Обмінні процеси в організмі щурів при отруєнні цезієм і стронцієм та зміні кислотно лужного стану

Вміст натрію, магнію та кальцію у серці і печінці підвищується, а калію не змінюється. В нирках вміст натрію знижується в 1,4 рази, а магнію та калію не змінюється. Отже, в результаті проведених досліджень можна стверджувати, що стронцій та цезій спричиняють перерозподіл макроелементів в організмі щурів.

Дослідження впливу важких металів на активність окремих ферментів гліколізу, циклу трикарбонових кислот та азотного обміну показали, що цезій і стронцій у печінці знижують активність ЛДГ (відповідно на 17 та 13%), НАДФН - залежної ІДГ (відповідно на 26,4 та 37,3%) (табл. 6).

Таблиця 6. Ферментативна активність у печінці та крові щурів, отруєних цезієм та стронцієм, мкмоль/хв/мг білка (М ± m, n = 8)

Активність НАДФ-залежної ІДГ та МДГ (як НАД⁺ -залежної, так і НАДН-залежної) не змінюється. Вплив важких металів на активність вищезгаданих ферментів підтверджується і результатами досліджень, проведеними in vitro (табл. 7).

Таблиця 7. Вплив цезію та стронцію на активність ферментів за умов in vitro, мкмоль/хв/мг білка (М ± m, n = 8)

Активність досліджуваних ферментів залежить від концентрації важкого металу. Причому, введення як цезію, так і стронцію до складу інкубаційного середовища в концентрації 20 мг/мл знижує активність ЛДГ відповідно на 31,3 та 17,3%, ІДГ НАДФ-залежної - на 30,6 та 69,4%, ІДГ НАДФН⁺ -залежної - на 48,8 та 67,9%, МДГ НАД-залежної - на 89,5 та 63,4%, МДГ НАДН⁺ -залежної - на 39,2 та 43,1%.

Активність ЛДГ при введенні цезію та стронцію до складу інкубаційного середовища в концентрації 2 мг/мл має тенденцію до підвищення, а активність інших досліджуваних ферментів знижується.

Виявлений характер змін може бути зумовлений здатністю металів брати участь у процесах комплексоутворення з природними лігандами, що містять тіолові групи, адже, згідно з даними літератури (Володіна Т.Т., Гулий М.Ф., 1984), важкі метали мають здатність входити до складу металоферментних комплексів, що може спричинити активацію або інгібування таких сполук.

Аналіз даних наукової літератури (Голіков С.М. та ін., 1986; Дельва Ю.В., Нейко Е.М., 1990) свідчить, що важкі метали є інгібіторами ферментних систем, хоча в мінімальних концентраціях вони є ефективними активаторами перебігу багатьох біохімічних реакцій, а за умов суттєвого надлишку блокують або сповільнюють цей процес.

Зв’язування тіолових груп призводить до зміни структури молекул, в результаті чого ферменти, що їх містять, здатні втрачати свою активність (Діксон М., Уебб Е., 1982; Голіков С.М. та ін., 1986). Вплив металу, очевидно, може відбуватися на різних стадіях: в період синтезу відповідного ферменту, під час його активації, в момент приєднання ферменту до субстрату тощо.

Живий організм має ряд систем, які здатні зв’язувати іони важких металів (Забродський П.Ф., 1998; Засєкін Д.А., 2001), тим самим зменшуючи їх негативну дію на ферментні системи, чим може пояснюватись відмінність в одержаних результатах випробувань активності ферментів in vitro та in vivo. Одним із захисних механізмів організму є синтез металотіонеїнів – білків, що містять тіолові групи, які можуть зв’язувати важкі метали (Барабой В.А., Петрина Л.Г., 2003).

У результаті проведених досліджень встановлено, що стан отруєння важкими металами характеризується певними метаболічними особливостями, при яких рівень більшості досліджуваних метаболітів відрізняється від контрольного (табл. 8). У крові щурів, отруєних цезієм і стронцієм концентрація глюкози вища, ніж у інтактних тварин відповідно на 38,8 та 33,0%. В печінці отруєних щурів підвищується концентрація пірувату на 26 та 38% і знижується – лактату відповідно на 27,7 та 19,0%. Виявлені зміни можуть бути зумовлені зниженням інтенсивності гліколітичних процесів у печінці отруєних щурів, що підтверджується зменшенням активності ЛДГ.

Таблиця 8. Вміст інтермедіатів гліколізу та циклу трикарбонових кислот у печінці щурів, отруєних цезієм і стронцієм, мкмоль/г (М ± m, n = 8)

Підвищення концентрації глюкози в крові отруєних тварин при збільшенні концентрації іонів гідрогену також може вказувати на інтенсифікацію процесів глюконеогенезу, що узгоджується з даними
Д.О. Мельничука (1989).

Одержані результати узгоджуються з підвищенням концентрації окремих субстратів ЦТК у печінці щурів, отруєних солями цезію та стронцію, а саме: оксалоацетату відповідно на 56 та 54%,
б-кетоглутарату - на 39 та 53%, глутамату - на 37 та 18%. Концентрація малату та ізоцитрату в обох дослідних групах залишається без змін.

Багаторівневий контроль клітинного метаболізму, який забезпечує підтримку гомеостазу в змінних умовах зовнішнього середовища, включає, як один із основних факторів, регуляцію окисно-відновного стану в компартментах клітини, що виражається співвідношеннями вільних нікотинамідних коферментів НАД⁺ /НАДН і НАДФ⁺ /НАДФН. Розрахунки цих співвідношень вказують на те, що у тварин, яким вводили цезію і стронцію хлорид, збільшується величина співвідношення НАД⁺ / НАДН у цитоплазмі клітин відповідно на 45 та 48% (табл. 9).

Таблиця 9. Співвідношення НАД⁺ / НАДН та НАДФ⁺ / НАДФН у мітохондріях і цитоплазмі гепатоцитів щурів, отруєних цезієм і стронцієм (М ± m, n = 8)

Величина співвідношень НАДФ⁺ /НАДФН у цитоплазмі клітин печінки щурів інтактної та дослідних груп не змінюється. З іншого боку, величина співвідношення НАД⁺ /НАДН у мітохондріях клітин печінки щурів, яким вводили цезію та стронцію хлориди, зменшується відповідно на 44 та 13%. Отже, надлишок солей цезію та стронцію в організмі щурів впливає на перебіг реакцій циклу трикарбонових кислот та гліколізу в печінці, змінюючи інтенсивність перебігу окисно-відновних процесів.

Дослідження вмісту продуктів азотного обміну (аміак, сечовина, глутамінова кислота та глутамін), які використовуються для діагностики фізіологічного стану організму за умов отруєння показало, що в крові щурів, яким вводили розчини цезію і стронцію, знижується концентрація глутаміну в середньому відповідно на 15,7 та 23,0% і аміаку - на 50,2 та 38,6%, а рівень сечовини і глутамату підвищується на 39,0 і 22,4% та 37 і 18% (табл. 10).

Таблиця 10. Вміст продуктів азотного обміну в крові щурів, отруєних цезієм і стронцієм, мкмоль/мл (М ± m, n = 8)

Це може вказувати на те, що інтенсивність утилізації амонійного азоту переважає над процесами амонієгенезу, що й зумовлює зменшення концентрації аміаку в крові отруєних тварин порівняно з інтактними. Зазначене припущення підтверджується зниженням активності АсАТ та АлАТ у крові щурів, отруєних цезію хлоридом відповідно на 23,6 та 21,6%, а стронцію хлоридом – на 31,9 та 18,5% порівняно з інтактними тваринами.

Отримані результати дозволяють припустити, що іони важких металів зумовлюють зниження активності ферментів та уповільнення процесів переамінування амінокислот. Відомо (Корнілова С.В., 1986; Мацевич Л.Л., Лукаш Л.Л., 2001; Мудрий І.В., Короленко Т.К., 2002), що амінотрансферази, як і інші ферменти, містять у своєму складі певну кількість HS-груп і тому дуже чутливі до дії таких токсикантів.

Результати досліджень параметрів кислотно-лужного стану крові щурів, отруєних стронцію хлоридом, свідчать про те, що токсичні дози цього металу призводять до змін відповідних показників (табл. 11). При цьому величина рН крові зміщується в кислий бік: з 7,35 у інтактних щурів до 7,23 у отруєних. У цих тварин також знижуються рівень р СО₂ - на 15,2%, величина [НСО₃ ^- ] - на 18,1%, вміст СО₂ заг. - на 30,2%, значення ЗБО - на 37,4%, рівень р О₂ - на 36,4%. Такий характер змін свідчить про виникнення стану метаболічного ацидозу в організмі отруєних тварин.

Таблиця 11. Кислотно-лужний стан крові щурів, отруєних стронцію хлоридом (М ± m, n = 8)

Ці дані вказують також на те, що отруєні стронцію хлоридом тварини, яким уводили хлоридну кислоту, знаходяться в стані експериментального метаболічного ацидозу. Це супроводжується зниженням величини рН до 7,12, вмісту СО₂ заг. - на 40,8%, рівня р СО₂ - на 24,2%, величини [НСО₃ ^- ] - на 39,3%, значення ЗБО - на 47,1% і рівня р О₂ - на 46,4%.

В отруєних стронцієм щурів, які додатково отримували натрію гідрокарбонат нормалізуються показники кислотно-лужного стану, за винятком підвищення концентрації бікарбонатів на 25,4% та СО₂ заг. - на 27,3%.

Аналогічний характер змін КЛС спостерігається і в щурів, отруєних цезієм (табл. 12). Про це свідчить зміщення показників КЛС в отруєних тварин у напрямі розвитку метаболічного ацидозу. Отруєні цезієм тварини, яким вводили хлоридну кислоту, перебувають у стані метаболічного ацидозу, а ті, що отримували натрію гідрокарбонат - у стані компенсованого алкалозу.

Таблиця 12. Кислотно-лужний стан крові щурів, отруєних цезію хлоридом (М ± m, n = 8)

Показано, що зміна параметрів КЛС крові в бік ацидозу сприяє прискореній елімінації кадмію з організму щурів. Це зумовлюється підвищенням ступеня іонізації та розчинності важких металів за вказаних умов (Мельникова Н.М. та ін., 2007).

Нами було досліджено вплив метаболічного ацидозу й алкалозу на інтенсивність накопичення та виведення стронцію і цезію з органів отруєних щурів (табл. 13).

Таблиця 13. Вміст стронцію в органах отруєних щурів за умов зміни показників кислотно-лужного стану крові, мг/кг (М ± m, n = 8)

Примітка. ** - Р < 0,05, результати вірогідні порівняно зі значеннями для отруєних тварин.

Показано, що отруєння щурів солями цезію та стронцію на фоні введення хлоридної кислоти призводить до зниження накопичення важких металів у м’язах відповідно в 2,1 та 1,6 рази, в печінці - в 2,3 та 1,5 рази, в нирках тварин обох дослідних груп - в 1,5 рази, в кістках - у 1,3 та 2,7 рази. В серці відмічено тенденцію до зниження накопичення досліджуваних металів.

Зменшення накопичення цезію та стронцію в органах піддослідних щурів на фоні виникнення стану метаболічного ацидозу можна пояснити підвищенням ступеня іонізації та рівня розчинності важких металів, що сприяє їх інтенсивнішій екскреції.

Підтвердженням зазначеного є результати досліджень, в яких уведення щурам цезію і стронцію хлориду поєднували з натрію гідрокарбонатом. За таких умов ступінь накопичення важких металів в органах є таким, як і при відсутності NaHCO₃ . При цьому відмічено подібні значення показників кислотно-лужного стану крові. Це узгоджується з результатами досліджень інтенсивності виведення важких металів з органів отруєних щурів за умов уведення їх у стан експериментального метаболічного ацидозу після отруєння важкими металами. Результати досліджень свідчать про виведення цезію та стронцію з органів отруєних щурів. Проте у тварин, які після отруєння важкими металами були введені в стан метаболічного ацидозу, процес виведення цезію та стронцію відбувається інтенсивніше. Це відмічено на
4 - 8-му добу дослідження. В цей період спостерігається вірогідна різниця щодо вмісту металів у досліджуваних органах. При цьому найбільш вагомі зміни відзначали у виведенні цезію, де між контрольною і дослідною групами на 20-ту добу різниця перевищувала в м’язах у середньому в 2,8; в нирках – у 5,1; в печінці – у 5,8; в кістках – у 2,8 рази порівняно з отруєними тваринами (табл. 14).

Таблиця 14. Інтенсивність виведення цезію з органів отруєних щурів за умов метаболічного ацидозу, мг/кг (М ± m, n = 8)

Результати проведених досліджень свідчать, що цезій і стронцій, накопичуючись в організмі, змінюють інтенсивність окисно-відновних процесів, впливають на вуглеводний, азотний, мінеральний обмін та показники КЛС. Зміну параметрів КЛС у бік метаболічного ацидозу можна використати для прискорення процесу елімінації цезію і стронцію з організму тварин. Зниження вмісту важких металів в органах за умов зміни параметрів КЛС крові отруєних тварин до фізіологічно безпечних меж є важливим фактором при проведенні детоксикаційних та профілактичних заходів у біогеохімічних зонах України зі значним вмістом важких металів у довкіллі.

Одержані результати можуть стати необхідним підґрунтям для розробки ефективних способів профілактики і лікування продуктивних тварин за цезієвого та стронцієвого отруєння, з метою отримання екологічно чистої продукції.

ВИСНОВКИ

У дисертації представлене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в дослідженні показників азотного, вуглеводного, мінерального обміну та кислотно-лужного стану в організмі щурів, за умов уведення їм цезію і стронцію хлориду, а також вивченні впливу зміни параметрів кислотно-лужного стану на інтенсивність накопичення цих важких металів у тканинах та органах тварин.

1. Встановлено, що в організмі щурів, яким вводили цезію і стронцію хлорид, підвищується вміст цезію в печінці, серці, кістках, скелетних м’язах, нирках відповідно у 228, 67, 38, 37 і 29 разів, а вміст стронцію – в 1,5; 2; 5,1; 1,7 і 1,7 рази порівняно з інтактними тваринами.

2. Введення щурам цезію хлориду призводить до зниження вмісту натрію, калію й магнію в кістках відповідно в 2,3; 2,0; 2,0 рази, нирках - у 1,6; 1,6; 1,5 рази, м’язах - в 1,7; 1,7; 2,8 рази і підвищення в печінці – в 1,5; 1,5; 2,2 рази та серці в 1,4; 1,4; 1,5 рази. Вміст кальцію в кістках знижується в 2,72 рази і підвищується в інших досліджуваних органах. Уведення щурам стронцію хлориду сприяє зменшенню вмісту натрію в нирках у 1,4 рази, калію і магнію в м’язах відповідно у 1,25 і 1,7 рази та кальцію в кістках – у 1,7 рази, що може бути пов'язано з конкурентними відносинами між зазначеними металами.

3. Виявлено, що при введенні щурам цезію хлориду знижується активність лактатдегідрогенази в цитозолі печінки на 17,1%, НАДФН-залежної ізоцитратдегідрогенази – на 26,4%, аспартатамінотрансферази в крові – на 23,6%, аланінамінотрансферази – на 21,6%, а отруєння стронцію хлоридом відповідно на 13,0; 37,3; 31,9 і 18,5%, що може призводити до гальмування реакцій гліколізу та переамінування.

4. Введення до інкубаційного середовища цезію і стронцію хлоридів в концентрації 20 мг/мл in vitro знижує активність всіх досліджуваних ферментів, у тому числі лактатдегідрогенази відповідно на 31,3 і 17,3%, ізоцитратдегідрогенази НАДФ⁺ -залежної – на 30,6 і 69,4%, ізоцитрат-дегідрогенази НАДФН-залежної – на 48,8 і 67,9%, малатдегідрогенази НАД⁺ -залежної – на 89,6 і 63,4%, малатдегідрогенази НАДН-залеж-
ної – на 39,2 і 43,1%, що вказує на інгібувальну дію згаданих металів у високих концентраціях, при цьому додавання стронцію хлориду в дозі 2 мг/мл, підвищує активність лактатдегідрогенази на 16,7%.

5. Солі цезію і стронцію спричиняють підвищення концентрації глюкози в крові відповідно на 38,8 і 33,0% та


9-09-2015, 00:10