Метаболический статус легких экспериментальных животных при воздействии городской пыли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Метаболический статус легких экспериментальных животных при воздействии городской пыли

А.Е. Конкабаева, З.И. Намазбаева, С.С. Тыржанова

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]. метаболизм окислительный полиметаллический пыль

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).

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).

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.

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.

Размещено на Allbest.ru