Введение к работе
Актуальность проблемы.
Биологические системы находятся в состоянии постоянных перемен, за процессами роста и развития неизбежно следуют старение и отмирание. Здоровье и жизнеспособность отдельной такой системы зависит не только от поступления жизненно важных ресурсов и удаления отходов, но и от защиты от потенциальных повреждающих сил. К этим силам можно отнести свободные радикалы, построенные на основе кислорода (активные формы кислорода), которые способны к окислительным реакциям с клеточными макромолекулами. Окислительный статус внутри клетки - это тончайший баланс между про-и антиоксидантной системами. При оптимальных условиях в клетке они эффективно обеспечивают защиту макромолекул организма от окислительного повреждения. Однако длительный дисбаланс в работе данных систем может привести к потенциально опасным условиям кислородного стресса и последующей клеточной дисфункции.
В настоящее время большое внимание биологов и медиков привлекают именно эти экстремальные состояния, при которых в клетках значительно повышается содержание активных форм кислорода (АФК). К числу таких состояний можно отнести гипоксию, гипероксию, воспалительные процессы, травмы, атеросклероз, ишемию, повреждения после различного рода излучений и другие. При чрезмерной наработке активных форм кислорода (кислородном стрессе) повреждаются клетки сердца, печени, мозга и других органов. Свободные радикалы очень токсичны для клеток, так как они являются мощными окислителями, изменяют барьерные свойства мембран, разрушают ДНК, липиды, модифицируют белковые молекулы, повреждают энергию-трансдуцирующие системы и обладают митогенным действием.
Установлено, что одной из основных внутриклеточных мишеней действия активных форм кислорода являются мембраносвязанные белки и ферменты, в том числе участвующие в регуляции Са2+-гомеостаза. Как известно, Са2+-транспортирующие системы плазмалеммы, митохондрий и эндоплазматического ретикулума клеток различных тканей и, особенно мышечной, вносят существенный вклад в регуляцию их функциональной активности.
Саркоплазматический ретикулум (СР) играет центральную роль в функционировании мышц, контролируя уровень свободного кальция в цитозоле миоцитов. Нарушение активного и пассивного транспорта ионов Са2* через мембраны СР может приводить к возникновению ряда патологических состояний. Однако в настоящее время сведений о
влиянии активных форм кислорода на Са -транспорт в мышечных клетках сравнительно немного. О действии же активных форм кислорода на структурное и функциональное состояние СР мышц имеются лишь отдельные разрозненные данные. Вышесказанное определяет актуальность настоящего исследования, посвященного изучению влияния активных форм кислорода на структурно-функциональное состояние мембран мышечных клеток и поиску веществ естественного происхождения, осуществляющих антиоксидантное действие.
Цель и задачи исследования.
Цель настоящего исследования заключалась в определении влияния активных форм кислорода на ряд показателей, характеризующих состояние мышечных клеток, а также в поиске веществ, обеспечивающих антиоксидантную защиту этих клеток.
Были поставлены следующие задачи:
Изучить влияние активных форм кислорода (гипохлорита, гидропероксида, супероксидного радикала):
на спонтанное и оксмтоцин-индуцируемое сокращение миометрия крысы;
на активный транспорт ионов кальция в мембранах саркоплазматического ретикулума различных мышц (скелетных и гладких);
на активность Са2+-АТРазы мембран саркоплазматического ретикулума гладких мышц аорты;
на микровязкость мембран саркоплазматического ретикулума гладких мышц.
На различных моделях (как с использованием активированных нейтрофилов, так и отдельных активных форм кислорода - гипохлорита, гидропероксида и супероксидного радикала) изучить способность некоторых веществ (дитиотреитола, глутатиона, тиреоидных гормонов, мелатонина) проявлять антиоксидантное действие.
Научная новизна
В работе впервые на разных моделях проведен сравнительный анализ токсического действия различных активных форм кислорода, таких как гипохлорит, гидропероксид, супероксидный радикал на мембраны СР скелетных и гладких мышц кролика.
Впервые установлено, что гипохлорит угнетает спонтанную и окситоцин-индуцируемую сократительную активность миометрия крысы, увеличивает микровязкость мембран саркоплазматического ретикулума гладких мышц аорты кролика. Гипохлорит, супероксидный радикал и гидропероксид снижают интенсивность активного транспорта кальция через мембраны саркоплазматического ретикулума скелетных и гладких
мышц кролика, уменьшают Са2*-АТРазную активность. Наибольшие изменения происходят под влиянием гипохлорита. Дитиотреитол оказывает защитное действие на Са2+-АТРазу, активный транспорт Са2+ и микровязкость мембран.
Впервые выявлено, что тиреоидные гормоны (тироксин, трийодтиронин) и мелатонин обладают способностью подавлять люминолзависимую хемилюминесценцию, вызванную активированными нейтрофилами. Наиболее сильным эффектом обладает тироксин в концентрации 10"5М.
Антиоксидантное действие тироксина, трийодтиронина и мелатонина показано на мембранах саркоплазматического ретикулума, подвергшихся влиянию активных форм кислорода. Гормоны в концентрации 10"7М частично восстанавливают активный транспорт Са2* в мембранах СР скелетных мышц и гладких мышц аорты.
Антиоксидантное действие тиреоидных гормонов и мелатонина показано также на модели тушения люминолзависимой хемилюминесценции, вызываемой отдельными активными формами кислорода.
Впервые установлено, что тироксин, трийодтиронин и мелатонин усиливают активный транспорт Са2+ в мембранах саркоплазматического ретикулума скелетных мышц и гладких мышц аорты кролика. Наиболее сильный эффект оказывает тироксин в концентрации 10'5М.
Теоретическое и практическое значение работы
Широкое распространение состояний, при которых происходит образование избыточных количеств активных форм кислорода, делает актуальным изучение клеток-мишеней свободных радикалов и поиск веществ, обладающих антиоксидантным действием.
В работе на мембранах саркоплазматического ретикулума скелетных и гладких мышц показано, что их атака активными формами кислорода приводит к повреждению структуры и функции мышечных клеток.
Полученные данные имеют значение для фундаментальной проблемы изучения молекулярных механизмов резистентности клеток к повреждающим факторам. Они представляют ценность и в прикладном аспекте, так как дополняют список известных антиоксидантных препаратов. Следует подчеркнуть тот факт, что эти антиоксидантные препараты - тироксин, трийодтиронин и мелатонин- являются естественными компонентами животного организма.
Структура и объем диссертации
