Введение к работе
Актуальность исследования.
Ткань мозга характеризуется интенсивной генерацией активных форм кислорода в биоэнергетических и специфических нейрохимических процессах. Это создает благоприятные условия для окисления мембранных липидов, белков и нуклеиновых кислот. Продукты перекисного окисления липидов, к которым нервная ткань наиболее чувствительна, являются важным звеном регуляции функциональной активности нервной системы и имеют большое значение в формировании приспособительных реакций на уровне клетки (Флеров М.А. и др., 2000). Однако активация свободнорадикальных процессов существенно модифицирует функциональное состояние нейронов и может привести к их гибели (Ерин А.Н. и др., 1994). В этих условиях накопление продуктов ПОЛ и перекисного окисления белков повышает проницаемость мембран для ионов, что приводит к интенсификации синтеза Са2+ -зависимых протеаз и липаз, приводящих к гибели нервных клеток. Безусловно, этот механизм носит универсальный характер, однако в разных отделах мозга он может происходить по-разному, что определяется как структурной, так и функциональной гетерогенностью разных отделов мозга. Это, в свою очередь, предполагает необходимость адекватного для каждого из отделов мозга уровня свободнорадикальных процессов и соответствующей антиоксидантной защиты.
Исследования многих авторов указывают на тканевую специфику уровня свободных радикалов и эндогенных антиоксидантов в головном мозге у плодов (Прокопенко В.М.и др., 1995), однако без дифференцировки по отделам мозга, или указывают на особенности про- и антиоксидантной системы коры больших полушарий без указания на возрастные особенности (Райзе Т.Е. и др., 1994). Другие исследователи характеризуют особенности интенсификации свободнорадикальных процессов и ослабление антиоксидантной системы мозга и других функциональных систем организма при старении, аргументируя концепцию свободнорадикального окислени при старении Хармана-Эмануэля (Кольтовер В.К. 2000; Болдырев А.А. 2001, Хавинсов В.Х. и др. 2003, Коркушко О.В. и др., 2010).
Таким образом, налицо фрагментарность данных о возрастной динамике системы свободных радикалов и уровня антиоксидантов центральной нервной системы без дифференцировки на разные отделы мозга. Имеющиеся многочисленные данные выполнены, к тому же, с использованием разных методических подходов и на разных экспериментальных моделях.
Отмечается особое внимание исследователей на состояние системы про- и антиоксидантов мозга на этапе возрастной инволюции, особенно в связи с возрастной патологией мозга. Старение затрагивает все органические структуры организма человека.
Между тем знание основных промежуточных этапов формирования интенсивности свободнорадикальных процессов и антиоксидантной защиты представляет не только несомненный теоретический, но и практический интерес с учетом роли этих процессов в нормальном и патологическом формировании и функционировании разных отделов центральной нервной системы, сопровождающихся развитием окислительного стресса.
Учитывая, что неблагоприятные факторы окружающей среды, способствующие развитию окислительного стресса такие как ионизирующая и ультрафиолетовая радиация, гипо- и гипероксия, загрязненность атмосферного воздуха, воды и пищи вредными химическими веществами, канцерогенами играют не последнюю роль в процессах старения, результаты исследований могут послужить основой для существенного углубления механизмов формирования возрастных особенностей свободнорадикальных процессов и системы эндогенных антиоксидантов во всех отделах мозга на разных этапах постнатального онтогенеза.
Функционирующий Астраханский газоперерабатывающий завод вносит немалый вклад в общую экологическую обстановку области. Несмотря на то, что серосодержащий газ Астраханского месторождения относится к пульмотоксикантам, многочисленные работы свидетельствуют о наличии его выраженного нейротропного эффекта (Солнышкова Т.Г. 2003). Кроме того, аналогичные газоконденсатные месторождения имеются в Оренбургской области, Казахстане, Канаде, США, Китае. По содержанию сероводорода они уступают Астраханскому. Так содержание сероводорода и меркаптанов в Оренбургском газоконденсатном месторождении доходит до 4,5 %, в то время как в Астраханском – до 25 %.
Учитывая вышесказанное, исследование сдвига антиоксидантной – прооксидантной системы на разных уровнях центральной нервной системы в эксперименте на разнополых молодых и старых животных в условиях хронического воздействия серосодержащим газом, является, несомненно, актуальным направлением не только для Астраханской области, но и для других регионов России и зарубежья.
Цель исследования - определить стационарный уровень свободнорадикальных процессов и антирадикальной защиты в разных отделах мозга на этапах онтогенеза разнополых животных, а также их модуляцию при действии промышленных серосодержащих поллютантов с последующей их коррекцией антиоксидантами.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Изучить особенности свободнорадикальных процессов в разных отделах центральной нервной системы и плазме крови молодых и старых крыс разного пола.
-
Изучить изменения физиологической антиоксидантной системы в мозге и плазме крови самцов и самок белых крыс при старении.
-
Изучить влияние антиоксидантов с разным механизмом действия: -токоферола и эмоксипина на свободнорадикальные процессы и антиоксидантную защиту в плазме крови и разных отделах головного и спинном мозге молодых и старых белых крыс обоего пола.
-
Определить уровень ориентировочно-исследовательской реакции интактных самцов и самок белых крыс в двух возрастных группах и его изменение после введения антиоксидантов.
-
Выяснить возрастные, половые и тканевые особенности уровня свободнорадикальных процессов и эндогенных антиоксидантов при хроническом воздействии (сероводородсодержащий газ Астраханского месторождения) в разных отделах головного и спинном мозге и плазме крови белых крыс.
-
Изучить возможность корректирующего действия -токоферола и эмоксипина на поведенческие реакции, молодых и старых белых крыс обоего пола на фоне воздействия сероводородсодержащим газом.
-
Определить возможность антиоксидантной коррекции свободнорадикальных процессов и антиоксидантной защиты в плазме крови и разных отделах головного и спинном мозге самцов и самок белых крыс двух возрастных групп (6 и 24 месяца) при хроническом действии серосодержащего газа.
Научная новизна.
Впервые показано разнонаправленное изменение свободнорадикальных процессов в разных отделах центральной нервной системы у разнополых животных и при старении.
Установлены половые и возрастные особенности поведенческих реакций интактных животных, а также неодинаковое изменение показателей поведения под действием антиоксидантов, серосодержащего газа Астраханского месторождения и их совместного влияния на самцов и самок белых крыс разного возраста.
Впервые проведено сравнительно-физиологическое исследование влияния двух антиоксидантов (-токоферол и эмоксипин) с разным механизмом действия на показатели свободнорадикальных процессов плазмы крови и разных отделов центральной нервной системы молодых и старых разнополых животных.
Впервые изучено изменение свободнорадикальных процессов и состояния антиоксидантной защиты разных отделах центральной нервной системы под влиянием промышленного природного газа Астраханского месторождения.
Показана возможность коррекции -токоферолом и эмоксипином смещения равновесий в системе прооксиданты – антиоксиданты в плазме крови и отделах центральной нервной системы, вызванного серосодержащим газом; установлены тканевые, половые и возрастные особенности влияния этих антиоксидантов на изучаемые показатели.
В результате комплексного исследования системы «липопероксидация-антиоксидантная защита» на разных уровнях центральной нервной системы решена проблема интегральной оценки антиоксидантного потенциала экспериментальных животных на этапах постнатального онтогенеза в условиях «нормы» и при действии промышленного природного газа Астраханского месторождения.
Теоретическая и практическая значимость.
В результате выполненных экспериментальных исследований и на основании проведенного теоретического анализа возрастных и половых особенностей свободнорадикальных процессов обоснована значимость поддержания определенного физиологического равновесия в системе прооксиданты – антиоксиданты в плазме крови и на разных уровнях центральной нервной системы разнополых крыс в процессе старения. Учитывая роль свободнорадикальных процессов в нормальном функционировании разных отделов центральной нервной системы, и при развитии окислительного стресса, изучение формирования интенсивности свободнорадикальных процессов и антиоксидантной защиты в онтогенезе представляет не только несомненный теоретический, но и практический интерес для формирования представлений о процессах старения и развитии различных свободнорадикальных нарушений под действием неблагопроятных факторов окружающей среды.
Изучено влияние -токоферола и эмоксипина на свободнорадикальные процессы и уровень эндогенных антиоксидантов плазмы крови и разных отделов центральной нервной системы интактных животных.
Исследованы закономерности изменения поведенческих реакций самцов и самок белых крыс на этапах постнатального онтогенеза под влияние -токоферола и эмоксипина.
Установлены параметры изменчивости показателей про-, антиоксидантного баланса в плазме крови и на разных уровнях центральной нервной системы на фоне воздействия промышленного природного газа Астраханского месторождения. На основе проведенного анализа и соотнесение показателей свободнорадикального окисления и состояния антиоксидантной защиты в разных отделах головного и спинном мозге предложен способ интегральной оценки степени выраженности влияния промышленного природного газа Астраханского месторождения на изучаемые показатели самцов и самок белых крыс на этапах постнатального онтогенеза.
Выявлена эффективность антиоксидантной коррекции -токоферолом и эмоксипином свободнорадикальных процессов на фоне воздействия промышленного природного газа Астраханского месторождения.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. У крыс разного пола в процессе старения происходит разнонаправленное изменение показателей пероксидации липидов в центральной нервной системе: у самцов – повышение, а у самок – понижение конечных продуктов перекисного окисления липидов. Окислительная модификация белков у крыс обоего пола при старении повышается. Общая антиокислительная активность разных отделов ЦНС старых животных остается на уровне молодых, при неравнозначной модуляции отдельных звеньев эндогенной антиоксидантной системы.
2. Наиболее часто усиление свободнорадикальнх процессов в мозге происходит у самок под действием –токоферола, нежели эмоксипина. Введение –токоферола и эмоксипина молодом животным приводит к компенсаторному снижению активности эндогенных антиоксидантов, которое отличается степенью выраженности в разных отделах центральной нервной системы.
3. Хроническое действие серосодержащего газа Астраханского месторождения приводит к усилению свободнорадикальных процессов в ЦНС, что проявилось в росте окислительной модификации белков и, реже, продуктов окисления липидов. Наиболее глубокие нарушения про- антиоксидантного баланса под действием газообразного поллютанта отмечены у старых животных, что, вероятно, связано с истощением антиоксидантного пула, с разной степенью выраженности на разных уровнях ЦНС у 24-х месячных самцов и самок крыс.
4.Антиоксидантная коррекция, примененная на фоне воздействия серосодержащим газом Астраханского месторождения, оказывает наибольший модулирующий эффект на свободорадикальные процессы, протекающие в плазме крови и центральной нервной системе старых животных.
Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались и представлялись на Всероссийской конференции «Астраханский край: история и современность» (Астрахань, 1997), II Всероссийской конференции-школе «Высокоре-акционные интермедиаты химических реакций» ChemInt 2007 (Астрахань, Москва, 2007), 6-й Международной научно-практической конференции «Достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины» (Астрахань, Москва, 2008), XV Международной научно-практической конференции. «Экология и жизнь» (Пенза, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в области химико-педагогического и естественнонаучного образования» (Оренбург, 2009), VII Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в системе образования» (Тамбов, 2009), Всероссийской конференции с международным участием «Социально-экономические, валеологические и социокультурные аспекты развития рекреационных территорий Юга России», (Анапа, 2009), V Международной научно-практической конференции «Wschodnia Spolka–2009» (Польша, 2009), IV Всероссийском Съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Саратов, 2009), VI Международной научно-практической конференции ''Vda a technologie: krok do budoucnosti-2010'' (Прага, 2010), научной Международной конференции «Фундаментальные исследования» (Израиль, 2010), научно-практическом Симпозиуме с международным участием «Свободнорадикальная медицина и антиоксидантная терапия» (Волгоград, 2010), III Съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (Ялта, Украина, 2011), научно-практической конференции «Актуальные проблемы геронтологии и гериатрии» (Санкт-Петербург, 2011), Международной научно-практической конференции «Достижения, инновационные направления развития и проблемы современной медицинской науки, генетики и биотехнологии» (Екатеринбург, 2011), II Всероссийской научной конференции «Свободные радикалы, антиоксиданты и старение» (Астрахань, 2011).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 45 работ, общим объемом 19,25 п.л. (авторский вклад 18,08 п.л.) в том числе монография – 1, статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций – 15, статьи в прочих рецензируемых журналах - 10, статьи в материалах международных научных конференций - 19.
Декларация личного участия автора.
Экспериментальные исследования выполнялись автором лично, либо при его непосредственном участии в коллективных работах. В совместных публикациях вклад автора составил 50-100 %.
Структура и объем диссертации.
