Перекисное окисление липидов в структурно-функциональных нарушениях различных мембран при гипоксии и ишемии Магомедов, Нураддин Муса оглы

Введение к работе

Актуальность-тема. В последние году значительно возрос интерес к изучению і)лз:і.<о-хі::.мчєского механизма повреждающего действия гипоксии л илемии. Это ареаде всего связано с тем, что патогенез многих заболеваний человека является следствием возникновения в органах нарушения кислородного обеспечения, Всестаронее дзучзние этих вопросов позволили заключить, что в'физико-химическом механизме структурно-функидональных нарушении з тканях при -пиемии и гипоксии особое место занимает усиление интенсивности іерекиеного окисления липвдов (ПОЛ), которое также является универсальным патогенетическим фактором при таких заболеваниях, как пучевое поражения, воспалительные процессы и т.д. (Бурлакоза, 1971; Владимиров, 1973; Ланкин а др., І982;'Меорсоя, 1984; Би-ленко, 1908; irootor et al. ; 1984; Path et al. ,1984; Slater, 1986 и др.).

В последние годы внимание исследователей направлено на те задачи проблемы, которые связаны с определением места локализации і физико-химических механизмов интенсификации ПОЛ, структурно-функциональных последствий накопления'радикальных интермедиатоа в клетке, путей регуляции этого процесса в различных мембранных образованиях и т.д.

Аналлз современного состояния данного вопроса показывает, что несмотря на наличие многочисленных исследований, имеется ряд спорных і; нерешенных вопросов. Наиболее важными из них являются изучение физико-химических механизмов интенсификации ПОЛ, определение роли ПОЛ в структурно-функциональных нарушениях, а также стабилизация биологических мембран действием различных биологически активных веществ при' ишемии и гипоксии. Для разрешения этой проблема необходимо выяснить следующие вопросы:

1. Сравнительное исследование структурно-функциональных нару
шений сетчапш и зрительной области коры мозгам при действии раз
личных форм гипоксии (гипоксическоа, гкпароксической, гиперкапни-

Ческой, влияние СО, С0₂іА/02 к нитрита натрия) и выявление спице,-рических механизмов их повреждающего действия;

1. Имеются лишь единичные данные р причинах нарушения функционального состояния изолированных органов, хотя кординальпый прогрес в транспланталогни во многом зависит именно от изученности этого вопроса;

2. Не до конца понятно участие отдельных клеточных органелл и их мембранных образований в пусковом механизме иктенс;-5икашіи.

' ПОЛ при гипоксии и ишемии;

. 4. Остаются нерешенными вопроса физико-химических механизмов

'интенсификации ПОЛ в биологических мембранах при действии различных форм гипоксии и ишемии. В частности, не понятна роль моноамиї оксидазной системы а интенсификации ПОЛ при ишемии;

5. Отсутствуют данные об изменении активности антиоксидантна: ферментов (ААі), участвующих в регуляции свобободнорадикалшых (СР) процессов в различных органах (сердце, печешь и мозг) при о трой гипоксии и адреналиновом некрозе миокарда;

6. Мало изучен физико-химкческий механизм защитного действии неиромедиатороа и меланина при вг.иянии стресс факторов, в том чіі яз гипоксии и ишемии;

7. Не найдены эффективные методы регуляции интенсивности ПОЛ и структурно-функциональных нарушений при действия гипоксии и иш мли. Детально не исследована взаимосвязь природных и синтетических антиоксидантов различной природы, что очень важно для профилактики и лечения гйпоксическлх и итемических повреждении ыембра

- ' Цель и^-задачи исследований. Для достижения поставленной цели
необходимо было: .

-исследовать взаимосвязь меаду накоплением продуктов ПОЛ и подавлением электрических ответов сетчатка глаза (электроретино-грамма - ЭРГ) и отдельных областей лора ыоэга (вызванный потенщ ал - Ш) при действии различных форм гипоксии (гппоксической, и пароксической, гаяеркашшческой» влияние СО,И 0% и нитрита натр;

» определить возможность икгенаифлкация ПОЛ сетчатка при подавлении анаэробного и аэробного гликолиза;

выявить роль отдельных клеточных оргонеял и их мембранных образований в накоплении продуктов ПОЛ при гипоксия и ишемии;

изучить возможную причастность моноаминсксадазной системы в интенсификации ПОЛ при адреналиновом некрозе миокарда;

выявить связь меаду интенсивностью СР состояний, актива ос' тьм транспортных АТФаз и содержанием различных типов сульфгидри ных групп в отдельных областях мозга и их синаптосомальной и ми тохондриаяьной фракциях при острой гипоксии;

~ установить возможное участие меланина и неиромедиатороа в регуляции СР процессов в различных органах пр:: гипоксии и пшами

- исследовать изменения ААФ (супероксиддисмутаза - СОД, глу
тдтиогшероксидаза - ГПО и глутатиои-$- транс:.:ераза ~ Ш) в се
да, печени л мозга при'гипоксии и адреналинового некрозь;

--5.-

- выявить наиболее эффективные методы стабилизации физико-хи
мических и функциональных нарушений в изолированных и интактних
органах"путем регуляции СР сгістояйьій""при гипоксии и Ііаіемии.

Научная новизна. Впервые были получены следующие результаты:

- Показано, что все формы ітаоКсии (гипоксическая, гиперокси-
ческал, гииеркашшчсская, влияние СО, ^/Og и нитрита натрия) вызы
вают подавленно компонентов ЭРГ сетчатки глаза, и-Щ зрительной и
сенеомоторной коры мозга. Однако, перекисный механизм в структур
но функциональных нарушениях имеет место только при действии ги-
поксической и гипероксической гипоксиях; при'действии СО, С0₂»//02
л нитрата натрия функциональные нарушения обуславливается другами

МОХаНПЗМЬІїМ;

Установлено усиление ПОЛ в сетчатке при подавлении аэробного и анэробного гликолиза, вызванного введением в организм моно-йодуксусной кислоты, т.е. интенсификация ШЛ.ири гипоксии и ишемии осуществляется не только за счёт-накопления восстановленных метаболитов в результате усиления гликолиза, как приняти считать, но за счет возникновения в клетке знергодефицитного состояния, которое в результате глубоких /физико-химических 'и структурно— функциональных нарушений способствует усилению интенсивности ПОЛ;

Показано, что при острой гипоксии меланопротеиновые гранулы (МПГ) участвуют в регуляции интенсивности ПОЛ пигментного эпителия (Ш) глаза и, тем самым, предотвращают структурно-функциональные нарушения. Однако, в отличие от сильного освещения, при гипоксии антпрадикальные свойства меланина не могут захватывать другие слои сетчатки;

Установлено, что селеновые соединения повышают антирадикальную активность МИГ ЛЗ при реоксигенаши, что осуществляется за счет усиления способности меланина аккумулировать активные радикальные ннтермедпатоа а своей матрице в виде стабильных радикалов;

иыяв^ко,. что как интенсивность ПОД, так и активность ПЮ ь сетчатках различных позвоночных животных по. мере их эволюции су- . ществеш'.о уменьшается. Причем, чем выые класс позвоночных зинот-ных, тем меньше чувствительность сетчатки к постдекапэтацдонно* паемин на фоне освещения;

Обнаружено существенное- накопление продуктов ПОЛ в надкос-нице, кости и костном мозге при переламах трубчатых костей и в ксехо кролика при ауто- и гомопересадке, динамика накопления продуктов ПОЛ при аутопересадке характеризуется одним максимумом, а при гомопересадке имеет два максимума. Усиление накопления про-

дуктов ПОЛ при переломе костей и аутопсресадке происходит за счет ишемии, а второй 'максимум при гомоперееадке за счет иммунной несовместимости донора и реципиента;

Обнаружено, что в перекленом механизме поврозденая органов и тканей при ишемии и гипоксии наружная мембрана митохондрий принимает donee активное участие, чем внутреняя. Введение антиоксн-дантов как в организм, так и в модельные 'системи, одновременно с подавлением НОЯ, предотвращает лабилизацию лизосом, а введение ингибиторов фосфолипазы &2> кроме стабилизации лиэосом, подавляет интенсивность ПОЛ, что свидетельствует о тесной взаимосвязи пере-кисного я фос.ролипазного механизмов певреадения органов и тканей при гипоксии и ишемии; ".''"

Получены экспериментальные данные о роли моцоаминоксидазнок системы в интенсификации ПОЛ при адреналиновом кекрозе, что осуществляется за счет чрезмерного усиления дезашкироваїшя'моноаминов, способствующей накоплению в клетке активной формы кислорода-перекиси водорода;

Показано значительное увеличение интенсивности ПОЛ в отдельных областях мозга (продолговатый мозг, мозжечок, зрительная и сенсомоторная кора) и их ейнаптоссмальной и митохондриальной фракциях при острой гапоксаи, что приводит к подавленно активности АТ^азных ферментов и уменьшении содержания различных типов сульфгидрилькых групп. Предварительное введение, животным различных природных и синтетических антиоксидантов, подавляя накопление продуктов ПОЛ, способствует сохранению.структурно-функіиональ-ннх свойств мезга;

Установлено, что.защитный механизм нейромедиаторов при действии стреесфакторов, в том числе, гипоксии я'шламай, не только связан с изменением функционального состояния соответствующих центров мозга, но а элективным ингибироваииэм ПОЛ, которое выражается б предотвращении наколлзния продуктов СОЛ я сохранении AAj в отдельных органах к их клеточных структурах;

Показано, что характер изменения АА (СОД, ШО и ГГ^} в сердце, печени и мозга при гипоксии существенно' отличается: во-первых, степень изменения АА<5 в мозгу по сравнении с сердцем и песенью несущественна, во-вторых, в отличие от двух других органов, острая гипоксия в мозгу вызывает достоверное увеличение активности ГПО и Ш>;

Установлено уменьшение ААІ при адреналиновом некрозе миокарда; по сравнению с ионолом и СОД более сильной антиокислитель-

- 7 -.-

н'ол активностью ооладает J, - токорерол.

Теоретической" значение рзботи. Я представленной'работе впервые---наследованы упзпко-химические механизмы повреждающего действии различных фирм гипоксии (гииокеической, г«шероксичосксп, ганирканил-ческои, влияние 00, tiG.j и нитрита натрия). Показано, что интенсификации 1Ю.І1 і) мембранах и.леет s/еето только при действии гииоксичес— коіі и гнпероксическсЯ гилоксипх; в остальных случаях наблюдаемые микииопадькие нарушения оСусловдивютсп другими тмзико-хииически-кл механизмами. Изучена последовательность физико-химических нару-г:^л!г.!;' в-<5!'опг)чрских «е.чбрпнах и их взаимосвязь со структурно-1:7'!кг:'.'^г,"я,'!т.нн\'и сдвирруи. Установлен зьип-тный механизм іісііро.йсіА^ха—' торов а отдельных ойластях мозга яри дейсгши астрой гипоксии. Изучена проективность отдельных природных и синтетических антиоксидантом и других стабилизаторов липидного компонента мембраны при дой-стлип ипюмии .и гипоксии.

Практическая значимость результатов работы. Виявлена последовательность -уизико-хиличаеких и структурно-іуккциональннх нарушений при действа из органтм различных рорм гипоксии и ишемии. Уста-

i:,:v. ;,['Л-і>з; ,-^": л ;<ііа<'ііі,і:".,;.:ь '.Гїдержаппл Jii-грулп и ап:'піі.;сс'."п сран-сі:о;;г:;:і:-: Де.ас, 'іти ссчронскдиется наруиинием функн»існали:с.и активнее:.; органов л тканой. Поэте:.?; оси даннцс /..vex.'T суцестассшоа практическое злачин/.е как дли профилактики, -так и длн разр::.Оегки :>p_ti-.:iv".,'.i-.iiiX ьисдоь /сченин при гипокончискях и іше(мчески_ч :эздеп-ствнпх, т.к. аригтенеаие paaj-ичных антиоксиданте;* и других стаоплн-эптол'оп пипиднпгп компонента мембраны предотвращает указанные фи-зп;. -,-..:./:: іооі'.і',' л (.^.укгурно-^ушецлональ.чие нарушения при гипоксии а. .псепп.

Основные положения, .выносимые на, зашиту?

установление взаимосвязи иазду 'физико-жнлі'гескшли и струк-тур.^;і—;:.у;г.:::ионз'іьі-:і;.,';. ччеучоцичмч л мембранных образованных ьрн дед.-саап :іа органи:.-.:.: различных ферм ишемии а острен гипоксии;

іалаленне ш:сз;тгзг^ интенсификации ПОЛ'з отдеяьнчх мембранне;:: образованиях клеточных органедя. при ишемии и гипоксии;

.установление цмаидо-хшачеекого механизма «ащгу пеііре:.:едп~ аторов {серото'ннна, дофамина, норадреналйна и ГАЖ) в отдельных областях мозга и их мембранных образованиях при действии острой

гипоксии;

- выявление возможности стабилизации липидного компонента мембраны влиянием различных антиоксидантов и других биологически активных вещеСТВ ЛрИ ДЄЙСЇВИИ ишемии и гипоксии;

-.установление роли антиоксидантних ферментов (СОД, ПЮ и Ш) в отдельных органах в регуляции интенсивности ЛОЛ и возможность предотвращения усиления свободнорадикальных процессов и их Физико-химических и структурно-функциональных последствии действием различных антиоксидантов,

. Апрбаиия работы.Материалы диссертации обсуадены на XI Научной сеспи, посвященной-итогам научно-..сследовагельекпх работ АН Азерб. ССР зі 1973 г. конференциях "Селен в биологии" (г.Баку, 1974, 1977 гг.), Всесоюзном симпозиуме "Свободнорадикачьное окисление липидов в норме и патологии" (г.Москва, 1976 г.), Сессии "Электрон ный реноианс в физике, химии и биологии" (г.Тбклиси, 1977 г.). Юбилейной конференции Л31Ш1 о$ гальма л огии (г.Баку, 1977 г.). III конференции молодих физиологов Закавказья (г.Ереван, 1981 г.), I 'Всесоюзном биофизическом съезде (г.Москва, 1982 г.), II всесоюзной конференции "Биоантиоксдцант" (г.Уосква, IS86 г.),'УІ Всесоюзной школе "Мыцечная активность и япзкодеятельность организма" (г.Москва, 1986 г.>, Всесоюзном симпозиуме "механизмы сенсорной рецепции" (г.Москва, 1967 г.),-Всесоюзном симпозиуме "Биог.емиш-минесиениия в медицине и сельском хозяйстве" (г.Ташкент, 1986 г.), X Всесоюзной конференция-по биохимии нервной системы (г.Горький, 1987 г.), ХУ съездз Всесоюзного обкесгва км.И.П. Павлова (г.Кишинев, .1987 г.), III Всесоюзной конференции "Биоаптиоксидант" (г.Москва, 1939 г.), Всесоюзном симпозиуме "Реконструкция, стабилизация и ропермия биологических мембран"' (г.Благовещзнск, 1989 г.), Международной конференции "Регуляция свободкорадикальных реакции" (г.Варна, Больгария, 1989 г.).

Структура диссертации. Работа состоит из введения, 7 глав (материалы и метода исследований, 5-глав результаты собственных исследований: роль ПОЛ в структурно-рункционалышх нарушениях сетчатки глаза при гипоксии; особенность ПОЛ в различных органах и их клеточных органеллах при гипоксии и ишемии, роль ПОЛ в струк-турнс-функииональяах нарушениях мозга при острой гипоксии, участие нопрсмедиатороз в регуляции свободкорадикальных процессов при гипоксия, обсуждение результатов), практическая рекомендация, выводов и списка использованной литературы.