Антиоксидантная система в тканях крыс при условиях интоксикации тяжелыми металлами

  • Авторы: Б.О. Цудзевич, И.В. Калинин, Н.А. Петрук
  • УДК: 577.576.546.599
Скачать вложения:

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

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

РЕЗЮМЕ. В работе приведены данные экспериментальных исследований влияния тяжелых металлов (меди сульфата, цинка сульфата, кадимя сульфата и свинца азотнокислого) на пероксидное окисление липидов и активность глутатионзависимых ферментов крови и печени интоксикационных крыс.
Ключевые слова: медь, цинк, кадмий, свинец, кровь, печень, крысы, антиоксидантная система.

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