Метаболический статус легких экспериментальных животных при воздействии городской пыли

Метаболический статус легких экспериментальных животных при воздействии городской пыли

В статье показаны результаты исследования состояния окислительного метаболизма в ткани легких у крыс при кратковременном и длительном введении полиметаллической пыли г. Балхаша. В результате проведенного экспериментального исследования отмечены изменения показателей окислительного метаболизма в тканях животных, что может рассматриваться как отражение хронической интоксикации полиметаллической пылью. Кроме того, отмечено, что в ответ на воздействие стрессогенных факторов включаются адаптационные и компенсаторные механизмы на структурном и метаболическом уровне.

Окислительный метаболизм имеет особое значение для функционирования системы органов дыхания, так как легкие представляют собой наиболее крупную биологическую мембрану организма, внешняя поверхность которой постоянно контактирует с кислородом, а также с такими активаторами ПОЛ, как озон, двуокись азота [1, 2].

Некоторые ткани в силу своей функциональной метаболической активности обладают чувствительностью к состоянию окислительного стресса, что связано с высокой потенциальной мощностью прооксидантной системы и низкой буферной ёмкостью антиоксидантной защиты (АОЗ). К таким тканям относятся мозг, сетчатка, легкие [3−5]. Легкие — орган с чрезвычайно высоким уровнем метаболизма липидов, функция которых может определять как режим адаптации ткани, так и устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов [6, 7].

По мнению многих авторов, в основе политропного действия промышленной пыли на организм лежит проникновение мелкодисперсных частиц в общий кровоток через стенки легочных вен, вокруг которых они откладываются в большом количестве и постепенно продвигаются до эндотелия сосудов. Кроме того, наблюдаются случаи гематогенного метастазирования пылевых частиц во внутренние органы из распавшихся пневмокониотических очажков [8−10].

Актуальность изучения состояния перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиоксидантной защиты (АОЗ) при различных заболеваниях связана с их важным значением в биохимических процессах, в метаболизме органов и тканей. Определение содержания продуктов ПОЛ и АОЗ при патологических состояниях организма является одним из высокочувствительных диагностических тестов, позволяющих выявить нарушение интимных механизмов на ранних стадиях патологического процесса.

Интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) в клетках, в том числе клетках бронхо-легочной системы, определяется деятельностью систем, генерирующих свободные радикалы, с одной стороны, а также ферментной и неферментной составляющими систем антиокислительной защиты — с другой. Их совокупность рассматривается как один из важнейших регуляторных механизмов как в норме, так и при патологии. Адекватность защиты обеспечивается согласованностью действия всех звеньев этой сложной системы [11, 12].

Существенную помощь в уточнении неблагоприятного воздействия городской пыли на организм на уровне реально действующей нагрузки может оказать изучение окислительного метаболизма как универсального механизма повреждающего эффекта. Процессы окислительного метаболизма в физиологических условиях активно участвуют в функционировании клеточных мембран и адаптационно-приспособительных возможностях организма к различным экстремальным воздействиям. Вместе с тем ведущее значение в патогенезе воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды на организм имеет образование свободных радикалов с их способностью вызывать окислительную модификацию биомолекул, степень выраженности которой зависит от интенсивности генерации оксида азота (КО), активных форм кислорода (АФК) и состояния антиоксидантной защиты [13]. метаболизм окислительный полиметаллический пыль С целью апробации прогностически значимых критериев раннего выявления метаболических изменений было проведено изучение ряда показателей окислительного метаболизма в гомогенатах легких экспериментальных животных, подвергнутых воздействию полиметаллической пыли г. Балхаша.

Экспериментальные исследования выполнены на белых беспородных крысах-самцах с массой тела в среднем 200−250 г, содержавшихся в стандартных условиях вивария со свободным доступом к пище и воде. Животные были подразделены на 4 группы. В первой группе лабораторным животным однократно интратрахеально вводили полиметаллическую пыль г. Балхаша в дозе 50 мг/мл. Во второй группе затравка производилась ингаляционно в течение 70 дней в дозе 0,05 мг/м³ (доза, соответствующая ПДК для населенных мест); в третьей группе затравка животных производилась 4 месяца (по 0,05 мг/м³). Четвертая группа — контрольная. Животные подвергались ингаляционному запыле-нию в затравочной камере [14]. Ингаляционная затравка производилась по 4 часа в день в течение 5 дней в неделю. Определение уровня продуктов ПОЛ (диеновые конъюгаты — ДК, кетадиеновые конъюгаты — КД, суммарные первичные продукты — СПП, суммарные вторичные продукты — СВП) осуществлялось по методу И. А. Волчегорского и др., активность каталазы — по методу М. А. Корлюк и др., уровень оксида азота — по методу П. П. Голикова [13, 15−17]. Оценка достоверности полученных данных осуществлялась с применением /-критерия Стьюдента [18].

При однократном интратрахеальном введении лабораторным животным пыли в дозе 50 мг/мл обнаружена тенденция к увеличению диеновых конъюгатов и суммарных вторичных продуктов в го-могенатах легких. Наряду с этим нами выявлено достоверное снижение уровня оксида азота и катала-зы. Так, уровень оксида азота понизился в 2 раза по сравнению с контролем (рис. 1), а уровень активности фермента каталазы — в 3,3 раза (рис. 2).

Полученные результаты позволяют предположить, что при однократном воздействии пыли в дозе, значительно превышающей ПДК, наблюдалось лишь незначительное увеличение продуктов ПОЛ, но при этом достоверное снижение содержания каталазы, характеризующей состояние антиоксидант-ной системы. В то же время снижение уровня оксида азота с точки зрения теории адаптации соответствует стадии напряжения адаптационных возможностей организма.

Молекула оксида азота играет важную регуляторную роль в качестве медиаторного звена и выступает как неферментативное звено защиты. Увеличение продукции оксида азота соответствует стадии мобилизации адаптивных процессов в результате воздействия пылевого фактора, а уменьшение — стадии напряжения в результате развития чрезмерной стресс-реакции. О вероятном напряжении адаптационных возможностей организма свидетельствуют также изменения в системе ПОЛ-АОЗ[13].

При ингаляционном воздействии пыли в течение 70 дней в дозе 0,05 мг/м³ нами выявлено увеличение суммарных первичных продуктов перекисного окисления липидов в 2 раза, суммарных вторичных продуктов перекисного окисления липидов — в 1,3 раза по сравнению с контролем. Существенный рост СВП и СПП липоперекисного окисления свидетельствует о том, что, кроме ДК и КД, происходит образование и других катаболитов, что может существенно ограничивать клеточные механизмы адаптации (табл.). Уровень каталазы увеличился в 3 раза по сравнению с контролем, а оксид азота имел тенденцию к повышению (рис. 2).

По литературным данным, длительное поступление полиметаллической пыли в организм вызывает активацию макрофагов и процессов фагоцитоза, приводит к усиленному образованию АФК. Увеличение продуктов КД, ДК и высокая активность каталазы связаны с напряжением адаптационных возможностей на уровне целостного организма. Повышение активности каталазы свидетельствует о вероятном изменении состояния тканевых мембран легких под воздействием вредных веществ, находящихся в исследуемой пыли.

При ингаляционном воздействии пыли в течение 4 месяцев в дозе 0,05 мг/м³ наблюдалась тенденция к увеличению количества ДК и СВП. Вместо с тем уровень основного антиоксидантного фермента каталазы увеличился в 7 раз.

Для легких, богатых потенциальными субстратами и активаторами ПОЛ, избыточная интенсификация этого процесса может явиться деструктивным фактором, нарушающим адаптационные реакции при перестройках метаболизма. В то же время в тканях организма, в том числе в легких, имеется система антиоксидантов, которая обеспечивает защиту клетки от радикалов кислорода и инакти-вирует процессы ПОЛ.

При длительном введении пыли, по-видимому, активизировались, помимо ПОЛ, и адаптивные системы организма. Отмеченные изменения в ткани легких могут рассматриваться как отражение хронической интоксикации при длительном воздействии малых концентраций пыли. В механизме развития адаптационных и компенсаторных сдвигов на структурном и метаболическом уровне и перехода обратимых метаболических изменений в стойкие нарушения существенная роль принадлежит генерации оксида азота и продуктов перекисного окисления липидов. Интенсификация процессов окислительной деструкции липидов, белков, нуклеиновых кислот является причиной поражения тканей легких.

Таким образом, выявленные изменения окислительного метаболизма в тканях легких экспериментальных животных при воздействии полиметаллической пыли свидетельствуют о развитии процессов различных стадий адаптации и возникновении эндогенной интоксикации, связанной с воздействием пылевого фактора, что отражается на развитии нарушений в организме.

• 1. Величковский В. Т. Новые представления о патогенезе профессиональных заболеваний пылевой этиологии // Пульмонология. — 1995. — № 5. — С. 1−8.
• 2. Кирьянов В. А., Павловская Н. А. и др. Изучение окислительного метаболизма в профпатологии (обзор литературы) // Мед. труда и пром. экология. — 2004. — № 4. — С. 22−26.
• 3. Милишникова В. В., Монаненкова А. М. и др. О классификации пневмокониозов // Мед. труда и пром. экология. — 1995. — № 5. — С. 30−33.
• 4. Мануйлов Б. М. Регулирующая роль легких и других органов в генерации активности фосфорной кислоты лейкоцитами, их фагоцитарной активности и механизмы этого явления в норме и патологии: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. — М., — 38 с.
• 5. Федоров Т. Н., Болдырев А. А., Ганнушкина И. В. Перекисное окисление липидов при экспериментальной ишемии мозга // Биохимия. — 1999. — Т. 64. — Вып. 1. — С. 94−98.
• 6. Нестеров Ю. В., Теплый Д. М. Онтогенетические особенности стресс-реактивности легких в отношении липидного обмена // Биомедицинская химия. — 2003. — Т. 49. — № 5. — С. 456−162.
• 7. Мотовкин П. А., Гельцер Б. Н. Клиническая и экспериментальная патофизиология легких. — М.: Наука, 1998.
• 8. Капцов В. А., Суворов С. В. и др. Клинико-гигиенические аспекты систематики производственно-зависимых донозоло-гических изменений организма // Гигиена и санитария. — 1997. — № 3. — С. 15−19.
• 9. Погуева Л. П., Барков Л. В. и др. Воздействие атмосферных загрязнений на функциональное состояние сердечнососудистой и дыхательной системы у детей // Гигиена и санитария. — 1990. — № 3. — С. 24−26.
• 10. Величковский Б. Т., Фишман Б. Б. Каталические свойства пыли как критерий ее профессиональной опасности // Гигиена и санитария. — 2000. — № 3. — С. 25−28.
• 11. Меньшикова Е. Б., Зенков Н. К. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных окислительных процессов // Успехи современной биологии. — 1993. — Т. 113. — Вып. 4. — С. 442−445.
• 12. Муравлева Л. Е., Айтпаев Б. К. Окислительный метаболизм в норме и патологии // Медицина и экология. — — № 1. — С. 147−151.
• 13. Волчегорский И. А., Налимов А. Г. и др. Сопоставление различных подходов к определению продуктов перекисного окисления липидов в гептан-изопропанольных экстрактах крови // Вопросы мед. химии. — 1989. — № 1. — С. 127−131.
• 14. А.с. СССР № 939 016 ткн А61 м 11/02 СССР. Устройства для распыления порошков // Бурханов А. И., Агапкин В. Н. Опубл. Бюл. № 24. 1982. — С. 2.
• 15. Коробейникова Э. Н. Определение продуктов ПОЛ с реакцией кислоты // Лаб. дело. — 1989. — № 1. — С. 118−122.
• 16. КорлюкМ.А., Иванова Л. И. и др. Метод определения активности каталазы // Лаб. дело. — 1988. — № 1. — С. 16−18.
• 17. А.с. РК № 38 365. Способ определения оксида азота в биологической жидкости организма / Кулкыбаев Г. А., Намаз-баева З.И., Салимбаева Б.М.
• 18. Голиков П. П., Николаева Н. Ю. и др. Оксид азота и ПОЛ как фактор эндогенной интоксикации при неотложных состояниях // Пат. физ. — 2000. — № 2. — С. 6−9.
• 19. Лакин Г. Ф. Биометрия. — М.: Высш. шк., 1990. — С. 351.