Процеси вільнорадикального пероксидного окиснення в серці щурів на тлі гіпофункції епіфізу

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Процеси вільнорадикального пероксидного окиснення в серці щурів на тлі гіпофункції епіфізу

Л. Д. Чеботар

В даній статті представлені результати дослідження процесів вільно радикального перекисного окиснення в серці щурів за умови гіпофункції епіфізу. Встановлено посилення неферментативного вільнорадікального перекисного окислення біополімерів, напруженість та дисбаланс антиоксидантного захисту, зниження вмісту індикаторів цитолітичного пошкодження міоцитів та кардіоміоцитів.

Нестача мелатоніну внаслідок цілодобового освітлення призводила до дисбалансу прооксидантно- антиоксидантній системі, спрямованість якого залежала від строку гіпофункції. При довготривалій, терміном 55 діб, гіпофункції епіфізу виявлено значні ознаки посилення процесів пероксидації у серці щурів, які виражалися у підвищенні вмісту концентрації малонового діальдегіду на 56% (р < 0,001) на тлі ослаблення антиоксидантного захисту, що виявлялося в зниженні активності каталази на 45% (р < 0,01) і концентрації відновних форм глютатіону на 17% (р < 0,02) та аскорбінові кислоти на 6%(р < 0,02).

Ключові слова: епіфіз, мелатонін, серце, вільнорадикальне пероксидне окиснення, прооксиданти, антиоксиданти.

Постановка проблеми. Захворювання серцево-судинної системи посідають перше місце серед причин інвалідізації та смертності населення країн світу, зокрема, в Україні. До чинників ризику виникнення хвороб відносять зовнішні та внутрішні. До зовнішніх відносять усі види стресу. До основних внутрішніх чинників, що порушують функцію серця - генетично зумовлені та ті, що набуті протягом життя. Проте серед причин розвитку серцево-судинних патологій майже ніколи не надається ролі пінеальної залози, і передусім, її гормону мелатоніну, а особливо дефіциту цього гормону в організмі як чинника, що сприяє розвитку серцевих хвороб, хоча передумови для такої постановки проблеми дуже вагомі [4; 6; 7].

Аналіз останніх досліджень та публікацій. Як тепер добре відомо, епіфіз у людей є непарною, дуже маленького розміру мозковою залозою, яка розташована в центрі мозку. В процесі еволюції вона перетворилась в надзвичайно важливий нейроендокринний трансдуктор [3; 14].

За рахунок активних речовин, які синтезуються в епіфізі передусім мелатоніну, залоза в циркардіальному режимі налаштовує організм до добових змін зовнішньої освітленості. Епіфіз виступає важливою ланкою нейрогуморальної системи, яка враховуючи внутрішній гормональний фон опосередковує вплив ряду факторів зовнішнього середовища на фізіологічні процеси та поведінкові реакції, забезпечуючи тим самим високу ступінь адаптації організму до умов існування [1].

Важливими є данні останніх років відносно антиоксидантних властивостей мелатоніну [2]. Зокрема, особлива значимість цих властивостей важлива в розумінні механізмів окислювального стресу. Головну роль у формуванні окислювального стресу відіграє надмірна продукція вільних радикалів через підвищення утворення активних інтермедіато- рів кисню. Внаслідок чого здійснюється запуск перекисного окислення ліпідів, білків, нуклеїнових кислот.

Знання нейрофізіологічних, біохімічних механізмів функціонування епіфізу є основою для практичного використання мелатоніну, а особливо його антиоксидантних властивостей в профілактиці та лікуванні ряду захворювань.

На сьогоднішній день встановлена властивість мелатоніну безпосередньо взаємодіяти із вільними радикалами та впливати на гени, які кодують антиоксидантні ферменти. Разом з тим спостерігається залежність ефектів від дози препарату, що вводиться, строків і способів його введення. Проведені на різноманітних тваринах (щури, норки, песці) досліди дозволяють зробити висновок, що на рівні цілого організму відмічається залежність ефектів мелатоніну від стану його антиоксидантної системи, яка визначається такими факторами як вік тварини, її стать, сезон, наявність патологій, попередня дія світових режимів, функціональний стан епіфіза, а також взаємокомперсаторні зміни в самій системі. Тісний взаємозв'язок зовнішніх факторів не дозволяє віддиференціювати вплив власно синтезованого мелатоніну від екзогенноведеного. Вченими доведено, що тканинна специфічність реакції антиоксидантної системи на екзогенний мелатонін може бути пов'язана з різною чутливістю тканин, які дії гормону так і з участю його в метаболізмі.[15].

Інтенсивність синтезу мелатоніну, що володіє сильним антиоксидантним ефектом, може значно змінюватись в умовах різної освітленості, що впливає на стан антиоксидантної системи в цілому. Було вивчено вплив тривалого введення мелатоніну на концентрацію іншого відомого антиоксиданту - вітаміну Е (а-токоферолу) у серці, печінці і нирках щурів в процесі їх природного старіння та при різних режимах освітленості - постійна темрява, перемінне світло - темрява (12 годин світло, 12 годин темрява), постійне та природне освітлення характерне для Північно - Західного фотоперіодизму.

Протягом багатьох років , з часу відкриття (1958), мелатонін є об'єктом експериментальних досліджень, в яких були показані унікальні біологічні властивості. Було відкрито мелатонінвмісних клітин у слизовій оболонці шлунково-кишкового тракту (Райхлин, Кветной, 1974). Результати досліджень привернули увагу дослідників, що розробляють актуальні питання хрономедицини. Вперше можливість вивчення та застосування мелатоніну в клініці було зазначено в публікації 1992 р. (С. І. Ранопорт, Н. К. Маліновська) [7; 8].

Слідом за цим з'явився великий цикл робіт, які були присвячені ролі мелатоніну в патогенезі виразкової хвороби, гіпертонічній хворобі, порушеннях сну [4]. В останні роки з'являються рекомендації що до застосування індольного гормону епіфіза мелатоніну в якості геропротектора та антиканцерогена. Однак дані експериментальних досліджень з цього питання досить суперечливі. Мало вивчене питання про безпеку його тривалого застосування. У ряді робіт [1; 3; 11] розглянуті такі найважливіші генетичні аспекти біології мелатоніну, як вплив генетичних факторів на біосинтез гормону (профілі експресії генів, що кодують ферменти біосинтезу мелатоніну), профілі експресії рецепторів мелатоніну і так званих «годинних генів», генетичні механізми, що лежать в основі роботи циркадного осцилятора, а також здатність мелатоніну впливати на експресію генів у органах мішенях.

В останні роки досягнуто великий прогрес у розумінні впливу світлового режиму на ризик виникнення пухлин і темпи розвитку пухлинного процесу в організмі людини. Спочатку була запропонована «мелатонінова гіпотеза», яка свідчить, що зовнішні фактори, що призводять до зниження продукції мелатоніну, підвищують ризик виникнення та прискорюють темпи прогресії гормонально залежних пухлин [11; 3].

Відомо, що епіфіз перетворює закодовану в нервових імпульсах інформацію про тривалість фотоперіоду в гуморальну відповідь у вигляді рівня циркулюючого мелатоніну. У міру старіння секреція мелатонін знижується, що має численні для нейроендокринної системи, головним чином у зв'язку з репродуктивними функціями і реакціями на стрес, а також для імунної системи і канцерогенів.

Отже, пінеальна залоза і гіпоталамо- гіпофізарно-адреналова системи - є ключовими ланками адаптаційної системи організму. Пінеальна залоза пристосовує функціонування організму до змін освітленості навколишнього середовища, гіпоталамо-гіпофізарно адреналова система головним чином організовує захисну реакцію організму на екстремальні впливи.

До чинників ризику виникнення ряду захворювання відносяться зовнішні та внутрішні. До зовнішніх належать усі види стресу - психоемоційний, больовий, радіаційний, куріння, вживання алкоголю, нераціональне харчування. До основних внутрішніх чинників, що пошкоджують функції багатьох систем організму прийнято відносити як генетично зумовлені, так і набуті протягом життя.

Поширення стресових впливів на людську популяцію обумовлює актуальність проблеми підвищення резистентності організму до дії стресових подразників. Тому, особливого значення як біостимулятора обмінних процесів набуло впровадження в медичній практиці гормону шишкоподібної залози мелатоніну. Однак, незважаючи на різнобічне використання цього гормону, механізми його впливу на адаптацію організму остаточно не з'ясовано. Нині вивчення вище зазначених питань проводиться на субклітинному та молекулярному рівнях, причому істотна увага приділяється процесам, пов'язаним із вільноради- кальним окисленням та участю гормону епіфізу у внутрішньоклітинний редокс - сигналізації. Але на сьогодні залишаються відсутніми дані про вплив недостатньої кількості мелатоніну на зміни прооксидантно-антиоксидантної системи, від стану якої залежить функціонування серцево-судинної системи. З огляду на це доцільним є вивчення стану пероксидації в умовах гіпофункції епіфізу.

Постановка завдання. Метою даного дослідження було встановлення впливу гіпофункції епіфізу на процеси пероксидного окиснення у серці щурів.

Матеріали та методика дослідження.

Досліди проводилися на щурах-самцях лінії Wistar, середньою масою 220-260 г. Першу серію склали 6 тварин умовної норми (інтактні). Другу серію утворили 6 тварини, які терміном 55 днів безперервно, цілодобово знаходилися в умовах освітлення, причому в останню добу їм не давали спати. Враховуючи, що мелатонін в епіфізі синтезується тільки в умовах темряви, можливо припустити, що ця модель частково відтворює гіпофункцію епіфізу.

Визначали коефіцієнт маси серця по відношенню до маси тіла, вміст в серці вторинних продуктів пероксидації (переважно мало- новий діальдегід МДА) за реакцією у кислому середовищі з 2-тіобірботуровою кислотою до (МДА-0) та після інкубації терміном 1,5 години (МДА-1,5) гомогенату серця у про- оксидантному залізо-аскорбінатному буферному розчині. В серці визначали вміст окислених та відновлених форм глютатіону та аскорбінової кислоти, активність супероксиддис- мутази (СОД) та каталази [10].

Беручи до уваги, що з одного боку, що хвороби серця відносять до так званих «хвороб цивілізації», а з іншого, той факт, що сучасна цивілізація виникла після електрофікації країн, внаслідок штучного подовження тривалості світлового дня. Постало питання про можливий зв'язок між постійним освітленням, антиоксидантним захистом та функціонуванням серця. Фактично порушення ритму продукції гормону в організмі призводить до розвитку дезадаптації і виникнення десинхрозу. Розвиток десинхрозу вважається першопричиною виникнення будь-якої патології в організмі [6].

Відомо, що важливий молекулярний механізм пошкодження серця та судин стресорної та ішемічної природи - активація процесу ВРПО, який розвивається у мембранах кардіоміоцитів, та обусловлює пошкодження структури та порушення функції серця та судин. У основі патогенезу атеросклерозу, ішемічної хвороби серця знаходиться окислювальний стрес [2]. Ланка антиоксидантних реакцій в механізмі захисних процесів є провідною і дуже потужною, оскільки вони запобігають розвитку вільнорадикальних реакцій, підтримують активність окисно-відновних процесів.

Результати та їх обговорення. Внаслідок експериментального впливу отримані слідуючі результати досліду.

Таблиця 1

Стан серця щурів за біохімічними параметрами при гіпофункції епіфізу

Примітка: * - p < 0,05; р > 0,1 не вказано.

Суттєвих змін коефіцієнту маси серця в порівнянні з нормою не відмічено. Вміст МДА в серці до інкубації збільшився на 56% (у 1,5 рази, р1 < 0,001), що вказує на посилення процесів вільнорадикального перекисного окислення біополімерів. Після півторагодинної інкубації гомогенату серця у прооксидантному залізоаскарбатному буферному розчині вміст вторинних продуктів в порівнянні з нормою підвищився в 1,7 рази (р < 0,001). Внаслідок цього суттєво (р < 0,01) збільшився приріст МДА за 1,5-годинну інкубацію.

Рис. 1. Вміст МДА у серці щурів за умов гіпофункції епіфізу

Таким чином, підвищення вторинних продуктів до інкубації вказує на посилення рівня вільнорадикального перекисного окислення у тканинах серця, що може бути пов'язано як з стресогенною дією світла, так і з нестачею мелатоніну як антиоксиданта. Але відсутність виразок шлунку вказує на незначний внесок стресогенного компоненту. Тому привалює друге припущення про нестачу ендогенного антиоксиданту мелатоніну. Підвищення вмісту вторинних продуктів пероксидації у прооксидантному середовищі і особливо збільшення приросту МДА за термін інкубації вказує на послаблення антиоксидантного захисту, можливо внаслідок зменшення секреції мелатоні- ну. Активність СОД серця підвищилася на 23% (р < 0,001); оскільки СОД є субстратіндикуємим ферментом, можна вважати, що в даних умовах досліду збільшується продукція в серці супероксиданіонрадикалів. Можливим джерелом витоку супероксиду може бути мітохондріальне окислення, тому що енергетика серця базується на аеробному окисленні глюкози і жирних кислот. Активність каталази зменшилася на 45% (р < 0,001), що можна пояснити впливом активних форм кисню на активний центр ферменту.

Рис. 2. Активність СОД і каталази при гіпофункції епіфізу

Збільшення активності супероксиддисмутази як головного продуцента Н2О2 (особливо при нестачі активності каталази), яка з супероксидом може дати *ОН-радикал за реакцією Габера-Вейса. Таке накопичення активних форм кисню може сприяти аритміям, що показано в ряді робіт [4; 6; 7 ].

Зниження вмісту відновлених форм глютатіону та аскорбінової кислоти сприяє ослабленню антиоксидантного потенціалу, вказує на підвищення використання цих антиоксидантів у серці. Вміст окисленого глютатіону в серці не змінився, а концентрація окисленої аскорбінової кислоти знизилася на 9% (р < 0,001). Зниження вмісту загального аскорбі- нату на 6% (р < 0,02) вказує на зниження синтезу аскорбінової кислоти. Оскільки регенерується дегідроаскорбінова кислота за рахунок відновленого глютатіону, то зменшення концентрації аскорбінату не повинно зменшувати вміст окисленого глютатіону; але концентрація загального глютатіону достовірно зменшилася.

Рис. 3. Концентрація глютатіону серця щурів при гіпофункції епіфізу

У свою чергу аскорбінат регенерує (неферментативно окислений токоферол), та рівень окисленого аскорбінату буде посилено регенеруватися глютатіоном.

Рис. 4. Концентрація аскорбінової кислоти в серці щурів при гіпофункції епіфізу

окислення серце кардіоміоцит епіфіз

Можливо, нестача мелатоніну посилила регенерацію токоферолу. Зміна вмісту цих чотирьох форм низькомолекулярних антиоксидантів вказує на порушення антиоксидантного захисту. Посилення вільнорадикального перекисного окислення можливо було б пов'язано зі стресовою компонентою, яка виникає в умовах цілодобового освітлення та депривації сну в останню добу. Але аргументом проти внеску стресового компоненту в розвиток отриманих змін є повна відсутність виразок шлунку, як прояв стресу за Г. Селье.

Слід відмітити, що за умов 5-денного цілодобового освітлення суттєвих змін ферментативного та аскорбатзалежного перекисного окислення (за прирістом МДА) у серці не відмічено, у межах норми було значення активності СОД серця, але активність каталази (30,58 + 2,96 мкатал/кг х хв.) збільшилася на 47% проти величини норми (20,87 + 1,48 мкатал/кг х хв., р < 0,02) [13].

Висновки і перспективи подальших досліджень

Отримані результати свідчать, що у даній моделі тривалої гіпофункції епіфізу спостерігалося посилення неферментативного вільнорадікального перекисного окислення біополімерів, напруженість та дисбаланс антиоксидантного захисту, зниження вмісту індикаторів цитолітичного пошкодження міоцитів та кардіоміоцитів. Дані експериментального дослідження не вичерпують повністю проблеми. В подальшому продовжаться дослідження процесів вільнорадикального перекисного окиснення при зміненому фотоперіоді у різних вікових групах, та в умовах які ускладнюються стрес-реакцією.

Список використаних джерел

Анисимов В. Н. Физиологические функции эпифиза / В. Н. Анисимов // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. -- 1997. -- Т. 83, № 8. -- С. 1--13.

Барабой В. А. Антиокислительная и биологическая активность мелатонина / В. А. Барабой // Укр. біохім. журн. -- 2000. -- Т. 72, No 3. -- С. 5--11.

Бондаренко Л. А. Некоторые биохимические аспекты функционирования пинеальной железы крысы в онтогенезе / Л. А. Бондаренко // Онтогенез. --1991. -- Т. 22, No 1. -- С. 57--62.

Заславская Р. М. Мелатонин в комплексном лечении больных сердечно-сосудистыми заболеваниями / Р. М. Заславская, А. Н. Шакирова, Г. В. Лилица, Э. А. Щербань. -- М. : Медпрактика-М, 2005. -- 191 с.

Коркушко О. В. Біоритми, мелатонін та старіння / О. В. Коркушко, В. Б. Шатило, А. В. Писарук, М. С. Романенко // Журнал практичного лікаря. -- 2004, № 1. -- С. 38--43.

Коркушко О. В. Суточные ритмы сердечнососудистой системы и вегетативной регуляции при старении / О. В. Коркушко, А. В. Писарук,

Ю. Лишневская // Клиническая геронтология. -- 2000, № 7--8. -- С. 6--12.

Рапопорт С. И. Мелатонин и регуляция деятельности сердечно-сосудистой системы / С. И. Рапопорт, А. М. Шаталова // Клин.мед. -- 2001, № 6. ----7.

Малиновская Н. К. Роль мелатонина в организме человека / Н. К. Малиновская // Клиническая медицина. -- 1998, № 10. -- С. 15--22.

Пішак В. П. Шишкоподібне тіло і біохімічні основи адаптації / В. П. Пішак. -- Чернівці : Медакадемія, 2003. -- 152 с.

Посібник з експериментальних клінічних досліджень в біології та медицині / Л. В. Беркало,

O. В. Бобович, О. О. Гейко та ін. -- Полтава, 1997. -- 271 с.

Смирнов А. Н. Ядерные рецепторы мелатонина / А. Н. Смирнов // Биохимия. -- 2001. -- Т. 66, No 1. -- С. 28--36.

Цебржинский О. И. Некоторые аспекты антиоксидантного статуса / О. И. Цебржинский // Физиология и патология перекисного окисления липидов, гемостаза и иммуногенеза. -- Полтава, 1992. -- С. 120--155.

Чеботар Л. Д. Вплив світла та часткового позбавлення сну на морфофункціональний стан серця / Л. Д. Чеботар // Світ медицини та біології. -- Полтава, 2006. -- № 2. -- С. 53--56.

Размещено на Allbest.ru