Биологические науки/9

Биологические науки/9. Биохимия и биофизика

Попова А.В.

Национальный университет пищевых технологий, Украина

Кучмеровская Т.М.

Институт биохимии им. А.В. Палладина НАН Украины

Исследование активности Na⁺,K⁺-АТРазы в нервных окончаниях на модели экспериментального аллергического энцефаломиелита

Рассеянный склероз (РС) – это хроническая патология ЦНС, характерными признаками которой являются воспалительный процесс, демиелинизация и повреждение аксонов, которые сопровождаются такими морфологическими последствиями, как образование склеротических бляшек в белом веществе головного и/или спинного мозга.

Согласно статистическим данным в мире насчитывается более 2 млн людей больных РС. Причем эта цифра отображает только число зарегистрировавшихся пациентов, а реальное количество больных намного больше [1]. Особое волнение вызывает развитие этого нейродегенеративного заболевания у молодых людей в возрасте от 16 до 45 лет.

У людей, больных РС, может проявляться большое количество гетерогенных симптомов, что делает исключительно сложной его диагностику, которая основывается на анализе многих клинических показателей.

Известно, что одним из наиболее четких признаков РС является образование участков демиелинизации в головном и спинном мозге, которые можно выявить только на поздних стадиях заболевания. На ранних стадиях развитие симптомов (парезы и параличи конечностей) болезни связано с воспалением и нарушением проведения импульсов по нейронам [2,3]. Выяснение причины таких нарушений может значительно облегчить диагностику РС еще на ранних стадиях его развития.

Известно, что електрическое возбуждение в нейронах как ЦНС, так и ПНС зависит в первую очередь от механизмов пасивного и активного транспорта ионов, особенно катионов К⁺ и Na⁺. Транспорт последних обеспечивается энзимом Na⁺, К⁺- АТРазой. Снижение активности этого энзима приводит к нарушению транспорта ионов, развитию деполяризации мембраны и в конечном итоге потере нейронами своей самой важной функции – электрической проводимости.

На основе этого, потеря нейронами електрической проводимости на ранних стадиях РС может свидетельствовать о нарушении функционирования Na⁺, К⁺- АТРазы.

Для оценки состояния Na⁺, К⁺- АТР-насоса при РС была создана экспериментальная модель заболевания – экспериментальный аллергический энцефаломиелит (ЭАЭ). ЭАЭ моделировали на безпородних морских свинках обоих полов массой 300 – 350 г. Модель РС создавали путем одноратного подкожного введения в подушечки задних лапок энцефалитогенной смеси: 10 мг препарата основного белка миелина в 0,1 мл полного адъюванта Фрейнда [4].

После окончания латентного периода наблюдали у морских свинок с развитым ЭАЭ такие симптомы: отеки дистальных отделов одной конечности без нарушения и с нарушением ее функции, повреждение суставов с признаками артрита, дегенерацию мышц, выпадение шерсти, атонию хвоста, нарушение мочевыделения и дефекации. Морских свинок с ЭАЭ декаптировали на 7-е и 10-е сутки после инокуляции.

Для определения активности Na⁺, К⁺- АТРазы в ЦНС и ПНС готовили гомогенаты головного мозга и седалищного нерва морских свинок с ЭАЭ. С гомогенатов выделяли синаптосомы и синаптические мембраны головного мозга методом дифференциального центрифугирования в градиенте плотности сахарозы по методу Abita [5]. Активность Na⁺, К⁺- АТРазы в исследуемых пробах определяли по методу, основанному на спектрофотометрическом определении конечного продукта АТРазных реакций – пирофосфата, который образует темносиний комплекс с молибдатом аммония при l = 660 нм [6].

Анализ активности Na⁺, К⁺- АТРазы в гомогенатах мозга и седалищного нерва экспериментальных морских свинок показал, что уже на 7 сутки после инокуляции происходит снижения активности энзима на 45 и 23 % соответственно по сравнению с контролем (см. рисунок). Полученные даные согласуются с даными других авторов, но не при РС, а при диабетической нейропатии на стадии дегенеративних процессов, аналогичных тем, что происходят при развитии РС [7].

Активность Na⁺, К⁺- АТФазы: 1 – контроль; 2,4 – на 7-е сутки ЭАЭ; 3,5 – на 10-е сутки в гомогенатах мозга та седалищного нерва соответсвенно; 6 – в синаптических мембранах головного мозга на 10-е сутки.

Следует отметить, что снижение активности Na⁺, К⁺- АТРазы в клетках головного мозга почти в 2 раза превышает снижение активности в седалищном нерве, т.е. в ЦНС функционирование энзима нарушается в большей степени чем в ПНС. На 10-е сутки развития ЭАЭ активность Na⁺, К⁺- АТРазы в исследуемых тканях значительно не изменяется по сравнению с 7-ми сутками. Кроме того, на 10-е сутки также выявлено снижение активности Na⁺, К⁺- АТРазы на 22% и

в синаптических мембранах головного мозга, в то время как в гомогенате мозга оно составляло 50%. Этот факт может свидетельствовать о нарушении транспорта ионов и электричекой проводимости не только самих нервных волокнах, но и в их нервных окончаний.

Таким образом, выявленное снижение активности Na⁺, К⁺- АТРазы в клетках ЦНС и ПНС на модели ЭАЭ, свидетельствует о нарушении в них ионно-транспортных процессов, что, в свою очередь, будет сопровождаться нарушенем проводимости импульса по нейронам и развитием парезов и параличей конечностей на ранних стадиях развития РС.

На основе полученных даннях можна предположить, что оценка активности Na⁺, К⁺- АТРазы может быть диагностичеким маркером для выявления РС на ранних стадиях развития.

Литература:

1. Волошин П.В., Міщенко Т.С., Лекомцева Є.В. Аналіз поширеності та захворюваності на нервові хвороби в Україні // Міжнародний неврологічний ж-л. – 2011. – 18, № 3. – С. 9 – 13.

2. Остапченко Л.І., Михайлик І.В. Біологічні мембрани: методи дослідження структури та функцій: Навчальний посібник. – К.: Видачничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2006. – 215 с.

3. Пономарев В.В. Аутоимунные заболевание в неврологи. – Минск: Беларус. навука, 2010. – 259 с.

4. Житнухин Ю.Л., Литвиненко И.В., Огурцов Р.П. Влияние никотинамида на развитие экспериментального аллергического энцефаломиелита // Бюлл. эксп. биол. мед. – 1998. – Т. 125. – № 2. – С. 180 –182.

5. Abita I.P., Chicheportiche R., Schweitz M. Eﬀect of neurotoxins (veratridine, sea anemonetoxin, tetrodotoxin) on transmitter accumulation. Release by nerve terminals in vitro // Biochem. – 1977. – Vol. 16. – P. 1838 – 1864.

6. Rathbun W.B. and Betlach M.V. Estimation of Enzymically Produced Orthophosphate in the Presence of Cysteine and Adenosine Triphosphate // Analytical biochemistry. – 1969. – Vol. 28. – P. 436 – 446.

7. Rabini R.A., Galassi R., Fumelli P. et. al. Redused Na(+)-K(+)-ATPase activity and plasma lysophosphatidylcholine concentrations in diabetic patients // Diabetes. – 1994. – Vol. 43. – P. 915 – 919.