисмутазы - СОД, глута-тионпероксидазы - ГПО и глутатионредуктазы - ГР). Исследовали содержание селена в плазме крови, печени и семенниках животных.
Результаты исследований и обсуждение
Введение кадмия повлияло на функцию основных систем жизнеобеспечения организма. Было выявлено поражение почек (у молодых и взрослых животных содержание креатинина в плазме повышалось в два раза по сравнению с контрольной группой), а у животных третьей группы этот показатель не превышал контрольного значения. Достоверное повышение активности аминотрансфераз во второй группе (на 30 %) и билирубина свидетельствовало о поражении печени, причем у молодых животных в большей степени, чем у взрослых. Селенопиран не предотвращал увеличения активности АлАТ, однако активность АсАТ и концентрация билирубина плазмы крови оставались на уровне контроля.
У молодых животных накопление ДК при введении кадмия достоверно повышалось в плазме (6,15 ± 0,292 нмоль/мл) и печени (72,2 ± 0,86 нмоль/г) по сравнению с контрольной группой (4,31 ± 0,439 и 64,1 ± 2,37 соответственно). Во второй группе при введении кадмия повышалось содержание МДА в печени и аорте на 30 и 50 % соответственно. Введение селенопирана достоверно не уменьшало степень накопления ДК в крови и тканях.
У взрослых животных накопление ДК в плазме, эритроцитах, печени и кишечнике достоверно снижалось (по сравнению с контрольной группой) при введении кадмия, однако в аорте и миокарде имело тенденцию к повышению. Накопление МДА у взрослых животных как при введении только кадмия, так и на фоне селенопирана достоверно увеличивалось лишь в миокарде (по сравнению с контролем).
Активность ферментов антиокислительной защиты при нагрузке кадмием изменялась неоднозначно. Так, активность ГР (рис. 1) у молодых животных оставалась на уровне контроля в эритроцитах, миокарде и аорте и достоверно снижалась в печени и кишечнике, в то время как у взрослых особей происходило достоверное снижение активности фермента в аорте (трехкратно по сравнению с контролем), а в остальных органах изменений не наблюдалось.
У молодых животных при токсикозе, вызванном кадмием, наблюдалось повышение активности СОД в кишечнике, тогда как у взрослых особей -в кишечнике, печени и аорте, а в эритроцитах отмечалось достоверное снижение по сравнению с контролем.
Рис. 1. Изменение активности ГР в органах у молодых и взрослых крыс при экспериментальном токсикозе кадмием (отн. ед. к контрольным значениям)
Введение селенопирана на фоне нагрузки кадмием приводило к увеличению активности ГР (рис. 1) в печени и эритроцитах у молодых животных, а у взрослых крыс - в миокарде и аорте. У взрослых животных установлено повышение активности СОД в эритроцитах и снижение этого показателя в кишечнике и миокарде по сравнению со второй группой.
Активность ГПО (рис. 2) у молодых животных второй группы в печени и кишечнике снижалась достоверно по отношению к контролю, а в миокарде увеличивалась.
эритроциты печень кишка миокард аорта
0,8 0,6
0,4 0,2 о -0,2
-0,4 -0,6
Рис. 2. Изменение активности ГПО в органах у молодых и взрослых крыс при экспериментальном токсикозе кадмием (отн.ед. к контрольным значениям)
—•—молодые 2 гр —«—молодые 3 гр —*—взрослые 2 гр —ж—взрослые 3 гр
Напротив, у взрослых животных обнаруживали достоверное повышение активности фермента в печени и кишечнике и отсутствие изменений в других тканях.
Активность данного фермента у взрослых и молодых животных коррелировала с изменениями содержания селена в печени: наблюдалось снижение концентрации селена в печени у молодых животных, а у взрослых - повышение (табл. 1).
Таблица 1
Содержание селена в органах молодых и взрослых крыс при экспериментальном токсикозе кадмием
Номер группы Плазма, нг/мл Печень, нг/мг Семенники, нг/мг
молодые взрослые молодые взрослые молодые взрослые
1 185 ± ± 16,3 400 ± ± 24,5 0,912 ± ± 0,077 0,562 ± ± 0,042 0,081 ± ± 0,009 0,082 ± ± 0,003
2 182 ± ± 11,5 375 ± ± 30,7 0,488* ± ± 0,068 0,635 ± ± 0,065 0,061* ± ± 0,003 0,117* ± ± 0,006
3 287* ± ± 25,4 369 ± ± 23,3 0,819* ± ± 0,118 0,698* ± ± 0,044 0,090* ± ± 0,007 0,147 ± ± 0,036
Известно, что глутатионпероксидаза является основным селенопротеи-ном печени млекопитающих, поэтому, вероятно, зафиксированная разница в активности фермента связана с количественным содержанием его в клетках, а не с функциональными повреждениями макромолекул. Применение селено-пирана на фоне кадмиевой нагрузки повышало содержание селена в печени у молодых особей до уровня контрольных животных, а у взрослых - на 24,2 % по сравнению с контролем, что не коррелировало с изменением активности ГПО. По-видимому, в данном случае имеет место медленная метаболизация селенопирана в клетках печени, что соответствует коротким срокам эксперимента, или его депонирование, так как высвобождение селена из молекулы привело бы к увеличению синтеза селенопротеинов.
Известно, что органами-мишенями токсикоза, вызванного кадмием, являются семенники, и кадмий существенно влияет на содержание в них микроэлемента селена (табл. 1) - важнейшей составляющей ферментативной ан-тиоксидантной защиты. При этом неполовозрелые и взрослые особи реагируют по-разному. Если концентрация селена у молодых особей при кадмиевой нагрузке в семенниках резко снижалась (на 25 %), то у взрослых наблюдалась обратная картина (повышение более чем на 40 %). При введении селе-нопирана как у молодых, так и у взрослых животных содержание селена в семенниках увеличивалось, и это способствовало снижению токсического эффекта кадмия.
Заключение
Таким образом, профилактическое введение селенопирана экспериментальным животным снижало проявление токсикоза, вызванного кадмием. Подобный эффект препарата обусловлен, по-видимому, уменьшением степени повреждения клеточных мембран и внутриклеточных структур продуктами свободнорадикального окисления.
Список литературы
1. Гаврюшина, И. В. Состояние антиоксидантной системы, иммунитета и продуктивность ягнят при введении их матерям различных соединений селена : автореф. дис. ... канд. биол. наук / Гаврюшина И. В. - Боровск, 2010. - 23 с.
2. Возможность регуляции процессов свободнорадикального окисления в раннем постнатальном периоде ягнят селенсодержащими препаратами / Г. И. Боряев, И. В. Гаврюшина, Ю. Н. Федоров, И. В. Кошелева // Нива Поволжья. - 2015. -№ 3(36). - С. 26-33.
3. Възрастови промени в устойчивостта на антиоксидантната система към токсично-то действие на кадмиев дихлорид / Ю. В. Кравченко, Г. И. Боряев, М. Н. Невитов, А. В. Остапчук, Е. Кистанова // Традиции и съвременност във ветеринарната медицина : сб. докл. науч. конф. - Болгария, 2007. - С. 210-221.
4. Антиоксидантные свойства хелатного соединения селена - новое направление в ветеринарии / Д. Б. Волошин, Л. Б. Заводник, Е. С. Печинская, В. В. Дюрдь, Г. И. Боряев, М. Н. Невитов, А. В. Остапчук, А. Шимкус, Б. Палечь // Биоантиок-сидант : тез. Докл. VIII Междунар. конф. (4-6 октября 2010 г.). - М., 2010. -С. 163-164.
Остапчук Александр Валерьевич
кандидат биологических наук, доцент, кафедра биологии животных и ветеринарии, Пензенская государственная сельскохозяйственная академия E-mail: [email protected]
Землянова Юлия Валерьевна кандидат биологических наук, врач клинической лабораторной диагностики, Пензенский областной онкологический диспансер E-mail: [email protected]
OstapchukAleksandr Valer'evich сandidate of biological sciences, associate professor, sub-department of animal biology and veterinary,
Penza State Agricultural Academy
Zemlyanova Yuliya Valer'evna candidate of biological sciences, doctor of clinical laboratory diagnostics, Penza Regional Oncologic Dispensary
УДК 546.23 + 616.00:631.95 Остапчук, А. В.
Влияние селеноорганического соединения селенопирана на антиокси-дантную систему крыс при токсикозе, вызванном соединениями кадмия /
А. В. Остапчук, Ю. В. Землянова // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2015. - № 4 (16). - С. 245-250.
