Введение к работе
Актуальность проблемы. Применение ртути в различных отраслях деятельности человека является существенным фактором загрязнения экосистем, что оказывает выраженное воздействие на формирование популяционного здоровья населения [Онищенко Г.Г., 2003]. Использование ртутьорганических соединений ограничено или запрещено в ряде стран Европейского Союза [Осипова В.П., 2000; Давыдова С.Л., 2001; Davies B.E., 1999].
Ртуть относится к первому классу опасности (чрезвычайно опасное химическое вещество), а её соединения обладают присущими только им токсическими свойствами. Основным проявлением токсического эффекта считают образование координационной связи иона ртути с атомами серы, азота, кислорода, входящими в состав молекул, т.е. с тиольными группами и гистидиновыми звеньями белка, гемоглобином, цитохромом Р450, рецепторами и т.п. [Давыдова С.Л., 1999; Stepanov A.A., 2002; Taylor T.J., 2007]. В результате происходит повреждение клеточных структур, агглютинация белка, ингибирование ферментов, угнетение метаболической активности [Пенькова Г.А., 2012; Hare M.F., 1992].
Органические соединения ртути обладают в целом бльшим токсическим действием, чем соответствующие неорганические соли [ВОЗ, 2012]. Причиной большей токсичности этих соединений по сравнению с неорганическими солями является наличие в молекуле липофильных органических групп. Этим обеспечивается их высокая степень всасывания в желудочно-кишечном тракте, распространение с током жидкости по всему организму и перенос через мембраны клеток за счет диффузии. Органические производные способны накапливаться в клетках, имеют больший период биологического полураспада. Наиболее токсичными производными ртути являются алкилпроизводные, имеющие короткую углеродную цепь, так как медленно разлагаются и медленно выводятся из организма [Deacon G.B., 2002].
Последние десятилетия привели исследователей к осознанию необходимости выделения в самостоятельную группу экотоксикантов – металлоорганических соединений тяжелых металлов [Deacon G.B., 2002]. Ряд авторов показывают, что металлоорганические соединения обладают ещё большим повреждающим действием по сравнению с органическими производными [Кирилова Л.Б., 2001; ООН (ЮНЕП), 2011]. Их отличительной особенностью является то, что ионы металла ковалентно связаны непосредственно с атомами углерода, и их токсичность усугубляется протекающей реакцией дезалкилирования в организме, в результате чего происходит разрыв связи «металл-углерод», и это приводит к образованию свободных радикалов [Давыдова С.Л., 2001].
Несмотря на то, что известно большое количество эффектов, вызываемых ртутью и её соединениями, в доступной литературе нет достаточных сведений о действии органических солей и металлоорганических производных на процессы свободнорадикального окисления и его регуляцию в целом.
В связи с этим является актуальным исследование проявлений влияния органических и металлоорганических производных ртути в концентрациях, не вызывающих и вызывающих клинические признаки отравления ртутью.
Основная часть работ посвящена анализу дисбаланса функционирования ферментных систем и показателей метаболизма in vitro, реже – in vivo, причем основной путь введения исследуемых веществ – внутрибрюшинный. Практически отсутствуют экспериментальные работы, посвященные исследованию токсического действия соединений ртути при энтеральном пути поступления.
В соответствии с этим исследование действия соединений ртути на процессы свободнорадикального окисления и его регуляции является актуальным, а неизученные вопросы являются задачами, объединенными общей целью исследования.
Целью настоящей работы являлось исследование влияние органического и металлоорганического производных ртути на свободнорадикальные процессы и их антиоксидантную регуляцию в эксперименте.
В соответствии с поставленной целью были определены и решены следующие задачи:
-
Исследовать влияние соединений ртути на интенсивность свободнорадикальных процессов (СРП) и перекисного окисления липидов (ПОЛ) по параметрам хемилюминесценции и содержанию молекулярных продуктов ПОЛ в тканях животных.
-
Выявить изменение показателей нитрозильного стресса в крови животных под влиянием органического и металлоорганического производных ртути.
-
Исследовать влияние соединений ртути на стабильность и структурное состояние мембран эритроцитов по уровню внеэритроцитарного гемоглобина (ВЭГ) и других форменных элементов крови и клеток печени по уровню суммарной пероксидазной активности (СПА).
-
Определить состояние антиоксидантной системы по активности ферментативных и содержанию неферментативных антиоксидантов в тканях животных при действии производных ртути.
-
Сравнить действие органической соли и металлоорганического производного ртути на процессы свободнорадикального окисления и его регуляцию.
Научная новизна. В настоящей работе впервые проведено комплексное систематическое исследование in vivo влияния органической соли и металлоорганического производного ртути на свободнорадикальные процессы и их регуляцию в крови и печени лабораторных животных (крыс).
Впервые обнаружено развитие нитрозильного стресса при действии соединений ртути, что подтверждается увеличением продукции пероксинитрита и его производных в плазме крови лабораторных животных.
Впервые показано нарушение стабильности мембран клеток исследованных тканей, что подтверждено возрастанием уровня суммарной пероксидазной активности и внеэритроцитарного гемоглобина.
При действии металлоорганического производного ртути впервые показаны более резкие изменения свободнорадикальных процессов и нарушение их антиоксидантной регуляции в крови и ткани печени по сравнению с действием органической соли ртути.
Впервые выявлено, что концентрация ртутьорганических производных, не вызывающая признаки ртутного отравления (атаксию, анорексию), достоверно приводит к выраженным изменениям свободнорадикальных процессов и их регуляции.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные в ходе исследования данные подтверждают имеющиеся сведения об общей направленности токсического действия органических производных ртути.
Показано участие всех исследованных звеньев свободнорадикальных процессов на действие ртутьорганических производных (ацетата ртути и нитрата метилртути).
Определены основные сходства и различия в действии органической соли и металлоорганического производного ртути на СРП и их антиоксидантную регуляцию.
Получено экспериментальное подтверждение влияния органических производных ртути в концентрациях, не вызывающих симптомы ртутного отравления, на свободнорадикальные процессы и их антиоксидантную регуляцию.
Проведённые исследования способствовали установлению степени воздействия производных ртути на процессы свободнорадикального окисления и его антиоксидантную регуляцию в исследованных тканях. Это может позволить экстраполировать полученные данные на организм человека.
Продемонстрировано участие органического и металлоорганического производных ртути в процессах свободнорадикального окисления и их регуляции. Следствием этого является развитие оксидативно-нитрозильного стресса, приводящее к нарушению структурно-функционального состояния мембран клеток исследованных тканей, ингибированию ферментов антиоксидантной защиты, что лежит в основе развития как обратимых, так и необратимых патобиохимических процессов в организме животных.
Результаты диссертационной работы могут быть использованы для организации медико-биологического мониторинга контингента лиц, связанных с производством или использованием производных ртути, а также для ранней верификации, профилактики и лечения отравлений органическими производными ртути.
Основные положения, выносимые на защиту.
Действие как органического, так и металлоорганического производного ртути сопровождается усилением свободнорадикальных процессов и повышением образования продуктов перекисного окисления липидов в крови и ткани печени животных.
В крови крыс при действии как органического, так и металлоорганического производного ртути наблюдается индукция процессов нитрозильного стресса.
У животных при действии как органического, так и металлоорганического производного ртути выявлено нарушение стабильности и структурного состояния мембран эритроцитов и клеток печени.
В исследованных тканях животных действие как органического, так и металлоорганического производных ртути приводит к разнонаправленному изменению активности ферментов антиоксидантной защиты и снижению содержания низкомолекулярных антиоксидантов.
Металлоорганическое производное ртути, в сравнении с органическим, приводит к более выраженным изменениям СРП и нарушению их регуляции. Выявлено, что концентрация производных ртути, не вызывающая признаки ртутного отравления, достоверно приводит к выраженным изменениям свободнорадикальных процессов и нарушению их регуляции.
Апробация диссертационной работы. Основные положения и материалы диссертационной работы представлены на следующих научных конференциях: IV научной конференции «Мониторинг окружающей среды» (Римини, Италия, 9 – 16 сентября 2006 г.); III конференции «Природопользование и охрана окружающей среды» (Лутраки, Греция, 1 – 8 октября 2006 г.); научной конференции с международным участием (Дубай, ОАЭ, 15 – 22 октября 2006 г.); III конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в медицине» (Лутраки, Греция, 1 – 8 октября 2006 г.); XI межвузовской биохимической научно-практической конференции с международным участием «Обмен веществ при адаптации и повреждении» (Ростов-на-Дону, Россия, 28 февраля 2012 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ общим объемом 1,5 п.л., из них 4 – в периодических изданиях из перечня ведущих рецензируемых журналов, рекомендованных для публикации основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав (обзор литературы, материалы и методы, результаты исследования, обсуждение результатов), выводов и библиографического указателя, включающего 215 наименований, в том числе 101 зарубежный источник. Работа содержит 10 таблиц, иллюстрирована 3 схемами и 17 рисунками.
