Исследование динамики активности каталазы в сыворотке крови крыс при механическом воздействии на гематоофтальмический барьер

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана»

Исследование динамики активности каталазы в сыворотке крови крыс при механическом воздействии на гематоофтальмический барьер

Study of dynamics of catalase activity in rat blood serum under mechanical influence on blood-aqueous barrier

Павлова О.Н., Гуленко О.Н., Каримова Р.Г.,

Девяткин А.А., Тороповский А.Н.

Аннотация

В настоящее время отмечается неуклонный (неумолимый, высокий) рост заболеваний органа зрения. В патогенезе различных заболеваний глаз немаловажную роль играет оксидативный стресс, в частности индуцируемый солнечным светом. В статье представлено исследование динамики активности каталазы, как одного из важнейших ферментов актиоксидантной защиты организма, в сыворотке крови крыс при механическом воздействии на гематоофтальмический барьер. Динамику активности каталазы оценивали при различных способах терапии механической травмы глаза, в том числе с использованием антиоксиданта кверцетина.

Ключевые слова: оксидативный стресс, гематоофтальмический барьер, сыворотка крови, каталаза, кверцетин.

Abstract

Currently, there is a steady increase in diseases of the organs of vision. In the pathogenesis of various eye diseases, an important role is played by oxidative stress induced by sunlight. The article presents a study of the dynamics of the activity of catalase as one of the most important enzymes of the antioxidant defense of the body in the blood serum of rats under mechanical action on the blood-ophthalmic barrier. The dynamics of catalase activity was evaluated with the help of various methods of treating mechanical eye injury, including quercetin antioxidant.

Keywords: oxidative stress, blood-brain barrier, blood serum, catalase, quercetin.

Введение

В последнее время наблюдается рост офтальмологических заболеваний, обусловленный рядом таких факторов, как неблагоприятная экологическая обстановка, увеличение интенсивности труда связанная с повышенной эксплуатацией органов зрения, увеличение доли хронических обменных заболеваний, ассоциированных с офтальмологическими патологиями и в целом среднее увеличение возраста населения. Глаза являются основным информационным органом и постоянно испытывают агрессивное воздействие среды, в первую очередь связанное со спектральными особенностями солнечного света, индуцирующее повышенное образование синглетных форм кислорода, вызывающих в свою очередь разрушение липидов, белков, ДНК клеток [1], [2]. Естественная нагрузка подкрепляется недостаточным питанием, неблагоприятными экологическими условиями, вредными привычками - алкоголь и курение. Таким образом, складывается ситуация, при которой антиоксидантные системы организма не в состоянии нейтрализовать весь объем образующихся свободных радикалов, что приводит к оксидативному стрессу.

Оксидативный стресс служит начальной точкой многих дегенеративных явлений в организме, поэтому уменьшение его воздействия даже при уже существующих патологиях способно интенсифицировать процесс восстановления функциональной активности органа [3], [4]. Антиоксидантная система состоит из комплекса защитных механизмов организма, включающих в себя ферментативные (глутатионпероксидаза, супероксиддисмутаза, каталаза, альдегиддегидрогеназа, сульфиредоксин) и неферментативные (витамин С; карнозин; таурин; восстановленные тиолы, содержащие SH-группы; цистеин; НS-КоА; белки, содержащие селен, витамин Е; b-каротин; нафтахоиноны) элементы. Первым звеном внутриклеточной защиты является каталаза, способная без затрат энергии нейтрализовать широкий спектр свободных радикалов (анион-радикал O₂-, гидроксильный радикал, радикал ненасыщенных жирных кислот (липоперикиси), пероксид водорода). По количеству и динамике активности каталазы можно косвенно судить о состоянии организма, о степени оксидативного стресса и уровне эндогенной интоксикации, которые являются следствием патологических внутренних или внешних процессов [5], [6].

Таким образом, цель нашего исследования состояла в изучении динамики активности каталазы в сыворотке крови крыс при оксидативном стрессе, вызванном механическим воздействием на гематоофтальмический барьер.

Для реализации поставленной цели предстояло решить следующие задачи: определить динамику активности каталазы в сыворотке крови интактных крыс и крыс с индуцированным оксидативным стрессом, вызванным механическим воздействием на гематоофтальмический барьер; выявить эффективность купирования оксидативного стресса при применении различных методов лечения травмы глаза.

Материалы и методы

Исследование проводили на белых беспородных половозрелых здоровых крысах-самцах шестимесячного месячного возраста, полученных из питомника лабораторных животных «Рапполово», массой 190-210 г в количестве 150 штук, которые содержались в виварии в стандартных условиях.

Все животные были поделены на 5 групп по тридцать крыс в каждой группе. Животные 1 группы - это интактные крысы. Животным 2, 3, 4 и 5 групп наносили в специальном приспособлении-фиксаторе проникающее ранение правого и левого глаз с помощью микролезвия под местной анестезией (2 % раствор новокаина) в области лимба. При этом происходило ранение роговицы, склеры и сосудистого тракта. Животных 2 группы содержали без лечения. Животным 3 группы проводили стандартную терапию механической травмы глаза, которая включала ежедневное введение подкожно дексаметазона фосфата по 0,1 мг/кг массы тела 1 раз в сутки, диклофенака натрия по 0,5 мг/кг 1 раз в сутки, гентамицина сульфата по 1,5 мг/кг 2 раза в сутки. Также в поврежденный глаз проводились инстилляции дексаметазона 4 раза в день и мезатона 2 раза в день (в титровании соответственно весу животного). Данная схема лечения проводилась в течение недели после травмы. Далее в течение месяца продолжались инстилляции раствора дексаметазона по убывающей схеме (по 3, 2, 1 раз в сутки по 2 дня каждый режим) и неванака 4 раза в день (или броксинака 1 раз в день). Животным 4 группы также проводили стандартную терапию травмы глаза, но добавляли внутрибрюшинные инъекции флавоноида кверцетина (ICN, США) в дозе 5 мг/кг массы. Животные 5 группы получали только внутрибрюшинные инъекции кверцетина в дозе 5 мг/кг массы. Терапия механической травмы глаза длилась 14 суток. Во время эксперимента все животные находились на стандартном рационе вивария при свободном доступе к воде и пище. Все группы крыс были вовлечены в эксперимент одновременно, что исключает влияние внешних температурных, климатических и иных факторов на активность изучаемого фермента в контрольной и опытных группах [7].

Активность каталазы в сыворотке крови исследовали до начала опыта, а также на 1, 3, 5, 7 и 14 сутки эксперимента по стандартной методике Королюка М.А. [8]

Исследование выполнено в соответствии с правилами лабораторной практики в Российской Федерации: приказ Минздрава СССР № 755 от 12.08.1977 г.; приказ МЗ РФ № 267 от 19.06.2003 г.; закон «О защите животных от жестокого обращения» гл. V, ст. 104679-ГД от 01.12.1999 г. На проведение эксперимента получено заключение Комитета по биоэтике при «Медицинском университете «Реавиз» № 163 от 29 августа 2019 г.

Цифровой материал подвергали статистической обработке путем непараметрического статистического анализа с целью установления достоверности различий в изучаемых группах с использованием критериев Вальда-Вольфовица, Колмогорова-Смирнова и Манна-Уитни.

Результаты исследования

Динамика активности каталазы (Ме) в сыворотке крови экспериментальных крыс представлена на рисунке 1.

Рис.1 - Динамика активности каталазы в сыворотке крови крыс при оксидативном стрессе, вызванном механическим воздействием на гематоофтальмический барьер.

Каталаза является первым звеном внутриклеточной защиты организма от активных форм кислорода. Основная функция каталазы - это нейтрализация анион-радикала, гидроксильного радикала, радикалов ненасыщенных жирных кислот, расщепление пероксида водорода, образующегося в процессе клеточного дыхания на молекулярный кислород и воду. Установлено, что при оксидативном стрессе происходит снижение активности каталазы в тканях организма.

Из рисунка 1 следует, что у животных 1 группы (интактных крыс) активность каталазы на протяжении всего опыта находилась примерно на одном уровне в пределах физиологической нормы. У животных 2 группы с индуцированным оксидативным стрессом на протяжении всего эксперимента активность каталазы снижается.

У животных третьей группы с индуцированным оксидативным стрессом путем механического воздействия на гематоофтальмический барьер и стандартной терапией механической травмы глаза также наблюдается снижение активности каталазы до 5 суток опыта, однако к окончанию эксперимента, на 14 сутки, активность фермента почти возвращается к физиологической норме.

В 4 группе крыс, с индуцированным оксидативным стрессом и его купированием стандартной терапией механической травмы глаза с добавлением кверцетина наблюдается менее интенсивное снижение активности каталазы до 5 суток опыта, а на 14 сутки активность фермента соответствует физиологической норме.

В пятой группе животных с механической травмой глаза и терапией исключительно кверцетином также наблюдается снижение активности каталазы на протяжении всего эксперимента, но не так интенсивно, как у животных с травмой без терапии.

Также была проведена статистическая обработка результатов исследования путем непараметрического статистического анализа с целью установления достоверности различий в изучаемых группах с использованием критериев Вальда-Вольфовица, Колмогорова-Смирнова и Манна-Уитни (табл.1.).

каталаза сыворотка кровь гематоофтальмический

Таблица 1 - Статистический анализ динамики активности каталазы в сыворотке крови крыс

По результатам, представленным в таблице можно сделать вывод, что активность каталазы в сыворотке крови крыс у животных экспериментальных групп на протяжении всего эксперимента отличается от активности каталазы в сыворотке крови интактных крыс. Также, 14 сутки у животных 1 и 4 группы активность каталазы в сыворотке крови не имеет достоверных отличий, что свидетельствует об эффективном купировании оксидативного стресса, вызванного механической травмой гематоофтальмического барьера с помощью применения кверцетина дополнительно к стандартной терапии механической травмы глаза.

Обсуждение

При механическом повреждении глаза, согласно результатам многочисленных исследований, возникает воспалительный процесс, обусловленный рядом защитных механизмов, одним из которых является гематоофтальмический барьер. Его повреждение сопровождается аутоиммунными реакциями и развитием стрессорной иммуносупрессии. Отчасти ее выраженность обусловлена стрессом утраты информационно важного органа. Как правило, ранний период (24-48 ч) сопровождается иммунодепрессией, тревогой и адаптационным синдромом. Все эти факторы, наряду с механической травмой, индуцируют и стимулируют оксидативный стресс, усугубляющий тяжесть патологического процесса. При этом оксидативный стресс становится одним из важнейших факторов осложняющий процесс терапии глаза [2]. В таком случае применение биофлавоноида кверцетина имеющего доказанную эффективность при лечении хронических заболеваний глаза, за счет способности быть донатором водорода, гасителем синглетного кислорода, хелатором ионов металла, активатором антиоксидантных ферментов вполне оправдано [9], [10]. В целом, по результатам эксперимента установлено, что применения помимо стандартной терапии механической травмы глаза инъекций кверцетина наиболее эффективно купирует оксидативный стресс и нормализует активность каталазы в сыворотке крови.

Заключение

Активность каталазы в сыворотке крови крыс при оксидативном стрессе, вызванном механическим воздействием на гематоофтальмический барьер, наиболее эффективно стабилизируется при стандартной терапии механической травмы глаза с добавлением кверцетина в виде инъекций.

Список литературы / References

1. Кравчук Е.А. Роль свободнорадикального окисления в патогенезе заболеваний глаз / Е.А. Кравчук // Вестник офтальмологии. - 2004. - Т. 120. - № 5. - С. 48-51.

2. Черешнева М.В. Иммунокоррекция травматических и стрессорных нарушений функций иммунной системы при проникающем ранении глаза / М.В. Черешнева, Ю.И. Шилов, Т.В. Гаврилова //Вестн. офтальмол. 2006; (2): 42-43.

3. Безручко Н.В. Каталаза биологических сред организма человека и ее клинико-биохимическое занчение в оценке эндотоксикоза. / Н.В. Безручко, Г.К. Рубцов, Н.Б. Ганяева, Г.А. Козлова, Д.Г. Садовникова // Вестник ТГПУ. 2012. 7 (122). - С. 94-98.

4. Павлова О.Н. Природа оксидативного стресса и способы его коррекции / О.Н. Павлова, С.А. Симакова // Медико-физиологические проблемы экологии человека: Материалы IV Всероссийской конференции с международным участием (26-30 сентября 2011 г.). - Ульяновск: УлГУ, 2011. - С. 244-246.

5. Луцкий М.А. Активность эндогенной системы антиоксидантной защиты в процессе жизнедеятельности организма. / М.А. Луцкий, Т.В. Куксова, М.А. Смелянец, Ю.П. Лушникова // Успехи современного естествознания. - 2014. - № 12-1. - С. 20-23

6. Безручко Н.В. Каталаза биологических сред организма человека и ее клинико-биохимическое значение в оценке эндотоксикоза. / Н.В. Безручко, Г.К. Рубцов, Н.Б. Ганяева, Г.А. Козлова, Д.Г. Садовникова // Вестник ТГПУ. 2012. 7 (122). - С. 94-98.

7. Венгеровский А.И. Методические указания по изучению гепатозащитной активности фармакологических веществ / А.И. Венгеровский, И.В. Марков, А.С. Саратиков; под ред. В.П. Фисененко // Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению любых фармакологических веществ. - М.: ИИА «Ремодиум», 2000. - С. 228-231.

8. Королюк М.А. Метод определения активности каталазы / М.А. Королюк, Л.И. Иванова, И.Т. Майорова // Лаб. дело. - 1988.- № 1. - С. 16-19.

9. Михейцева И.Н. Возможности и перспективы применения биофлавоноидов в лечении заболеваний глаза. / И.Н. Михейцева, Е.Б. Меньщикова, В.З. Ланкин, Н.К. Зенкови // Офтальмологический журнал. № 2, 2015. С. 62-67; Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты- М.: Слово, 2006. - 553 с.

10. Балакина А.С. Влияние куркумина и кверцетина на показатели защитного потенциала крыс при их раздельном и совместном действии / А.С. Балакина, И.В. Аксенов, Н.В. Трусов, Г.В. Гусева, Л.И. Авреньева // Вопр. питания. 2017. № 2. С. 14-22.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Kravchuk E.A. Rol' svobodnoradikal'nogo okislenija v patogeneze zabolevanij glaz [The role of free radical oxidation in the pathogenesis of eye diseases] / E.A. Kravchuk // Vestnik oftal'mologii. [Bulletin of ophthalmology] - 2004. - V. 120. - № 5. - P. 48-51. [in Russian]

2. Chereshneva M.V. Immunokorrekcija travmaticheskih i stressornyh narushenij funkcij immunnoj sistemy pri pronikajushhem ranenii glaza [Immunocorrection of traumatic and stress disorders of the immune system in cases of penetrating eye injury] / M.V. Chereshneva, Ju.I. Shilov, T.V. Gavrilova //Vestn. oftal'mol. [Bulletin of ophthalmology] 2006; (2): 42-43. [in Russian]

3. Bezruchko N.V. Katalaza biologicheskih sred organizma cheloveka i ee kliniko-biohimicheskoe znachenie v ocenke jendotoksikoza [Catalase of biological media of the human body and its clinical and biochemical significance in the assessment of endotoxicosis] / N.V. Bezruchko, G.K. Rubcov, N.B. Ganjaeva, G.A. Kozlova, D.G. Sadovnikova // Vestnik TGPU. [Bulletin TGPU] 2012. 7 (122). - P. 94-98. [in Russian]

4. Pavlova O.N. Priroda oksidativnogo stressa i sposoby ego korrekcii [The nature of oxidative stress and ways to correct it]/ O.N. Pavlova, S.A. Simakova // Mediko-fiziologicheskie problemy jekologii cheloveka: Materialy IV Vserossijskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem (26-30 sentjabrja 2011 g.) [Medico-physiological problems of human ecology: Materials of the IV all-Russian conference with international participation (September 26-30, 2011)]. - Ul'janovsk: UlGU, 2011. - P. 244-246. [in Russian]

5. Luckij M.A. Aktivnost' jendogennoj sistemy antioksidantnoj zashhity v processe zhiznedejatel'nosti organizma [Activity of the endogenous antioxidant defense system in the process of vital activity of the body] / M.A. Luckij, T.V. Kuksova, M.A. Smeljanec, Ju.P. Lushnikova // Uspehi sovremennogo estestvoznanija [Advances in modern natural science] - 2014. - № 12-1. -. 20-23 [in Russian]

6. Bezruchko N.V. Katalaza biologicheskih sred organizma cheloveka i ee kliniko-biohimicheskoe znachenie v ocenke jendotoksikoza [Catalase of biological media of the human body and its clinical and biochemical significance in the assessment of endotoxicosis] / N.V. Bezruchko, G.K. Rubcov, N.B. Ganjaeva, G.A. Kozlova, D.G. Sadovnikova // Vestnik TGPU [Bulletin TGPU]. 2012. 7 (122). - P. 94-98. [in Russian]

7. Vengerovskij A.I. Metodicheskie ukazanija po izucheniju gepatozashhitnoj aktivnosti farmakologicheskih veshhestv [Guidelines for the study of hepatoprotective activity of pharmacological substances] / A.I. Vengerovskij, I.V. Markov, A.S. Saratikov; pod red. V.P. Fisenenko // Rukovodstvo po jeksperimental'nomu (doklinicheskomu) izucheniju ljubyh farmakologicheskih veshhestv [Guidelines for experimental (preclinical) study of any pharmacological substances] - M.: IIA «Remodium», 2000. - P. 228-231. [in Russian]

8. Koroljuk M.A. Metod opredelenija aktivnosti katalazy [Method for determining catalase activity] / M.A. Koroljuk, L.I. Ivanova, I.T. Majorova // Lab. delo.[ Laboratory work] - 1988.- № 1. - P. 16-19.

9. Mihejceva I.N. Vozmozhnosti i perspektivy primenenija bioflavonoidov v lechenii zabolevanij glaza [Possibilities and prospects of using bioflavonoids in the treatment of eye diseases] / I.N. Mihejceva, E.B. Men'shhikova, V.Z. Lankin, N.K. Zenkovi // Oftal'mologicheskij zhurnal [Ophthalmological journal] № 2, 2015. P. 62-67; Okislitel'nyj stress. Prooksidanty i antioksidanty- M.: Slovo, 2006. - 553 p. [in Russian]

10. Balakina A.S. Vlijanie kurkumina i kvercetina na pokazateli zashhitnogo potenciala krys pri ih razdel'nom i sovmestnom dejstvii [The effect of curcumin and quercetin on the protective potential of rats in their separate and joint action] / A.S. Balakina, I.V. Aksenov, N.V. Trusov, G.V. Guseva, L.I. Avren'eva // Vopr. pitanija [Nutrition issues]. № 2. P. 14-22. [in Russian]

Размещено на Allbest.ru