Введение к работе
Актуальность проблемы. Процессам пероксидного окисления липидов (ПОЛ) принадлежит одна из ведущих ролей в биохимии старения, в связи с чем изменение состояния ПОЛ и антиокислительной защиты (АОЗ) с возрастом представляет собой актуальную научную проблему [Harman D., 1995;В. К. Кольтовер, 2002; В. А. Гусев 2002; В. Л. Воейков, 2002; Воейков В. Л., 2003]. Сушествует мнение, что возрастные изменения соотношения прооксидантных и антиоксидантных процессов в организме связаны с нарушениями работы митохондриальной дыхательной цепи, продуцирующей основное количество радикалов кислорода [Гродзинский В. Н., Войтенко В. П., 1987; Мещанинов В. Н., 1999; Гусев В. А., 2000; Ковругина С. В., 2000; Коркушко О. В., Лишневская В. Ю., 2002; Подколзин А. А., Донцов В. П., 2001; Анисимов В. Н., 2004; Cadenas Е., Kelvin J. A. D., 2000; Ueno S., 2006; Chung S, 2007]. Таким образом, представляется целесообразным изучение взаимосвязи ПОЛ и процесса старения на субклеточном уровне, особенно митохондриальном. Однако, формирование целостного представления о этой проблеме далеко от завершения.
Репаративная регенерация, как правило, сопровождается изменением уровня ПОЛ и АОЗ [Е.Б. Бурлакова, 1982; Gorla G.R., 2001]. Кроме того, известна зависимость скорости репаративной регенерации и процессов старения [Медведева Н. Д., 1985; Цвиренко С. В., 1989; Мозжухина Т. Г., 1992; Yang S., 2004]. В качестве элементарной формы проявления репаративной регенерации на субклеточном уровне можно рассматривать мембраногенез [Романова Ю. А., 1985]. Оценить значение пероксидного окисления липидов для образующихся мембран субклеточных органелл регенерирующего органа невозможно без оценки фосфолипидного обмена в этих мембранах [Cavazzoni М. et al., 1999, Kowaltowski A. J., Vercesi A. E., 1999], что не нашло достаточного освещения в научной литературе.
Основная часть липидов в мембранах представлена фосфолипидами, и их метаболизм влияет на проницаемость и другие формы биологической активности клеточных мембран [Бурлакова Е.Б., 1978, 1982; Антонов В. Ф., 1992; Геннис Р., 1997]. Липолитические ферменты, в том числе фосфолипаза А2, влияя на метаболизм фосфолипидов, являются одним из инструментов, регулирующих регенераторные процессы, о чем имеются лишь единичные работы [Алесенко А. В., 1987; ПушкарёваМ. Ю., 1991].
Процесс регенерации печени животных подробно описан в литературе [Карташова О. Я., 1985; Саркисов Д. С, 1983; Мампория Н. М., 1985; Урываева У. В., 1985, Блюгер А. Ф., 1989], как и его гистологические и цитологические особенности, связанные со старением [Сидорова В. Ф., 1976; Ванюшин Б. Ф., 1977; Левицкий Е. Л., 1980; Медведева Н. Д., 1985; Мозжухина Т. Г. , 1992]. Однако взаимное влияние процессов ПОЛ и регенерации в печени животных продолжает интересовать исследователей [Gorla GR, 2001; Andiran F, 2003; Yang S, 2004], а возрастной аспект данного влияния слабо освещен в литературе [Божков А. П., Малеев В. А., 2004].
Вызывает интерес изучение системы ПОЛ - АОЗ в клетках печени у животных разного возраста при стресс-реакции, активирующей процессы ПОЛ [Кольтовер В. К., 1998, 2000; Ковругина С. В., 2000; Коркушко О. В., 2002; Лишневская В. Ю., 2004; Анисимов В. Н., 2004].
Адреналин - стрессорный гормон, его аналог, норадреналин - медиатор адренергических синапсов. Ацетилхолин - во многом их антагонист (по данным о влиянии на процессы обмена веществ и энергетический обмен) [Дбаг М. М., 1990; Долиба Н. М., 1997; Саакян И. Р., 2001; Вишневский Е. Л., 2004; Kondrashova М. N., Doliba N. М., 1988]. При старении непосредственное управление деятельностью органов и систем со стороны симпатического отдела нервной системы и её адаптационно-трофические воздействия заменяется медленным и менее целенаправленным гормональным способом регулирования [Швалев В. Н., 2005; Глыбочко П. В., 2006]. Взаимодействие этих возрастных изменений и процессов ПОЛ, особенно в условиях регенерации, освещены недостаточно.
По нашему мнению, слабая выявляемость в условиях нормы возрастных различий в обсуждаемой проблеме может быть в значительной степени разрешена применением в качестве возмущающего систему стимула сочетания экстремальных и регуляторных воздействий: регенерации, стресса, гормонов.
Цель: Исследование возрастных особенностей воздействия нейромедиаторов на ПОЛ, АОЗ и метаболизм фосфолипидов в субклеточных фракциях регенерирующей печени в условиях стресса. Задачи
Изучить возрастные особенности изменений показателей ПОЛ, АОЗ и метаболизма фосфолипидов в субклеточных фракциях печени крыс в условиях иммобилизационного стресса.
Оценить возрастные особенности изменений показателей ПОЛ, АОЗ и метаболизма фосфолипидов в субклеточных фракциях печени крыс в условиях регенерации при частичной гепатэктомии.
Выявить возрастные особенности изменений показателей ПОЛ, АОЗ и метаболизма фосфолипидов в субклеточных фракциях печени крыс при иммобилизационном стрессе в условиях регенерации после частичной гепатэктомии.
Изучить возрастные особенности изменений показателей ПОЛ, АОЗ и метаболизма фосфолипидов в субклеточных фракциях печени крыс при иммобилизационном стрессе в условиях регенерации после частичной гепатэктомии при предварительном воздействии адреналином.
Изучить возрастные особенности изменений показателей ПОЛ, АОЗ и метаболизма фосфолипидов в субклеточных фракциях печени крыс при иммобилизационном стрессе в условиях регенерации после
частичной гепатэктомии при предварительном воздействии ацетилхо лином.
Научная новизна и практическая значимость работы.
Автором впервые изучены изменения ПОЛ и АОЗ регенерирующей печени экспериментальных животных в условиях стресса на субклеточном уровне в возрастном аспекте.
Показано, что процессы ПОЛ в субклеточных фракциях печени в условиях стресса более активны у старых животных в связи с низкой активностью антиокислительных ферментов, а активация ПОЛ в сочетании с низкой активностью антиокислительных ферментов в субклеточных фракциях печени у зрелых животных наблюдалась лишь при регенераторных процессах.
Впервые выявлена существенная роль митохондрий в свободнорадикальных механизмах процесса старения в условиях регенерации на фоне стрессорного воздействия: процессы ПОЛ в клетках печени у старых животных в условиях стресса, а также в условиях стресса на фоне регенераторных процессов, наиболее активны в митохондриальной фракции.
Обнаружено, что изменения активности фосфолипазы А2 при любых применённых автором воздействиях наиболее выражены в митохондриальной фракции клеток печени животных. Впервые показана неоднозначная возрастзависимая роль фосфолипазы А2 при регенерации печени во время стресса и в условиях воздействия нейромедиаторами: в условиях предварительного воздействия адреналином изменения активности фосфолипазы А2 более выражены у старых животных.
Установленные автором впервые возрастные закономерности указывают на митохондрии и фосфолипазу А2 как на первоочередные объекты для дальнейшей разработки корригирующих воздействий в эксперименте, а в последующем - в клинической практике, связанной с лечебными мероприятиями, направленными на ускорение регенерации ран органов и тканей в условиях гиподинамии.
Установлено, что активность фосфолипазы А2 оказывала влияние на процессы ПОЛ в субклеточных фракциях печени. У старых животных, по сравнению со зрелыми, влияние фосфолипазы А2 на процессы ПОЛ значительно возрастало, особенно в условиях предварительного воздействия адреналином. Предварительное воздействие ацетилхолином способствовало снижению ПОЛ в митохондриальной фракции регенерирующей печени в условиях стресса, особенно у зрелых животных.
Выявленный автором диссертации механизм может быть использован для решения экспериментальных и дальнейших клинических задач по целенаправленной коррекции уровня ПОЛ в регенерирующей печени у животных и пациентов зрелого и старого возраста путем регуляции активности фосфолипазы А2 нейромедиаторами.
Автором впервые в литературе показано, что предварительное воздействие ацетилхолином на фосфолипиды в субклеточных фракциях регенерирующей печени в условиях стресса имело возрастные особенности: у зрелых животных наблюдалось увеличение, а у старых - уменьшение содержания мембранных фосфолипидов во фракции постмитохондриального супернатанта.
Впервые выявленные в эксперименте на животных возрастные закономерности изменения уровня ПОЛ, АОЗ и метаболизма фосфолипидов в субклеточных фракциях регенерирующей печени в условиях стресс-воздействия и измененного уровня нейромедиаторов открывают возможности для использования корригирующих воздействий на установленные автором нарушения метаболизма в эксперименте и дальнейшего дифференцированного применения у пациентов в зависимости от их возраста в клинической практике при предоперационной подготовке, во время проведения оперативных вмешательств и послеоперационной реабилитации, которые в той или иной степени всегда сопровождаются иммобилизацией (гиподинамией, гипокинезией) и стрессом.
Конкретное участие автора в получении научных результатов.
При выполнении настоящей работы автор самостоятельно провел анализ отечественной и зарубежной литературы по теме исследования. Автором производились экспериментальные воздействия на животных, в том числе операции по частичной гепатэктомии, приготовление биологического материала и субклеточных фракций, биохимические исследования, а также анализ и интерпретация полученных результатов.
Степень достоверности результатов проведенных исследований.
Представленная первичная документация по теме диссертации оформлена в хронологической последовательности. Документация включает рабочие журналы биохимических исследований на кафедре биохимии и журналы записей результатов исследований диссертанта с 01.10.2000 по 25.05.2006. Объем выборки, включавший 160 экспериментальных животных, использование общепринятых методов исследования, в том числе лабораторных методов оценки системы ПОЛ-АОА и метаболизма фосфолипидов, а при обработке данных - статистических методов (t-критерий Стъюдента, парный критерий Вилкоксона, критерий Вилкоксона-Манна-Уитни) и компьютерных программ (пакет Stata 5.0 (Stata Corporation, США)) подтверждают достоверность полученных результатов.
Ценность научных работ соискателя.
Исследования Лукаша В. А. разрабатывают теоретические положения, раскрывающие биохимические особенности процесса регенерации в условиях старения организма. Работа является фундаментальной, результаты работы выявляют влияние нейромедиаторов на ПОЛ, АОЗ и метаболизм фосфолипидов в субклеточных фракциях регенерирующей печени при старении организма.
Связь темы с плановыми исследованиями.
Исследования проводились в рамках темы НИР ГОУ ВПО УГМА Росздрава, кафедры биоорганической и биологической химии, № государственной регистрации 01.2.00107889.
Тема диссертации утверждена Ученым советом ГОУ ВПО УГМА Росздрава от 24.11.2000, протокол №11.
Полнота изложения материалов диссертации в работах, опубликованных соискателем.
По теме диссертации опубликовано 12 научных работах, в которых отражены основные положения и выводы диссертации, в том числе:
Состояние ПОЛ и АОА в субклеточных фракциях печени старых животных при регенерации в условиях стресса [Текст] / В.А. Лукаш, В.К. Кротов, Р.Х. Нафиков, СЮ. Попов, Д.Л. Щербаков // Биохимия: От исследования молекулярных механизмов до внедрения в клиническую практику. Материалы межрегиональной конференции биохимиков Урала, Западной Сибири и Поволжья. - Оренбург, 2003. - С. 7-13.
Лукаш В. А. Возрастные особенности нейрометаболической регуляции свободно-радикального окисления липидов при регенерации печени в условиях стресса [Текст] / В.А. Лукаш, В.Н. Мещанинов // Вестник уральской медицинской академической науки. - Екатеринбург, 2006. - №4 (14).-С. 66-71.
Лукаш В.А. Взаимовлияние ПОЛ и фосфолипидного обмена в субклеточных фракциях регенерирующей печени в условиях стресса и при предвоздействии адреналином в возрастном аспекте [Текст] / В.А. Лукаш, В.Н. Мещанинов // Госпитальный вестник. - Екатеринбург, 2007. - №2(15). -С. 33-39.
На защиту выносятся следующие положения:
ФосфолипазаАг оказывает влияние на процессы ПОЛ в субклеточных фракциях регенерирующей печени у старых животных в условиях стресса.
Предварительное воздействие адреналина способствует снижению ПОЛ в субклеточных фракциях регенерирующей печени в условиях стресса через активацию фосфолипазы А2, что более выражено у старых животных.
Предварительное воздействие ацетилхолина способствует снижению ПОЛ в митохондриальной субклеточной фракции регенерирующей печени в условиях стресса, что более выражено у зрелых животных.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 1 - в журнале ВАК Минобразования РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 127 страницах текста, набранного на компьютере, содержит 26 таблиц и 7 рисунков. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, главы результатов собственных исследований с их обсуждением, общего заключения, выводов и списка
литературы, содержащего 126 источников на русском, 94 источника на иностранных языках.
