При действии токсических агентов на организм человека и млекопитающих происходит биотрансформация ксенобиотиков с помощью ферментов, вызывающих окисление, восстановление или гидролиз и элиминацию их из организма. При этом ксенобиотики либо инактивируются, либо происходит образование из них более токсичных веществ, способных к взаимодействию с биологическими макромолекулами [1, 7, 8].
Определение активности ферментов в крови имеет существенное значение при самых разнообразных заболеваниях и интоксикациях. В экспериментальной работе это имеет первостепенное значение в целях диагностического прогнозирования функциональных нарушений организма в целом.
Цель. Оценить характер изменения активности энергетических ферментов в крови крыс при действии мелкодисперсных аэрозолей полиметаллической пыли и эффективность алиментарной коррекции с помощью специализированного продукта «Адапт-Ланг».
Материал и методы исследования
Проведен эксперимент на 135 белых крысах-самцах с изначальным весом 180-200 г. Полиметаллическая пыль предварительно размалывалась и отбиралась фракция пылевых аэрозолей размером до 1 мкм. Проводилась динамическая ингаляционная затравка крыс мелкодисперсными аэрозолями полиметаллической пыли в концентрации 10 мг/м3 по 4 ч в день 5 дней в неделю в пылевых затравочных камерах цилиндрической формы с внекамерным размещением животных в индивидуальных пеналах. Затравка проводилась по cтандартизированной методике Еловской Л.Т. в модификации [2, 3]. Для затравки полиметаллической пылью нами было разработано устройство для ингаляционной затравки экспериментальных животных (инновационный патент №23391 от 15.12.2010 г. «Устройство для ингаляционной затравки экспериментальных животных полиметаллическими пылями»). Концентрация пыли в камере на протяжении эксперимента контролировалась с помощью аналитического измерителя концентрации пыли «Прима». Запыление проводилось на протяжении 40, 90 и 180 суток.
Нами разработан специализированный продукт направленного действия «Адапт-Ланг», обладающий противофиброзным и антитоксическим эффектом при действии пылевого фактора различной степени фиброгенности (патент на изобретение №17191 от 11.05.2004 г. «Средство для повышения устойчивости организма к фиброгенному действию пыли»).
Предлагаемый состав представляет собой комплекс отечественного происхождения, который расширяет ассортимент средств направленного действия и может широко использоваться в качестве пищевой добавки на современных техногенных производствах. Комбинированный состав продукта растительного и животного происхождения повышает неспецифическую резистентность организма к воздействию техногенных факторов, являясь естественным метаболитом. Средство не токсично, успешно связывает и выводит из организма чужеродные вещества.
Продукт состоит из комплекса природных компонентов в определенном соотношении. Ингредиенты смешивались в пропорции (г/100 г продукта): гомогенат головного мозга животного происхождения: зерна рыжика посевного : рутин : корни солодки голой : листья люцерны посевной : лизин : отруби пшеничные - 21:21:0,5:7,75:21:7,75:21. В результате получался порошок коричневато-зеленоватого цвета, из которого готовились брикеты массой 6 г. В 100 г готового продукта содержалось 15,2 г белка, 12,6 г жира и 17,0 г углеводов, калорийность составляла 269,1 ккал.
Специализированный продукт «Адапт-Ланг» применялся как дополнительный компонент питания к традиционному общевиварному рациону для экспериментальных крыс, подверженных запылению, с целью коррекции в дозе, не превышавшей 1/10 суточной дозы пищи (в среднем - 6 г сухого продукта).
Все экспериментальные крысы получали пищу с энергетической ценностью 95,9 ккал. Рацион составлялся соответственно общепринятым нормативам [5]. Животным, не получавшим алиментарную коррекцию специализированным продуктом «Адапт-Ланг», дополнительно к общевиварному рациону ежедневно давали 3,94 г глюкозы, что соответствовало по калорийности 6 г специализированного продукта «Адапт-Ланг» (16,15 ккал).
Крысы делились на 3 группы (по 15 крыс в группе): 1 - контроль (интактные крысы); 2-я группа - запыленные полиметаллической пылью; 3 - получавшие специализированный продукт «Адапт-Ланг» для алиментарной коррекции параллельно запылению полиметаллической пылью. Сроки эксперимента соответствовали 5 годам, 10 годам и 20 годам стажа работы человека в пылевых условиях [6].
По истечении срока эксперимента животные были умерщвлены методом мгновенной декапитации. После забоя экспериментальных крыс в сыворотке крови проводили исследование активности ферментов аденозинтрифосфатазы (АТФ-азы), глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и креатининфосфокиназы (КФК) на биохиманализаторе STaTFaX 3300 (США, 2005 г.) [4].
Статистическая обработка анализируемого материала проводилась на персональном компьютере Pentium IY с использованием пакета прикладных программ «Statistika 5.0».
Результаты исследований и их обсуждение
У крыс 2-й группы, запыленных мелкодисперсными аэрозолями полиметаллической пыли, наблюдалось увеличение активности энергетического фермента АТФ-зы в крови на 54 % на 40 сутки эксперимента относительно контроля. На 90-180 сутки эксперимента активность АТФ-зы в крови запыленных крыс оставалась высокой - была на 78-81 % выше контроля. Уровень КФК в крови запыленных крыс 2-й группы увеличивался в 13,4 раза на 40 сутки эксперимента относительно контроля. На 90-180 сутки ее активность стала в 16,6-17,5 раза выше контроля (таблица). Увеличение активности КФК, катализирующего реакцию фосфорилирования креатина для образования «аварийного» источника энергии, и АТФ-зы в крови крыс, запыленных мелкодисперсными аэрозолями полиметаллической пыли, свидетельствуют о развитии энергодефицитного состояния на клеточном уровне в их организме.
У крыс 3-й группы, получавших специализированный продукт «Адапт-Ланг» параллельно запылению, в крови активность АТФ-зы и КФК была ниже в сравнении со 2-й группой, где крысы не получали алиментарную коррекцию при запылении. Так, у крыс 3-й группы активность АТФ-зы на протяжении эксперимента оказалась ниже на 25-34 %, чем во 2-й группе. Активность КФК у крыс 3-й группы была на 81-67 % ниже, чем у крыс 2-й группы (см. таблицу). Применение специализированного продукта «Адапт-Ланг» на фоне запыления способствовало предупреждению развития энергодефицитного состояния в организме экспериментальных крыс.
В крови запыленных крыс 2-й группы отмечалось повышение активности Г-6-ФДГ в 7,1 раза в сравнении с контролем на 40 сутки эксперимента. К 180 суткам запыления активность данного фермента стала в 7,9 раза выше контрольных величин (см. таблицу). Рост уровня Г-6-ФДГ в крови указывает на развитие дефицита данного фермента в клетках тканей организма, в результате чего блокируется пентозофосфатный путь расщепления глюкозы, и выделение достаточного количества НАДФ-Н, необходимого для возвращения окисленного глутатиона в его SН-форму. Это, в свою очередь, приводит к отложению денатурированного гемоглобина в мембране эритроцитов и ее деформации, что является главной причиной усиленного гемолиза эритроцитов.
У крыс 3-й группы, получавших специализированный продукт «Адапт-Ланг» наряду с запылением активность Г-6-ФДГ в крови была на 78-77 % ниже на протяжении всего эксперимента в сравнении со 2-й группой, где крысы не получали алиментарную коррекцию при запылении полиметаллической пылью (см. таблицу). Алиментарная коррекция с помощью специализированного продукта «Адапт-Ланг» при запылении мелкодисперсными аэрозолями полиметаллической пыли предохраняла блокирование пентозофосфатного пути расщепления глюкозы и способствовала выделению достаточного количества НАДФ-Н.
Активность ЛДГ в крови крыс 2-й группы, запыленных мелкодисперсными аэрозолями полиметаллической пыли повышалась с 40 суток эксперимента на 71 % относительно контроля. На 90 сутки стала еще выше на 65 %, чем на 40 сутки, что оказалось в 2,7 раза выше контроля. На 180 сутки запыления активность ЛДГ оставалась в 2,9 раза выше контрольных значений (см. таблицу). ЛДГ участвует в процессе гликолиза и катализирует реакцию восстановления пирувата в лактат в анаэробных условиях. Повышение уровня ЛДГ в крови свидетельствует о цитолизе клетки и утрате ею цитоплазмы.
Динамика изменения активности энергетичесих ферментов в крови крыс опытных групп
|
Показатели |
АТФ-за, мМ/(ч⋅л) |
Г-6-ФДГ, мкМ/(с⋅л) |
ЛДГ, мМ/(ч⋅л) |
КФК, мМ/(ч⋅л) |
|
40 суток: - 1-я группа - 2-я группа - 3-я группа |
6,47 ± 0,080 9,98 ± 0,290* 7,12 ± 0,396$ |
48,5 ± 3,97 341,9 ± 37,39* 75,17 ± 9,698*$ |
13,3 ± 1,12 22,7 ± 2,02* 14,89 ± 0,730$ |
1,55 ± 0,064 20,8 ± 1,48* 4,04 ± 0,292*$ |
|
90 суток: - 1-я группа - 2-я группа - 3-я группа |
5,53 ± 0,189 9,83 ± 0,483* 7,37 ± 0,053*$ |
49,7 ± 4,30 321,3 ± 21,79* 72,75 ± 6,364*$ |
13,8 ± 0,63 37,4 ± 3,66*& 17,31 ± 0,977*$ |
1,60 ± 0,057 26,6 ± 3,06* 6,85 ± 0,351*$ |
|
180 суток: - 1-я группа - 2-я группа - 3-я группа |
6,04 ± 0,114 10,92 ± 0,401* 7,23 ± 0,065*$ |
50,92 ± 5,261 400,11 ± 33,171* 93,36 ± 11,744*$ |
13,27 ± 0,770 39,00 ± 1,261* 18,12 ± 0,730*$ |
1,59 ± 0,074 27,88 ± 1,793* 9,32 ± 0,557*$ |
Примечание - достоверность по сравнению с контролем - *; с предыдущим сроком эксперимента - &; со 2-й группой - $.
Активность ЛДГ в крови крыс 3-й группы, получавших алиментарную коррекцию параллельно запылению, была ниже на 34 % на 40 сутки и на 54 % на 90-180 сутки эксперимента в сравнении со 2-й группой (см. таблицу). Алиментарная коррекция предупреждала развитие цитолиза клетки, о чем свидетельствует менее значительное повышение активности ЛДГ в крови крыс 3-й группы.
Заключение
Исходя из полученных данных, видно, что с 40 суток запыления мелкодисперсными аэрозолями полиметаллической пыли в крови экспериментальных крыс происходит повышение активности энергетических ферментов - АТФ-зы, Г-6-ФДГ, КФК и ЛДГ. Повышение активности исследованных ферментов в крови экспериментальных животных свидетельствует о развитии в организме некробиотических изменений на уровне тканей в результате действия мелкодисперсных аэрозолей полиметаллической пыли, приводящих к нарушению целостности мембран клеток с последующим выходом этих ферментов в кровяное русло.
Проведенная алиментарная коррекция с помощью специализированного продукта «Адапт-Ланг» на фоне запыления мелкодисперсными пылевыми аэрозолями полиметаллической пыли предупреждала повышение активности энергетических ферментов в крови подопытных крыс, что свидетельствует о сохранении целостности клеточных мембран.
Список литературы
- Атчабаров Б.А. К вопросу о механизме общетоксического действия химических веществ // Медицина труда и промышленная экология. - 1998. - №8. - С. 21-25.
- Борисова Л.Б., Мареева Л.Б., Досмагамбетова Р.С. Ингаляционная затравка животных пылью в токсикологическом эксперименте // Методические рекомендации. - Алматы, 1997. - 17 с.
- Еловская Л.Т. Модели экспериментального пневмокониоза и пылевого бронхита при ингаляционном воздействии // Гигиена и санитария. - 1986. - №6. - С. 19-22.
- Камышников В.С. Клинико-биохимическая лабораторная диагностика: справочник. - М., 2003. - Ч.1. - 495 с.
- Козлякова Н.В. Руководство по кормлению лабораторных животных, подопытной птицы и продуцентов. - М., 1968. - 245 с.
- Рыболовлев Ю.Р. Обоснование продолжительности хронического эксперимента // Гигиена и санитария. - 1991. - №4. - С. 45-46.
- Pelkonen O. Xenobiotic-metabolizing enzymes - an overview // Hum.and Exp. Toxicol. - 1997. - Vol. 16, №10. - P. 611.
- Viedebaum T. Activation and inactivation of toxic agents by xenobiotic metabolizing enzymes // Hum.and Exp. Toxicol. - 1997. - Vol. 16, №10. - P. 611.
Рецензенты:
Гладилин Г.П., д.м.н., профессор, зав. кафедрой клинической лабораторной диагностики ГОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздравсоцразвития России», г. Саратов;
Джангозина Д.М., д.м.н., профессор кафедры фармацевтических дисциплин Карагандинского университета «Болашак» МОН РК, г. Караганда;
Муравлева Л.Е., д.м.н., профессор, зав. кафедрой биохимии, Карагандинский государственный медицинский университет МОН РК, г. Караганда.
Работа поступила в редакцию 12.04.2011.