Влияние некоторых химических экотоксикантов на физиолого-биохимические характеристики эритроцитов и возможность их коррекции

Другова, Елена Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Влияние некоторых химических экотоксикантов на физиолого-биохимические характеристики эритроцитов и возможность их коррекции
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Влияние некоторых химических экотоксикантов на физиолого-биохимические характеристики эритроцитов и возможность их коррекции"

На правах рукописи

ДРУГОВА ЕЛЕНА СЕРГЕЕВНА

ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ ХИМИЧЕСКИХ ЭКОТОКСИКАНТОВ НА ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭРИТРОЦИТОВ И ВОЗМОЖНОСТЬ ИХ КОРРЕКЦИИ

03.02.08 - экология

1 мдр 26І2

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МАГАДАН 2012

005010818

Работа выполнена в лаборатории биохимии Федерального государственного бюджетного учреждения науки Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Кушнерова Наталья Федоровна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Никишин Владимир Павлович

доктор биологических наук Богданович Лариса Николаевна

Ведущая организация:

Владивостокский филиал ФГБУ «ДНЦ ФП СО РАМН» - НИИ медицинской климатолог и восстановительного лечения

Защита состоится « 15 » марта 2012 г. в_часов па заседании диссертационного

совета КМ 212.324.01. при Федеральном государственном бюджетном образовательно! учреждении высшего профессионального образования «Северо-Восточный государственный университет» по адресу: 685000. г. Магадан, ул. Портовая, 13. Факс: (4132)63-93-43, 63-07-63. E-mail: etikhmenev@north-east.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Восточный государственный университет», с авторефератом - на официальном сайте СВГУ - http://www.svgu.ru

Автореферат разослан « 12 » февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук, доцент ~ ' Е.А. Тихменев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Оценка влияния факторов окружающей среды на здоровье человека и животных является очень сложной и наукоемкой проблемой и требует проведения объемных научных исследований (Измеров 2008; Тихонова, Горчакова, 2010). Химическое загрязнение среды - один из основных факторов, от которого зависит неудовлетворительное здоровье населения. По данным социально-гигиенического мониторинга, около 78% населения испытывают комплексную химическую нагрузку, связанную с загрязнением атмосферного воздуха, питьевой воды, почвы, продуктов питания (Рахманин, 2009; Искаков и др., 2009 и др.). Хорошо изучено воздействие на организм для ряда химических веществ, появляющихся, в основном, в результате техногенной деятельности человека (гигиеническое регламентирование охватывает около двух тысяч вредных химических веществ). Однако химические воздействия продолжают оставаться предметом постоянных исследований (Бобкова, 2009; Боев, 2009; Фокин, 2010 и др.). На сегодняшний день на территории Российской Федерации наиболее распространенными и развивающимися видами промышленности являются нефтеперерабатывающая, газоперерабатывающая, химическая, металлургическая, легкая, а также производство строительных материалов, которые приводят к нарастанию выброса производственных отходов. Среди них наиболее часто встречающиеся производственно обусловленные поллютанты - окислы азота, сероуглерод, ацетон. Одним из наиболее ранних проявлений метаболических расстройств, возникая^их независимо от пути поступления веществ (пероральный или ингаляционный), является истощение антиоксидант-ной и антирадикальной защиты, изменение формы и размеров клеток крови, нарушение проницаемости клеточных мембран (Спрыгин и др., 2006; Фоменко и др., 2007; Кушне-рова и др., 2008, 2010). Следовательно, влияние химических факторов способствует накоплению в организме своеобразного «биохимического груза» в виде метаболических и структурно-функциональных изменений биомембран. Физиолого-биохимические характеристики мембран эритроцитов являются тонким показателем, определяющим состояние мембран других клеток органов и-тканей на уровне целого организма (Э'ндако-ва и др., 2002). Вместе с тем изучению эритроцитов как модели для исследования токсической нагрузки на биомембраны посвящены единичные работы (Лесникова, 2006; Иванова и др., 2007; Кашалова и др., 2007 и др.). Согласно современным представлениям о влиянии химических радикалов на функциональные свойства мембран, их физические характеристики, обусловливающие продвижение эритроцитов по микроциркулярному руслу (диаметр эритроцита превышает ширину микрокапилляров), существенным является сравнительное биохимическое исследование фракционного состава фосфоли-пидов и нейтральных липидов, как основных структурных компонентов мембран, состояние антиоксидантной защиты, регулирующей перекисное окисление липидов мембран и, как следствие нарушений, размерные характеристики эритроцитов и их устойчивость к гемолитическому агенту._

В работе приняты следующие сокращения: АОЗ - антиоксидантная защита, АРА - антирадикальная активность, БАД - биологически активная добавка к пище, Г-SH - восстановленный глутати-он, КОПЦ - комплекс олигомертных проантоцианидннов, ОФЛ - общие фосфолипиды, ФХ - ли-зофосфатидилхолин, ЛФЭ - лизофосфатидилэтаноламин, МДА - малоновый диальдегид, ПДК -предельно допустимые концентрации, ПОЛ - перекисное окисление липидов, СДЭ - средний диаметр эритроцита, СОЭр - средний объем эритроцита, CSj - сероуглерод, СЖК - свободные жирные кислоты, СМ - сфингомиелин, СОД - супероксиддисмутаза, ТАГ - триацилглицерин, ФИ - фосфа-тидилинозит, ФК - фосфатидная кислота, ФС - фосфатидилсерин, ФХ - фосфатидилхолин, ФЭ -фосфатидилэтаноламин, ХС/ФЛ - коэффициент соотношения холестерина к фосфолипидам, ХС -холестерин, ЭЖК — эфиры жирных кислот, ЭХС — эфиры холестерина.

Система антиоксидантной защиты организма достаточно эффективна, но не рассчитана на высокий и длительный уровень воздействия, сопровождающийся истощением и срывом защитных механизмов, активизацией различных дегенеративных процессов и патологических состояний. Эффективным способом защиты является профилактическое использование веществ, повышающих антиоксидантный статус организма. Одним из таких подходов является профилактическое использование растительных препаратов, содержащих комплексы полифенолов, обладающих способностью гасить свободнорадикальные реакции (Спрыгин и др., 2003).

На сегодняшний день известен ряд препаратов, обладающих экологопротектор-ными свойствами. Это широко известные средства традиционной и народной медицины: элеутерококк колючий, аралия маньчжурская, родиола розовая (корни), семена лимонника китайского (Брехман, 19В7; Дардымов и др., 1993). Перспективным сырьем является калина Саржента (Viburnum sargentii Koehne). Экстракт из калины и входящий в его состав комплекс полифенолов способствуют стабилизации мембран лизосом и ге-патоцитов в условиях интоксикации четыреххлористым углеродом и этиловым спиртом (Спрыгин и др., 2003; Фоменко и др., 2003). Поэтому представляло интерес изучить мембрано-защитные свойства экстракта из калины «Калифен»® при действии химических экотоксикантов.

Цель и задачи исследования. Цель работы - изучить действие некоторых химических экотоксикантов на физиолого-биохимические характеристики эритроцитов крови экспериментальных животных и обосновать возможность коррекции нарушений растительными полифенолами.

Для достижения поставленной цели представляло выполнить следующие задачи:

1. Изучить действие химических экотоксикантов (окислы азота, сероуглерод, ацетон) на физиолого-биохимические характеристики эритроцитов.

2. Изучить влияние периода восстановления (депривации) после интоксикации ацетоном и сероуглеродом на физиолого-биохимические характеристики эритроцитов.

3. Оценить эффект коррекции растительными полифенолами нарушений физиоло-го-биохимических характеристик эритроцитов в условиях воздействия химическими экотоксикантами.

Научная новизна. Получены новые данные о характере нарушений процессов антиоксидантной защиты, перекисного окисления липидов и липидной составляющей мембран эритроцитов, увеличение размера и снижение осмотической устойчивости эритроцитов при действии на организм химических экотоксикантов (окислы азота, сероуглерод, ацетон).

Выполнено системное исследование экологопротекторных. свойств экстракта из калины «Калифен»® и получено их экспериментальное подтверждение. Сопоставление экологопротекторных эффектов экстракта из калины и известного полифенольного препарата «Легалон»®, а также «Экстракта элеутерококка» показало его более выраженные мембранозащитные свойства по способности восстанавливать размерные характеристики эритроцитов, сохранять антиоксидантную защиту и биосинтез фосфоли-пидов, что обеспечивало восстановление порога осмотической устойчивости эритроцитов к гемолизирующему агенту.

Практическая значимость. Исследование расширяет представления об участии эритроцитарной системы в механизмах токсической реакции и дополняет современные знания об экологопротекторных свойствах растительных полифенолов. Результаты изучения экологопротекторного действия экстракта из калины могут быть использованы при разработке медико-биологической документации на применение экстракта в качестве биологически активной добавки для людей, проживающих в экологически не-

благоприятных условиях (патент № 2220614; № 2199249; Методические рекомендации).

Защищаемые положения:

1. Влияние химических экотоксикантов (окислы азота, сероуглерод, ацетон) на размерные характеристики и осмотическую резистентность эритроцитов, соотношение нейтральных и фосфолипидных фракций в их мембране, состояние системы ¡штиокси-дантной защиты и перекисного окисления липидов имеет неспещфгческий характер, что может рассматриваться как атрибут универсальной токсической реакздш.

2. В период восстановлния после интоксикации сероуглеродом и ацетоном исследованные физиолого-биохимичсские характеристики эритроцитов к норме не возвращаются, что указывает на углубляющееся состояние дестабилизации мембранных структур.

3. Коррекция нарушений физиолого-биохимических характеристик эритроцитов в условиях воздействия экотоксикантов достигается при использовании экологооротек-торных препаратов растительного происхождения, содержащих полифенольные комплексы с высокими антиоксидантными и антрадикальными свойствами.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и представлены на: Первом тихоокеанском международном симпозиуме «Живое н неживое. Вещественные и энергетические взаимодействия» (Владивосток 2008); П Международной научной конференции «Актуальные проблемы экологической физиологии, биохимии и генетики животных» (Саранск, 2009); IV научно-практической конференции молодых ученых с международным участием «Завадские чтения» (Ростов-на-Доыу, 2009); III научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы технологии живых систем» (Владивосток, 2009); Всероссийской научной конференции «Чтения памяти академика К.В. Симакова» (Магадан, 2009); 14-й Пущинской международной школе - конференции молодых ученых «БИОЛОГИЯ - НАУКА XXI ВЕКА» (Пущина, 2010); 10-й и 11-й Международной научно-практической конференции в обпасти экологии и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна - 2010; 2011л (Комсомольск-на-Амуре, 2010; 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных журналах (согласно перечшо ВАК).

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 134 страницах и содержит введение, обзор литературы, характеристику материала и методов исследоваюся, описание результатов и обсуждения собственных исследований, заключите и выводы. Список литературы включает 265 работ, в том числе 180 отечественных и 85 зарубежных авторов. Текст иллюстрирован 29 рисунками и 14 таблицами.

Благодарности. Выражаю глубокую и искреннюю благодарность моему научному руководителю д.б.н., профессору Н.Ф. Кушнеровой (ТОЙ ДВО .РАН) за неоценимую помощь на всех этапах планирования и выполнения работы и анализа полученных результатов. Выражаю свою признательность к.б.н. С.Е. Фоменко, к.бл., В.Г. Спрыги-ну, к.б.н., J1.H. Лесниковой (ТОЙ ДВО РАН), к.м.н., Т.В. Момот (ИБМ ДВО РАН) за практическую помощь и ряд ценных замечаний на различных этапах работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Обзор литературы

В главе дается краткий обзор литературы о токсических повреждениях биомембран, влияние экотоксикантов (окислы азота, сероуглерод ацетон) на организм человека и животных. Описаны антиоксидантные и антирадикальные свойства растительных полифенолов и их применение в качестве профилактики производственно обусловленных заболеваний человека.

Глава 2. Материал и методы исследования

Экспериментальные животные. В экспериментах использовано 160 крыс-самцов линии Вистар. Крыс получали из питомника «Столбовая» (г. Чехов Московской области).

Интоксикацию животных осуществляли в специальной затравочной камере Б.А. Курляндского (Саноцкий, 1970), в условиях относительной влажности воздуха (4060%), заданных параметров температуры, с автономной системой очистки и регенерации воздуха.

Интоксикация окислами азота. Животных помещали в затравочную камеру с концентрацией окислов азота 0,4 мг/м3 (ПДК в атмосферном воздухе составляет 0,04 мг/м3) в течение 6 минут (Гембицкий и др., 1974).

Интоксикация сероуглеродом. Животных помещали в затравочную камеру с концентрацией сероуглерода 2,0 мг/м3 (ПДК составляет 1,0 мг/м3). Ингаляцию осуществляли в течение 6 часов в сутки на протяжении 3-х недель (Меркурьева и др., 1986).

Интоксикация ацетоном. Животных помещали в затравочную камеру при концентрации ацетона 300 мг/м3 (ПДК составляет 200 мг/м3). Ингаляцию осуществляли в течение 6 часов в сутки на протяжении 3-х недель (Меркурьева и др., 1986).

Животных выводили из эксперимента методом декапитации под легким эфирным наркозом. Кровь для исследований собирали из шейной вены животных в пробирку с 1% раствором гепарина из расчета 0,02 мл раствора на 1 мл крови.

Выделение эритроцитов. Гепаринизированную кровь центрифугировали 10 мин при 3000 g. Плазму удаляли, а эритроциты отмывали 0,9% раствором NaCl, хорошо перемешивая, осаждали центрифугированием, супернатант удаляли (Новгородцева и др., 2003).

Выделение эритроцитарных мембран. Эритроциты помещали в дистиллированную воду, где происходил их гемолиз. Затем центрифугировали 10 мин при 3000 g, супернатант удаляли (Новгородцева и др., 2003).

Физиологические характеристики эритроцитов. В мазках крови, окрашенных азур-эозиновой смесью, с помощью окуляр-микрометра определяли диаметр эритроцитов (мкм). Средний объем эритроцита (СОЭ) вычисляли по формуле: СОЭ = d3 х 0,2 (мкм3), где d - средний диаметр эритроцита (Гольдберг и др., 1973). Осмотическую резистентность эритроцитов определяли по методу, предложенному Б.Л.Эндрю (1972).

Биохимические методы. Состояние антиоксидантной системы оценивали по активности супероксиддисмутазы (КФ 1.15.1.1) (Paoletty et al., 1986) и восстановленного глутатиона (Новгородцева и др., 2003). Исследовали величину антирадикальной активности (Rouach et al., 1997) и уровень малонового диальдегида (Новгородцева и др., 2003). Экстракция липидов из эритроцитов (Folch et al., 1957); определение общих фосфолипидов (Vaskovsky et al., 1975); приготовление систем растворителей для микротонкослойной хроматографии и реактивов для идентификации фосфолипидов (Кейтс, 1975; Wagner et al., 1961; Rouser et al., 1967; Vaskovsky et al., 1975); микротонкослойная хроматография фосфолипидов и определение количественного содержания фракций фосфолипидов (Svetachev, Vaskovsky, 1972; Vaskovsky et al., 1975); хроматографиче-ское разделение и количественное определение фракций нейтральных липидов (Amenta, 1964).

Экстракт из калины. Экстракт из отжима калины «Калифен» (свидетельство на товарный знак № 228327; ТУ 9168-079-0048005207) был приготовлен методом репер-коляции на 40%-ном этиловом спирте (1:1). Выход экстракта составлял 1 л из 1 кг сухого сырья. Экстракт запатентован как «Средство, обладающее антирадикальной актив-

ностью» (патент № 2220614) и как «Биологически активная добавка к пище (варианты)» (патент № 2199249).

Количество общих полифенолов в экстракте составляло 32,8 г/л. Экстракт обладает низкой токсичностью - ЛД50 составляет 36,5 мл/кг и безопасностью при длительных введениях (Спрыгин и др., 2002).

Предварительно освобожденный от спирта экстракт (путем упаривания в вакууме) животным вводили в виде водного раствора внутрижелудочно (по 0,4 мл) в дозе, соответствующей 100 мг общих полифенолов на кг массы тела животного. Доза в 100 мг/кг соответствует известной терапевтической дозе для полифенольных гепатолротекторов (Венгеровский и др., 1999).

В качестве препарата сравнения использовали известный коммерческий полифе-нольный препарат «Легалон» (MADAUS AG, Германия), содержащий в качестве активного начала комплекс флавоноидов из экстракта плодов расторопши пятнистой (Si-lybum marianum). Также препаратом сравнения явился аптечный «Экстракт элеутерококка» (ОАО «Дальхимфарм» г. Хабаровск).

Экспериментальные данные обрабатывали методами вариационной статистики с использованием t-критерия Стьюдента. Для проведения расчетов применяли программу Instat (Graph Pad Software Inc.USA, 2005).

Работа выполнена при поддержке гранта «Старт» № 73 71; № 9177.

Глава 3. Результаты исследования 3.1. Влияние химических экотоксикантов на физиолого-биохимические характеристики эритроцитов Изучение физиологических характеристик эритроцитов крыс при исследовании влияния химических экотоксикантов в условиях экспериментальных моделей (интоксикация окислами азота, сероуглеродом и ацетоном) показало однонаправленность изменений в сторону увеличения среднего диаметра эритроцита и его объема. Наиболее всего СДЭ и СОЭр были увеличены при интоксикации окислами азота (соответственно на 27% и 100%; р<0,001), тогда как при интоксикации ацетоном -.на 14% и 48% (р<0,001), сероуглеродом - на 23% и 88% (р<0,001) (рис. 1).

1 ацетон

сероуглерод

окислы азота

120 100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60

тШШ

сдэ

СОЭр

хс

ОФЛ

ХС/ФЛ

Рис. 1. Изменения физиолого-биохимических характеристик эритроцитов крыс при воздействии химических экотоксикантов. * * - р<0,01; * ** - р<0,001. .. . ^

Во всех экспериментах на животных в мембране эритроцитов возрастало содержание холестерина и снижалось количество ОФЛ, что обусловило рост коэффициента ХС/ФЛ. Так, наиболее высоким уровень ХС отмечался при интоксикации окислами азота (увеличение на 33%; р<0,001), тогда как при интоксикации ацетоном его величина возросла на 11% (р<0,01), а сероуглеродом - на 25% (р<0,001). Количество общих фосфолипидов при интоксикации окислами азота уменьшилось на 35% (р<0,001), при интоксикации сероуглеродом - на 20% (р<0,01), а ацетоном - на 11% (р<0,001). Извест-

но, что в результате встраивания холестерина в мембрану эритроцитов увеличиваются их размеры и изменяется форма: происходит превращение двояковогнутых дисков в сфероциты и эхиноциты (Лопухин и др., 1983; Но et al., 1994; Simonetty et al., 1995; Lindi et al., 1998). Кроме того, увеличение содержания холестерина в мембране эритроцитов приводит к существенному изменению ее физико-химических свойств: увеличивается микровязкость мембраны, ухудшается деформируемость и способность к прохождению в микроциркулярном русле (Tsuzuki et al., 2000; Ohvo-Rekila 2002' Filinnov et al., 2003). '

При анализе осмотической резистентности эритроцитов были выявлены изменения этого физиологического параметра. Так, при интоксикации окислами азота, сероуглеродом и ацетоном происходит сдвиг начала гемолиза влево относительно контроля, т.е. в сторону меньшей устойчивости к более высоким концентрациям NaCI (0,55% при интоксикации сероуглеродом и ацетоном, 0,75 % при интоксикации окислами азота). Завершение гемолиза при интоксикации ацетоном происходило при концентрации NaCI 0,45%, тогда как при интоксикации сероуглеродом и окислами азота, соответственно, при 0,50% и 0,70% NaCI (в контроле начало гемолиза осуществляется при концентрации NaCI 0,45%, завершение при 0,35%). Следует отметить, что интервал концентраций NaCI между началом и завершением гемолиза при интоксикации сероуглеродом и окислами азота был минимальным (0,05%), тогда как при интоксикации ацетоном - 0,1%. Так как холестерин снижает эластичность мембраны, то при интоксикации сероуглеродом и окислами азота эритроцит имеет меньшие возможности к растяжению, чем при интоксикации ацетоном, что и обусловило более быстрое завершение гемолиза.

При анализе показателей системы ПОЛ-АОЗ в крови крыс в условиях экспериментальных моделей относительно таковых величин в контроле прослеживается разно-направленность изменений в зависимости от повреждающего фактора (рис. 2).

HD сероуглерод Ц окислы азота

J ацетон

20 о -20

р ш

М/ТА

СОЯ

АРА

Г-SH

Рис. 2. Изменения показателей системы ПОЛ-АОЗ в эритроцитах крыс при воздействии химических экотоксикантов. ** - р<0,01; *** - р<0,001.

Наибольшая разбалансировка в показателях антиоксидантной защиты наблюдалась при интоксикации окислами азота. Так, активность СОД снизилась на 48% (р<0,001), тогда как при интоксикации ацетоном и сероуглеродом повысилась на 38% и 47% (р<0,01-0,001), соответственно. Одновременно отмечалось снижение антирадикальной активности при интоксикации окислами азота и сероуглеродом, в среднем, на 40% (р<0,001), а при интоксикации ацетоном на 31% (р<0,01). Величина восстановленного глутатиона (Г-БН) в крови животных при интоксикации окислами азота была снижена на 50% (р<0,001). В то же время при интоксикации ацетоном и сероуглеродом величина Г-ЭН была снижена на 21% и 33% (р<0,001), соответственно. То есть, интоксикация окислами азота истощила систему антиоксидантной защиты, а при интоксикации ацетоном и сероуглеродом отмечается ее напряжение. Более интенсивно протекал

процесс перекисного окисления липидов при интоксикации окислами азота, так как уровень МДА при этом был увеличен на 50% (р<0,001), а при интоксикации сероуглеродом и ацетоном величина этого показателя возросла на 22% и 37% (р<0,001).

Липидные фракции. В эритроцитарных мембранах всех экспериментальных групп животных возрастало количество ТАГ, СЖК и ХС (рис. 3).

Щ ацетон ЦЩ сероуглерод

окислы азота

зо 20 10 о -10 -20 -30 -40 -50

ш.

ТАГ

СЖК

ЭЖК

ХС

ЭХС

Рис. 3. Изменения липидных фракций мембран эритроцитов крыс при воздействии химических экотоксикантов. * - р<0,05; ** -р<0,01; *** -р<0,001.

Это обусловлено биохимическим механизмом стрессорной реакции на токсический агент, при которой активируется липолиз в адипоцитах жировой ткани, развивается выраженная гипертриглицеринемия и гиперхолестеринемия, что сопровождается повышением этих липидов в мембране эритроцитов. Так, наиболее высокие величины в содержании ТАГ, СЖК и ХС отмечалось при интоксикации окислами азота. Считается, что компенсаторным ответом на повреждающее действие токсического стресса является увеличение содержания ХС в мембране, обеспечивающее поддержание упорядоченности ее структуры и сохранение целостности (Berson et al., 2001; Jaeschke 2002). Известно, что ХС и ТАГ играют важную роль в регуляции текучести мембран и оказывают существенное влияние на их проницаемость, а также вязкогэластические характеристики, снижая способность эритроцитов к деформации, проходимости по микроциркулярному руслу и формированию тканевой гипоксии (Berson et al., 2001; Камилов и др., 2008). Снижение ЭХС в мембранах эритроцитов животных всех экспериментальных групп связано с угнетением лецитин-холестерин-ацилтрансферазы (ЛХАТ), фермента, участвующего в катаболизме липопротеинов (источников липидов для мембран эритроцитов) (Никифорова, 1981; Sasso et al., 1989; Carrasco et al., 1998).

Фосфолипиды. При сопоставлении величин фосфолипидных фракций в эритроцитарных мембранах крыс после воздействия повреждающих факторов с таковыми величинами в контроле отмечалась однонаправленность их изменений по большинству изученных биохимических параметров, но степень выраженности была различной. Это проявлялось в снижении основных структурных компонентов наружного монослоя мембраны - ФХ и внутреннего монослоя мембраны - ФЭ при одновременном увеличении количества ЛФХ и ЛФЭ, что свидетельствует об активации фосфолипаз и увеличении проницаемости мембран (Kabarowsky et al., 2002). Однако компенсаторной реакцией на повышение проницаемости мембран эритроцитов явилось повышение количества СМ. Разбалансировка в соотношении метаболически активных фракций фосфолипидов (преимущественно в сторону снижения их концентраций) в мембране эритроцитов (ФС, ФИ и ФК), обусловливает угнетение активности мембраносвязанных ферментов, таких как глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа и Ка+-К+-АТФаза (Бурлакова, 1977). Эти ферменты являются жизнеобеспечивающими функциональные свойства эритроцитов.

Однако наибольшее рассогласование в содержании фракций фосфолипидов в эритро-цитарных мембранах происходило при интоксикации окислами азота (рис. 4).

сероуглерод

окислы азота

тпртж"

^ПШ

ФХ ЛФХ СМ ФЭ ЛФЭ ФС ФИ ФК

Рис. 4. Изменения фосфолипидных фракций в мембранах эритроцитов крыс при воздействии химических экотоксикантов. * - р<0,05; ** - р<0,01; *** -р<0,001.

На основании выше изложенного следует, что влияние интоксикации окислами азота, сероуглеродом и ацетоном сопровождается неспецифической реакцией организма, которая проявляется в одинаковой направленности изменений в липидной составляющей мембран эритроцитов, что обусловливает увеличение их размерных характеристик, а также сдвиг осмотической резистентности в сторону снижения устойчивости к гемолизирующему агенту. Выживаемость животных при интоксикации сероуглеродом составляла 80%, а при интоксикации окислами азота 40%. Изменения в соотношении липидных фракций в мембране эритроцитов косвенно предполагают повышение вязкости и жесткости мембран.

3.2. Влияние периода депривации (восстановления) на физиолого-биохимические

характеристики эритроцитов крыс

В период отмены токсического агента в течение 7 дней после интоксикации ацетоном и сероуглеродом большинство изученных физиолого-биохимических характеристик эритроцитов к норме не возвращалось (рис. 5-8). Наблюдалось незначительное снижение концентрации МДА, Г-БН и активности СОД. В то же время величины ли-зофракций фосфолипидов стали выше, а величина АРА ниже, что свидетельствует о дальнейшей активизации фосфолипаз и радикальных реакций. Соотношение фракций нейтральных и фосфолипидов в эритроцитарных мембранах сохранялось на уровне таковых величин в группах интоксикаций. По-видимому, метаболизм был настолько нарушен токсикантами, что их отмена в течение 7 дней не обеспечила восстановления исследуемых характеристик. То есть, в период восстановления сохраняется макроцитоз, который может быть обусловлен стойкостью патологических сдвигов в соотношении групп липопротеинов плазмы крови, влияющих на состав липидов в мембране эритроцитов.

3.3. Физиолого-биохимические характеристики эритроцитов крыс при введении препаратов «Калифен»® и «Легалон»® в период восстановления после интоксикации ацетоном

Введение калифена в период восстановления после интоксикации ацетоном нормализовало большинство исследуемых параметров эритроцитов, тогда как при введении легалона сохранялись повышенными (относительно контроля) СДЭ, СОЭр, а также достоверно пониженным количество общих фосфолипидов. При введении калифена или легалона количество ХС и коэффициент ХС/ФЛ соответствовали контрольному уровню. Начало гемолиза в обеих группах животных начиналось при концентра-

ции №С1 0,45%, однако полный гемолиз наблюдался у первых при концентрации ЫаС1 0,30%, а у вторых при 0,35%. (рис. 5).

«Калифен» ™

50 40 302010

; -ю І -20 ; -зо

1 -40

п.

ТГе-

3 (сЛегалон» ™

ІГ

СДЭ СОЭр ОФЛ ХС ХС/ФЛ МДА СОД АРА Г-БН Рис. 5. Изменения физиолого-биохимических показателей эритроцитов при введении калифена и легалона в период восстановления после интоксикации ацетоном.

* - р<0,05; ** -р<0,01; *** -р<0,001.

Следовательно, как экстракт из калины, так и легалон восстановили устойчивость мембран эритроцитов к снижению концентрации ЫаС1. Так как введение калифена расширило границы осмотической устойчивости на 0,15% (интервал между началом и завершением гемолиза) можно предположить, что под действием препарата происходит повышение эластических свойств мембран эритроцитов.

Эффект по восстановлению соотношения липидных фракций мембраа эритроцитов у калифена был более выражен, чем у легалона (рис.6).

| | ацетон

пИ

тпг

«Калифен» ™

2&_

«Легалон» ™

ТГ"

ТАГ СЖК ЭЖК ХС ЭХС ФХ ЛФХ СМ ФЭ ЛФЭ ФС ФИ ФК Рис. 6. Изменения липидных фракций мембран эритроцитов при введении калифена и легалона в период восстановления после интоксикации ацетоном.

*-р<0,05; ** -р<0,01; *** -р<0,001.

Так, при введении легалона оставались достоверно повышенными величины ЛФХ (на 14%), СМ (на 8%) и более низкими величины ФХ, ФС и ФИ, в среднем, на 37%. То есть, введение легалона в течение 7 дней после интоксикации ацетоном не полностью восстанавливало липидные характеристики мембран эритроцитов.

3.4. Физиолого-биохимические характеристики эритроцитов крыс при введении препаратов «Калифен»® и «Легалон»® до и в период интоксикации сероуглеродом

Для профилактики нарушений физиолого-биохимических характеристик эритроцитов животным вводили до и в период интоксикации сероуглеродом калифен а препарат сравнения легалон (рис. 7).

□ CS2 ^«Калифен»™+С32

® «Калифен»™+(С52+«Калифен»™)

<dleranoH»™+CS2 ® «Легалон»™+(С82+«Легалон»™)

гш Fl, ru„ 7B im

LT0

СДЭ СОЭр ОФЛ ХС ХС/ФЛ МДА СОД АРА Г-SH Рис. 7. Изменения физиолого-биохимических показателей эритроцитов при введении калифена и легапона до и в период интоксикации сероуглеродом.

* -р<0,05; ** - р<0,01; *** -р<0,001.

Профилактическое введение калифена и легапона до интоксикации сероуглеродом способствовало тенденции к сохранению физиологических характеристик эритроцитов, однако полного восстановления исследуемых показателей не происходило, так же как и степень выраженности нормализующего эффекта различалась в зависимости от использованного растительного полифенольного комплекса. Так, величина СДЭ превышала контрольный уровень на 8% (р<0,001) при введении калифена, тогда как при введении легапона на 13% (р<0,001). Величина СОЭр при введении калифена была на 27% (р<0,001) выше, а легалона - на 44% (р<0,001). При этом, коэффициент ХС/ФЛ при введении калифена был повышен относительно контроля на 13% (р<0,01), а при введении легалона - на 24% (р<0,01). Анализируя показатели системы ПОЛ-АОЗ в этих группах животных стоит отметить, что при введении как калифена, так и легалона содержание МДА и активность СОД оставались повышенными, тогда как уровень Г-SH при введении калифена был понижен на 19% по отношению к контролю, а при введении легалона - на 29%. Величина АРА у первых был ниже контроля на 13% (р<0,01), а у вторых - на 22% (р<0,001). То есть, действие легалона оказалось менее эффективным в восстановлении показателей системы ПОЛ-АОЗ, чем при введении экстракта из калины.

Достоверные отклонения от контроля сохранялись и в липидной составляющей мембран эритроцитов при введении препаратов до интоксикации сероуглеродом. Это проявлялось в сниженной величине ЭЖК, ФИ и ФК (рис. 8).

□ cs2

£2<(Калифен»™+С82 I «Калифен»™+(С82+«Калифен» ™)

= «Легалон»™+С82

«Легалон»™+(С82+«Легалон»™)

° о

1 -1»

1 -20

§ -30

= -40

^ -50

■Ьш-

p —

тт

Тшг-

ЭЖК ХС ЛФХ СМ ФИ ФК

Рис.8. Изменения липидных фракций мембран эритроцитов при введении калифена и легалона до и в период интоксикации сероуглеродом.

* - р<0,05; ** - р<0,01; *** - р<0,001.

При введении легалона или калифена до и в период интоксикации сероуглеродом наблюдалось сохранение системы антиоксидантной защиты эритроцитов, что дало возможность восстановить соотношение липидных компонентов в мембране, обеспечивая тем самым сохранение физиологических характеристик эритроцитов (СДЭ, СОЭр, осмотическая резистентность) и, соответственно, их функциональные свойства. Это обусловило полную выживаемость животных.

3.5.Физиолого-биохимические характеристики эритроцитов крыс при профилактическом введении препаратов «Калифен»® и «Экстракт элеутерококка» до интоксикации окислами азота

Введение животным экстракта из калины и экстракта элеутерококка до интоксикации окислами азота сопровождалось лишь тенденцией к восстановлению изученных физиолого-биохимических характеристик эритроцитов (рис. 9).

П окислы азота ^ «Калифен»™ § «Экстракт элеутерококка»

120

г i vm и

l fú

-60 .........

СДЭ СОЭр ОФЛ ХС ХС/ФЛ МДА СОД АРА Г-SH

Рис. 9. Изменения физиолого-биохимических показателей эритроцитов крыс при профилактическом введении калифена и элеутерококка до интоксикации окислами азота.

** -р<0,01; *** -р<0,001.

Однако исследуемые величины были более близки к контрольным значениям, нежели таковые при интоксикации без введения препаратов. Так, СДЭ и СОЭр были повышены относительно контроля на 10% (р<0,001) и 33% (р<0,001) при введении калифена, а при введении элеутерококка на 17% (р<0,001) и 56% (р<0,001), соответстве-но.

Начало гемолиза эритроцитов снизилось до 0,55+0,02% NaCI при введении калифена и 0,60±0,02°/о NaCI при введении элеутерококка, а завершение гемолиза до 0,45±0,01% NaCI и 0,50+0,01% NaCI, соответственно. То есть, устойчивость к гемоли-зирующему агенту несколько увеличилась относительно группы без введения препаратов, но оставалась пониженной относительно контроля. Количество ОФЛ при введении калифена было снижено на 13% (р<0,001), а при введении элеутерококка на 23% (р<0,001) при одновременно повышенном уровне ХС на 23% и 28%, соответственно, что обусловило высокую величину коэффициента ХС/ФЛ.

В системе показателей ПОЛ-АОЗ при введении препаратов отмечались статистически достоверные отклонения от контроля, однако более выраженными эти изменения были при введении элеутерококка. Профилактическое введение препаратов до интоксикации окислами азота также не нормализовало соотношение липидных фракций в мембране эритроцитов, однако тенденция к восстановлению явно проявлялась и разбапансировка была менее выражена (рис. 10).

□

окислы азота

«Калифен» ™

' «Экстракт элеутерококка»

трэ"

Трет

■ Ц-ч=1

ТАГ СЖК ЭЖК ХС ЭХС ФХ ЛФХ СМ ФЭ ЛФЭ ФС ФИ ФК

Рис.10. Изменения липидных фракций мембран эритроцитов крыс при профилактическом введении калифена и элеутерококка до интоксикации окислами азота.

* - р<0,05; ** - р<0,01; *** - р<0,001.

Таким образом, оба экстракта обладают одинаковой направленностью в восстановлении физиолого-биохимических характеристик эритроцитов при интоксикации окислами азота, но наиболее выраженный эффект проявлялся у калифена. При этом выживаемость животных составила 60-70%.

ВЫВОДЫ

1. Показано, что химические экотоксиканты (окислы азота, сероуглерод, ацетон) вызывают увеличение размерных характеристик эритроцитов (на 14-100%), изменение их осмотической резистентности (сдвиг начала гемолиза до 0,55-0,75% ИаС1), напряжение системы антиоксидантной защиты (увеличение СОД на 38% и 47% при интоксикации ацетоном и сероуглеродом) и ее истощение (снижение активности СОД на 48% при интоксикации окислами азота), а также снижение Г-ЭН (на 21-50%), усиление перекисного окисления липидов, выражавшееся в увеличении уровня МДА (на 2250%), увеличение количества холестерина (на 11-33%) и триацилглицеринов (на 1240%), что является проявлением мембрано-токсической реакции.

2. Установлено, что при воздействии химических экотоксикантов происходит перераспределение отдельных классов фосфолипидов внутри мембранного бислоя эритроцитарной мембраны: снижение фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина, увеличение содержания сфингомиелина и лизофракций фосфолипидов (лизофосфати-дилхолина и лизофосфатидилэтаноламина), что свидетельствует о наличии структурно-функциональных нарушений.

3. Определено, что в период депривации после интоксикации сероуглеродом и ацетоном восстановления исследованных физиолого-биохимических характеристик эритроцитов не происходит, что свидетельствует об углублении дестабилизации мембранных структур, вызванное сохранением свободнорадикальных процессов.

4. Выявлен нормализующий эффект растительных комплексов полифенолов на показатели системы «перекисное окисление липидов-антиоксидантная защита», восстановление соотношения липидных фракций в мембране эритроцитов, что способствует сохранению их размерных характеристик (средний диаметр и средний объем), осмотической резистентности.

5. Обоснованы и защищены принципы фармакопрофилактики токсического действия химических экотоксикантов на организм животных и человека растительными комплексами полифенолов (патент № 2220614; № 2199249; Методические рекомендации).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах:

1. Кушнерова Н.Ф., Рахмании Ю.А., Кушнерова Т.В., Другова Е.С, Профилактика нарушений физиологических и биохимических характеристик эритроцитов при интоксикации сероуглеродом // Гигиена и санитария. 2010. № 4. С. 17-21.

2. Кушнерова Н.Ф., Фоменко С.Е., Кушнерова Т.В., Другова Е.С. Влияние ацетона на физиологические и биохимические показатели эритроцитов крыс и их коррекция экстрактом из калины (Viburnum sargenta) II Наркология. 2010. № 2. С. 48-54.

3. Спрыгин В.Г., Кушнерова Н.Ф., Фоменко С.Е., Мерзляков В.Ю., Момот Т.В., Другова Е.С., Лесникова Л.Н. Калина - перспективный источник средств арофшіаіст-ки стресса И Известия Самарского научного центра Российской академии наук 2011 Т 13, №1(4). С. 902-905.

Работы, опубликованные в материалах научных конференций:

4. Кушнерова Н.Ф., Лесникова Л.Н., Другова Е.С. Влияние экологически вредных факторов на физиологические и структурные характеристики эритроцита її И Первый Тихоокеанский международный симпозиум «Живое и неживое. Вещественные и энергетические взаимодействия» [отв. ред. A.M. Паничев]. Владивосток, 23-24 октября 2008 г. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2008. С. 116-118.

. 5. Кушнерова Н.Ф., Фоменко С. Е., Спрыгин В. Г., Лесникова Л. Н., Мерзляков В. Ю., Другова Е.С. Влияние техногенных факторов на физиологические и струслур-иые характеристики эритроцитов // Боевой стресс. Медико-психолопгаеская реабилитация лиц опасных профессий: Материалы Всероссийской науч.-прщсгич. конф. [отв. ред. И.Б.Ушаков, В.В. Добржаиский]. - Москва, 13-14 ноября 2008 г. - M.s 2008 С 163165.

6. Другова Е.С., Фоменко С. Е. Влияние биологически активной добавки «Ка-лифеи» на структурно-метаболическое состояние эритроцитов у крыс при шгкжсика-ции ацетоном // Актуальные проблемы технологии живых систем: сборішіс материалов III научно-технической конференции молодых ученых [отв. ред. В.Г. Белгаш и др.], Владивосток, 8-10 октября 2009 г. - Владивосток: ТГЭУ, 2009. С. 200-202.

7. Другова Е.С. Влияние интоксикации сероуглеродом на физиологические характеристики эритроцитов крыс // Чтения памяти академика К.В. Симакова: тез. докл. Всерос. науч. коиф. [отв. ред. И.А. Черешнев]. Магадан, 25-27 ноября 2009 г. - Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2009. С. 233.

8. Другова Е.С., Кушнерова Т.В. Влияние интоксикации ацетоном на физиологические и структурные характеристики эритроцитов крыс // Актуальные проблемы экологической физиологии, биохимии и генетики животных: Материалы II межяунар. науч. конф. [отв. ред. А.Б. Ручин]. - Саранск, 20 апреля 2009 г. - Саранск: Типография ООО «Мордовия-ЭКСПО», 2009. С. 44-46.

9. Другова Е.С. Влияние интоксикации сероуглеродом на структурные характеристики мембран эритроцитов // Материалы IV научно-практической конференции молодых ученых с международным участием «Завадские чтения». Ростов-ла-Дону, 21 марта 2009 г. - Ростов-на-Дону: ГОУ ВПО РостГМУ. 2009. С. 211-212.

Ю-. Другова Е.С., Фоменко С.Е. Растительные комплексы полифевдлав в восстановлении липидного состава мембран эритроцитов при интоксикации ацетоном // БИОЛОГИЯ - НАУКА XXI: 14-я Путинская международная школа-конферевіщя молодых ученых. Пущино, 19-23 апреля 2010 г. -Пущино, 2010. С. 125.

11. Фоменко С.Е., Другова Е.С. Использование экстракта из калины (Viburnum sagentii) для восстановления физиологических и биохимических характеристик эритроцитов крыс при интоксикации ацетоном // Материалы 10-ой международной научно-

практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности [Отв. ред. И.П. Степанова]. Комсомольск-на-Амуре, 20-21 мая'2010 г.: - Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2010. С. 453-457.

12. Кушнерова Н.Ф., Другова Е.С., Кропотов A.B. Нарушения физиолого-метаболических характеристик эритроцитов при интоксикации окислами азота и их профилактика растительными полифенолами И Дальневосточная весна - 2011: материалы 11-й научно-практической конференции с международным участием (г. Комсомольск-на-Амуре, 7 июня 2011 г.) / редкол.: И.П. Степанова (отв. ред.); Д.И. Грицкевич (зам. отв. ред.). -Комсомольск-на Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2011. С. 521-525.

Другова Елена Сергеевна

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук специальность: 03.02.08 - экология

Подписано к печати 22.09.2011. Печать офсетная. Уч.-изд. л. У.О

Формат 60x84/16 Тираж 100. Заказ № 97

Отпечатано в ТОЙ ДВО РАН. 690041. г. Владивосток, Балтийская, 43

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Другова, Елена Сергеевна, Магадан

61 12-3/1186

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук

На правах рукописи

ДРУГОВА ЕЛЕНА СЕРГЕЕВНА

03.02.08-экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Кушнерова Н.Ф.

МАГАДАН - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ......................................................... 4

ВВЕДЕНИЕ...............................:...................................... 5

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ................................................ 10

1.1 Современные представления о токсических повреждениях

биомембран........................................................................ Ю

1.1.1. Влияние некоторых химических веществ на организм животных

и человека..................................................................... 18

1.1.1.1. Ацетон........................................................................ 20

1.1.1.2. Сероуглерод.................................................................. 22

1.1.1.3. Окислы азота................................................................ 24

1.2.Мембранопротекторные свойства растительных полифенолов..... 26

1.3. Профилактика производственно обусловленных заболеваний

человека комплексами растительных полифенолов...................... 33

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ........................................... 38

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ................ 38

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ................................. 44

3.1. Влияние интоксикации ацетоном и периода депривации на физиологические и структурные характеристики эритроцитов крыс..... 44

3.2. Влияние интоксикации сероуглеродом и периода депривации на физиологические и структурные характеристики эритроцитов крыс..... 52

3.3. Влияние интоксикации окислами азота на физиологические и структурные характеристики эритроцитов крыс.............................. 60

3.4. Физиолого-биохимические характеристики эритроцитов крыс при введении препаратов «Калифен»® и «Легалон»® в период восстановления после интоксикации ацетоном.............................. 65

3.5. Физиолого-биохимические характеристики эритроцитов крыс при введении препаратов «Калифен»® и «Легалон»® до и в период

интоксикации сероуглеродом..........................................................................................................70

3.6. Физиолого-биохимические характеристики эритроцитов крыс при профилактическом введении препаратов «Калифен»® и «Экстракт

элеутерококка» до интоксикации окислами азота........................................................81

ГЛАВА 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................................88

ВЫВОДЫ............................................................................................................................................................Ю6

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................108

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АОЗ - антиоксидантная защита

АРА - антирадикальная активность

АВТ8+ - 2,2'-азинобис-(3-этилбензотиазолин-6-сульфонат)

БАД - биологически активная добавка к пище

Г-8Н - восстановленный глутатион

КОПЦ - комплекс олигомертных проантоцианидинов

ЛД50 - полулетальная доза

ЛФХ - лизофосфатидилхолин

ЛФЭ - лизофосфатидилэтаноламин

МДА - малоновый диальдегид

ОФЛ - общие фосфолипиды

ПДК - предельно допустимые концентрации

ПОЛ - перекисное окисление липидов

СДЭ - средний диаметр эритроцита

СЖК - свободные жирные кислоты

СМ - сфингомиелин

СОД - супероксиддисмутаза

СОЭр - средний объем эритроцита

С82 - сероуглерод

ТАГ - триацилглицерин

ФИ - фосфатидилинозит

ФК - фосфатидная кислота

ФС - фосфатидилсерин

ФХ - фосфатидилхолин

ФЭ - фосфатидилэтаноламин

ХС - холестерин

ХС/ФЛ - коэффициент соотношения холистерина к фосфолипидам ЭЖК - эфиры жирных кислот ЭХС - эфиры холестерина

ВВЕДЕНИЕ

биохимические характеристики мембран эритроцитов являются тонким показателем, определяющим состояние мембран других клеток органов и тканей на уровне целого организма (Эндакова и др., 2002). Вместе с тем изучению эритроцитов как модели для исследования токсической нагрузки на биомембраны посвящены единичные работы (Лесникова, 2006; Иванова и др., 2007; Кашапова и др., 2007 и др.). Согласно современным представлениям о влиянии химических радикалов на функциональные свойства мембран, их физические характеристики, обусловливающие продвижение эритроцитов по микроциркулярному руслу (диаметр эритроцита превышает ширину микрокапилляров), существенным является сравнительное биохимическое исследование фракционного состава фосфолипидов и нейтральных липидов, как основных структурных компонентов мембран, состояние антиоксидантной защиты, регулирующей перекисное окисление липидов мембран и, как следствие нарушений, размерные характеристики эритроцитов и их устойчивость к гемолитическому агенту.

На сегодняшний день известен ряд препаратов, обладающих экологопротекторными свойствами. Это широко известные средства традиционной и народной медицины: элеутерококк колючий, аралия маньчжурская, родиола розовая (корни), семена лимонника китайского

(Брехман, 1987; Дар дымов и др., 1993). Перспективным сырьем является калина Саржента (Viburnum sargenta Koehné). Экстракт из калины и входящий в его состав комплекс полифенолов способствуют стабилизации мембран лизосом и гепатоцитов в условиях интоксикации четыреххлористым углеродом и этиловым спиртом (Спрыгин и др., 2003; Фоменко и др., 2003). Поэтому представляло интерес изучить мембрано-защитные свойства экстракта из калины «Калифен»® при действии химических экотоксикантов.

Для достижения поставленной цели представляло выполнить следующие задачи:

3. Оценить эффект коррекции растительными полифенолами нарушений физиолого-биохимических характеристик эритроцитов в условиях воздействия химическими экотоксикантами.

Выполнено системное исследование экологопротекторных свойств экстракта из калины «Калифен»® и получено их экспериментальное

подтверждение. Сопоставление экологопротекторных эффектов экстракта из калины и известного полифенольного препарата «Легалон»®, а также «Экстракта элеутерококка» показало его более выраженные мембранозащитные свойства по способности восстанавливать размерные характеристики эритроцитов, сохранять антиоксидантную защиту и биосинтез фосфолипидов, что обеспечивало восстановление порога осмотической устойчивости эритроцитов к гемолизирующему агенту.

Защищаемые положения:

1. Влияние химических экотоксикантов (окислы азота, сероуглерод, ацетон) на размерные характеристики и осмотическую резистентность эритроцитов, соотношение нейтральных и фосфолипидных фракций в их мембране, состояние системы антиоксидантной защиты и перекисного окисления липидов имеет неспецифический характер, что может рассматриваться как атрибут универсальной токсической реакции.

2. В период восстановлния после интоксикации сероуглеродом и ацетоном исследованные физиолого-биохимические характеристики эритроцитов к норме не возвращаются, что указывает на углубляющееся состояние дестабилизации мембранных структур.

3. Коррекция нарушений физиолого-биохимических характеристик эритроцитов в условиях воздействия экотоксикантов достигается при использовании экологопротекторных препаратов растительного

происхождения, содержащих полифенольные комплексы с высокими антиоксидантными и антрадикальными свойствами.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и представлены на: Первом тихоокеанском международном симпозиуме «Живое и неживое. Вещественные и энергетические взаимодействия» (Владивосток 2008); II Международной научной конференции «Актуальные проблемы экологической физиологии, биохимии и генетики животных» (Саранск, 2009); IV научно-практической конференции молодых ученых с международным участием «Завадские чтения» (Ростов-на-Дону, 2009); III научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы технологии живых систем» (Владивосток, 2009); Всероссийской научной конференции «Чтения памяти академика К.В. Симакова» (Магадан, 2009); 14-й Пущинской международной школе - конференции молодых ученых «БИОЛОГИЯ - НАУКА XXI ВЕКА» (Пущино, 2010); 10-й и 11-й Международной научно-практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна - 2010; 2011» (Комсомольск-на-Амуре, 2010; 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных журналах (согласно перечню ВАК).

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 134 страницах и содержит введение, обзор литературы, характеристику материала и методов исследования, описание результатов и обсуждения собственных исследований, заключение и выводы. Список литературы включает 265 работ, в том числе 180 отечественных и 85 зарубежных авторов. Текст иллюстрирован 29 рисунками и 14 таблицами.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Современные представления о токсических повреждениях

биомембран

Интенсивный рост городов в XX веке, концентрация основной массы населения на ограниченных территориях, насыщенных промышленными предприятиями, транспортными магистралями, жилыми домами, породили целый ряд проблем, в том числе и общую проблему выживания человечества (Алымов, 2005).

Естественное постоянное стремление общества к наиболее полному удовлетворению своих материальных и духовных потребностей влечет за собой увеличение масштабов производства, а, следовательно, и уровня техногенной опасности. Поэтому, развитие современного общества все чаще сталкивается с проблемой обеспечения безопасности и защиты человека и окружающей среды от воздействия техногенных, природных и экологически вредных факторов (Салихова, 2002.; Ильин и др., 2004).

К техногенным факторам среды относятся факторы, создаваемые в результате производственной деятельности человека. В их число входят химические загрязнения, выбрасываемые в воду, воздух и землю, отходы химических предприятий; радиоактивные элементы - отходы атомных электростанций и заводов, по переработке радиоактивной руды, токсичные продукты горения, выбрасываемые в окружающую среду, предприятиями черной и цветной металлургии, автомобильными и другими видами транспорта (Губарева, 2001).

Природные и техногенные факторы оказывают на здоровье человека комплексное влияние, которое может проявляться как в момент воздействия на организм человека, так и через определенный промежуток времени. Сначала появляются неспецифические реакции организма (истощение антиоксидантной защиты, активация перекисного окисления липидов и др.), а при длительном воздействии неблагоприятных факторов - хронические заболевания (Сенотрусова, 2005).

Различное негативное воздействие техногенных факторов на организм человека широко отражено в ряде книг и обзоров (Динстриб, 1989.; Бадяев, 1990.; Люценко, 1990.; Рябочкин, Назаренко, 1996.; Климкина, 1999.; Ахмедов, 2001.; Дементьев и др., 2001.; Мозгов и др., 2002.; Бобкин и др., 2002.; Салихова и др., 2002.; Джувеликян и др., 2003; Кириллов и др., 2003.; Артемов и др., 2006.; Бучина, Эсаулова, 2007; Реутова, 2007.; Потеряева и др., 2007.; Сетко, Бейлин, 2007.; Самарина, 2007.; Тихонова, 2007, 2010; Камилов и др., 2008.; Жеглова и др., 2008.; Кожевников и др., 2008.; Каримова и др., 2008.; Колесников и др., 2008), обобщенных в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Негативное воздействие на организм человека различных отраслей

промышленности

Отрасль/сфера воздействия Выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду Влияние на организм человека

Химическая, за исключением нефтехимии и целлюлозно-бумажная Различные выбросы в зависимости от производственного процесса и продукта; выбросы окислов азота и серы, сероводорода, тяжелых металлов, меркаптанов, хлористых соединений, хлорфторуглеродных соединений, летучих и прочих органических соединений, диоксинов. Эрозия слизистой оболочки дыхательных путей и конъюнктивит глаз, кашель, удушье; поражение нервной системы, поражение кожи, печени и почек, нарушение эндокринной регуляции, нарушение в развитии потомства

Производство Выбросы пыли, паров Заболевания органов дыхания,

стройматериалов, ацетона, окислов азота, опорно-двигательного

стекла и хрома, свинца, аппарата, аллергические

керамики; мышьяка, плавиковой реакции, нарушение

обувная кислоты, центральной нервной системы,

промышленность кальцинированной соды, сердечно-сосудистые

поташа, кварца, бензина, заболевания; заболевания

керосина, бутилацетата, репродуктивной системы

этиленгликоля, фенола,

формальдегида, стирола,

толуола, бензола,

аммиака, сероуглерода,