Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

АНТИОКСИДАНТНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦЕРУЛОПЛАЗМИНА ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ УМЕРЕННОЙ МОЩНОСТИ

Кривохижина Л.В. 1 Ермолаева Е.Н. 1 Кантюков С.А. 1
1 ГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный медицинский университет»
Хроническую физическую нагрузку умеренной мощности моделировали на крысах ежедневным плаванием в течение 30 минут – 21 день. На 9, 15 и 21 день эксперимента животные подвергались дополнительно физической нагрузке: плавали в течение 4-х минут с грузом массой 20 % от веса тела. Церулоплазмин вводился на 1, 4 и 7 сутки физической нагрузки, в суммарной дозе 60 мг/кг массы тела. Забор крови производили на 9, 15, 21 сутки через 15–20 минут после нагрузки. При нагрузке активируются свободнорадикальные процессы в цельной крови и сыворотке; увеличивается содержание общих, первичных и промежуточных продуктов перекисного окисления липидов; возрастает общая антиокислительная активность. Введение церулоплазмина приводило к снижению хемилюминесценции цельной крови и продукции свободных радикалов нейтрофильными лейкоцитами. Церулоплазмин способствовал снижению железоиндуцированной хемилюминесценции сыворотки крови и нормализации содержания общих, первичных, промежуточных продуктов перекисного окисления липидов.
физическая нагрузка
церулоплазмин
свободнорадикальное окисление
хемилюминесценция
1. Вербалович В.П., Подгорная Л. М. Определение активности глютатион – редуктазы и СОД на биохимическом анализаторе // Лаб. дело. – 1987. – № 2. – С.17–19.
2. Владимиров Ю.А., Проскурнина Е.В. Свободные радикалы и клеточная хемилюминесценция // Успехи биологической химии. – 2009. – Т. 49. – C. 341-388.
3. Волчегорский И.А., Налимов А.Г., Яровинский Б.Г. и др. Сопоставление различных подходов к определению продуктов перекисного окисления липидов в гептан-изопропаноловых экстрактах крови // Вопр. мед. химии. – 1989. – № 1. – C. 127-131.
4. Дубинина Е.Е. Продукты метаболизма кислорода в функциональной активности клеток (жизнь и смерть, созидание и разрушение) // Физиологические и клинико-биохимические аспекты. – СПб.: Изд-во Медицинская пресса, 2006. – 400 с.
5. Камышников В.С. Справочник по клинико-биохимическим исследованиям и лабораторной диагностике. – Москва: МЕДпресс-информ, 2009. – 896с.
6. Кантюков С.А., Ермолаева Е.Н., Кривохижина Л.В. Cвободнорадикальное окисление в цельной крови при физических нагрузках различной длительности и интенсивности // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 6; URL:www.science-edication.ru/130-23081 (дата обращения 21.04.2016).
7. Королюк М.А., Иванова Л. И., Майорова А.Г. и др. Метод определения активности каталазы // Лаб. дело. – 1988. – № 1. – С.16–19.
8. Кривохижина Л.В., Климова Е.В., Ермолаева Е.Н. Гематологические эффекты церулоплазмина // Патофизиология органов и систем. Типовые патофизиологические процессы. Материалы II Российского конгресса по патофизиологии. – 2000. – С. 93-94.
9. Мжельская Т.И. Биологические функции церулоплазмина и их дефицит при мутациях генов, регулирующих обмен меди и железа (обзор) // Бюлл. эксперим. биологии и медицины. – 2000. – Т. 130, № 8. – С.124–133.
10. Осиков М.В., Кривохижина Л.В., Ермолаева Е.Н., Климова Е.В., Макаров Е.В., Кантюков С.А. Патофизиологические эффекты церулоплазмина // Здравоохранение Башкортостана. – 2005. – № 7. – С. 99-100.
11. Сурина-Марышева Е.Ф., Кривохижина Л.В., Кантюков С.А., Сергиенко В.И., Ермолаева Е.Н., Смирнов Д.М. Влияние церулоплазмина на количество и резистентность эритроцитов при острой физической нагрузке // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2009. – Т. 148, № 8. – С. 151-153.
12. Фархутдинов Р.Р., Лиховских В.А. Хемилюминесцентные методы исследования свободно – радикального окисления в биологии и медицине. – Уфа: Изд-во БГМИ, 1995. – 90 с.
13. Чевари С., Чаба И., Секей Й. Роль супероксиддисмутазы в окислительных процессах клетки и метод определения ее в биологических материалах // Лаб. дело. – 1985. – № 11. – С. 678–681.
14. Djordjevic D., Cubrilo D., Macura M. et al. The influence of training status on oxidative stress in young male handball players // Mol. Cell. Biochem. – 2011. – Vol. 351, № 1-2. – Р. 251-259.
15. Park Y.S., Suzuki K., Taniguchi N. et al. Glutatione peroxidase – like activity of ceruloplasmin as an impotant lung antioxidant // FEBS Letters. – 1999. – N. 458. – P.133-136.
16. Pesic S., Jakovljevic V., Djordjevic D. et al. Exercise-induced changes in redox status of elite karate athletes // Chin. J. Physiol. – 2012. – Vol. 55, № 1. – Р. 8-15.

Следствием различных видов физических нагрузок, как у юных спортсменов, так и спортсменов высокой квалификации является активация свободнорадикального окисления (СРО), что расценивается как универсальный механизм реагирования организма [14]. Однако интенсивность и продолжительность повышения СРО имеют определенную зависимость от уровня тренированности, аэробных возможностей организма, характера физических нагрузок (вид, интенсивность, частота, продолжительность), преобладающих механизмов энергообеспечения мышечной работы [16, 6]. Актуальным является вопрос об управлении свободнорадикальными процессами с целью профилактики и коррекции их негативных последствий. В организме существует многоуровневая система (клеточная и внеклеточная; ферментативная и неферментативная), контролирующая СРО. К регуляторам широкого спектра биохимических и физиологических процессов в организме относится церулоплазмин, механизмы влияния которого реализуются, в том числе и через его антиоксидантные свойства [8, 10, 11, 9].

Цель исследования – в условиях эксперимента определить эффективность влияния церулоплазмина (ЦП) относительно интенсивности СРО цельной крови и сыворотки при хронической физической нагрузке умеренной мощности.

Материалы и методы. Исследование проведено на белых беспородных крысах. Все эксперименты выполнены согласно Европейской Конвенции по защите экспериментальных животных. Хроническая физическая нагрузка умеренной мощности моделировалась ежедневным плаванием в течение 30 минут – 21 день. На 9, 15 и 21 день эксперимента, животные подвергались дополнительно физической нагрузке: плавали в течение 4-х минут с грузом массой 20 % от веса тела. Подобная экспериментальная модель аналогична тренировочному циклу подготовки спортсменов к соревновательному периоду. Забор крови производили на 9, 15, 21 сутки через 15–20 минут после нагрузки. Церулоплазмин вводился 3 раза (на 1, 4 и 7 сутки физической нагрузки) в суммарной дозе 60 мг/кг массы тела. Интенсивность СРО в цельной крови исследовали хемилюминесцентным методом в присутствии люминола на приборе «Хемилюминомер-003» с компьютерным обеспечением [12, 2]. Первоначально регистрировали базальную хемилюминесценцию (ХЛ) цельной крови: светосумму (СС) и максимальную светимость (МС). Далее в этих же пробах после инкубации регистрировали ХЛ - индуцированную. С учетом того, что основным источником свободных радикалов в цельной крови являются нейтрофилы, их активации (за счет адгезии к стеклянной поверхности) способствовала инкубация образцов крови (60 минут при 37 0С). Параллельно в крови подсчитывали общее количество лейкоцитов, лейкоцитарную формулу. ХЛ крови выражали в абсолютных величинах и с пересчетом на количество нейтрофилов (105/мл). Интенсивность пероксидации, как составляющей СРО, изучали методом железоиндуцированной хемилюминесценции сыворотки крови [12, 2]. Оценивали спонтанную и железоиндуцированную хемилюминесценцию (добавлением Fe2+ - 50 мкМ). Регистрацию хемилюминесценции сыворотки крови осуществляли на хемилюминомере ХЛ-003 с компьютерным обеспечением.

Продукты ПОЛ в крови оценивали спектрофотометрическим методом в изопропаноловой фракции с расчетом индексов окисления [3]. Активность супероксиддисмутазы (СОД) оценивали в реакции восстановления нитросинего тетразолия [13]; активность каталазы определяли в цветной реакции с молибдатом аммония [7]; активность глютатион – редуктазы оценивали по способности окислять НАДН при длине волны 340 нм [1]; содержание церулоплазмина оценивали модифицированным методом Равина по способности окислять р-фенилендамин [5]. Общую антиокислительную активность (ОАО) оценивали фотометрическим тестом ImAnOx(TAS/TAC) Kit фирмы Immundiagnostik (Германия) по степени подавления оксидации в присутствии перекиси водорода. Статистическая обработка результатов исследования проводилась на персональном компьютере с помощью пакета программ анализа данных Statistica 6.0. Для оценки достоверности полученных результатов использовали непараметрический критерий Манна – Уитни.

Результаты исследования

ХФН умеренной мощности приводила к постепенному повышению базального свечения (СС и МС) в цельной крови относительно контроля. При этом индуцированное свечение цельной крови (СС и МС) было достоверно ниже контрольных значений (таблица 1). Основными источниками свободных радикалов в крови являются нейтрофилы, количество которых при физической нагрузке возрастает в 1,5 раза. При пересчете интенсивности базальной и индуцированной ХЛ крови на х105 нейтрофилов СС и МС достоверно снижаются (таблица 2). Показатели индуцированного свечения нейтрофилов к 21 суткам снижаются примерно в 3 раза. Таким образом, возрастание ХЛ цельной крови обусловлено увеличением в крови нейтрофильных лейкоцитов на фоне снижения их способности к продукции радикалов.

Введение ЦП при ХФН способствовало еще большему уменьшению продукции свободных радикалов нейтрофилами (15, 21 сутки); на 9–21 снижалась МС индуцированного свечения (таблица 2). Следствием этого было достижение нормальных величин базального свечения (СС и МС) в цельной крови, а СС и МС индуцированного свечения на 21 сутки приобретали самые низкие значения (таблица 1).

При физической нагрузке в сыворотке крови не изменялась спонтанная светимость (СПС), постепенно повышались: СС, амплитуда быстрой и медленной вспышки. ЦП не влиял на СПС, амплитуду медленной вспышки; на 21 сутки нормализовал амплитуду быстрой вспышки; повышал длительность латентного периода. В итоге под влиянием ЦП снижалась, но не нормализовалась светосумма свечения (таблица 3).

Таблица 1

Влияние ЦП на ХЛ цельной крови при физической нагрузке умеренной мощности (М±m)

Группы сравнения/

показатели

 

Контроль

(n=9)

ХФН умеренной мощности

ХФН + ЦП

9 сутки

(n=8)

15 сутки

(n=8)

21 сутки

(n=9)

9 сутки

(n=8)

15 сутки

(n=8)

21 сутки

(n=9)

Базальное свечение

СС, у.е.•мин

0,677±0,02

0,80±0,05

0,95±0,04*

0,97±0,05*

0,65±0,059

0,71±0,03^

0,74±0,04^

МС,

у.е.

0,276±0,014

0,31±0,02

0,37±0,013*

0,404±0,02*

0,22±0,01*^

0,24±0,018^

0,27±0,016^

Индуциро-ванное свечение

СС, у.е.•мин

2,66±0,21

1,23±0,14*

1,32±0,16*

1,77±0,17*

1,05±0,06*

1,11±0,058*

1,22±0,07*^

МС,

у.е.

0,79±0,14

0,475±0,04*

0,49±0,037*

0,578±0,06*

0,33±0,017*^

0,36±0,023*^

0,41±0,019*^

* – достоверность  (р≤0,05) относительно контроля; ^ – достоверность относительно аналогичного срока физической нагрузки.

Таблица 2

Влияние ЦП на ХЛ нейтрофилов (х105) при физической нагрузке умеренной мощности (М±m)

Группы сравнения/

показатели

 

Контроль

(n=9)

ХФН умеренной мощности

ХФН + ЦП

9 сутки

(n=8)

15 сутки

(n=8)

21 сутки

(n=9)

9 сутки

(n=8)

15 сутки

(n=8)

21 сутки

(n=9)

Базальное свечение

СС, у.е.•мин

0,33±0,026

0,24±0,03*

0,235±0,02*

0,185±0,01*

0,154±0,016*

0,133±0,015*^

0,13±0,01*^

МС,

у.е

0,13±0,01

0,13±0,04

0,09±0,01*

0,08±0,004*

0,052±0,003*

0,045±0,006*^

0,047±0,004*^

Индуцирован ное свечение

СС, у.е.•мин

1,29±0,13

0,35±0,02*

0,34±0,07*

0,31±0,03*

0,248±0,015*^

0,20±0,017*

0,21±0,02*

МС,

у.е

0,39±0,08

0,13±0,01*

0,135±0,025*

0,11±0,01*

0,078±0,004*^

0,066±0,008*^

0,07±0,006*^

* – достоверность  (р≤0,05) относительно контроля; ^ – достоверность относительно аналогичного срока физической нагрузки.

Таблица 3

Влияние ЦП на ХЛ сыворотки крови при физической нагрузке умеренной мощности (М±m)

Группы сравнения/

показатели

 

Контроль

(n=9)

ХФН умеренной мощности

ХФН+ЦП умеренной мощности

9 сутки

(n=8)

15 сутки

(n=8)

21 сутки

(n=9)

9 сутки

(n=8)

15 сутки

(n=8)

21 сутки

(n=9)

СС, у.е.•мин

3,09±0,1

4,73±0,21*

5,63±0,29*

5,65±0,14*

3,72±0,15*^

4,62±0,11*^

4,77±0,21*^

СПС, у.е.•мин

0,22±0,06

0,15±0,05

0,14±0,06

0,23±0,07

0,14±0,05

0,14±0,05

0,14±0,06

Амплитуда быстрой вспышки, у.е.

1,41±0,04

1,68±0,09

2,00±0,16

2,07±0,14*

1,78±0,16

1,64±0,096

1,58±0,07^

Амплитуда медлен-

ной вспышки, у.е

1,65±0,05

2,67±0,13

3,02±0,15*

3,04±0,06*

2,24±0,1*

0,30

2,76±0,07*

0,22

2,91±0,09*

0,30

Длительность латентного периода, мм

17,82±0,69

18,78±1,37

 

19,33±1,32

21,11±1,06

24±1,36*

25,11±1,59*^

28,78±2,07*^

* – достоверность  (р≤0,05) относительно контроля; ^ – достоверность относительно аналогичного срока физической нагрузки.

Таблица 4

Влияние ЦП на продукты ПОЛ в крови при физической нагрузке умеренной мощности (М±m)

Группы сравнения/

показатели

 

Контроль

(n=10)

ХФН умеренной мощности

ХФН +ЦП

9 сутки

(n=10)

15 сутки

(n=10)

21 сутки

(n=11)

9 сутки

(n=10)

15 сутки

(n=10)

21 сутки

(n=11)

∑ =220 ед/мл

2,99±0,21

4,01±0,31

4,10±0,14*

4,43±0,24*

3,41±0,17

3,54±0,27

3,59±0,17^

∑ =232 ед/мл

1,28±0,095

1,96±0,16*

1,80±0,09*

2,17±0,08*

1,78±0,17

1,77±0,09*

1,55±0,14^

∑ =278 ед/мл

0,80±0,06

1,125±0,10*

1,22±0,12*

1,34±0,09*

0,95±0,11

1,00±0,11

1,03±0,13

∑ =400 ед/мл

0,059±0,02

0,08±0,013

0,15±0,37

0,13±0,03

0,12±0,02

0,11±0,03

0,11±0,03

232/220 у.е.о

0,43±0,02

0,52±0,07

0,45±0,04

0,50±0,036

0,53±0,04

0,53±0,05

0,45±0,056

278/220 у.е.о

0,27±0,023

0,295±0,03

0,31±0,04

0,31±0,03

0,28±0,03

0,30±0,06

0,31±0,05

 * – достоверность  (р≤0,05) относительно контроля; ^ – достоверность относительно аналогичного срока физической нагрузки.

Таблица 5

Влияние ЦП на компоненты антиокислительной системы в крови при физической нагрузке умеренной интенсивности (М±m)

Показатели/

сроки

Контроль

(n=10)

ХФН умеренной мощности

ХФН +ЦП

9 сутки

(n=10)

15 сутки

(n=10)

21 сутки

(n=11)

9 сутки

(n=15)

15 сутки

(n=11)

21 сутки

(n=14)

СОД, ед/мл

1,46±0,11

0,70±0,10*

0,90±0,15*

1,22±0,12

0,84±0,12*

1,045±0,11

1,01±0,10*

Каталаза мкат/л

22,61±3,38

12,31±0,98*

18,41±1,24

24,67±2,86

21,99±2,18^

23,67±1,54^

25,77±1,54

Глютатион-редуктаза МЕ

8,04±0,32

11,69±0,71*

14,04±1,14*

13,92±1,31*

11,22±0,805*

13,17±0,88*

15,84±0,65*

ЦП мг/л

333,95±22,87

439,32±18,27*

451,09±24,01*

481,23±23,71*

450,92±15,75*

455,65±15,04*

475,59±19,62*

ОАА мкмоль/л

211,5±3,94

не смотрели

не смотрели

262,72±11,97*

не смотрели

не смотрели

284,38±19,15*

 * – достоверность  (р≤0,05) относительно контроля; ^ – достоверность относительно аналогичного срока физической нагрузки.

В крови при нагрузке возрастали общие, первичные и промежуточные продукты ПОЛ. За счет параллельного возрастания общих, первичных и промежуточных продуктов ПОЛ, их индексы окисления не изменялись. Под влиянием ЦП к 9 сутками произошла нормализация общих и промежуточных продуктов, к 21 суткам – первичных продуктов ПОЛ (таблица 4).

ХФН умеренной мощности влияла на состояние антиокислительной системы. В частности, к 9 суткам снижалась активность СОД и каталазы при восстановлении их активности к 21 суткам. Активность глютатион-редуктазы, содержание ЦП (9–21 сутки) были повышены. На 21 сутки была повышена общая антиокислительная активность (ОАА). Введение ЦП приводило лишь к нормализации активности каталазы (таблица 5).

Обсуждение

Итак, при ХФН умеренной мощности активируются свободнорадикальные процессы в цельной крови и ПОЛ в сыворотке. Это является следствием миогенного лейкоцитоза и нагрузочной гипоксии с дальнейшей реализацией компенсаторно-адаптивных процессов. Гипоксия инициирует образование активных форм кислорода с последующим развертыванием свободно-радикальных и перекисных реакций через умеренную мобилизацию эндогенных жирных кислот и стимуляцию симпатоадреналовой системы. Кислородные радикалы являются факторами формирования активированного состояния митохондрий. Кроме того, свободнорадикальные реакции обеспечивают поддержание интенсивного энергетического обмена и привлечения продуктов свободнорадикального окисления к метаболическим процессам. Основное действие ЦП при ХФН умеренной мощности проявилось на уровне нейтрофилов. Трехкратное введение ЦП приводило к снижению продукции свободных радикалов нейтрофильными лейкоцитами и ХЛ цельной крови. ЦП противостоял снижению активности каталазы, увеличивал длительность латентного периода, который в литературе рассматривается в качестве интегрального показателя мощности антиокислительной системы [4]. Восстановление активности каталазы под влиянием ЦП может быть связано с его дисмутирующей способностью. Указывается, что ЦП обладает СОД активностью [9, 4]. В плазме крови его действие аналогично действию клеточной СОД. Он восстанавливает О-2 с помощью пары Си2+ до Н2О, перехватывает свободные кислородные радикалы и предохраняет липидосодержащие структуры от их повреждающего действия [9]. ЦП в отличие от СОД не катализирует реакцию диспропорционирования, а взаимодействуют с предшественниками О2 радикалов. Восстановление активности каталазы под влиянием ЦП может быть связано с дополнительным разрушением О-2 и защитой каталазы от его инактивирующего влияния, при этом снижается вероятность восстановления трехвалентного железа и возможность образования ОН-, который служит прооксидантом ПОЛ [4]. Некоторые авторы считают ЦП антиоксидантом, который вызывает обрыв цепи свободных радикалов, перехватывает супероксидные радикалы, ингибирует аутоокисление липидов, не связывая эти эффекты с его ферроксидазной активностью [9]. Кроме того, ЦП может способствовать накоплению в клетках антиоксиданта глютатиона [15]. Все это может быть объяснением факта нормализации содержания общих, первичных и промежуточных продуктов ПОЛ и снижению железоиндуцированной ХЛ сыворотки крови под влиянием ЦП.

Выводы

  1. При ХФН умеренной мощности активируются свободнорадикальные процессы в цельной крови и ПОЛ в сыворотке; возрастает общая антиокислительная активность.
  2. Трехкратное введение ЦП в суммарной дозе 60 мг/кг массы тела приводило к снижению продукции свободных радикалов нейтрофильными лейкоцитами и ХЛ цельной крови.
  3. ЦП увеличивал длительность латентного периода, отражающего суммарную мощность антиокислительной системы, тем самым способствовал снижению железоиндуцированной ХЛ сыворотки крови и нормализации содержания общих, первичных, промежуточных продуктов ПОЛ.

Библиографическая ссылка

Кривохижина Л.В., Ермолаева Е.Н., Кантюков С.А. АНТИОКСИДАНТНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦЕРУЛОПЛАЗМИНА ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ УМЕРЕННОЙ МОЩНОСТИ // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=24626 (дата обращения: 23.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074