Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В МЕДНО-ЦИНКОВОЙ КОЛЧЕДАННОЙ РУДЕ, НА АНТИОКСИДАНТНУЮ СИСТЕМУ ПЕЧЕНИ

Давлетгареева Г.Р. 1 Фаршатова Е.Р. 1 Камилов Ф.Х. 1
1 ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
При длительном внутрижелудочном введении суспензии порошка медно-цинковой колчеданной руды половозрелым белым крысам изучены изменения содержания основных компонентов неферментативного (глутатион восстановленный, свободных сульфгидрильных группы белков, α-токоферол, аскорбиновая кислота) и ферментативного звена (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза) антиоксидантной защиты в печени. Установлена динамика изменений этих показателей через 1,2 и 3 месяца, указывающая на истощение физиологических механизмов антиокислительной системы. Содержание восстановленного глутатиона к концу 3-го месяца снижается до 67,3 %, свободных тиоловых групп белков до 71,5 %, витаминов Е и С до 88,4 % и 82,2 % соответственно. Также значительно снижается активность ферментативного звена: супероксиддисмутазы до 74,5 %, глутатионпероксидазы до 67,5 % и каталазы до 80,7 %. Результаты исследования указывают на значимость изменений антиоксидантной системы тканей в механизмах токсического влияния элементов, содержащихся в рудах цветных металлов, и ведущее положение системы глутатиона в стабилизации окислительного гомеостаза клеток при их действии.
глутатионпероксидаза
каталаза
аскорбат
супероксиддисмутаза
α-токоферол
свободные сульфгидрильные группы
глутатион восстановленный
печень
элементы медно-цинковой колчеданной руды
1. Аскарова З.Ф., Чащин В.П., Денисов Э.И. Профессиональный риск у работников горнодобывающих предприятий. – СПб.: Норд – медиздат, 2010. – 216 с.
2. Баттакова Ж.Е., Исламова А.А., Султанбекова З.К. и др. Оценка общей и профессиональной заболеваемости на предприятиях горнорудной промышленности // Медицина труда и пром. экология. – 2008. – № 2. – С.1-5.
3. Давлетгареева Г.Р., Фаршатова Е.Р. Влияние компонентов медно-цинковых колчеданных руд на содержание глутатиона восстановленного и тиольных групп протеинов печени // Вестник Башкирского государственного медицинского университета (сетевое издание). – 2016. – № 4. – С.146-150.
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. Камилов Ф.Х., Фаршатова Е.Р., Меньшикова И.А., Бикметова Э.Р., Ганеев Т.И. Остеопороз: влияние химических факторов производственной среды на метаболизм костной ткани. – Уфа: Изд-во «ГУП РБ Уфимский полиграфкомбинат», 2015. – 311с.
6. Карпищенко А.И., Глушков С.И. Влияние острой интоксикации дихлорэтаном на показатели системы глутатиона // Клиническая лабораторная диагностика. – 1997. – № 6. – С. 52–56.
7. Клебанов Г.И., Бабенкова И.В., Теселкин Ю.О. и др. Оценка антиокислительной активности плазмы крови с применением желточных гликопротеинов // Вопр. мед. химии. –1988. – Т.34, вып.6. – С.59-62.
8. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения каталазы //Лабораторное дело. – 1988. – № 1. – С.16–19.
9. Кулинский В.И., Колесниченко Л.С. Система глутатиона. Синтез, транспорт глутатионтрансферазы, глутатионпероксидазы // Биомед. химия. – 2009. – Т.55, вып. 3. – С. 255-277.
10. Меньшикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К. и др. Прооксиданты и антиоксиданты. – М.: Фирма «Слово», 2006. – 556с.
11. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов / под ред. Х. Зегель, А. Зегель. – М.: Мир, 1993. – 368с.
12. Профессиональная и производственно обусловленная заболеваемость у горнорабочих: особенности формирования и профилактика / под ред. З.С. Терегуловой, Л.К. Каримовой, А.Б. Бакирова. – Уфа: Мир печати, 2010. – 176с.
13. Сааркоппель Л.М. Сравнительная оценка состояния здоровья рабочих горнорудной промышленности // Медицина труда и пром. экология. – 2007. – № 12. – С.17–22.
14. Токсикологическая химия. Метаболизм и анализ токсикантов /под ред. проф. Н.И. Калетиной. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 1016с.
15. Толпыгина О.А. Роль глутатиона в системе антиоксидантной защиты (обзор) // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. – 2012. – № 2(84), ч. 2. – С.178–180.
16. Чащин В.П., Аскарова З.Ф., Ларионова Т.К., Кудашева А.Р. Элементный статус работников горно-обогатительного комбината // Медицина труда и пром. экология. – 2007. –№ 10. – С.9–13.
17. Bellomo G., Thor H., Orrenius S. Modulatain of cellular glutathione and proteinthiol status during qui none methabolism // Methods in Enzymology. – 1990. – Vol.186. – P.627-635.
18. Cullinan S.B., Dichl I.A. Coordination of ER and oxidative stress signaling: the PERK/Nrf2 signaling pathmay //Int. J. Biochem Cell. Biol. – 2006. – Vol. 38, № 3. – pp. 317– 332.
19. Dasai I.D. Vitamin E analysis methods for animals tissues // Methods in Enzimology. – 1984. – Vol.105. – pp. 138–147.
20. Hansen J.M., Watson W.H., Jones D.P. Compartmentalion of Nrf – 2 redox control: regulation of cytoplasmic activation by glutathione and DNA binding by thioredoxin -1 // Toxicol. Sci. – 2004. – Vol. 82. – pp. 308–317.
21. Omaye S.T., Turnball J.W., Sauberlich H.E. Selected methods for the termination of ascorbic acid in animal cells, tissues and fluids// Methods in Enzimology. – 1971. – Vol.62. – pp.1 –11.
22. Poole L.B., Kaplus P.A., Claiborne A. Protein sulfenic acids in redox signsaling // Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. – 2004. – Vol.44. – pp. 325-374.

Металлы, обладая стабильностью, высокой миграционной активностью, склонностью к биоаккумуляции, наличию специфических токсических эффектов представляют опасность для здоровья [11, 14]. Потенциальному риску хронического воздействия группы тяжелых металлов подвержены работники предприятий горнорудной промышленности. Выраженное увеличение содержания ряда элементов (Cu, Zn, Cr, Pb, Hg, Cd, As) в волосах горняков, добывающих медно-цинковую колчеданную руду, демонстрирует их поступление и накопление в организме [1, 5, 16]. При изучении профессиональной и производственно обусловленной заболеваемости горнорабочих на предприятиях по добыче и обогащению цветных металлов установлено значительное распространение болезней органов пищеварения, а уровень заболеваемости коррелировал со стажем работы [1,2,12,13]. Исследования с моделированием интоксикации компонентами медно-цинковой колчеданной руды показали увеличение уровня биохимических маркеров функции печени в плазме крови, многократное повышение концентрации Zn, Cu, Cd и Pb в ткани органа [3, 5]. В механизмах токсического действия группы тяжелых металлов особое значение придается изменениям оксидантно-антиоксидного статуса тканей с развитием окислительного стресса [3,11,14].

Цель исследования: оценить уровень компонентов антиокислительной защиты печени экспериментальных животных при подострой интоксикации элементами, содержащимися в медно-цинковой колчеданной руде. 

Материалы и методы. Опыт проведен на 70 самцах половозрелых белых крыс массой 200–240 г. Для моделирования подострой интоксикации элементами медно-цинковой колчеданной руды (Учалинское месторождение, Республика Башкортостан) животным в течение 3-х месяцев ежедневно внутрижелудочно вводили с помощью металлического зонда суспензию измельченного порошка руды в 2 % растворе крахмала из расчёта 60 мг/100 г массы. При расчёте вводимой дозы исходили из минимальной токсичной дозы меди [14] и среднего её содержания в руде 3,5 %. Крысы контрольной группы ежедневно получали 2 % раствор крахмала. Животные содержались в одинаковых условиях вивария на стандартном питании. Эксперименты проводили в соответствии с этическими нормами и рекомендациями о гуманном отношении к лабораторным животным, изложенными в «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных целях» и в соответствии с требованиями приказа Минздрава РФ № 267 от 19.06.2003 г. «Об утверждении правил лабораторной практики».

Животных выводили из эксперимента под лёгким эфирным наркозом через 1, 2 и 3 месяца. В гомогенатах печени исследовали содержание глутатиона восстановленного (ГВ) по [6], свободных сульфгидрильных групп белков (ССГ) по [17], α-токоферола [19], аскорбиновой кислоты [21], общую антиокислительную активность (ОАА) по [7], активности супероксиддисмутазы (СОД) и глутатионпероксидазы (ГПО) с использованием наборов реагентов фирмы «RandoxLaborLtd.», каталазы [8] и содержание белка по Лоури.

Результаты и обсуждение. Из приведённых в таблице данных следует, что длительное поступление компонентов медно-цинковой колчеданной руды вызывает в печени экспериментальных животных снижение уровня компонентов неферментативного звена и активности основных ферментов антиоксидантной защиты. Содержание глутатиона восстановленного к концу третьего месяца эксперимента уменьшается до 67,3 %, свободных тиоловых групп белков – до 71,5 % от уровня контроля. Концентрации витамина Е и витамин С в печени снижается более умеренно-соответственно до 88,4 % и 82,2 %.

Показатели антиоксидантной защиты печени крыс при интоксикации элементами медно-цинковой колчеданной руды

Показатели

 

Контрольная группа n=10

Опытная группа

 

 

 

 

1 месяц

2 месяца

3 месяца

ГВ, мкмоль/мг белка

10,75

[7,79-13,18]

10,65

[8,10-13,15]

P=0,8445

7,80

[6,05-11,16]

P=0,0604

7,30

[5,71-9,14]

P=0,0409

CСГ белков, мкмоль/мг

16,5

[13,4-19,3]

15,3

[12,8-17, 6]

P=0,5822

14,5

[12,6-15,3]

P=0,1605

11,80

[10,2-14,6]

P=0,0379

α – Токоферол, мкг/мг белка

5,69

[4,95-6,36]

4,91

[4,44-5,62]

P=0,0343

4,90

[4,26-5,72]

P=0,0365

5,03

[4,21-5,37]

P=0,0378

Аскорбиновая кислота, мкг/мг белка

12,4

[10,9-13,8]

12,7

[10,2-13,7]

P=0,7082

11,5

[10,6-12,3]

P=0,3599

10,2

[9,9-11,8]

P=0,0281

СОД, Ед/мг белка

10,2

[7,2-11,4]

8,4

[7,6-10,5]

P=0,0435

7,4

[6,3-8,8]

P=0,0311

7,6

[6,4-8,2]

P=0,0366

ГПО, нмоль/мин/мг белка

7,92

[6,64-9,74]

7,85

[6,15-8,40]

P=0,8282

5,55

[4,4-5,93]

P=0,0262

5,35

[4,33-5,75]

P=0,0178

Каталаза, ммоль/мин/мг белка

8,3

[7,5-8,9]

7,5

[6,3-8,7]

P=0,1532

7,9

[5,7-7,8]

P=0,6161

6,7

[5,4-7,8]

P=0,0192

ОАА,%

41,1

[36,2-48,4]

40,4

[30,8-45, 6]

P=0,7341

35,5

[30,1-41,9]

P=0,0426

34,2

[26,5-38,3]

P=0,0342

 

В то же время падение содержания α-токоферола обнаруживается уже через 1 месяц от начала эксперимента (p=0,0343), а ГВ, СТГ и аскорбата происходит более умеренно, постепенно достигая статистической значимости лишь к третьему месяцу. Аналогичная динамика наблюдается и при измерении общей антиокислительной активности ткани печени. Согласно мнению авторов, предложивших данный метод [7], ОАА характеризует преимущественно состояние неферментативного звена антиоксидантной защиты.

При длительном поступлении в организм элементов, содержащихся в медно-цинковой колчеданной руде, в печени снижается и активность более мощного – ферментативного звена антиокислительной защиты. Активность СОД к завершению второго месяца интоксикации составляет 72,5 % от исходного уровня (р=0,0311) и остается сниженной до конца эксперимента (р=0,0366). Активность ГПО также существенно падает на второй месяц введения суспензии порошка руды (до 70,1 %, р=0,0262) и в последующем продолжает снижаться. Более стабильная динамика изменений выявляется при изучении активности каталазы, которая статически значимого снижения достигает лишь к концу третьего месяца эксперимента.

В руде Учалинского месторождения содержание меди составляет 3,5 %, цинка – 5 %, серы 15–45 %, мышьяка 0,1–3,0 %, сурьмы 0,01–0,5 %, свинца 0,1–0,3 %, бария 0,2–7 %, кадмия 0,06–0,12 %. Постоянными сопутствующими компонентами являются хром, железо, серебро, золото, марганец, ртуть и другие элементы [1,12].

При действии металлов, содержащихся в руде, установленное снижение антиокислительной защиты в печени может быть следствием разных механизмов их действия. Так, ионы многих металлов образуют комплексы с биомолекулами, содержащими тио-(HS-) и алкилтиогруппировки (RS-), разрывают дисульфидные связи (-S-S- связи), нарушая макромолекулярные структуры белков и их функциональную активность [11,13]. Кроме того, такие элементы как Fe, Cu, Pb, Cd, Hg, Mn, Ni, содержащиеся в руде, индуцируют процессы свободнорадикального окисления липидов и белков, инициируя образование активных форм кислорода, и таким образом стимулируют повышенное потребление антиоксидантов в тканях [4,10].

Cистема глутатиона является одной из ведущих в антиоксидантной защите тканей, особенно в печени, где происходит наиболее интенсивный синтез этого трипептида [10,14]. Функции ГВ разнообразные. Он поддерживает в восстановленном состоянии свободные тиоловые группы белков, действует как прямой антиоксидант, инактивируя активные формы кислорода (гидроксил радикал, синглетный кислород, супероксиданион), стабилизирует мембраны перемещением ацилпероксидов, поддерживает клеточный гомеостаз аскорбиновой кислоты и токоферолов, участвуя в их восстановлении, входит в структуру ряда ферментов антиоксидантной защиты [4, 10, 14]. С одной стороны, снижение уровня ГВ при действии металлов может быть результатом выраженной интенсификации его потребления, с другой, может стать причиной снижения активности глутатионзависимых антиоксидантных ферментов – глутатион-пероксидазы, глутатионтрансферазы, липидпероксидглутатионпероксидазы.

Буферная ёмкость тиоловых соединений оказывает влияние на состояние неспецифической резистентности организма, процессы апоптоза и пролиферации, метаболизма клеток, функционирование внутриклеточных механизмов передачи регуляторных сигналов, группы факторов трансляции и их взаимодействия с регулярными боксами ДНК [22]. Выделено более 20 так называемых «редокс-чувствительных» транскрипционных факторов. Реагируя на колебания окислительно-восстановительного статуса, они способны изменять транскрипцию нескольких сотен генов, входящих в систему антиоксидант-респонсивного элемента (АРЭ), являющегося ключевым фактором в поддержании внутриклеточного гомеостаза при токсических и других воздействиях [18]. Выделяют при этом два основных механизма контроля активности факторов транскрипции: окисление серусодержащих цистеиновых и метиониновых остатков и взаимодействие с металлами переменной валентности, входящих в состав молекул таких редокс-сенсоров, как NF –kB, AP-1, Nrf-2 [20]. Действие активных форм кислорода через активацию АРЭ регулирует экспрессию важнейших факторов антиокислительной защиты и биотрансформации: ГПО, глутатионредуктазы, глутатионтрансферазы, СОД, тиоредоксина, тиоредоксинредуктазы, гамма-глутамилцистеинлигазы, глюкуронидтрансферазы и др. [10,18]. АРЭ таким путем контролирует основные факторы синтеза глутатиона и поддержания его восстановленного состояния. Сохранение на уровне контроля в первый месяц воздействия элементов руды содержания ГВ, ССГ белков, активности ГПО и ОАА ткани печени животных опытной группы, вероятно, связано с механизмами активации АРЭ с напряжением систем биосинтеза и редукции глутатиона. Увеличение длительности поступления компонентов руды до трёх месяцев приводит к истощению механизмов поддержания и падению уровня неферментативных антиоксидантов и активности ферментов антиокислительной системы.

Активность и стабильность ключевых ферментов антиоксидантной защиты взаимосвязаны. СОД, каталаза и ГПО инактивируются одним из продуктов их ферментативной реакции, и согласованное действие этих ферментов является необходимым для эффективной защиты их от непосредственного инактивирующего действия образующихся активных форм кислорода [4]. При этом каталаза наиболее длительно сохраняет свою активность, фермент почти не требует энергии активации, и скорость его реакции лимитирует лишь скорость диффузии субстрата к активному центру [10].

ГВ тесно связан с обменом не только свободных тиоловых групп белков, но и с такими прямыми антиоксидантами, как токоферолы – главными перехватчиками радикалов в липидной фазе биомембран и аскорбиновая кислота, обладающей широким спектром действия и функционирующей с глутатионом в цитозоле клеток [4,9]. Хотя крысы и синтезируют аскорбат из глюкуроновой кислоты, но восстановление дегидроаскорбатного радикала осуществляется за счет глутатионового цикла, а сама аскорбиновая кислота важна для регенерации окисленного α-токоферола [10, 14]. Однако в присутствии ионов переменной валентности, особенно железа и меди, аскорбат проявляет прооксидантные свойства, и при избыточном поступлении металлов в условиях недостаточной их секвестрации аскорбиновая кислота может усугублять развитие окислительного стресса [4,10]. Накопление металлов переменной валентности в тканях опасно ещё и тем, что в среде легкоокисляемых соединений происходит их восстановление, и они выступают в качестве прооксидантов. 

Заключение

Полученные результаты указывают на патогенетическую значимость функционирования антиоксидантной защиты ткани печени в условиях длительного поступления в организм элементов медно-цинковой колчеданной руды, что характеризуется снижением концентрации восстановленного глутатиона, свободных сульфгидрильных групп белков, α-токоферола и аскорбиновой кислоты, падением активности ключевых антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза), приводящее к нарушению про- и антиоксидантного статуса и дезорганизации метаболизма. Более детальная характеристика системы глутатиона, занимающей ведущее положение в снижении и предотвращения токсического действия металлов, содержащихся в медно-цинковой колчеданной руде, требует дальнейшего целенаправленного изучения. 


Библиографическая ссылка

Давлетгареева Г.Р., Фаршатова Е.Р., Камилов Ф.Х. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В МЕДНО-ЦИНКОВОЙ КОЛЧЕДАННОЙ РУДЕ, НА АНТИОКСИДАНТНУЮ СИСТЕМУ ПЕЧЕНИ // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=26079 (дата обращения: 18.09.2019).


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 = 1.252