ЗМІНИ ПРОЦЕСІВ ПЕРЕАМІНУВАННЯ, ОКИСНЕННЯ ТА МЕДІАТОРНОГО БАЛАНСУ У ПЕЧІНЦІ ТВАРИН З РІЗНОЮ РЕЗИСТЕНТНІСТЮ ДО ГІПОКСІЇ У ПРОЦЕСІ ВИКОНАННЯ ДИНАМІЧНОЇ РОБОТИ ЗА УМОВ УВЕДЕННЯ АЛЬФА-КЕТОГЛУТАРАТУ НАТРІЮ
Н.Кургалюк, О.Вернюк, М.Гальків
Львівський національний університет імені Івана Франка,
вул.Грушевського, 4, м.Львів, 79005 Україна
E-mail: biolog@franko.lviv.ua
Адаптація до чинників, які викликають інтенсивну динамічну роботу, - це реакція цілісного організму, спрямована на забезпечення м’язової діяльності та підтримання гомеостазу. У кожному випадку фізичного навантаження є елемент стрес-реакції, яка пов’язана із розвитком сильної втоми, що може призвести до передпатологічного і патологічного стану. Тому вичерпання резервних можливостей організму продовжувати роботу, пов’язане з розвитком процесу втоми, спрямувало дослідження з метою оптимізації працездатності. Одним з головних шляхів оптимізації працездатності є розвиток стійкої адаптації до фізичних навантажень завдяки тренуванню, в основі якого - послідовна систематична дія навантаження на організм та поступове збільшення обсягу чи темпів роботи. Інший шлях підвищення фізичної працездатності – це фармакологічний вплив препаратів на основні механізми забезпечення фізичної витривалості і перебіг відновного процесу. Цікавим і перспективним є використання субстратів циклу трикарбонових кислот (ЦТК) з метою оптимізації фізичної працездатності і прискорення процесів відновлення [5,6].
Підвищення природної резистентності організму до екстремальних чинників пов’язане з посиленням холінергічної ланки регуляції, яка значною мірою визначає чутливість до гіпоксійного чинника [1]. Метаболічні процеси, які відбуваютьcя у печінці під час виконання динамічної роботи, мають важливе значення для цілого організму та його працездатності. Тому нашою метою роботи було дослідження впливу екзогенного альфа-кетоглутарату натрію (КГН) на процеси переамінування, окинення та медіаторний баланс у печінці високо- (ВР) і низькорезистентних (НР) до гіпоксії білих щурів.
Експерименти проведено на білих нелінійних щурах-самцях масою 200-220 г. Тварин розділяли на дві групи: ВР і НР до гіпоксії за методом В.А.Березовського (1975). Динамічну витривалість визначали за І.В.Дардимовим [2]. Тварини плавали до знемоги, про яку свідчило 5-секундне їхнє перебування під водою при температурі 370С. З метою посилення навантаження тваринам додатково давали вантаж (7% маси тіла). Декапітацію тварин проводили через 10 хв після плавання. Альфа-кетоглутарат натрію вводили дозою 20 мг/100 г маси за 30 хв до навантаження. Ефекти ін’єкції КГН контролювали введенням аналогічного об’єму фізрозчину. Досліджували у тканині печінки активність ферментів переамінування [10], сукцинатдегідрогенази (СДГ)[4], концентрацію ацетилхоліну (АХ) [13] та адреналіноподібних речовин (АД) [11] на фоні холінестеразної активності (ХЕ) [13]. Концентрацію білка визначали за методом Лоурі [15], вмістом малонового диальдегіду згідно з [12]. Результати експериментів опрацьовували з використанням критерію Стьюдента.
Стимуляція екзогенним КГН амінотрансферазного шляху постачання субстратів у ЦТК, що виявлена для процесів АДФ-стимульованого дихання [3], є одним з важливих шляхів підсилення ендогенного перетворення КГН у циклі Кребса. Дослідивши активність ферментів переамінування – аланін- та аспартатамінотрансферази (АлАТ, АсАТ) - тканини печінки щурів з різною резистентністю до гіпоксії, ми виявили у контролі різну активність цих ферментів. Зокрема, активність АсАТ у ВР щурів на 26% вища від аналогічного показника НР тварин, а активність АлАТ – на 18% (p<0,01). Отже, це свідчить про різний рівень енергетичного забезпечення тканини печінки субстратами ЦТК через амінотрансферазний шлях у тварин, які відрізняються за чутливістю до гіпоксійного фактора.
Для ВР і НР тварин виконання динамічної роботи супроводжується зниженням активності АсАТ: у ВР щурів – на 9%, у НР – на 21% (p<0,01). Введення КГЛ за 30 хв до навантаження супроводжується зростанням активності АсАТ у ВР тварин майже до рівня контролю порівняно із дією навантаження і становить 110% (p<0,05), у НР щурів цей показник підвищується ще більше і становить 155%, якщо значення достовірності p<0,01. Унаслідок плавання з додатковим вантажем тварин двох груп виявлено таку зміну активності АсАТ: для ВР щурів активність цього ферменту знижується до 64% (p<0,01), а для НР щурів – до 60% (p<0,01) порівняно з контролем. Попереднє введення препарату зумовлює зростання АсАТ активності порівняно з показником дії самого навантаження у ВР тварин на 26%, а у НР – на 60% (p<0,01), однак ця активність не досягає рівня контролю тих тварин, які не зазнали дії стресорного чинника (табл. 1).
Досліджуючи активність АлАТ під дією навантаження, ми виявили майже однакове обмеження активності у тварин обох груп: у ВР щурів вона становить 78% (p<0,1) щодо рівня контролю, а у НР тварин - (p<0,01). Попереднє введення КГЛ ВР тваринам супроводжується значним посиленням АлАТ активності – на 43%, хоча ця різниця не є статистично достовірною щодо контролю. У групі НР щурів ця активність зростає на 58% (р<0,01) порівняно з тваринами, яким препарат до навантаження не вводили.
Збільшення м’язового навантаження у процесі використання додаткового вантажу (7% маси тіла) для ВР щурів супроводжується послабленням АлАТ активності тканини печінки на 11% (p<0,05), а попереднє введення КГН цій групі тварин спричиняє різке зростання цього показника на 48% (p<0,01) порівняно з дією
Таблиця 1
Зміни активності ферментів переамінування (мкМ пірувату/г/год) тканини печінки у процесі м’язового навантаження (плавання до знемоги) та додавання вантажу у щурів з різною резистентністю до гіпоксії і введення за цих умов КГН (20 мг/100 г маси). Час дії препарату 30 хв
Умови досліду | АсАТ | АлАТ | ||
Контроль Динамічна витривалість Вплив КГН | 1157 ± 20 913,3 ± 30 830 ± 48,5 705 ± 9 1055 ± 17,8* 726 ± 12,2* 645 ± 7 534 ± 41* 1166 ± 21 ** 1127 ± 23** 926 ± 42 838 ± 22 ** | |||
Контроль Динамічна витривалість+ вантаж Вплив КГН | 1159 ± 28 918 ± 24,4 843 ± 25,7 702 ± 5,6 741 ± 6,6* 550 ± 6,7* 755 ± 22,1 427 ± 5,8* 934± 12,8** 883 ± 14,5** 1162 ± 49 ** 644 ± 29 ** | |||
Примітка: АсАт – аспартатамінотрансфераза, АлАТ – аланінамінотрансфераза;
НР- низькорезистентні, ВР- високорезистентні до гіпоксії тварини;
* Достовірні зміни між контролем і дослідом
** Достовірні зміни між дослідом і уведенням препарату.
самого навантаження і на 25% перевищує активність цього ферменту порівняно з контрольною групою. У НР тварин це перенавантаження спричинює зниження активності АлАТ на 39% (p<0,01) порівняно з групою, яка плавала без вантажу. Введення КГН за цих умов призводить до значного зростання цього показника (50%, p<0,01).
Отже, одержані результати свідчать про майже однакову спрямованість змін активності ферментів переамінування за умов дії сильного стресорного чинника та введення КГН.
Дослідження активності СДГ – одного з головних ферментів ЦТК, що лімітує використання такого енергетичного субстрату, як сукцинат [6], - стало наступним етапом нашого дослідження. Визначаючи активність цього ферменту тварин обох груп ми дослідили, що СДГ активність тканини печінки ВР щурів на 11% вища від аналогічних значень у контрольних НР тварин. Можливо, це дає вагомі переваги в енергозабезпеченні саме цій групі тварин, пов’язаних з дією екстремальних чинників, що описано у [8,14].
Таблиця 2
Зміни активності сукцинатдегідрогенази (нмоль сукцинату/мг білка/хв) тканини печінки у процесі м’язового навантаження та додавання вантажу у щурів з різною резистентністю до гіпоксії та введення за цих умов КГН (20 мг/100 г маси).
Час дії препарату 30 хв
Умови досліду | ВР | НР |
|
Контроль 10,82 ± 0,16 Динамічна витривалість 13,07 ± 0,29* Вплив КГН 8,11 ± 0,22** | 9,70 ± 0,17 11,40 ± 0,37* 7,77 ± 0,19** |
| |
Контроль 10,95 ± 0,33 Динамічна витривалість + вантаж 13,69 ± 1,09 Вплив КГН 9,46 ± 0,34** | 9,97 ± 0,19 10,29 ± 0,25 6,24± 0,72** |
||
Примітка: НР- низькорезистентні, ВР- високорезистентні до гіпоксії тварини.
* Достовірні зміни між контролем і дослідом.
** Достовірні зміни між дослідом і введенням препарату.
Плавання до знемоги призводить до зростання активності СДГ у ВР щурів на 20% (p<0,05), у НР – на 17% (p<0,05). Отже, це свідчить про швидку мобілізацію саме сукцинату для зростаючого енергозабезпечення затрат організму, пов’язаних з дією цього екстремального чинника. Попереднє введення КГН за 30 хв до навантаження в обох групах тварин пов’язане із послабленням СДГ активності тканини печінки, а саме: у ВР - на 38%, у НР – на 32% (p<0<05). Ці показники навіть нижчі від контрольних значень ВР і НР тварин відповідно.
Плавання з додатковим вантажем ВР тварин свідчить про посилення активності СДГ до 125% (p<0,05) порівняно з контролем, яка, проте, знижується у випадку при попереднього введення КГН за цих умов до 69% (p<0,05). Це перенавантаження дещо посилює СДГ активність у НР тварин і становить 105%, проте вона значно послаблюється, якщо вводити тваринам цієї групи КГН.
Ми дослідили, що інтенсивна м’язова робота зумовлена передусім активацією системи окиснення сукцинату, однак у тварин з різною вегетативною регуляцією, які мають різну чутливість до гіпоксійного чинника, вона дещо відрізняється. Для ВР щурів вона полягає в обмеженні амінотрансферазної активності та чіткій активації СДГ, що свідчить про швидку мобілізацію запасів як субстрату окиснення сукцинату. Для тварин з низькою стійкістю до гіпоксії активація СДГ тканини печінки у випадку значних навантажень не є чітко виражена, хоча амінотрансферазна активність значно обмежена. Для цих тварин це може супроводжуватися значними енергетичними затратами і напруженням регуляторних механізмів.
Унаслідок дії на організм різних стресорних чинників створюються передумови для порушення діяльності ферментативних та неферментативних антиоксидантних систем, що призводять до активації процесів перекисного окиснення ліпідів (ПОЛ). Однак залежність розмірів цих порушень у різних органах зумовлена вихідним функціональним станом системи енергозабезпечення, тобто резистентністю до гіпоксії. Тому наступним етапом нашої роботи було дослідження у тканині печінки вмісту малонового діальдегіду (МДА) – одного з кінцевих продуктів розпаду ПОЛ. Плавання до знемоги ВР щурів супроводжується значним збільшенням у тканині печінки вмісту МДА - на 70% (p<0,01) щодо контролю. Попереднє введення КГН зумовлює значне послаблення у досліджуваній тканині процесів ПОЛ, зокрема, зменшення вмісту МДА на 21% (p<0,01), ця цифра нижча від значень у ВР контрольних тварин.
Для тварин, які гірше переносять гіпоксійні умови, значне м’язове навантаження статистично достовірно збільшує у досліджуваній тканині вміст МДА. Уведення препарату за цих умов знижує досліджуваний показник на 30%, однак він все одно вищий від контрольного рівня НР щурів. Отже, як виявили наші дослідження, саме НР тварини характеризуються напруженням регуляторних механізмів і зниженням антиоксидантних можливостей, які призводять до активації ПОЛ у процесі значних м’язових навантажень.
Збільшення динамічного навантаження, пов’язане з додатковим вантажем, зумовлює різке зростання концентрації МДА у тканині печінки ВР щурів до 185% при значенні достовірності p<0,01, а у НР тварин уміст МДА збільшується удвічі (205%, p<0,05). Послабленню процесів розпаду перекисів жирних кислот протидіє введення перед дослідом з метою визначення динамічної витривалості тварин обох груп КГЛ: уміст МДА зменшується у ВР щурів до 71% (p<0,01), у НР – до 85% (p<0,01) порівняно з тваринами, яким препарат не вводили.
Під впливом динамічних навантажень активація симпато-адреналової системи виявляється значним збільшенням рівня катехоламінів та їхніх метаболітів у крові і тканинах. Однак зміни вмісту медіаторів (АХ, АД) та ХЕ активність, пов’язана з реакцією у тварин, що по-різному переносять гіпоксійний чинник, на значне динамічне навантаження, неоднозначні і потебують детального вивчення. Виявлено, що під дією навантаження у тканині печінки тварин обох груп уміст АХ зменшується: у ВР щурів – на 34% (p<0,01), у НР – на 26%. Уміст АД за цих умов значно збільшується: у ВР тварин на 131% (p<0,01), а у НР тварин – на 33% (p<0,05) порівняно з контрольною групою. З цими даними корелює зростання ХЕ активності, якщо є навантаження. У ВР тварин вона становить 134% (p<0,01), у НР – 120% (p<0,05) порівняно з тваринами, яких не піддавали дії динамічного навантаження.
Попереднє введення КГН перед навантаженням зумовлює різке статистично достовірне зменшення вмісту АД у ВР щурів на 55%, а у НР щурів – лише на 8% , яке, проте, не було достовірним. Концентрація АХ за цих умов значно зростає: у ВР тварин – майже вдвічі та досягає контрольного рівня на фоні значного зниження активності ХЕ. Для тварин цієї групи ХЕ активність становить 59% і достовірно є нижчою від контрольного рівня. У НР щурів уміст АХ за умов збільшується на 17% у випадку зниження ХЕ активності.
Плавання до знемоги з додатковим вантажем для ВР тварин супроводжується достовірним зростанням концентрації АД у тканині печінки втричі. Для НР тварин аналогічне зростання виражене сильніше і становить 362% щодо контролю. Зменшення вмісту АХ за цих умов у ВР щурів до 42%, у НР – до 66%, можливо, зумовлене зростанням ХЕ активності в обох групах. Уведення КГН до перенавантаження підсилює динамічну витривалість ВР тварин і супроводжується збільшенням умісту АХ, зниженням концентрації АХ на фоні статистично достовірного зниження активності ХЕ.
Порівняння досліджуваних показників у випадку попереднього введення КГН для НР тварин свідчить, що вміст АХ не збільшується до рівня ВР щурів за аналогічних умов і становить 139% (p<0,01) порівняно з тваринами, яким препарат не вводили, а от концентрація АД достовірно знижується до 41%, хоча залишається вищою від аналогічного показника у ВР тварин. ХЕ активність за цих умов значно знижена.
Отже, ми виявили виражені зміни енергетичного обміну та медіаторного балансу тканини печінки щурів у випадку попереднього введення в організм КГН у процесі дослідження показників динамічної витривалості у тварин з різною резистентністю до гіпоксичного чинника. Зростання активності ферментів переамінування за цих умов відбувається на фоні достовірного зниження СДГ активності. Це свідчить про те, що амінотрансферазний шлях утворення КГН може бути додатковим джерелом постачання ендогенного КГН у цикл Кребса під час активації холінергічної ланки регуляції у процесі введення екзогенного КГН [7]. Значне зростання активності АлАТ у тварин обох груп під час введення КГН свідчить про посилення глюкозо-аланінового циклу у печінці, що має важливе значення для збільшення енергозабезпечення м’язів під час значних фізичних навантажень [9].
___________________
1. Вадзюк С.Н. Особенности холинеогической регуляции сердца у высоко- и низкоустойчивых к гипоксии крыс. Автореф. дисс. … канд. мед. наук. Львов, 1983.
2. Дардымов И.В. Женьшень. Элеутерококк. М., 1976.
3. Доліба М.М., Кургалюк Н.М., Музика Ф.В. та ін. Синергізм дії альфа-кетоглутарату і ацетилхоліну на енергетичний обмін в мітохондріях // Фізіол.журн. 1993.Т.39. N5-6. С.65-70.
4. Ещенко Н.Д., Вольский Г.Г. Определение количества янтарной кислоты и активности сукцинатдегидрогеназы // Методы биохимических исследований. Л., 1982. С.207-212.
5. Каплан Е.А., Циренжапова О.Д., Шантанова Л.Н. Оптимизация адаптивных процессов организма. М., 1990.
6. Кондрашова М.Н. Функциональный резерв адаптации внутриклеточного энергетического метаболизма к активной деятельности. В кн.: Мат. Всесоюз. науч. конф.”Функциональные резервы и адаптация”. К., 1990. С.68-71.
7. Кургалюк Н.М. Вплив альфа-кетоглутарату натрію на енергозабезпечення діяльності травних залоз при екстремальних навантаженнях організму. Автореф.
дис. …канд.біол.наук. Львів, 1996.
8. Меерсон Ф.З. Адаптация к стрессорным ситуациям и стресс-лимитирующие системы //Физиология адаптационных процессов. М.,1986. С.521-631.
9. Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г. Адаптация к стрессорным ситуациям и физическим нагрузкам. М. 1988.С.521-631
10. Осадчая Л.М. Определение активности аминотрансфераз в тканях // Методы биохимических исследований. Л., 1982. С.246-250.
11. Осинская В.О. Исследование обмена адреналина и норадреналина в тканях животного организма // Биохимия. 1957.Т. 22, Вып.3. С.537-545.
12. Тимирбулатов Т.А., Селезнев С.И. Метод повышения интенсивности свободнорадикального окисления липидсодержащих компонентов крови и его диагностическое значение // Лаб.дело. 1988. N4.С.209-211.
13. Hestrin S. The reaction of Acetylcholine and other carboxylic acid derivatives with hydroxylamine and its analitical application // J.Biol.Chem., 1949.N1. P.243-250.
14. Kurgalyuk N.M. Investigation of indices of energetical exchange in digestive glands and myocard of rats with different hypoxia resistance // 9-th European Bioenergetics Conference.1996.Vol.9. P.179.
15. Lowry O., Rosenbrough N., Farr A. et al. Protein measurements with the Folin protein reagent // J.Biol.Chem.1951. Vol.193. P.265-276.