Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПРО- И АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМ И АКТИВНОСТИ ОКСИДОРЕДУКТАЗ В ЖИЗНЕННО ВАЖНЫХ ОРГАНАХ НА МОДЕЛИ ТЕРМИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ

Костина О.В. 1 Соловьева А.Г. 1 Ларионова К.Д. 1
1 ФГБУ «Приволжский федеральный медицинский исследовательский центр» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Исследовались показатели липидной пероксидации, антиоксидантной активности и активности оксидоредуктаз в печени, почках, сердце и легких при экспериментальной термической травме. Показана органоспецифичность биохимических сдвигов, которая проявилась в различной степени выраженности изменений активности оксидоредуктаз и дисбалансе между про- и антиоксидантной системами. Отмечено угнетение свободнорадикальных процессов в почках и сердце и активация в печени и легких. Эти изменения сочетались с компенсаторной активацией антиоксидантной защиты печени, легких и почках и недостаточностью в сердце обожженных животных. Выявлены разнонаправленные изменения активности альдегиддегидрогеназы: наибольшая общая активность отмечена в почках, наименьшая – в легких. Согласно полученным результатам, удельная активность алкогольдегидрогеназы в обратной реакции статистически значимо снижалась в исследованных органах во все сроки наблюдения. Активность алкогольдегидрогеназы в прямой реакции снижалась во всех органах, кроме почек.
термическая травма
про- и антиоксидантный статус
оксидоредуктазы
органоспецифичность
1. Болтовская В.В. Патоморфология раневого процесса в зоне глубокого ожога кожи в условиях применения низкоинтенсивного электромагнитного излучения: автореф. дис. ... к.м.н. – Саратов, 2006. – 21 с.
2. Кершенгольц Б.М., Ильина Л.П. Биологические аспекты алкогольных патологий и наркоманий. – Якутск: Изд-во ЯГУ, 1998. – 150 с.
3. Козинец Г.П., Слесаренко С.В. Радзиховский А.П. Ожоговая интоксикация. Патогенез клиника, принципы лечения. – М.: МЕДпресс-информ, 2005. – 23 с.
4. Кузьмина Е.И., Нелюбин А.С., Щенникова М.К. Применение индуцированной хемилюминесценции для оценок свободнорадикальных реакций в биологических субстратах. Биохимия и биофизика микроорганизмов. – Горький, 1983. С. 41–48.
5. Михальчик Е.В. Показатели окислительного стресса при ожоговой травме: автореф. дис. … д.б.н. – М. 2006. – 38 с.
6. Тиунов Л.А. Механизмы естественной детоксикации и антиоксидантной защиты // Вестник РАМН. – 1995. – № 3. – С. 9–13.
7. Шанин Ю.Н., Шанин В.Ю., Зиновьев Е.В. Антиоксидантная терапия в клинической практике (теоретическое обоснование и стратегия поведения). – СПб.: ЭЛБИ-СПб, 2003. – 128 с.
8. Koivusalo M., Baumann M., Votila L. Evidence for the identity of glutathione-dependent formaldehyde dehydrogenase and class II alcohol dehydrogenase // FEBS Lett. – 1989. – Vol. 257. – № 1. – Р. 105–109.
9. Uchiyama M., Mihara М. Determination of malonaldehyde precursor in tissues by thiobarbituric acid test // Analit.biochem. – 1978. – № 86. – Р. 271.

Известно, что обширная ожоговая рана и обусловленные ею висцеральные изменения находятся в тесной взаимосвязи и взаимодействии [7]. Развитие синдрома системного воспалительного ответа при ожоговой болезни сопровождается дисбалансом между активностью радикал-продуцирующей и антиоксидантной системами, что приводит к избытку свободных радикалов, играющих роль циркулирующих «патологических сигналов» и участвующих в поражении внутренних органов [5]. Перекисное окисление липидов сказывается в первую очередь на состоянии клеточных мембран, белков – на состоянии ферментов. В то же время основными ферментами, участвующими в утилизации ряда продуктов пероксидации, являются альдегиддегидрогеназа (АлДГ) и алькогольдегидрогеназа (АДГ). Целью данной работы явилось исследование активности АлДГ, АДГ как маркеров биотрансформации, а также интенсивности процессов липопероксидации в печени, легких, сердце и почках животных с термической травмой.

Материалы и методы исследований

Исследования проводились на 30 крысах мужского пола линии Wistar массой 200–250 г. Животные были разделены на следующие группы: первая группа – контрольная, которую составили интактные крысы (n = 15), вторая группа – опытная (n = 15). Животным опытной группы в условиях общей анестезии эфиром наносили ожог II–III степени кипятком на депилированных от шерсти 20 % поверхности тела [1]. Крыс выводили из эксперимента на третьи, седьмые и десятые сутки после ожога под эфирным наркозом, извлекали печень, почки, сердце и легкие. В полученных гомогенатах органов исследовали параметры свободнорадикального окисления (СРО) и активность оксидоредуктаз.

Активность процессов СРО изучали с помощью метода индуцированной биохемилюминесценции [4] на биохемилюминометре БХЛ-07 (Н. Новгород). Оценивались следующие параметры хемилюминограммы: tg 2α – показатель, характеризующий скорость спада процессов свободнорадикального окисления в плазме и свидетельствующий об антиоксидантном потенциале (АОП); S – светосумма хемилюминесценции за 30 с – отражает потенциальную способность биологического объекта к свободнорадикальному окислению. Уровень малонового диальдегида (МДА) в гомогенате органов оценивался по методу M. Uchiyama и M. Mihara [9].

Активность альдегиддегидрогеназы (АлДГ) определяли по Б.М. Кершенгольцу и Е.В. Серкиной (1981) [2], алкогольдегидрогеназы в прямой и обратной реакции (АДГпр. и АДГобр.) по M. Koivusalo е.а. [8].

Статистический анализ результатов исследований выполнен с использованием программы Statistica 6.

Результаты исследования и их обсуждение

В гомогенате печени опытной группы животных интенсивность индуцированной хемилюминесценции, характеризующая способность к генерации свободных радикалов, осталась без значительных изменений. В то же время зарегистрировано значительное повышение уровня МДА на 7 сутки после травмы – на 57 % (p < 0,05), с возвращением к исходному уровню на 10 сутки (табл. 1). Активация процессов СРО в печени сдерживалась адаптивным увеличением системы антиоксидантной защиты: на 3 сутки показатель хемилюминограммы, характеризующий АОП, достигал 124 % (p < 0,05), на 7 сутки – 118 %, на 10 сутки – 136 % (p < 0,05) по сравнению с контрольной группой. Наблюдаемые явления можно объяснить следующим образом. Основной причиной свободнорадикального поражения клеточных мембран, как гепатоцитов, так и клеток других тканей организма, являются нарушения центральной и периферической гемодинамики, реологических свойств крови, вследствие чего происходит блок печеночной циркуляции и ишемия [7]. В печени обожженных животных отмечалось достаточно быстрое включение (на 3 сутки после травмы) перестройки в метаболизме, проявляющейся в компенсаторной активации антиоксидантной защиты, не дающей развиться окислительному стрессу. Рост АОП имеет большое значение еще и по той причине, что в случае её недостаточности в печени может происходить срыв системы детоксикации [6].

Выявлено статистически значимое снижение удельной активности альдегиддегидрогеназы в печени на 3-и сутки после травмы – на 56,2 %, на 7-е сутки – на 78,1 % и на 10-е сутки после травмы – на 41,4 %. Столь выраженное уменьшение активности АлДГ может способствовать накоплению большого количества токсичных альдегидов (не только малонового), которые, в свою очередь, ингибируя активность многих ферментов, снижают детоксикационную функцию печени. Можно предположить, что наблюдаемое нами явление связано с увеличением содержания других высокотоксичных соединений, в частности молекул средней массы (МСМ), которые переводят фермент в новое конформационное состояние, характеризуемое снижением его сродства к субстрату реакции. Кроме того, МСМ оказывают значительное влияние на процессы ПОЛ [3]. Вероятно, что с этим связано отмеченное увеличение концентрации продукта липопероксидации – МДА.

Таблица 1

Динамика показателей хемилюминесценции и активности оксидоредуктаз в гомогенате печени обожженных животных

Сутки после ожога

S, усл. ед

tg2α, усл. ед.

МДА, ед. опт. пл.

АлДГ нмоль НАДН/мин∙мг белка

АДГпр. нмоль НАДН/мин∙мг белка

АДГобр. нмоль НАДН/мин∙мг белка

Инт. крысы

1935,37 ± 83,73

124,63 ± 8,10

8,37 ± 0,52

51,39 ± 1,75

47,39 ± 2,55

107,90 ± 3,03

3 сут

1839,80 ± 129,24

154,10 ± 5,41*

7,53 ± 0,79

22,49 ± 1,30*

34,72 ± 1,02*

89,95 ± 5,49*

7 сут

1712,60 ± 46,65

146,50 ± 8,15

13,15 ± 0,69*

11,25 ± 0,84*

17,05 ± 1,19*

66,63 ± 4,53*

10 сут

1907,40 ± 23,63

169,10 ± 8,59*

8,32 ± 0,52

30,10 ± 3,46*

25,82 ± 1,55*

86,12 ± 3,24*

Примечание. * – различия статистически значимы по сравнению с интактными крысами.

Биотрансформация альдегидов связана не только с работой фермента альдегиддегидрогеназы, но и с алкогольдегидрогеназой. При накоплении альдегидов может происходить смещение направления реакции, катализируемой этими ферментами, в сторону их восстановления до менее токсичных спиртов. Удельная активность АДГобр. статистически значимо уменьшалась на 16,6 % на 3-и сутки, на 38,3 % на 7-е и на 20,2 % на 10-е сутки после ожогового повреждения. Максимальное снижение активности наблюдалось на седьмые сутки после ожога. Активность фермента в прямой реакции также снижалась на 26,7 % на 3-и сутки, на 64 % на 7-е сутки и на 45,5 % на 10-е сутки после ожога по сравнению с контрольной группой крыс (р < 0,05).

В результате проведенных исследований интенсивности перекисного окисления липидов в гомогенате почек получены следующие результаты. Значения светосуммы хемилюминесценции снижались одновременно с продуктами ПОЛ. МДА на 7 сутки составлял 60 % от исходной величины (p < 0,05). Значение tg2α, характеризующее антиоксидантный потенциал, к 3 и 7 суткам увеличилось в среднем на 18 %, к 10 суткам – на 44 % (p < 0,05) по отношению к контролю (табл. 2). Таким образом, в почках, как и в печени, наблюдалось превалирование АОП над процессами липопероксидации.

Удельная активность АлДГ в почках статистически значимо возрастала на третьи и десятые сутки на 21,8 и 45,5 % соответственно по сравнению с активностью фермента контрольной группы животных. Отмеченный нами факт повышения антиоксидантного потенциала и увеличения активности данного фермента в почках свидетельствует о возрастании детоксикационной нагрузки на этот орган. Выявлено значительное падение активности обратной реакции алкогольдегидрогеназы. Этот факт, вероятно, может быть связан с увеличением активности другого ключевого фермента биотрансформации альдегидов – АлДГ: незначительное увеличение активности альдегиддегидрогеназы (на 21,8 % на 3-и сутки) при резком уменьшении активности АДГобр (на 74 % на 3-и сутки). На 7-е сутки активность АДГобр уменьшалась на 69,4 % (p < 0,05). Если же рост активности АлДГ становился более значительным к 10-м суткам наблюдения (на 45,5 %), то падение активности АДГобр было менее выражено (на 31,5 %) (табл. 2).

Активность АДГпр в почках статистически значимо увеличивалась: в 2 раза на 3-и сутки, в 1,9 раза на 7-е и в 2,8 раза на 10-е сутки после ожога. Таким образом, в данном органе мы наблюдаем разнонаправленные изменения в реакциях алкогольдегидрогеназы: рост активности фермента в прямой реакции сопровождается уменьшением активности обратной реакции.

Проведенные исследования в гомогенате легких у животных опытной группы показали изменения светосуммы хемилюминесценции: на 3-е сутки после моделирования ожоговой травмы зафиксировано ее незначительное возрастание по сравнению с аналогичным параметром у интактных животных, на 7-е сутки данный показатель увеличился на 35 %, на 10-е сутки на 38 % (табл. 3). Повышение концентрации свободных радикалов вызывает вазоконстрикцию капилляров легких, которая сопровождает явления развивающегося травматического стресса, ведет к гипоксемии и усугубляет нарушения свободнорадикальных процессов [7]. Активацию СРО подтверждает выявленное нами резкое увеличение промежуточного продукта липопероксидации – МДА, максимально выраженное на 7 сутки после травмы до 153 % (p < 0,05) по отношению к контролю. К 10 суткам данный показатель имел тенденцию к снижению, но все же превышал значения интактных животных на 87 % (p < 0,05). Таким образом, дезадаптивно повышенный уровень МДА может быть дополнительным маркером острого паренхиматозного поражения легких.

Таблица 2

Динамика показателей хемилюминесценции и активности оксидоредуктаз в гомогенате почек обожженных животных

Сутки после ожога

S, усл. ед

tg2α, усл. ед.

МДА, ед. опт. пл

АлДГ, нмоль НАДН/мин∙мг белка

АДГпр., НАДН/мин∙мг белка

АДГобр., НАДН/мин∙мг белка

Инт. крысы

1414,4 ± 122,0

52,67 ± 5,06

10,02 ± 1,06

80,50 ± 5,55

15,25 ± 1,04

48,68 ± 2,99

3 сут

1277,40 ± 40,87

62,38 ± 1,39

8,18 ± 0,79

98,04 ± 6,71*

32,61 ± 2,85*

12,91 ± 1,71*

7 сут

1291,50 ± 70,78

62,13 ± 3,15

5,96 ± 0,51*

87,05 ± 8,27

29,29 ± 1,27*

14,91 ± 0,98*

10 сут

1297,40 ± 42,00

75,70 ± 1,45*

8,18 ± 0,50

117,10 ± 9,25*

49,48 ± 1,14*

33,36 ± 1,14*

Примечание. * – различия статистически значимы по сравнению с интактными крысами.

Таблица 3

Динамика показателей хемилюминесценции и активности оксидоредуктаз в гомогенате легких обожженных крыс

Сутки после ожога

S, усл. ед

tg2α, усл. ед.

МДА, ед. опт. пл.

АлДГ, нмоль НАДН/мин∙мг белка

АДГпр., НАДН/мин∙мг белка

АДГобр., НАДН/мин∙мг белка

Инт. крысы

880,56 ± 45,75

33,28 ± 1,83

3,44 ± 0,004

22,61 ± 2,10

84,13 ± 3,87

122,10 ± 8,85

3 сут

891,20 ± 75,69

22,50 ± 0,63*

7,3 ± 0,33*

14,46 ± 1,79*

96,38 ± 12,15

50,44 ± 4,77*

7 сут

1191,00 ± 59,64

47,10 ± 1,28*

8,7 ± 0,83*

10,07 ± 0,83*

64,90 ± 3,82*

67,40 ± 1,62*

10 сут

1218,40 ± 76,89

66,95 ± 3,11*

6,43 ± 0,48*

22,10 ± 1,20*

72,80 ± 2,75*

60,47 ± 1,49*

Примечание. * – различия статистически значимы по сравнению с интактными крысами.

По данным индуцированной биохемилюминесценции антиоксидантный потенциал в легких был снижен на 3 сутки после травмы на 32 % (p < 0,05) по сравнению с контрольной группой. Наблюдаемое нами усиление перекисных процессов в этот период (увеличение количества МДА на 114 %, тенденция к возрастанию светосуммы хемилюминесценции) на фоне значимого угнетения антиоксидантной системы свидетельствовало о развитии окислительного стресса. В дальнейшем показатель АОП увеличился на 42 % (p < 0,05) на 7 сутки. К концу срока наблюдения исследуемый показатель возрос 101 % (p < 0,05) по сравнению с уровнем интактных животных.

Выявлено, что удельная активность альдегиддегидрогеназы в легких статистически значимо снижалась к 3-м суткам после ожога на 36,1 %, к 7-м суткам на 55,5 % (p < 0,05). Обращает на себя внимание тот факт, что эти изменения происходили параллельно с накоплением малонового диальдегида, что косвенно свидетельствовало о субстратном ингибировании данного фермента детоксикации. К концу срока наблюдения за экспериментальными животными отмечено возрастание активности изучаемого фермента до значений контрольной группы. Выявленное увеличение АОП и активности АлДГ можно объяснить адекватными адаптационными перестройками в метаболизме, свидетельством чему является снижение к 10 суткам уровня МДА.

В результате проведенных исследований нами также было выявлено, что у обожженных животных светосумма хемилюминесценции в гомогенате сердца снижалась по сравнению с интактной группой крыс. Наиболее выраженно это происходило на 7 сутки после травмы (снижение на 36 %) (табл. 4).

На 10 сутки показатель светосуммы был снижен на 26 %. Концентрация малонового диальдегида на третьи сутки после травмы статистически значимо снижалась на 59 % (p < 0,05) по сравнению с контрольной группой, что в совокупности может свидетельствовать о недостаточности системы биологического окисления. К седьмым сутками отмечалось усиление перекисных процессов, что отражалось в возрастании концентрации МДА, не превышающей, однако, значений контрольной группы. На 10-е сутки произошло незначительное снижение уровня исследуемого метаболита. Общая антиоксидантная активность в исследуемом органе имела тенденцию к снижению на 7 и 10 сутки в среднем на 15 % и наряду с падением интенсивности процессов пероксидации свидетельствовала о напряжении окислительно-восстановительных процессов миокарда.

Таблица 4

Динамика показателей хемилюминесценции и активности оксидоредуктаз в гомогенате сердца обожженных животных

Сутки после ожога

S, усл. ед.

tg2α, усл. ед.

МДА, ед. опт. пл.

АлДГ, нмоль НАДН/мин∙мг белка

АДГпр., нмоль НАДН/мин∙мг белка

АДГобр., нмоль НАДН/мин∙мг белка

Инт. крысы

827,80 ± 36,05

31,00 ± 1,78

6,82 ± 0,79

15,55 ± 1,43

17,40 ± 1,95

65,86 ± 2,18

3 сут

661,60 ± 27,62*

31,70 ± 1,24

4,00 ± 0,60*

13,00 ± 2,13

11,49 ± 2,80

15,46 ± 1,41*

7 сут

545,84 ± 20,40*

25,45 ± 0,90

6,93 ± 0,27

16,20 ± 1,89

8,52 ± 0,32*

25,48 ± 2,72*

10 сут

610,60 ± 37,10*

27,00 ± 1,64

6,17 ± 0,50

26,45 ± 1,67*

18,46 ± 0,43

17,53 ± 1,28*

Примечание. * – различия статистически значимы по сравнению с интактными крысами.

Удельная активность АлДГ в сердце на 3-и и 7-е сутки оставалась в пределах диапазона значений интактных животных. Повышение исследуемого параметра, а следовательно, вовлечение этого фермента в процесс биотрансформации альдегидов в данном органе, было отмечено к 10-м суткам после травмы – на 70,1 %. Вполне вероятно, что уменьшение уровня МДА в этот период связано с активацией альдегиддегидрогеназы, вовлеченной в процесс утилизации альдегидов. Удельная активность АДГобр. уменьшается на 76,5 % на третьи сутки, на 61,3 % на седьмые сутки и на 73,4 % на десятые сутки после термической травмы, косвенно указывая на накопление высокотоксичного ацетальдегида. Наблюдаемое снижение активности данного фермента также может свидетельствовать о напряжении окислительно-восстановительных процессов.

Отмечается тенденция к снижению удельной активности АДГ в прямой реакции на 3-и сутки после травмы, на 7-е сутки зарегистрировано статистически значимое уменьшение (на 51,1 %). Падение активности АДГпр. ведет к накоплению токсичного эндогенного этанола. К концу срока наблюдения нами было отмечено возрастание исследуемого показателя практически до значений интактных животных, что может быть связано с компенсаторными конформационными перестройками в белковых молекулах.

Заключение

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования на модели термического поражения показали системность и органоспецифичность биохимических сдвигов, которые проявились в различной степени выраженности изменений активности оксидоредуктаз и нарушении баланса между действием прооксидантных факторов и антиоксидантной системы защиты. Отмечены угнетение свободнорадикальных процессов в почках и сердце и активация в печени и легких. Эти изменения сочетались с компенсаторной активацией антиоксидантной защиты печени, легких и почках обожженных животных и недостаточностью в сердце. Выявлены разнонаправленные изменения активности АлДГ: наибольшая общая активность АлДГ отмечена в почках, наименьшая – в легких. Согласно полученным результатам, удельная активность АДГобр статистически значимо снижалась в исследованных органах во все сроки наблюдения. Активность алкогольдегидрогеназы в прямой реакции снижалась во всех органах, кроме почек.

Полученные экспериментальные данные в тканях исследованных внутренних органов лабораторных животных позволяют уточнить механизмы патогенеза развития полиорганной недостаточности при ожоговой болезни.

Рецензенты:

Веселов А.П., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой биохимии и физиологии растений, декан биологического факультета, ФГБОУ ВПО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского», г. Нижний Новгород;

Корягин А.С., д.б.н., профессор кафедры физиологии и биохимии человека и животных, ФГБОУ ВПО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского», г. Нижний Новгород.

Работа поступила в редакцию 02.03.2015.


Библиографическая ссылка

Костина О.В., Соловьева А.Г., Ларионова К.Д. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПРО- И АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМ И АКТИВНОСТИ ОКСИДОРЕДУКТАЗ В ЖИЗНЕННО ВАЖНЫХ ОРГАНАХ НА МОДЕЛИ ТЕРМИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-5. – С. 960-964;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36964 (дата обращения: 14.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074