Активность каталазы у белых крыс в динамике хронического ингаляционного изолированного и сочетанного действия оксидов азота, серы и кремния

  • Авторы: В.Д. Крушевский
  • УДК: 612.112.94+612.084:615.9
Скачать вложения:

В.Д. Крушевський, к. біол. н.

Український НДІ промислової медицини, м. Кривий Ріг

РЕЗЮМЕ. При действии на организм вредных веществ образуются токсичные соединения свободных радикалов, в том числе пероксид водорода, для нейтрализации которого наибольшую роль играет каталаза. Поэтому целью данных исследований было определение активности каталазы в организме белых крыс в динамике хронического ингаляционного изолированного и сочетанного действия одних из наиболее распространенных антропогенных ксенобиотиков: оксидов азота, серы и кремния. В эксперименте на 600 нелинейных белых крысах с начальной массой 120-130 г 3-й категории качества были определены закономерности активации и дезактивации каталазы в разных биосубстратах опытных животных в зависимости от качественных и дозо-экспозиционных свойств этих раздражающих факторов.
Ключевые слова: хроническая ингаляция, сочетанное действие, оксиды азота, оксиды серы, оксиды кремния, активность каталазы.

При дії на організм шкідливих речовин утворюються токсичні сполуки вільних радикалів, у тому числі пероксид водню, для нейтралізації якого найважливішу роль відіграє каталаза [1].

Вона локалізується переважно в пероксисомах [2] і забезпечує перебіг двох реакцій: ефективно розщеплює надлишок пероксиду водню в каталазнiй реакції або окислює в присутності пероксидів ряд токсичних сполук у пероксидазнiй реакції. Каталаза — один з перших ферментів, одержаних у чистому вигляді, але механізм її дії ще до кінця не з'ясований, а дані різних авторів відносно її каталітичних властивостей достатньо суперечливі [3].

Функціональні антиоксидантні особливості каталази, її поширення в біологічних об'єктах — причина прискіпливої уваги дослiдникiв до даного ферменту [1]. Тому все частіше проводяться дослідження активності каталази при дії на організм шкідливих факторів як природного, так і антропогенного походження, що викликають в органiзмi патологічні процеси відповідної етiологiї [4, 5].

Метою наших досліджень було визначення активності каталази в організмі білих щурів у динаміці хронічній інгаляційній ізольованій та сполученій дії найбільш поширених антропогенних ксенобіотиків: оксидів азоту, сірки та кремнію.

Матеріали та методи дослідження

Експериментальні дослідження проводилися в умовах, які відтворювалися згідно з діючими нормативними документами і визначеними у відповідних роботах [6-9].

Дослідження проводились на 600 нелінійних білих щурах з початковою масою 120-130 г 3-ї категорії якості.

Тварини підлягали щоденним чотиригодинним хронічним інгаляційним ізольованим і комбінованим діям оксидів азоту, сірчистого ангідриду (5 ГДК) та діоксиду кремнію різної дисперсності (15-20 ГДК), що викликали морфологічно визначений хронічний токсичний, пиловий та токсикопиловий бронхіт [7].

1 серію піддослідних тварин піддавали інгаляційній дії оксидів азоту, 2 серію — сірчистого ангідриду, 3 серію — аморфного діоксиду кремнію, 4 серію — грубодисперсного діоксиду кремнію, 5 серію — аморфного діоксиду кремнію з оксидами азоту, 6 серію — аморфного діоксиду кремнію з сірчистим ангідридом.

Щурів виводили з експерименту декапітацією під легким ефірним наркозом після закінчення 2, 5, 7, 9 і 12 тижневих інгаляційних експозицій, дотримуючись біоетичних правил гуманного поводження з тваринами.

Бронхітогенні гази одержували хімічними реакціями [6, 7] і подавали в експериментальну камеру за допомогою барботації. Контроль за концентрацією оксидів азоту і сірки у камері здійснювався фотометрично через кожні 30 хвилин [8, 9].

Вибір та обґрунтування обраних для дослідження антропогенних ксенобіотиків наведені в роботах [6, 7].

Біосубстрати сироватки крові, легень та селезінки готували по [10].

Результати та їх обговорювання

При дво- і п'ятитижневій експозиції в активності каталази сироватки крові достовірних змін не виявлено, наголошується лише на незначному її збільшенні. На сьомому тижні досліду активність каталази достовірно виросла в 1,2–1,3 раза по відношенню до контрольних величин у всіх тварин, що зазнали ізольованої дії оксидів азоту і сірки та сполученої їхньої дії з аморфним гідрофобним діоксидом кремнію (табл. 1). Ізольована дія діоксиду кремнію різної дисперсності при цій експозиції не викликає статистично значущих змін в активності каталази сироватки крові. Найбільші зрушення щодо активності каталази сироватки крові відбуваються при дев'ятитижневій експозиції, де цей показник збільшується в 1,7–1,9 раза відносно контролю.

Таблиця 1

Активність каталази сироватки крові білих щурів у динаміці інгаляційної дії подразнюючих чинників (мкатал на 1 мг білка)

При цьому найбільший негативний антиоксидантний ефект щодо активності каталази в сироватці крові мають сполучені дії оксидів азоту і сірки з аморфним гідрофобним діоксидом кремнію, де збільшення активності каталази згідно з контролем сягає 54,0%.

По закінчені експерименту (12 тижнів) активність каталази в крові тварин достовірно знижується відносно контрольного рівня в середньому у 1,2 раза в усіх дослідних серіях, окрім тварин, які підлягали ізольованій дії діоксиду кремнію різної дисперсності, де цей показник статистично невірогідний.

Активність каталази в легенях білих щурів всіх дослідних серій в динаміці інгаляційної дії подразнюючих чинників характеризується, перш за все, тим, що до дев'ятитижневої експозиції вона збільшується щодо контролю в середньому в 1,04–1,86 раза. Причому, при перших двох експозиціях це збільшення становило в середньому від 1,27 до 1,32 раза відносно контроля. Також мали місце показники більші за контрольні, а саме: 13,6–14,3 мкатал на 1 міліграм білка, але вони стали статистично недостовірні. Отже, спостерігалася також активізація цього ферменту на начальних етапах дії подразнюючих чинників (табл. 2).

Таблиця 2

Активність каталази в легенях білих щурів у динаміці інгаляційної дії подразнюючих чинників (мкатал на 1 мг білка)

Достовірні відмінності по збільшенню активності каталази в легенях дослідних тварин усіх серій щодо контролю починаються з сьомого тижня експерименту. При цій експозиції активність каталази збільшується в середньому в 1,68 раза, ніж у контрольних серіях тварин, різниця становить від 31,1 мкатал на 1 мг білка в шостій серії тварин до 35,6 — в першій серії.

При 9-тижневій експозиції рівень активності каталази в легенях дослідних тварин усіх серій залишається без змін, тобто середня кратність до контролю становить 16,2. Найбільшим збільшенням активності каталази тут вирізняються тварини, які зазнали ізольованої дії оксидів азоту і сірки, а також в комплексі з аморфним діоксидом кремнію.

Після закінчення експерименту активність каталази в легенях різко знижується поза контрольні величини в середньому в 1,69 раза, що, можливо, свідчить про виснаження енергетичних властивостей цього ферменту.

Активність каталази в селезінці білих щурів всіх серій на початку інгаляційної дії подразнюючих чинників (2 тижні) пригнічується на 6,1–11,6%, потім через п'ять тижнів підвищується на 8,9–19,1% (табл. 3).

Таблиця 3

Активність каталази в селезінці білих щурів у динаміці інгаляційної дії подразнюючих чинників (мкатал на 1 мг білка)

З сьомого тижня досліду і до його закінчення зміни в активності каталази селезінки статистично достовірні у тварин всіх серій.

Так, при семитижневій експозиції цей показник збільшується щодо контролю на 12,0–20,7%, а на дев'ятому тижні досліду — на 18,9–43,7%. На сьомому тижні досліду найбільше збільшення активності каталази відбувається у тварин першої і другої серій (у 1,20–1,26 раза відповідно), в шостій — в 1,16 раза, четвертій і п'ятій — в 1,15 раза і в третій — в 1,14 раза, в середньому для всіх серій це збільшення становить 1,18 раза. Отже, при цій експозиції найбільший стимулюючий ефект активності каталази в селезінці мають оксиди азоту і сірки при їх ізольованій дії.

При дев'ятитижневій експозиції спостерігається подальше зростання активності каталази в селезінці всіх дослідних тварин щодо контролю і в середньому цей коефіцієнт складає 1,61, тобто зростає на 26,7% щодо попередньої експозиції.

По закінченні експерименту активність каталази в селезінці статистично достовірно знизилася у тварин 1, 2, 5 і 6 серій. Найбільше зниження цього показника у тварин п'ятої серії 24,8%, потім в шостій — 23,6%, першій і другій — 22,4%. У тварин третьої і четвертої серії також спостерігається зниження активності ка-талази селезінки щодо контролю на 21,1–12,7% відповідно, але ці зміни статистично не достовірні. В середньому зниження цього показника по всіх серіях до закінчення досліду становить 21,2%.

Майже в усіх дослідних серіях тварин відбуваються статистично вірогідні однонаправлені зміни активності каталази як в сироватці крові, так і легенях, селезінці після семитижневої експозиції при ізольованій та сполученій дії подразнюючих чинників (рис.).

Рис. Співвідношення активності каталази в сироватці крові, легенях та селезінці після семи-дев'ятитижневої інгаляційної експозиції подразнюючими чинниками відносно контролю

Так, в сироватці крові середній показник активації каталази відносно контролю за цієї експозиції становить 16,1%, в легенях — 40,4%, а в селезінці — 17,3%; при 9-ти тижневій експозиції — відповідно: 46,5%, 37,9% і 38,3%; по закінченні експерименту (12 тижнів) спостерігається дезактивація ферменту в крові на 17,2%, в легенях — на 40,7%, в селезінці — на 21,4%.

Отже, найбільша активізація каталази відбувається на сьомому — і дев'ятому тижні експерименту при ізольованій та сполученій дії практично всіх досліджених подразнюючих чинників. У подальшому активність каталази значно знижується в усіх досліджених біосубстратах в 1,2–1,7 раза.

Висновки

1. Хронічна інгаляційна дія подразнюючих чинників оксидів азоту, сірки та кремнію на білих щурів як при ізольованому їх впливові, так і сполученому викликає активацію каталази сироватки крові, легень і селезінки до дев'ятого тижня експерименту в середньому на 41% відносно контролю.

2. У подальшому відбувається дезактивація ферменту в усіх досліджених біосубстратах і на дванадцятому тижні експерименту вона сягає в середньому 26,4%, що свідчить про виснаження каталази або часткове руйнування її молекули.

3. У сироватці крові середній показник підвищення активації каталази відносно контролю при семитижневій експозиції становить 16,1%, в легенях — 40,4%, а в селезінці — 17,3%; при 9-ти тижневій експозиції — відповідно: 46,5%, 37,9% і 38,3%; до кінця експерименту (12 тижнів) спостерігається дезактивація ферменту в крові на 17,2%, в легенях — на 40,7%, в селезінці — на 21,4%.

4. Найбільше збільшення активності каталази відбувається на сьомому тижні досліду в легенях як первинній мішені дії подразнюючих чинників і відповідне найбільше виснаження її після закінчення експерименту.

 

ЛІТЕРАТУРА

1. Латышко Н. В. Кинетические и каталитические свойства каталазы Penicillium vitale / Н.В. Латышко, Л.В. Гудкова // Украинский биохимический журнал. — 1996. — т. 68. —№2. — С. 69-73.

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

3. Jacob G. S. Catalase of Neurospora crassa. L. Induction, purification and physical properties / G.S. Jacob, W.H. Orme-Johnson // Biochemistry. — 1979. — Vol.18. — №14. — P. 2967-2975.

4. Гребенюк А. Н. Влияние цистамина на состояние системы глутатиона / А.Н.Гребенюк, А.В. Удинцев // Радиационная биология. Радиоэкология. — 1997. — т.37. — №6. — С. 905-909.

5. Барабой В.А. Биохимические механизмы приобретённой радиорезистентности опухолевой ткани / В.А. Барабой, Ю.Н. Белоконь, В.А. Зинченко // Украинский биохимический журнал. — 1997. — Т.69. — №3. — С.42-47.

6. Пат. 21538А. Україна, А61В 10/00. Спосіб моделювання хронічного токсикопилового бронхіту / Карнаух М. Г., Крушевський В. Д., Луговський С. П., Беднарик О. М.; заявник і патентовласник Криворізький науково-дослідний інститут гігієни праці та профзахворювань. — №95010030; заявл. 02.01.95; опубл. 30.04.98, Бюл. №2.

7. Морфофункціональні зміни в легенях лабораторних тварин у патогенезі експериментального хронічного бронхіту токсичної та пилової етіології / М.Г. Карнаух, В.Д. Крушевський, С.П. Луговський [та ін.] // Гігієна населених місць. — 2003. — Вип. 41. — С.53-58.

8. Методические указания на фотометрическое определение двуокиси азота в воздухе/№1638-77 Утверждены МЗ СССР/18 апреля — 1977г.

9. Методические указания на фотометрическое определение сернистого ангидрида /№ 1642-77 Утверждены МЗ СССР/13 апреля — 1977г.

10. Крушевський В. Д. Розміри циркулюючих імунних комплексів у білих щурів при хронічній інгаляційній дії на них оксидів азоту, сірки та кремнію / В.Д. Крушевський //Современные проблемы токсикологии. — 2004. — №2. — С. 33-35.

 

REFERENCES

1. Latyshko N. V. Kineticheskie i kataliticheskie svojstva katalazy Penicillium vitale / N.V. Latyshko, L.V. Gudkova // Ukrainskij biokhimicheskij zhurnal. — 1996. — t. 68. —№2. — S. 69-73.

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

3. Jacob G. S. Catalase of Neurospora crassa. L. Induction, purification and physical properties / G.S. Jacob, W.H. Orme-Johnson // Biochemistry. — 1979. — Vol.18. — №14. — P. 2967-2975.

4. Grebenyuk A. N. Vliyanie cistamina na sostoyanie sistemy glutationa / A.N.Grebenyuk, A.V. Udincev // Radiacionnaya biologiya. Radioekologiya. — 1997. — t.37. — №6. — S. 905-909.

5. Baraboj V.A. Biokhimicheskie mekhanizmy priobretyonnoj radiorezistentnosti opukholevoj tkani / V.A. Baraboj, Yu.N. Belokon', V.A. Zinchenko // Ukrainskij biokhimicheskij zhurnal. — 1997. — T.69. — №3. — S.42-47.

6. Pat. 21538A. Ukraina, A61V 10/00. Sposib modelyuvannya khronichnoho toksykopylovoho bronkhitu / Karnaukh M. H., Krushevs'kyj V. D., Luhovs'kyj S. P., Bednaryk O. M.; zayavnyk i patentovlasnyk Kryvoriz'kyj naukovo-doslidnyj instytut hihieny praci ta profzakhvoryuvan'. — №95010030; zayavl. 02.01.95; opubl. 30.04.98, Byul. №2.

7. Morfofunkcional'ni zminy v lehenyakh laboratornykh tvaryn u patohenezi eksperymental'noho khronichnoho bronkhitu toksychnoi ta pylovoi etiolohii / M.H. Karnaukh, V.D. Krushevs'kyj, S.P. Luhovs'kyj [ta in.] // Hihiena naselenykh misc'. — 2003. — Vyp. 41. — S.53-58.

8. Metodicheskie ukazaniya na fotometricheskoe opredelenie dvuokisi azota v vozdukhe/№1638-77 Utverzhdeny MZ SSSR/18 aprelya — 1977g.

9. Metodicheskie ukazaniya na fotometricheskoe opredelenie sernistogo angidrida /№ 1642-77 Utverzhdeny MZ SSSR/13 aprelya — 1977g.

10. Krushevs'kyj V. D. Rozmiry cyrkulyuyuchykh imunnykh kompleksiv u bilykh schuriv pry khronichnij inhalyacijnij dii na nykh oksydiv azotu, sirky ta kremniyu / V.D. Krushevs'kyj //Sovremennye problemy toksykolohyy. — 2004. — №2. — S. 33-35.

Надійшла до редакції: 26.08.2010