Размещено на http://www.allbest.ru/

МIНIСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНIВЕРСИТЕТ

УДК 577.12: 616 - 055.6 - 092.9: 612.014.482.4

14.03.04 - патологічна фізіологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

МЕХАНІЗМИ ПОРУШЕННЯ МЕТАБОЛIЗМУ КРЕАТИНУ У ЩУРЯТ, НАРОДЖЕНИХ ВIД ОПРОМIНЕНИХ ТВАРИН

Степанов Геннадій Федорович

Одеса - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському державному медичному університеті МОЗ України.

доктор медичних наук, заслужений працівник освіти України, професор Соколовський Валентин Степанович, Одеський державний медичний університет МОЗ України, завідувач кафедри спортивної медицини та валеології.

доктор медичних наук, професор Кришталь Микола Васильович, Національний медичний університет ім. О.О. Богомольця, професор кафедри патологічної фізіології.

Провідна установа Донецький державний медичний університет МОЗ України, кафедра патологічної фізіології, м. Донецьк.

Захист відбудеться "22" червня 2005 р. о 11.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.600.01 при Одеському державному медичному університеті МОЗ України (65026, м. Одеса, пров. Валіховський, 2).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеського державного медичного університету МОЗ України (65026, м. Одеса, пров. Валіховський, 3).

Автореферат розісланий "18 " травня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.мед.н., доцент В.В. Годован

Анотації

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 14.03.04 - патологическая физиология.- Одесский государственный медицинский университет МОЗ Украины, Одесса, 2005.

Диссертация посвящена изучению механизмов нарушения метаболизма креатина у потомков животных, которые подвергли тотальному гамма-облучению в дозах 0,5, 1,0, 3,0 Гр. На основании определения содержания креатина, креатинина, аргинина, глицина, гуанидинацетата, активности гуанидинацетат-N-метилтрансферазы, креатинфосфокиназы и ее изоферментного спектра в почках, печени, скелетной, сердечной мышцах, крови и моче животных доказано, что креатинобразующая система 1-месячных интактных крысят характеризуется низким содержанием аминокислот-предшественников креатина в печени, почках и большим накоплением их в крови и моче сравнительно с половозрелыми животными. В мышцах крысят на треть меньше содержится креатина, но экскретируется его в 2,5 раза больше, а содержание креатинина на четверть ниже в мышцах, в крови и моче крысят его в трое меньше чем у половозрелых животных. Общая активность креатинфосфокиназы в мышцах крысят снижена за счет доминирующих изоферментов и митохондриальной формы, а в крови активность фермента вдвое больше чем у половозрелых животных.

Через 1 сутки после облучения половозрелых животных в дозе 0,5 Гр не происходит существенных нарушений синтеза креатина, его метаболизма и содержание адениловых нуклеотидов в мышцах. Увеличение дозы облучения в два раза усиливает накопление креатинина в мышцах, увеличивает содержание менее фосфорилированных форм адениловых нуклеотидов АДФ и АМФ в скелетной и сердечной мышцах. Активность креатинфосфокиназы в скелетной мышце снижается за счет доминирующей КК-ММ изоформы, а в крови на 30% усиливается активность сердечного изофермента КК-МВ. Облучение половозрелых животных в дозе 3,0 Гр снижает содержание аргинина, глицина и гуанидинацетата в печени и почках, ослабляет метилирование гуанидинацетата, в результате чего в тканях снижается содержание креатина и креатинина, наблюдается гипераминоацидемия, гипераминоацидурия, гиперкреатинемия и креатинурия, в крови и моче падает содержание креатинина. В мышцах снижается пул адениловых нуклеотидов и активность креатинфосфокиназы за счет КК-ММ и митохондриальной форм. У потомков животных, облученных в дозе 0,5 Гр, существенно не нарушена креатинобразующая система, а гиперферментемия происходит в основном за счет увеличения изофермента КК-МВ. Увеличения дозы облучения животных до 1,0 Гр и 3,0 Гр приводит к постепенному снижению содержания предшественников синтеза креатина, самого креатина и креатинина в тканях потомков, накопление их в крови и моче. В мышцах увеличивается содержание менее фосфорилированых адениловых нуклеотидов, гиперферментемия происходит в следствии активации КК-ММ и особенно КК-МВ изоферментов.

Через 1 час после физической нагрузки в мышцах интактных крысят накапливается креатинин, а в крови и моче креатин и креатинин. Активация креатинфосфокиназы в мышцах за счет доминирующей изоформы КК-ММ сопровождается разнонаправленными изменениями содержания АТФ, АДФ и гиперферментемиею. В крысят, рожденных от облученных в разных дозах животных, прогрессивно снижается радиорезистентность и физическая работоспособность. Механизм снижения физической работоспособности потомков облученных животных заключается в том, что с увеличением дозы облучения родителей, аминокислоты менее используются для синтеза креатина, а накапливаются в крови и выводятся с организма, ослабляется метилирование гуанидинацетата, в следствии чего падает содержание креатина, креатинина и активность креатинфосфокиназы в мышцах, снижается транспорт макроэргов на фоне резкого уменьшения пула адениловых нуклеотидов за счет АТФ, АДФ и накопления АМФ. В крови потомков облученных в разных дозах животных в сравнении с интактными крысятами после физической нагрузки наблюдается постепенное, в зависимости от дозы облучения родителей, повышение общей активности креатинфосфокиназы как за счет КК-ММ, так и, особенно, за счет КК-МВ изоферментов, прогрессивно уменьшается содержание креатинина в крови и его экскреция с мочой, что может быть использовано для оценки физической работоспособности и функционирования креатиновой системы.

Ключевые слова: г-облучение, животные, потомки, креатин, мышцы.

Stepanov G. Ph. Mechanisms of the disturbance of creatine metabolism in the posterity of the irradiated rats.- Manuscript.

Dissertation on completion of a scientific degree of the kandidate of medical sciences on a speciality 14.03.04 - pathological physiology.- Odessa State Medical University of the Health Ministry of Ukraine, Odessa, 2005.

The dissertation is dedicated to study mechanisms of the creatine metabolism in the posterity of the rats, which were under the total г-irradiation in the 0,5; 1,0 and 3,0 Gr. On the base of the determination of the creatine, creatinine, arginine, glycine, glicociamine, activity of the guanidine acetate-N-methyl-transferase, creatine phosphorylase and its' isoenzymatic spectrum in animal kidney, liver, sceletal and heard muscles in the blood and urine was proved, that functionally creatine-kinase system of 1-mouth-aged intact rats is considerably weaker than the same system of adult rats.

Creatine productive system in the posterity of the irradiated in 0,5 Gr rats wasn't materially changed. Increasing of the irradiation' dose for parents till 1,0 Gr and 3,0 Gr causes gradual decreasing the content of the precursors of creatine synthesis, creatine itself and creatinine in the posterity' tissues accumulation of them in the blood and urine. It leads accumulation of the low-phosphorylated adenyle nucleotides in the muscle, hyperfermentemia takes place because of the activation of CC-MB and isoenzymes of it especially.

Mechanisms of the decreasing of the capacity for physical work of the irradiated rats' posterity are due to increasing of the irradiation dose for parents in the comparison with intact posterity after physical loading amino acids less can be used for the synthesis of creatine, but they are accumulated in the blood and excreted from the organism, methylation of guanidine acetate is weak and as a result decreasing of creatine and creatinine content and activity of creatine phosphokinase in muscles on the background of the sharp diminution of the adenyle nucleotides pule at the expense of ATP and ADP and accumulation of AMP can be obtained.

Key words: г-irradiation, animals, posterity, creatine, muscles.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми У зв'язку з аварією на ЧАЕС значні контингенти населення різного віку перебувають на радіаційно забруднених територіях (Сердюк А.М., 1997; Бобильова О.О., 1998; Омельчук С.Т., 2000). Найбільш важливою є проблема впливу малих доз опромінення на стан здоров'я людини (Владимиров В.Г., 1989). Постійно зростає захворюваність серед мешканців цих районів та ліквідаторів аварії на ЧАЕС (Мищенко А.Н. и соавт., 1996). Перебіг захворювань відбувається на тлі гематологічних, імунологічних, біохімічних порушень і зміни в організмі розцінюються як єдиний дезадаптаційний синдром (Ткачишин В.С., 1997; Коваленко А.Н., 1998), що сприяє дестабілізації функціональних систем, розвитку донозологічних станів з переходом у подальшому до клінічної патології (Бебешко В.Г. и соавт., 1991). Існують причинно-наслідкові зв'язки між ранніми та віддаленими радіобіологічними ефектами (Коренєв М.М. та співавт., 1996; Бакай Т.С. и соавт., 1998).

В Україні виростає покоління, народжене людьми, що отримали певні дози іонізуючої радіації, і аналіз захворюваності серед цих дітей свідчить про посилення тиску мутагенного фактора (Воробцова И.Е., 1993; Жиленко М.И., Федорова М.В., 1999; Савцова З.Д. та співавт., 2000). Тому особливої уваги потребують наслідки дії радіації на фізіологічну повноцінність нащадків (Лукьянова и соавт., 1991; Петрушкина Н.П., 1997; Діхтярук І.І., 1997). У опромінених осіб та їх нащадків значно знижується фізична працездатність (Антипкін Ю.Г. та співавт., 2000), однак залишаються нез'ясованими механізми порушення функціонування м'язової системи у нащадків опромінених батьків, її радіорезистентність.

Незважаючи на певну радіорезистентність м'язової тканини, в ній порушується біоенергетика, що безпосередньо впливає на скорочувальну спроможність м'язів (Мардашко О.О., 1997). Одним з унікальних шляхів субстратного фосфорилювання, утворення та резервування макроергів у м'язах є метаболізм креатину (КР) (Губський Ю.І., 2000). Починається його синтез із аргініну та гліцину з утворенням гуанідиноцту у нирках, метилування гуанідиноцту за участю гуанідиноцет-S-аденозилметионінметилтрансферази (ГУОМТ) і утворення креатину відбувається у печінці, а накопичується креатин, майже повністю, у м'язах, де відбувається його оборотнє перетворення у креатинфосфат під впливом креатинфосфокінази (КК) (Назаренко Г.И., Кишкун А.А., 2000). Враховуючи особливості ізоферментного спектру КК серця та скелетних м'язів, роль КР у біоенергетиці цих тканин і забезпеченні працездатності організму, актуальним є дослідження етапів утворення та метаболізму КР і з'ясування механізмів порушення працездатності у нащадків тварин, опромінених у різних дозах, що дозволить розробити патогенетично обґрунтовані шляхи реабілітації дітей, які народилися і мешкають на радіаційно забруднених територіях.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно плану науково-дослідних робіт Одеського державного медичного університету і є фрагментом комплексної програми МОЗ України "Вивчення порушень систем гомеостазу у дорослих та дітей, що зазнали впливу факторів аварії на ЧАЕС, та їх корекція з метою підвищення резистентності організму" (№ держреєстрації 0198U005241). Дисертант є співвиконавцем теми.

Мета дослідження. Основною метою дослідження є розкриття патогенетичних механізмів порушення метаболізму креатину у щурят, народжених від опромінених тварин. Відповідно до загальної мети були сформульовані наступні задачі дослідження:

1. Визначити вiдмiнностi в обмiнi креатину у статевозрiлих щурiв та iнтактних щурят;

2. Виявити змiни метаболiзму креатину у статевозрілих тварин, опромінених у різних дозах;

3. Визначити порушення метаболiзму креатину у щурят, народжених вiд опромiнених у різних дозах тварин;

4. Дослідити фізичну працездатність нащадків тварин, опромінених у різних дозах;

Об'єкт дослідження: постпроменеві порушення метаболізму у тварин та їх нащадків.

Предмет дослідження: патогенетичні порушення метаболізму креатину і аденілових нуклеотидів у щурят, народжених від тварин, опромінених у різних дозах.

Методи дослідження: патофізіологічні, біохімічні, статистичні.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше із застосуванням хроматографічних, спектрофотометричних та імунологічних методів досліджено механізми біосинтезу креатину у нирках, печінці, та його обміну у м'язах та крові експериментальних тварин, показана відмінність метаболізму креатину у статевозрілих та інфантильних тварин. Виявлено вплив різних доз іонізуючого випромінювання на метаболізм креатину у тканинах статевозрілих тварин та у нащадків опромінених тварин, доведена висока радіочутливість креатинкіназної системи щурят, народжених від опромінених тварин, та зниження їх фізичної працездатності. Показано, що порушення функціонування креатинкіназної системи відбувається внаслідок зменшення вмісту амінокислот-попередників креатину у тканинах та посилення їх екскреції з сечею, послаблення метилування гуанидиноцту, порушення ізоферментного спектру креатинкінази, зменшення пулу аденілових нуклеотидів.

Практичне значення одержаних результатів. При вивченні механізмів постпроменевого порушення обміну креатину досліджено функціонування однієї з ланок субстратного фосфорилювання у різних видах м'язової тканини як у опромінених статевозрілих тварин, так і у їх нащадків, що є однією з причин зниження радіорезистетності та фізичної працездатності нащадків. Отримані результати патогенетично обгрунтовують один із шляхів реабілітації осіб, що зазнали радіаційного впливу, та їх нащадків. Знайдено зв'язок між зміною показників креатинкіназної системи у м'язах та у крові експериментальних тварин, що може бути використано як критерій для оцінки ступеня променевого ураження м'язової системи та радіорезистентності і фізичної працездатності організму. Матеріали дисертації впроваджені в навчальний процес на кафедрі патологічної фізіології Одеського державного медичного університету та Одеського клінічного санаторію ім. В.П. Чкалова МОЗ України.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем особисто виконано інформаційний пошук, визначено мету та задачі дослідження, методичні підходи, відпрацьовано моделі, відповідно до яких особисто проведені експериментальні дослідження, здійснений аналіз, систематизація і статистична обробка одержаних результатів. На основі отриманих даних розроблені основні положення дисертації, обгрунтовані наукові висновки.

Апробація результатів дисертації. Результати дослідження дисертаційної роботи було оприлюднено на III Конгресі патофізіологів України (Одеса, 2000), VIII Конгресі Світової федерації українських лікарських товариств (Львів, 2000), наукових конференціях молодих вчених Одеського медичного університету (Одесса, 2000, 2001), VIII Українському біохімічному з'їзді (Чернівці, 2002), Науково-практичній конференції з медичних наслідків аварії на ЧАЕС "Експериментальна радіобіологія" (Київ, 2002).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковано у 10 наукових роботах, з яких 6 у фахових наукових журналах ВАК України та 4 тези у збірниках національних та міжнародних конференцій.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація викладена на 145 сторінках машинописного тексту і складається з вступу, огляду літератури, матеріалів і методів дослідження, 3 розділів власних досліджень, обговорення отриманих результатів, висновків і списку використаної літератури, що містить 223 джерела вітчизняних та російськомовних авторів і 35 іноземних авторів. Робота містить 39 таблиць і 15 рисунків.

Основний зміст роботи

Матеріали та методи досліджень. Дослідження були проведені на 120 статевозрілих щурах масою 180-220 г та 210 1-місячних щурятах масою 38-42 г.

Для проведення експерименту статевозрілі щурі були піддані тотальному одноразовому гама-опроміненню 60Со вранці натщесерце на установці для телегаматерапії "Агат", відстань до джерела поглинання 75 см, потужність дози 0,54 Гр/хв, поглинута доза 0,5 Гр; 1,0 Гр; 3,0 Гр. Дозиметричний контроль проводився дозиметричною службою Одеського обласного онкологічного диспансеру, на базі якого здійснювалося опромінення тварин.

Було створено 12 експериментальних груп:

1. Статевозрілі тварини: а) інтактні; б) опромінені у дозі 0,5 Гр; в) опромінені у дозі 1,0 Гр; г) опромінені у дозі 3,0 Гр.

2. 1-місячні щурята: а) народжені від інтактних тварин; б) народжені від тварин, опромінених у дозі 0,5 Гр; в) народжені від тварин, опромінених у дозі 1,0 Гр; г) народжені від тварин, опромінених у дозі 3,0 Гр.

3. 1-місячні щурята, яких піддали фізичному навантаженню: а) народжені від інтактних тварин; б) народжені від тварин, опромінених у дозі 0,5 Гр; в) народжені від тварин, опромінених у дозі 1,0 Гр; г) народжені від тварин, опромінених у дозі 3,0 Гр.

Дослідження метаболізму КР здійснювали шляхом виявлення вмісту КР та креатиніну у печінці, скелетному і серцевому м'язах, крові, сечі за допомогою набору реактивів АТ "РЕАГЕНТ" (м. Дніпропетровськ), амінокислот, що є попередниками у синтезі КР (аргініну, гліцину) у нирках, печінці, крові та сечі і глікоциаміну у нирках, печінці, крові визначали хроматографічним методом на папері (Меньшиков В.В., 1987). Активність ГУОМТ у печінці виявляли по кількості утвореного креатину (Меньшиков В.В., 1987), активність КК у скелетному, серцевому м'язах і крові визначали по початковій швидкості оборотньої реакції АДФ + КрФ -АТФ + креатин (Прохорова М.И., 1982) та вміст білку визначали спектрофотометрично біуретовим методом (Кочетов Г.А.,1971). Активність ізоферментів КК визначали аналогічно визначенню загальної каталітичної активності КК, але в присутності антитіл до ізоферментних субодиниць КК-М. Вміст аденозинтрифосфату (АТФ) визначали за методом Beutler Е., 1975, вміст аденозиндіфосфату (АДФ) і аденозинмонофосфату (АМФ) у скелетному і серцевому м'язах визначали в одній пробі за допомогою сполучених реакцій (Jaworek D., Gruber W., Bergmeyer H.V.,1974). Отримані результати піддавали статистичній обробці з використанням комп'ютерних програм (Лапач С.Н. и соавт., 2000).

Результати досліджень та їх обговорення. Через 1 добу після тотального гама-опромінення статевозрілих щурів у дозі 0,5 Гр спостерігається незначне підвищення вмісту амінокислот-попередників КР у печінці та нирках і тенденція до зниження їх у крові та сечі тварин. Підвищення дози опромінення у 2 рази призводить до протилежних тенденцій. Це деяке зниження вмісту амінокислот у печінці та нирках та незначне підвищення їх концентрації у крові та сечі у порівнянні з інтактними тваринами. Збільшення дози опромінення тварин до 3,0 Гр обумовлює подальше зменшення вмісту амінокислот у печінці і нирках та зростання їх у крові та сечі. Виявлені порушення можна пояснити тим, що тотальне опромінення у дозі 1,0 Гр і, особливо, 3,0 Гр посилює деструктивні процеси і тканини втрачають здатність використовувати амінокислоти для біосинтетичних процесів, вони накопичуються у крові та екскретуються з сечею, виникає негативний азотистий баланс, що характерний для променевої хвороби цього ступеня тяжкості (Мардашко А.А., Дихтярук И.И., 1996). Вміст гуанідиноцту із збільшенням дози опромінення падає як у печінці і нирках, так і у крові, що обумовлено дозозалежним дефіцитом амінокислот-попередників, і при цьому послаблюється його метилування у печінці, що призводить до поступового зменшення креатину у печінці та у м'язах.

Оцінюючи метаболізм КР у скелетних м'язах опромінених у різних дозах статевозрілих тварин, слід зазначити, що опромінення у дозі 0,5 та 1,0 Гр суттєво не впливає на вміст КР і лише опромінення у дозі 3,0 Гр суттєво знижує (більш як на третину) концентрацію метаболіта у цій тканині. Зовсім інша спрямованість змін спостерігається для креатиніну. Це істотне збільшення його концентрації (майже у 1,3 разу) у м'язах після опромінення у дозі 0,5 Гр, подальше зростання до 150% у порівнянні з інтактними після опромінення у дозі 1,0 Гр, і подвійне, у порівнянні з попередньою дозою опромінення, падіння після опромінення у дозі 3,0 Гр.

Активність КК у скелетних м'язах після опромінення статевозрілих тварин у дозі 0,5 Гр суттєво не змінюється у порівнянні з інтактними, але істотно знижується після опромінення у дозі 1,0 Гр і, особливо, у дозі 3,0 Гр (на 26-40 % відповідно, р<0,05), головним чином, за рахунок домінуючої у цій тканині ізоформи КК-ММ. Якщо врахувати, що активність мітохондріальної форми креатинкінази залежить від структури і функції внутрішньої мембрани мітохондрій (Липская Т.Ю., 2001), то можна вважати, що дози опромінення статевозрілих тварин у 0,5 та 1,0 Гр істотно не пошкоджують мітохондрій скелетних м'язів, оскільки активність мітохондріальної форми креатинкінази (мт-КК) за цих умов суттєво не змінюється і достовірно знижується активність цієї форми ферменту лише після опромінення у дозі 3,0 Гр, що вказує на пошкодження функції мітохондріальних мембран м'язів і певним чином свідчить про порушення тканинного дихання і окислювального фосфорилювання в них. Підтвердженням викладених позицій є динаміка вмісту аденілових нуклеотидів у статевозрілих тварин після їх опромінення у різних дозах. У скелетних м'язах опромінених тварин відбувається дозозалежне зменшення вмісту АТФ і збільшення концентрації АМФ, а для АДФ характерна горбоподібна зміна вмісту з максимумом після опромінення у дозі 1,0 Гр. Оцінюючи отримані результати, стає зрозумілим зниження активності ГУОМТ і послаблення утворення креатину, оскільки накопичення АМФ, який є антагоністом цАМФ, викликає конкурентне пригнічення активності ГУОМТ (Кучеренко Н.Е., 1980; Капелько В.И., 2000; Липская Т.Ю., 2001).

Порівнюючи порушення метаболізму креатину у міокарді опромінених у різних дозах статевозрілих тварин зі змінами у скелетних м'язах, слід відмітити певний паралелізм у динаміці багатьох показників. Перш за все, це стосується вмісту КР, креатиніну та активності мт-КК і проявляється дозозалежним зниженням вмісту КР і активності мт-КК, зростанням вмісту креатиніну після опромінення у дозі 0,5 Гр і, особливо, 1,0 Гр і стрімким падінням концентрації метаболіту після опромінення у дозі 3,0 Гр. Порушення загальної активності креатинкінази та її КК-ММ ізоформи у міокарді після опромінення тварин у різних дозах мають ідентичну спрямованність порівняно із скелетними м'язами, але характерною ознакою міокарда є те, що ці показники після опромінення у дозі 1,0 Гр практично не відрізняються від інтактних тварин, в той час, як у скелетних м'язах вони суттєво знижені. Тобто, можна зробити висновок, що креатинкіназа міокарда має більшу резистентність до опромінення у порівнянні з такою із скелетних м'язів. Активність КК-МВ ізоформи після опромінення тварин у дозі 0,5 та 1,0 Гр досить стабільна і у міокарді, і у скелетних м'язах, то після опромінення у дозі 3,0 Гр у склетних м'язах вона має тенденцію до зниження, в той час, як у міокарді стрімко зростає, у 1,4 разу перевищуючи показники інтактних тварин.

Підтвердженням певної резистентності міокарду до опромінення є стабільний вміст аденілових нуклеотидів після опромінення тварин у дозі 0,5 Гр. В подальшому із збільшенням дози опромінення до 1,0 та 3,0 Гр характер порушень вмісту аденілових нуклеотидів у міокарді співпадає з таким у скелетних м'язах. Характерною особливістю динаміки вмісту аденілових нуклеотидів у міокарді у порівнянні із скелетними м'язами є більше накопичення АДФ після опромінення у дозі 1,0 Гр і більше накопичення АМФ після опромінення у дозі 1,0 та 3,0 Гр.

Значний інтерес викликають порушення метаболізму креатину у крові опромінених тварин. Тут знаходять своє відображення порушення, що відбуваються у м'язовій тканині експериментальних тварин. У крові статевозрілих тварин, опромінених у різних дозах, вміст КР, загальна активність КК та ії КК-ММ ізоформи у крові збільшується із збільшенням дози за рахунок виходу їх із скелетних м'язів і міокарду внаслідок порушення проникності їх плазматичних мембран (Бурлакова Е.Б., Шишкина Л.Н.,1983), в той час, як вміст креатиніну у крові відображає динаміку його вмісту у м'язах, а активація КК-МВ ізоферменту у крові відображає його накопичення у міокарді і свідчить про посилення проникності плазматичних мембран міокарда.

Оцінюючи екскрецію креатину і креатиніну з сечею, слід відзначити певні особливості: для креатину характерно зменшення його вмісту у тканинах (печінці, скелетних м'язах, міокарді) і накопичення у крові та посилення екскреції з сечею із збільшенням дози опромінення, тоді як вміст креатиніну у тканинах після опромінення у дозах 0,5 та 1,0 Гр підвищений, він накопичується у крові та виводиться у значних кількостях з сечею, а доза опромінення у 3,0 Гр призводить до зменшення його як у тканинах, так і у крові та сечі. Відомо, що утворення креатиніну зменшується внаслідок порушення синтезу креатинфосфату, а гіперкреатинурія виникає внаслідок послаблення здатності м'язів фіксувати креатин і порушення перетворення КР у креатинін. При цьому у сечі різко зменшується вміст креатиніну.

Опромінення тварин виявляє дозозалежне зниження репродуктивної функції, зменшення абсолютної кількості народжених щуренят, а також у розрахунку на 1 самку. Значно знижується численність щуренят, що дожили до 1-місячного віку. У нащадків опромінених щурів різко знижується радіорезистентність, що проявляється у збільшенні кількості загиблих щуренят після опромінення їх у дозі 1,0 Гр і значному скороченні тривалості життя загиблих тварин. Загибель потомства у ембріогенезі, імовірно, пов'язана з індукцією у статевих клітинах батьків хромосомних аномалій (домінантних летальних мутацій), а у ранньому постнатальному онтогенезі - домінантних напівлеталей, а також генних мутацій, що приводять до нестабільності спадкових структур і, як наслідок, зниженої життєздатності потомства (Нефедов И.Ю.,1995). У формуванні біологічного ефекту іонізуючого випромінювання значне місце посідають порушення метаболізму в м'язовій тканині, зокрема, достатньо значні зміни виникають в обміні креатину (Кучеренко Н.Е., 1980, Ярмоненко С.П., 1988), який є енергетичним субстратом, регулюючим у серці і м'язах продукцію енергії, необхідної для скорочення та транспорт цієї енергії із місць її синтезу до місця утилізації (Капелько В.И. и др., 1988, Капелько В.И., 2000). Характерною особливістю обміну КР у 1-місячних щурят є досить низький вміст креатину і, як наслідок, креатиніну у скелетному та серцевому м'язах порівняно з інтактними статевозрілими тваринами на фоні низької активності ферменту КК у цих м'язах та різкого підвищення її у крові, виражена гіперкреатинурія та гіпокреатинінурія, що пов'язано з посиленням біосинтетичних процесів у 1-місячних щурят на фоні неспроможності м'язової тканини фіксувати креатин. Високий вміст АТФ та дещо низький рівень АДФ і АМФ у серцевому м'язі у порівнянні з скелетним, насамперед, пов'язаний із значним вмістом мітохондрій, у яких інтенсивно функціонують процеси тканинного дихання, що забезпечують цей м'яз більш високим вмістом АТФ на відміну від скелетного м'яза, де пул АТФ поповнюється головним чином гліколітичним шляхом (Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф., 1998).

Порівнюючи зміни метаболізму креатину у тканинах 1-місячних щурят, народжених від опромінених у різних дозах тварин, з інтактними щурятами, слід зазначити, що мала доза опромінення батьків (0,5 Гр) суттєво не впливає на вміст амінокислот-попередників, КР і креатиніну у тканинах, метилування гуанідиноцту, загальну активність КК та її ізоформ. Із збільшенням дози опромінення батьків до 1,0 та 3,0 Гр у скелетних м'язах щурят поступово зменшується вміст креатину, загальна активність креатинкінази, її КК-ММ ізоферменту та мітохондріальної форми і найнижчих значень вони досягають у нащадків тварин, опромінених у дозі 3,0 Гр.

Відбувається це внаслідок падіння вмісту амінокислот-попередників у тканинах і поступового їх накопичення у крові та сечі щурят, послаблення синтезу гуанідиноцту у нирках та його метилування до креатину у печінці. Виявлені зміни можуть бути результатом порушення проникності амінокислот до клітин, або посилення деструкції білку у клітинах нащадків опромінених тварин. Вміст креатиніну істотно зростає лише у нащадків тварин, опромінених у дозі 1,0 Гр, а збільшення дози опромінення батьків до 3,0 Гр викликає майже подвійне зменшення вмісту креатиніну у цій тканині у порівнянні з попередньою дозою.

Динаміка вмісту аденілових нуклеотидів у склетних м'язах щурят, народжених від опромінених тварин, характеризується поступовим збільшенням долі менш фосфорильованих форм нуклеотидів - зменшення вмісту АТФ і зростання концентрації АДФ та АМФ.

Ідентичні зрушення спостерігаються і у міокарді нащадків опромінених тварин. Це, перш за все стосується вмісту креатину, креатиніну, загальної активності креатинкінази, її КК-ММ. КК-МВ та мітохондріальної форм.

Аналізуючи отримані результати, можна припустити, що однією з причин порушення функції м'язової системи у нащадків опромінених тварин є зміна ізоферментного спектру креатинкінази. У щурят, народжених від опромінених тварин, при зростанні дози опромінення батьків загальна активність ферменту змінюється у бік поступового зниження і супроводжується зменшенням вмісту цитоплазматичної форми ММ-ізоферменту і послабленням активності мітохондріальної форми ферменту як у міокарді, так і у скелетних м'язах.

Динаміка вмісту аденілових нуклеотидів у серцевому м'язі щурят, народжених від опромінених тварин свідчить, що опромінення батьків у дозі 0,5 Гр викликає суттєве збільшення лише АДФ при незмінній концентрації АТФ і АМФ. У щурят, народжених від тварин, опромінених у дозі 1,0 Гр відбувається вже значне підвищення вмісту АДФ і АМФ, за рахунок яких підтримується дещо зменшена концентрація АТФ, оскільки АДФ і, особливо, АМФ у скелетному м'язі сприяє посиленню гліколізу, а у серцевому м'язі підвищує активність циклу Кребса, який є головним постачальником відновлених еквівалентів НАД і ФАД (Губський Ю.І., 2000). Різке зниження вмісту АТФ є результатом залучення до функціонального обміну кінцевої фосфатної групи АТФ і свідчить про відставання процесів фосфорилювання аденілової системи від її дефосфорилювання.

Порівнюючи зміни, що відбуваються в енергетичному обміні щурят, народжених від опромінених у дозі 3,0 Гр тварин, з щурятами, народженими від інтактних тварин, слід зазначити, що причиною зменшення вмісту АТФ може бути пригнічення окислювального фосфорилювання та посилена деградація цього метаболіту. Навіть підвищення АДФ не впливає на активність процесів дихання у зв'язку зі значними функціональними змінами мітохондрій.

Парадоксально високий рівень вмісту АМФ при зниженні АТФ у цих м'язах обумовлений продуктами розпаду нуклеїнових кислот і, можливо, включенням аварійної, невигідної для роботи м'язів, аденілаткіназної системи. Привертає увагу той факт, що співвідношення між окремими компонентами аденілової системи змінюються переважно в бік менш фосфорильованих сполук. Поряд з цим спостерігається значне падіння загального пулу аденілових нуклеотидів у скелетному та серцевому м'язах порівняно з інтактними щурятами.

Динаміка показників метаболізму креатину у крові щурят, народжених від опромінених тварин, має певні особливості і характеризується збільшенням вмісту креатину із збільшенням дози опромінення батьків, стабільно високим рівнем креатиніну, зростаючою загальною активністю КК та її КК-ММ ізоформи і парадоксально високою активністю КК-МВ ізоформи ферменту, яка у крові нащадків опромінених у дозі 3,0 Гр тварин у 4,6 разу перевищує показники інтактних щурят.

Джерелом високої активності КК-МВ у крові щурят є міокард і відбувається це внаслідок суттєвого ураження проникності не тільки сарколеми міокардіоцитів, але й мембран мітохондрій.

У нащадків опромінених у дозі 3,0 Гр тварин було виявлено значне зниження активності ГУОМТ у печінці більш як у 1,5 разу (р<0,05) порівняно з інтактними щурятами і, можливо, пов'язано з недостатністю гормоночутливої аденілатциклази, що в свою чергу призводить до зниження внутрішньоклітинного рівня цАМФ, який стимулює синтез ГУОМТ, а також із збільшенням вмісту 3-АМФ, який є структурним аналогом та антагоністом цАМФ і по конкурентному типу пригнічує активність досліджуваного ферменту. Зниження рівня АТФ у тканині, який відбувається в результаті пошкодження систем окислювального фосфорилювання и призводить до зниження синтезу метильного донора S-аденозилметионіна, що також є причиною зниження активності ГУОМТ (Карелин А.А., 1978).

Характерною особливістю екскреції креатину і креатиніну у нащадків опромінених тварин є те, що із збільшенням дози опромінення батьків у щурят зростає екскреція креатину і зменшується екскреція креатиніну. Якщо врахувати, що вміст креатину і креатиніну у м'язовій тканині щурят зменшується, то можна зробити висновок, що креатин в менших кількостях утворюється у печінці, послаблено його залучення до м'язів і порушено утворення креатинфосфату, внаслідок чого зменшується вміст креатиніну у м'язах.

Отже, порушення функціонування креатинутворюючої системи у нащадків опромінених тварин проявляється у зниженні вмісту амінокислот-попередників у тканинах, порушенні процесу метилування гуанідиноцту та підвищення екскреції креатину з сечею, що може бути однією з причин зменшення рухливості та фізичної працездатності.

Вивчення радіорезистентності 1-місячних щурят після опромінення у дозі 1,0 Гр показало значне зниження її в залежності від дози опромінення попереднього покоління.

Оцінка фізичної працездатності щурят, народжених інтактними і опроміненими тваринами, показала, що у 1-місячних щурят, народжених від опромінених у дозі 0,5 Гр тварин, фізична працездатність суттєво не змінюється у порівнянні з інтактною групою. Істотні зміни у функціонуванні м'язової тканини відбувались у щурят, народжених від опромінених у дозі 1,0 Гр та, особливо, у дозі 3,0 Гр. Спостерігалося значне зниження фізичної працездатності, яка із зростанням дози радіації різко зменшувалась на 33,7% у щурят, народжених від опромінених у дозі 1,0 Гр тварин і більш як у 2,5 разу у щурят, народжених від опромінених у дозі 3,0 Гр тварин порівняно з інтактними щурятами.

Фізичне навантаження інтактних щурят суттєво не впливає на стан креатинутворюючої системи, оскільки не відбувається істотних змін вмісту амінокислот-попередників та гуанідиноцту у нирках, печінці, крові та сечі, не порушується метилування гуанідиноцту, внаслідок чого у печінці та у м'язовій тканині вміст креатину не зазнає значних змін. Разом з тим, у тканинах зростає вміст креатиніну, а у крові і в сечі збільшується концентрація креатину і креатиніну. Це свідчить про достатню стабільність метаболізму креатину у інтактних щурят після фізичного навантаження, утворення креатинфосфату у креатинкіназній реакціі, активність якої у скелетному та серцевому м'язах зростає, а також про порушення використання креатину м'язами щурят і підвищення проникності сарколеми. Вміст аденілових нуклеотидів у м'язах інтактних щурят через 1 годину після фізичного навантаження характеризується істотним зниженням АТФ і таким же істотним підвищенням АДФ. Таким чином, характерною ознакою фізичного навантаження у м'язах інтактних щурят є підвищення вмісту креатиніну, загальної активності креатинкінази та її КК-ММ ізоформи, різноспрямовані зміни вмісту АТФ і АДФ, а також гіперферментемія і гіперкреатин- гіперкреатинінемія та гіперкреатин- і гіперкреатинінурія.

Фізичне навантаження 1-місячних щурят, народжених від опромінених тварин, викликає значні зміни метаболізму креатину у м'язах. Якщо порівнювати ці показники із показниками інтактних щурят, які не піддавалися фізичному навантаженню, то можна констатувати, що опромінення батьків вже у дозі 0,5 Гр сприяє істотному зменшенню вмісту креатину, яке із збільшенням дози продовжує поглиблюватися, поступово знижується вміст креатиніну, загальна активність КК та її КК-ММ ізоформи, суттєво падає активність мт-КК, зате достовірно зростає активність КК-МВ форми у міокарді.

Вміст аденілових нуклеотидів характеризується тим, що після фізичного навантаження нащадків тварин, опромінених у дозі 0,5 Гр, достовірно знижується вміст АТФ і істотно збільшується концентрація АДФ і АМФ, а при збільшенні дози опромінення вміст АТФ продовжує знижуватися, вміст АМФ продовжує зростати у нащадків тварин, опромінених у дозі 3,0 Гр, майже у тричі перевищуючи контроль, а вміст АДФ значно знижується і у нащадків тварин, опромінених у дозі 1,0 Гр, майже у 2 рази, а у нащадків тварин, опромінених у дозі 3,0 Гр, у 3 рази менше, ніж у нащадків тварин, опромінених у дозі 0,5 Гр.

Якщо ж порівнювати отримані результати з показниками інтактних щурят, що були піддані фізичному навантаженню, то слід зауважити, що переважна більшість показників у нащадків опромінених тварин знижена і глибина зниження корелює з дозою опромінення батьків. Виключення складає активність КК-МВ ізоформи та вміст АМФ, показники яких перевищують показники інтактних щурят після навантаження.

Порівнюючи зміни, що відбуваються у крові щурят, народжених від опромінених тварин, після фізичного навантаження з показниками інтактних щурят, яких не піддавали навантаженню, слід зазначити, що вміст креатину істотно підвищений і це підвищення не залежить від дози опромінення батьків.

Вміст креатиніну, істотно підвищений у нащадків тварин, опромінених у дозі 0,5Гр, не відрізняється від показників інтактних щурят у нащадків тварин, опромінених у дозах 1,0 та 3,0 Гр. Загальна активність КК її КК-ММ та КК-МВ ізоформ значно підвищені у нащадків тварин, опромінених у дозі 0,5 Гр, продовжують зростати у нащадків тварин, опромінених у дозах 1,0 та 3,0 Гр. Якщо порівнювати виявлені порушення з інтактними щурятами після фізичного навантаження, то слід зазначити, що опромінення батьків суттєво не впливає на вміст креатину у крові, вміст креатиніну поступово знижується, а загальна активність КК та її КК-ММ та КК-МВ ізоформ значно зростає із збільшенням дози опромінення батьків.

У сечі поступово зростає концентрація креатину і знижується вміст креатиніну як по відношенню до інтактних щурят без навантаження, так і по відношенню до інтактних щурят після фізичного навантаження.

Виявлені зміни обумовлені тим, що фізичне навантаження нащадків опромінених тварин викликає дозозалежне зменшення вмісту амінокислот-попередників синтезу креатину у печінці, нирках тварин, збільшення їх екскреції з сечею і відбувається це на фоні послаблення синтезу гуанідиноцту у нирках та його метилування до креатину у печінці як по відношенню до інтактних щурят без навантаження, так і у більшій мірі по відношенню до інтактних щурят після фізичного навантаження.

Висновки

У дисертації наведені теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що виявляється у дослідженні патогенетичних механізмів порушень функціонування креатинкіназної системи та нуклеотидного обміну у нащадків опромінених у різних дозах тварин. Доведено, що зміни вмісту креатину у м'язовій тканині відбуваються внаслідок порушень концентрації амінокислот-попередників та активності метаболізуючих ферментів і проявляються виснаженням резервів креатинкіназної системи, що впливає на зниження фізичної працездатності щурят.

1. Характерною особливістю функціонування м'язів у 1-місячних щурят є досить низький вміст креатину і, як наслідок, креатиніну порівняно з інтактними статевозрілими тваринами на фоні низької активності креатинкінази у м'язах та різкого підвищення її у крові, вираженої гіперкреатинурії та гіпокреатинінурії.

2. Опромінення статевозрілих тварин викликає дозозалежне зменшення вмісту амінокислот-попередників синтезу креатину у печінці та нирках, послаблення метилування гуанідиноцту, внаслідок чого знижується вміст креатину і креатиніну у м'язах, послаблюється активність креатинкінази за рахунок КК-ММ та мітохондріальної ізоформи ферменту. Зростає вміст менш фосфорильованих форм аденілових нуклеотидів, а в подальшому зменшується пул нуклеотидів.

3. У крові статевозрілих тварин із збільшенням дози опромінення спостерігаються різноспрямовані зміни вмісту креатину і креатиніну, підвищується загальна активність креатинкінази та її КК-ММ і, особливо, КК-МВ ізоформ, зростає гіпераміноацидемія і гіпераміноацидурія, поступово посилюється креатинурія та зменшується екскреція креатиніну.

4. У нащадків тварин, опромінених у дозі 0,5 Гр, суттєво не порушена креатинутворююча система. Збільшення дози опромінення батьків до 1,0 Гр та 3,0 Гр веде до поступового зниження вмісту попередників синтезу креатину, самого креатину і креатиніну у тканинах нащадків, накопичення їх у крові та сечі. У м'язах зростає вміст менш фосфорильованих аденілових нуклеотидів, гіперферментемія відбувається внаслідок активації КК-ММ і особливо КК-МВ ізоферментів креатинкінази.

5. Через 1 годину після фізичного навантаження у м'язах інтактних щурят накопичується креатинін, а у крові та сечі креатин і креатинін. Активація креактинкінази у м'язах за рахунок домінуючої ізоформи КК-ММ супроводжується різноспрямованими змінами вмісту АТФ та АДФ і гіперферментемією. У щурят, народжених від опромінених у різних дозах тварин, прогресивно знижується радіорезистентність та фізична працездатність.

6. Зниження фізичної працездатності нащадків опромінених тварин із збільшенням дози опромінення батьків, відбуваеться внаслідок того, що амінокислоти менше використовуються для синтезу КР, а накопичуються у крові та виводяться з організму, послаблюється метилування гуанідиноцту, падає вміст КР і креатиніну та активність КК у м'язах на фоні різкого зменшення пулу аденілових нуклеотидів за рахунок АТФ та АДФ і накопичення АМФ.

7. У крові нащадків опромінених у різних дозах тварин в порівнянні з інтактними щурятами після фізичного навантаження спостерігається поступове, в залежності від дози опромінення батьків, підвищення загальної активності КК як за рахунок КК-ММ, так і, особливо, за рахунок КК-МВ ізоферментів, прогресивно зменшується вміст креатиніну у крові та його екскреція з сечею, що може бути використано для оцінки фізичної працездатності та функціонування креатинової системи.

Список наукових праць, опублікованих за темою дисертації

1. Мардашко О.О., Полонський О.П., Степанов Г.Ф. Радіорезистентність нащадків опромінених тварин // Вісник морської медицини.- 2002.- №2.- С. 67-70. (Дисертантом проведенні експериментальні дослідження, статистична обробка та аналіз отриманих даних, підготовка статті до друку).

2. Мардашко О.О., Степанов Г.Ф. Вміст аденілових нуклеотидів у серцевому та скелетному м'язах нащадків, народжених від опромінених тварин тварин // Вісник морської медицини.- 2004.- №4 (28).- С. 67-70. (Дисертантом проведенні експериментальні дослідження, статистична обробка та аналіз отриманих даних, підготовка статті до друку).

3. Мардашко О.О., Мельник О.Т.; Степанов Г.Ф. Метаболізм вуглеводів у тканинах щурят, народжених від опромінених тварин // Одеський медичний журнал.- 2005.- №1(87).- С. 16-17. (Дисертантом проведенні експериментальні дослідження, статистична обробка та аналіз отриманих даних, підготовка статті до друку).

4. Мардашко О.О., Степанов Г.Ф. Стан креатинутворювальної системи у тканинах нащадків опромінених тварин // Досягнення біології та медицини.- 2005.-№1(5).-C.13-16. (Дисертантом проведенні експериментальні дослідження, статистична обробка та аналіз отриманих даних, підготовка статті до друку).

5. Полонський О.П., Степанов Г.Ф. Постпроменева модифікація метаболізму в експерименті //Фізіологічний журнал - 2000. -Т.46.- № 2.- С. 124. Матеріали III Конгресу патофізіологів України (Дисертантом проведенні експериментальні дослідження, статистична обробка та аналіз отриманих даних, підготовка статті до друку).

6. Мардашко О.О., Будаленко О.І., Шпак П.Б., Полонський О.П., Степанов Г.Ф. Ензиматична характеристика метаболізму у тканинах опромінених тварин //Український біохімічний журнал.- 2002. -Т.74. - №4. - С. 208. Матеріали VIII Українського біохімічного з'їзду (Дисертантом проведенні експериментальні дослідження, статистична обробка та аналіз отриманих даних, підготовка статті до друку).

7. Полонський О.П., Степанов Г.Ф. Постпроменевий стан симпато-адреналової системи та метаболізму креатину у потомства опромінених тварин в експерименті // Тези доповідей VІІІ конгресу СФУЛТ.- Львів.- 2000.- С. 103. (Дисертантом проведенні експериментальні дослідження, статистична обробка та аналіз отриманих даних, підготовка статті до друку).

8. Степанов Г.Ф. Порівняльна характеристика вмісту креатину і креатинфосфату в серцевому і скелетному м'язах новонароджених і статевозрілих тварин //Тези дововідей ювілейної підсумкової наукової конференції студентів і молодих учених, присвяченої 100-річчю ОДМУ.- Одеса.- 2000.-С. 123.

9. Степанов Г.Ф. Стан креатинсинтезиючої функції організму у нащадків опромінених тварин // Тези доповідей ювілейної підсумкової наукової конференції студентів і молодих учених, присвяченої 10-річчю Незалежності України.- Одеса.- 2001.-С. 89.

10. Мардашко О.О., Полонський О.П., Степанов Г.Ф. Порівняльна характеристика дії різних доз іонізуючої радіації на симпато-адреналову систему у експерименті // Тези доповідей науково-практичної конференці з медичних наслідків аварії на ЧАЕС.-"Експериментальна радіобіологія".-Київ.- 2002.-С. 104.

Размещено на Allbest.ru