Природный промышленный газ Астраханского месторождения богат серосодержащими соединениями. Содержание сероводорода в нем достигает 25 % по объему, что делает его чрезвычайно токсичным. Превращения различных ксенобиотиков и в том числе сероводорода происходит в системе микросомальных монооксидаз и связаны в основном с процессами окисления с участием цитохрома Р450. На первом этапе действие серосодержащего газа приводит к образованию кислородных метаболитов серы радикальной природы (S2O3, SO3) и кислорода (супероксид анион-радикал, синглетный кислород), что инициирует перекисное окисление липидов. Образованные активные частицы, воздействуя на структуры мембран, передают радикальные свойства на липидные молекулы, тем самым, продолжая цепную реакцию. В ходе этих процессов образуются продукты окисления фосфолипидов, что нарушает физико-химические свойства клеточных и субклеточных мембран вследствие усиления их гидрофильности [7].
Самой уязвимой структурой при отравлениях серосодержащим газом является ЦНС [3]. Нейротоксичность сероводорода настолько велика, что при экстремально высокой концентрации в окружающем воздухе (1420 мг/м3) достаточно одного вдоха для наступления летального исхода. Ранее [5] нами было исследовано влияние серосодержащего газа на течение свободнорадикальных процессов в больших полушариях, продолговатом и среднем мозге. Цель нашего исследования - изучить влияние хронического воздействия природного серосодержащего газа Астраханского месторождения на антиоксидантную защиту и свободнорадикальные процессы в мозжечке белых крыс.
Для достижения поставленной цели животных группировали по половому и возрастному признакам: самцы и самки 6- и 24-месячного возраста. Животные содержались в условиях вивария на стандартном рационе при свободном доступе к воде и пище. Формировали контрольные группы (без воздействия) и опытные, получавшие ингаляторно ССГ в дозе 150 мг/м3 по 4 часа в день понедельник-пятница в течение 6 недель. Для изучения антиоксидантной коррекции части животных в течение 14 дней перед декапитацией вводили перорально α-токоферол в дозе 1 мг/100 г массы тела, другим группам - внутримышечно водный раствор эмоксипина (0,5 мг/100 г массы тела). Животных декапитировали после наркотизации этаминалом натрия (внутрибрюшинно в дозе 5 мг на 100 г массы тела). Выделяли мозжечок, из которого готовили гомогенаты на фосфатном буферном растворе (рН 7,45) на холоду в кратчайшие сроки непосредственно перед исследованиями. В среднем мозге спектрофотометрическими методами определяли уровень свободнорадикальных процессов (перекисное окисление липидов (ПОЛ): исходный уровень малонового диальдегида (МДА), скорость спонтанного (Сп.ПОЛ) и аскорбатзависимого (Аск.ПОЛ) ПОЛ [8], окислительную модификацию белков (ОМБ) [1], содержание конечных метаболитов NO [6], окислительно-восстановительный потенциал (ОВП), а также антиоксиданты (каталаза [4] и СОД [9] жирорастворимые антиоксиданты: α-токоферол, β-каротин, витамин А, α-токоферилхинон (α-ТФХ), оксотокоферол (ОТФ) [10]) и общую антиокислительную активность (АОА) [2]. Достоверность различий двух средних величин определяли с помощью критерия t-Стьюдента.
Результаты исследования уровня свободнорадикальных процессов и антиоксидантной защиты ткани мозжечка разнополых молодых и старых животных на фоне хронического воздействия ССГ представлены в табл. 1,2. Увеличение уровня МДА, скорости спонтанного ПОЛ, ОМБ и ОВП у молодых самцов иллюстрируют интенсификацию СРО под действием ССГ. У самок того же возраста изменения оказались менее выраженными, чем у самцов, и проявились в снижении скорости спонтанного ПОЛ и ОВП, но в усилении уровня ОМБ и NO-метаболитов.
Таблица 1
Уровень свободнорадикальных процессов в мозжечке белых крыс после хронического ингаляторного воздействия серосодержащим газом (M ± m, n = 10)
|
Молодые |
♂ контроль |
♂ ССГ |
♀ контроль |
♀ ССГ |
|
МДА, нмоль/0,5 г ткани |
3,02 ± 0,19 |
4,31 ± 0,308* |
3,015 ± 0,240 |
3,692 ± 0,291 |
|
Сп.ПОЛ, нмоль/ч |
28,262 ± 1,01 |
34,385±1,981* |
31,07 ± 1,775 |
25,850±1,250* |
|
Аск.ПОЛ, нмоль/ч |
113,73 ± 6,37 |
103,387± 7,091 |
72,18 ± 4,138# |
70,15±3,409 |
|
ОМБ, мкмоль/мг белка |
0,25 ± 0,013 |
0,38±0,031* |
0,28 ± 0,012 |
0,42±0,025* |
|
NO, мкмоль |
28,60 ± 1,144 |
32,72±2,423 |
46,80 ± 1,217# |
84,71±5,758* |
|
ОВП, эВ |
0,108±0,007 |
0,127±0,008* |
0,209 ± 0,008# |
0,180±0,009* |
|
Старые |
♂ контроль |
♂ ССГ |
♀ контроль |
♀ ССГ |
|
МДА, нмоль/0,5 г ткани |
3,54 ± 0,204 |
5,42±0,315* |
2,15 ± 0,137#∆ |
4,75±0,282* |
|
Сп.ПОЛ, нмоль/ч |
26,22 ± 2,012 |
33,33±2,65* |
16,25 ± 0,898#∆ |
31,17±1,767* |
|
Аск.ПОЛ, нмоль/ч |
65,91 ± 4,500∆ |
78,80±3,578* |
55,76 ± 3,787∆ |
70,24±3,411* |
|
ОМБ, мкмоль/мг белка |
0,34 ± 0,014∆ |
0,43±0,032* |
0,35 ± 0,011∆ |
0,44±0,025* |
|
NO, мкмоль |
31,58 ± 1,579 |
35,12±2,869 |
40,11 ± 1,203#∆ |
37,89±2,573 |
|
ОВП, эВ |
0,170 ± 0,008∆ |
0,235±0,015* |
0,190 ± 0,011 |
0,231±0,013* |
Примечание.
# - достоверно по сравнению с самцами того же возраста; ∆ - достоверно по сравнению с группой молодых животных; * - достоверно по сравнению с контрольной (без воздействий) группой; ° - достоверно по сравнению с группой животных, получавших серосодержащий газ.
О более глубоком нарушении свободнорадикального окисления в мозжечке у молодых самцов под действием ССГ говорит значимое снижение АОА, активности каталазы и СОД, α-токоферола и α-ТФХ. У молодых самок же, напротив, активности каталазы и СОД увеличились при достоверном снижении β-каротина и α-токоферола. Такие разнонаправленные изменения в активности антиоксидантов мозжечка самок позволили сохранить АОА этого отдела ЦНС на уровне контрольных значений.
Если у молодых животных больший повреждающий эффект газа выявлен в мозжечке у самцов, то в группах старых животных и у самцов, и у самок возросли ПОЛ по всем показателям, уровень ОМБ и ОВП. Эти изменения произошли на фоне снижения АОА у животных обоего пола, а также усиления активности СОД у старых самцов, снижения витамина А и увеличения α-ТФХ в мозжечке старых самок.
Учитывая активизацию свободнорадикальных процессов на фоне ингаляций ССГ, нами изучена возможность антиоксидантной коррекции возникших изменений α-токоферолом и эмоксипином.
Введение α-токоферола на фоне хронической интоксикации усилило скорость спонтанного ПОЛ (P < 0,05), NO-метаболитов (P < 0,05) и ОВП (P < 0,05) в мозжечке молодых самцов. Несмотря на усиление пероксидации липидов, ОМБ на этом фоне снизилось (P < 0,05). Усиление ПОЛ и ОВП, возможно, связано с перегрузкой собственной антиоксидантной системы мозжечка, т.к. экзогенных α-токоферол увеличил активность СОД, содержание α-токоферола и α-ТФХ в этой области у молодых самцов.
Таблица 2
Уровень антиоксидантной защиты мозжечка белых крыс после хронического ингаляторного воздействия серосодержащим газом (M ± m, n = 10)
|
Молодые |
♂ контроль |
♂ ССГ |
♀ контроль |
♀ ССГ |
|
АОА, % |
57,28 ± 3,27 |
47,42 ± 3,302* |
65,75 ± 2,96 |
61,18 ± 4,233 |
|
Каталаза, у.е./мг белка |
3,31 ± 0,24 |
2,23 ± 0,145* |
2,94 ± 0,18 |
3,67 ± 0,284* |
|
СОД, у.е./мг белка |
37,18 ± 1,12 |
28,52 ± 2,987* |
40,77 ± 1,65 |
48,27 ± 3,109* |
|
Витамин А, мкмоль/1г ткани |
0,018 ± 0,0012 |
0,016 ± 0,002 |
0,028 ± 0,002 # |
0,026 ± 0,003 |
|
β-каротин, мкмоль/1г ткани |
0,21 ± 0,013 |
0,19 ± 0,021 |
0,38 ± 0,022 # |
0,30 ± 0,028* |
|
α-тф, мкмоль/1г ткани |
0,661 ± 0,031 |
0,51 ± 0,033 * |
0,813 ± 0,044 # |
0,69 ± 0,034* |
|
α-ТФХ, ед. оп. пл./1г тани |
1,803 ± 0,085 |
1,42 ± 0,098* |
2,011 ± 0,144 |
1,87 ± 0,121 |
|
ОТФ, мкмоль/1г ткани |
0,35 ± 0,02 |
0,34 ± 0,031 |
0,46 ± 0,021 # |
0,44 ± 0,025 |
|
Старые |
♂ контроль |
♂ ССГ |
♀ контроль |
♀ ССГ |
|
АОА, % |
53,44 ± 2,38 |
40,11 ± 2,135* |
58,25 ± 3,02 |
45,44 ± 3,153* |
|
каталаза, у.е./мг белка |
3,04 ± 0,124 |
1,58 ± 0,084 * |
3,15 ± 0,095 |
2,34 ± 0,186* |
|
СОД, у.е./мг белка |
35,71 ± 1,43 |
47,85 ± 3,918* |
42,53 ± 2,13 # |
44,56 ± 3,891 |
|
Витамин А, мкмоль/1г ткани |
0,012 ± 0,001 ∆ |
0,014 ± 0,002 |
0,024 ± 0,002 # |
0,018 ± 0,002* |
|
β-каротин, мкмоль/1г ткани |
0,17 ± 0,009 ∆ |
0,11 ± 0,009* |
0,31 ± 0,025 # |
0,25 ± 0,012* |
|
α-тф, мкмоль/1г ткани |
0,405 ± 0,022 ∆ |
0,317 ± 023* |
0,684 ± 0,027 # ∆ |
0,45 ± 0,021* |
|
α-ТФХ, ед. оп. пл./1г ткани |
1,134 ± 0,078 ∆ |
0,92 ± 0,082 |
1,604 ± 0,091 # ∆ |
1,98 ± 0,11* |
|
ОТФ, мкмоль/1г ткани |
0,28 ± 0,02 ∆ |
0,29 ± 0,024 |
0,31 ± 0,017 ∆ |
0,29 ± 0,031 |
Эмоксипин, напротив, снизил все показатели ПОЛ и ОМБ (P < 0,05) у молодых самцов, но так же как α-токоферол увеличил ОВП (P < 0,05), при повышении активности каталазы (P < 0,05) и СОД (P < 0,05).
В мозжечке молодых самок витамин Е, с одной стороны, снизил уровень МДА и ОМБ, но увеличил кинетические характеристики ПОЛ. Так же α-токоферол снизил возросший на фоне ингаляций ССГ уровень конечных метаболитов NO (P < 0,05). Эти изменения свободнорадикального окисления отмечены на фоне снижения активности каталазы (P < 0,05) и повышения содержания β-каротина (P < 0,05) и α-ТФХ (P < 0,05).
Эмоксипин при неизменном уровне МДА снизил скорость индуцированного ПОЛ, но увеличил скорость спонтанного процесса в мозжечке молодых самок. При этом и NO-метаболиты, и ОВП значимо снизились, что сопровождалось снижением активности каталазы.
В старших возрастных группах самцов и самок оба антиоксиданта привели к снижению ПОЛ, ОМБ и ОВП в мозжечке. И эмоксипин, и α-токоферол оказали большее влияние на антиоксидантную систему мозжечка старых самцов. Витамин Е увеличил активность каталазы (P < 0,05), содержание β-каротина (P < 0,05) и эндогенного α-токоферола (P < 0,05) при снижении активности СОД (P < 0,05), а эмоксипин увеличил активность каталазы (P < 0,05), что повысило АОА ткани.
У старых самок в мозжечке витамин Е увеличил активность каталазы, содержание витамина А (P < 0,05), β-каротина (P < 0,05) и α-токоферола (P < 0,05), а эмоксипин увеличил только активность каталазы (P < 0,05).
На основании полученных результатов можно заключить, что хроническая интоксикация серосодержащим газом Астраханского месторождения смещает баланс свободнорадикальных процессов в мозжечке крыс в сторону усиления процессов пероксидации на фоне ослабления антиоксидантной защиты. Половая специфика реакции мозжечка в ответ на действие токсиканта выражена в большей степени у молодых животных. Больший повреждающий эффект ССГ оказывает на свободнорадикальные процессы в мозжечке старых крыс обоего пола. Применение антиоксидантов способно предотвратить или сгладить последствия сероводородной интоксикации.
Рецензенты:
Тризно Н.Н., д.м.н., профессор, зав. кафедрой патологической физиологии ГОУ ВПО «Астраханская государственная медицинская академия» Минздравсоцразвития России, г. Астрахань;
Фельдман Б.В., д.б.н., зав. кафедрой биологии с курсом ботаники ГОУ ВПО «Астраханская государственная медицинская академия» Минздравсоцразвития России, г. Астрахань.
Работа поступила в редакцию 28.07.2011