Введение к работе
Актуальность исследования. Рост загрязнения окружающей среды такими токсичными, легко накапливающимися в организме веществами, как тяжелые металлы, обусловливает насущную необходимость изучения механизма влияния, разработки и внедрения новых способов профилактики поступления и усиления их выведения из организма.
Органы выделительной системы являются наиболее уязвимыми как к эндогенным, так и к экзогенным токсикантам, поскольку все ксенобиотики экскретируются почками (Брин В.Б., Албегова Н.Р., Албегова Ж.К. и др., 2002). Нарастающие неблагоприятные экологические воздействия, как правило, антропогенного характера, заставляют по-новому взглянуть на те заболевания, с которыми приходится иметь дело в начале XXI века (Антонова И.В., Богачева Е.В., Китаева Ю.Ю., 2010). При нарастании концентрации ксенобиотиков, интенсивности и длительности воздействия или их сочетания адаптационные системы работают в условиях напряжения. В ряде случаев компенсаторные возможности организма истощаются, и развивается нарушение функциональных возможностей организма или отдельных систем. (Валеева Э.Т., Бакиров А.Б., Каримова Л.К. и др., 2009).
Кобальт жизненно важный микроэлемент, участвующий во многих процессах жизнедеятельности организма. Однако, при экзогенных воздействиях кобальт обладает высокой повреждающей способностью (E.Szakmary et all., 2001) и его относят к веществам 1 класса опасности (Э.К. Орджоникидзе., А.В. Рощин., 1991). Несмотря на то, что токсическое действие кобальта доказано многократно, молекулярные механизмы его токсичности до конца не изучены. Кобальт генотоксичен (Бондаренко Л.В., 2007), имитирует в клетке состояние гемической гипоксии (Бурдин Н.В., Гребенникова В.В., Лебедев В.И. и др., 2008), активирует гликолиз и эритропоэз, индуцирует окислительный стресс (Гичев Ю.П., 2003), апоптоз и даже некроз (Валиев В.С., Сафина А.И., Сироткин Е.А., 1996). Токсические эффекты кобальта проявляются полиморфным поражением кроветворной, сердечно-сосудистой, дыхательной, иммунной систем, а также поражением почек, поскольку почки, вследствие морфологических и функциональных особенностей, являются одним из главных органов-мишеней для ксенобиотиков (A. Goyer. 1990; D. Czock, U. Hausler, Aymanns et all., 2005). Являясь главным экскреторным органом, почки становятся мишенью многих ксенобиотиков, в том числе цветных тяжелых металлов, в частности, кобальта (Албегова Ж.К., Брин В.Б., 2007; Албегова Ж.К., Брин В.Б., Гаглоева Э.М. и др., 2009). По многочисленным литературным данным (Павловская Н.А., Кирьяков В.А., Савельев С.И., 2002; Дзугкоева Ф.С, Дзугкоев С.Г., Такоева Е.А. и др., 2009) длительное воздействие хлорида кобальта в эксперименте приводит к развитию хронической необратимой нефропатии, переходящей в почечную недостаточность.
В доступной литературе представлены данные о функциональных и патоморфологических изменениях почек на фоне интоксикации хлоридом кобальта, но весьма недостаточны сведения литературы о механизмах развития ангио – и нефропатии и участия в них перекисного окисления липидов, антиокислительной системы клеток и активности Na+,К+-АТФ-азы почечной ткани в условиях хронической кобальтовой интоксикации в эксперименте.
Цель работы: изучение роли перекисного окисления липидов (ПОЛ) и активности ферментов антиоксидантной защиты клеток (АОЗ) в механизмах нарушения водо- и электролито-выделительной функции почек, гемодинамических изменений на фоне интоксикации хлоридом кобальта в эксперименте.
Для достижения цели исследования решали следующие задачи:
-
Воспроизвести модель нефропатии при парентеральном введении различных дозировок хлорида кобальта в течение двух недель и одного месяца.
-
Изучить изменения показателей водо- и электролито-выделительной функции почек на фоне спонтанного и водного диурезов, вызванные интоксикацией хлоридом кобальта в хроническом эксперименте.
-
Исследовать активность Na+,К+-АТФ-азы в гомогенатах коркового и мозгового вещества почечной ткани на фоне хронической интоксикации хлоридом кобальта у крыс.
-
Исследовать характер изменения гемодинамики методом допплерографии на фоне экспозиции хлоридом кобальта.
-
Изучить состояние активности ПОЛ в мембранах эритроцитов и гомогенатах коркового и мозгового вещества почечной ткани и активность ферментов антиокислительной системы (АОС) клетки.
-
Выяснить роль сопряжённых систем ПОЛ и АОС в механизмах нарушения активности мембранного фермента Na,K-АТФ-азы и гемодинамических изменений.
Научная новизна данной работы заключается в выяснении новых звеньев патогенеза кобальтовой нефропатии и ангиопатии, установлении роли ПОЛ, как фактора, изменяющего физико-химические свойства липидного матрикса клеток, в частности, эритроцитов, клеток почечной ткани и сосудистой стенки. Впервые показано, что в генезе нарушения канальцевого транспорта натрия при хронической кобальтовой интоксикации, важную роль играет снижение активности Na+,К+-АТФ-азы почечных канальцев вследствие изменения липидного микроокружения фермента. Выявлена впервые взаимосвязь между накоплением малонового диальдегида и активностью Na+,К+-АТФ-азы в клетках почечной ткани. Установлен характер микроциркуляторных гемодинамических изменений, сопровождающихся нарушением перфузии (жидкостного обмена). Показано, что в развитии окислительного стресса играет роль угнетение активности супероксиддисмутазы (СОД), хотя активность каталазы в сыворотке крови компенсаторно повышается.
По теме диссертационной работы на основании полученных данных поданы две заявки на изобретение в Федеральный институт промышленной собственности: «Способ моделирования хронической токсической нефропатии» и «Способ диагностики кобальтовой нефропатии у экспериментальных животных при хроническом отравлении», по которым получены две приоритетные справки № 2010148217/(069658) от 25.11.2010; № 2010148218/(069659) от 25.11.2010, соответственно.
Научно-практическая значимость. Результаты настоящего исследования имеют научно-практическое значение, так как по активности перекисного окисления липидов в мембранах эритроцитов – аналогах тканевых клеток, можно косвенно судить о состоянии этого процесса в почечной ткани, что может быть использовано с целью ранней диагностики кобальтовой нефропатии у лиц, подвергающихся хроническому воздействию кобальта.
Личное участие автора в получении результатов исследования. Автором лично проведено моделирование токсической кобальтовой ангио- и нефропатии, изучение функциональной способности почек, характера изменения макро- микрогемодинамики, активности ПОЛ и АОС. Автором освоены и выполнены все методы исследования, включая корреляционный анализ и статистическую обработку. Обобщение экспериментальных данных и их анализ проведены автором лично.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
На фоне хронической кобальтовой интоксикации угнетается спонтанный диурез вследствие снижения скорости клубочковой фильтрации (СКФ) и достоверно не изменяющейся канальцевой реабсобции воды, хотя и обнаруживающей тенденцию к снижению.
-
Хроническая интоксикация хлоридом кобальта вызывает повышение экскреции Na и К с мочой, при этом фильтрационный заряд катионов снижается, но одновременно выявляется снижение уровня канальцевой реабсорбции Na.
-
При формировании хронической кобальтовой нефропатии нарушается способность почек экскретировать водную нагрузку, что проявляется снижением процента ее выведения за 3 часа и падением суммарного трехчасового диуреза на фоне 5 % водной нагрузки. Снижение уровня канальцевой реабсорбции Na обусловлено падением активности Na,K-АТФ-азы почечной ткани – основного компонента Na – насоса, функционирующего в толстом восходящем колене петли Генле.
-
На фоне хронической кобальтовой интоксикации развивается окислительный стресс, повышается концентрация малонового диальдегида (МДА) в эритроцитах и гомогенатах коркового и мозгового вещества почечной ткани и угнетается активность ферментов АОС – супероксиддисмутазы (СОД), а активность каталазы компенсаторно повышается.
-
Активные метаболиты кислорода (АМК) и продукты окислительного стресса на фоне хронической интоксикации хлоридом кобальта повреждают эндотелий сосудов, что приводит к нарушению макро- и микрогемодинамики и формированию токсических ангиопатий.
Апробация диссертации. Материалы диссертации докладывались на общероссийской научной конференции «Инновационные медтехнологии» (Москва, 2009г.), I региональной конференции молодых ученых «Наука-обществу», посвящённую 10-летию ВНЦ РАН и РСО-А (Владикавказ, 2010г.), VII международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений» (Владикавказ, 2010г.), конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2010г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, из них 5 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 167 страницах, включая библиографию и приложение. Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, трёх глав собственных данных, заключения, общих выводов, списка использованной литературы и приложения. Библиографический указатель включает 297 источников литературы, из них 220 отечественных и 79 иностранных авторов. Работа иллюстрирована 83 рисунками и 13 таблицами.
