Влияние малых доз олигоэфиров на углеводный и энергетический обмен

Багмут И.Ю., Жуков В.И. Клименко Н.А.

Харьковская медицинская академия последипломного образования, Харьков, Украина

Харьковский национальный медицинский университет, Харьков, Украина

Снижение энергопродукции наблюдается при многих заболеваниях и патологических процессах. Одной их причин может быть разобщение процессов тканевого дыхания и окислительногофосфорилирования в митохондриях различных тканей, которое сопровождается накоплением в них ионов кальция. Показано, что в условиях гипоксии скорость накопления кальция митохондриями увеличивается, а высвобождение данных ионов значительно снижается [1–3]. При ишемии в зоне повреждения отмечается снижение скорости Са²⁺-зависимого выделения Н⁺ и скорости окислительного фосфорилирования. Исследование накопления кальция митохондриями и скорости синтеза АТФ показало, что синтез АТФ тормозится эндогенными ионами кальция. Этоявление может быть снято добавлением комплексонов, хелатирующих ионы кальция [3,4].

Увеличение скорости аккумуляции кальция митохондриями объясняют повреждающим действием на мембраны органелл продуктов перекисного окисления липидов, образование которых значительно повышается при дистрофических и воспалительных процессах. Известно, что накопление кальция митохондриями является энергозависимым активным процессом, протекающим против градиента концентрации ионов[4]. Поскольку накопление Са²⁺ митохондриями идет за счет энергии транспорта электронов в дыхательной цепи, то в этом случае, возможно, вся энергия транспорта будет тратиться главным образом на транспорт кальция, а не на фосфорилирование АДФ, то есть, разобщается дыхание и фосфорилирование[3].

Нарушение основного пути образования энергии приразличного рода поражениях, должно, очевидно, компенсироваться за счет интенсификации других путей, в частности гликолитического, что наблюдается, например при ишемии. В обычных физиологических условиях выраженность процесса окислительного фосфорилирования в клетке во многом определяет скорость протекания процессов гликолиза и гликогенолиза, являющихся, хотя и в меньшей степени, поставщиками необходимого количества АТФ. Главным механизмом, приспосабливающим скорость гликолиза к интенсивности окислительного фофорилирования и энергетическим потребностям клетки, является контроль активности ферментов гликолиза и гликогенолиза. Особенно важное значение имеет аллостерическая регуляция активности ферментов гликолиза – гексокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы – игликогенолиза – фосфорилазы, определяющих течение всего процесса в целом. Известно, например, что АТФ и цитрат являются мощными аллостерическими ингибиторами фосфофруктокиназы, активность которого значительно увеличивается под влиянием АДФ, АМФ и неорганического фосфата [4].

Следовательно, уменьшение количества АТФ, как результат разобщения окисления и фосфорилирования и накопления АДФ, АМФ и неорганического фосфата, должно привести к активации фосфофруктокиназной реакции и в целом к усилению превращения углеводов по гликолитическому пути[3,4].

Существенный интерес представляет изучение механизмов действия на организм новой, ранее не изученной группы олигоэфиров.Данная группа соединений нашла широкое применение в различных отраслях народного хозяйства: для получения пластмасс, пенопластов, полиуретанов, эпоксидных смол,искусственной кожи, лаков, эмалей, гидравлических и тормозных жидкостей, флотореагентов, эмульгаторов и др.

Учитывая вышесказанное, целью работы являлось изучение влияния малых доз олигоэфиров на ведущие метаболические пути обмена углеводов и состояние энергетических процессов в сердце и печени крыс.

Материалы и методы исследования. Опыты проведенына 40 половозрелых крысах популяции Вистар массой 180-200 г. Животным ежедневнона протяжении 45 суток утром, до кормления, с помощью металлического зонда внутрижелудочно вводили водные растворы олигоэфиров в дозе 1/100 ЛД₅₀. Контрольная группа получала соответствующие объемы питьевой воды. В каждой группе животных (3 опытных и одна контрольная) было по 10 крыс. При проведении опытов соблюдали принципы «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей» (Страсбург, 1985).

В работе было использовано три новых марки олигоэфиров с регламентированными физико-химическими свойствами: Л-512-2-100 (олигоэфирмоноэпоксид), Л-803 (олигоэфирциклокарбонат) и Л-2501-2-50 (бутилаллиловый эфир полиоксиэтиленоксипропиленгликоля). На основании параметров острой токсичности эти соединения относятся к малотоксичным веществам, не обладающим кумулятивными свойствами. Их среднесмертельные дозы (ЛД₅₀) находятся на уровнях: 26,0, 18,75 и 8,0 г/кг массы животного, а коэффициенты кумуляции – 9,80, 9,28 и 11,15, соответственно для Л-512-2-100, Л-803 и Л-2501-2-50.

По окончанию опыта определяли активность некоторых ферментов энергетического обмена: глюкозо-6-фосфатазы (Г-6-Ф), глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ), креатинфосфокиназы (КФК),гексокиназы, фосфофруктокиназы (ФФК), альдолазы, лактатдегидрогеназы (ЛДГ) в сердце и печени, и содержание гликогена в печени общепринятыми методами [2,3].

Статистическую обработку полученных результатов осуществляли с использование критерия Стьюдента.

Результаты исследования и обсуждение. Под влиянием всех изучаемых олигоэфиров в дозе 1/100 ЛД₅₀ снижалось содержание гликогена в печени и активность фермента митохондриальной фракции гепатоцитов - КФК.При этом наблюдалось значительное повышение активности Г-6-Ф, Г-6-ФДГ, ФФК, альдолазы, гексокиназы и ЛДГ (табл. 1). Содержание гликогена снижалось на43,46%, 42,57% и 53,49%, активность митохондриальной КФК– на42,69%, 50% и 47,57%, соответственно под влиянием Л-512-2-100, Л-803 и Л-2501-2-50. Активность Г-6-Ф повышалась, соответственно, на 104,55%, 95,45% и 79,55%, Г-6-ФДГ – на67,24%, 60,34% и 81,03%, ФФК – на49,23%, 66,15% и 44,61%, альдолазы – на 82,35%, 100,1% и 57,35%, гексокиназы – на84,57%, 68% и 98,28%, ЛДГ – на 61,08%, 36,68% и 51,8%.

Эти данные убедительно показывают, что олигоэфиры в дозе 1/100 ЛД₅₀ активируют анаэробный гликолиз, пентозофосфатный цикл и распад гликогена на фоне ингибирования аэробного дыхания и энергетических процессов в митохондриях гепатоцитов.

Таблица 1

Влияние олигоэфиров в дозе 1/100 ЛД₅₀на некоторые показатели энергетического и углеводного обмена в печени крыс

Показатели	Группа наблюдения, вещества (М±m)
	Контроль	Л-512-2-100	Л-803	Л-2501-2-50
Гликоген (мкмоль/г)	140.6±12,3	79,5±4,8*	80,75±5,3*	65,4±6,2*
Г-6-Ф (нмоль,мг белка · 1 мин)	0,44±0,03	0,90±0,07*	0,86±0,05*	0,79±0,04*
Г-6-ФДГ (мкмоль НАДФН/мг белка · 1 час)	0,58±0,04	0,97±0,06*	0,93±0,04*	1,05±0,11*
КФК (мкмоль НАДФН/мг белка · 1 час)	8,2±0,56	4,7±0,34*	4,1±0,25*	4,3±0,32*
ФФК (мкмольтриоз/ мг белка · 1 час)	6,5±0,43	9,7±0,68*	1,08±0,79*	9,4±0,73*
Альдолаза (мкмольтриоз/ мг белка · 1 час)	6,8±0,47	12,4±0,13*	13,6±0,20*	10,7±0,24*
Гексокиназа (мкмоль НАДФН2/мг белка · 1 час)	17,5±1,26	32,3±2,18*	29,4±2,5*	34,7±2,7*
ЛДГ (мкмоль НАДН/мг белка · 1 час)	53,7±6,2	86,5±5,7*	73,4±6,9*	81,52±4,3*

Примечание: * различия достоверные р<0,05

Установленная динамика активности «ключевых ферментов» обмена углеводов в печени позволяет судить о напряжении защитно-приспособительных механизмов, направленных на обеспечение гомеостатической функции организма.

Исследование оценочных показателей углеводного обмена в сердце обнаружило повышение активности гексокиназы, ФФК, альдолазы, ЛДГ, Г-6-ФДГ, Г-6-Ф и снижение активности КФК в митохондриальной фракции и уровня гликогена (табл. 2).Активность гексокиназы повышалась на82,5%, 66,9% и 107,7%, ФФК – на138,5%, 86,5% и 76,9%, альдолазы – на 237,7%, 184,4% и 271,1%, ЛДГ – на 31,6%, 35,4% и 38,76%, Г-6-ФДГ – на 110,8%, 96,4% и 125,3%, Г-6-Ф – на 54,3%, 77,14% и 94,28%, соответственно при воздействии Л-512-2-100, Л-803 и Л-2501-2-50.

Активность КФК снижалась, соответственно, на 40,4%, 35,58% и 41,47%, содержание гликогена– на 43,26%, 51,69% и 47,10%.

Анализ показывает сходное влияние олигоэфиров на обмен углеводов в печении сердце. На первый план выступает активация гликолиза, пентозофосфатного цикла, распада гликогена и подавление аэробных процессов энергетики под влиянием олигоэфиров в дозе 1/100 ЛД₅₀.

Динамические изменения оценочных показателей углеводного и энергетического обмена позволяют судить о том, что олигоэфиры ингибируют функциональную активность цикла Кребса и синтез АТФ в аэробных условиях. Это, в свою очередь, создает условия для интенсификации других путей генерации энергии, которые сопряжены с активацией гликолиза и пентозофосфатного цикла.

Таблица 2

Влияние олигоэфиров в дозе 1/100 ЛД₅₀на показатели энергетического и углеводного обмена в сердце крыс

Показатели	Группа наблюдения, вещества (М±m)
	Контроль	Л-512-2-100	Л-803	Л-2501-2-50
Гексокиназа(мкмоль НАДФН2/мг белка · 1 час)	10,3±0,84	18,8±1,5*	17,2±1,3*	21,4±1,6*
ФФК (мкмольтриоз/мг белка · 1 час)	5,20±0,63	12,4±1,05*	9,7±0,84*	9,2±0,73*
Альдолаза (мкмольтриоз/ мг белка · 1 час)	4,5±0,36	15,2±1,3*	12,8±0,93*	16,7±1,5*
ЛДГ (мкмоль НАД·Н/мг белка · 1 час)	135,7±9,3	178,6±11,5*	183,7±10,2*	188,3±13,8*
Г-6-ФДГ (мкмоль НАДФН/мг белка · 1 час)	0,83±0,04	1,75±0,12*	1,63±0,14*	1,87±0,15*
Г-6-Ф (нмоль /мг белка · 1 мин)	0,35±0,02	0,54±0,06*	0,62±0,05*	0,68±0,07*
КФК (мкмольНАДФН/мг белка · 1 час)	10,4±0,86	6,2±0,35*	6,7±0,43*	6,10±0,47*
Гликоген (мкмоль/г)	32,7±4,8	18,5±1,6*	15,8±1,4*	17,3±1,2*

Примечание: * различия достоверные р<0,05

Таким образом, исследуемые олигоэфиры в дозе 1/100 ЛД₅₀ ингибируют процессы тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования в митохондриях и активируют механизмы анаэробного дыхания, которые сопряжены с активацией гликолиза, пентозофосфатного цикла и гликогенолиза, что отражает значительное напряжениеадаптационных механизмов, направленных на обеспечение гомеостаза и усиление восстановительных синтезов.

Литература:

1. Валеева Э.Т. Факторы риска и особенности формирования профессиональной заболеваемости у работающих нефтехимической промышленности / Э.Т. Валеева, Л.К. Каримова, А.Б. Бакиров и др. – М., 2008. – 64 с.

2. Токсикология продуктов нефтехимической промышленности. Ч. 2. Ароматические углеводороды. / А.Б. Бакиров, О.М. Дубинина, Н.Ю. Хунсутдинова. –Уфа, 2010. – 52 с.

3. Савлуков, А. И. Метаболическиепроцессы в организме при воздействиихимическихзагрязнителей / А.И. Савлуков, Р.Ф. Камилов, В.М. Самсонов и др. // Клиническаялабораторнаядиагностика. – 2010. - № 7. – С. 33-39.

4. Мухальська Є.Б. Стан антиоксидантної системи за токсичного ураження важкими металами та фосфорорганічними сполуками / Є.Б.Мухальська, Я.І.Гонський//Здобутки клінічної та експериментальної медицини: матеріали підсумкової науково-практичної конференції. – Тернопіль, 2012. – 246 с.