Метаболический статус легких экспериментальных животных при воздействии городской пыли

В статье показаны результаты исследования состояния окислительного метаболизма в ткани легких у крыс при кратковременном и длительном введении полиметаллической пыли г.Балхаша. В результате проведенного экспериментального исследования отмечены изменения показателей окислительного метаболизма в тканях животных, что может рассматриваться как отражение хронической интоксика­ции полиметаллической пылью. Кроме того, отмечено, что в ответ на воздействие стрессогенных фак­торов включаются адаптационные и компенсаторные механизмы на структурном и метаболическом уровне.

Окислительный метаболизм имеет особое значение для функционирования системы органов ды­хания, так как легкие представляют собой наиболее крупную биологическую мембрану организма, внешняя поверхность которой постоянно контактирует с кислородом, а также с такими активаторами ПОЛ, как озон, двуокись азота [1, 2].

Некоторые ткани в силу своей функциональной метаболической активности обладают чувстви­тельностью к состоянию окислительного стресса, что связано с высокой потенциальной мощностью прооксидантной системы и низкой буферной ёмкостью антиоксидантной защиты (АОЗ). К таким тканям относятся мозг, сетчатка, легкие [3-5]. Легкие — орган с чрезвычайно высоким уровнем ме­таболизма липидов, функция которых может определять как режим адаптации ткани, так и устой­чивость к воздействию неблагоприятных факторов [6, 7].

По мнению многих авторов, в основе политропного действия промышленной пыли на организм лежит проникновение мелкодисперсных частиц в общий кровоток через стенки легочных вен, вокруг которых они откладываются в большом количестве и постепенно продвигаются до эндотелия сосу­дов. Кроме того, наблюдаются случаи гематогенного метастазирования пылевых частиц во внутрен­ние органы из распавшихся пневмокониотических очажков [8-10].

Актуальность изучения состояния перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиоксидантной защиты (АОЗ) при различных заболеваниях связана с их важным значением в биохимических про­цессах, в метаболизме органов и тканей. Определение содержания продуктов ПОЛ и АОЗ при патоло­гических состояниях организма является одним из высокочувствительных диагностических тестов, по­зволяющих выявить нарушение интимных механизмов на ранних стадиях патологического процесса.

Интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) в клетках, в том числе клетках бронхо-легочной системы, определяется деятельностью систем, генерирующих свободные радикалы, с одной стороны, а также ферментной и неферментной составляющими систем антиокислительной защиты — с другой. Их совокупность рассматривается как один из важнейших регуляторных механизмов как в норме, так и при патологии. Адекватность защиты обеспечивается согласованностью действия всех звеньев этой сложной системы [11, 12].

Существенную помощь в уточнении неблагоприятного воздействия городской пыли на организм на уровне реально действующей нагрузки может оказать изучение окислительного метаболизма как универсального механизма повреждающего эффекта. Процессы окислительного метаболизма в фи­зиологических условиях активно участвуют в функционировании клеточных мембран и адаптацион­но-приспособительных возможностях организма к различным экстремальным воздействиям. Вместе с тем ведущее значение в патогенезе воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды на организм имеет образование свободных радикалов с их способностью вызывать окислительную мо­дификацию биомолекул, степень выраженности которой зависит от интенсивности генерации оксида азота (КО), активных форм кислорода (АФК) и состояния антиоксидантной защиты [13].

С целью апробации прогностически значимых критериев раннего выявления метаболических изменений было проведено изучение ряда показателей окислительного метаболизма в гомогенатах легких экспериментальных животных, подвергнутых воздействию полиметаллической пыли г. Балхаша.

Материалы и методы

Экспериментальные исследования выполнены на белых беспородных крысах-самцах с массой тела в среднем 200-250 г, содержавшихся в стандартных условиях вивария со свободным доступом к пище и воде. Животные были подразделены на 4 группы. В первой группе лабораторным животным однократно интратрахеально вводили полиметаллическую пыль г. Балхаша в дозе 50 мг/мл. Во вто­рой группе затравка производилась ингаляционно в течение 70 дней в дозе 0,05 мг/м3 (доза, соответ­ствующая ПДК для населенных мест); в третьей группе затравка животных производилась 4 месяца (по 0,05 мг/м3). Четвертая группа — контрольная. Животные подвергались ингаляционному запыле-нию в затравочной камере [14]. Ингаляционная затравка производилась по 4 часа в день в течение 5 дней в неделю. Определение уровня продуктов ПОЛ (диеновые конъюгаты — ДК, кетадиеновые конъюгаты — КД, суммарные первичные продукты — СПП, суммарные вторичные продукты — СВП) осуществлялось по методу И.А.Волчегорского и др., активность каталазы — по методу М.А.Корлюк и др., уровень оксида азота — по методу П.П.Голикова [13, 15-17]. Оценка достоверно­сти полученных данных осуществлялась с применением /-критерия Стьюдента [18].

Результаты и обсуждение

При однократном интратрахеальном введении лабораторным животным пыли в дозе 50 мг/мл обнаружена тенденция к увеличению диеновых конъюгатов и суммарных вторичных продуктов в го-могенатах легких. Наряду с этим нами выявлено достоверное снижение уровня оксида азота и катала-зы. Так, уровень оксида азота понизился в 2 раза по сравнению с контролем (рис. 1), а уровень актив­ности фермента каталазы — в 3,3 раза (рис. 2).

Содержание уровня оксида азота в тканях легких животных контрольной и экспериментальных групп

Полученные результаты позволяют предположить, что при однократном воздействии пыли в до­зе, значительно превышающей ПДК, наблюдалось лишь незначительное увеличение продуктов ПОЛ, но при этом достоверное снижение содержания каталазы, характеризующей состояние антиоксидант-ной системы. В то же время снижение уровня оксида азота с точки зрения теории адаптации соответ­ствует стадии напряжения адаптационных возможностей организма.

Молекула оксида азота играет важную регуляторную роль в качестве медиаторного звена и вы­ступает как неферментативное звено защиты. Увеличение продукции оксида азота соответствует ста­дии мобилизации адаптивных процессов в результате воздействия пылевого фактора, а уменьше­ние — стадии напряжения в результате развития чрезмерной стресс-реакции. О вероятном напряже­нии адаптационных возможностей организма свидетельствуют также изменения в системе ПОЛ-АОЗ[13].

При ингаляционном воздействии пыли в течение 70 дней в дозе 0,05 мг/м3 нами выявлено увеличение суммарных первичных продуктов перекисного окисления липидов в 2 раза, суммарных вторичных продуктов перекисного окисления липидов — в 1,3 раза по сравнению с контролем. Существенный рост СВП и СПП липоперекисного окисления свидетельствует о том, что, кроме ДК и КД, происходит образование и других катаболитов, что может существенно ограничивать клеточные механизмы адаптации (табл.). Уровень каталазы увеличился в 3 раза по сравнению с контролем, а оксид азота имел тенденцию к повышению (рис. 2).

Содержание каталазы в тканях легких животных контрольной и экспериментальных групп

По литературным данным, длительное поступление полиметаллической пыли в организм вызы­вает активацию макрофагов и процессов фагоцитоза, приводит к усиленному образованию АФК. Увеличение продуктов КД, ДК и высокая активность каталазы связаны с напряжением адаптацион­ных возможностей на уровне целостного организма. Повышение активности каталазы свидетельству­ет о вероятном изменении состояния тканевых мембран легких под воздействием вредных веществ, находящихся в исследуемой пыли.

Показатели окислительного метаболизма в гомогенатах легких у крыс при воздействии городской пыли г. Балхаша

При ингаляционном воздействии пыли в течение 4 месяцев в дозе 0,05 мг/м3 наблюдалась тенденция к увеличению количества ДК и СВП. Вместо с тем уровень основного антиоксидантного фермента каталазы увеличился в 7 раз.

Для легких, богатых потенциальными субстратами и активаторами ПОЛ, избыточная интенси­фикация этого процесса может явиться деструктивным фактором, нарушающим адаптационные ре­акции при перестройках метаболизма. В то же время в тканях организма, в том числе в легких, име­ется система антиоксидантов, которая обеспечивает защиту клетки от радикалов кислорода и инакти-вирует процессы ПОЛ.

При длительном введении пыли, по-видимому, активизировались, помимо ПОЛ, и адаптивные системы организма. Отмеченные изменения в ткани легких могут рассматриваться как отражение хронической интоксикации при длительном воздействии малых концентраций пыли. В механизме развития адаптационных и компенсаторных сдвигов на структурном и метаболическом уровне и пе­рехода обратимых метаболических изменений в стойкие нарушения существенная роль принадлежит генерации оксида азота и продуктов перекисного окисления липидов. Интенсификация процессов окислительной деструкции липидов, белков, нуклеиновых кислот является причиной поражения тка­ней легких.

Таким образом, выявленные изменения окислительного метаболизма в тканях легких экспери­ментальных животных при воздействии полиметаллической пыли свидетельствуют о развитии про­цессов различных стадий адаптации и возникновении эндогенной интоксикации, связанной с воздей­ствием пылевого фактора, что отражается на развитии нарушений в организме.

 

Список литературы

  1. Величковский В.Т. Новые представления о патогенезе профессиональных заболеваний пылевой этиологии // Пульмо­нология. — 1995. — № 5. — С. 1-8.
  2. Кирьянов В.А., Павловская Н.А. и др. Изучение окислительного метаболизма в профпатологии (обзор литературы) // Мед. труда и пром. экология. — 2004. — № 4. — С. 22-26.
  3. Милишникова В.В., Монаненкова А.М. и др. О классификации пневмокониозов // Мед. труда и пром. экология. — 1995. — № 5. — С. 30-33.
  4. Мануйлов Б.М. Регулирующая роль легких и других органов в генерации активности фосфорной кислоты лейкоцита­ми, их фагоцитарной активности и механизмы этого явления в норме и патологии: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. — М.,— 38 с.
  5. Федоров Т.Н., Болдырев А.А., Ганнушкина И.В. Перекисное окисление липидов при экспериментальной ишемии моз­га // Биохимия. — 1999. — Т. 64. — Вып. 1. — С. 94-98.
  6. Нестеров Ю.В., Теплый Д.М. Онтогенетические особенности стресс-реактивности легких в отношении липидного обмена // Биомедицинская химия. — 2003. — Т. 49. — № 5. — С. 456-162.
  7. Мотовкин П.А., Гельцер Б.Н. Клиническая и экспериментальная патофизиология легких. — М.: Наука, 1998.
  8. Капцов В.А., Суворов С.В. и др. Клинико-гигиенические аспекты систематики производственно-зависимых донозоло-гических изменений организма // Гигиена и санитария. — 1997. — № 3. — С. 15-19.
  9. Погуева Л.П., Барков Л.В. и др. Воздействие атмосферных загрязнений на функциональное состояние сердечно­сосудистой и дыхательной системы у детей // Гигиена и санитария. — 1990. — № 3. — С. 24-26. 
  10. Величковский Б.Т., Фишман Б.Б. Каталические свойства пыли как критерий ее профессиональной опасности // Гигие­на и санитария. — 2000. — № 3. — С. 25-28.
  11. Меньшикова Е.Б., Зенков Н.К. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных окислительных процессов // Успехи со­временной биологии. — 1993. — Т. 113. — Вып. 4. — С. 442-445.
  12. Муравлева Л.Е., Айтпаев Б.К. Окислительный метаболизм в норме и патологии // Медицина и экология. — — № 1. — С. 147-151.
  13. Волчегорский И.А., Налимов А.Г. и др. Сопоставление различных подходов к определению продуктов перекисного окисления липидов в гептан-изопропанольных экстрактах крови // Вопросы мед. химии. — 1989. — № 1. — С. 127-131.
  14. А.с. СССР № 939016 ткн А61 м 11/02 СССР. Устройства для распыления порошков // Бурханов А.И., Агапкин В.Н. Опубл. Бюл. № 24. 1982. — С. 2. 
  15. Коробейникова Э.Н. Определение продуктов ПОЛ с реакцией кислоты // Лаб. дело. — 1989. — № 1. — С. 118-122.
  16. КорлюкМ.А., Иванова Л.И. и др. Метод определения активности каталазы // Лаб. дело. — 1988. — № 1. — С. 16-18. 
  17. А.с. РК № 38365. Способ определения оксида азота в биологической жидкости организма / Кулкыбаев Г.А., Намаз-баева З.И., Салимбаева Б.М.
  18. Голиков П.П., Николаева Н.Ю. и др. Оксид азота и ПОЛ как фактор эндогенной интоксикации при неотложных со­стояниях // Пат. физ. — 2000. — № 2. — С. 6-9.
  19. Лакин Г.Ф. Биометрия. — М.: Высш. шк., 1990. — С. 351.
Фамилия автора: А.Е.Конкабаева, З.И.Намазбаева, С.С.Тыржанова
Год: 2012
Город: Караганда
Категория: Биология
Яндекс.Метрика