Содержание к диссертации
Стр.
Введение 5
Глава 1. Обзор литературы 9
-
Новые медико-экологические технологии для оценки 9 эндоэкологического состояния организма
-
Свободные радикалы и их роль в патологии 19
-
Свободные радикалы и механизмы оксидативного повреждения легких 25
-
Свободные радикалы и их роль в патогенезе язвенной болезни 31 желудка (ЯБЖ) и 12-перстной кишки (ЯБДК)
-
Свободные радикалы и их роль в процессе онкогенеза 36
-
Свободные радикалы и их роль в развитии гипоксии 40
1.2.5 Роль свободнорадикального окисления в развитии гестозов у
женщин 43
1.3 Основные механизмы действия антиоксидантов 46
Глава 2. Материалы и методы исследований 50
-
Экспериментальные материалы и клинические исследования 50
-
Методы исследования 52
-
Статистическая обработка результатов исследований 58 Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение 58 3.1 Разработка и применение высоких медико-биологических технологий
по измерению уровня СРО/АОЗ в организме человека и животных в
клинике и эксперименте 58
3.1.1. Базовые элементы для разработки медицинских технологий на основе
показателей СРО/АОЗ в биологических системах 58
-
Обоснование информационной ценности показателей микрометода анализа системы СРО/АОЗ плазмы крови 59
-
Установление фазовых изменений показателей системы СРО/АОЗ в организме 61
-
Оценка адекватности реакции организма при действии на него экстремальных факторов по данным динамики системы СРО/АОЗ плазмы крови 70
-
Использование показателей системы СРО/АОЗ плазмы крови для
установления уровней адаптации организм и резервных возможностей 74
-
Использование показателей системы СРО/АОЗ для оценки 81 чувствительности организма к экстремальным факторам
-
Связь показателей системы СРО/АОЗ с физиологическими особенностями организма 85
3.1.6. Использование показателей СРО/АОЗ для диагностики заболеваний 88
3.1.6.1. Использование показателей СРО/АОЗ для диагностики
гемобластозов 88
3.1.6.2. Использование показателей СРО/АОЗ для диагностики гестозов 92
3.1.7 Разработка аппаратно-программного обеспечения для анализа
СРО/АОЗ. 96
3.2 Программно-аппаратное обеспечение анализа СРО/АОЗ как
эффективного способа коррекции эндоэкологического состояния
организма 101
3.3 Измерение дыхательного коэффициента утилизации кислорода как
метода выявление скрытой формы гипоксии в организме 107
3.3.1 Измерение дыхательного коэффициента утилизации кислорода для
выявление скрытой формы гипоксии и ее коррекции в организме больных в
клинике 108
3.3.1 Измерение дыхательного коэффициента утилизации кислорода для
выявление скрытой формы гипоксии и ее коррекции в экспериментах на
собаках 112
3.3.3 Изучение корреляционных связей показателя ДКУК с потреблением
кислорода организмом, показателями СРО/АОЗ, центральной
гемодинамики; и показателями кислотно-щелочного равновесия в
организме собак при длительном ИК 117
3.3.4< Разработка алгоритмов оценки функционального состояния
организма по показателям центральной гемодинамики 120
3.4 Оценка уровня реакций СРО/АОЗ в микроколичествах плазмы крови
для выявления донозолсгического состояния условно здорового
контингента лиц и группы риска с разной этиологией 123
3.4.1. Изменение показателей СРО/АОЗ плазмы крови у больных с
заболеваниями ЖКТ 123
3.4.2 Изменение показателей системы СРО/АОЗ плазмы крови у больных с
ИЕС во время проведения операций на открытом сердце 129
3.4.3 Изменение показателей системы СРО/АОЗ плазмы крови у больных с
заболеваниями легких 133
3.4.4 Изменение показателей системы СРО/АОЗ плазмы у условно
здоровых доноров в состоянии предпатологии 137
3.5 Измерение адаптогенной и антиаллергической активности
биологически важных соединений по уровню СРО, трансмембранному
потенциалу и ЇҐАТФ-азной активности компонентов клеток органов и
липидных модельных систем 140
3.5.1 Изучение адаптогенной активности биологически важных соединений
на простых биологических моделях 141
3.5.2 Изучение аллергенной активности препаратов на модели липосом 144
3.5.3 Изучение параметров токсикометрии химических соединений на
модели липосом 145
3.5.4 Изучение синергитического эффекта на модели липосом 147
-
Изучение антигестагенной активности биологически активных соединений 151
-
Изучение активности антихолинэстеразных средств на модели синаптосом 157
3.5.7 Изучение антиокислительной активности природных и химических
соединений в различных простых биологических системах (суспензии
митохондрий, липосомы) 160
3.5.7.1 Скрининг АОА природных соединений на модели суспензии
митохондрий 161
3.5.7.2 Скрининг АОА природных соединений на модели липосом 165
3.5.7.3 Скрининг АОА синтезированных и природных соединений на
модели липосом и связь АОА с другими видами биологической активности I6S
3.6 Исследование антигипоксической активности биологически активных
веществ по уровню СРО, электронакцепторной активности и скорости
деоксигенации эритроцитов крови 171
3.6.1 Исследование действия антигипоксических средств на процессы
деоксигенации кров и 171
3.6.2 Исследование электронакцепторной активности (ЭА)
антигипоксических средств 174
3.6.3 Исследование влияния антигипоксических средств на перекисное
окисление липидов при ишемии миокарда 176
3.7 Разработка и исследование метода БХЛ плазмы крови и гомогенатов
тканей организма для экспресс-анализа состояния организма в норме и
патологии 180
-
Разработка микрометода БХЛ в плазме крови и других биологических жидкостях 180
-
Использование микрометода ИБХЛ в биологии и медицине 183
3.7.2.1 Использование микрометода ИБХЛ в токсикологии 183
-
Использование микрометода ИБХЛ для оценки воздействия на организм различных типов гипоксии 188
-
Использование микрометода ИБХЛ для оценки устойчивости организма к стрессу 197
-
Влияние сезона года на показатели ПОЛ миокарда животных с различной устойчивостью к гипоксии 202
3.7.2.5 Влияние изопропоксигерматрана на ИБХЛ плазмы крови и
гомогенатах тканей желудка при экспериментальной язве желудка у крыс 204
Заключение 206
Основные выводы 213
Список литературы 214
Приложение 1 240
Приложение 2 253
Список сокращений 256
Введение к работе
Одной из наиболее актуальных проблем современной эндоэкологии является изучение свободнорадикальных процессов. Активная деятельность человека на земле, связанная с загрязнением окружающей природной среды, существенно отразилась на состоянии биосферы и «индикатором» подобных изменений на клеточном уровне могут служить свободные радикалы - атомы или осколки молекул неорганической или органической природы, обладающие огромной реакционной способностью и влияющие на протекание обменных процессов, как в живых клетках организма, так и в биосфере, в целом (Козлов Ю.П., 2000). Уровень протекания реакций свободнорадикального окисления (СРО) является «индикатором» нормальных и патологических процессов в организме. В связи с этим большое значение приобретают исследования реакций СРО как в нормальных клетках организма, так и при развитии патологических процессов^ разной этиологии (Эмануэль Н.М., 1961-1982; Тарусов Б.Н., 1961-1965; Журавлев А.И., 1961-1965; Козлов Ю.П., 1965-1983; Владимиров Ю. А, 1965-2000).
Целый; ряд жизненно важных процессов: в организме (дыхание, фосфорилирование, детоксикация чужеродных субстратов, окисление биологически важных соединений) протекает с участием свободных радикалов. При патологических процессах разной этиологии уровень протекания реакций СРО достаточно высок, и значительно превышает таковой в случае клеток и тканей: «условно- здорового» организма. Свободные радикалы «фигурируют» при целом наборе болезней'. - от гипертонии, рака, лучевой болезни до болезни Паркинсона. Согласно исследованиям Р. Катлера (1989) существуют косвенные доказательства того, что свободные радикалы ускоряют процесс старения. Известно, что у долгожителей обнаруживается: больше ферментов «поглощающих» свободные радикалы (например, супероксиддисмутазы) (Fridovich J., 1978). Отсюда чрезвычайно важное значение приобретает познание механизмов защиты организма от реакций СРО с участием ферментов и антиокислителей (антиоксидантной защита - АОЗ).
Среди методов оценки реакции СРО в биосистемах особое место занимают биохемилюминесцентные методы, обладающие большой чувствительностью и позволяющие изучать кинетику СРО субстратов в целых и модельных системах. Переход к исследованию кинетики биохемилюминесценции (БХЛ), в частности, в плазме крови, создание современных высокочувствительных и надежно работающих хемилюминометров открывает широкие возможности многократного и динамического исследования пациентов без ущерба для их здоровья. Для оценки уровней: неспецифической резистентности организма на основе измерения параметров СРО в биологических объектах разных систем сложности, используют современные высокие технологии, и, в первую очередь, аппаратно-программные комплексы с целью получения объективной информации о состоянии организма и его изменениях при развитии предпатологических и патологических процессов разной этиологии (Тарусов Б.Н., Журавлев А.Н., 1961; Владимиров Ю.А., Шерстнев МП,, 1989; Журавлев АН., 2003; Гукасов В.М. и др., 2003).
Данная работа представляет новое звено в цепи многолетних исследований сотрудников Всероссийского научного центра по безопасности биологически активных химических соединений и Государственного унитарного предприятия «Отраслевой научно-практический комплекс «Здоровье» - рабочего органа Межведомственного координационного совета по медицинской технике и высоким медицинским технологиям.
Целью данной работы і явилась разработка! и применение высоких медико-биологических технологий, основанных на аппаратурно-программном обеспечении анализа универсальных неспецифических ответных реакций организма по измерению баланса свободно-радикального окисления и антиоксидантной защиты (отношение СРО/АОЗ) и его коррекции в ондоэкологии.
В задачи исследования входило:
1. Разработать и внедрить технологию апларатурно-программного обеспечения: оценки и прогнозирования действия антропогенных факторов разной природы на эндоэкологическое состояние организма человека и животных по изучению динамики изменения уровня СРО/АОЗ в клинике и эксперименте.
2. Разработать технологию мониторинга, коррекции эндоэкологического состояния организма и выявления групп риска по оценке динамики изменения уровня СРО/АОЗ.
3. Разработать технологию для прогнозирования биологической активности ряда природных и синтезированных фармакологических препаратов по изучению их про- и антиоксидантного действия в сочетании с их электронноакцепторной активностью, а также влиянием на показатели скорости деоксигенации эритроцитов крови, гҐАТФ-азную активность и трансмембранный потенциал субмитохондриальных частиц (СМЧ).
4. Разработать технологию оценки путей утилизации кислорода в биологических системах организма с целью диагностики скрытых форм его гипоксического состояния при длительном искусственном кровообращении.
5. Разработать н внедрить экспресс-микрометод индуцированной биохемилюминесценции (ИБХЛ) для анализа уровня СРО/АОЗ в плазме крови здоровых доноров и больных с разной этиологией заболевания.
Научная новизна и научно-теоретическое значение.
Впервые разработаны и использованы в эксперименте и клинике принципы универсальности фазового изменения показателей уровня СРО/АОЗ. С помощью функциональных проб выявлены адекватные реакции организма и прогнозирование их развития, позволяющих определить предпатологиго (патологию) организма и предложить для коррекции- фармакологические средства, обладающие защитным антиоксидативным действием. Разработка и применение программно-аппаратурного обеспечения и алгоритмов оценки функционального состояния организма по уровню СРО/АОЗ позволило оценить его резервные возможности и выраженность действия на него экстремальных факторов. Впервые разработана технология оценки оксидазного (ферментативного) пути утилизации кислорода и связанного с ним аккумуляции АТФ в организме для изучения скрытых форм изменения эндоэкологического состояния организма человека и животных в условиях действия на него экстремальных факторов. В клинических условиях (хронический гастрит, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда, нейроциркуляторная дистония, бронхиальная астма, гематологические и кожные заболевания), а также при действии на организм, человека и животных экстремальных факторов (интоксикация ионами тяжелых металлов, четыреххлористым: углеродом и табачным дымом, пшероксия, гипоксия, интенсивные физические нагрузки, экспериментальный инфаркт, миокарда, экспериментальная язва желудка, циркуляторная и тепловая ишемия сердца и почек) впервые апробирован экспресс-микрометод ИБХЛ для анализа уровня СРО/АОЗ в плазме крови. Впервые проведена оценка действия природных и синтетических соединений на показатели уровня СРО/АОЗ в простых модельных и сложных биологических системах (липосомы, синаптосомы, митохондрии, гомогенаты; тканей), позволяющая выявить их биологическую активность (адаптогенную, аллергенную, противоишемическую, антихолинэстеразную, гестагенную и антигестагенную, рецепторосвязывающую, синергетическую, параметры токсикометрии).
Практическое значение.
С помощью разработанного аппаратно-программного комплекса показана возможность использования технологии определения и регистрации интегральных показателей динамики индуцированного СРО плазмы крови для выявления донозологических состояний у практически здоровых людей и выявления групп риска у больных бронхиальной астмой, хроническими гастродуоденальнньши заболеваниями, в процессе проведения хирургических операций, эффективности лечения больных ишемической болезнью сердца и нейроциркуляторной дистонией, при скрытой форме гипоксии и оценки эффективности длительного искусственного кровообращения у человека и животных, оценки чувствительности организма к катехоламиновому стрессу и к фактору сезонности, к гипо- и гипероксии, интенсивным физическим нагрузкам.
Динамическое наблюдение за - параметрами индуцированного СРО методом БХЛ в сыворотки крови послужило ранним диагностическим тестом при развитии тяжелой ишемии и некротических изменений миокарда. Разработанная технология оценки показателя дыхательного коэффициента утилизации кислорода (ДКУК) в организме может быть успешно использована > в клинике и эксперименте для диагностики скрытой гипоксии и выявления адекватности искусственного кровообращения. Разработанная комплексная технология, включающая разработку и модификацию методов, а также аппаратурного обеспечения для оценки нарушения процессов СРО/АОЗ, деоксигенации эритроцитов, электроноакцелторной активности, флуоресцентного выявления свободных жирных кислот при; экстремальных воздействиях на организм; избытке катехоламинов при стрессе; избытке восстановленных пиридиннуклеотидов; инактивации антиокислительных компонентов при агрессии и авитаминозе Е; накоплении свободных жирных кислот при гипоксии; накоплении металлосодержащих комплексов (интоксикация ионами ртути и свинца, накопление соединений геминового и негеминового железа), позволяет проводить раннее и комплексное выявление эндоэкологических факторов, переключающих оксидазный путь утилизации кислорода, связанный с ресинтезом АТФ и накоплением энергии в организме на оксигеназный, связанный с образованием высокотоксичных продуктов СРО. Разработка технологий прогнозирования чувствительности организма к эндоэкологическим факторам в условиях проведения функциональных проб по оценке динамики изменения показателей СРО/АОЗ в :.:нкроколичествах плазмы крови позволяет ускорить и предопределить проведение профилактических и специальных осмотров контингентов лиц к определенным видам нагрузок и. профессиональной деятельности, разработать схемы тренировочного процесса ускорения подготовки высокопрофессиональных специалистов с большими резервными возможностями организма в определенных областях деятельности (спорт, космонавтика и т.д.). Возможность проведения; индивидуального мониторинга коррекции эндоэкологического состояния организма с помощью разработанной технологии, включающей микро-экспресс методы оценки показателей СРО/АОЗ в плазме крови организма человека и животных с использованием аппаратно-программного комплекса PXL-01 и программного пакета Montes Status позволяет оптимизировать процесс коррекции организма до формирования адекватной реакции, что значительно повышает эффективность проводимого лечения и дает значительный экономический эффект, сокращая пребывание больных в стационаре. Использование технологии выявления биологической активности природных и синтезированных химических соединений- по их: влиянию на уровень протекания СРО/АОЗ в простых биологических системах in vitro позволяет значительно ускорить и удешевить этап направленного синтеза новых химических соединений с выраженной адаптогенной активностью, наименьшей. токсичностью и аллергенностью при разработке новых высокоэффективных корректоров эндоэкологического состояния организма. В результате проведения скрининга биологически активных химических соединений найден новый синтетический препарат адаптогенного действия трекрезан, являющийся активным антиоксидантным средством. Материалы диссертации; используются,в учебном процессе на кафедре системной экологии экологического факультета РУДН и кафедре молекулярной фармакологии и радиобиологии РГМУ. Технологии представленные в диссертации используются для выявления больных из групп риска на кафедре внутренних болезней №2: 1-го лечебного факультета Московской медицинской академии им. И.М. Сеченова, Всероссийском центре хирургии для оценки адекватности искусственного кровообращения, в Государственном унитарном предприятии «Отраслевой научно-практический комплекс «Здоровье» для оценки уровней адаптации, выявления донозологических состояний и факторов эндоэкологического риска у здорового контингента лиц, занятых по работам в оборонно-промышленном комплексе.
