Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Коррекция изменений энергетического и углеводного обмена при экспериментальном гипо- и гипертиреозе

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Хныкина, Инна Васильевна, Рязань

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. акад. И.П. Павлова.

На правах рукописи

Хныкина Инна Васильевна

УДК 616.441 -008.61/:64-085.324:638.17

КОРРЕКЦИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЫЛЬЦЫ-ОБНОЖКИ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ГИПО-И ГИПЕРТИРЕОЗЕ.

03.00.04 - биохимия

диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ доктор медицинских наук профессор В.Г.Макарова

Рязань 1999

II Обзор литературы ?

и углеводов. 8

•2. Влияние гиперфункции щитовидной железы на энергетический

обмен и метаболизм углеводов. 13

3. Компоненты адениловой системы клетки и их влияние на процессы метаболизма. ' ' 20

4. Влияние пыльцы-обножки на биохимические процессы организма

в норме и при патологии. 23

23

4.2. влияние пыльцы-обножки на функционально-метаболические процессы; 28

III. Материалы и методы. 33

венных исследованийо 39

меские, массаметрические и электрокардиографа ческие показатели у интактных крыс. 39

2. .Изменения исследуемых показателей при гипотиреозе. 41

3. Изменения исследуемых показателей у крыс с гипотиреозом ' 45 при курсовом назначении пыльцы-обножки.

4. Биохимические, массаметрические и электрокардиографические показатели у интактных крыс при моделировании

58

59 62

Изменения исследуемых показателей при эксперимент тальном шпертиреозе.

V, Обсуждение результатов исследования. 75

VL Выводы. .108

VIL Список литературы. 109

VIIL Приложение 132

I. ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность исследования. В последнее время в связи с ухудшением экологической обстановки (промышленные выбросы, авария на ЧАЭС и др.) наблюдается рост числа заболеваний щитовидной железы (Ярошенко В.И., Голубев А.Н., 1994). Гипофункция щитовидной железы встречается у 1 % населения, а у пожилых лиц число больных возрастает до 7 % (Аметов А.С.и др.,1997). В лечении гипотиреоза используются препараты тиреоидных гормонов. Однако даже при достижении нормального уровня гормонов в крови остаются метаболические изменения в тканях, (Селивоненко В.Г., 1976, Цюхно З.И.и др., 1986, Sawai У. et al.,1994) и наблюдается недостаточность железы из-за поступления экзогенного гормона (Саркисян Э.Л.,1973). Гиперфункция щитовидной железы лечится тиреостатиками, радиоактивным йодом, или оперативно. Однако каждый метод имеет свои недостатки и побочные эффекты. В связи с этим в качестве дополнения к основному лечению актуально использование препаратов, корригирующих метаболические нарушения. В качестве такого средства можно использовать пыльцу-обножку, влияние которой на метаболизм (в том числе на энергетический и углеводный обмен) установлено рядом работ (Лудянский Э.А., 1994, Стародуб Н.Ф.и др.,1994, Ильин A.M. и др., 1997, Макарова В.Г.и др., 1997,1998, Чугунова Л.Г.и др.,1997,1998).

Цель исследования. Целью настоящей работы является исследование изменений некоторых биохимических показателей энергетического обмена в эритроцитах и метаболизма углеводов в организме крыс при экспериментальной гипо- и гиперфункции щитовидной железы. Изучение эффективности применения монофлерной пыльцы (одуванчика, василька, клевера) и полифлерной пыльцы (состоящей из равных количеств пыльцы одуванчика, василька, клевера и кипрея) при экспериментальной патологии щитовидной железы, а также сравнение активности разных видов пыльцы между собой.

Задачи исследования:

1. Оценить характер изменений адениловых нуклеотидов, пируваткиназы и Na+/K+Mg2+-AT<í>-a3bi в эритроцитах при патологии щитовидной железы. Определить влияние гипо - и гипертиреоза на биохимические показатели: активность, концентрацию глюкозы и гликозилированного гемоглобина, содержание гликогена в миокарде, скелетной мышце и печени, концентрацию гемоглобина, на данные массаметрических и электрокардиографических исследований.

2. Установить характер влияния курсового назначения пыльцы -обножки различного ботанического происхождения на исследуемые параметры при гипо- и гипертиреозе.

3. Провести сравнение эффективности различной моно- и полифлерной пыльцы-обножки на показатели энергетического и углеводного обмена, а также на данные массаметрических и электрокардиографических исследований при экспериментальной патологии щитовидной железы.

Научная новизна. Впервые изучено влияние дисфункции щитовидной железы на содержание гликозилированного гемоглобина в эритроцитах, который может служить методом контроля над состоянием гликемии в течение длительного предшествующего периода. Впервые определена динамика изменения Индекса напряжения регуляторных систем у крыс (показателя, характеризующего функциональное состояние организма) при гипо- и гиперфункции щитовидной железы и на фоне введения пыльцы-обножки. Впервые оценена роль пыльцы-обножки одуванчика, василька, клевера и полифлерной в коррекции метаболических нарушений при патологии щитовидной железы. Впервые дана сравнительная характеристика влияния пыльцы-обножки различного ботанического происхождения на состояние энергетического и углеводного обмена при гипо - и гипертиреозе. Установлено, что при гипо - и гипертиреозе наибольшей эффективностью обладает пыльца одуванчика и василька.

Научно-практическая значимость. Обнаружены значительные нарушения углеводного и энергетического обмена при гипо - и гиперфункции щитовидной железы. Можно рекомендовать курсовое применение пыльцы-обножки в комплексном лечении для уменьшения обменных нарушений при данных патологиях. Результаты нашей работы свидетельствуют о целесообразности использования пыльцы одуванчика и василька при гипо - и гипертиреозе.

Апробация работы. Материалы исследования доложены на конференции по фармакологии и фармации (ПермьД997, Хабаровск, 1997), на конференции "Человек и лекарство" (Москва, 1998). По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Внедрение. Результаты нашей работы внедрены в учебный процесс и используются для проведения практических занятий по апитерапии на кафедре фармакологии с курсом фармакотерапии ФПДО и по биохимии на кафедре биологической и биоорганической химии с курсом клинической и лабораторной диагностики РГМУ им. акад. И. П. Павлова.

По ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Основным циркулирующим гормоном щитовидной железы является тироксин, содержащий 3/4 всего йода крови. Он считается прогормоном, который в тканях метаболизируется до более активной формы - Тз, а так же до биологически неактивной - реверсивного Т3.

В периферической ткани ядерные рецепторы связывают Т4 и Тз, причем сильнее связывается трийодтиронин. Установлено действие гормона на плазматическую мембрану - там обнаружены высокоаффинные участки связывания тиреоидных гормонов, не идентичные ядерным рецепторам. Основной их эффект - стимуляция транспорта аминокислот. При взаимодействии йодтиронинов с ядерными рецепторами индуцирует механизм генной транскрипции - возрастает активность РШС-полимеразы и образование ДНК, также стимулируется синтез РНК, кодирующей образование специфических белков. Различают кратковременное и долговременное влияние на митохондрий. К кратковременным эффектам относится повышение концентрации окислительных ферментов, а долговременное действие опосредовано взаимодействием с рецепторами ядра и образованием специфических м-РНК.

Наиболее чувствительны к йодтиронинам ткани печени, сердца, почек, скелетных мышц и , в меньшей степени, жировая и нервная ткань. Внутри клетки йодтиронины активируют гликолиз (преимущественно аэробный), гликогенолиз. Ряд экспериментальных исследований на

крысах с применением меченой глюкозы свидетельствует о важной роли гормонов щитовидной железы в регуляции ассимиляции глюкозы (цит. И.Н. Кендыш,1985).

Выбор эритроцитов как объекта исследования целесообразен потому, что структура их мембран отражает особенности биохимического строения и функции мембран различных тканей внутренних органов (цит. В.И.Шепотиновский, 1984, О.В. Колобаева, 1985, Е.В. Макаренко, 1990).

Направленность реакций метаболизма так же схожа у эритроцитов и дру-шх тканей и по состоянию эритроцитов можно судить об уровне функционирования клеток различных органов (И.Е.КазимироваД988).

1. Влшшшш© дефицита йедтироншшот шш обмен ВПуЮВеОТППДШ И уГЛ©Е(П)ДОВо

При гипотиреозе снижается стимулирующее действие тиреоидных гормонов на деление клеток и их дифференцировку. Сопровождающие гипотиреоз тяжелые функциональные и морфологические нарушения в немалой степени обусловлены расстройством обмена веществ. Нарушаются все виды обмена - белковый, углеводный, липидный, водно-солевой. В тканях организма понижается аэробное окисление углеводов и жирных кислот, угнетаются все энергетические процессы (цит. М.И.Балаболкин, 1989).

Важным звеном клеточного метаболизма является адениловая система, осуществляющая связь процессов выработки энергии со множеством энергопотребляющих реакций . Основным способом оценки энергетического обмена клеток организма является исследование содержания адениловых нуклеотидов - АТФ,АДФ,АМФ. Установлено, что некоторые патологические процессы приводят к снижению запасов АТФ . Так, у больных туберкулезом в эритроцитах обнаружено значительное падение уровня АТФ, суммы адениловых нуклеотидов, величины относительной концентрации АТФ (Н.Е.Казимирова,1988), у детей, больных ревматизмом (Ж.Ж. Раппопорт и др., 1979), больных сальмонеллезом (A.A. Пози-на,1988), при тяжелых формах менингококковой инфекции (В.А. Мартынов и др., 1997) в эритроцитах происходит падение АТФ. Подобные изменения наблюдаются и при патологии щитовидной железы. При экспериментальном гипотиреозе у крыс обнаружено достоверное снижение АТФ и повышение АДФ, понижение коэффициента АТФ/АДФ и падение обще-

го пула нуклеотидов в головном мозге. В печени имелась такая же тенденция (Н„Е. Глушакова и др. Д976). У больных гипотиреозом детей наблюдались подобные изменения. В эритроцитах достоверно снижался АТФ, падал коэффициент АТФ/АДФ, повышался АДФ и АМФ (ВХ.НиколаеваД976).

Гипотиреоз обуславливает значительные изменения углеводного обмена. Установлено, что при гипотиреозе активность гексокиназы в печени и жировой ткани снижается. Активность гексокиназы печени меньше зависит от иодтиронинов (И.Н.Кендыш, 1985). Л.Е.Панин (1983) убедительно показал, что в печени, почках, эритроцитах, головном мозге, миокарде и скелетной мышце основным фактором ограничения скорости гликолиза является гексокиназная реакция. Таким образом, при гипотиреозе наблюдается уменьшение скорости реакции лимитирующего фермента гликолиза, понижается активность субстратных циклов гликолити-ческого пути, в особенности, цикла глкжокиназа - глгокозо-6-фосфатаза ( Кендыш И.Н.,1985). Было установлено, что в печеночных клетках шпо-тиреоидных крыс был значительно понижен малат-аспартатный челночный цикл. (Gregory R.B. et а1.Д995). Тиреоидные гормоны модулируют содержание транспортеров глюкозы путем регуляции их синтеза (Castello A. et ahД 994), что при недостатке йодтиронинов приводит к снижению активности транспортеров. При гипотиреозе так же уменьшается в 2 раза обмен между глюкозо-6-фосфатом и глюкозой (Gregory R.B. et ah, 1996).

Данной патологии свойственны гипогликемия натощак, снижение скорости утилизации и рециклирования глюкозы в цикле Кори и глкжозо-аланиновом цикле, и повышение отношения инсулин/глкжагон. Скорость утилизации глюкозы может быть уменьшена в 2,5 раза. Транспорт, фос-форилирование и метаболизм глюкозы при гипотиреозе в базальных условиях практически не изменяется, но действие инсулина на эти процессы значительно уменьшается, особенно в мышечной ткани, (цит. Кен-

дыш ИШ.Д985). Эксперименты на животных показали, что гипотиреоз связан с увеличением сродства инсулинового рецептора и усилением активности инсулинкиназы в адипоцитах крыс. (Matthaei S. et а1.Д995).При гипотиреозе у крыс найдено понижение чувствительности к инсулину { S.U. Davaskar et al.,1982,G. Vales et al.,1986, M. Nischlzumi, Y. Hi-gaki,1995, S. Qfaguni et al.,1995). У больных гипотиреозом отмечена шпе-ринсулинемия ( Л.В. Бородина,1982, М.И.Косовский и др.,1992, S. Qhuni et al.,1995). Клинические наблюдения показали, что недостаток тиреоид-ных гормонов приводит к инсулинорезистентности. Так, G. Vales и др. (1986) выявили понижение толерантности к глюкозе у 11% больных. Похожие данные получены М.И.Косовским и др. (1992) и в экспериментах на животных (S.U. Davaskar et al., 1982). В то же время JE.Д. Рыжак и др. (1979) получили данные как о повышении, так и понижении толерантности к глюкозе у больных гипотиреозом. А в экспериментах на жировой и мышечной тканях гипотиреоидных крыс было показано, что другие эффекты инсулина (антилиполитический и способность активировать гли-■ когенсинтазу) остаются на нормальном уровне. Таким образом, оказывается, что резистентность к инсулину обусловлена понижением активности ряда ферментов метаболизма глюкозы. В этих условиях для поддержания гомеостаза глюкозы требуется дополнительное количество инсулина. При углеводной нагрузке у некоторых из них система гомеостаза глюкозы не может обеспечить необходимую интенсивность утилизации глюкозы. В то же время при углеводной нагрузке (тест толерантности к глюкозе) получены противоречивые данные . Ряд ученых (В.М. Арутюнян, 1979) и в отдельных случаях Е.Д. Рыжак(1979) находили нарушения толерантности глюкозы в виде шпогликемических кривых. А вот другие работы устанавливают запаздывание утилизации глюкозы и гипергликемию через час после нагрузки (Е.Д. Рыжак, 1979 , Davaskar S.U. et al., 1982,Vales G. et al.,1986, М.И.Косовский ,1992).Таким образом, единых данных о утилизации глюкозы в период нагрузки в литературе нет. Уровень гликемии

чрезвычайно лабилен в силу действия на него многих факторов : алиментарного, физического, гормонального. Кроме того, однократные определения глюкозы в крови лабораторными методами характеризуют состояние обмена углеводов в момент взятия анализа и не может претендовать на окончательную оценку. Важную роль в оценке метаболизма углеводов за длительный период времени играет гликозилированный гемоглобин. Поскольку процесс гликозилирования протекает необратимо, длительно и зависит лишь от уровня концентрации глюкозы, то гемоглобин гликозилированный считают специфическим и достоверным показателем шике-мического статуса. Более того, в связи с тем, что временные значительные колебания уровня глюкозы оказывают влияние на концентрацию гемоглобина гликозилированного, то он является интегральным индексом гликемии, а его определение - методом мониторного контроля за содержанием глюкозы в крови за предшествующий период(В.А.Галенок и др., 1989). Это позволяет выявить скрыто протекающую декомпенсацию, не обнаруживаемую единичными определениями глюкозы.

Установлено, что при гипотиреозе в печени понижается глюконео-генез. Ведь введение тироксина крысам в эксперименте усиливает глгоко-неогенез и восстанавливает гликемию (И.П.Кендыш, 1985). In vitro найдено, что йодтиронины регулируют новообразование глюкозы путем прямого взаимодействия с печеночной тканью. Они стимулируют потребление аминокислот и синтез глюкозы из аланина и лактата и повышают АТФ в митохондриях и цитозоле, при этом ц-АМФ не изменяется. Гормоны не влияют на активность ключевых ферментов глкжонеогенеза. Очевидно, что усиление синтеза глюкозы реализуется путем повышения внутриклеточного накопления аминокислот, синтеза АТФ в митохондриях и переноса ее в цитозоль. Соответственно, при недостатке йодтирони-нов эти процессы снижаются. О снижении активности глюконеогенеза в печени свидетельствует также и уменьшение рециклирования глюкозы в глюкозо-аланиновом цикле и цикле Кори (цит. И.П.Кендыш, 1985). Кроме

того, установлено, что фруктоза-бисфосфатаза ингибируется АМФ (А. Ленинджер, 1974). А при гипотиреозе установлено повышение содержание АМФ на фоне снижения АТФ в эритроцитах (В.Г.Николаева, 1976).

У больных гипотиреозом в сыворотке крови повышается общая активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ), изоэнзимов ЛДГ4 ,ЛДГ5 ,малатдешдрогеназы1 (МДГ), снижается ЛДГ2 и наблюдается тенденция к уменьшению МДГ3(Селивоненко ВТ., 1976). Имеются данные и об изменении других ферментов при гипотиреозе. Так, отмечается понижение концентрации щелочной фосфатазы в сыворотке крови. Так же отмечается повышение концентрации креатинфосфокиназы в крови (цит. Балабол-кин М.И.,1989).

В клетках шпотиреодных крыс ( по сравнению с контролем) приблизительно на 50% снизилось клеточное потребление кислорода, что объясняется понижением уровня митохондриального протонного потока и уменьшением на 50% внемитохондриальнош потребления кислорода (Harper М.Е. et al.,1993).

В эритроцитах различают общую Na+/K+Mg2+- АТФ-азную активность и активность отдельных АТФ-аз. Считают, Mg - АТФ-аза связана с гликолизом - основным источником энергии в эритроцитах (Зимницкая В.К.,1976, Иванов Н.Р.,Рубин В.И.,1984, Гармаш В.Я. и сотр.,1989) и является о�