Введение к работе
Актуальность темы. Негативное влияние химических соединений искусственного происхождения на здоровье человека и животных в последние десятилетия привлекает внимание многих специалистов [Ревич, 2002; Майстренко, 2004; Rhind, 2009]. Особый интерес представляет изучение действия стойких органических загрязнителей, в том числе одного из представителей этого класса экотоксикантов – полихлорированных бифенилов (ПХБ). Как и другие группы стойких органических загрязнителей (СОЗ), ПХБ имеют высокую липофильность и физико-химическую стабильность, что наряду с низкой скоростью биологической деградации приводит к их накоплению в объектах неживой природы и аккумуляции в липидных структурах живых организмов, последовательно возрастающих по ходу пищевой цепи, конечным звеном которой является человек [Supriyo, 2004; Vineis, 2009]. В результате интоксикации бифенилами развиваются патологические изменения, лежащие в основе нейро-, гепато-, иммунотоксичности, эндокринных, кардиоваскулярных, репродуктивных, канцерогенных и других эффектов ПХБ [Simmons, 2009; Vineis, 2009].
Исследования, выполненные в разных странах, подтверждают, что на протяжении последних десятилетий наблюдается постоянное снижение качества спермы человеческой популяции в целом [Carlsen, 1992; Sharpe, 2004; Delbs, 2010]. Большинство авторов при попытке объяснения причин данного феномена отмечают связь выявленных тенденций с изменявшимися на протяжении прошлого века внешними факторами и прежде всего прогрессивным ростом уровня загрязнения окружающей среды [Perry, 2008; Lehraiki, 2009]. В пользу этого предположения свидетельствует и тот факт, что абсолютное большинство экополлютантов появилось именно в середине прошлого века и имеет искусственное антропогенное происхождение [Ревич, 2002; Майстренко, 2004].
В литературе имеются сведения о том, что интоксикация ПХБ мужского организма сопровождается угнетением продукции половых гормонов, нарушениями объема и функциональных параметров спермы [Камилов 2003, 2009; Хабиров, 2005, 2007; Галимов, 2006; Галимова, 2003, 2006; Аглетдинов, 2006; Булыгин, 2008; Громенко, 2008; Sager, 1987; Faqi, 1998; Huang, 1998; Murugesan, 2005]. Однако в проблеме токсического поражения мужской половой системы данным классом СОЗ остается еще много нерешенных вопросов. Объективный анализ причин, вызывающих угнетение мужской фертильности, и разработка эффективных патогенетически обоснованных методов коррекции нарушений требуют целенаправленного исследования молекулярно-биологических механизмов патогенеза токсического действия бифенилов.
Особое значение при биотрансформации химических веществ имеет антиоксидантная защита, объединяющая антирадикальные и антиперекисные механизмы [Владимиров, 1992, 1998; Зенков, 2007; Ланкин, 2008, 2008]. В ряде исследований подчеркивается важнейшая роль восстановленного глутатиона в механизмах детоксикации ксенобиотиков [Кулинский, 1990; Глушков, 2006; Карпищенко, 2006; Колесниченко, 2007]. При этом установлено, что глутатион прямо или опосредованно участвует в функционировании всех звеньев системы детоксикации, связывая в единое целое реакции монооксигеназ, конъюгации, антирадикальной и антиперекисной защиты [Meister, 1983; Тиунов, 1991]. Сложноорганизованная и многоуровневая система межорганного оборота и регенерации глутатиона также способствует поддержанию восстановленного состояния других прямых антиоксидантов и редокс-статуса клетки в целом.
В то же время имеющиеся в литературе сведения о влиянии полихлорбифенилов на обмен глутатиона носят отрывочный и неоднозначный характер [Хабиров, 2004; Галимов, 2006; Громенко, 2007; Hsu, 2003; Murugesan, 2005; Bodiguel, 2009; Zhu, 2009; McGlynn, 2009; Todaka, 2010; Karl, 2010]. Между тем детальное изучение и анализ этих аспектов необходимы для разработки патогенетически обоснованных подходов к ранней диагностике, профилактике, прогнозированию исходов интоксикации, а также методов коррекции в условиях продолжающегося поступления ПХБ в окружающую среду и организм человека.
Цель исследования. Выявление основных закономерностей реакции системы глутатиона в тканях репродуктивных органов и печени самцов экспериментальных животных на воздействие низких доз полихлорированных бифенилов и оценка эффективности влияния на эти процессы витаминного препарата антиоксидантного действия.
Задачи исследования.
-
Определить уровень продуктов пероксидации и общую антиоксидантную активность в семенниках, простате, эпидидимисе и печени самцов крыс, подвергшихся подострой интоксикации полихлорированными бифенилами в суммарных дозах 0,05 ЛД50 и 0,1 ЛД50.
-
Изучить содержание восстановленного глутатиона и свободных сульфгидрильных групп, активность системы регенерации глутатиона и состояние глутатионзависимых процессов в репродуктивных органах и печени самцов крыс при действии полихлорбифенилов.
-
Определить концентрацию важнейших водо- и жирорастворимых антиоксидантов (аскорбиновая кислота, -токоферол) и активность основных ферментов (СОД, каталаза) энзиматического звена антиокислительной системы в тканях экспериментальных животных в условиях подострой интоксикации ПХБ.
-
Оценить эффективность коррекции выявленных нарушений системы глутатиона в тканях репродуктивных органов самцов крыс в условиях интоксикации ПХБ витаминно-минеральным комплексом «Селмевит».
Научная новизна. Впервые изучено влияние подострой экспериментальной интоксикации промышленной смеси полихлорированных бифенилов в низких дозах (0,05 ЛД50 и 0,1 ЛД50) на динамическое состояние системы глутатиона в тканях репродуктивных органов. Выявлено дозо- и хронозависимое снижение под действием ПХБ уровня глутатиона восстановленного и свободных сульфгидрильных групп в тканях семенников, простаты и эпидидимиса экспериментальных животных.
Установлены патохимические механизмы нарушений обмена глутатиона в тканях репродуктивных органов и печени под влиянием полихлорбифенилов. Впервые выявлены фазовые изменения активностей глутатионзависимых ферментов детоксикации (глутатионпероксидазы и глутатионтрансферазы), обмена и рециклирование глутатиона (глутатионредуктазы и -глутамилтрансферазы) и особенности взаимосвязи системы глутатиона с другими ферментативными (супероксиддисмутаза, каталаза) и неферментативными (-токоферол, аскорбат) антиоксидантами при интоксикации отечественной смеси ПХБ «Соволом».
Показана относительная сохранность и функциональная способность к адаптационным сдвигам неферментативного и энзиматического звеньев антиоксидантной системы печени крыс. Обнаружены динамические сдвиги оксидантного баланса в тканях репродуктивных органов и печени животных на фоне поступления поллютанта: выявлено снижение общей антиоксидантной активности и возрастание концентрации продуктов пероксидации в зависимости от дозы и длительности воздействия ксенобиотика.
Впервые продемонстрирована существенная роль нарушений обмена глутатиона в формировании окислительного стресса в тканях репродуктивных органов самцов крыс, подвергшихся подострой интоксикации полихлорбифенилами в низких дозах.
Теоретически обоснованы и экспериментально апробированы новые подходы к коррекции выявленных нарушений. Впервые показано, что применение витаминно-минерального комплекса «Селмевит» оказывает защитное действие на метаболический статус тканей животных при подострой интоксикации «Соволом». Под влиянием витаминно-минерального комплекса в органах мужской репродуктивной системы и печени крыс, подвергнутых воздействию полихлорированными бифенилами, снижается интенсивность свободнорадикального окисления и стимулируется антиокислительная защита, восстанавливается функциональная активность ферментативного звена антиоксидантной системы тканей, нормализуется уровень основных водо- и жирорастворимых антиоксидантов – аскорбиновой кислоты и -токоферола.
Применение фармакологического препарата антиоксидантного действия способствует восстановлению адаптивного реагирования системы глутатиона в тканях репродуктивных органов на воздействие полихлорированных бифенилов.
Научно-практическая значимость. Установлен и уточнен один из патогенетических механизмов действия полихлорированных бифенилов, заключающийся в развитии нарушений ведущего звена оксидантного баланса - системы глутатиона в тканях семенников, акцессорных половых органов и печени.
Показано корригирующее влияние экзогенного введения витаминно-минерального комплекса на основные показатели глутатионового обмена и антиоксидантной системы на фоне отравления смесью ПХБ. Уточнены некоторые биохимические механизмы лечебного действия «Селмевита» при подострой интоксикации «Соволом». На основании результатов экспериментального исследования можно рекомендовать препараты антиоксидантного действия в качестве средств, улучшающих метаболизм тканей органов репродуктивной системы и печени при интоксикации ксенобиотиками.
Экспериментально обоснована необходимость периодического контроля функционального состояния половой системы и печени среди лиц, имеющих профессиональный контакт с полихлорбифенилами, а также проживающих на экологически дестабилизированных территориях в целях ранней диагностики интоксикации, определении степени ее тяжести и предупреждения нарушения фертильности.
Полученные данные существенно расширяют и уточняют имеющиеся представления о биохимических механизмах репротоксического действия стойких органических загрязнителей класса полихлорбифенилов. Разработка механизмов развития окислительного стресса при отравлении диоксиноподобными экотоксикантами позволяет наметить пути рациональной коррекции метаболических и структурно-функциональных нарушений.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Подострая интоксикация полихлорбифенилами вызывает в тканях репродуктивных органов и печени самцов крыс накопление продуктов перекисного окисления липидов, изменения уровня восстановленного глутатиона и основных физиологических неферментативных антиоксидантов. Их направленность и выраженность определяются величиной и интенсивностью введенной дозы токсиканта.
2. В основе нарушений антиоксидантной защиты в тканях отдельных мужских репродуктивных органов и печени экспериментальных животных при действии полихлорированных бифенилов лежат тканевые особенности обмена глутатиона и механизмов повреждения системы глутатиона.
3. Интенсификация процессов липопероксидации в тканях репродуктивной системы и печени самцов крыс, экспонированных ПХБ, сопровождается фазовыми изменениями активности антиоксидантных ферментов – супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы, и глутатионтрансферазы и ферментов межорганного оборота и регенерации восстановленного глутатиона.
4. Использование витаминно-минерального препарата «Селмевит» антиоксидантного действия в лечебных целях при подострой интоксикации самцов животных низкими дозами ПХБ препятствует развитию патохимических сдвигов в тканях семенников, акцессорных репродуктивных органов и способствует нормализации реакции глутатионовой системы детоксикации.
Апробация результатов работы. Материалы работы были представлены и обсуждены на конференции ученых Республики Башкортостан «Научный прорыв-2007», посвященной 450-летию Единства Башкортостана и России, 75-летию БГМУ, Дню Республики (Уфа, 2007); 73-й итоговой республиканской научной конференции студентов и молодых ученых (Уфа, 2008), II Санкт-Петербургском экологическом форуме «Окружающая среда и здоровье человека» (Санкт-Петербург, 2008), ІV съезде Российского общества биохимиков и молекулярных биологов (Новосибирск, 2008), 6-й Международной медицинской выставке «Мужское здоровье и долголетие» (Москва, 2008), 6-й Международной Германо-Российской конференции Форума Кох-Мечников «От Ильи Мечникова и Пауля Эрлиха к современным достижениям медицинской науки» (Санкт-Петербург, 2008), Всероссийской конференции, посвященной 80-летию со дня рождения профессора Лифшица Р.И. «Актуальные проблемы теоретической и прикладной биохимии» (Челябинск, 2009); совместном заседании кафедр биологической и биоорганической химии, общей гигиены с экологией с курсом гигиенических дисциплин МПФ , мобилизационной подготовки здравоохранения и медицины катастроф ГОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет Росзрава» (Уфа, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, из них 2 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертаций.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа представлена на ___страницах печатного текста, иллюстрирована 52 рисунками, содержит 51 таблицу и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, собственных данных, их обсуждения, выводов и списка литературы, включающего ___отечественных и иностранных источников.
