Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

Personal portfolio

Vysokogorskiy V.E.
В настоящее время накоплен обширный экспериментальный и клинический материал, свидетельствующий о важной роли нарушений свободно - радикальных процессов в возникновении и развитии различных патологических состояний [1]. Классическим примером экспериментальной модели свободнорадикальной патологии является аллоксановый сахарный диабет [2]. Метаболизм этанола также сопровождается генерацией свободных радикалов, мишенью которых становятся, в первую очередь, мембраны митохондрий в результате подавления окислительного фосфорилирования, разобщения окисления и фосфорилирования, деэнергизации митохондриального матрикса [3,4]. С другой стороны, существуют литературные данные о способности этанола оказывать антиоксидантное действие за счет нейтрализации ОН-радикалов и практика использования алкоголя для профилактики реперфузионных поражений сердца и повреждающего действия ионизирующей радиации [4,5]. Однако основной метаболит этанола - ацетальдегид обладает выраженной способностью вступать в ковалентное взаимодействие с амино- и сульфгидрильными группами белков, образуя т.н. основания Шиффа и нарушая функционирование этих белков [4]. Поскольку внутренняя мембрана митохондрий содержит большое количество (до 75% от общего содержания) белков, то считается, что они, а не липиды, являются одной из первичных мишеней АФК в митохондриях [6]. Показано, что тиоловые группы мембранных белков подвержены сильному окислению в условиях окислительного стресса в митохондриях [7]. В связи с чем, не решен вопрос о возможном повреждении митохондрий при употреблении алкоголя на фоне имеющегося окислительного стресса с целью получения антиоксидантного эффекта.

Результаты исследований, проведенных в нашей лаборатории с использованием хемилюминесцентного анализа, позволили выявить некоторые особенности свободно-радикальных процессов в митохондриях при алкоголизации на фоне окислительного стресса, сопровождающего течение сахарного диабета.

Материалы и методы.

Эксперимент выполнен на 40 самцах белых беспородных крыс. Сахарный диабет моделировали интраперитонеальным введением аллоксана (160мг/кг). Через 2 недели отбирали животных, имевших стойкую гипергликемию выше 11,1 ммоль/л, без кетонурии. Алкогольную интоксикацию вызывали однократным интраперитонеальным введением 25% этанола в дозе 2г/кг после кормления. Животные были разделены на 4 группы: 1 группа - крысы, получавшие инъекци 0,9% раствора NaCl (группа контроля - К), 2 группа - крысы с алкогольной интоксикацией (А), 3 группа - животные с сахарным диабетом (СД), которым также вводился 0,9% раствор NaCl вместо алкоголя, 4 группа - животные с алкогольной интоксикацией на фоне сахарного диабета (СДА). Через сутки после введения алкоголя животных декапитировали под общим эфирным наркозом. Митохондрии печени выделяли методом дифференциального центрифугирования. Исследовали Fe2+ - индуцированную хемилюминесценцию (ХЛ) по Ю.А.Владимирову [1974] c использованием хемилюминометра ХЛМ1Ц01. Оценивали светосумму ХЛ за 1,5 мин (S), латентный период от момента введения ионов железа до начала медленной вспышки (r), амплитуду быстрой вспышки (h), амплитуду медленной вспышки (H) и тангенс угла наклона медленной вспышки (tgα). Кинетику хемилюминесценции обрабатывали с помощью компьютерной системы Counter-2004. Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета программ SPSS 11.5 и StatSoft Statistica 6.0. Использовали непараметрический критерий Манна-Уитни (U), нормальность распределения проверяли по критерию Шапиро-Уилкса.

Результаты исследований.

В миохондриях печени крыс с алкогольной интоксикацией без сахарного диабета наблюдалась активация свободно-радикальных процессов наряду с мобилизацией антиоксидантных резервов. Показатель h, характеризующий содержание гидроперекисей в препарате был выше по сравнению со всеми группами: К - в 2 раза (р=0,01), СД - на 25,4% (р=0,049), СДА - на 45,2% (р=0,034). Величина светосуммы, показывающая способность субстратов к развитию цепных процессов окисления, также была максимальна: по сравнению с К на 22,9% (р=0,049), СД - на 35,4% (р=0,001), СДА - на 40,4% (р=0,001). Скорость окисления в зависимости от содержания прооксидантов (tgα) выше на 50,8% (р=0,005), 31,4% (р=0,005) и 72,7% (р=0,001) соответственно. Интенсивность хемилюминесценции (величина Н), косвенно указывающая на содержание субстратов, способных к переокислению, достоверно различалась только по сравнению с животными, стадающими сахарным диабетом: выше СД на 27,8% (р= 0,001), СДА - на 37,6% (р=0,001). Вероятно, это связано с истощением субстратов окисления у больных крыс, либо привлечением их в печень под действием алкоголя у относительно здоровых животных. А показатель r, выражающий скорость окисления в зависимости от содержания антиоксидантов (антиоксидантные резервы), у обеих групп алкоголизированных животных оказался также выше. Для группы А на 45,1% по сравнению с К (р=0,021) и на 17,6% по отношению к СД (р=0,034).

Группа СД отличалась от А меньшим количеством гидроперекисей, меньшей интенсивностью цепных процессов переокисления, меньшим запасом субстратов окисления и меньшим содержанием как прооксидантов, так и антиоксидантов в митохондриях печени. Однако по сравнению с контролем, животные, больные сахарным диабетом без алкогольной интоксикации, не имели достоверных различий в содержании про- и антиоксидантов, а также субстратов окисления, а S хемилюминесценции была ниже контрольной группы на 20,7% (р=0,034). Возможно, в митохондриях печени крыс с аллоксановым сахарным диабетом развиваются компенсаторные процессы, но повышена генерация супероксидного аниона и, соответственно, Н2О2, т.к. показатель h все же выше уровня контроля на 52,1% (р=0,026).

Введение алкоголя на фоне сахарного диабета не привело к увеличению гидроперекисей как в группе А, более того, показатель h имел тенденцию к снижению, по сравнению с группой СД. Величина светосуммы на 26,8% (р=0,013) и амплитуда медленной вспышки на 25,2% (р=0,006) ниже группы контрольных животных. Снижена скорость окисления, зависящая от содержания прооксидантов, по сравнению со всеми группами: К на 58,8% (р=0,019), СД - на 60,2% (р=0,023), А - на 72,7% (р=0,001). А латентный период, наоборот, больше, чем в группе контроля и у крыс с сахарным диабетом без алкогольной интоксикации: на 45,1% (р=0,034) и 17,6% (р=0,041) соответственно, но не длиннее, чем у крыс группы А. Таким образом, через сутки после введения алкоголя на фоне сахарного диабета мы наблюдали отчетливое снижение интенсивности свободно-радикального окисления в митохондриях крыс. Однако это может быть свидетельством истощения как антиоксидантов, так и прооксидантов.

Основной путь превращения этанола в ацетальдегид с участием алкогольдегидрогеназы требует наличия достаточного количества акцептора водорода НАД+. При сахарном диабете повышенный липолиз и окисление ВЖК в β-цикле производит избыток протонов, связывающихся с коферментом НАД+. В результате направление реакции этанол↔ацетальдегид смещается влево, т.е. окисление этанола замедляется (увеличение латентного периода). Этанол, обладая мембранотропным действием, оказывает прямое токсическое действие на митохондрии, так как взаимодействует с длинноцепочечными жирными кислотами мембран, образуя эфиры жирных кислот, которые поступают в митохондрии, деэтерифицируются, угнетают тканевое дыхание, разобщают окисление и фосфорилирование, активируют ПОЛ [4]. Липиды митохондриальных мембран буквально «сгорают», что отражается уменьшением амплитуды медленной вспышки и показателя светосуммы через сутки от момента введения алкоголя. Снижение рН за счет увеличения пула свободных жирных кислот в митохондриях способствует протеканию реакции Фентона, т. е. гидроперекиси, накопившиеся в ходе ПОЛ, подвергаются неферментативному распаду с образованием ОН-радикалов (уменьшение амплитуды h), а гидроксильный радикал, возможно, действительно захватывается молекулой этанола, что препятствует увеличению прооксидантов (tgα). Как показано ранее, при повреждении тканей наблюдается свечение, которое снижено у тканей, потерявших жизнеспособность. В ходе посмертных изменений ослабляется медленная вспышка и увеличивается латентный период [8]. Учитывая роль свободных радикалов в физиологических процессах [9], снижение показателей ХЛ ниже уровня контрольных является неблагоприятным фактором, позволяющим определить наблюдавшиеся изменения как снижение жизнеспособности митохондрий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. http://en.wikipedia.org/wiki/Free-radical%20theory
  2. Szudelski T. The mechanism of alloxan and streptozotocin action in B-cells of the rat pancreas//Physiol.Res., 2001.-50.- P.536-546
  3. Defeng Wu., Cederbaum A.I. Alcohol, oxidative stress, and free radical damage//Alcohol Research&Health.- 2003
  4. http://www.nrca.ru/
  5. Ewing D., Walton H.L. Do.OH scavenger secondary radicals protect by competing with oxygen for cellular target sites?//Radiat.Res.- 1991.-V.128, №1.- P.29-36
  6. Kowaltowski A.J., Vercesi A.E. Mitochondrial Damage Induced by Conditions of Oxidative Stress //Free Radical Biology & Medicine. 1999. V. 26. P. 463-471
  7. Kowaltowski A.J., Castilho R.F., Bechara E.J.H., Vercesi A.E. Effect of Inorganic Phosphate  Concentration on the Nature of Inner Mitochondrial Membrane Alteration Induced by Ca2+ Ions: a Proposed Model for Phosphate-Stimulated Lipid Peroxidation //J. Biol. Chem. 1996. V. 271. P. 2929-2934.
  8. Тафельштейн Э.Е., Козлов Ю.П., Владимиров Ю.А. Хемилюминесценция, сопряженная с образованием липидных перекисей в биологических мембранах III//Биофизика.-1970.-Т.XV,вып.3.- 488-491.
  9. Дубинина Е.Е. Роль активных форм кислорода в качестве сигнальных молекул в метаболизме тканей при состояниях окислительного стресса//Вопросы медицинской химии.- 2001.- Т.47,№6.- 561-581.