Antioxidant System in Rats Tissues Under Action of Heavy Metals

  • Authors: B.O. Tsudzevich, I.V. Kalinin, N.A. Petruk
  • UDC: 577.576.546.599
Download attachments:

Б.О. Цудзевич, д.біол.н, професор, І.В. Калінін, к.біол.н., Н.А. Петрук

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

SUMMARY. The data of researches influence of heavy metals (copper sulfate, zinc sulfate, cadmium sulfate and lead nitrate) on lipid peroxidation and on activity of glutathione-dependent enzymes of blood and liver of poisoned rats are shown in this article.
Key words: copper, zinc, cadmium, lead, blood, liver, rats, antioxidant system.

Негативні фактори навколишнього середовища, в тому числі й важкі метали, призводять до розладу антиоксидантного захисту внаслідок будь-якого зовнішнього впливу та викликають посилення вільнорадикального окислення (ВРО). Це супроводжується зміною конформації ліпідів, що призводить до порушення структурних і функціональних властивостей біомембран, підвищенню їхньої лабільності й проникності, розбалансуванню ферментних систем мембран, порушенню електротранспортних ланцюгів мітохондрій. Крім того, продукти ВРО ушкоджують білки, тіолові сполуки, нуклеотидфосфати, змінюють ступінь гліколізу, ушкоджують ядерну ДНК із утворенням її одноланцюгових розривів[1].

За оцінкою активності процесів ПОЛ і ВРО та ступеня зсуву рівноваги між прооксидантами й антиоксидантами можна розглядати об'єктивні й дуже чутливі показники загального стану організму, активності й функціонування систем підтримки гомеостазу [2]. Ці дані можуть містити інформацію про ступінь і глибину виразності дії деструктивного фактора на організм.

За рівнем даних продуктів можна судити про інтенсивність ВРО в різних біологічних системах і тканинах організму, тобто про ступінь їхнього ушкодження під дією несприятливих факторів середовища [3]. При оцінці активності ВРО необхідно мати на увазі, що клітина, організм мають у своєму розпорядженні безліч захисних механізмів, що більш-менш ефективно протидіють ВРО. Тому показником ступеня посилення ВРО може служити не тільки збільшення кількості продуктів ВРО, але й швидкість витрати, ступінь втрати антиоксидантних ресурсів.

Антиоксидантна система захисту організму контролює і гальмує всі етапи вільнорадикальних реакцій, починаючи від їх ініціації і закінчуючи утворенням гідроперекисів та МДА. Основний механізм контролю цих реакцій пов'язаний з ланцюгом зворотних окисно-відновних реакцій іонів металів, глутатіону, аскорбату, токоферолу та інших речовин, значення яких особливо важливе для збереження довгоіснуючих макромолекул нуклеїнових кислот і білків, деяких складових мембран. Є підстави думати, що тривалість життя макромолекул у клітині багато в чому визначається саме їх стійкістю до атаки вільно-радикальних продуктів [4].

Метою роботи було дослідження впливу інтоксикації важкими металами на функціонування антиоксидантної системи у тканинах щурів.

Матеріали і методи

Досліди проводили на білих нелінійних щурах-самцях, одного віку, масою 180-200 г., впродовж 14 діб. Було утворено п'ять груп тварин: перша — інтактні (контроль), друга — тваринам перорально вводили розчин міді сульфату в дозі 3 мг/кг, що становить 1/10 від ЛД50, третя — щурам перороально вводили розчин цинку сульфату в дозі 2 мг/кг, що становить 1/20 від ЛД50, четверта — тваринам перорально вводили розчин кадмію сульфату в дозі 1,5 мг/кг, що становить 1/30 від ЛД50, п'ята — тваринам перорально вводили розчин свинцю азотнокислого в дозі 1,7 мг/кг, що становить 1/50 від ЛД50. Щурів декапітували під ефірним наркозом і відбирали тканини крові та печінки для подальших досліджень. Вся робота проводилась відповідно до конвенції Ради Європи щодо захисту хребетних тварин, яких використовують у наукових цілях. Кров отримували загальновідомими методами, а препарати гомогенної фракції клітин печінки — методом диференційного центрифугування [5]. Вміст ТБК-активних продуктів визначали за [6], дієнових кон'югатів (ДК) за [7]. Визначали активність: супероксиддисмутази (СОД. КФ 1.15.1.1) за методом [8 ]; каталази (КАТ, КФ 1.11.1.9) за [9]; глутатіонпероксидази (ГП, КФ 1.11.1.9) та глутатіонтрансферази (ГТ, КФ 2.5.1.18) за [10-11]. Вміст відновленого глутатіону (GSH) визначали методом [12]. Експериментальні дані обробляли статистично з використанням t-критерію Стьюдента [13].

Результати та обговорення

У тканинах крові та печінки щурів при інтоксикації іонами міді, цинку, кадмію і свинцю виявлено активацію пероксидного окис-нення ліпідів (ПОЛ), яке оцінювали по накопиченню ТБК-активних продуктів (табл. 1).

Таблиця 1

Вміст ТБК-активних продуктів у тканинах крові та печінки щурів за умов інтоксикації важкими металами (М±m, n=8)

Інтоксикація міді сульфатом призводить до збільшення ТБК-активних продуктів на 40% у крові та на 31% у печінці; цинку сульфатом — на 42% в крові та на 31% в печінці, кадмію сульфатом — на 66% в крові та на 38% в печінці; свинцем азотнокислим — на 61% в крові та на 36% в печінці, відносно контрольної групи тварин.

Вміст дієнових кон'югатів у тканинах щурів (табл.2) визначали як відношення оптичної густини при 233 і 218 нм.

Таблиця 2

Вміст дієнових кон'югатів у тканинах крові та печінки щурів за умов інтоксикації важкими металами (М±m, n=8)

Після інтоксикації іонами важких металів збільшується вміст ДК у тканинах крові та в печінці щурів. Так, у крові вміст ДК збільшився на 16% при інтоксикації міді сульфатом, на 18% — цинку сульфатом, на 24% — кадмію сульфатом, на 26% — свинцем азотнокислим, порівняно з контрольною групою.

Антиоксидантна система захисту організму контролює і гальмує всі етапи вільнорадикаль-них реакцій, починаючи від їх ініціації і закінчуючи утворенням гідроперекисів та МДА.

Дослідження активності супероксиддисмутази та каталази наведено в таблиці 3.

Таблиця 3

Активність супероксиддисмутази (СОД) та каталази (КАТ) в тканинах щурів за дії іонів важких металів (М±m, n=8)

Отже, інтоксикація іонами важких металів призводить до зниження активності СОД і КАТ у досліджуваних тканинах щурів, особливо при інтоксикації іонами кадмію та свинцю.

Дослідження активності глутатіонзалежних ферментів тканин щурів наведено в таблиці 4.

Таблиця 4

Активність глутатіонпероксидази і глутатіонтрансферази та вміст відновленого глутатіону в тканинах щурів за дії іонів важких металів (М±m, n=8)

У крові щурів за умов інтоксикації міді сульфатом зменшується: активність ГП на 22%, ГТ на 47% і вміст відновленого глутатіону на 23%; цинку сульфату — активність ГП на 23%, ГТ на 50% і вміст відновленого глутатіону на 27%; кадмію сульфату — ГП на 38%, ГТ на 60% і вміст відновленого глутатіону на 34%; свинцю азотнокислого — ГП на 34%, ГТ на 57% і вміст відновленого глутатіону на 31% відповідно, у порівнянні з контрольною групою тварин.

За умов інтоксикації міддю сірчанокислою і цинку сульфатом активність ГП і ГТ у печінці щурів змінюється незначно. Активність у печінці ГП і ГТ за умов дії іонів кадмію зменшується на 25% і 19% відповідно, порівняно з контролем. При дії іонів свинцю активність ГП і ГТ у печінці щурів зменшилась на 19% і 15% відповідно, у порівнянні з контрольними тваринами.

Слід відзначити, що більш інтенсивно зменшувався вміст відновленого глутатіону в печінці інтоксикованих щурів: CuSO4 — на 17% , ZnSO4 — на 23%, CdSO4 — на 61%, Pb(NO3)2 — на 51%, відносно контрольної групи тварин. Таку зміну, на наш погляд, можна пояснити тим, що глутатіон бере участь у захисних реакціях клітинних органел.

Висновок. Аналіз одержаних результатів вказує на порушення проокисно-антиоксидантної рівноваги. Слід відзнчити, що саме глутатіонпероксидазна система, є універсальною при розкладі пероксидів і перешкоджає ініціації вторинних реакцій окиснення ліпідів та бере участь у інактивації продуктів окисного метаболізму ксенобіотиків.

ЛІТЕРАТУРА

1. Антиоксидантна система захисту організму (огляд) / І.Ф. Бєленічев, Є.Л. Левицький, Ю.І. Губський [та ін.] // Совр. пробл. токсикол. — 2002. — №3. — С. 24–31.

2. Wickens A.P. Ageing and the free radical theory / A.P. Wickens // Respir. Physiol. — 2001. — Vol.128, №3. — P. 379–391.

3. Функціонування антиоксидантної системи щурів за дії кадмію / С.В. Хижняк, А.О. Прохорова, В.А. Грищенко [та ін.] // Укр. біохім. журнал, 2010. — Т. 82. — № 4. — С. 105–111.

4. Коржов В.И. Роль системы глутатиона в процессах детоксикации и антиоксидантной защиты / В.И. Коржов, В.Н. Жадан, М.В. Коржов // Журнал АМН України, 2007. — №1. — Т. 13. — С. 3–20.

5. Практикум по биохимии: учебное пособие/ [под редакцией С.Е.Северина, Г.А. Соловьевой]. — М.: Из-во МГУ, 1989. — 509 с.

6. Стальная И.Д. Современные методы в биохимии / И.Д. Стальная, Т.Г. Гаришвили / [под ред. В.Н. Ореховича]. — М. Медицина, 1977. — С. 66–68.

7. Гаврилов В.Б. Измерение диеновых коньюгатов в плазме крови по УФ-поглощению гептановых и изопропанольных экстрактов / В.Б. Гаврилов, А.Р. Гаврилова, Н.Ф. Хмара // Лабораторное дело. — 1988. — № 2. — с. 60–63.

8. Орехович В.Н. Современные методы в биохимии. / В.Н. Орехович. — М.:Медицина, 1977. — 268 с.

9. Королюк М.А. Метод определения активности каталазы в биологическом материале / М.А. Королюк // Лабораторное дело. — 1988. — №2. — С. 31–34.

10. Mannervik B. Glutathione peroxidase/ B. Mannervik // Methods in enzymology. Acad. Press.–1985. — Vol. 113. — P. 490– 495.

11. Власова С.Н. Активность глутатионзависимых ферментов эритроцитов при хронических заболеваниях печени у детей / С.Н. Власова, Е.И. Шабунина, А.И. Переслегина // Лаб. Дело. — 1990. — № 8. — С. 19–21.

12. Ellman G.L. Tissue sulfhydryl groups / G.L. Ellman // Arch. Biochem. Biophys. — 1959. — V. 82, N1. — Р. 70–77.

13. Кучеренко М.Є. Сучасні методи біохімічних досліджень. / М.Є. Кучеренко, Ю.Д. Бабенюк, В.М. Войціцький — К.: Фітосоціоцентр, 2001. — С. 109–152.

 

REFERENCES

1. Antyoksydantna systema zakhystu organizmu (oglyad) / I.F. Belenichev, E.L. Levyc'kyj, Yu.I. Gubs'kyj [ta in.] // Sovr. probl. toksykol. — 2002. — №3. — S. 24–31.

2. Wickens A.P. Ageing and the free radical theory / A.P. Wickens // Respir. Physiol. — 2001. — Vol.128, №3. — P. 379–391.

3. Funkcionuvannya antyoksydantnoi systemy schuriv za dii kadmiyu / S.V. Khyzhnyak, A.O. Prokhorova, V.A. Gryschenko [ta in.] // Ukr. biokhim. zhurnal, 2010. — T. 82. — № 4. — S. 105–111.

4. Korzhov V.I. Rol' sistemy glutationa v processakh detoksikacii i antioksidantnoj zaschity / V.I. Korzhov, V.N. Zhadan, M.V. Korzhov // Zhurnal AMN Ukrainy, 2007. — №1. — T. 13. — S. 3–20.

5. Praktikum po biokhimii: uchebnoe posobie/ [pod redakciej S.E.Severina, G.A. Solov'evoj]. — M.: Iz-vo MGU, 1989. — 509 s.

6. Stal'naya I.D. Sovremennye metody v biokhimii / I.D. Stal'naya, T.G. Garishvili / [pod red. V.N. Orekhovicha]. — M. Medicina, 1977. — S. 66–68.

7. Gavrilov V.B. Izmerenie dienovykh kon'yugatov v plazme krovi po UF-pogloscheniyu geptanovykh i izopropanol'nykh ekstraktov / V.B. Gavrilov, A.R. Gavrilova, N.F. Khmara // Laboratornoe delo. — 1988. — № 2. — s. 60–63.

8. Orekhovich V.N. Sovremennye metody v biokhimii. / V.N. Orekhovich. — M.:Medicina, 1977. — 268 s.

9. Korolyuk M.A. Metod opredeleniya aktivnosti katalazy v biologicheskom materiale / M.A. Korolyuk // Laboratornoe delo. — 1988. — №2. — S. 31–34.

10. Mannervik B. Glutathione peroxidase/ B. Mannervik // Methods in enzymology. Acad. Press.–1985. — Vol. 113. — P. 490– 495.

11. Vlasova S.N. Aktivnost' glutationzavisimykh fermentov eritrocitov pri khronicheskikh zabolevaniyakh pecheni u detej / S.N. Vlasova, E.I. Shabunina, A.I. Pereslegina // Lab. Delo. — 1990. — № 8. — S. 19–21.

12. Ellman G.L. Tissue sulfhydryl groups / G.L. Ellman // Arch. Biochem. Biophys. — 1959. — V. 82, N1. — Р. 70–77.

13. Kucherenko M.E. Suchasni metody biokhimichnykh doslidzhen'. / M.E. Kucherenko, Yu.D. Babenyuk, V.M. Vojcic'kyj — K.: Fitosociocentr, 2001. — S. 109–152.

 

Надійшла до редакції 28.02.2012