Роль моноаминоксидазы в реакции организма на экстремальные воздействия Горошинская, Ирина Александровна

Введение к работе

Актуальность проблемы. Изучение возможности существования гдаых организмов в экстремальных условиях, в первую очередь ара повышенном я пониженном давлениях кислорода, при низкой температуре окружающей среды, является в настоящее время актуальной медякс—биологическои проблемой. Актуальность определяется интенсивным освоением высокогорных районов, обварных территорий Севера, морских глубин, развитием авиации и космонавтики, широким применение;! гипербарооксигенации в медицинской практике. Нередко организм подвергается одновременному воздействии нескольких экстремальных факторов. Использование кислорода под повышенным давлением в медицине, при водолазных я кессонных работах мажет сопровождаться я влиянием низкой температуры. Сочетание холодового а гипокеического воздействий йаЛяю-даегся в высокогорных районах и может встречаться пря различных экстремальных условиях трудовой деятельности.

Существенная роль в развитии кислородной интоксикаций, в ответной реакции организма на гшшксическое воздействие, в ре-гуляши процессов адаптации к холоду прянадлежят нейрогуморальним механизмам и прежде всего.нарушении моаоамияергаческях ие~ длаторнцх систем. Универсальными факторами, участзуашпми в развитии патологического процесса, являются нарушение мембранных структур а модификация активности и свойств ыембраяносвязааных ферментов. Поэтому пра изучения ыехана^мов влияния гзперокоии, гипоксии и хатода особое внимание привлекает митохоядраальяая моноамияоксидаза (МАО), основной фермент обмена моноаминоз, не— посредственно участвующий в выполнении ими «едааторных функций, Ваясаая роль МАО в процессах лыэнедеятельностя органзгуа а многообразие «е^аболических реакции, связанных с активностью фзр-иента, позволяют предположить, что изменения каталитических свойств МАО могут вносзть сушестаенныа вклад в реализащш от-вгтной реакции пв экстремальные воздействия я в развитие патологического состояния. Несмотря на многолетннЗ интерес а пс~ следоваяио МАО з появлешіе все новых a ковнх работ по поучапот ее активности з сзойств пра разднчимх воздействиях и заболеваниях, заачзняе обяаруяаваеаьа яэдаягзяЭ этого фзрмзнта п эксг~ рамадьішх условиях остазтся яэвнясйзяяум.

В данной работе исследовалось состояяаа МАО пра пшзроксвш, гжпоксаческой гипоксии, илючии головного иозга в холодозоу воздействии. Поскольку общепринято'рячделять МАО на типы А и Б, --

изучались обе формы фермекга, Сущестаеваыа различием кеигу выбранными для исследования воздействиями является их переносимость организмом. Гипероксия относятся к воздействиям, о которыми большинство живых организмов в естественных условиях ЙЄ встречается и адаптация к которым маловероятна. Ишемия гелов-вого мозга .моделирует условия, в которые попадает мозг при инсульте, и пра достаточной дяктелыюоги ведет к необратимому ворзкеїит fr/шщий ыозга и гибели организма. Использованные mm условия гшокспчзской гипоксии также несовместимы с продолжительной адоаядо. В отличие от перечисленных состояний длителыш воздействие вязкой температуры в пределах 0-4С приводит к адаптации организма. Исследований каталитических свойств МАО на начальных этапах действия холодошго фактора, когда преобладает стрессовая реакция, и при достижении состояния адаптации является необходимым для установленая роли этого фермента в адаптивных процессах в организме.

Цель и задачи исследования. Целью рзботы явилось выяснение участия моноаминоксндазной енотами в реакциях организма в отвєї на экстремальные воздействия и пря патологических состояниях. Для решения этих вопросов бали поставлены следующие экспериментальные задачи:

1. Исследование активности, вдэгяки и субстратной специфичности МАО при гипероксии. Определена тканевой чувствительности МАО к'действио повышенного давления кислорода. Установление роли МАО в изменении содержания ряда биологически активных азотсодержащих компонентов клетки при гшероксйй. Изучение возможности применения ингибиторов МАО в качестве защитных вешеств при гипероксии и механизма их антигшероксического действия*

2. Исследование активности, кинетики и субстратной специфич> аости МАО в условиях гипоксичвскоВ гвяокоии и ишемия головного мозга.

3. Исследование активности, кянеодск и субстратной спещфя-ности МАО в условиях холодового стресса и адаптации к холоду. Изучение влияния на свойства МАО педадаа дельта-сна, б&шшшв-го адаптогенным действием.

4. Изучение влияния предварительаой холодовой адавтадаи на чувствительность животных и каталитические свойства МАО яри последующем ДеЙСТВИИ ГИПерОКСИИ И ГВДРШ5К.

5. Изучение состояния митохоядриалша иеибрбй врш гипероксии, гипоксии и холодовом воздействий,

Выполнение яоетавленных задач осуществлялось на базе лаборатории адаптации животных к экстремальны.** факторам среды НИИ биологии Ростовского госуниверситета я частично на базе лаборатории нейрохшия Института биохимии Медицинского факультета Белградского университета (СФРЮ), Клинические испытания проведеш на базе больницы й 20 г.Ростова-на-Дону.

Научная новизна» В работе впервые проведено комплексное сравнительное исследование своЗетз МАО при экстремальных состояниях разной этиологии (гипероксии, гипоксии а холодовом воздействии) и показана роль МАО в ответной реакции организма на действие различных экстремальных факторов. Для всех изученных экстремальных состояний характерно янгябирование fiAO типа А мозга, сопровождающееся снижением сродства к моноашшам а изменением субстратной специфичности фермента. МАО типа А приобретает способность дезаминировать аминосахара, да- а полиамннн, ГАМК, гистамин, гомокарнозин. Усиленеє дезаминирования АВД в зависимости от природы воздействия моает обусловливаться трансформацией tvtAO типа А или активацией специфического фермента -АМФ-дезаминазы. Показана наибольшая чувствительность МАО типа А в мозге по сравнению с другими тканями. МАО типа Б мозга менее чувствительна к экстремальным воздействиям: не изменяется при гипоксической гипоксии, холодовом стрессе и ингибируется в значительно меньшей степени, чем МАО типа А, в условиях гипероксия, С помощью избирательно действующих ингибиторов МАО однозначно доказано, что существенный вклад в характерное для гипероксии снижение содержания ряда важнейших азотсодержащих компонентов клетки, таких, как ГАЖ и спермилин, вносит МАО типа А вследст-, вне изменения субстратной специфичности. Показана ошибочность ранее существовавшего предположения, что снижение уровня ГАМК при гипероксии связано с ингябированием глутаыатдекарбоксилазы.

Важнейшими последствиями изменения каталитических свойств МАО типа А в экстремальных условиях являются: I) нарушение процессов инактивации основных медиаторов и изменение в результате этого нормального соотнояения активностей возбуждающих и тормозных медиаторяых систем; 2) усилеиае перекиеного окисления лнпвдов вследствие образования в ходе реакций катализируемых МАО продуктов, обладающих прооксидантным эффектом; 3) нарушение мембранных структур в результате ирзобретення МАО способности дезаминировать аминосахара а интенсификации процессов перекисного окисления липидов ыеыбрвя. В свею очередь усиление процес-

сов перекисного окисления лилвдсв и нарушение структуры и проницаемости мембран митохондрий являются факторами, zkskesctske изменение активности а субстратной специфичности МАО. Нарушение дгембраннах структур разных типов характерно для всех изученных экстремальных воздействий. Об зтом свидетельствует выход митохондрйальной МАО в цигозоль, данные электронной микроскопии и появление эрвтроцитарпых ферментов в сиворстке крови.

Подтверждением роли МАО в механизме развития патологического состояния являются эашкткнй эффект при гиперокски ингибиторов МАО типа А, препятствующих изменена? субстратной специфичности фермента, а также адаптогенноэ действие пептида дельта-сна, предотвращающего ыодкфикацкэ свойств МАО типа А прп холо-довом воздействии. При этом нормализуется ряд показателей мэ- таболизма, нарушение которых характерно для описанных экстремальных состояний, в частности, интевсивность перекисного оке>-ленпя ллпкдов к стабильность ыеыбран. Полученние данные кеиеь основой для использования ингибитора МАО тпіа А пиразвдола в качества протектора при лечевки методой ГВО-терапии. Показано, что предварительная холодовая адаптация, для которой характерны нормализация субстратной специфичности МАО к резкое увеличение сродства фермента к цовочшипам, повшзает устойчивость кивзтпых к гипероксек е гелокснй и может бить использована в качестве одного кз способов увеличения резистентносте оргаппз-ив экстремальным воздействиям. На основании полученных данных выдвигаются новые представления, имеющие общебиологаческое значение, согласао которым изменению каталитических свойств МАО'принадлежит важная роль в реакциях организма на экстрвяль-ныв воздействия.

Основное результаты и полокеиия, выносимые яа защиту.

I. Снижение активности и изменение субстратной специфичности МАО типа А, обнаруженное при гипероксии, гипоксии и холоде— еок воздействии, ведет к нарушению процессов инактивации медп-пторов серотоника, норадреаалвна, гистамина, ГАЖ, гомокарно-зшю и тє« самым изменяет нормальное соотношение между процессами возбукдения и тораожения в ЦНС. Характерное для гиперок-сеи в холодового стресса снижение уровня ГАМК, полиаыинов, го-моїшрнозвна, глвкозаыина обусловлено в значительной степени нх деэамвнщюваняеы при участии модифицированной МАО типа А. Изменение свойств МАО способствует также усилению процессов перекисного окисления ЛЕПИД05 и нарушении иембранных структур. 4

2. При всех изученных экстремальных зоздейотзиях происходив изменение структуры и проницаемости ряда мэмОраи, о чем свидетельствуют выход ыитохондриальной НЛО з цигозоль, данные электронной микроскопии и появление эритроцитэрной глюкозо-б-фос-фатдегядрогеназы (ІБФДТ) в сыворотке кроая,

3. Ингибиторы МАО типа А оказывают аыракзнноз антигиперок-сическое действие, механизм которого олред&ляагая, по-видимому, их способностью предотвратить изменение субстратной специфичности фермента, результатом чего является нормализация уровня ГАЩ и слерыидиш, антиоксидантний эффект, стабилизация мемб-ран.

4. Предварительная холодовая адаптация, но не холодовой стресс, повышает устойчивость .тавотных к действию гипероксии а гипоксии и препятствует развитию характерных для этих воздействий метаболических нарушений. Однім из факторов, способствуээ-пшх неспецпфичесжой повышенной сопротивляемости адаптированных к холоду животных, является состояние МАО, характеризующееся повышением сродства фермента к моноаминам и отсутствием изменения субстратной специфичности.

5. Изменение каталитических свойств МАО является одним аз ведущих звеньев в ответной реакции организма на экстремальные воздействия, в механизмах развития патологического состояния. Приемы, предотвращавшие изменения свойств Г/ЛО или способствующие их нормализации, могут служить основой для разработка эффективных методов повышения устойчивости организма к действию неблагоприятных факторов среди. і

Практическая значимость работы. Факты и обобщения, получен-/ нне в ходе выполнения настоящей работы, послукяля предпосылкой к развитию нового перспективного направленая ксследовавай в области разработки рациональных способов повышения устойчивости организма к действия экстремальных факторов и поиска пригодных для практического использования антигилероксичёсках преєзк-торов. На примере хлоргилина изучен механизм закатного дейсс-вил ингибиторов МАО при гипероксии а обосновано ах примваваго в качестве протекторов в клинической практике при лечаива методом ГВО-терапив. На основании этих исследованяй разработаны рекомендации по использо'ванав допущенного в качестве лечэдяогэ препарата ингибитора МАО типа А пяразидола у больных, которым по показаниям применялась гипербарооксигенапдя. Разработана оптимальная схема введения пяразидола а апробировано ого пря-

2-І2І9 5

менение у больных с шкемической болезнью сердца я рядом других сердечно-сосудистых патологий, получавших сеансы гипербароок-сигенации. Применение пиразидола позволяет использовать ГБО-терапгао и у чувствительных к повышенному давлению кислорода больных (заявка на изобретение И 433ЇІ4/Ї4 (Ї776І5), приоритет от 2.12.1987 г.).

Показана возможность применения предварительной холодовой адаптации в качестве способа повыиения устойчивости организма К гипероксии я гипоксии (рацпредложение JS 135/82 ОТ 19.II.1982 г. РТУ внедрено в НИИ акушерства и педиатрии с 1984 г.). Определение активности и субстратной специфичности МАО используется на кафедре биохимии и биотехнологии ИУ и в НИИ биологии РІУ в качестве теста для отбора и апробации антигипероксичес-ких препаратов и адаптогенов. Разработан способ определения глубины гипероксического поранения и оценки состояния организма при холодовой воздействии, основанный на определении стабильности эритроцитарных мембран по активности ІВФДГ в сыворотке крови (внедрен в отделении ТБО больницы И 20 г.Ростова-на-Дону' с 1985 г.). Предлояены биохимические критерии диффе-ренцировки состояния холодового стресса и адаптации, используемые на кафедре биохимии и биотехнологии РТУ для научно-исследовательских задач и в учебном процессе.

Материалы диссертации используются при чтении лекций в спецкурсах* по ферментологии, биохимии ЩЮ и сравнительной биохимии на кафедре биохимии и биотехнологии НУ; они включены в монографии "Нейрохимия" (изд. Ростовского университета, 1977) и "Биохимические механизмы кислородной интоксикации" (изд. Ростовского университета, 1980), которые используются как учебные пособия для специализирующихся по биохимии студентов.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на 22 съездах, симпозиумах и конференциях: ІУ Всесоюзном биохимическом съезде, Ленинград, 1979; ЭТИ, П и X Всесоюзных нейрохимических конференциях, Минск, 1980, Ереван, 1963, Горький, 1987; Всесоюзных симпозиумах "Стресс и адаптация", Кишинев, І97В, 1984; "Окислительные ферменты живой клетки И регуляция их активности", Горький, 1978; "ПентозофОсфатныА путь превращения углеводов и его регуляция", Гродно, 1978; Карачарово, 1984; 4 Северо-Кавказской биохимической конференция, Нальчик, 1979; Всесоюзных симпозиумах "Кратковременное действие повышенного давления газовой среды на оргаиязм Человеке я животных", Ле~ 6

нинград, 1979; "Адаптивные функции головного мозга", Баку, 1980; "Механизмы пластичности мозга яри функциональных и патологических воздействиях", Махачкала, 1982; I и Л Всесоюзных конференциях "Важнейшие теоретические и практические проблемы терморегуляции", Новосибирск, 1902, Минск, 1986; I Всесоюзном симпозиуме "Фармакологическая коррекция кислородзависимых патологических состояний", Москва, 1984; 3 Северо-Кавказской школе-семинаре по проблеме "Механизмы экологической адаптации растений и животных к экстремальным факторам среды", Ростсв-на-Дону, 1984; 71 Балканских биохимических и биофизических днях, Пловдив (Болгария), 1985; Международной конференции "Фосфолипиды в нервной системе: биохимическая и молекулярная фармакология", Мантова (Италия), 1985; ХШ Конгрессе Союза Югославских физиологических обшесгв с международным участием, Скопье (Югославия), 1985; Ц Всесоюзной конференции "Биоантиок-сидант", Москва, 1986; У Всесоюзном симпозиуме по медицинской энзиыологйи, Махачкала, 1986.

Публикация результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 65 работ, в том числе 27 статей обзорного и экспериментального характера и 30 публикаций в трудах съездов, конференций, симпозиумов. 10 работ опубликовано на английском языке.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы "Материалы и методы исследования", пяти глав экспериментального материала, заключения, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на .340 страницах машинописного текста, включая 57 таблиц и 36 рисунков. : Список использованной литературы, изложенный на 71 странице, состоит из 711 наименований, в том числе 334 зарубежных источников.