Динамика изменения обмена ГАМК в структурах головного мозга крыс при воздействии толуола

Размещено на http://www.allbest.ru/

Динамика изменения обмена ГАМК в структурах головного мозга крыс при воздействии толуола

Изучена динамика метаболизма ГАМК в тканях различных структур ЦНС у интактных 6-ти месячных крыс и после воздействия на организм толуола (5 дней, внутрибрюшинно, 500 мг/кг). Результаты наших исследований показали, что при воздействии толуола происходит увеличение содержания ГАМК, уменьшение содержания свободных Глу и Асп, повышение активности фермента ГДК и понижение активности фермента ГАМК-Т в тканях структур головного мозга 6-ти месячных крыс. Можно предположить, что толуол оказывает действие на белковые структуры ферментов обмена ГАМК или взаимодействует с их коферментом - пиридоксаль-5-фосфатом.

Толуол общеупотребительное название химического вещества, относящегося к классу моноциклических ароматических углеводородов, образующегося при замещении одного атома водорода в молекуле бензола метильной группой. Одновременно толуол является легкодоступным и дешевым галлюциногенным веществом, используемым токсикоманами.

Надо отметить, что большую роль в развитии токсических эффектов толуола на клеточном уровне играют доза и время воздействия. Известно, что интоксикация толуолом в первую очередь поражает ЦНС, вызывая серьезные структурные и функциональные изменения. При воздействии подобных агентов даже в небольших дозах и в случаях кратковременной интоксикации могут возникать перманентные нарушения в нейронных цепях различных мозговых структур, неизбежно отражающиеся в нейроповеденческих расстройствах [1]. Cогласно данным последних лет, ведущим фактором нейротоксического влияния толуола на ЦНС является его воздействие на нейротрансмиттерные и рецепторные системы мозга. Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), являющаяся нормальным продуктом обмена веществ в нервной ткани, обладает свойствами, отвечающими основным критериям медиатора центральной нервной системы.

Исходя из вышесказанного, целью настоящей работы было изучение влияния толуола (внутрибрюшинно, 5 дней, 500 мг/кг) на обмен ГАМК в тканях структур головного мозга 6-ти  месячных крыс.

Материалы и методы

Все эксперименты выполнены с соблюдением принципов международной декларации Европейского сообщества (86/609/ЕЕС). Эксперименты были проведены на белых крысах линии Вистар. Для опытов брали шести месячных крыс. Опытная группа - внутрибрюшинно вводили толуол, 5 дней, 500 мг/кг. Отделы мозга анализировали у интактных и опытных крыс. Содержание ГАМК, Глу и Асп [2], активность ГДК [3] и ГАМК-Т [4] определено в структурах головного мозга экспериментальных крыс. Полученные результаты обработаны статистически.

Результаты и обсуждение

Результаты проведенных исследований показали, что в нормальных условиях у интактных крыс содержание свободных медиаторных аминокислот - ГАМК, Глу и Асп распределено неравномерно в изучаемых отделах мозга.

Таблица 1 - Влияние толуола на содержание ГАМК, Глу и Асп (мкмоль/г) в тканях структур ЦНС 6-ти месячных крыс (M±m, n=5)

галлюциногенный толуол метаболизм

Вероятно, что это связано с уровнем ГАМК-, Асп- и Глуергических нейронов в этих отделах головного мозга.  После воздействия толуола наблюдается достоверное снижение содержания Глу с параллельным повышением уровня ГАМК. При этом содержание свободной Асп в тканях коры больших полушарий мозга, мозжечка, ствола мозга и гипоталамуса уменьшается.

Изменение содержания этих аминокислот в ткани мозга связано с его общим ростом, уменьшением в нем количества воды и увеличением объема нервных клеток и нейропиля и количества липидов. Мозг отличается от других органов высоким содержанием Глу и ГАМК, накопление которых происходит параллельно с формированием нейрона и его структурной дифференцировкой.

Результаты следующих серий опытов показали, после воздействия толуола активность ГДК в тканях коры больших полушарий мозга, мозжечка, ствола мозга и гипоталамуса увеличивается по сравнению с данными контрольной группы (таб. 2). После действия толуола активность ГАМК-Т во всех структурах нервной системы также меньше по сравнению с данными контрольной группы.

Основные изменения системы ГАМК при воздействии на организм толуола связаны с увеличением активности ГДК и угнетением ГАМК-Т. В настоящее время четко объяснить обнаруженное нами повышение активности ГДК и соответствующее увеличение содержания ГАМК в исследованных отделах ЦНС крыс при действии толуола пока не представляется возможным. Можно лишь указать на высокую лабильность этого фермента и его выраженную подверженность влиянию нейротропных факторов. Возможно, что при действии толуола нарушаются окислительные процессы в структурах мозга, обусловливающие более интенсивный биосинтез коэнзима ГДК-пиридоксальфосфата, а также имеет место сдвиг рН в этих отделах мозга в сторону оптимума для реакции декарбоксилирования Глу.

Таблица 2 - Влияние толуола на активность ферментов ГДК (мкмоль ГАМК/г·ч) и ГАМК-Т (мкмоль Глу/г·ч) в тканях структур ЦНС 6-ти месячных крыс

Содержание ГАМК в нервных клетках будет также возрастать при снижении интенсивности ее утилизации в цикле Кребса на уровне янтарной кислоты.

Данные о метаболизме ГАМК в ткани головного мозга свидетельствуют о ее важной роли в регулировании соотношения процессов возбуждения и торможения. Представления о ГАМК как возможном медиаторе торможения, о компартментализации и связи ее с энергетическими процессами послужили основанием для исследования роли нарушений обмена этой аминокислоты в развитии нервной патологии различных видов. Повышение или снижение уровня ГАМК в ткани мозга при различных экстремальных воздействиях указывает на возникновение кризисного состояния вследствие нарушения компенсаторных возможностей организма.

Высокая концентрация ГАМК в ткани мозга млекопитающих свидетельствует, что ее роль в нервной деятельности не ограничивается лишь медиаторной функцией. В случае нормального функционирования важнейших систем организма концентрация ГАМК в мозге поддерживается на стабильном уровне, что указывает на высокую пластичность обмена в ЦНС и на важность многообразных эффектов ГАМК, способствующей общему торможению активности нервных структур. Топографическое распределение ГАМК и синтезирующего ее фермента ГДК свидетельствует об их приуроченности к нервным структурам, связанным с тормозными процессами.

Толуол оказывает влияние на различные нейромедиаторные системы, включая дофамин, ГАМК и глутамат [5], [6].

В начале 1988 года исследовано субхронический (1 месяц, 16 часов в день по 50, 250 или 1000 ppm) или хронический (3 месяца, 16 часов в день, 500 ppm) воздействия толуола на ГАМК в мозге крыс [7]. Выявлено, что ГАМК увеличивается в стволе мозга и лобная кора в субхроническом состоянии и уменьшается в коры больших полушарий мозга в хроническом [7]. Показало, что в течение 2 часов при 2000 ppm толуола повышается уровень внеклеточной ГАМК в мозжечке (167% во время и через 60 минут после воздействия) [8]. Хотя авторы предположили, что результаты могут быть связаны с входным сигналом мозжечка от спинного мозга и ядер ствола мозга. Толуол оказывает более непосредственное влияние на GABAergic нейронов мозжечка.

Толуол повышает уровень внеклеточного ГАМК в коре мозга. Введение CGP 35348 (антагонист ГАМК) ингибирует некоторые эффекты толуола на вестибуло-окуломоторный рефлекс, подтверждают гипотезу о том, что толуол влияет на вестибуло-окуломоторный рефлекс через изменение ГАМК нейротрансмиссии. Толуол оказывает региональное специфическое влияние на передачу ГАМК в ЦНС [8]

Острый толуол уменьшает глутамата. Повторное воздействие толуола увеличивает токи NMDA, а также отдельные субъединицы рецептора NMDA [9]. Длительное воздействие (10 дней, до 8000 ppm) толуола повышает уровень субъединицы рецептора NMDA в мозге [10]. Острый толуол повышает уровень внеклеточного глутамата гиппокампа [11]. Эффекты толуола на пресинаптическую передачу ГАМК зависят от области мозга, так как острый толуол увеличивал внеклеточную ГАМК в мозжечке и не влиял на стриатум [8], [12].

Можно полагать, что увеличение количества ГАМК в нервных клетках является компенсаторной реакцией организма для поддержания многообразных ее эффектов в отношении различных звеньев обмена веществ в течение интоксикации толуола.

Список литературы

галлюциногенный толуол метаболизм

1.Liu C.L. Effects of toluene exposure during brain growth spurt on GABA a receptor-mediated functions in juvenile rats / C. L. Liu, Y. R. Lin, M. H. Chan, H. H. Chen // Toxicol. Sci. - 2007. - Vol. 95. - №. 2. - P. 443-451.

2.Doze K. Dir anvendug der hochspanmumgspherographie dei der guantitativen totalanoiyse von protein hydrolysaten / K. Doze // Mittelling Biochem. Z. - 1957. - Vol. 329. - № 2. - P. 390-398.

3.Sytinsky I. A. Effect of certain drugs on gamma-aminobutyric acid system on central nervous system / I. A. Sytinsky, T. N. Priyatkina // Biochem. Pharmacol. - 1966. - Vol. 115. - № 1 - P. 49-57.

4.Нилова Н. С. Аммиак и ГАМК-трансаминазная активность ткани головного мозга / Н. С. Нилова // Докл. АН СССР. - 1966. - Т. 2. - С. 483-486.

5.Eisenberg D.P. Neurotoxicity and mechanism of toluene abuse / D. P. Eisenberg // Journal of Biology and Medicine. - 2003. - Vol. 19 - P. 150-159.

6.Bowen S.E. The last decade of solvent research in animal models of abuse: mechanistic and behavioral studies / S. E. Bowen, J. C. Batis, N. Paez-Martinez, S. L. Cruz // Neurotoxicology and Teratology - 2006. - Vol. 28 - P. 636-647.

7.Bjornaes S. Biochemical changes in different brain areas after toluene inhalation / S. Bjornaes, L. U. Naalsund // Toxicology - 1988. - Vol. 49 - P. 367-374.

8.Stengard K. Acute toluene exposure increases extracellular GABA in the cerebellum of rat: a microdialysis study / K. Stengard, R. Tham, W. T. O'Connor and others // Pharmacology & Toxicology - 1993 - Vol. 73 - P. 315-318.

9.Bale A.S. Alterations in glutamatergic and gabaergic ion channel activity in hippocampal neurons following exposure to the abused inhalant toluene / A. S. Bale, Y. Tu, E.P. Carpenter-Hyland and others // Neuroscience - 2005. - Vol. 130 - P. 197-206.

Размещено на Allbest.ru