Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Важной особенностью экологически дестабилизированной природной среды является существование организмов в предельных режимах биологических возможностей (Лукьянова Л.Е., Лукьянов О.А., 2004). Катастрофические воздействия техногенных процессов по внезапности и незакономерности сходны со стихийными природными катастрофами (Шилова С.А., 1999), когда традиционные адаптивные ответы живых организмов на изменяющиеся условия среды не успевают сформироваться, а выживание определенной части населения возможно вследствие разнокачественности по устойчивости к действию повреждающих факторов.
Условия жизни в современном мире не способствуют улучшению здоровья и демографических показателей (Бурлакова Е.Б., 2004). Воздействие различных по характеру, но повреждающих по сути факторов внешней среды -техногенной загрязненности, различных видов излучения, патогенной микрофлоры и других, вносит дисбаланс в процессы рецепции, связанных с восприятием и трансдукцией регуляторньгх сигналов, субстратное обеспечение органов и тканей, аккумуляцию и расходование энергии, нарушает оптимальный уровень жизнедеятельности организма (Агаджанян Н.А. с соавт., 2001).
В частности, при интенсивном воздействии на организм радикал-инициирующих факторов в условиях недостаточной эффективности функционирования антиоксидантной защитной системы происходит гиперпродукция активных форм кислорода и развитие окислительного стресса (Кравченко Л.В. с соавт., 1993; Потапович А.И., Костюк В.А., 2003), который является характерным звеном патогенеза многих заболеваний (Зиновьева В.Н., Спасов А.А., 2004; De Zwart L.L. et all, 1999; Harborne J.B., Williams С A., 2000; Tapiero H. et all., 2002).
Это обуславливает актуальность исследований по выявлению показателей, определяющих метаболическую основу здоровья в условиях техногенного напряжения, и поиск средств превентивного воздействия на наиболее уязвимые участки обмена веществ, оценив характер взаимодействия с эндогенными соединениями экзогенных биологически активных веществ.
Наиболее рациональным подходом в этом случае является использование в качестве основы сырья растительного происхождения (Ягудина Р.И., Тишки-на B.C., 1997; Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М., 1997; Сокольская Т.А., 1998, 2000; Chrungoo V.J. et al., 1997; Luyckx F., Scheen A J., 1997; Nosova T. et al., 1998; Sailer R. et al., 2001), поскольку, вещества природного происхождения родственны организму и могут участвовать в обмене веществ в качестве естественных агентов (Белоногова В.Д. с соавт., 2003).
Исследование выполнено в рамках федеральных программ научно-исследовательских работ:
- «Изучение взаимодействия биогенных веществ растительного и живот
ного происхождения с системами жизнеобьшичишл органнзма- с. учетом фер-
У РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ {
КИБЛИОТЕКА СПе О»
ментативных и параметаболических процессов» (№ госрегистрации -01.20.03.08339),
- «Изучение свойств, состава, биологических эффектов, регуляторного потенциала экопротекторов нового поколения и разработка мер защиты населения и профилактики заболеваний» (№ госрегистрации - 01.20.03.08340).
Цель настоящего исследования - изучить особенности межмолекулярного взаимодействия веществ эндогенного происхождения (этанол, пероксид водорода) и компонентов расторопши с системами жизнеобеспечения организма для выявления общих закономерностей метаболического ответа, раскрывающих резервы метаболизма, обеспечивающие возможность целенаправленной коррекции нарушений обменных процессов.
Задачи:
-
Изучить показатели пластического, энергетического обмена и состояние окислительных процессов у жителей региона с высоким уровнем техногенного загрязнения: содержание гемоглобина, общего белка и его фракций, эффективной концентрации альбумина и его связывающей способности, фибриногена, креатинина, мочевины, билирубина, общего холестерина, р-липопротеидов, триацилглицеринов, окисленных и восстановленных форм никотинамидных коферментов, активности трансаминаз (аланинаминотрансферазы и аспартатаминотрансферазы), лактатдегидро-геназы, каталазы и супероксиддисмутазы.
-
Охарактеризовать состояние метаболической основы здоровья, оценив базисные метаболические пути, ключевые регуляторные системы, интегральные показатели функционального состояния организма.
-
Обосновать целесообразность использования в качестве средства метаболической коррекции силистронга и натурсила, изучив их состав, характер общебиологического и специфического действия в острых и хронических экспериментах на разных видах животных in vivo и ex vivo
-
Исследовать влияние силистронга и его компонентов силимарина и сили-бина на фермент-субстратные системы энергетического и пластического обмена в условиях полиферментных-полисубстратньгх систем in vitro.
5 Изучить характер воздействия флаволигнанов силистронга, изолированных силимарина и силибина на функциональную способность и метаболические процессы эритроцитов, учитывая при этом метаболические, па-раметаболические эффекты низких доз этанола.
-
На молекулярном объекте полифункциональном ферменте глицеральде-гид-3-фосфатдегидрогеназе изучить способность силистронга, силимарина, силибина и этанола ревитализировать активность фермента, модифицированного пероксидом водорода.
-
Оценить потенциал протекторного действия флаволигнанов расторопши и препарата силистронг на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях, используя в качестве повреждающего фактора пероксид водорода.
8 Для максимального выяснения биологических эффектов препаратов расторопши наряду с экспериментально установленным спектром биологического действия натурсила и силистронга, используя программы PASS С&Т (Prediction of Activity Spectra for Substances: Complex & Training) и «Pharma Expert», оценить потенциал действия составляющих их компонентов: силибина, изосилибина, дегидросилибина, силихристина, изоси-лихристина, дегидросилихристина, силидианина на организм НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Получены новые данные, раскрывающие механизмы межмолекулярного, молекулярно-клеточного взаимодействия биогенных веществ растительного и животного происхождения. Установлен характер метаболического ферментативного и параметаболического действия флаволигна-нов расторопши в составе натурсила и силистронга, а также силимарина, силибина и этанола на объектах разного уровня структурно-функциональной организации.
Результаты проведенного исследования позволили раскрыть механизм модифицирующего действия пероксида водорода, эндогенного источника свободных радикалов, продукция и повреждающее действие которого возрастает в условиях загрязнения окружающей среды химическими и физическими факторами.
Получен блок новых данных об экологически индуцированных нарушениях процессов жизнеобеспечения. Установлено, что техногенное загрязнение среды проживания служит реальной предпосылкой и полиэтиологическим фактором, вызывающим снижение энергообеспечения и уровня пластических процессов. Определены характерные признаки метаболического дефицита по параметрам белкового и углеводно-липидного обменов. Обозначены интегральные параметры, снижение уровня которых проявляется признаками синдрома хронической усталости, третьего состояния. Выявлена зависимость между распространенностью третьего универсального преморбидного состояния со снижением гемоглобина, альбумина.
Впервые выявлено ревитализирующее действие препарата силистронг на системы жизнеобеспечения организма. В серии модельных экспериментов in vivo и in vitro установлена способность силистронга, флаволигнанов силимарина и силибина восстанавливать активность, полифункциональную деятельность глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы - ключевого фермента, обеспечивающего процессы аккумуляции энергии на уровне субстратов, образование алло-стерического регулятора кислород-транспортной функции гемоглобина 2,3-дифосфоглицерата. Выявленная особенность является суммарным эффектом, вклад в реализацию которого вносит этанол в малых дозах.
Новыми являются сведения о мембранопротекторном действии силистронга и его компонентов, обеспечивающих функциональную стабильность эритроцитов при действии повреждающих факторов.
Впервые с использованием методов компьютерного прогнозирования свойств - PASS и «Pharma Expert» установлен максимально возможный спектр биологического действия флаволигнанов расторопши. Характерно, что силибин
и изосилибин в наибольшей степени обладают способностью проявлять свойства антиоксиданта, ингибировать процессы перекисного окисления липидов, оказывать иммуностимулирующее и иммуномодулирующее действие; дегидро-силибин - защищать организм от агрессивных химических соединений, поддерживать целостность мембранных структур, проявлять свойства агониста апоптоза, регулировать обмен липидов и нуклеотидов; силихристин - проявляет антитоксическое действие, в том числе защищая печень от токсических повреждений, оказывая максимальный лечебный эффект при патологии данного органа; изосилихристин - связывать свободные радикалы, оказывать противоалкогольное действие; дегидросилихристин - ингибировать проницаемость мембран; силидианин - оказывать антинеопластическое и цитостатическое действие, иммуносупрессорный эффект. Выявлены зависимости между структурными характеристиками флаволигнанов расторопши и механизмами действия отмеченных эффектов.
Установлены закономерности, раскрывающие механизмы взаимодействия биологически активных веществ растительного и животного происхождения за счет потенцирования и нивелирования метаболических и параметаболических процессов на молекулярном, субклеточном, клеточном и организменном уровнях.
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Работа имеет теоретическое и практическое значение. Методология изучения межмолекулярного, молекулярно-клеточного взаимодействия, разработанная в процессе решения поставленных задач по выяснению возможности и характера межвидовых влияний на процессы жизнедеятельности организма, выявила их естественный, возможно, запрограммированный характер, сложившийся в процессе фило- и онтогенеза. Такая модель экспериментальных исследований может быть использована для изучения потенциальных свойств других биологически активных веществ растительного и животного происхождения.
Выявленные закономерности мембранопротекторного действия, восстанавливающего функциональную активность ферментов, реализуются в обеспечении сбалансированности белкового, углеводного и липидного обменов, сохранения кислородотранспортной функции гемоглобина, предупреждения развития гипоксических состояний, иммуномодулирующим, репаративным, орга-нопротекторным действием, характерным для расторопши и препаратов из нее, служат основанием для широкого применения их с лечебно-профилактической целью. Повышение силистронгом физической выносливости, устойчивости к нагрузкам на нервную систему и гипоксии, позволяют рассматривать его как средство, повышающее резервные возможности организма.
Практическое значение работы обеспечивается рядом авторских свидетельств и патентов РФ
по выделению ферментов из животных тканей: «Способ получения обогащенных ферментами фракций миокарда» (№1515692, 1989), «Способ получения малатдегидрогеназы из сердечной и скелетной мышцы» (№1635735, 1990);
по получению биологически активных препаратов из расторопши- «Противоязвенное средство» (№ 2051686, 1996), «Способ переработки растительного сырья» (№2112020, 1998), «Лечебно-профилактическое средство широкого спектра действия (№2175238, 2001);
по мерам улучшения экологической обстановки: «Способ биологической защиты окружающей среды от экотоксикантов» (№2092031, 1997). ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
-
Молекулярные механизмы интеграции биологически активных компонентов силистронга и натурсила с фермент-субстратными системами энергообеспечения, анаэробного и аэробного окисления, связывающими углеводно-белковый и углеводно-липидный обмены, обеспечения сбалансированности катаболических и анаболических процессов, структурно-функциональной полноценности мембран.
-
Результаты компьютерного прогнозирования основных и альтернативных свойств биологически активных компонентов расторопши пятнистой -силибина, изосилибина, дегидросилибина, силихристина, изосилихри-стина, дегидросилихристина, силидианина, их механизма действия.
-
Протекторная и ревитализирующая роль флаволигнанов на уровне целостного организма, клеточном, молекулярном уровне, полиферментной и полисубстратной системе.
-
Блок сведений об экологически индуцированных нарушениях в обмене веществ у жителей регионов техногенного напряжения, перспективности использования силистронга и натурсила для коррекции метаболических сдвигов.
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ В ПРАКТИКУ. Результаты, полученные в ходе выполнения исследования, реализованы в авторских свидетельствах и патентах
по применению расторопши в качестве средства массового оздоровления населения в составе хлебобулочных, кондитерских, безалкогольных и алкогольных напитков (№2099960, 1997; №2099950, 1997; №2099949, 1997; №2111237, 1998; №2113808, 1998), биологически активных добавок (№2053598, 1996; №2131672, 1999).
по определению уровня техногенного загрязнения окружающей среды -
«Способ оценки суммарной токсичности химических факторов окру
жающей среды» (№2083983, 1997).
Данные, полученные в ходе выполнения работы, используются в учебном процессе на кафедре фундаментальной и клинической биохимии с лабораторной диагностикой Самарского государственного медицинского университета, кафедре биохимии Кировской государственной медицинской академии, кафедре биологической химии Курского государственного медицинского университета, кафедре биохимии с лабораторной диагностикой Астраханской государственной медицинской академии и работе клинико-диагностической лаборатории клиник СамГМУ.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы представлены в материалах V Всесоюзного биохимического съезда (Москва, 1986), V Всесоюзной конференции «Методы получения и анализа биохимических реактивов» (Рига, 1987), VII Всесоюзного симпозиума по химии белков и пептидов (Таллин, 1987), X объединенного симпозиума биохимических обществ СССР-ГДР (Москва, 1989), конференции «Биологически активные соединения, синтез и использование» (Пенза, 1992), Всероссийской научно-практической конференции «Интеллект и выживание. Системный подход» (Самара, 1993), Всероссийской научно-практической конференции «Экология городов. Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии» (Самара, 1993), Всероссийской научно-практической конференции «Экология и здоровье» (Самара, 1994), конференции «Биоповреждения в промышленности» (Пенза, 1994), Первом национальном конгрессе по профилактической медицине (Санкт-Петербург, 1994), VII Международной Соловецкой конференции «Экология человека» (Архангельск, 1995), 2 симпозиуме «Неинвазивные методы диагностики» (Москва. 1995), 2-ой Международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека» (Самара, 1995), III Национальном конгрессе по прфилакти-ческой медицине и валеологии (Санкт-Петербург, 1996), научно-практической конференции (Челябинск, 1996), 2 Международном симпозиуме «Питание и здоровье: биологически активные добавки к пище» (Москва, 1996), 5 Всероссийской научно-практической конференции серии «Экология и здоровье человека» «Здоровый образ жизни - системный подход» (Самара, 1998), 5 национальном конгрессе по профилактической медицине» (Санкт-Петербург, 1998), 2 Международном конгрессе по интегративной медицине «Синтез медицины восток-запад и современных технологий - путь в 21 век» (Кипр, 1998), 2 Международном конгрессе по валеологии (Санкт-Петербург, 2000), Всероссийской конференции «Биологический возраст» (Пермь, 2000), Первого Всероссийского съезда врачей общей практики (Самара, 2000), научно-практической конференции «Актуальные вопросы последипломной подготовки на рубеже тысячелетий» (Самара, 2001), Международной конференции «Экология и здоровье в 21 веке» (Ульяновск, 2001), конференции «Здоровое питание, образование, реклама» (Москва, 2001), Первого Губернского съезда врачей (Самара, 2001), 5 Международном семинаре по вопросам пожилых «Самарские лекции» (Самара, 2001), 2 Международной научно-практической конференции «Здоровье и образование в 21 веке» (Москва, 2001), Межобластной научно-практической конференции «Геронтология, гериатрия, медицинская помощь ветеранам войн» (Екатеринбург, 2001), 3 съезда биохимического общества (Санкт-Петербург, 2002), Межрегиональной конференции биохимиков Урала, Западной Сибири и Поволжья «Биохимия: от исследования молекулярных механизмов - до внедрения их в клиническую практику и производство» (Оренбург, 2003), Межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные вопросы последипломного образования и здравоохранения» (Самара, 2003), Российской научно-практической конференции «Реабилитация в геронтологии и гериатрии. Геронтология и гериатрия в семейной медицине» (Курск, 2003), 8 Международной
научно-практической конференции «Здоровье семьи - 21 век» (Гоа, 2004), 2 межрегиональной научно-практической конференции «Питание здорового и больного человека» (Санкт-Петербург, 2004), IX Международной научной конференции «Здоровье семьи - XXI век» (Далянь, 2005), Межрегиональной научно-практической конференции биохимиков Урала, Западной Сибири и Поволжья (Самара, 2005), доложены на совместном заседании кафедры фундаментальной и клинической биохимии с лабораторной диагностикой СамГМУ и Самарского отделения Российского общества биохимиков и молекулярных биологов (Самара, 2005).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 64 работы.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы, посвященной описанию объекта и методов исследования, пяти глав собственных данных, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы.
Похожие диссертации на Молекулярные механизмы взаимодействия в организме биогенных веществ животного и растительного происхождения
