Биологические науки/9. Биохимия и биофизика

Веревкин А.Н., Попова Т.Н., Агарков А.А., Чудинова Е.О., Макеева А.В.

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет», Россия

Воздействие мелаксена на активность супероксиддисмутазы и каталазы в сердце и почках крыс при сахарном диабете 2 типа

Независимо от уровня развития страны, на лечение, а также на разработку и внедрение новых лекарственных средств и методик, направленных на терапию сахарного диабета, тратятся огромные средства. Несмотря на это, распространенность данного заболевания постоянно увеличивается. Согласно последним данным Международной диабетической организации во всем мире насчитывается порядка 371 миллиона человек у которых диагностирован диабет, причем основную их часть (более 90%) составляют больные с сахарным диабетом 2 типа (СД2) [7].

Патогенез СД2 связан с нарушением всех видов обмена веществ, включая не только углеводный, но также белковый и липидный. При этом нарастающая гипергликемия способствует развитию поздних осложнений диабета с поражением сердечной мышцы, почек и других тканей. Кроме того, аутоокисление глюкозы, активация обмена сорбитола и гликозилирование белков, имеющие место при СД2, являются ключевыми метаболическими путями увеличения продукции активных форм кислорода (АФК) [5, 14].

Снижению разрушительного действия свободных радикалов на организм способствует антиоксидантная система. Ее ключевыми ферментами являются супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза, которые нейтрализуют супероксидный анионрадикал и пероксид водорода соответственно. Однако, зачастую при патологиях для поддержания окислительно-восстановительного гомеостаза требуется введение экзогенных антиоксидантов.

Препарат мелаксен – синтетический аналог гормона шишковидной железы мелатонина, который является эффективным антиоксидантом и способен связывать свободные радикалы.

Целью данной работы явилось изучение влияния мелаксена на активность СОД и каталазы в сердечной мышце и почках крыс при СД2.

В качестве объекта исследования использовали белых крыс-самцов (Rattus rattus L.) массой 150-200 г. СД2 индуцировали введением протамин-сульфата в дозе 10 мг/кг массы тела животного 3 раза в сутки в течение 3 недель [3]. В ходе эксперимента животные были разделены на три группы: в 1-й группе (n=16) животных содержали на стандартном режиме вивария; 2-ю группу (n=16) составляли животные с СД2; в 3-й группе (n=8) животным с гипергликемией внутрибрюшинно вводили мелаксен в виде раствора в 1 мл 0,9% раствора NaCl в дозе 10 мг/кг на 15, 17 и 19 день эксперимента утром, 1 раза в сутки. Через три недели после начала индуцирования СД2 наркотизированных животных всех экспериментальных групп умерщвляли и использовали для дальнейших исследований.

Активность ферментов определяли на спектрофотометре Hitachi U1900 с программным обеспечением. Об активности СОД судили по ингибированию скорости восстановления нитросинего тетразолия в неэнзиматической системе феназинметасульфата и НАДН при длине волны 540 нм [2]. Скорость каталазной реакции регистрировали при длине волны 410 нм [1].

Проведенные исследования показали, что при развитии СД2 происходит увеличение удельной активности СОД и каталазы в сердце крыс в 3,3 и в 2,5 раза, в почках – в 1,4 и в 2,2 раза соответственно. Вероятно, повышенние активности антиоксидантных ферментов может быть связано с ответной реакцией организма на гиперпродукцию АФК, наблюдаемую при СД2 [4]. Известно, что при гипергликемии происходит увеличение производства пероксида водорода в мезенхимальных клетках почек, а также усиление пероксидного окисления липидов в клубочках [6, 11]. Также, литературные данные свидетельствуют о том, что в ткани сердца при сахарном диабете происходит увеличение содержания малонового диальдегида [8], что свидетельствует об интенсификации окислительных процессов.

Активности ферментов, выраженные в виде Е/г сырой массы, в сердце и почках демонстрировали сходную тенденцию.

После введения мелаксена крысам с СД2 активность СОД, выраженная в Е/мг белка и в Е/г сырой массы, в сердце снижалась в 2,4 и 2,1 раза и в 1,2 и 1,8 раза – в почках соответственно по сравнению с уровнем при патологии.

Введение исследуемого препарата животным с патологией также способствовало снижению активности каталазы. Так, удельная активность фермента снижалась в сердце в 2,0 раза и в почках в 1,6 раза; активность, выраженная в виде Е/г сырой массы, в исследуемых тканях снижалась в 1,8 раза.

Вероятно, наблюдаемые эффекты связаны со способностью мелаксена корригировать уровень мелатонина в организме. По видимому увеличение содержания гормона, способствовало снижению содержания АФК и, как следствие, выраженности окислительного стресса [9, 12]. Также, мелатонин способен уменьшать скорость пероксидного окисления липидов в ткани сердца [10]. Кроме того, имеются данные, что мелатонин лимитирует продукцию малонового диальдегида в ткани почек [13]. В результате этого происходило уменьшение нагрузки на исследуемые ферменты, что способствовало изменению их активности в сторону контрольных значений.

Литература:

1. Королюк М.А. Метод определения активности каталазы / М.А. Королюк, Л.И. Иванова, И.Т. Майорова // Лаб. дело. – 1988. – № 1. – С. 16-19.

2. Матюшин Б.Н. Определение супероксиддисмутазной активности в материале пункционной биопсии печени при ее хроническом поражении / Б.Н. Матюшин, А.С. Логинов, В.Д. Ткачев // Лаб. дело. – 1991. – С. 16-19.

3. Ульянов А. М. Инсулярная система животных при хроническом дефиците гепарина / А. М. Ульянов, Ю. А. Тарасов // Вопросы медицинской химии. – 2000. – Т. 46, № 2. – С. 149-154.

4. Brownlee M. Biochemistry and molecular cell biology of diabetic complications / M. Brownlee // Nature. – 2001. – V.414. – P. 813-820.

5. Ceriello A. Hyperglycaemia: the bridge between non-enzymatic glycation and oxidative stress in the pathogenesis of diabetic complication / A. Ceriello // Diabetes Nutr Metab. – 1999. – V. 12. – P. 42-46.

6. Ha H. Effects of rebamipide in a model of experimental diabetes and on the synthesis of transforming growth factor-beta and fibronectin, lipid peroxidation induced by high glucose in cultured mesangial cells / H. Ha, SH. Lee, KH. Kim // J. Pharmacol. Exp. Ther. – 1997. –V. 281. –P. 1457-1462

7. International Diabetes Federation: Diabetes Atlas, 5th edition 2012 (http://www.idf.org/sites/default/files/5E_IDFAtlasPoster_2012_EN.pdf)

8. Lipid peroxidation and activity of antioxidant enzymes in diabetic rats / R. Kakkar [et al.] // Mol Cell Biochem. 1995. – V.151, № 2. – P.113-119.

9. Melatonin directly scavenges hydrogen peroxide: A potentially new metabolic pathway of melatonin biotransformation / DX. Tan [et al.] // Free Radic Biol Med. – 2000. – V. 29. – P. 1177-1185.

10. Melatonin, a pineal hormone with antioxidant property, protects against Adriamycin cardiomyopathy in rats / I. Morishima [et al.] // Life Sci. – 1998. – V. 63. – P. 511–521.

11. Ruiz-Munoz LM. Enalaprilat inhibits hydrogen-peroxide production by murine mesangial cells exposed to high glucose concentration / LM. Ruiz-Munoz, F. Vidal-Vanacloch, I. Lampreabe // Nephrol. Dial. Transplant. – 1997. – V. 12. – P. 456-464.

12. Stasica P. Hydroxyl radical reaction with melatonin molecule: A computational study / P. Stasica, P. Paneth, JM. Rosiak // J Pineal Res. – 2000. – V. 29. – P. 125-127.

13. The protective effect of melatonin on renal ischemia–reperfusion injury in the rat / G. Sener [et al.] // J Pineal Res. – V. 32. – P. 120–126.

14. Wolff S.P. Protein glycation and oxidative stress in diabetes mellitus and ageing / S.P. Wolff, Z.Y. Jiang // Free Radic Biol Med. – 1991. – V. 10. – P. 339-352.