Динамика активности ферментов антирадикальной защиты и общей антиоксидантной активности при развитии экспериментального ишемически-реперфузионного поражения печени

Синдром ишемии-реперфузии печени как сложный комплекс патологических и адаптивных реакций организма. Рассмотрение динамики активности ферментов антирадикальной защиты при развитии экспериментального ишемически-реперфузионного поражения печени у крыс.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 24.04.2021
Размер файла 112,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Динамика активности ферментов антирадикальной защиты и общей антиоксидантной активности при развитии экспериментального ишемически-реперфузионного поражения печени

K.A. Попов, ИЖ. Быков,

Г.А. Ермакова, И.Ю. Цымбалюк

Аннотация

Цель: изучение изменений активности некоторых ферментов антиоксидантной защиты в динамике развития ишемически-реперфузионного повреждения печени у крыс.

Материалы и методы: исследование проведено на 95 белых нелинейных крысах-самцах массой 240--280 грамм, разделенных на группы животных, биологический материал которых забирался в течение 5--20 минут ишемического периода и 5--20 минут реперфузионного периода с интервалом 5 минут. Для оценки изменений антиоксидантной системы определяли активность супероксиддисмутазы и каталазы эритроцитов и гомогената печени, а также общую антиоксидантную активность.

Результаты: проведенные исследования показали развитие дисбаланса соотношения активности каталазы и супероксиддисмутазы при развитии ишемически-реперфузионного синдрома со сдвигом данного соотношения в сторону преобладания каталазной активности на системном и супероксиддисмутазной на органном уровнях после восстановления кровотока.

Кроме того, отмечается увеличение активности исследуемых ферментов эритроцитарной взвеси до 2-х раз относительно контроля, особенно в ишемический период, и тенденции к прогрессирующему снижению активности этих же ферментов в ткани печени. Общая антиоксидантная активность в ишемически-реперфузионный период снижается уже к 5-й минуте ишемии в 2 раза и сохраняется на том же уровне (0,04--0,05 мг/л витамина С в пересчете на 1 грамм белка гомогената) в течение всего эксперимента.

Заключение: полученные результаты показывают возможность оценки функционального состояния системы окислительно-восстановительного гомеостаза животного при ишемически-реперфузионном повреждении печени, а вместе со сниженной общей антиоксидантной активностью указывают на необходимость метаболической поддержки данного звена системы неспецифической резистентности для коррекции развивающихся нарушений.

Ключевые слова: печень, ишемия, реперфузия, антиоксидантная система.

Abstract

Active dynamics of the enzymes of the antiradical protectionand the general antioxidative activity by the developmentof the experimental ischemic reperfusion of liver

K.A. Popov, I.M. Bykov, G.A. Ermakova, I.Y. Tsymbalyuk

Kuban State Medical University of the Ministry of Health of Russia, Krasnodar, Russia

The purpose of the study: to research the active changes in several enzymes of the antioxidative protection within the dynamical development of the liver reperfusion in rats.

Materials and methods: the study has been performed on 95 white non-lineal male rats with the mass of 240--280 g divided into groups, the biological material of which has been sampled within 5--20 minutes of the ischemic period and 5--20 minutes of the reperfusion period with the interval of 5 minutes. To evaluate the changes of the antioxidative system the activity of the superoxide dismutase, the erythrocyte catalase and the liver homogenate as well as the general antioxidative activity have been determined.

Results: the performed study has demonstrated the imbalance development for the relation between the activity of catalase and superoxide dismutase by the development of the ischemic reperfusion syndrome with the change of this relation to the prevalence of the catalase activity on the systemic level and the superoxide dismutase activity on the organic level after the circulatory restoration. Besides the increase in activity of the studied enzymes from the erythrocyte, meal by 2 times in comparison with the control group has been determined especially at the ischemic period as well as the tendencies to the progressive activity decrease of the same enzymes in the liver tissue. The general antioxidative activity in the period of ischemic reperfusion has been decreasing to the fifth minute of ischemia by 2 times and has lasted on the same level (0.04--0.05 mg/l of vitamin C in terms of 1 gram of homogenate protein) during the entire experiment.

Conclusion: the received results have demonstrated the possibility for the evaluation of the functional state for the system of oxidative restorative homeostasis in an animal by ischemic reperfusion of the liver against the background of the lowered general antioxidative activity. It was marked also the necessity of the metabolic support of this link within the system of nonspecific resistance for the correction of the developing disorders.

Key words: liver, ischemia, reperfusion, antioxidative system

Синдром ишемии-реперфузии печени -- это сложный комплекс патологических и адаптивных реакций организма, включающих каскад метаболических, иммунологических и морфологических изменений [1--2], развивающихся в результате редуцирования кровотока в органе с последующим его восстановлением. Прекращение поступления кислорода приводит к инверсии метаболизма с аэробного окисления на гликолиз, являющийся менее энергоэффективным, что сопровождается значительным снижением синтеза АТФ в тканях и накоплением недоокислен- ных продуктов. Дальнейшая реперфузия печени нередко становится причиной значительного повреждения гепатоцитов, эндотелия капилляров и эпителия желчных протоков.

Ведущим патобиохимическим механизмом развития синдрома ишемии-реперфузии печени является окислительный стресс. Дисбаланс между тканевой потребностью в кислороде и доставкой, а также резкое возрастание его парциального давления в ткани печени после восстановления кровотока создают благоприятные условия для образования свободных радикалов (супероксид- аниона, перекиси водорода, гидроксильного радикала). Это в свою очередь приводит к активации процессов перекисного окисления липидов, которое ведет к альтерации клеточных и субклеточных мембранных структур гепатоцитов [3--7]. Представление о механизмах процессов, сопровождающих синдром ишемии-реперфузии печени, может стать основой для разработки новых научно обоснованных методик, позволяющих улучшить качество трансплантационных и других обширных операций на органах гепатобили- арной системы, а также снизить риск развития послеоперационных осложнений.

Целью настоящего исследования было изучение изменений активности некоторых ферментов антиоксидантной защиты в динамике развития ишемически-реперфузионного повреждения печени у крыс.

Материалы и методы

Исследование проведено на 95 белых нелинейных половозрелых крысах-самцах массой 240--280 грамм. Испытуемые лабораторные животные содержались на базе учебно-производственного отдела (вивария) ФГБОУ ВО КубГМУ Минздрава России. Все исследования проводились в соответствии с «Правилами, принятыми в Европейской конвенции по защите позвоночных животных» (Страсбург, 1986) и были одобрены локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО КубГМУ Минздрава России (протокол № 51 от 23.05.2017 г.). Все манипуляции проводились под общей анестезией Золетилом 100 ^«УігЬас», Франция) 10 мг/кг внутримышечно.

Контрольная группа (группа 1) была представлена животными (п = 12), у которых забиралась кровь в объеме 150 мкл из каудальной полой вены через 5, 10 и 15 минут после осуществления лапаротомии. 2-я контрольная группа (группа 2) была представлена животными (п = 10), у которых забиралась кровь в объеме 150 мкл из каудальной полой вены через 5, 10, 15 и 20 минут спустя 15 минут после осуществления лапаротомии. Животные 3-й группы (п = 15) после срединной лапаротомии подвергались пережатию аналога печеночно-двенадцатиперстной связки (ПДС) на 15 минут с осуществлением забора крови через 5, 10 и 15 минут после начала ишемии в объеме 150 мкл из каудальной полой вены. Животные 4-й группы (п=14) подвергались 15минутному пережатию аналога ПДС с забором крови в объеме 150 мкл из каудальной полой вены через 5, 10, 15 и 20 минут реперфузии. Для оценки изменений на органном уровне были сформированы 4 аналогичные группы, у которых производился забор образца печени массой 0,15-- 0,20 г. Контрольная группа (группа 1п) была представлена животными (п = 10), у которых забирался образец печени через 5, 10, 15 и 20 минут после осуществления лапаротомии. 2-я контрольная группа (группа 2п) была представлена животными (п = 10), у которых забирался образец печени через 5, 10, 15 и 20 минут спустя 20 минут после осуществления лапаротомии. Животные 3п группы (п = 12) после срединной лапаротомии подвергались пережатию аналога ПДС на 20 минут с осуществлением забора образца печени через 5, 10, 15 и 20 минут ишемии. Животные 4п группы (п = 12) подвергались 20минутному пережатию аналога ПДС с забором участка печени через 5, 10, 15 и 20 минут реперфузии.

Таким образом, были сформированы группы животных, биологический материал которых забирался в течение 5--20 минут ишемического периода и 5--20 минут реперфузионного периода с интервалом 5 минут. Так как кровь и печень неоднократно забирались у одних и тех животных, для оценки влияния кровопотери и повреждения печени вследствие ее частичной резекции, были сформированы аналогичные группы контрольных крыс.

Для оценки изменений антиоксидантной системы определяли активности супероксиддис- мутазы (СОД), каталазы (КАТ) гемолизата эритроцитов и гомогената печени и общую антиоксидантную активность (АОА) в гомогенате печени. Активность КАТ определяли по скорости утилизации пероксида водорода, которую регистрировали по поглощению света при 260 нм [8].

Активность СОД определяли по степени торможения аутоокисления кверцетина [9]. Общую АОА определяли методом FRAP (Ferric Reducing/Antioxidant Power), вводя в избытке ионы Fe3+ и фотометрический реагент -- 2,2'- дипиридил [10]. В гомогенате печени определяли концентрацию белка методом Брэдфорд с красителем Кумасси [11], расчет активности ферментов и концентрации глутатиона производили на 1 грамм белка гомогената.

Результаты исследования обрабатывали статистически с использованием системы статистического анализа Stat plus LE. Данные представляли в виде медианы (Ме), 25-го и 75-го пер- сентилей (р0,25/р0,75). С учетом критерия Манна- Уитни регистрировали изменения показателей у животных разных групп, критерий Вилкоксона использовали для оценки различий показателей, полученных у животных одной группы, достоверным считали различие при р < 0,05.

Результаты и обсуждение

При анализе полученных данных выявлено наиболее выраженное увеличение каталазной активности эритроцитарной взвеси к 10-й минуте ишемического периода -- в 2 раза, по сравнению с периодом 5-минутного пережатия аналога ПДС. При этом в сравнении со значениями контроля каталазная активность при пережатии аналога ПДС в течение 5 минут была снижена на 14%.

Необходимо отметить, что изменения активности рассматриваемого фермента в контрольной группе животных в течение как ишемического периода, так и реперфузионного не отмечалось. Дальнейшее развитие ишемического и реперфу- зионного периода характеризовалось высокими стабильными значениями каталазной активности эритроцитов на уровне 10--12 ммоль/(л*мин), и только к 20-й минуте восстановления кровотока было определено еще небольшое увеличение ферментативной активности на 10--20%, относительно значений аналогичного показателя при предыдущих заборах крови. Активность супероксиддисмутазы эритроцитов колебалась в более широких пределах, и ее изменения не всегда были такими однозначными, как изменения активности каталазы.

К 5-й минуте ишемии активность СОД эритроцитарной взвеси снижалась на 10%, затем аналогично изменению каталазной активности было определено увеличение в 1,9 раза. В дальнейшем отмечался рост активности СОД еще на 20% к 15-й минуте ишемии и относительно низкие значения активности данного фермента в эритроцитарной взвеси к 5-й минуте восстановления кровотока -- только в 1,5 раз превышающие контрольные цифры. В целом реперфузионный период характеризовался более низкими значениями активности СОД по сравнению с периодом ишемии и, только к 20-й минуте реперфузии наметилось увеличение активности данного фермента до значений показателя 5-минутной ишемии (табл. 1). Оценка соотношения активности

КАТ/СОД показала поддержание его на уровне, близком к единице в течение всего периода ишемии, что может характеризовать вместе с данными об увеличении активности обоих ферментов в 2 раза адаптивные изменения, направленные на подготовку к развитию окислительного стресса в период активного восстановления кровотока. В какой-то степени такой эффект может быть обусловлен усилением активирующего влияния супероксидного анион-радикала на СОД и пероксида водорода на КАТ ввиду общего относительного увеличения напряжения кислорода в крови при выключении печени из системного кровотока. Период реперфузии характеризуется увеличением соотношения КАТ/СОД до 1,5--1,9 единиц, что свидетельствует о преимущественной генерации пероксида водорода и возможно сниженной резистентности к образованию супероксидного анион-радикала.

Таблица 1. Изменения активности ферментов антиоксидантной защиты эритроцитов при ишемии-реперфузии печени крыс (Ме(р0,25/р0,75))

патологический экспериментальный печень

Ферменты антиоксидантной защиты ткани печени претерпевали в основном изменения в сторону прогрессирующего снижения их активности. Интересно также отметить, что активность КАТ контрольных животных снижалась до значений почти в 1,5 раза ниже исходных. У крыс, подвергавшихся ишемии-реперфузии, каталазная активность ткани печени снижалась к 10-й минуте ишемического периода на 20% и к 20-й минуте того же периода еще более чем на 20% по сравнению с предыдущими значениями рассматриваемого показателя, однако в целом показатели активности каталазы в данный период повреждения печени соответствовали контрольным значениям. Выраженное снижение активности КАТ в среднем в 1,5--2 раза по сравнению с контрольными значениями было определено у животных в период реперфузии.

Активность СОД ткани печени крыс контрольной группы не претерпевала изменений во времени при заборе крови без моделирования ишемии-реперфузии. У животных опытных групп отмечалось снижение активности СОД печени на 15% к 5-й минуте ишемии с дальнейшим снижением активности фермента еще на 15% к 20-й минуте ишемического поражения органа. Период реперфузии характеризовался значениями активности СОД в пределах контрольных цифр в течение 5--15 минут после восстановления кровотока со снижением активности фермента к 20-й минуте на 25% относительно контроля (табл. 2). Соотношение активности КАТ/СОД гомогената печени в ишемический период характеризовалось значениями, близкими к единице (1,2--1,6 единицы), с небольшим преобладанием каталазной активности. Это, возможно, необходимо для частичного возвращения активных форм кислорода в цепь переноса электронов в условиях сниженного парциального давления кислорода в ишемизированной ткани и обеспечивает более эффективное протекание энергетического метаболизма. В период реперфузии соотношение КАТ/СОД смещается в сторону преобладания активности СОД (0,5--0,8 единиц). В данный период времени резкое увеличение оксигенации печени сопровождается гиперпродукцией свободных радикалов, в первую очередь продукта одноэлектронного восстановления кислорода -- супероксидного анион-радикала.

Таблица 2. Изменения активности ферментов антиоксидантной защиты печени крыс при ее ишемии-реперфузии (Ме(р0,25/р0,75))

Период

Время,

мин.

К-КАТ

ммоль/(л*мин*г белка)

КАТ,

ммоль/(л*мин*г белка)

К-СОД,

отн.ед./г белка

СОД,

отн.ед./г белка

Ишемия

5

2,71

2,52

12,5

10,7*

(2,35/2,90)

(2,30/2,78)

(11,8/12,8)

(10,2/11,1)

10

2,17*

2,00

11,6

9,0**

(2,02/2,42)

(1,79/2,20)

(11,4/12,0)

(8,4/9,6)

15

1,88

2,39

12,0

9,7*

(1,60/2,03)

(2,00/2,48)

(11,7/12,4)

(9,2/10,0)

20

1,88

1,72*

11,8

9,1*

(1,59/2,02)

(1,54/1,95)

(11,5/12,3)

(8,8/9,4)

Реперфузия

5

2,31

1,41**

11,7

12,4*

(2,01/2,56)

(1,23/1,59)

(11,3/12,1)

(11,7/12,8)

10

2,17

1,61*

11,8

11,8

(2,00/2,41)

(1,43/1,72)

(11,5/12,1)

(11,5/12,2)

15

1,83*

0,80**

12,0

12,2

(1,60/1,97)

(0,73/1,05)

(11,6/12,3)

(11,8/12,5)

20

1,94

1,23*

11,5

8,5**

(1,64/2,10)

(0,95/1,36)

(11,3/11,9)

(8,0/9,0)

Примечание: * -- статистически значимые отличия (р < 0,05) от соответствующего показателя контрольной группы; " -- статистически значимые отличия (р < 0,05) между двумя показателями, определенными с 5-минутным интервалом ишемии-реперфузии.

Обозначения: КАТ, СОД -- активность ферментов крыс опытных групп; К-КАТ, К-СОД -- активность ферментов контрольных групп.

Исследование общей антиоксидантной активности гомогената печени контрольных животных показало сохранение ее в течение всего эксперимента на уровне 0,08--0,10 мг/л витамина С (принятого за стандарт) в пересчете на 1 грамм белка гомогената. В ишемически-ре- перфузионный период общая антиоксидантная активность снижается уже к 5-й минуте ишемии в 2 раза и сохраняется на уровне 0,04--0,05 мг/л витамина С в пересчете на 1 грамм белка гомогената в течение всего эксперимента. В момент реперфузии можно было бы ожидать существенных изменений, однако вероятно, что усиление в этот период свободнорадикальных процессов уравновешивалось снабжением антиоксидантами из крови.

Заключение

патологический экспериментальный печень

Полученные результаты подробно описывают изменения активности ферментов первых линий антиоксидантной защиты и общей антиоксидантной активности на системном и органном уровнях в течение 20 минут ишемического повреждения печени и в ранний реперфузионный период.

20-минутное пережатие ПДС с целью выключения печени из системного кровотока при оперативных вмешательствах или прекращение кровоснабжения данного органа вследствие других причин в течение 20--30 минут являются наиболее актуальными временными промежутками изучения фундаментальных и клинических аспектов ишемически-реперфузионного повреждения печени. В это время орган сохраняет жизнеспособность, и еще возможно его сохранение при восстановлении кровотока, а путем метаболического воздействия на наиболее чувствительные звенья патогенеза возможно предотвращение развития печеночной недостаточности в поздние сроки реперфузии.

Результаты настоящего исследования показали роль изменений активности каталазы и супероксиддисмутазы крови и печени в течение рассматриваемого патологического процесса. Так, показано развитие дисбаланса соотношения активности КАТ/СОД при развитии ишемически-реперфузионного синдрома со сдвигом данного соотношения в сторону преобладания каталазной активности на системном и супер- оксиддисмутазной на органном уровнях после восстановления кровотока. Кроме того, отмечается увеличение активности исследуемых ферментов эритроцитарной взвеси, особенно в ишемический период, и тенденции к прогрессирующему снижению активности этих же ферментов в ткани печени. Это указывает на возможность оценки функционального состояния системы окислительно-восстановительного гомеостаза животного при ишемически-реперфузионном повреждении печени, а вместе со сниженной общей антиоксидантной активностью показывает необходимость метаболической поддержки данного звена системы неспецифической резистентности.

Финансирование исследования

Работа выполнена при поддержке государственного задания Министерства здравоохранения Российской Федерации (от 28.01.2015 г. ч. 1, раздел 1) «Осуществление прикладных научных исследований, в том числе проведение доклинических исследований лекарственных средств и клинических исследований лекарственных препаратов».

Библиографический список

1.Donadon M., Molinari A.F., Corazzi F., Rocchi L., Zito P., Cimino M., Costa G., Raimondi F., Torzilli G. Pharmacological modulation of ischemic-reperfusion injury during Pringle maneuver in hepatic surgery. A prospective randomized pilot study // World Journal of Surgery. 2016. V. 40. № 9. P. 2202--2212.

2.Guan L.-Y, Fu P.-Y, Li P.-D, Liu H.-Y, Xin M.-G., Li W. Mechanisms of hepatic ischemia-reperfusion injury and protective effects of nitric oxide // World Journal of Gastrointestinal Surgery. 2014. V. 6. № 7. P. 122--128.

3.Ходосовский М.Н. Коррекция окислительных повреждений при синдроме ишемии-реперфузии печени // Журн. ГрГМУ. 2016. № 4. С. 20--25.

4.Басов А.А., Быков И.М. Изменение антиоксидантного потенциала крови экспериментальных животных при нутриционной коррекции окислительного стресса // Вопросы питания. 2013. № 6. С. 75--81.

5.Басов А.А., Быков И.М. Сравнительная характеристика антиоксидантного потенциала и энергетической ценности некоторых пищевых продуктов // Вопросы питания. 2013. № 3. С. 77--80.

6.Bykov M.I., Basov A.A. Change of parameters in prooxidant-antioxidant bile system in patients with the obstruction of bile-excreting ducts // Medical news of North Caucasus. 2015. V. 10 (2). P. 131--135.

7.Li J., Li R.J., Lv G.Y., Liu H.Q. The mechanisms and strategies to protect from hepatic ischemiareperfusion injury // European Review for Medical and Pharmacological Sciences. 2015. V. 19. № 11. P. 2036--2047.

8.Карпищенко А.И. Медицинские лабораторные технологии. Справочник. СПб.: Интермедика, 2002. 600 с.

9.Костюк В.А., Потапович А.И., Ковалева Ж.И. Простой и чувствительный метод определения суперок- сиддисмутазы, основанный на реакции окисления кверцитина // Вопросы медицинской химии. 1990. № 2. С. 88--91.

10.Benzie I.F.F., Strain J.J. The ferric reducing ability of plasma (FRAP) as a measure of “antioxidant power”: the FRAP assay // Anal. Biochem. 1996. V. 239. № 1. P. 70--76.

11.Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem. 1976. V. 72. P. 248--254.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Печень как самая массивная железа организма животных и людей. Классификация и особенности строения печени у разных видов животных. Кровоснабжение и функции печени, описание строения печеночной дольки, видовые особенности. Строение желчных протоков.

    реферат [18,3 K], добавлен 10.11.2010

  • Печень как центральный орган химического гомеостаза организма, выполняющий важнейшие жизненные функции. Диагностика и клинические признаки желтухи. Воспаление печени диффузного характера (гепатит). Жировой гепатоз у животных, его симптомы, лечение.

    презентация [1,5 M], добавлен 01.12.2015

  • Этиология и патогенез цирроза печени у животных; симптоматика и особенности протекания заболевания, прогнозы на жизнь. Постановление дифференциального диагноза на основании клинических и лабораторных исследований. Методы лечения и профилактики болезни.

    реферат [34,6 K], добавлен 31.01.2012

  • Определение болезни, этиология и патогенез, симптомы и течение, патологоанатомические изменения, дифференциальный диагноз. Лечение токсической дистрофии печени, ее профилактика. Технология содержания животных на промышленном животноводческом комплексе.

    курсовая работа [47,3 K], добавлен 01.04.2010

  • История ихтиологических исследований Средней Волги, общая характеристика различных типов рыб. Сравнительный анализ состава уловов июня и июля, годовая динамика встречаемости рыб и биотопическая приуроченность молоди. Факторы, суточной активности.

    дипломная работа [1,8 M], добавлен 08.07.2015

  • Методы защиты от вредителей. Шкала балльной оценки показателей активности вредных организмов. Оценка состояния насаждений при лесопатологических обследованиях и мониторинге. Надзор за появлением и распространением вредителей и болезней и состоянием леса.

    книга [251,3 K], добавлен 06.12.2010

  • Яичная продуктивность кур-несушек и качество яиц. Показатели естественной резистентности и активности пищеварительных ферментов кур-несушек. Показатели естественной резистентности, прироста живой массы и сохранности цыплят при использовании "Кайода".

    курсовая работа [32,7 K], добавлен 06.05.2012

  • Описание особенностей применения удобрения "Маг-Бор" российского производства для повышения урожайности плодовых и овощных культур. Анализ результатов применения гуминосодержащего микроудобрения повышенной биологической активности в учебной теплице.

    доклад [1,8 M], добавлен 15.06.2015

  • Прогнозирование появления и вредоносность организма. Обоснование использования химических средств защиты. Состояние интегрированной системы защиты капусты от вредных организмов. Расчет экологической нагрузки используемых средств химической защиты капусты.

    курсовая работа [57,8 K], добавлен 25.02.2012

  • Рассмотрение системы органов пищеварения крупного рогатого скота. Описание строения ротовой полости, слюнных желез, миндалин, гортани, пищевода, печени. Видовые особенности кишок животного. Характеристика процесса всасывания питательных веществ.

    презентация [4,7 M], добавлен 24.12.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.