На правах рукописи
ТЕДТОЕВА АНЖЕЛИКА ИРАКЛИЕВНА
РОЛЬ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ В ПАТОГЕНЕЗЕ АНГИО - И НЕФРОПАТИИ, ВЫЗВАННЫХ ХРОНИЧЕСКОЙ ИНТОКСИКАЦИЕЙ ХЛОРИДОМ КОБАЛЬТА
В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
патологическая физиология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Владикавказ – 2011
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Осетинская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития России и Учреждении Российской академии наук «Институт биомедицинских исследований Владикавказского научного центра РАН и Правительства Республики Северная Осетия-Алания»
Научный руководитель: | заслуженный деятель науки РСО-Алания, доктор медицинских наук, профессор Дзугкоева Фира Соломоновна |
Официальные оппоненты: | заслуженный работник Высшей школы РФ, заслуженный деятель науки РСО – Алания, доктор медицинских наук, профессор ХЕТАГУРОВА Лариса Георгиевна |
доктор медицинских наук, профессор Павлюченко Иван Иванович |
Ведущая организация: государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский университет дружбы народов»
Защита состоится «______» ____________ 2011 года в____ часов на заседании диссертационного совета Д 208.095.01 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Осетинская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития России РСО-Алания, 0
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО СОГМА Минздравсоцразвития России ( 0)
Автореферат разослан «______» ____________ 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор медицинских наук, профессор
Общая характеристика работы
Актуальность исследования. Рост загрязнения окружающей среды такими токсичными, легко накапливающимися в организме веществами, как тяжелые металлы, обусловливает насущную необходимость изучения механизма влияния, разработки и внедрения новых способов профилактики поступления и усиления их выведения из организма.
Органы выделительной системы являются наиболее уязвимыми как к эндогенным, так и к экзогенным токсикантам, поскольку все ксенобиотики экскретируются почками (, , и др., 2002). Нарастающие неблагоприятные экологические воздействия, как правило, антропогенного характера, заставляют по-новому взглянуть на те заболевания, с которыми приходится иметь дело в начале XXI века (, , 2010). При нарастании концентрации ксенобиотиков, интенсивности и длительности воздействия или их сочетания адаптационные системы работают в условиях напряжения. В ряде случаев компенсаторные возможности организма истощаются, и развивается нарушение функциональных возможностей организма или отдельных систем. (, , и др., 2009).
Кобальт жизненно важный микроэлемент, участвующий во многих процессах жизнедеятельности организма. Однако, при экзогенных воздействиях кобальт обладает высокой повреждающей способностью (E. Szakmary et all., 2001) и его относят к веществам 1 класса опасности (., ., 1991). Несмотря на то, что токсическое действие кобальта доказано многократно, молекулярные механизмы его токсичности до конца не изучены. Кобальт генотоксичен (, 2007), имитирует в клетке состояние гемической гипоксии (, , и др., 2008), активирует гликолиз и эритропоэз, индуцирует окислительный стресс (, 2003), апоптоз и даже некроз (, , 1996). Токсические эффекты кобальта проявляются полиморфным поражением кроветворной, сердечно-сосудистой, дыхательной, иммунной систем, а также поражением почек, поскольку почки, вследствие морфологических и функциональных особенностей, являются одним из главных органов-мишеней для ксенобиотиков (A. Goyer. 1990; D. Czock, U. Hausler, Aymanns et all., 2005). Являясь главным экскреторным органом, почки становятся мишенью многих ксенобиотиков, в том числе цветных тяжелых металлов, в частности, кобальта (, , 2007; , , и др., 2009). По многочисленным литературным данным (, , 2002; С, , и др., 2009) длительное воздействие хлорида кобальта в эксперименте приводит к развитию хронической необратимой нефропатии, переходящей в почечную недостаточность.
В доступной литературе представлены данные о функциональных и патоморфологических изменениях почек на фоне интоксикации хлоридом кобальта, но весьма недостаточны сведения литературы о механизмах развития ангио – и нефропатии и участия в них перекисного окисления липидов, антиокислительной системы клеток и активности Na+,К+-АТФ-азы почечной ткани в условиях хронической кобальтовой интоксикации в эксперименте.
Цель работы: изучение роли перекисного окисления липидов (ПОЛ) и активности ферментов антиоксидантной защиты клеток (АОЗ) в механизмах нарушения водо - и электролито-выделительной функции почек, гемодинамических изменений на фоне интоксикации хлоридом кобальта в эксперименте.
Для достижения цели исследования решали следующие задачи:
1. Воспроизвести модель нефропатии при парентеральном введении различных дозировок хлорида кобальта в течение двух недель и одного месяца.
2. Изучить изменения показателей водо - и электролито-выделительной функции почек на фоне спонтанного и водного диурезов, вызванные интоксикацией хлоридом кобальта в хроническом эксперименте.
3. Исследовать активность Na+,К+-АТФ-азы в гомогенатах коркового и мозгового вещества почечной ткани на фоне хронической интоксикации хлоридом кобальта у крыс.
4. Исследовать характер изменения гемодинамики методом допплерографии на фоне экспозиции хлоридом кобальта.
5. Изучить состояние активности ПОЛ в мембранах эритроцитов и гомогенатах коркового и мозгового вещества почечной ткани и активность ферментов антиокислительной системы (АОС) клетки.
6. Выяснить роль сопряжённых систем ПОЛ и АОС в механизмах нарушения активности мембранного фермента Na, K-АТФ-азы и гемодинамических изменений.
Научная новизна данной работы заключается в выяснении новых звеньев патогенеза кобальтовой нефропатии и ангиопатии, установлении роли ПОЛ, как фактора, изменяющего физико-химические свойства липидного матрикса клеток, в частности, эритроцитов, клеток почечной ткани и сосудистой стенки. Впервые показано, что в генезе нарушения канальцевого транспорта натрия при хронической кобальтовой интоксикации, важную роль играет снижение активности Na+,К+-АТФ-азы почечных канальцев вследствие изменения липидного микроокружения фермента. Выявлена впервые взаимосвязь между накоплением малонового диальдегида и активностью Na+,К+-АТФ-азы в клетках почечной ткани. Установлен характер микроциркуляторных гемодинамических изменений, сопровождающихся нарушением перфузии (жидкостного обмена). Показано, что в развитии окислительного стресса играет роль угнетение активности супероксиддисмутазы (СОД), хотя активность каталазы в сыворотке крови компенсаторно повышается.
По теме диссертационной работы на основании полученных данных поданы две заявки на изобретение в Федеральный институт промышленной собственности: «Способ моделирования хронической токсической нефропатии» и «Способ диагностики кобальтовой нефропатии у экспериментальных животных при хроническом отравлении», по которым получены две приоритетные справки № /(069658) от 01.01.2001; № /(069659) от 01.01.2001, соответственно.
Научно-практическая значимость. Результаты настоящего исследования имеют научно-практическое значение, так как по активности перекисного окисления липидов в мембранах эритроцитов – аналогах тканевых клеток, можно косвенно судить о состоянии этого процесса в почечной ткани, что может быть использовано с целью ранней диагностики кобальтовой нефропатии у лиц, подвергающихся хроническому воздействию кобальта.
Личное участие автора в получении результатов исследования. Автором лично проведено моделирование токсической кобальтовой ангио - и нефропатии, изучение функциональной способности почек, характера изменения макро - микрогемодинамики, активности ПОЛ и АОС. Автором освоены и выполнены все методы исследования, включая корреляционный анализ и статистическую обработку. Обобщение экспериментальных данных и их анализ проведены автором лично.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. На фоне хронической кобальтовой интоксикации угнетается спонтанный диурез вследствие снижения скорости клубочковой фильтрации (СКФ) и достоверно не изменяющейся канальцевой реабсобции воды, хотя и обнаруживающей тенденцию к снижению.
2. Хроническая интоксикация хлоридом кобальта вызывает повышение экскреции Na и К с мочой, при этом фильтрационный заряд катионов снижается, но одновременно выявляется снижение уровня канальцевой реабсорбции Na.
3. При формировании хронической кобальтовой нефропатии нарушается способность почек экскретировать водную нагрузку, что проявляется снижением процента ее выведения за 3 часа и падением суммарного трехчасового диуреза на фоне 5 % водной нагрузки. Снижение уровня канальцевой реабсорбции Na обусловлено падением активности Na, K-АТФ-азы почечной ткани – основного компонента Na – насоса, функционирующего в толстом восходящем колене петли Генле.
4. На фоне хронической кобальтовой интоксикации развивается окислительный стресс, повышается концентрация малонового диальдегида (МДА) в эритроцитах и гомогенатах коркового и мозгового вещества почечной ткани и угнетается активность ферментов АОС – супероксиддисмутазы (СОД), а активность каталазы компенсаторно повышается.
5. Активные метаболиты кислорода (АМК) и продукты окислительного стресса на фоне хронической интоксикации хлоридом кобальта повреждают эндотелий сосудов, что приводит к нарушению макро - и микрогемодинамики и формированию токсических ангиопатий.
Апробация диссертации. Материалы диссертации докладывались на общероссийской научной конференции «Инновационные медтехнологии» (Москва, 2009г.), I региональной конференции молодых ученых «Наука-обществу», посвящённую 10-летию ВНЦ РАН и РСО-А (Владикавказ, 2010г.), VII международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений» (Владикавказ, 2010г.), конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2010г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, из них 5 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 167 страницах, включая библиографию и приложение. Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, трёх глав собственных данных, заключения, общих выводов, списка использованной литературы и приложения. Библиографический указатель включает 297 источников литературы, из них 220 отечественных и 79 иностранных авторов. Работа иллюстрирована 83 рисунками и 13 таблицами.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материалы и методы исследования. Исследования проводились на 342 крысах самцах линии Wistar одной возрастной группы (10-14 мес.), массой 190-250 грамм интактных и с интоксикацией хлоридом кобальта. Во время экспериментов крысы находились на стандартном пищевом рационе со свободным доступом к воде, с естественным световым режимом. В качестве объектов исследования использовали плазму крови, эритроциты, гомогенаты коркового и мозгового вещества почечной ткани, мочу. Эксперименты проводили в одно и то же время суток, сезоны года в хронических опытах, всего провели 3184 исследования. Гемодинамику исследовали в магистральных сосудах – брюшной аорте (БА), нижней полой вене (НПВ), почечных артериях (ПА) и микроциркуляторном звене допплерографически с помощью ультразвукового портативного допплерографа ММ-Д-Ф фирмы «МИНИМАКС» С.-Пб. у наркотизированных животных, используя 6 основных точек локации. Для изучения водо-выделительной функции почек исследовали 6-ти часовой спонтанный диурез и определяли в моче содержание креатинина, натрия, калия и кобальта. По истечении времени эксперимента животных забивали под внутрибрюшинным тиопенталовым наркозом в дозе 20 мг/100г массы тела. Кровь забирали из левого желудочка, в плазме крови определяли концентрацию креатинина, натрия, калия, кобальта, активность супероксиддисмутазы и каталазы. Расчетным путем, используя формулы (1974), вычисляли скорость клубочковой фильтрации, экскрецию воды и электролитов, их фильтрационные заряды и канальцевую реабсорбцию. Интенсивность перекисного окисления липидов в мембранах эритроцитов и в почечной ткани исследовали по данным изменения концентрации малонового диальдегида колориметрическим методом с тиобарбитуровой кислотой по методу Аsacawa T., (1980). Состояние антиоксидантной системы оценивали по активности супероксиддисмутазы в сыворотке крови методом аутоокисления адреналина и каталазы в сыворотке крови методом и соав., (1988). Активность Na, K,АТФ-азы определяли по методу Scow JС, (1957). Удельную активность фермента рассчитывали на мг белка в час (мкмоль/Рн/мг белка/час). Белок в пробах определяли по методу Lowry OH., (1951). Статистическую обработку результатов производили методом вариационной статистики, принимая во внимание коэффициент вариации динамических рядов, и оценивали корреляцию с использованием компьютерной программы статанализа Microsoft Excel.
Результаты исследования и их обсуждение
Во всех исследуемых группах экспериментальных животных изучение водо-выделительной функции почек на фоне подкожного введения разных дозировок хлорида кобальта показало, что происходит достоверное уменьшение спонтанного диуреза. Анализ данных основных процессов мочеобразования показал, что скорость клубочковой фильтрации достоверно снижалась, тогда как канальцевая реабсорбция воды имела лишь тенденцию к уменьшению (табл.1). Следовательно, угнетение диуреза обусловлено достоверным снижением скорости клубочковой фильтрации.
Таблица №1
Показатели водо-выделительной функции почек в условиях спонтанного диуреза на фоне подкожного введения хлорида кобальта в разных дозах в эксперименте
Группы животных | Диурез | Клубочковая фильтрация | Канальцевая реабсорбция воды |
мл/ч/100г | мл/ч/100г | % | |
Контрольная группа | 0,091±0,003 | 14,74±0,38 | 99,37±0,037 |
CoCl2 –2 мг/кг 2 нед | 0,078±0,003 11) | 11,54±0,31 1111) | 99,32±0,01 1) |
CoCl2 –2 мг/кг 1 месяц | 0,071±0,006 1111) | 11,20±0,14 1111) | 99,36±0,01 - |
CoCl2 –4 мг/кг 2 нед | 0,076±0,005 1111) | 11,02±0,35 1111) | 99,34±0,03 - |
CoCl2 –4 мг/кг 1 месяц | 0,069±0,004 1111) | 10,84±0,21 1111) | 99,35±0,04 - |
CoCl2–6 мг/кг 2 нед | 0,065±0,005 1111)2222) | 10,62±0,67 1111) | 99,34±0,05 - |
CoCl2 –6 мг/кг 1 месяц | 0,060±0,007 1111) | 10,23±0,02 11 | 99,40±0,01 - |
Примечание: 1111) - p<0,001; 111) - p<0,01; 11) - p<0,02; 1) - p<0,05 достоверность относительно контроля; 2222) - p<0,001; 222) - p<0,01; 22) - p<0,02; 2) - p<0,05 достоверность относительно дозы 2 мг/кг веса; 3333) - p<0,001; 333) - p<0,01; 33) - p<0,02; 3) - p<0,05 достоверность относительно дозы 4 мг/кг веса; 4444) - p<0,001; 444) - p<0,01; 44) - p<0,02; 4) - p<0 ,05 достоверность относительно 2 недель.
На фоне 5% водной нагрузки происходит достоверное снижение суммарного трехчасового диуреза у животных как при введении хлорида кобальта в течение двух недель, так и в течение одного месяца. При анализе суммарного 3-х часового водного диуреза выявлено, что его почасовые изменения характеризуются повышением на 1 часе в результате увеличения скорости клубочковой фильтрации, а на 2 и 3 часах диурез стал ниже уровня контроля вследствие угнетения гломерулярной фильтрации. Процент выведения водной нагрузки соответственно уменьшается по сравнению с данными контрольной группы, что подтверждает нарушение функциональной способности почек.
Таблица №2
Показатели электролито-выделительной функции почек в условиях спонтанного диуреза на фоне подкожного введения хлорида кобальта в разных дозах в эксперименте
Группы животных | Экскре- ция Na | Фильтраци- онный заряд Na | Реабсорб- ция Na | Экскре- ция К | Фильтрационный заряд К |
мкмоль/ч/100г | % | мкмоль/ч/100г | |||
Контрольная группа | 9,38±0,26 | 1658,16±52,93 | 99,49±0,092 | 6,32±0,36 | 53,85±1,47 |
CoCl2 – 2 мг/кг 2 нед | 9,96±0,07 1) | 1490,61±33,65 111) | 99,28±0,017 1) | 6,63±0,02 - | 49,71±0,91 11) |
CoCl2 – 2 мг/кг 1 месяц | 10,21±0,18 111) | 1481,55±21,56 111) | 99,16±0,011 1 | 7,10±0,10 1) 4444) | 48,88±1,48 11) |
CoCl2 – 4 мг/кг 2 нед | 10,08±0,05 111) | 1475,64±43,34 111) | 99,01±0,05 11 | 7,16±0,11 1) 2222) | 47,93±0,58 111) |
CoCl2 – 4 мг/кг 1 месяц | 10,41±0,09 1 | 1451,76±13,30 - | 98,90±0,062 11 | 7,29±0,18 111) | 45,43±0,87 11 |
CoCl2 – 6 мг/кг 2 нед | 10,18±0,19 11) | 1424,10±78,21 11) | 97,99±0,076 11 | 7,50±0,14 111) | 43,88±3,04 111) |
CoCl2 – 6 мг/кг 1 месяц | 10,48±0,08 111) | 1349,08±2,36 1111) | 97,55±0,067 11 | 7,61±0,05 1 | 41,59±0,49 11 3333) |
Примечание: 1111) - p<0,001; 111) - p<0,01; 11) - p<0,02; 1) - p<0,05 достоверность относительно контроля; 2222) - p<0,001; 222) - p<0,01; 22) - p<0,02; 2) - p<0,05 достоверность относительно дозы 2 мг/кг веса; 3333) - p<0,001; 333) - p<0,01; 33) - p<0,02; 3) - p<0,05 достоверность относительно дозы 4 мг/кг веса; 4444) - p<0,001; 444) - p<0,01; 44) - p<0,02; 4) - p<0 ,05 достоверность относительно 2 недель.
Исследование электролито-выделительной функции показало, что происходит повышенная экскреция натрия и калия с мочой в условиях спонтанного диуреза (табл. 2). Ответственным за повышенную экскрецию натрия является снижение канальцевой реабсорбции катиона, несмотря на то, что величина его фильтрационного заряда у исследуемых животных оказалась сниженной.
Исследование характера кровотока в крупных сосудах и в микроциркуляторном русле показало, что при анализе перфузии тканей при кобальтовой интоксикации во всех точках локации снижается средняя скорость кровотока (M) за счет снижения систолической (S) и диастолической (D) скоростей кровотока (табл. 3). Реографические показатели характеризуются повышением индекса Гослинга (PI), который отражает повышение упруго-эластических свойств (плотности) сосудистой стенки и снижение градиента давления (GD) в сосудах микроциркуляторного русла. Одновременно повышался реографический индекс (RI – индекс Пурсело), свидетельствующий о нарастании удельного периферического сосудистого сопротивления.
Таблица №3
Динамика показателей перфузии на фоне подкожного введения хлорида кобальта в разных дозах в эксперименте
Точка локации | M | S | D | PI | GD | RI | |
см/с | см/с | см/с | см/с | мм. рт. ст. | у. ед. | ||
контроль | M | 2,81 | 11,94 | 4,52 | 4,82 | 0,051 | 0,53 |
±m | ±0,08 | ±0,12 | ±0,13 | ±0,19 | ±0,006 | ±0,02 | |
CoCl2 – 2 мг/кг 2 нед | M | 2,56 | 11,68 | 3,68 | 6,93 | 0,039 | 0,67 |
±m | ±0,06 11) | ±0,07 - | ±0,11 1111) | ±0,07 1111) | ±0,004 - | ±0,009 1111) | |
CoCl2 – 2 мг/кг 1 месяц | M | 2,49 | 11,53 | 3,23 | 7,06 | 0,030 | 0,71 |
±m | ±0,10 11) | ±0,19 - | ±0,23 1111) | ±0,08 1111) | ±0,002 111) | ±0,01 1111) | |
CoCl2 – 4 мг/кг 2 нед | M | 2,37 | 11,44 | 2,95 | 7,25 | 0,026 | 0,74 |
±m | ±0,06 1111) | ±0,07 111) | ±0,22 1111) | ±0,08 1111) | ±0,002 1111) | ±0,02 1111) | |
CoCl2 – 4 мг/кг 1 месяц | M | 2,26 | 11,38 | 2,56 | 7,70 | 0,021 | 0,77 |
±m | ±0,06 1111) | ±0,07 1111) | ±0,11 1111) | ±0,05 1111) | ±0,001 1111) | ±0,009 1111) | |
CoCl2 – 6 мг/кг 2 нед | M | 2,13 | 11,25 | 2,34 | 8,09 | 0,017 | 0,79 |
±m | ±0,05 1111) | ±0,07 1111) | ±0,06 1111) | ±0,06 1111) | ±0,0004 1111) | ±0,007 1111) | |
CoCl2 – 6 мг/кг 1 месяц | M | 2,01 | 10,88 | 2,15 | 8,46 | 0,013 | 0,80 |
±m | ±0,05 111) | ±0,06 1111) | ±0,07 1111) | ±0,05 1111) | ±0,0002 1111) | ±0,006 1111) |
Примечание: 1111) - p<0,001; 111) - p<0,01; 11) - p<0,02; 1) - p<0,05 достоверность относительно контроля.
В магистральных сосудах (БА и ПА) выявлено повышение средней (М) и систолической (S) скоростей кровотока, направленное на улучшение доставки кислорода и метаболитов в клетки тканей.
На фоне 5% водной нагрузки почасовые изменения приводят к достоверному увеличению суммарной экскреции с мочой как натрия, так и калия. При этом отмечается снижение концентрации натрия в крови, а содержание калия достоверно повышается. Как известно, реабсорбция натрия в почечных канальцах является активным процессом и в нем принимает участие Na+,К+-АТФ-аза, являющаяся основным компонентом натриевого насоса. Фермент расщепляет макроэргические фосфатные связи АТФ, обеспечивает энергией активный транспорт Na+ и К+. Однако, в доступной нам литературе отсутствуют данные о состоянии Na+,К+-АТФ-азы в клетках почечной ткани, а особенно в различных ее слоях при хроническом воздействии кобальта на организм.
Данные, полученные в нашей лаборатории, свидетельствуют о том, что в норме активность Na+,К+-АТФ-азы зависит от состояния липидного микроокружения ( и соавт., 1996; 2003; 2004; 2008; 2009), ионных регуляторов, нуклеотидов, являющихся субстратами фермента, гормональных ингибиторов и активаторов (, 1982; , , и др., 1991; , 1996). Уменьшение активности данного фермента может быть обусловлено изменением конформации энзима в результате нарушения состояния фосфолипидов мембран клеток канальцев почек, так как каталитическая активность его находится в зависимости от качественного и количественного состава мембранных фосфолипидов (рис. 1). Как известно, важную роль в структурно-функциональной модификации биологических мембран, изменении их физико-химических свойств и проницаемости играет перекисное окисление липидов - универсальный процесс, протекающий в мембранах в физиологических условиях. При ряде патологических состояний, включая кобальтовую интоксикацию, происходит активация перекисного окисления липидов, которая может привести к целому ряду отклонений, в частности, к структурной перестройке мембран и нарушению клеточного метаболизма, изменению активности мембраносвязанных ферментов (, , 2002; , , и др., 2004).
Рис.1. Показатели активности Na+,К+-АТФ-азы в гомогенатах коркового и мозгового вещества почечной ткани
При количественной оценке процессов липопероксидации в клетках крови, гомогенатах тканей печени в динамике экспериментальной кобальтовой нефропатии зарегистрированы существенные изменения активности системы свободнорадикального окисления (СРО) (, 2000; , 2001; , 2001; , 2001; , , и др.., 2005). Вместе с тем в доступной нам литературе мы не обнаружили данных об изменении процессов перекисного окисления липидов в почечной ткани и их влиянии на активность Na-насоса, ответственного за реабсорбцию натрия в почечных канальцах.
Интенсивность перекисного окисления липидов при кобальтовой нефропатии оценивали по концентрации конечного продукта ПОЛ – малонового диальдегида – в мембранах эритроцитов и клетках коркового и мозгового вещества почечной ткани. У экспериментальных крыс на фоне экспозиции хлоридом кобальта повышается концентрация МДА в эритроцитах, причем более выраженное повышение МДА отмечено при подкожном введении хлорида кобальта в дозе 6 мг/кг в течение одного месяца. Аналогичные изменения выявлены и в клетках почечной ткани: происходит достоверное повышение концентрации МДА как в корковом, так и в мозговом веществе почечной ткани во всех вариантах исследований (табл. 4). Более выраженное повышение активности ПОЛ отмечается при кобальтовой интоксикации так же в течение одного месяца. Усиление процессов липопероксидации при кобальтовой интоксикации вызывает дезинтеграцию липопротеиновых комплексов, усиливает их гидрофильность и приводит к нарушению проницаемости мембраны и изменению конформации мембраносвязанного фермента Na+,К+-АТФ-азы. Полученные нами данные свидетельствуют о взаимосвязи между повышением концентрации МДА и снижением активности Na+,К+-АТФ-азы в клетках почечной ткани. Отмечается сильная отрицательная корреляционная связь между интенсивностью перекисного окисления липидов и активностью Na+,К+-АТФ-азы в корковом (r = -0,678 в 1 группе животных; r = -0,721 во 2 группе животных; r = -0,658 в 3 группе животных; r = -0,771 в 4 группе животных; r = -0,684 в 5 группе животных; r = -0,767 в 6 группе животных) и мозговом (r = -0,652 в 1 группе животных; r = -0,714 во 2 группе животных; r = -0,681 в 3 группе животных; r = -0,709 в 4 группе животных; r = -0,717 в 5 группе животных; r = -0,731 в 6 группе животных) веществе почечной ткани. Кроме того, установлены однонаправленные изменения процессов липопероксидации в эритроцитах и клетках почечной ткани.
Во взаимосвязи с процессами свободнорадикального окисления находится антиокислительная система организма, основная функция которой заключается в ограничении процессов перекисного окисления липидов практически во всех его звеньях.
Чтобы оценить реакцию системы антиоксидантной защиты организма в ответ на развитие оксидативного стресса при хронической кобальтовой интоксикации, мы определяли активность супероксиддисмутазы, превращающей супероксиданионрадикал в перекись водорода и одновременно каталазы, расщепляющей Н2О2 до молекулярного О2 и Н2О. Данные показали достоверное снижение активности супероксиддисмутазы, хотя отмечалось повышение активности каталазы в сыворотке крови (табл. 4). Эти данные свидетельствуют о том, что причиной активации процессов ПОЛ, наряду с образованием активных форм кислорода, является угнетение антиокислительной системы клеток, что проявляется угнетением активности супероксиддисмутазы, хотя происходило компенсаторное повышение активности каталазы.
Таблица №4
Изменение активности перекисного окисления липидов в эритроцитах и почечной ткани и активности ферментов супероксиддисмутазы и каталазы в сыворотке крови на фоне подкожного введения хлорида кобальта в разных дозах в эксперименте
Группы животных | Концентрация МДА | Активность каталазы в сыворотке крови | Активность СОД в сыворотке крови | ||
в эритроцитах | в почечной ткани | ||||
корк. в-ва | мозг. в-ва | ||||
нмоль/мл | нмоль/мг белка | мкат/л | ед. активности | ||
Контрольная группа | 4,54±0,16 | 1,26±0,06 | 2,73±0,1 | 225,56±29,09 | 2,38±0,25 |
CoCl2 – 2 мг/кг 2 нед | 4,91±0,02 1) | 2,13±0,04 1111) | 4,41±0,09 1111) | 304,89±1,52 111) | 1,62±0,16 111) |
CoCl2 – 2 мг/кг 1 месяц | 5,26±0,1 11 | 2,49±0,12 1 | 4,56±0,06 1111) | 318,04±12,51 111) | 1,54±0,18 111) |
CoCl2 – 4 мг/кг 2 нед | 5,54±0,12 11 | 2,57±0,04 11 | 4,68±0,06 11 | 328,90±11,50 111) 2) | 1,47±0,13 111) |
CoCl2 – 4 мг/кг 1 месяц | 5,74±0,02 11 | 2,69±0,02 11 | 4,79±0,04 11 | 340,16±11,57 1111) | 1,38±0,11 1111) |
CoCl2 – 6 мг/кг 2 нед | 5,83±0,06 11 | 2,73±0,03 11 | 4,85±0,02 11 | 357,89±21,40 11 | 1,23±0,11 1111) |
CoCl2 – 6 мг/кг 1 месяц | 5,97±0,14 11 | 2,87±0,06 11 | 5,25±0,08 114444) | 370,13±13,09 11 | 0,82±0,12 11) |
Примечание: 1111) - p<0,001; 111) - p<0,01; 11) - p<0,02; 1) - p<0,05 достоверность относительно контроля; 2222) - p<0,001; 222) - p<0,01; 22) - p<0,02; 2) - p<0,05 достоверность относительно дозы 2 мг/кг веса; 3333)- p<0,001; 333) - p<0,01; 33) - p<0,02; 3) - p<0,05 достоверность относительно дозы 4 мг/кг веса; 4444) - p<0,001; 444) - p<0,01; 44) - p<0,02; 4) - p<0,05 достоверность относительно 2 недель.
Таким образом, патогенетической основой повреждения нефрона и других клеток тканей при экспериментальной кобальтовой интоксикации, является перекисное окисление липидов, вследствие образования активных форм кислорода и метаболитов ПОЛ. Развитию этого процесса также способствует дисбаланс между активностью системы свободнорадикального окисления и ферментов антиоксидантной защиты.
Для выяснения токсичности кобальта, содержащегося в крови и тканях, исследовали содержание кобальта в плазме крови, моче и почечной ткани (табл. 5). Данные показали, что во всех биологических средах концентрация кобальта повышалась статистически достоверно (р<0,001). Более того, корреляционный анализ показал положительную корреляционную связь между дозой вводимого хлорида кобальта и его содержанием в крови (r = +0,66 в 1 группе животных; r = +0,61 во 2 группе животных), в моче (r = +0,57 в 1 группе животных, r = +0,72 – во 2 группе животных) и в почечной ткани (r = +0,63 в 1 группе животных, r = +0,78 – во 2 группе животных). Возрастание содержания металла в биологических средах в течение одного месяца было пропорционально вводимой дозе.
Таблица №5
Содержание кобальта в плазме крови, моче и почечной ткани на фоне подкожного введения хлорида кобальта в разных дозах в эксперименте
Дозы и длительность введения | Плазма, | Моча, | Почка, |
мкг/мл | мкг/мл | мкг/г | |
контроль | 1,71±0,22 | 0,064±0,005 | 0,03±0,005 |
CoCl2 - 2 мг/кг 2 недели | 3,87±0,8 111) | 2,93±0,17 1111) | 0,28±0,09 111) |
CoCl2 - 2 мг/кг 1 месяц | 4,98±0,9 1111) | 3,61±0,12 1111)444) | 0,30±0,03 1111) |
CoCl2 - 4 мг/кг 2 недели | 4,27±0,11 1111) | 3,46±0,11 1111)222) | 0,36±0,04 1111) |
CoCl2 - 4 мг/кг 1 месяц | 5,16±0,9 111) | 3,91±0,09 1111)444)2) | 0,41±0,09 1111) |
CoCl2 - 6 мг/кг 2 недели | 4,89±0,16 1111)333) | 4,09±0,13 1111)2222)333) | 0,45±0,11 111) |
CoCl2 - 6 мг/кг 1 месяц | 5,37±0,7 1111) | 4,31±0,16 1111)222)3) | 0,55±0,08 1111)222) |
Примечание: 1111) - p<0,001; 111) - p<0,01; 11) - p<0,02; 1) - p<0,05 достоверность относительно контроля; 2222) - p<0,001; 222) - p<0,01; 22) - p<0,02; 2) - p<0,05 достоверность относительно дозы 2 мг/кг веса; 3333)- p<0,001; 333) - p<0,01; 33) - p<0,02; 3) - p<0,05 достоверность относительно дозы 4 мг/кг веса; 4444) - p<0,001; 444) - p<0,01; 44) - p<0,02; 4) - p<0,05 достоверность относительно 2 недель.
Для наглядного представления механизмов развития ангио - и нефропатии на фоне хронической кобальтовой интоксикации представлена следующая патогенетическая схема:
|
 биохимические механизмы в патогенезе экспериментальной кобальтовой нефропатии
" width="110" height="678"/> |
Выводы
1. При хронической кобальтовой интоксикации, вызванной подкожным введением хлорида кобальта в дозах 2, 4 и 6 мг/кг массы животного в течение двух недель и одного месяца в эксперименте отмечается уменьшение спонтанного диуреза, сопровождающееся снижением скорости клубочковой фильтрации. В условиях 5% водной нагрузки функционирующая способность почек также нарушается.
2. Экскреция натрия в условиях спонтанного и водного диуреза при хронической кобальтовой интоксикации повышена. Это обусловлено падением уровня относительной канальцевой реабсорбции катиона, несмотря на снижение его фильтрационного заряда. Экскреция калия повышается на фоне снижения его фильтрационного заряда.
3. При нефропатии, вызванной введением хлорида кобальта, отмечается снижение активности Na+,К+-АТФ-азы коркового и мозгового вещества почечной ткани, что и является одной из причин снижения уровня канальцевой реабсорбции натрия и, соответственно, его повышенной экскреции.
4. Экспозиция хлоридом кобальта в дозах 2, 4 и 6 мг/кг веса животного сопровождается активацией перекисного окисления липидов в эритроцитах и в гомогенатах коркового и мозгового вещества почечной ткани - концентрация малонового диальдегида повышается, при этом снижается активность супероксиддисмутазы, а каталазы компенсаторно повышается.
5. Усиление перекисного окисления липидов сопровождается изменениями функциональных свойств липидного матрикса клеточной мембраны, приводящее к нарушению конформации фермента Na+,К+-АТФ-азы и снижению её активности.
6. Подкожное введение различных дозировок хлорида кобальта вызывает дозозависимое повышение содержания кобальта в плазме крови, моче и почечной ткани, сопровождающееся усилением упруго-эластических свойств сосудистой стенки и удельного периферического сосудистого сопротивления в микроциркуляторном русле и одновременным повышением средней и систолической скоростей кровотока в артериальных сосудах (брюшная аорта, почечные артерии).
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. С, , Можаева солей тяжелых и цветных металлов на водо - и электролито-выделительную функцию почек // Фундаментальные исследования. –2009. -№9. –С.40-42
2. , , Битарова функционирования висцеральных систем на фоне экспозиции солями цветных и тяжёлых металлов // Тезисы VII Всероссийской конференции с международным участием, посвящённой 160-летию со дня рождения «Механизмы функционирования висцеральных систем». - Санкт-Петербург. -2009. - С.146-147
3. , , Дзугкоев окисление липидов, активность Na+,K+-ATP-азы и ферментов антиоксидантной защиты при нефропатии у крыс, индуцированной хлоридом кобальта // Биомедицинская химия. -2010. –Т. 56. – С.540-544.
4. , , Битарова механизмы формирования токсических ангио-нефропатий в экспериментах // Владикавказский медико-биологический вестник. . - Т. IX. - С.87-92.
5. , Дзугкоева формирования токсической нефропатии под влиянием хлорида кобальта. // Тезисы I региональной конференции молодых ученых «Наука-обществу», посвящённой 10-летию ВНЦ РАН и РСО-А. -Владикавказ. -2010. - С.5-6.
6. , , Дзугкоева водо - и электролито-выделительной функции почек, показателей перекисного окисления липидов и антиокислительной системы клеток на фоне хронической интоксикации хлоридом кобальта у крыс в эксперименте // Тезисы VII международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений». –Владикавказ. -2010. - С.43-44.
7. , , Битарова перекисного окисления липидов в формировании гемодинамических нарушений на фоне хронической кобальтовой интоксикации в эксперименте у крыс // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. -2010. –Т.12. - №1(7). -С..
8. , , Касохов влияния экотоксикантов на здоровье населения г. Владикавказа // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. -2010. - Т.12. - №1(8). -С..
9. , , Тедтоева макро - и микрогемодинамики в нефроне и периферической сосудистой системе в условиях оксидативного стресса при кадмиевой интоксикации // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. -2010. - Т.12. -№1(7). - С..
10. , ,Тедтоева коэнзима Q10 и афобазола на биохимические показатели эндотелиальной дисфункции // Тезисы конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине». - Санкт-Петербург. -2010. - Т.3. -С.102-103.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
· АМК – активные метаболиты кислорода;
· АОЗ – антиоксидантная защита;
· АОС – антиокислительная система;
· БА - брюшная аорта;
· СКФ – скорость клубочковой фильтрации;
· МДА – малоновый диальдегид;
· НПВ – нижняя полая вена;
· ПА – почечная аорта;
· ПОЛ – перекисное окисление липидов;
· СОД – супероксиддисмутаза;
· СРО – свободнорадикальное окисление;
· Na+,К+-АТФ-аза – натрий, калиевая аденозинтрифосфатаза;
· M – средняя скорость кровотока;
· S – систолическая скорость кровотока;
· D – диастолическая скорость кровотока;
· PI – пульсаторный индекс (индекс Гослинга);
· GD – градиент давления;
· RI – реографический индекс;
· RH2O – реабсорбция воды;
· RNa – реабсорбция натрия;
· ENa – экскреция натрия;
· ФзNa – фильтрационный заряд натрия;
· EK – экскреция калия;
· ФзК – фильтрационный заряд калия.
Информационно-технический отдел
ГОУ ВПО СОГМА Росздрава
Подписано в печать 25.01.2011 Тираж 100 экз.
Формат издания 60Х90 усл. печ. л.1,0
Заказ № 2
