Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Актиоксидантная активность тканей адаптированных к холоду крыс при гипотермии и самосогревании

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Актиоксидантная активность тканей адаптированных к холоду крыс при гипотермии и самосогревании"

РГЬ О*

. < Угле да

На правах рукописи

ГАСАНГАДЖИЕВА АЗИЗА ГУСЕЙНОВНА

АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ ТКАНЕЙ АДАПТИРОВАННЫХ К ХОЛОДУ КРЫС ПРИ ГИПОТЕРМИИ И САМОСОГРЕВАНИИ

специальность 03. 00. 04 - "биохимия"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Махачкала -1999

Работа выполнена на кафедре биохимии и НИИ биологии Дагестанского государственного университета

Научные руководители: заслуженный деятель науки РД и Р1

доктор биологических наук, професс Эмирбеков Э.З.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профе

сор B.C. Шугалей (Ростов - на - Дону^

Ведущее учреждение: Ростовский государственный педагог

ческий университет

Защита диссертации состоится "чЗО" м/ХрЮ^ 1999г. в ¿0 час на заседании диссертационного совета К 063.61.08 по биологи1 ским наукам в Дагестанском государственном университе (367025, г. Махачкала, ул. М.Гаджиева, 43"а", ДГУ, конферен зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Да! станского государственного университета (367025, г. Махачкш ул. Батырая,1).

Автореферат разослан "/О" риЛ^силУ 999г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.б.н., доцент

кандидат биологических наук, доце Львова С.П.

кандидат биологических наук, доце Исмаилов М.И. (Махачкала)

П.М. Нурмагомедова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуалыюсть проблемы. В последнее время все более ак-иьной становится проблема адаптации к низким температурам зязи со все большим проникновением человека в полярные оны земли и освоением природных ресурсов Севера и Сиби-Гипотермия широко используется в различных областях ме-ины и экспериментальной биологии, поскольку способствует женшо потребления кислорода тканями и устраняет влияние оксии и ишемии (Волколаков, Лацис, 1977; Мешалкин, Вере-ин, 1985). Кроме того, для развития повышенной сопротив-иости организма в медицине используется метод холодового шивания, который применяется для лечения, реабилитации и епления здоровья (Меерсон, 1993; Барбараш, 1996). Следованно, изучение молекулярных механизмов влияние низкой пературы на теплокровный организм является одной из важ-; медико-биологических проблем.

Влияние холода и гипотермии сопровождается активацией слительных процессов, что является важнейшим признаком химической терморегуляции у теплокровных животных (Хас-, 1975; Соколовский, 1988), опосредованно вызывающих ление свободнорадикальных процессов (Эмирбеков, Львова, 5; Соколовский, 1988; Дорошенко, 1995).

Усиление свободно-радикальных процессов инициирует реждающее действие низкой температуры на метаболизм и кции организма. Проявлению повреждающего действия сво-ных радикалов кислорода препятствует антиоксидантная сис-

тема, которая обеспечивает связывание и модификацию ак~ ных кислородных метаболитов (Соколовский, 1988; Побере: на, Осинская, 1989; Дубинина, 1992). В связи с этим изуче динамики отдельных компонентов, их вклад в антиокислит< ную активность различных тканей в норме и при адаптации к лоду представляет значительный интерес.

В литературе имеются экспериментальные данные адаптации к сильному постоянному холодовому стрессу на которые компоненты антиоксидантной системы в отдельных танах (Куликов и др, 1988; Бородин и др., 1992; Дороше! 1995). Однако, отсутствуют систематические исследования, священные изучению состояния антиоксидантной системы адаптации к прерывистому холодовому воздействию в динах1 гипотермии разной глубины и длительности.

Цели и задачи исследования. Целыо настоящей раб явилось изучение суммарной антиокислительной активности, тивности супероксиддисмутазы и каталазы в больших полуш; ях мозга, гипоталамусе, печени, почке, миокарде, скелет мышце и сыворотке крови крыс, не подвергнутых и подвер! тых многократному холодовому стрессу, при гипотермии и следующем самосогревании.

Для выполнения этой цели были поставлены следую задачи:

1. Изучение влияния адаптации к прерывистым мн< кратным умеренным охлаждениям на состояние антиоксид ной защиты тканей.

2. Исследование сходства и различия в динамике компотов антиоксидантной системы тканей контрольных и адаптивных к холоду крыс на гипотермию разной глубины и дли-ности.

3. Определение суммарной антиокислительной активно-активности супероксиддисмутазы и каталазы тканей у само-ювшихся после перенесенной глубокой гипотермии крыс.

4. Изучение органно-тканевых особенностей изменения понентов антиоксидантной системы при гипотермии разной >ины.

овные положения, выносимые на защиту.

1. Установлено, что адаптация к периодическому (20-25-ному) умеренному холодовому (-5°С) воздействию сопрово-ется усилением суммарной антиокислительной активности и [вности каталазы, на фоне снижения активности супероксид-лутазы.

2. Гипотермия разной глубины (30°, 20°С) и длительности тковременная и пролонгированная Зч) у животных, адапти-шных и неадаптированных к холоду, приводит к изменению генных компонентов антиоксидантной системы, проявляя как :ы сходства, так и различия. Различия наиболее выражены умеренной гипотермии и последующем самосогревании.

3. Добавление тиолов (глутатиона восстановленного и гиола) in vitro в ткани гипотермированных (20°С) крыс спо-угвует повышению активности супероксиддисмутазы у жи-1ых подвергнутых многократному холодовому стрессу.

4. Обнаружены органно-тканевые особенности изменен компонентов антиоксидантной системы при гипотермии. Наибол устойчивы ткани мозга, особенно гиаоталамус, где активность ант оксидантов поддерживается при гипотермии на высоком уров! Наиболее значительное снижение компонентов антиоксидашт системы при гипотермии о тмечается в скелетной мышце.

Научная новизна. В настоящей работе впервые проведе! систематические исследования по анализу динамики компоне тов антиоксидантной системы в различных тканях (большие п лушария мозга, гипоталамус, печень, почка, миокард, скелета мышца и сыворотка крови) теплокровного организма при гип термин и последующем самосогревании. Эксперименты провес ны в сравнительном аспекте у крыс контрольной группы и у ж вотных, адаптированных к многократному (20-25 раз) период ческому (ежедневно по Зч) холодовому стрессу (-5°С).

Установлено, что адаптация крыс к периодическим хол довым стрессам приводит к росту в исследуемых тканях сумма ной антиокислительной и каталазной активности и снижению а тивности супероксиддисмутазы.

Обнаружено, что гипотермия разной глубины (30° и 20°< и длительности (до Зч) у животных неадаптированных и адапт рованных к воздействиям холода выявляет сходство и различия изменении исследованных компонентов антиоксидантной сист мы тканей. На всех этапах гипотермии крыс обеих групп су] марная антиокислительная и каталазная активность поддержив ется на достаточно высоком уровне. Наиболее значительным из

ениям при этом подвергается тканевая активность суперок-цисмутазы.

Выявлены органно-тканевые особенности в динамике марной антиокислительной активности и активности катала-при гипотермии и последующем самосогревании: в больших ушариях мозга, гипоталамусе (понижаются в наименьшей 1ени) и в скелетной мышце (понижаются в наибольшей).

Впервые показана возможность химической регуляции явности супероксиддисмутазы в экспериментах in vitro с до-тением аитиоксидантов (глутатиона восстановленного и уни-та) при шпотермии у крыс, адаптированных к многократному ^одическому холодовому стрессу.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные тые представляют интерес для понимания механизма патоге-t холодового повреждения и формирования адаптационных анизмов к длительному действию холода на теплокровный 1низм. Результаты работы указывают на возможность примени адаптации к холоду в системе лечебных и профилактиче-с мероприятий. Практическая значимость данного исследова-определяется возможностью использования ряда изученных хзатслей антиоксидантной системы для оценки состояния ор-1зма, адаптированного к холоду, перенесшего гипотермию.

Материалы, полученные при выполнении данной диссер-ш, используются в учебном процессе кафедры биохимии г, при чтении ряда спецкурсов и проведении больших прак-'мов. Методические аспекты работы включены в учебное по-

собие "Практикум по биохимии" для студентов по специальное! "Биохимия".

Апробация роботы. Материалы диссертации докладыв; лись на итоговых научных конференциях профессорск< преподавательского состава ДГУ (1996 - 1998), на II съезде би< химического общества РАН (Москва, 1997), на 12 Евронейскс нейрохимической конференции (Санкт-Петербург, 1998), на с< вместном заседании кафедры биохимии и НИИ биологии ДГ (Махачкала, 22 октября 1998).

Публикации. По материалам данного исследования oiiyi ликовано 8 работ и 1 статья находится в печати.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит ] введения, обзора литературы, описания материалов и методе исследования, результатов собственных исследований и их обе ждения, заключения, выводов и списка литературы, включающ го 175 источников, в том числе 23 на английском языке. Диссе тация изложена на ¿64 страницах машинописного текста, соде жит 14 таблиц и 7 рисунков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Опыты проводили на беспородных лабораторных бель крысах массой 150 - 180 г. Животных делили на две группы: ко трольная группа и группа животных, подвергнутых многократн му холодовому стрессу. Подопытных животных ежедневно в держивали по 3 ч при t = -5°С в течение 20-25 дней. Наблюдения

мали, что температура тела животных, в первые 4-5 сеансов ;твия холода понижалась па 0,5-1°С, затем возвращалась к ме.

Гипотермию как контрольных так и подопытных крыс вы-али, помещая ненаркотизировапных животных в холодную у (I = 10°С). Температуру тела у животных снижали равно-то и медленно так, что за 15-20 мин она достигала 30°С, а за 50 мин - 20-19°С. В отдельных сериях опытов состояние ги-ермии 30° и 20°С поддерживали в течение 3 ч.

Постгинотермические последствия у крыс, перенесших отермию 20°С, исследовали после самосогревания до 37°С. лосогревание вели при комнатной температуре в течение 2 ч.

В отдельных сериях опытов эксперименты проводили т о с использованием глутатиона восстановленного (12,2мг/100г ни, Дмитриев и др., 1995) и унитиола (20мг/кг, Внуков и др., )5). Унитиол (2,3-димеркапто-пронансульфанат натрия) - пре-)ат применяемый для лечения острых и хронических отравле-л соединениями тяжелых металлов. Унитиол содержит две БН-'ппы, которые реагируют с тиоловыми ядами находящимися в )ви и тканях и образуют с ними нетоксичные комплексы ашковский, 1994).

Животных забивали декапитацией. Для исследования бра-большие полушария мозга, гипоталамус, печень, почку, мио-зд, скелетную мышцу и сыворотку крови.

Определение суммарной антиокислительной активности ОА) проводили по степени торможения биологическим мате-

риалом перекисного окисления линоленовой кислоты (Демчук др., 1990; Ломоносова и др., 1993).

В цитоплазме определяли активность супероксиддисмут зы (СОД) по ингибировашпо восстановления нитротетрозолиег го синего (Fried, 1975). Для очистки фермента от балластш белков использовали методики Е.Е. Дубининой (1988) и B.C. Г ревича с соавт. (1990).

Активность каталазы в тканях крыс определяли по мето М.А. Королюка и др. (1988) по способности Н2О2 образовывав солями молибдена окрашенный в желтый цвет стойкий компле] Количественное содержание белка в опытных пробах определя по Лоури (Lowry et al., 1951). Статистическую обработку noj ченных данных проводили по t-критерию Стыодента, как опш ноу Г.Ф.Лакина(1990).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Как показали полученные нами экспериментальные дг ные, многократный холодовой стресс сопровождается усилени суммарной АОА и ростом активности каталазы (рис.1). Интер( но, что при этом наблюдается существенное снижение интена ности перекисного окисления липидов (ПОЛ) (Эмирбеков и д 1998).

Многие авторы (Горошинская, Могилышцкая, 1994; Ь лова, Полежаева, 1992) считают, что снижение процессов П( является одним из тестов наступления адаптационной стадии

стресса.

Снижение активности ПОЛ при адаптации к многократным Холодовым воздействиям может быть, в значительной мере, обусловлено увеличением АОА тканей. Действительно, суммарная АО А повышается во всех органах (рис. 1).

В мозге и скелетной мышце усиление суммарной АОА, видимо, связано с существенным (в 1,7 и 2,4 раз) повышением гидрофильных антиоксидантов (Эмирбеков и др., 1998). Это согласуется с данными и других исследователей (Промыслов, Дем-чук, 1993; Болдырев, 1995) о том, что в тканях мозга и мышц АОА представлена, в основном, гидрофильными антиоксиданта-ми.

Данные наших опытов (рис.1) свидетельствуют о том, что при адаптации к многократным Холодовым воздействиям изменение суммарной АОА однонаправлено в то время как динамика СОД в исследуемых тканях различается. Так, активность СОД при многократном холодовом воздействии не изменялась в больших полушариях мозга и гипоталамусе и достоверно снижалась в других исследованных тканях (рис.1). Известно, что высокий уровень СОД служит показателем окислительного стресса и, следовательно, интенсивной генерации супероксидного анион-радикала (Пескин, Столяров, 1994). Отсутствие окислительного стресса у адаптированных к охлаждениям животных в наших опытах может быть связано с рядом причин, в том числе, с усилением секреции тиреоидных гормонов, антирадикальное дейст-

Суммарная АОА (в%) СОД (в усл. ед./мг.белка).

250 200 150 100 50 0

Н т I 1 I

1 2 3 4 5 6 7

3 4 5 6

Каталаза (в мкМ Н2О2УМГ белка/мин)

I | - контрольная группа 1 щдд - группа крыс, адапти ванная к многократ действиям холода

1. большие полушария мозг;

2. гипоталамус

3. печень

4.почка

5. миокард

6. скелетная мышца

7. сыворотка крови * - достоверные (р<0,05) из нения по сравнению с гипот мией 20°С

I 1 —"' I ■■■-!' -■ | ■ — | ' — -1

1 2 3 4 5 6 7 Рис.1. Изменение суммарной АОА, активности СОД и каталазы тканях крыс (1-7), перенесших 20-25-кратное действие холода.

не которых осуществляется за счет синтеза различных форм ОД (Дроздовская, Путилина, 1990; Антипенко и др., 1994).

Активность каталазы у адаптированных к охлаждениям :ивотных в большинстве исследованных тканях превышала кон-эольныс значения (рис.1). Исключение составили скелетная ышца (в которой преобладают анаэробные процессы) и сыво-отка крови. Поскольку в сыворотку крови каталаза поступает из эитроцитов (Дубинина, 1992), низкий уровень активности фер-ента в ней у крыс, адаптированных к холоду, свидетельствует о оддержании высоких барьерных функций эритроцитарной мем-раны.

Можно думать, что сохранение высокой активности ката-1зы в тканях крыс, адаптированных к Холодовым нагрузкам, эеспечивает быстрое разложение Н2О2 и препятствует образо-1нию -ОН, играющего решающую роль в активации ПОЛ.

Исследование компонентов АОС в динамике гипотермии оказывает, что при умеренной гипотермии 30°С, сопровождаю-,ейся существенным увеличением нагрузки на механизмы тер-орегуляции, изменение общей АОА и активности СОД в тканях ивотных неадаптированных и адаптированных к Холодовым на-)узкам в значительной мере отличаются (табл. 1,2). Так, кратко-эеменная и пролонгированная 3 ч гипотермия 30°С вызывает зет АОА у животных контрольной группы, а у крыс, подвергну-.IX многократному холодовому стрессу - ее снижение. Надо от-гтить, что тем не менее суммарная АОА у животных при уме-

Таблица

Влияние гинотсрмнн н самосогревания с 20° до 37"С на суммарную А(Х (в %) в тканях крыс контрольной группы н перенесших 20-25-кратнос

Состояние Большие Гипота Печень Почка Мио- Ске- Сы

животных полуша- ламус кард летная ро

рия мышца кр<

контрольная группа

Нормотер- 69,8 80,4 70,3 67,5 75,1 83,2 4(

мия 37°С ±3,12 ±4,11 ±6,73 ± 1,34 ±5,02 ± 1,14 ±:

Гипотер- 94,1* 81,3 90,7* 92,1* 91,5* 94,1* 79

мия 30°С ±0,57 ±0,29 ±0,78 ±0,88 ± 1,87 ±0,82 ±1

Гипотер- 83,5*.. 81,7 85,1* 89,1* 86,6* 91,7* 78

мия 30° Зч ± 1,13 ± 1,31 ±3,65 ± 1,95 ±3,87 ± 1,89 ± 1

Гипотер- 85,0* 79,6 87,7* 87,7* 98,0* 92,0* 78

мия 20°С ±2,31 ± 1,57 ±3,82 ±3,84 ±0,61 ±2,33 ±2

Гипотер- 78,1*... 87,8... 87,1* 95,7*... 85,5*... 94,5* во;

мия20°СЗч ± 1,30 ±0,77 ± 1,12 ± 1,54 ± 1,08 ± 1,36 ±с

Самосо- 79,3 84,7... 79,4*... 79,4*... 87,3*... 93,7* 70,'

гревание ±5,61 ± 1,36 ±0,32 ±0,34 ±2,11 ± 1,23 ± 1

адаптированная к холоду группа

Нормотер- 93,0 95,0 89,9 96,2 91,9 97,8 7

мия 37°С ± 1,73 ± 1,27 ±2,71 ±0,93 ±2,16 ± 1,44 ±

Гипотер- 80,2* 78,3* 80,2* 80,8* 80,1* 75,6* 7

мия 30°С ± 1,82 ±0,53 ±0,71 ±0,70 ± 1,01 ±0,71 ±

Гипотер- 80,9* 74,6*.. 82,3* 79,5* 81,5* 77,4* I1

мия 30°3ч ± 1,43 ±1,55 ±2,23 ± 1,31 ± 1,18 ± 1,12 ±

Гипотер- 89,3 94,0 91,4 92,8* 96,5 96,4 1

мия 20°С ±2,55 ±1,11 ±3,26 ± 1,22 ± 1,55 ± 1,36 ±

Гипотер- 84,9* 88,0*... 69,6*... 88,6*... 95,7 96,5 6.

мия 20°3 ч ± 1,22 ±2,26 ± 1,50 ± 0,94 ±2,44 ± 1,88 ±

Самосо- 81,8*... 85,3*... 81,5*... 89,3* 94,1 97,2 1

гревание ± 1,43 ±1,70 ± 1,21 ±2,06 ±0,76 ± 1,35 ±

Примечание: здесь и в последующих таблицах * - достоверные (р<0,0: изменения по сравнению с соответствующей нормотермией 37°С, ** -гипотермией 30°С; *** - с гипотермией 20°С.

репной гипотермии, на фоне многократного действия холода, поддерживается на высоком уровне.

Действие кратковременной гипотермии 30°С на ин-тактных крыс приводит к снижению активности СОД в большинстве исследованных тканей, а ее пролонгирование в течение 3 ч - к росту активности фермента.

При гипотермии 30°С в отличие от контрольных животных, у крыс, перенесших многократное действие холодово-го стресса, активность СОД оказалась более устойчивой (табл.2).

В этих опытах в печени, почках, больших полушариях мозга активность фермента не менялась, а в гипоталамусе и мышечных тканях - достоверно возрастала.

Наблюдаемый у животных обеих групп высокий уровень активности СОД при пролонгированной умеренной гипотермии в течении 3 ч, по-видимому, может быть связан с усилением его синтеза как индуцируемого энзима.

В отличие от СОД, активность каталазы при умеренной гипотермии (30°С) в большинстве исследованных тканей крыс обеих групп сохраняется на достаточно высоком уровне (табл.3).

Известно, что глубокая гипотермия (20°С) сопровождается резким снижением метаболизма, в том числе окислительных процессов (Эмирбеков, Львова, 1985), и уменьшением генерации активных радикалов кислорода. Суммарная АОА в наших экспериментах (табл. 1) при

Таблица

Влияние гипотермии и самосогревания с 20° до 37°С на активность СОД ( в усл. ед./ мг белка) в тканях крыс контрольной группы и перенесших 20-25-кратное действие холода окружагоще

среды (-5°С); М ± ш, н = 6-8

Состояние Большие Гипота- Печень Почка Миокард Скелеть

животных полушария ламус мышц

контрольная группа

Нормотер- 77,1 82,8 199,7 115,9 92,2 34,9

мия 37°С ±4,80 ±4,28 ± 17,55 ± 11,95 ± 13,8 ±4,8

Гипотер- 73,2 104,5* 149,1* 64,6* 43,8* 18,5*

мия 30°С ± 14,45 ±11,45 ± 15,96 ±8,16 ±4,75 ±2,о:

Гипотер- 130,1*» 185,2*.. 265,5*.. 174,3*.. 62,8 61,5*.

мия30°3ч ± 16,87 ± 16,62 ± 28,23 ± 17,32 ± 12,63 ±9,1<

Гипотер- 36,2* 61,5* 103,9* 31,9* 38,9* 17,0*

мия 20°С ±0,65 ±5,75 ± 12,81 ±2,58 ±3,30 ±2,8<

Гипотер- 79,0... 78,7... 95,9* 96,1... 20,8*... 22,0*

мия 20° 3 ч ±5,65 ±3,18 ±7,31 ± 10,90 ±3,43 ± 1,6'.

Самосо- 104,7*... 108,9*... 102,9* 30,2* 47,3* 3,2*

гревание ±6,73 ±7,02 ±11,15 ±2,20 ±6,40 ±0,24

Адаптированная к холоду группа

Нормотер- 69,6 79,3 135,6 80,7 27,4 15,3

мия 37°С ±3,67 ± 5,97 ±7,15 ±9,04 ±2,04 ±1,3'

Гипотер- 75,9 110,4* 146,9 68,9 60,6* 31,7*

мия 30°С ± 13,20 ± 13,61 ± 14,82 ±7,39 ±5,73 ±5,7!

Гипотер- 55,2* 95,7 157,8* 75,5 63,6* 46,7*.

мия 30° 3 ч ±4,76 ±8,38 ±6,03 ±5,25 ± 6,63 ±7,6!

Гипотермия 20 С 47,2* 54,9* 65,7* 27,6* 34,4* 17,2

±6,20 ±3,78 ±7,23 ±2,49 ±3,20 ± 1,2'

Гипотер- 97,6*... 112,6*... 151,6... 34,3* 45,0*... 25,3*.

мия 20° Зч ±8,08 ±4,60 ± 13,01 ±4,32 ±3,40 ± 1,з:

Самосо- 158,8*... 137,1*... 191,2*... 145,2*... 118,9*... 48,9*.

гревание ± 18,90 ± 14,52 ± 18,64 ± 11,65 ±8,34 ±2,6:

тшотермии 20°С поддерживается на высоком уровне как у недатированных так и у адаптированных к холоду крыс. При тролонгировании же глубокой гипотермии наблюдается некото-юе понижение суммарной АОА в тканях крыс, подвергнутых 2015-кратному действию холодового стресса (исключение состав-1яют мышечные ткани).

Оказалось, что изменение активности СОД в тканях исследованных нами групп крыс при глубокой гипотермии (20°С) и :е пролонгировании имеет много сходства (табл.2): активность ГОД значительно снижается (на 26-72%) при гипотермии 20°С, а [ри ее пролонгировании - повышается в больших полушариях юзга и гипоталамусе.

Уровень активности СОД при 3 ч пролонгировании глубо-:ой гипотермии, у адаптированных к охлаждению крыс, превышал (на 11,8-65,4%) таковой у нормотермических животных. У ипотермированных (20°С) крыс контрольной группы при этом ктивность СОД нормализуется в тканях мозга и почке, а в ос-альных исследуемых органах ее активность остается сниженной а 37- 74%.

По-видимому, снижение активности СОД при глубокой ипотермии обусловлены качественными изменениями фермента: следствие усиления ПОЛ (Львова и др., 1993), продукты которо-о ингибируют СОД (Поберезкина, Осинская, 1989), с изменени-м степени агрегации субъединиц, изменением концентрации одуляторов и их способности взаимодействовать с ферментами, состоянием ББ/ЗН групп активного центра и пр. факторами.

Табл

Влияние гипотермии и самосогревании с 20° до 37°С на а ность каталазы (в мкМ НгОг/мг белка/мин) в тканях контрольной группы н перенесших 20-25-кратнос действие х<

Состояние Большие Гипо- Печень Почка Мио- Скелет-

животных полуша- та- кард ная

рия ламус мышца

Контрольная группа

Нормотер- 1,57 1,27 115,8 81,8 10,4 3,20

мия 37°С ±0,03 ±0,12 ±9,49 ±6,78 ±0,77 ± 0,43

Гипотер- 1,46 1,8* 128,6 76,9 13,2* 2,3*

мия 30°С ±0,06 ±0,12 ± 13,01 ±6,89 ±0,71 ± 0,23

Гипотер- 1,22* 1,6 95,2.. 67,5 9,0.. 1,82*

мия30°3ч ±0,15 ±0,28 ±9,38 ±9,56 ± 1,48 ±0,24

Гипотер- 1,85* 2,26* 188,2* 94,1 14,5* 2,0*

мия 20°С ±0,07 ±0,27 ±11,21 ±7,13 ± 1,01 ± 0,23

Гипотер- 1,5«»» 1,4... 74,1*... 58,7*... 10,1... 3,1...

мия20°3ч ±0,17 ±0,12 ±7,27 ±9,66 ±0,91 ±0,26

Самосо- 1,7 2,0* 139,7*.,. 95,0 10,2... 1,25*...

гревание ±0,09 ±0,14 ±7,29 ±9,10 ±0,37 ± 0,08

Адаптированная к холоду группа

Нормотер- 2,28 2,27 211,5 142,5 15,0 2,6

мия 37°С ±0,15 ±0,14 ± 15,53 ±7,27 ± 1,09 ±0,23

Гипотер- 2,5 2,7* 220,4 139,6 15,0 2,8

мия 30°С ±0,09 ±0,16 ± 16,11 ±5,88 ± 1,39 ±0,39

Гипотер- 2,6«» 1,6*.. 200,7 140,5 14,6 3,2

мия30°3ч ±0,09 ±0,19 ±2,55 ± 10,31 ± 1,12 ±0,28

Гипотер- 2,2 2,9 147,5* 40,4* 12,3* 2,7

мия 20°С ±0,15 ±0,19 ± 1,88 ± 1,99 ±0,98 ±0,15

Гипотер- 1,6*««. 1,8*... 210,4... 68,9*... 10,2*... 1,85*...

мия20°3ч ±0,05 ±0,15 ± 12,03 ±5,09 ±0,63 ±0,18

Самосо- 2,30 2,60* 248,8... 81,7*... 15,9... 1,89*...

гревание ±0,20 ±0,11 ± 16,88 ±5,47 ±0,78 ±0,16

250 п 200 150 100 50 0

-ь

- гипотермия 20 С

- гипотермия 20°С + глутатион восстановленный

- гипотермия 20°С + унитиол

II

1 - большие полушария

2 - гипоталамус

3 - печень

4 — почка

5 - миокард

6 - скелетная мышца

* - достоверные (р<0,05) изменения по сравнению с гипотермией 20°С

Рис.2. Влияние глутатиона восстановленного (I) и унитио-а (II) in vitro на активность СОД (в усл. ед./мг белка) в тканях рыс (1-6) при гипотермии 20°С у крыс, подвергнутых 20-25-ратному действию холода окружающей среды (-5°С)

Активность каталазы при глубокой гипотермии подвержена менее резким колебаниям, чем активность СОД и поддерживается в большинстве тканей на высоком уровне (табл.3). Устойчивость катализы к низким температурам была показана на лиофилизировашюм ферменте (Комой, Шмелев, 1976). Поддержание высокой активности каталазы при пшотермических состояниях играет важную биологическую роль, так как способствует разложению токсичной Н2О2, образующейся как в ходе ферментной дисмугации, так и альтернативными путями.

Выше мы отмечали, что в снижении активности СОД при кратковременной глубокой гипотермии, видимо, важную ролт играет нарушение соотношения SS/SH групп в активном центре фермента. Для проверки этого предположения мы провели серии экспериментов in vitro с добавлением восстановленного глута-тиона и унитиола в ткани крыс, адаптированных к многократны?* охлаждениям в состоянии кратковременной и пролонгирований? гипотермии 20°С (рис.2).

Обнаружено, что ни унитиол, ни глутатион восстановлен ный не влияют на активность каталазы в тканях крыс, предвари тельно адаптированных к холоду, при гипотермии 20°С разно] длительности, однако оба тиола значительно повышают актив ность СОД в состоянии кратковременной гипотермии 20°( (рис.2), но не при пролонгировании ее.

Таким образом, полученные данные в определенной мер подкрепляют наше предположение о том, что снижение at тивности СОД при глубокой гипотермии может быть связанно

:ачестве1шыми изменениями фермента, вследствие роста соот-шения БВ/ЭИ групп активного центра фермента. Это согласу-гя с данными литературы (Абдуллаев, 1982), которые свиде-1ьствуют о снижение в больших полушариях мозга при глубо-й кратковременной гипотермии 20°С содержания цистеина в 2 за и повышение уровня этого тиола при пролонгировании глу-кой гипотермии в течение 2 ч.

Нами найдено, что при последующем самосогревании ыс, перенесших только лишь гипотермию 20°С наблюдается ст суммарной АОА и снижение активности СОД в болышшет-исследованных органов и тканей, в то время как у гипотерми-ванных, предварительно подвергнутых многократным дейст-ям холода животных, - наблюдается снижение или сохранение ммарной АОА и рост активности СОД (табл. 1,2).

Снижение активности СОД при самосогревании гипотер-[рованных до 20°С крыс контрольной группы имеет место во ех тканях, кроме нервной. Интересно, что при этом активность )Д в больших полушариях мозга и гипоталамусе превышает овень таковой не только у гипотермических крыс, но и у ин-ктных животных (соответственно на 32,6 и 25,5%).

При самосогревании после перенесенной гипотермии 20°С крыс, предварительно адаптированных к холоду, наблюдается 'вышение активности СОД во всех исследованных тканях (в 5-5,3 раза).

Активность тканевой каталазы при самосогревании после убокой гипотермии (20°С) у животных обеих групп либо воз-

вращается к уровню нормотермии, либо несколько превышает его.

При гипотермии и последующем самосогревании метке прослеживаются органно-тканевых особенности в изменении отдельных компонентов антиоксидантной системы. Гак, наиболее устойчивой к действию многократного холодовогс стресса в сочетании с гипотермией и самосогреванием оказывается нервная ткань (особенно гипоталамус), в которой суммарная АОА, активность СОД и каталазы, в основном, поддерживается на уровне нормотермии или превышает его. Причиной этого, по-видимому, является большая антиокси-дантная емкость тканей мозга (Болдырев, 1995; Мжельская. Болдырев, 1997). Поддержание высокого уровня активности исследованных антиоксидантов в гипоталамусе - центре терморегуляции, имеет большой биологический смысл. В наших опытах при гипотермии в наибольшей мере снижение активности антиоксидантных компонентов обнаруживается в скелетной мышце, в которой в отличие от других исследованных тканей преобладают анаэробные процессы.

Анализ полученного нами экспериментального материала позволяет сделать следующее заключение.

Умеренная гипотермия (30°С) сопровождается ростом суммарной АОА, снижением активности СОД.

Гипотермия 30°С предварительно адаптированных животных к холоду окружающей среды (20-25-кратное действие) приводит к достоверному снижению суммарной АОА, к различному

менению активности СОД в исследованных тканях и нормали-ции каталазной активности.

Глубокая гипотермия (20°С) интактных крыс вызывает еличение суммарной ДОЛ, снижение активности СОД, рост тивности каталазы, в то время как у адаптированных к много-|атным охлаждениям животным - нормализацию суммарной ЭА понижение активности СОД.

О значительном влиянии как гипотермии, так и много-атного действия холода окружающей среды на динамику ком-1нентов антиоксидантной системы теплокровного организма идетельствуют данные, полученные при дальнейшем самосо-евании. При этом отмечен рост суммарной АОА, снижение ак-вности СОД (исключение - ткани мозга) и разнонаправленное менение каталазной активности в тканях крыс контрольной уппы, в то время как у крыс перенесших многократное охлаж-иие - суммарная АОА либо снижается (большие полушария >зга, гипоталамус, печень, почка), либо находится на уровне рмы (скелетная мышца, миокард, сыворотка крови). Значи-пьно возрастает при этом активность СОД и не однонаправлено меняется активность каталазы.

Наши результаты о глубоких изменениях антиоксидант-й системы тканей крыс, вызванных гипотермией у многократ-охлажденных крыс подтверждаются опытами in vitro. Такие тиоксиданты как глутатион восстановленный и унитиол в тка-х гипотермированных животных "защищают" лишь только ак-вность СОД.

ВЫВОДЫ

1. В начальный период гипотермии (30°С) наблюдается рост суммарной ЛОА, снижение активности СОД, разнонаправленные изменения активности каталазы в тканях крыс. При пролонгировании гипотермии 30°С, сниженная активность СОД, возрастает в больших полушариях мозга, гипоталамусе, печени, почке, скелетной мышце.

Углубление гипотермии крыс до 20°С приводит к увеличению суммарной АОА, существенному снижению активности СОД, росту активности каталазы в тканях. Длительная (3 ч) глубокая гипотермия, так же как и умеренная гипотермия, вызывает увеличение суммарной АОА и нормализацию активности СОД и каталазы.

2. Дальнейшее самосогревание крыс, перенесших гипотермию 20°С, сопровождается продолжением роста суммарной АОА (в печени, почке, скелетной мышце, миокарде и сыворотке крови), снижением активности СОД (в печени, почке, миокарде, скелетной мышце) и вариабельным изменением каталазной активности.

3. Многократное действие холодового стресса на крыс (-5°С 3ч ежедневно в течение 20 - 25 сут) вызывает повышение суммарной АОА и активности каталазы на фоне снижения активности Си, Zn-COД в разных тканях.

4. При гипотермии 30°С крыс, предварительно адаптированных к многократному действию холода, наблюдается равно-

lepnoe понижение суммарной АОЛ, рост и нормализация актив-юсти СОД в большинстве исследованных тканей.

Существенное снижение активности СОД, увеличение суммарной АОА и активности катапазы происходит у адаптиро-1анных к холодовому стрессу животных при глубокой гипотермии (20°С). При пролонгировании гипотермии 20°С у этих крыс, I отличие от неадаптированных к охлаждениям животных, ката-[азная активность тканей снижается.

5. Последующее самосогревание гипотермированных 20°С), после многократных холодовых воздействий, крыс сопро-юждаегся либо понижением (ткани мозга, печень, почка), либо >тсутствием изменений (мышечные ткани, сыворотка крови) в (инамике суммарной АОА. При этом значительно возрастает ак-ивность СОД во всех исследованных тканях и неоднозначно из-1еняется динамика каталазной активности.

6. Обнаружены органно-тканевые особенности в динамике [сследованных антиоксидантов при гипотермии. В наименьшей тепени понижается суммарная АОА и активность каталазы в канях мозга (особенно в гипоталамусе), в наибольшей степени -| скелетной мышце.

7.Эксперименты in vitro с добавлением тиолов (глутатиона постановленного и унитиола) свидетельствуют о возможной хи-шческой регуляции антиоксидантной системы при гипотермии, (обавление тиолов в ткани при глубокой гипотермии (20°С) рыс, предварительно подвергну тых 20-25-кратному действию

холодового стресса, вызывает заметное повышение активносп СОД, но не влияет на активность каталазы. При нролонгировашп глубокой гипотермии (20°С) тиолы не оказывают активирующеп влияния на исследованные ферментативные компоненты АОС.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гасангаджиева А.Г. Супероксиддисмутазная активность ткане! крыс при холодовом стрессе /Труды молодых ученных, вып.1 Махачкала: ИПЦ ДГУ, 1996. - С.88-89.

2. Гасангаджиева А.Г. Активность супероксиддисмутазы и ката лазы в тканях крыс при одно- и многократном действии холо дового стресса. - Махачкала: РОСИНФОРМРЕСУРС. Даге станский центр научно-технической информации, 1997 - 22с.

3. Гасангаджиева А.Г. Активность супероксиддисмутазы и ката лазы в тканях крыс при адаптации к холоду и при гипотермш /Сборник трудов молодых ученных. Проблемы общей биолс гии и прикладной экологии, вып.1, Саратов: Из-во СГУ, 1997. С.88-92.

4. Гасангаджиева А.Г. Интенсивности перекисного окислени липидов и состояние антиоксидантной системы при много кратном холодовом стрессе //II съезд биохимического общест ва РАН, ч. II. - Пущино, 1997. - С. 309 - 310.

5. Гасангаджиева А.Г. Суммарная антиокислительная активност тканей крыс при адаптации к многдкратдому действию холе дового стресса и при гипотермии /Сборник трудов молодых

ученых. Проблемы общей биологии и прикладной экологии, вып.2/3, Саратов: Из-во СГУ, 1998,-С. 16-18. Кличханов Н.К., Гасангаджиева А.Г., Халдун Авадх Убад, Саидов М.Б. Влияние холодового закаливания и введение да-ларгина на интенсивность процессов перекисного окисления липидов при гипотермии /Вестник ДГУ. Естес. Науки. 1997.Вып. 1.-С. 154-156.

Эмирбеков Э.З., Львова С.П., Гасангаджиева А.Г. Влияние многократного холодового стресса на интенсивность перекисного окисления липидов и антиоксидантную систему тканей //Бюлл. эксперим. биол. и мед. - 1998. - Т. 125, №4. -С.385 - 387.

Gasangadzhiueva A.G. The influence of glutathion on the activity of antioxidant enzumes during the repeated cold stress //J. Neuro-chemistry.-1998.-Vol. 71, Suppl.l.-P.S69.

Гасангаджиева А.Г. Влияние тиолов на активность суперок-сиддисмутазы и каталазы в тканях крыс, адаптированных к многократным охлаждениям, при глубокой гипотермии /Вестник ДГУ, Махачкала: Из-во ДГУ, 1998 (в печати).