НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені О.О. БОГОМОЛЬЦЯ

ЕРСТЕНЮК Ганна Михайлівна

УДК 576.32/36+616-022.915+616.155.1+001.891.5+615.099+546.48

Біохімічні механізми пошкодження еритроцитів за умов експериментальної
інтоксикації кадмієм

14.01.32 – Медична біохімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора біологічних наук

Київ – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Івано-Франківській державній медичній академії
Міністерства охорони здоров’я України

Науковий консультант: доктор медичних наук, професор,

член-коресподент АМН
України,

ГУБСЬКИЙ Юрій Іванович,

Національний медичний університет

імені О.О.Богомольця,

завідувач кафедри біоорганічної, біологічної

та фармацевтичної хімії.

Офіційні опоненти: доктор медичних наук, професор,

академік АМН України,

член-коресподент НАН України,

ТРАХТЕНБЕРГ Ісаак Михайлович,

Інститут медицини праці АМН України,

завідувач лабораторії промислової токсикології.

доктор біологічних наук, професор

ВИНОГРАДОВА Руфіна Петрівна

Інститут біохімії НАН України, провідний

науковий співробітник.

доктор біологічних наук, професор

КОВАЛЕНКО Валентина Миколаївна,

Інститут фармакології та токсикології

АМН України, завідувач відділу

загальної токсикології

Провідна установа: Тернопільська державна медична академія імені І.Я
Горбачевського

Захист відбудеться „20” січня 2005р. о 13 год. 30 хв. на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д.26.003.07 Національного медичного
університету імені О.О. Богомольця (03057, Київ, пр. Перемоги, 34,
фізико-хімічний корпус НМУ)

Автореферат розісланий „18” грудня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук
О.І. Толстих

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Хімічне забруднення довкілля і проблема впливу
ксенобіотиків на здоров’я людини залишаються в центрі уваги сучасної
медичної і біологічної науки. Серед техногенних забруднювачів
внутрішнього середовища біологічних систем одне з провідних місць
посідають іони важких металів (І.М.Трахтенберг, 1993, 2000, 2004; Ю.І.
Кундієв, 2004; М.Г. Проданчук, 2000; Ю.І. Губський, 2001; А.В. Скальний,
1999), що вже в мікродозах можуть спричиняти небезпечні ураження
чутливих анатомо-фізіологічних систем і розвиток патологічних станів.
Вміст у харчових продуктах ртуті, кадмію, свинцю, міді, миш’яку, цинку,
заліза об’єднаною комісією ФАО та ВООЗ з харчового кодексу включено до
числа параметрів, що підлягають обов’язковому контролю. За прогнозами та
оцінками ряду дослідників у майбутньому важкі метали можуть стати більш
небезпечними, ніж відходи атомних електростанцій і вийти на перше місце
чи розділити його з пестицидами (М.П. Вашкулат і співавт., 2002; О.І.
Волощенко, 1999; Т.А. Головкова, 2004; І.Т. Матасар, 1997; В.А. Николаев
и соавт., 1999; В.І. Смоляр, 2000; О.І. Циганенко і співавт., 1998).

Одним з небезпечних важких металів є кадмій, який володіє високою
міграційною швидкістю, біохімічною активністю, характеризується
політропною токсичною дією і здатністю кумулюватись в органах і
тканинах, має тривалий період напіввиведення із організму, що досягає
25-30 років (Г.О. Іутинська і співавт., 2000; А.В. Кленко, 2004; В.М.
Магаляс і співавт., 2003; О.І. Циганенко і співавт, 1998; L.E. Rikans et
al., 2000). Широке використання сполук кадмію у сучасній промисловості,
а також високий вміст у продуктах нафтопереробних заводів, викидах
теплових електростанцій зумовлює високий рівень кадмію не тільки у
виробничих зонах, але й у віддалених регіонах, що створює небезпеку для
здоров’я населення. Дані стосовно біохімічних механізмів, які лежать в
основі розвитку кадмієвої інтоксикації, є роздрібненими і недостатніми,
що не дозволяє створити сучасної концепції первинних біохімічних
механізмів дії цього важкого металу. Оскільки еритроцити одними з перших
клітин організму реагують із ксенобіотиками, в тому числі й сполуками
кадмію, актуальними є дослідження біохімічних механізмів впливу іонів
кадмію на морфо-функціональний стан еритроцитів і гемоглобін,
встановлення первинних ланок і локалізації біохімічних ушкоджень
еритроцитів, визначення ефективності антиоксидантної корекції кадмієвої
інтоксикації.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна
робота є самостійною науково-дослідною роботою, виконаною згідно з
планом наукових досліджень Івано-Франківської державної медичної
академії МОЗ України, фрагментом комплексної наукової роботи
„Морфо-функціональний стан органів травної, центральної та периферійної
нервової системи за умов впливу токсичних факторів (малі дози радіації,
пестициди, кадмій, хіміопрепарати)” (державний реєстраційний №
0102U001009).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи було вивчити біохімічні
механізми, які лежать в основі пошкоджуючої дії іонів кадмію на
структурно-функціональний стан еритроцитів і дослідження ефективності
використання антиоксидантів за умов експериментальної інтоксикації
кадмієм.

Для досягнення цієї мети були поставлені наступні задачі:

Вивчити вплив експериментальної інтоксикації кадмієм на систему
еритрону, лігандні форми гемоглобіну, оцінити функціонування біохімічної
системи „церулоплазмін-трансферин” та кисневу ємність крові за умов
впливу різних доз кадмію.

Дослідити вплив іонів кадмію на структурно-функціональний стан мембран
еритроцитів, а саме: жирнокислотний склад ліпідів еритроцитарної
мембрани, кислотну резистентність, інтенсивність процесів пероксидації
ліпідів та білків еритроцитів і плазми крові, процеси антирадикального
захисту.

На підставі одержаних експериментальних даних запропонувати
концептуальну модель первинних біохімічних механізмів токсичного впливу
іонів кадмію на еритроцити і гемоглобін. Обгрунтувати роль порушень у
лігандному спектрі гемоглобіну та функціонуванні біохімічної системи
„церулоплазмін-трансферин” в розвитку внутрішньоклітинного оксидативного
стресу як ключового механізму ушкодження еритроцитів за токсичної дії
іонів кадмію.

Дослідити вплив унітіолу (2,3-димеркаптопропансульфонату натрію) та
селеніту натрію при експериментальній інтоксикації кадмієм. Довести
антиоксидантний механізм протекторної дії цих препаратів та обґрунтувати
можливість використання інших антиоксидантних засобів за умов кадмієвої
інтоксикації.

Об’єкти дослідження: щури, уражені хлоридом кадмію в умовах одноразового
(12мг/кг маси тіла) та багаторазового (1,2 мг/кг протягом 10-ти днів)
введення токсиканта, що відповідає 1/5 ЛД50 та 1/50 ЛД50.

Предмет дослідження: лігандні форми гемоглобіну, жирнокислотний склад
ліпідів еритроцитів і плазми крові, пероксидні модифікації білків
еритроцитів і плазми, пероксидні форми ліпідів, ферментативні
антиоксидантні системи еритроцитів і плазми крові щурів, отруєних
хлоридом кадмію.

Методи дослідження: біохімічні, біофізичні, гематологічні, цитологічні,
варіаційно-статистичні.

Наукова новизна отриманих результатів. У результаті проведених
досліджень вперше експериментально встановлено, що надходження іонів
кадмію в організм тварин зумовлює виникнення вільнорадикальної
патології, яка пов’язана, насамперед, з порушеннями
структурно-функціонального стану еритроцитів і гемоглобіну. Досліджено,
що за умов кадмієвої інтоксикації відбуваються зміни жирнокислотного
складу ліпідів і окиснювальні модифікації білків еритроцитів, що
призводить до порушення структури біомембран. Показано, що інтоксикація
іонами кадмію спричинює порушення в середовищі існування еритроцитів,
які проявляються змінами жирнокислотного складу ліпідів і модифікаціями
білків плазми крові, порушенням прооксидантно-антиоксидантної рівноваги
як в еритроцитах, так і в плазмі крові. Сформульовано концепцію
біохімічних механізмів токсичної дії іонів кадмію на еритроцити, одним
із провідних механізмів якої є оксидативний стрес, в основі якого лежать
зміни лігандних форм гемоглобіну, порушення процесів відновлення
гемоглобіну і кисневої ємності крові. Наслідком таких змін є порушення
процесів оксигенації тканин і розвиток гіпоксії, що, у свою чергу,
призводить до морфологічних змін, які підтверджені цитологічними і
електронномікроскопічними дослідженнями тканин нирок та печінки.

Встановлено, що введення унітіолу та селеніту натрію зменшує токсичну
дію іонів кадмію на еритроцити, сприяє покращенню функціональної
здатності гемоглобіну, активізує біохімічні реакції антиоксидантного
захисту, здійснює стабілізуючий вплив стосовно структури тканин печінки
та нирок.

Практичне значення отриманих результатів. Робота відноситься до
фундаментальних досліджень. Результати дисертаційної роботи мають
практичне значення для медичної біохімії, фармакології та токсикології,
поглиблюють та розширюють існуючі уявлення про механізми розвитку
кадмієвої інтоксикації в умовах надходження іонів кадмію в оточуюче
середовище, дають змогу запропонувати використання препаратів
антиоксидантної дії з метою корекції інтоксикації важкими металами.

Результати експериментальних досліджень впроваджені у навчальному
процесі та науковій роботі кафедр хімії, гістології, цитології та
ембріології, стоматології факультету післядипломної освіти
Івано-Франківської державної медичної академії МОЗ України, кафедри
біоорганічної, біологічної та фармацевтичної хімії Національного
медичного університету імені О.О. Бого-мольця. Крім того, одержані дані
можуть бути використані в наукових дослідженнях НДІ гігієнічного
профілю, що вивчають вплив важких металів як забруднювачів довкілля.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто обрано і обґрунтовано
напрям наукової роботи, проведено критичний аналіз літературних даних у
відповідності до сучасних уявлень про механізми впливу важких металів на
живі системи, виконано патентний пошук з даної проблеми, сформульовані
мета, основні задачі дисертаційної роботи, визначено репрезентативний
об’єм наукового дослідження та комплекс методів, організовано і
проведено експериментальні дослідження. Автором самостійно виконано
гематологічні та біохімічні дослідження. Аналіз отриманих результатів,
математична обробка матеріалу, його наукова інтерпретація, формулювання
висновків, практичних рекомендацій та впровадження результатів
досліджень у навчальний процес також проведено самостійно.

Цитологічні дослідження виконано спільно із співробітниками кафедри
гістології, цитології та ембріології Івано-Франківської державної
медичної академії МОЗ України. Електронномікроскопічні дослідження
проведені спільно із співробітниками кафедри анатомії людини
Івано-Франківської державної медичної академії МОЗ України.

Газохроматографічний аналіз жирнокислотного складу ліпідів досліджений
разом із співробітниками ЦНДЛ Національного медичного університету імені
О. О. Богомольця.

Автор висловлює слова щирої подяки за консультативну допомогу в процесі
виконання роботи члену-коресподенту АМН України, професору, д.м.н. Ю.І.
Губському; за допомогу в проведенні спільних досліджень завідувачам
кафедр гістології, цитології та ембріології і анатомії людини
Івано-Франківської державної медичної академії: проф. О.І Дєльцовій і
проф. Б.В. Шутці; завідувачці ЦНДЛ Національного медичного університету
імені О.О. Богомольця с. н. с. Т.С. Брюзгіній.

Апробація результатів досліджень. Основні положення дисертаційного
дослідження доповідались та обговорювались на міжнародній
науково-практичній конференції „Сучасний стан і проблеми
експериментальної та клінічної біохімії” (Тернопіль, 2004), Установчому
з’їзді Українського Товариства клітинної біології (Львів, 2004), 8-му
Українському біохімічному з’їзді (Чернівці, 2002), на міжнародній
науково-практичній конференції „Специфіка хімічних процесів у патогенезі
внутрішніх захворювань” (Івано-Франківськ, 2002), науково-практичній
конференції «Організація токсикологічної допомоги в Україні» (Київ,
2002), 1-му з’їзді токсикологів України (Київ, 2001), Проблемній комісії
МОЗ та АМН України „Біологічна та медична хімія” (Київ, 2001),
розширених наукових засіданнях кафедри біологічної хімії
Івано-Франківської медичної академії МОЗ України (Івано-Франківськ,
2004), кафедри біоорганічної, біологічної та фармацевтичної хімії
Національного медичного університету імені О.О. Богомольця (Київ, 2004).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 32 наукові роботи, в тому
числі 23 статті у фахових наукових виданнях, 9 — в матеріалах з’їздів та
конференцій, 8 статей написані автором одноосібно. Отримано 1
деклараційний патент України на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена українською мовою на
294 сторінках машинописного тексту і складається зі вступу, огляду
літератури, розділу, присвяченого опису об’єктів та методів дослідження,
6 розділів, в яких викладено результати власних досліджень, розділу,
присвяченого аналізу і узагальненню отриманих результатів, висновків,
практичних рекомендацій, переліку використаних літературних джерел, що
включає 315 найменувань, з них 252 українською та російською мовами, 63
– іншими мовами та додатків. Робота ілюстрована 34 таблицями, 74
рисунками, 3 схемами.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ОБ’ЄКТИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Для розкриття біохімічних механізмів дії іонів кадмію згідно з метою
дослідження доцільним було проведення експериментів на теплокровних
тваринах, отруєних хлоридом кадмію. Об’єктом дослідження слугували
інбредні щури – самці масою 140-180 г, яким одноразово внутрішньом’язово
вводили розчин хлориду кадмію у дозі 1/5 ЛД50, (що відповідає 12 мг/кг
маси тіла), та тварини, яким хлорид кадмію вводили протягом 10-ти днів
(щоденна доза становила 1/50 ЛД50, тобто 1,2 мг/кг). Розрахунок
необхідної для введення кількості речовин проводили, виходячи з даних
про параметри токсичності хлориду кадмію (І.М. Трахтенберг, 1991; Г.И.
Сидоренко і співавт., 1999; Б.М Штабський та ін., 1990) з розрахунку на
чистий метал. Матеріал для дослідження забирали в гострому експерименті
через 1, 2, 4, 6, 12 і 24 години після введення хлориду кадмію. При
багаторазовому введенні токсиканту забір матеріалу проводився через 1,
7, 14, 21, 28 діб після завершення введення хлориду кадмію. Тварини
утримувались в умовах стандартного харчового раціону віварію.

Згідно з поставленими задачами за умов багаторазового введення хлориду
кадмію проводилось вивчення впливу унітіолу та селеніту натрію. У
зв’язку з цим тварини (n=432) були розділені на такі групи:

контрольна група (інтактні), яким вводили фізіологічний розчин;

група №1 – тваринам вводили хлорид кадмію одноразово в дозі 1/5 ДЛ50 ;

група №2 – тваринам вводили хлорид кадмію протягом 10-ти днів в дозі
1/50 ДЛ50;

група №3 – тварини, яким після завершення введення хлориду кадмію,
внутрішньом’язово вводили щоденно унітіол в дозі 5мг/кг маси тіла
протягом відповідних періодів дослідження;

група №4 – тварини, яким після завершення введення хлориду кадмію,
вводили щоденно внутрішньом’язово селеніт натрію в дозі 30 мкг/кг маси
тіла протягом відповідних термінів.

Програма досліджень включала вивчення структурно-функціонального стану
еритроцитів за еритроцитарними індексами, кислотною резистентністю
мембран еритроцитів, жирнокислотним складом ліпідів, ступенем
окиснювальної модифікації білків, антиоксидантним захистом (активністю
каталази); вивчення стану середовища існування еритроцитів за
інтенсивністю процесів пероксидного окиснення ліпідів плазми крові
(жирнокислотний склад ліпідів, хемілюмінесцентний аналіз, рівень
дієнових кон’югатів і ТБК-активних продуктів), ступенем окиснювальної
модифікації білків плазми крові, балансом про- і антиоксидантних систем
(насиченість трансферину плазми крові і активність церулоплазміну);
вивчення функціональної здатності гемоглобіну за спектральними
характеристиками, співвідношенням лігандних форм гемоглобіну,
інтенсивністю відновлення метгемоглобіну, параметрами
кисневотранспортної функції; вивчення структури внутрішніх органів
шляхом гістологічного та електронномікроскопічного дослідження тканин
внутрішніх органів.

Для характеристики периферичної ланки еритрону використовували
загальноприйняті гематологічні методи дослідження: підрахунок числа
еритроцитів, визначення середнього об’єму еритроцитів, середній вміст
гемоглобіну в одному еритроциті, показник гематокриту, число
ретикулоцитів, концентрацію загального гемоглобіну (В.В. Меньшиков,
1987; Ф. Шиффман, 2000). Стан еритроцитарних мембран оцінювали також за
допомогою визначення кислотної резистентності еритроцитів кінетичним
методом (И.Б. Заводник, 1997; Н.О. Сибірна, М.М. Великий, 1997).

Для оцінки спектральних характеристик лігандних форм гемоглобіну
використовували спектрофотометр „Spekord M40” (Німеччина), визначення
вмісту окси-, мет- і сульфгемоглобіну проводили відповідно до максимумів
поглинання кожної лігандної форми і згідно спектрофотометричних рівнянь
(М.С. Кушаковский, 1968; Б.Ф. Сухомлинов і співавт., 1988), коефіцієнт
Гюфнера і кисневу ємність крові визначали за Лауер (1978).

Жирнокислотний склад ліпідів еритроцитів і плазми крові вивчали за
допомогою методу газової хроматографії на газовому хроматографі „Цвет” в
ізотермічному режимі з полум’яноіонізаційним детектором (С.Г. Гичка і
співавт., 1998). Накопичення продуктів пероксидації ліпідів оцінювали за
інтенсивністю біохемілюмінесценції (БХЛ), реєстрацію проводили на
хемілюмінометрі ХЛМ 1Ц – 01 (Ю.І. Губський і співавт., 2002; Г.О.
Бабенко і співавт., 1986; Ю.А. Владимиров і співавт., 1992). Рівень
дієнових кон’югатів визначали спектрофотометрично за методом В.Б.
Гаврилової і співавт. (1988), вміст ТБК-активних продуктів визначали за
методом Е.Н. Коробейникової (1989).

Окиснювальну модифікацію білків визначали за рівнем
2,4-динітрофенілгідразонів (Е.Е. Дубініна і співавт., 1995). Активність
церулоплазміну і насиченість трансферину залізом визначали за методом
Г.О Бабенко (1968), активність каталази еритроцитів визначали за методом
Баха і Зубкової (1968), активність лактатдегідрогенази (ЛДГ)
спектрофотометричним методом за вмістом окисненої форми НАД з
використанням стандартного набору реактивів фірми „LACHEMA”.

Для гістологічного дослідження шматочки печінки і нирки фіксували в 10%
розчині формаліну. Зрізи з парафінованих блоків забарвлювали
гематоксиліном і еозином. На препаратах нирок підраховували кількість
ниркових тілець, об’єм ниркового тільця і судинного клубочка (Г.Г.
Автандилов, 1990).

Для ультраструктурного вивчення клітин печінки і нирок шматочки органів
забирали під легким ефірним наркозом і поміщали у розчин чотирьохокису
осмію на фосфатному буфері з pH — 7,2-7,4. Електронномікроскопічні
дослідження проводили за допомогою електронного мікроскопа ЭМВ-100 АК з
прискорюючою напругою 75кВ.

Статистичну обробку одержаних експериментальних даних проводили за
методом непов’язаних вибірок з використанням критерію „t” Стьюдента (С.
Гланц, 1998) та показника вірогідності „p” за допомогою ліцензованої
комп’ютерної програми „Statistik”.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

ВИВЧЕННЯ ВПЛИВУ ІНТОКСИКАЦІЇ КАДМІЄМ НА СИСТЕМУ

ЕРИТРОНУ

Гематологічні індекси периферичної крові щурів у динаміці інтоксикації
кадмієм. Для з’ясування біохімічних механізмів токсичного впливу іонів
кадмію проведене комплексне дослідження периферичної ланки еритрону у
динаміці інтоксикації, спричиненої одноразовим та багаторазовим
введенням хлориду кадмію. Встановлено суттєве зниження через 24 год
після одноразового введення хлориду кадмію числа функціонуючих
еритроцитів в середньому на 28%; за умов багаторазового введення
токсиканту найбільш істотні зміни цього показника спостерігались через 7
(на 16%) і 14 (10%) діб експерименту. Концентрація загального
гемоглобіну і вмісту гемоглобіну в одному еритроциті були достовірно
нижчими (р < 0,01) порівняно з показниками інтактних тварин. Водночас збільшувався об’єм функціонуючих еритроцитів в середньому на 81% в процесі одноразової та на 25% - багаторазової інтоксикації, зростав показник гематокриту - на 31% і 21% відповідно. У периферичній крові тварин суттєво збільшувалось число ретикулоцитів – на 70% - одноразове, та на 37% - багаторазове введення токсиканту. Сукупність показників периферичної крові вказує на те, що при дії іонів кадмію відбуваються інтенсивні гемолітичні процеси, які можуть бути спричинені порушенням структурно-функціонального стану мембран еритроцитів, змінами метаболізму як в еритроцитах, так і середовищі їх функціонування. З іншого боку, спостерігалася компенсаторна реакція організму на токсичний вплив іонів кадмію, оскільки змінювались еритроцитарні індекси функціонуючих еритроцитів і зростало число ретикулоцитів. Такі процеси можна розцінювати як адаптивну відповідь організму, спрямовану на збереження сумарної дихальної поверхні за умов токсичного впливу іонів кадмію. Параметри кислотних еритрограм за умов інтоксикації кадмієм. Структурно-метаболічний і функціональний статус клітин, в тому числі й еритроцитів, суттєво залежить від функціонування клітинних мембран. Аналіз кислотних еритрограм щурів за умов одноразової кадмієвої інтоксикації показав збільшення часу гемолізу і часу максимуму гемолізу, відповідно, в середньому на 40 і 34%, за умов багаторазової інтоксикації – на 36 і 68%. У периферичній популяції еритроцитів знижувалось число низько - та середньостійких клітин відповідно на 58 і 25 % за умов одноразового та на 47 і 21% при багаторазовому введенні хлориду кадмію (рис.1). а) б) Рис.1. Динаміка змін різних груп еритроцитів за умов одноразового (а) та багаторазового (б) введення хлориду кадмію. Із збільшенням тривалості процесу інтоксикації спостерігалось підвищення рівня високостійких і підвищеної стійкості еритроцитів як за умов одноразової, так і багаторазової інтоксикації іонами кадмію. Правобічний зсув кислотних еритрограм свідчить про модифікацію мембранних компонентів еритроцитів за умов дії кадмію, що може бути зумовлене порушенням структури ліпопротеїнового комплексу клітинної мембрани. Наслідком таких порушень є посилене проникнення протонів Н+ через плазматичну мембрану еритроцитів, протонування білків мембрани і гемоглобіну, що спричинює зниження стійкості червонокрівців до кислотного гемолізу і впливає на метаболізм еритроцитів (И.Б.Заводник та співавт., 1997). Одержані результати вказують на вагомі порушення структурно-функціонального стану мембран еритроцитів за умов інтоксикації щурів іонами кадмію, що має важливе значення для метаболізму еритроцитів, функціонування гемоглобіну і підтримання кисневого гомеостазу організму в цілому. ВИВЧЕННЯ ВПЛИВУ ІНТОКСИКАЦІЇ КАДМІЄМ НА ЛІГАНДНІ ФОРМИ ГЕМОГЛОБІНУ І КИСНЕВУ ЄМНІСТЬ КРОВІ Для ідентифікації типів гемоглобіну в еритроцитах, а також для визначення нативності його молекул використовують такі параметри: спектри поглинання гемоглобіну та його похідних, пероксидазну активність і здатність до утворення метгемоглобіну. Спектральні характеристики гемоглобіну за умов інтоксикації кадмієм. Дослідження спектральних характеристик лігандних форм гемоглобіну щурів у динаміці кадмієвої інтоксикації показали, що характерні максимуми поглинання для оксигемоглобіну (HbO2 ) знаходились в межах 541 і 576 нм. Для метгемоглобіну (MtHb) інтактних і отруєних іонами кадмію щурів властивий максимум поглинання при 630 нм, для сульфгемоглобіну (SHb) – 620 нм. Одержані нами результати спектрофотометричного дослідження лігандних форм гемоглобіну відповідають літературним даним (Б.Ф. Сухомлинов і співавт., 1988; М.С. Кушаковский, 1968; Н.Ф. Стародуб і співавт., 1989), що стало за основу для проведення кількісного визначення окремих дериватів гемоглобіну в динаміці кадмієвої інтоксикації. Спектральна ідентичність гемоглобінів людини і різних тварин дає підстави для використання експериментальних даних з метою характеристики впливу несприятливих чинників на лігандні форми і функціонування гемоглобіну людини. Вивчення впливу інтоксикації кадмієм на рівень оксигемоглобіну. В основі дихальної функції крові лежить насичення гемоглобіну киснем з утворенням основної лігандної форми цього гемопротеїну – оксигемоглобіну. У процесі гострої інтоксикації тварин іонами кадмію спостерігалось зниження рівня HbO2, причому із тривалістю інтоксикації вміст його суттєво знижувався (табл.1) і через 24 год був нижчий за показники інтактних тварин на 32 %. Після 10-ти-денного введення хлориду кадмію вміст HbO2 мав чітко виражену тенденцію до зниження, на 28-у добу багаторазової інтоксикації становив тільки 68% від концентрації загального гемоглобіну (табл.2). Такі дані вказують на те, що за умов дії різних доз іонів кадмію спостерігалось суттєве зниження вмісту оксигемоглобіну в крові отруєних тварин, що свідчить про порушення процесів оксигенації та розвиток гіпоксичних процесів в органах тварин. Таблиця 1 Вміст лігандних форм гемоглобіну за умов гострої кадмієвої інтоксикації (M±m, n=7) Період експерименту Загальний Hb, г/л HbO2, г/л MtHb, г/л SHb, г/л Інтактні 132,34±0,92 120,55±1,94 0,90±0,01 0,82±0,01 1-а год. CdCl2 131,37±0,50 105,28±0,76** 2,57±0,01** 2,44±0,12*** 2-а год. CdCl2 119,17±0,39*** 89,22±0,81*** 2,58±0,09*** 2,93±0,09*** 4-а год. CdCl2 110,60±0,39*** 78,83±0,70*** 3,93±0,09*** 3,48±0,11*** 6-а год. CdCl2 120,22±0,59*** 79,73±0,65*** 4,08±0,08*** 3,99±0,08*** 12-а год. CdCl2 128,83±0,28** 78,57±0,55*** 4,59±0,07*** 4,95±0,12*** 24-а год. CdCl2 87,12±0,34*** 51,53±0,44*** 6,54±0,07*** 5,92±0,09*** Примітка. * - р <0,05; ** - р < 0,01; *** - р < 0,001 – достовірність порівняно з показниками інтактної групи тварин Таблиця 2 Вміст лігандних форм гемоглобіну за умов багаторазової інтоксикації кадмієм та при введенні унітіолу і селеніту натрію (M±m, n=7) Період експерименту Загальний Hb, г/л HbO2, г/л MtHb, г/л SHb, г/л Інтактні 132,34±0,92 120,55±1,94 0,90±0,01 0,82±0,01 1-а доба CdCl2 121,86±0,92* 107,40±0,89* 1,10±0,02* 1,17±0,01* 1-а доба СdCl2+ Унітіол 109,17±0,40** 104,44±0,35** 0,90±0,01** 0,81±0,02** 1-а доба CdCl2+Селен 113,61±0,53*** 100,23±0,48*** 0,89±0,01*** 0,93±0,01*** 7-а доба CdCl2 102,44±0,85* 94,21±1,11* 0,97±0,01* 1,66±0,02* 7-а доба CdCl2+ Унітіол 117,94±0,28** 109,82±0,25** 0,94±0,01 1,49±0,02** 7-а доба CdCl2+Селен 113,31±0,33*** 101,21±0,34*** 0,94±0,01 0,89±0,01*** 14-а доба CdCl2 97,54±0,36* 80,51±0,94* 1,12±0,02* 1,89±0,02* 14-а доба CdCl2+ Унітіол 119,77±0,37** 111,03±0,36** 1,01±0,01** 1,69±0,02** 14-а доба СdCl2+Селен 114,61±0,43*** 102,21±0,53*** 0,98±0,01*** 0,89±0,01*** 21-а доба CdCl2 119,06±0,35* 86,21±2,35* 2,02±0,03* 2,09±0,01* 21-а доба CdCl2 + Унітіол 127,47±0,31** 112,92±0,25** 1,42±0,02** 1,79±0,01** 21-а доба CdCl2+ Селен 120,89±0,34*** 107,45±0,64*** 0,89±0,01*** 0,87±0,01*** 28-а доба CdCl2 127,07±0,47* 85,89±0,73* 3,29±0,05* 2,18±0,01* 28-а доба CdCl2 + Унітіол 131,91±0,54** 120,50±0,24** 1,60±0,02** 1,88±0,02** 28-а доба CdCl2 + Селен 126,94±0,46 113,43±0,70*** 0,91±0,01*** 0,75±0,02*** Примітки: * - достовірні зміни порівняно з показниками інтактних тварин, ** і *** - достовірні зміни порівняно з показниками отруєних тварин. Киснева ємність крові, зв’язування кисню і вуглекислого газу визначаються комплексним впливом багатьох факторів, зокрема фізико-хімічними умовами функціонування гемоглобіну, станом еритроцитарних мембран, метаболізмом в еритроциті і його оточенні. Одним із визначальних факторів спорідненості гемоглобіну до кисню є вміст його лігандних форм (Р. Моран, 1998; В.В.Зінчук і співавт. 2003), зокрема, мет-, сульф- та інших неактивних дериватів. Вивчення впливу інтоксикації кадмієм на рівень метгемоглобіну. На тлі зниження концентрації оксигемоглобіну при кадмієвій інтоксикації спостерігалося зростання рівня неактивних стосовно транспорту кисню форм гемоглобіну, насамперед таких лігандів, як метгемоглобін і сульфгемоглобін. Метгемоглобін утворюється в результаті окиснення гемоглобіну з утворенням супероксид-аніону, який служить первинним месенджером вільнорадикальних процесів і не тільки здійснює пошкоджуючий вплив на клітинні мембрани, а й ініціює появу інших хімічно активних та цитотоксичних форм кисню. Одноразова інтоксикація іонами кадмію зумовлювала суттєве збільшення вмісту MtHb, який через 24 год. в 7 разів перевищував концентрацію цієї форми в інтактних тварин. За умов багаторазової інтоксикації окиснення оксигемоглобіну до метгемоглобіну найвищою мірою спостерігалось через 21 і 28 діб інтоксикації іонами кадмію, що підтверджувалось підвищенням вмісту MtHb, який в середньому у 4 рази перевищував показники інтактних щурів. Висока інтенсивність процесів окиснення гемоглобіну за умов кадмієвої інтоксикації з утворенням метгемоглобіну може бути однією з причин розвитку оксидативного стресу, гемічної і тканинної гіпоксії. Активність лактатдегідрогенази і відновлення метгемоглобіну в еритроцитах при кадмієвій інтоксикації. Відновлення MtHb за фізіологічних умов відбувається декількома шляхами, один з основних – використання відновленого нікотинамідаденіндинуклеотиду (НАДН2), який утворюється в лактатдегідрогеназній реакції гліколізу. За умов одно- та багаторазової інтоксикації іонами кадмію має місце фазовий характер змін активності ЛДГ (рис. 2-3). Високий рівень MtHb дозволяє припустити про вичерпання резервів відновленого НАД, і адаптивне збільшення активності ЛДГ є недостатнім для редукції утвореного в процесі інтоксикації метгемоглобіну. Порушення процесів відновлення метгемоглобіну можна розглядати як один із можливих первинних біохімічних механізмів токсичної дії іонів кадмію. Наслідком цього є накопичення активних кисневих метаболітів, розвиток вільнорадикальних реакцій, які зумовлюють модифікаційні зміни ліпопротеїнових комплексів і порушення цілісності мембран еритроцитів. Такі зміни мембран червонокрівців впливають на кисневотранспортну функцію крові і сприяють розвиткові оксидативного стресу, що зумовлює ушкодження клітин печінки, нирок та інших органів і підтверджується істотним зростанням активності ЛДГ плазми крові та морфологічними дослідженнями цих органів при інтоксикації кадмієм. Рис. 2. Активність ЛДГ еритроцитів за умов гострої інтоксикації кадмієм Рис. 3. Активність ЛДГ еритроцитів за умов багаторазової інтоксикації кадмієм та при введенні унітіолу та селеніту натрію Вивчення впливу інтоксикації кадмієм на рівень сульфгемоглобіну. Сульфгемоглобін утворюється шляхом розриву метинового мостика у структурі гема і супроводжується незворотнім ушкодженням цього білка з вивільненням іонів заліза. Дослідження SHb за умов кадмієвої інтоксикації є важливими, оскільки дозволяють з’ясувати рівень пошкодження гемоглобіну, доповнюють інформацію стосовно первинних біохімічних механізмів токсичної дії кадмію. При одноразовому введенні хлориду кадмію рівень SHb різко зростав протягом всього періоду спостережень і через 24 год. перевищував показники інтактних тварин у 7 разів. Через 28 діб багаторазової інтоксикації щурів кадмієм концентрація SHb зростала майже в 3 рази порівняно з інтактними тваринами. Високий рівень цієї лігандної форми за умов дії іонів кадмію вказує на інтенсифікацію процесів деградації гемоглобіну у функціонуючих еритроцитах, що в свою чергу зумовлює накопичення вільних іонів заліза, які є потужними ініціаторами вільнорадикальних процесів у біологічних системах. Вивчення впливу інтоксикації кадмієм на вміст дисгемоглобінів. Ліганди гемоглобіну, які нездатні зворотно акцептувати кисень, прийнято називати дисгемоглобінами (dysHb). Вони є інформативним параметром, який використовують для характеристики кисневотранспортної здатності гемоглобіну (Р. Моран, 1998). Результати дослідження сумарного вмісту dysHb за умов гострої інтоксикації кадмієм дозволили встановити суттєве зростання цього показника протягом доби до 41% від загального гемоглобіну. Через 28 діб багаторазового отруєння хлоридом кадмію вміст dysHb досягав 32%. Такі результати дослідження узгоджуються з наведеними вище даними стосовно зниження рівня оксигенованої форми гемоглобіну за умов інтоксикації кадмієм. Аналіз вмісту лігандних форм гемоглобіну в динаміці кадмієвої інтоксикації вказує на суттєві зміни основного білка еритроцитів, які можна пояснити здатністю іонів Cd2+ як кислоти Льюїса (Д.Мецлер, 1980) впливати на глобіновий компонент шляхом зв’язування з SH-групами, що супроводжується порушенням просторової структури гемоглобіну. З іншого боку, іони кадмію „атакують” простетичну групу, що зумовлює конкурентне витіснення іонів заліза із структури гема. Наслідком значного накопичення у крові неактивних дериватів гемоглобіну за умов кадмієвої інтоксикації є порушення кисневої ємності крові та розвиток гіпоксії гемічного характеру. Киснева ємність крові щурів за умов інтоксикації кадмієм. Підтвердженням порушення кисневого гомеостазу за умов токсичної дії іонів кадмію є зміни коефіцієнта Гюфнера і кисневої ємності (КЄ) крові. При багаторазовій інтоксикації найбільш виражені зміни спостерігались протягом перших 14 діб - показник КЄ знижувався на в середньому на 20% (рис.4), а за умов гострої дії - на 29%. При аналізі функціональної здатності еритроцитів за умов кадмієвої інтоксикації, слід враховувати описані вище зміни в популяції циркулюючих еритроцитів, зокрема, зростання високостійких і підвищеної стійкості клітин, що передбачає зменшення їхньої деформованості і тим самим здатності ефективно доставляти кисень та інші метаболіти до тканин-мішеней, що можна розглядати як одну із причин розвитку гіпоксії. Сукупність одержаних даних дозволила дійти висновку, що зниження вмісту HbO2 і КЄ при дії іонів кадмію може бути обумовленим цілим рядом факторів, а саме: порушенням морфо-функціонального стану еритроцитів, структури гемоглобіну, лігандних форм гемоглобіну, спорідненості гемоглобіну до кисню. Рис. 4. Динаміка змін кисневої ємності крові щурів за умов багаторазової інтоксикації кадмієм та при введенні унітіолу та селеніту натрію ПЕРОКСИДНА МОДИФІКАЦІЯ ЛІПІДІВ ТА БІЛКІВ ЕРИТРОЦИТІВ І ПЛАЗМИ КРОВІ ЗА УМОВ КАДМІЄВОЇ ІНТОКСИКАЦІЇ Внаслідок порушень у лігандному спектрі гемоглобіну в еритроцитах за умов токсичної дії іонів кадмію формується агресивне прооксидантне середовище, яке може мати безпосередній вплив на структурно-метаболічні і функціональні зміни в червонокрівцях, що в свою чергу призводять до порушень кисневої ємності крові і забезпечення тканин киснем. Жирнокислотний склад еритроцитів та плазми крові і процеси пероксидного окиснення ліпідів за умов інтоксикації кадмієм. Аналіз жирнокислотного складу фосфоліпідів мембран еритроцитів у тварин, отруєних хлоридом кадмію, дозволив встановити зниження відносного вмісту ненасичених жирних кислот, зокрема, олеїнової - на 32%, арахідонової – на 22% на тлі підвищення ейкозотрієнової кислоти на 81%. Зростання вмісту ейкозотрієнової кислоти може вказувати на зменшення пероксидної стійкості еритроцитів і стійкості до гемолізу, що підтверджується зниженням числа еритроцитів у периферичній крові тварин в динаміці кадмієвої інтоксикації. Встановлені порушення жирнокислотного спектру ліпідів мембран еритроцитів можуть бути індукованими збільшенням активних форм кисню, які інтенсивно утворюються при окисненні оксигемоглобіну до метгемоглобіну та атакують подвійні зв’язки у молекулах ненасичених жирних кислот з утворенням органічних пероксидів. Як наслідок генерації активних форм кисню спостерігається пероксидація ліпідів мембран еритроцитів, що спричинює їх гемоліз. Структурно-функціональний стан еритроцитарних мембран великою мірою залежить від прооксидантно-антиоксидантної рівноваги в плазмі крові. Як засвідчили результати дослідження продуктів пероксидації ліпідів, інтоксикація тварин кадмієм спричиняє вірогідне зростання показника SCXЛ впродовж всього періоду досліджень, збільшення в 1,8 раз вмісту дієнових кон’югатів і в 2,9 раз ТБК-активних продуктів (рис. 5). Підтвердженням змін ліпідів плазми крові є зниження рівня ненасичених жирних кислот, зокрема арахідонової в 1,8 рази, ейкозотрієнової і пальмітоолеїнової кислот (p<0,05). Рис. 5. Вміст ТБК-активних продуктів у плазмі крові тварин за умов кадмієвої інтоксикації та при введенні унітіолу та селеніту натрію Зміни ліпідного спектру крові можуть мати істотний вплив на мембрану формених елементів крові та кисневотранспортну функцію еритроцитів. Виходячи з того, що між ліпідами мембран еритроцитів та плазми крові відбувається постійний обмін, можна припустити, що зміни в ліпідному складі плазми здійснюють модифікуючий вплив стосовно ліпідних компонентів мембран еритроцитів. Окиснювальна модифікація білків еритроцитів та плазми крові за умов інтоксикації кадмієм. Стабілізація еритроцитарної мембрани значною мірою залежить від цитоскелету та інтегральних білків, які забезпечують жорсткість структури і визначають іон-транспортні та ферментативні властивості мембран. Дослідження окиснювальної модифікації білків (ОМБ) еритроцитів за умов дії іонів кадмію засвідчило, що як за умов одноразової, так і багаторазової кадмієвої інтоксикації спостерігалось інтенсивне накопичення карбонільних похідних білків еритроцитів. Зокрема, через 24 год дії кадмію вміст альдегідо- і кетонопохідних нейтрального характеру перевищував показники інтактних тварин в середньому у 6 разів, рівень динітрофенілгідразонів основного характеру зростав у 4-7 разів. При багаторазовому введенні хлориду кадмію найбільш виражені зміни білкової компоненти еритроцитів спостерігались через 14 діб. Окиснювальні деструкції білків еритроцитів при отруєнні іонами кадмію можуть бути спричинені як безпосередньою взаємодією іонів Cd2+ з активними SH-групами амінокислотних залишків на поверхні білкових молекул, так і продуктами пероксидації ліпідів, які інтенсивно утворюються при дії іонів кадмію, як показано вище. Показники ОМБ плазми крові вказують на суттєве зростання альдегідо- і кетонопохідних (у 2-3 рази) нейтрального характеру через 24 год одноразової та через 14-28 діб багаторазової інтоксикації. Внаслідок таких порушень можуть відбуватись структурні та функціональні зміни мембран еритроцитів, які одними з перших зазнають токсичного впливу іонів кадмію, що зменшує здатність до деформації, підвищує жорсткість мембран та в’язкість еритроцитарної суспензії, порушуючи кисневотранспортну функцію. Таким чином, проведені дослідження модифікацій білків та ліпідів за умов експериментальної інтоксикації кадмієм є підтвердженням того, що активні форми кисню, виступаючи у ролі первинних медіаторів окислювального стресу, можуть спричиняти деструктивні зміни біологічно важливих молекул. Виходячи з цього, обґрунтованим є дослідження системи антиоксидантного захисту еритроцитів і плазми крові. Активність каталази еритроцитів за умов інтоксикації кадмієм. Вивчення активності каталази еритроцитів показало, що за гострої дії іонів кадмію спостерігається фазовий характер змін цього показника, який виражався зростанням на 34% (6-а год) з наступним суттєвим зниженням на 28% (24 год). При багаторазовій інтоксикації активність каталази еритроцитів знижувалась і через 28 діб була вірогідно нижчою (p<0,01), ніж в інтактних тварин, що вказує на зниження інтенсивності антирадикального захисту еритроцитів і накопичення в клітинах пероксиду водню. Вивільнення іонів Fe2+ в результаті деградації гемоглобіну і збільшення рівня пероксиду водню зумовлюють перебіг реакції Фентона та утворення гідроксильного радикалу ОН·, що має високу реакційну здатність, виступає в ролі модифікатора ліпідів і протеїнів еритроцитів і пошкоджує клітинні структури. Підвищення активності каталази через 2-6 год після введення токсиканту можна розцінювати як адаптивний синтез ферменту у відповідь на високий рівень продуктів ліпопероксидації. Зниження активності каталази еритроцитів при отруєнні кадмієм може бути наслідком впливу активних кисневих метаболітів, які, взаємодіючи з амінокислотними радикалами поліпептидних ланцюгів, змінюють конформацію молекули ферментного білку, а відповідно - її активність. Крім того, кадмій може спричинити гальмування активності каталази внаслідок конкурентної взаємодії з іонами металу, що входять до складу активного центру ферменту. При недостатній активності каталази еритроцитів у плазму крові мігрують супероксид-аніон, пероксид водню та інші активні форми кисню (АФК), які інактивуються переважно антиоксидантним білком плазми - церулоплазміном (J.G.Kim, S.Y. Park, 1998; F. Regoli, 1998; Н.А. Осипова і співавт., 2001). Активність церулоплазміну і насиченість трансферину за умов інтоксикації кадмієм. Активність церулоплазміну (ЦП) за умов гострої кадмієвої інтоксикації істотно знижувалась (на 51% ) протягом 24 год. При багаторазовому отруєнні тварин активність ЦП вірогідно знижувалась і через 28 діб була нижчою на 28% у порівняні до інтактних тварин (рис.6). ЦП функціонально пов’язаний з трансферином, який здатний до хелатування і транспорту заліза. Вивчення насиченості трансферину залізом (НТФ) показало зниження цього показника за умов гострої інтоксикації кадмієм на 48%, при тривалій інтоксикації найнижчі значення спостерігались через 7-14 діб. Рис. 6. Активність церулоплазміну плазми крові щурів за умов кадмієвої інтоксикації та при введенні унітіолу та селеніту натрію Зміни в активності ЦП і НТФ можуть бути спричинені цілим рядом факторів, зокрема: інгібіруючою дією кадмію на зазначені металоферменти, впливом АФК, порушенням білоксинтезуючого апарату печінки. При гіпоцерулоплазмії порушується окиснення Fe2+ до Fe3+, що спричинює накопичення іонів Fe2+, а також іонів міді, які є ініціаторами вільнорадикальних процесів. Такі порушення у функціонуванні системи „церулоплазмін-трансферин” за умов кадмієвої інтоксикації призводять до пероксидації ліпідів і окиснювальної модифікації білків у плазмі крові, мають важливе значення для процесів синтезу гемоглобіну, регуляції вільнорадикальних процесів, підтримання гомеостазу еритроцитів і організму в цілому. ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ ТКАНИН ВНУТРІШНІХ ОРГАНІВ ЩУРІВ ЗА УМОВ ІНТОКСИКАЦІЇ КАДМІЄМ Гістоструктурні зміни тканин печінки та нирок за умов інтоксикації кадмієм. Результати проведених гістологічних досліджень вказують на те, що в ранньому періоді кадмієвої інтоксикації загальна структура печінкових часточок не порушувалась, гепатоцити печінкових балок у стані набряку, їх ядра мають різні розміри. З тривалістю інтоксикації глибина дистрофічних процесів у гепатоцитах зростала, спостерігалась дискомплексація печінкових пластин. Дистрофічні зміни в гепатоцитах, що розвивались в ході адаптаційно-компенсаторних процесів, поступово переростали в деструктивні порушення, що проявлялися змінами структури мітохондрій, активацією лізосом, утворенням ділянок парціального некрозу. Гістологічні дослідження тканин нирок в ранньому періоді кадмієвої інтоксикації дозволили виявити виражене повнокрів’я кровоносних судин усіх калібрів, спостерігались деформовані ниркові тільця. Нефроцити канальців були у стані набряку з явищами білкової дистрофії; частина ниркових тілець деформована, просвіт їх капсули нерівномірно звужений. З тривалістю інтоксикації спостерігали поглиблення гістоструктурних змін нефронів. Більшість ниркових тілець контуруються нечітко. Судини ниркового клубочка нерівномірно розширені. Наростала вираженість атрофічних процесів у всіх частинах нефрона. Морфометричні дослідження показали зменшення кількості і об’єму ниркових тілець. i 2 uuuuuuuuuuuiiiaeaeUUUaeUaeaeaeae dha$ - i i Z i 4 ? ? & & AE ?th›?ooeessssEEEEEss1/4ssssssssoo° & F C///essO//ssssssssssssIIe?e¬ `„Aa$ – – `„A oooooooooooooiiaoaaaaiao h~zA:ЕС) превалювали розширені цистерни і канали, на їх мембранах зменшувалась кількість рибосом, спостерігалась трансформація ГЕС в агранулярну. Апарат Гольджі представлений пухирцями, вміст яких середньої електронної щільності. Більша частина мітохондрій гепатоцитів мала просвітлений матрикс, зруйновані кристи, в цитоплазмі виникала значна кількість вакуолей різної величини, між якими розміщені вільні рибосоми і полісоми. Ультраструктурні дослідження гепатоцитів у пізньому періоді кадмієвої інтоксикації вказують на деструкцію мембранних структур гепатоцитів, зокрема, ГЕС, апарату Гольджі, структурних компонентів ядра і мітохондрій. При дослідженні тканин нирок встановлено розвиток атрофічних процесів, які супроводжувались дезінтеграцією цитоплазматичних мембран, звуженням просвіту клубочкових капілярів, набряком цитоплазми. Ядра ендотеліоцитів збільшені в розмірах, спостерігалась трансформація ГЕС в агранулярну, мішечки та пухирці апарату Гольджі розпадаються і місцями редукуються. Мітохондрії набряклі з просвітленим матриксом, відмічалось потовщення базальної мембрани клубочкових капілярів з їх гомогенізацією. З тривалістю інтоксикації дезінтегративні та деструктивні процеси поглиблювались. Отже, вплив іонів кадмію полягав не тільки в метаболічних зсувах в еритроцитах і плазмі крові, але й характеризувався суттєвими структурними змінами в тканинах печінки і нирок. ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ УНІТІОЛУ ЗА ТОКСИЧНОЇ ДІЇ КАДМІЮ Дослідження впливу унітіолу на процеси пероксидного окиснення ліпідів та білків і антиоксидантний захист еритроцитів та плазми крові за умов інтоксикації кадмієм. З огляду на високу токсичність кадмію для живих організмів, важливими є пошуки лікарських засобів, які мають протекторну і антиоксидантну дію. Відомо, що ефективним антидотом такого механізму дії є донатор сульфгідрильних груп унітіол. Проведені нами дослідження впливу унітіолу на процеси пероксидного окиснення ліпідів та білків і антиоксидантний захист еритроцитів та плазми крові за умов інтоксикації кадмієм показали зниження інтенсивності процесів ПОЛ у тварин, які одержували унітіол. Підтвердженням цього є показник SCXЛ плазми крові, який через 28 діб був нижчий на 22%, ніж у тварин. які не одержували унітіол. На 28-му добу інтоксикації кадмієм рівні дієнових кон’югатів і ТБК-активних продуктів у плазмі крові щурів, яким вводили унітіол, були відповідно нижчими на 31 і 34% порівняно з тваринами, що не отримували донатор SH-груп (рис.6). Про протекторний вплив унітіолу за умов інтоксикації іонами кадмію свідчать також результати дослідження жирнокислотного складу ліпідів плазми крові, які вказують на тенденцію до норми вмісту пальмітинової, пальмітоолеїнової, ейкозотрієнової і арахідонової кислот. Порівняльний аналіз спектру жирних кислот ліпідів еритроцитів у тварин, які одержували унітіол за умов кадмієвої інтоксикації, вказує на те, що найбільш істотних змін зазнавав відносний вміст ейкозотрієнової кислоти (знижувався на 24%). Зниження вмісту цієї кислоти служить достатньо важливим аргументом на користь стабілізації жирнокислотного складу ліпідів еритроцитів мембран еритроцитів, які забезпечують їх лабільність та проникність. Результати дослідження рівня 2,4-ДНФ в еритроцитах щурів, які за умов інтоксикації кадмієм одержували унітіол, вказують на значно нижчу інтенсивність процесів ушкодження білків еритроцитів. Через 28 діб експерименту вміст продуктів ОМБ основного характеру знижувався на 15-35%, рівень гідразонів нейтрального характеру відповідно на - 38-41%. При введенні на тлі кадмієвої інтоксикації унітіолу спостерігалась стабілізація білків плазми крові, на що вказує вміст карбонільних похідних основного характеру, рівень яких у пізньому періоді експерименту (28-а доба) наближався до показників інтактних тварин, а нейтрального характеру – знижувався на 11-37%. Такі дані свідчать про зменшення за дії унітіолу деструктивних змін у білкових молекулах не тільки червонокрівців, але й печінки, нирок та інших органів щурів, отруєних кадмієм, і дають підстави стверджувати про нормалізуючий вплив унітіолу на ліпіди та білки еритроцитів, плазми крові та клітин внутрішніх органів. Протекторний вплив унітіолу за кадмієвої інтоксикації спостерігався і стосовно компонентів системи антиоксидантного захисту еритроцитів та плазми крові. Активність каталази еритроцитів мала спрямованість до норми, і на завершення експерименту перевищувала на 38% показники порівнювальної групи щурів. Подібні тенденції відмічалися також стосовно функціонування біохімічної системи „церулоплазмін-трансферин”, які проявлялись зростанням активності ЦП (рис.6) на 59% та нормалізацією показника НТФ, що забезпечує сприятливе середовище для функціонування клітин внутрішніх органів і для клітин крові. Дослідження впливу унітіолу на гематологічні індекси периферичної крові за умов інтоксикації кадмієм. Гематологічні індекси периферичної крові при введенні унітіолу за умов кадмієвої інтоксикації засвідчили зростання числа еритроцитів, спрямованість до норми рівня загального гемоглобіну, числа ретикулоцитів та еритроцитарних індексів порівняно до показників тварин, що не отримували 2,3-димеркаптопропансульфонату. Протективна дія унітіолу підтверджується аналізом кислотних еритрограм, зокрема чітко вираженою тенденцією до норми популяції середньо- і високостійких еритроцитів та клітин підвищеної стійкості; такі зміни свідчать про відновлення мембран еритроцитів під впливом унітіолу. Враховуючи сукупність одержаних даних, можна стверджувати, що введення унітіолу щурам, отруєним хлоридом кадмію, знижує негативний вплив токсиканту на клітини червоної крові, створюючи сприятливі умови для функціонування еритроцитів і гемоглобіну та забезпечення тканин киснем. Дослідження впливу унітіолу на лігандні форми гемоглобіну і кисневу ємність крові за умов кадмієвої інтоксикації. Аналіз лігандних форм гемоглобіну за умов введення унітіолу отруєним кадмієм тваринам, показав зростання на 40% вмісту оксигенованої форми (табл. 2) та суттєве зниження неактивних дериватів; сумарний рівень дисгемоглобінів у пізньому періоді інтоксикації (28-а доба) був нижчий у 3,7 рази. За умов введення унітіолу активність еритроцитарної ЛДГ (рис.3) мала тенденцію до нормалізації, що, у свою чергу, сприяє підтриманню стабільності не тільки еритроцитів, але й клітин внутрішніх органів. Підтвердженням цього слугують результати дослідження активності ЛДГ плазми, яка є чутливим цитоплазматичним індикатором хімічного ураження печінки, нирок, серцевого і скелетних м’язів. У пізньому періоді інтоксикації (21- і 28-а доба) активність цього ферменту також дещо нормалізувалася, що свідчить про зниження токсичного впливу іонів кадмію на внутрішні органи щурів. Стабілізація вмісту лігандних форм гемоглобіну у тварин, отруєних кадмієм, які одержували унітіол, мала сприятливий вплив щодо кисневої ємності крові, яка вже через 7 діб експерименту мала чітку спрямованість до нормалізації. Дослідження впливу унітіолу на гістоструктурні зміни клітин печінки та нирок за умов інтоксикації кадмієм. Гістологічні дослідження тканин печінки за умов корекції кадмієвої інтоксикації унітіолом в ранніх періодах експерименту вказують на чітку наявність проявів інтоксикації, крім вираженого повнокрів’я судин печінки. Із збільшенням тривалості введення унітіолу вираженість некротичних змін гепатоцитів зменшувалася, некрози спостерігалися тільки в окремих часточках. У сусідніх з ними часточках виявлялися гепатоцити із слабобазофільною цитоплазмою і майже повністю відсутніми великими вакуолями. У межах печінкової часточки, в її центрі і на периферії, морфологічні зміни мають однакову спрямованість. Це може бути морфологічним проявом відновлення таких основних функцій печінки, як детоксикаційна і секреторна. Гістологічні дослідження тканин нирок в умовах корекції отруєння кадмієм дією унітіолу дозволили встановити, що в ранньому періоді інтоксикації в кірковій і мозковій речовині повнокрів’я виражене в меншій мірі, порівняно з 1-ю добою інтоксикації. Процес поліпшення стану гістоструктур нирки спостерігали на 14-у добу досліду, про що свідчив об’єм ниркового тільця, який зростав на 14,2%. При якісній оцінці спостерігалась велика кількість гіпертрофованих ниркових тілець, кількість яких залишалася стабільною величиною від 1- до 14-ї доби досліду. У процесі тривалого введення унітіолу більшість ниркових тілець відновлювала свою морфологічну будову. Таким чином, за умов корекції кадмієвої інтоксикації унітіолом відбуваються компенсаторно-пристосувальні процеси, які сприяють нормалізації морфо-функціонального стану печінки та нирок, що підтверджується гістологічними дослідження морфологічних структур цих органів. Дослідження впливу унітіолу на ультраструктурні зміни клітин печінки та нирок за умов кадмієвої інтоксикації. Дослідження гепатоцитів тварин, які в процесі інтоксикації кадмієм одержували унітіол, дозволили в ранньому періоді експерименту встановити зміну форми і субмікроскопічної будови енергетичних та біосинтетичних апаратів. Спостерігалась зміна конфігурації зовнішнього рельєфу гепатоцитів, ядра яких мали округлу форму, гранули хроматину були розсіяні по всій нуклеоплазмі, нуклеолема не утворювала випинань і вдавлень. Структурні елементи ЕС та АГ були розширеними та дещо гіпертрофованими. Електронномікроскопічні дослідження гепатоцитів через 28 діб введення унітіолу на тлі інтоксикації хлоридом кадмію вказують на відновлення субклітинної структури гепатоцитів майже до нормального рівня. Поряд з відновленими гепатоцитами і печінковими клітинами, в яких виражена гіпертрофія внутрішньої структури, зустрічалися деструктивно змінені гепатоцити, особливо в центрі печінкової дольки. У клітинах та неклітинних структурах фільтраційного та реабсорбційного фільтрів нирок тварин, які в процесі інтоксикації кадмієм одержували унітіол, спостерігалися явища як виражених деструктивних змін, так і компенсаторно-пристосувальні процеси. Через 28 діб у цій групі тварин ультрамікроскопічними дослідженнями встановлено, що більшість компонентів фільтраційного бар’єру наближались до норми. Однак, зберігались окремі вогнища в кірковій речовині, які носили незворотній характер, тобто морфологічно наступали виражені деструктивні зміни внутрішньоклітинних структур і ядерного апарату. У реабсорбційному бар’єрі поряд з нормальними клітинами в проксимальних і дистальних частинах звивистих канальців спостерігались клітини в яких виражена функціональна напруга. Отже, результати проведеного ультраструктурного дослідження тканин нирок вказують, що за умов корекції кадмієвої інтоксикації унітіолом, спостерігається тенденція до нормалізації компонентів фільтраційного та реабсорбційного бар’єрів. Таким чином, дослідження впливу унітіолу на структурно-функціональний стан еритроцитів при інтоксикації кадмієм, дозволили встановити захисний вплив унітолу відносно еритроцитів отруєних тварин, що, у свою чергу, зменшувало морфологічні прояви гіпоксичних порушень у внутрішніх органах, сприяючи нормалізації морфо-функціонального стану печінки та нирок. ВИВЧЕННЯ ВПЛИВУ СЕЛЕНІТУ НАТРІЮ ЗА ТОКСИЧНОЇ ДІЇ КАДМІЮ Вивчення впливу селеніту натрію на процеси пероксидного окиснення ліпідів та білків і антиоксидантну активність еритроцитів та плазми крові за умов інтоксикації кадмієм. Введення щурам за умов кадмієвої інтоксикації селеніту натрію призводило до значного зниження інтенсивності процесів пероксидації ліпідів, про що свідчить показник SСХЛ, який з першої доби корекції знижувався на 8% і через 28 діб був нижчим за показники отруєних кадмієм тварин на 34%. Рівень дієнових кон’югатів і ТБК-активних продуктів (рис.5) у плазмі крові тварин, що отримували селеніт натрію, був також нижчим порівняно із щурами, яким не вводили препарат селену, протягом всього періоду спостережень. Значне зниження вмісту продуктів ПОЛ має важливе значення, оскільки вагомою є роль цих речовин у модифікаційних процесах білкової компоненти. Результати дослідження інтенсивності процесів ОМБ плазми крові щурів за умов дії селеніту натрію при інтоксикації кадмієм вказують на суттєве зниження вмісту альдегідо- і кетонопохідних нейтрального характеру в середньому на 39%. Подібна тенденція спостерігалась стосовно рівня 2,4 - ДНФ основного характеру. Такі дані свідчать про зменшення деструктивних процесів у білкових молекулах плазми крові, що відіграє важливу роль у стабілізації середовища існування як еритроцитів, так і внутрішніх органів тварин за умов введення селеніту натрію. Рівень альдегідо- і кетонопохідних як нейтрального, так і основного характеру в еритроцитах тварин цієї групи, мав чітку спрямованість до норми. Зниження вмісту продуктів ПОЛ і ОМБ вказує на меншу інтенсивність процесів окиснювального пошкодження ліпідів та білків і стабілізацію прооксидантно - антиоксидантної рівноваги при введенні селеніту натрію Підтвердженням цього слугує висока активність церулоплазміну (рис.6) і насиченість трансферину, які в середньому на 43% були вищими, ніж у тварин, які не одержували селеніту. Активність каталази еритроцитів істотно зростала, і через 28 діб експерименту в 1,5 рази перевищувала показники щурів за умов кадмієвої інтоксикації. Стабілізація прооксидантно - антиоксидантної рівноваги має вагомий вплив на функціонування еритроцитів, що підтверджують показники периферичної ланки еритрону у тварин, яким вводили селеніт натрію. Вивчення впливу селеніту натрію на гематологічні індекси периферичної крові за умов інтоксикації кадмієм. Вивчення впливу селеніту натрію дозволяє стверджувати, що застосування цього препарату має позитивний вплив на периферичну ланку еритрону при кадмієвій інтоксикації, оскільки вже з раннього періоду експерименту число еритроцитів і рівень загального гемоглобіну зазнають менших змін. У пізні періоди дослідження ці показники мали чітко виражену тенденцію до норми. Аналогічна спрямованість змін спостерігалась стосовно рівня загального гемоглобіну, числа ретикулоцитів, еритроцитарних індексів. Такі дані разом з результатами дослідження параметрів кислотних еритрограм щурів, які одержували селеніт натрію за інтоксикації кадмієм, вказують на стабілізацію еритроцитарної мембрани. Рівень низько- і середньостійких еритроцитів у циркулюючій популяції клітин перевищував показники тварин протягом всього експерименту і на 28-у добу відповідно був вищим на 54% і 20%. Поряд з цим вміст клітин з підвищеною стійкістю і високостійких не зазнавав вагомих змін у порівнянні до інтактних тварин. Вивчення впливу селеніту натрію на лігандні форми гемоглобіну та кисневу ємність крові за умов кадмієвої інтоксикації. Дослідження лігандів гемоглобіну (табл. 2) засвідчило, що під впливом селенітової корекції значно зростав рівень оксигенованої форми гемоглобіну, який на 28-у добу відповідав показникам інтактних тварин і становив 91% від загального гемоглобіну. На фоні підвищення рівня загального гемоглобіну і оксигемоглобіну в цій групі тварин спостерігалась чітка тенденція до зниження вмісту MtHb і SHb, які в пізньому періоді експерименту перебували в межах норми, вміст dysHb з тривалістю корекції знижувався у 2,7 рази. Тенденція до нормалізації в лігандному спектрі гемоглобіну сприяла підвищення кисневої ємності крові тварин, починаючи з 7-ї доби на 8% з наступним підвищенням до показників інтактних тварин. Сукупність одержаних даних дозволяє стверджувати про захисний вплив селеніту натрію стосовно еритроцитів і гемоглобіну за умов кадмієвої інтоксикації, що в свою чергу зумовлює підтримання кисневого гомеостазу і попереджує розвиток тканинної гіпоксії. Вивчення впливу селеніту натрію на гістоструктурні зміни клітин печінки та нирок за умов інтоксикації кадмієм. Гістологічні дослідження тканин печінки в ранньому періоді селенітової корекції дозволили встановити патоморфологічні зміни, які проявлялись розширенням синусоїдних гемокапілярів, але без проявів повнокрів’я. Гепатоцити мали дрібну зернистість у цитоплазмі, яка вказує на білкову дистрофію, окремі гепатоцити перебували в стані дрібновакуольної дистрофії. Стан гепатоцитів виявляє гетерогенність у різних часточках і в різних зонах однієї і тієї ж часточки. З тривалістю дії селеніту натрію стан гепатоцитів в отруєних кадмієм тварин поліпшувався, що проявлялось відсутністю гепатоцитів з ознаками некрозу і некробіозу, зменшенням кількості гепатоцитів з дрібновакуольною дистрофією, появою двох’ядерних гепатоцитів. Гістологічні дослідження тканин нирок показали, що в ранньому періоді у кірковій і мозковій речовині не виявляється повнокрів’я дрібних кровоносних судин. Розширеними залишаються крупні судини – полярні, міжчасточкові, дугоподібні. Діаметр міжчасточкових артерій, приносних і виносних судин ниркового тільця нормалізується. У динаміці експерименту від 14-ї до 21-ї доби у нирці розширеними залишаються лише окремі міжчасткові і дугоподібні артерії. Ниркові тільця в більшості мали округлу форму, просвіт капсули ниркових тілець не прослідковується, зморщені ниркові тільця не спостерігалися. Стінка проксимальних канальців нефрону мала звичайний вигляд, їх структура нагадувала таку за умов норми. Однак, залишаються дистрофічні зміни епітеліоцитів окремих дистальних канальців. Просвіт таких канальців має форму вузької щілини. Таким чином, за умов дії селеніту натрію при кадмієвій інтоксикації, виявляються морфологічні ознаки поліпшення стану структур ниркового тільця і канальців нефрону, стабілізація їх морфометричних показників. Ці зміни більш динамічні щодо об’єму ниркового тільця та його судинного клубочка і більш постійні щодо ниркових тілець. Вивчення впливу селеніту натрію на ультраструктурні зміни клітин печінки та нирок за умов кадмієвої інтоксикації. Електронномікроскопічні дослідження структури гепатоцитів та їх компонентів за умов введення селеніту натрію отруєним кадмієм тваринам, вказують на те, що в ранньому періоді експерименту ядра гепатоцитів збільшені в розмірах. Спостерігалось зменшення кількості гранул хроматину в його центральній частині, контури ядра гладкі, перинуклеарний простір слабо виявляється, мітохондрії печінкових клітин мали різну ультраструктуру. У ГЕС відмічалась фрагментація та розширення її цистерн, АГ характеризується розширенням і фрагментацією цистерн з появою вмісту середньої електронної щільності. У пізньому періоді дослідження ядра у більшості гепатоцитів мали овальну форму, в нуклеоплазмі гранули хроматину розміщувались рівномірно, ядерна оболонка тісно зв’язана з ГЕС, яка має форму канальців на мембранах яких рівномірно розміщені рибосоми. Мітохондрії чітко обмежені мембранами і зберігали правильне розміщення крист. Поряд з цим, у деяких гепатоцитів відмічались субмікроскопічні зміни, які акцентують увагу на перенесену інтоксикацію кадмієм. Електронномікроскопічні дослідження тканин нирок при введенні отруєним тваринам селеніту натрію показали, що в компонентах фільтраційного бар’єру через 7 діб інтоксикації спостерігалась картина подібна до змін, які відмічали за дії іонів кадмію. Поряд з тим, зустрічались ендотеліоцити з підвищеним нуклеопротеїновим синтезом, про що засвідчує осмієфільність нуклеоплазми внаслідок збільшення гранул, розширення цистерн ГЕС на мембранах якої збільшується кількість гранул рибосом, спостерігається активація АГ. Ядра великих розмірів з чіткими ядерцями. Ультраструктурне дослідження фільтраційного бар’єру клубочкових капілярів на завершення експерименту (через 28 діб) дозволило встановити повне відновлення як структурних, так і не структурних компонентів. Спостерігались відновні процеси в реабсорбційному бар’єрі, які наближені до норми. Поряд з цим, слід підкреслити, що в окремих ділянках кіркової речовини як у ниркових тільцях, так і звивистих канальцях проксимальної частини відмічалися явища перенесеної інтоксикації, яка привела до незворотних змін у фільтраційно-реабсорбційному бар’єрі. Таким чином, проведені нами дослідження вказують, що введення селеніту натрію за умов кадмієвої інтоксикації поліпшує ультраструктурну організацію і стан гістоструктур печінки, має нормалізуючий вплив на структурні компоненти фільтраційного і реабсорбційного бар’єру нирок, що підтверджується електронномікроскопічними та гістологічними дослідженнями тканин нирок. Аналізуючи сукупність одержаних даних за умов експериментальної кадмієвої інтоксикації, можна вважати, що провідною ланкою в механізмі токсичної дії іонів кадмію є біохімічні механізми, які спричиняють розвиток оксидативного стресу через порушення структурно-функціонального стану еритроцитів і гемоглобіну, що призводить до розвитку комбінованої гемічної і тканинної гіпоксії і деструктивних процесів у внутрішніх органах. Спираючись на одержані дані, ми розробили концептуальну модель токсичної дії іонів кадмію, основні положення якої наведені нижче і пояснюють послідовність первинних реакцій, що лежать в основі механізмів токсичного впливу кадмію (рис. 7): іони кадмію здатні зв’язуватись з поверхневими SH-групами білків мембран і строми еритроцитів, зумовлюючи порушення їх структури і ферментативної активності; накопичуючись в еритроцитах, іони Cd2+ зв’язуються з SH-групами глобінового компоненту гемоглобіну і дестабілізують структуру гемоглобіну, що зумовлює доступність гема і порушення його структури, внаслідок чого відбувається незворотне ушкодження гемоглобіну, підтвердженням чого є високий рівень сульфгемоглобіну; порушення процесу відновлення метгемоглобіну спричинює генерацію активних форм кисню, що зумовлюють окиснювальну модифікацію білків, порушення жирнокислотного складу фосфоліпідів, активацію пероксидного окиснення ліпідів, розвиток оксидативного стресу; порушення стабільності мембран еритроцитів і клітин внутрішніх органів; деструктивні процеси в молекулі гемоглобіну, зміни лігандного спектру цього гемопротеїну, які супроводжуються накопиченням його неактивних дериватів, приводять до порушення кисневої ємності крові і розвитку гемічної гіпоксії; конкурентна дія іонів кадмію стосовно іонів заліза, порушення функціонування системи „церулоплазмін-трансферин” призводить до утворення пулу вільного заліза, що виступає ініціатором вільнорадикальних процесів в еритроцитах, плазмі крові та клітинах внутрішніх органів; висока інтенсивність процесів пероксидного пошкодження ліпідів та білків еритроцитів та плазми крові, недостатня активність антирадикального захисту еритроцитів і антиоксидантної системи плазми крові зумовлює деструктивні зміни клітин печінки та нирок. Таким чином, проведені нами дослідження дозволили сформулювати концепцію впливу кадмію на живі організми через порушення структури і функцій еритроцитів та лігандних форм гемоглобіну, які супроводжують розвиток кадмієвої інтоксикації. Рис. 7. Біохімічні механізми цитотоксичної дії іонів кадмію ВИСНОВКИ У дисертаційній роботі вивчено біохімічні механізми пошкодження еритроцитів за умов інтоксикації експериментальних тварин іонами кадмію і обґрунтовано сучасну концепцію розвитку кадмієвої інтоксикації та доцільності використання за умов отруєння кадмієм препаратів антиоксидантної дії. Одноразове та багаторазове (десятиденне) введення щурам кадмію хлориду в дозах 12 мг/кг та 1,2 мг/кг маси відповідно, призводять до глибоких біохімічних порушень в еритроцитах, змін у співвідношенні лігандних форм гемоглобіну, пошкодження мембранних структур внутрішніх органів та розвитку явищ внутрішньоклітинного оксидативного стресу як механізмів комбінованої гемічної та тканинної гіпоксії при інтоксикації кадмієм. Пошкодження в системі еритрону за умов токсичної дії іонів кадмію проявляються суттєвими змінами показників еритрограми, еритроцитарних індексів, зниженням рівня загального гемоглобіну і зростанням числа ретикулоцитів у процесі багаторазової (на 36%) та одноразової (на 57%) інтоксикації. У периферичній крові щурів спостерігається також „омолодження” еритроцитарної популяції, що виражається зростанням рівня високостійких до кислотного гемолізу клітин на 35% (багаторазова інтоксикація) і 43% (одноразова інтоксикація). Зміни у співвідношенні лігандних форм гемоглобіну за кадмієвої інтоксикації, максимуми яких спостерігаються через 24 год при одноразовому та через 28 діб при багаторазовому введенні хлориду кадмію, характеризуються зниженням рівня оксигенованої форми гемопротеїну з підвищенням вмісту неактивних дериватів: метгемоглобіну, сульфгемоглобіну та сумарного рівня дисгемоглобінів (на 32 % і 24% відповідно), що зумовлює зниження кисневої ємності крові тварин і лежить в основі розвитку гемічної гіпоксії. Інтоксикація іонами кадмію призводить до порушення активності лактатдегідрогенази еритроцитів та зниження інтенсивності генерації відновленого НАД, що спричинює порушення інтенсивності процесу відновлення гемоглобіну і сприяє накопиченню в еритроцитах активних форм кисню. Зазначені зміни являють собою один із ключових механізмів розвитку оксидативного стресу за умов інтоксикації кадмієм. В результаті одноразового та багаторазового введення щурам іонів кадмію спостерігаються суттєве збільшення вмісту первинних та вторинних продуктів ліпопероксидації (дієнових кон’югатів та ТБК-активних продуктів) та розвиток явищ перекисної модифікації жирнокислотного складу тканинних ліпідів, а саме зниженням рівня арахідонової (С20:4 ) – на 44%, та ейкозотрієнової (С20:3) кислот – на 35% у складі ліпідів плазми крові. У жирнокислотному спектрі ліпідів еритроцитів вміст олеїнової (С18:1) кислоти знижувався на 32%, арахідонової – на 22% з одночасним зростанням ейкозотрієнової кислоти – на 81%, що свідчить про істотне порушення ліпідного складу біомембран. Окиснювальна модифікація білків еритроцитів та плазми крові, що відбувається за умов одноразового та багаторазового введення хлориду кадмію, призводить до накопичення карбонільних похідних нейтрального та основного характеру, рівень яких в еритроцитах зростає за умов гострої інтоксикації в 5-6 разів, а основного характеру відповідно в – 4-7 разів. Однонапрямлений характер змін продуктів ОМБ спостерігався в еритроцитах та плазмі крові за умов повторного введення іонів кадмію. Зазначені зміни в ОМБ можуть слугувати біохімічним механізмом порушення їх структурної, ферментативної та кисневотранспортної функцій білків за інтоксикації кадмієм. Інтоксикація щурів іонами кадмію спричинює фазові зміни в активності церулоплазміну плазми крові як біохімічного механізму регуляції насиченості трансферину іонами заліза та співвідношення Fe2+/Fe3+. У період максимальної активації процесів вільнорадикального окиснення за отруєння кадмієм відбувається зменшення активності церулоплазміну і каталази еритроцитів, що призводить до зменшення насиченості трансферину, сприяє накопиченню іонів Fe2+ та активних форм кисню у тканинах. Морфологічні порушення за умов інтоксикації щурів іонами кадмію проявляються розвитком токсичного ураження клітин печінки з руйнуванням мембранних структур, білоксинтезуючого та ядерного апарату гепатоцитів, пошкодженням фільтраційного і реабсорбційного відділів нирок, зменшенням кількості і об’єму ниркових тілець. Деструктивні зміни в мітохондріях виступають як ультраструктурні прояви порушень біоенергетичного апарату та розвитку вторинної тканинної гіпоксії за токсичної дії кадмію. Унітіол (2,3-димеркаптопропансульфонат натрію) та селеніт натрію здійснюють протекторну дію стосовно біохімічних та морфологічних порушень, що розвиваються за експериментальної інтоксикації кадмієм. Протекторний вплив унітіолу та селеніту натрію є пов’язаним із нормалізуючим впливом на процеси ліпопероксидації, ОМБ та стан антиоксидантних систем клітин, що, у свою чергу, є біохімічною основою зростання рівня оксигенованого гемоглобіну, зниження дисгемоглобінів, підвищення кисневої ємності крові, нормалізації показників периферичної ланки еритрону. Отримані результати свідчать про можливість застосування препаратів антиоксидантної дії з метою нормалізації порушених метаболічних процесів за токсичної дії важких металів, зокрема іонів кадмію. Список основних праць, опублікованих за темою дисертації Ерстенюк Г.М., Клименко А.О., Остапяк І.М. Стан антиоксидної системи щурів у процесі гострої кадмієвої інтоксикації // Медична хімія. – 2000. – Т.2, №2. – С. 47 - 49 (Дисертантом проведено експериментальні дослідження активності каталази еритроцитів, церулоплазміну, насиченості трансферину, вмісту метгемоглобіну, аналіз і узагальнення результатів, написано текст статті). Дєльцова О.І., Ерстенюк Г.М., Назарук Р.М., Грищук М.І. Гістоструктурні зміни деяких внутрішніх органів за умов кадмієвої інтоксикації // Галицький лікарський вісник. – 2001. – Т.8, №2. –С. 31-33 (Дисертанту належить розробка робочої схеми експерименту, проведено експериментальні дослідження тканин нирок та печінки). Ерстенюк Г.М., Дєльцова О.І. Морфологічна перебудова нирки за умов корекції кадмієвої інтоксикації унітіолом // Галицький лікарський вісник. – 2002. – Т.9, №2. – С. 31-32 (Дисертантом проведено експериментальні дослідження, аналіз і узагальнення результатів дослідження, написано текст статті). Ерстенюк Г.М. Вплив хлориду кадмію на систему еритрону // Експериментальна фізіологія та біохімія. - 2002. - №2. – С. 25-29. Губський Ю.І., Ерстенюк Г.М. Вивчення компонентів системи гемоглобіну та антиоксидантних ферментів за кадмієвої інтоксикації // Укр. біохім. журнал – 2002. – Т.74, №5. – С. 124-127. (Дисертантом проведено експериментальні дослідження лігандних форм гемоглобіну і активності антиоксидантних ферментів, аналіз і узагальнення результатів дослідження, написано текст статті). Нейко Є.М., Губський Ю.І., Ерстенюк Г.М. Інтоксикація кадмієм: токсикокінетика і механізм біоцидних ефектів // Журн. АМН України. - 2003. – Т.9, №2. – С. 250-261. (Дисертантом проведено літературний пошук, експериментальні дослідження системи еритрону і гемоглобіну, аналіз і узагальнення результатів дослідження, написано текст статті). Губський Ю.І., Ерстенюк Г.М. Система "лактатдегідрогеназа-метгемоглобін" та окиснювальна модифікація білків еритроцитів за умов кадмієвої інтоксикації // Мед. хімія. - 2003. – Т.5, №1. – С. 9-12. (Дисертантом проведено експериментальні дослідження, аналіз і узагальнення результатів дослідження, написано текст статті ). Губський Ю.І., Ерстенюк Г.М., Брюзгіна Т.С., Задоріна О.В. Жирнокислотний склад ліпідів еритроцитів і плазми крові за умов кадмієвої інтоксикації та при корекції унітіолом // Укр. біохім. журнал – 2003. – Т.75, №5. – С.103-105. (Дисертантом проведено експериментальні дослідження, аналіз і узагальнення результатів дослідження, написано текст статті ). Ерстенюк Г.М., Дєльцова О.І. Селенова корекція кадмієвої інтоксикації // Гігієна населених місць. – Київ. - 2003. – вип.41. – С. 103-106. (Дисертанту належить постановка експерименту, дані щодо активності церулоплазміну, аналіз і узагальнення результатів дослідження, текст статті ). Ерстенюк Г.М. Вплив селену та унітіолу на активність церулоплазміну і насиченість трансферину залізом сироватки крові щурів за умов кадмієвої інтоксикації // Вісник проблем біології і медицини. – 2003. – вип.5. - С.20-22. Ерстенюк Г.М. Окиснювальні модифікації білків та ліпідів за умов кадміозу і корекція їх унітіолом // Современные проблемы токсикологии. – 2003. - №4. – С.70-73. Ерстенюк Г.М. Динаміка змін оксигемоглобіну у щурів при введенні хлориду кадмію // Мед. хімія . -2003. –Т.5, №4. - С.23-26. Ерстенюк Г.М. Активність деяких металоферментів при кадмієвій інтоксикації // Наукові записки ТДПУ. Серія Біологія -2003. – №3-4. –С. 88-91. Назарук Р.М., Ерстенюк Г.М. Вплив "ВИСОКОЯКІСНОГО КОМПЛЕКСУ КАЛЬЦІЮ" на деякі метаболічні показники за умов кадмієвої інтоксикації// Проблеми екології та медицини. - 2003. - Т.7, №5-6. – С. 6-8. (Дисертанту належить постановка експерименту, дані щодо кислотних еритрограм тварин, аналіз і узагальнення результатів дослідження). Губський Ю.І., Ерстенюк Г.М. Стан еритроцитарних мембран при корекції кадмієвої інтоксикації унітіолом // Досягнення біології та медицини. - 2004. - №1(3). – С. 64-67 (Дисертантом проведено експериментальні дослідження кислотної резистентності і жирнокислотного складу мембран еритроцитів, аналіз і узагальнення результатів дослідження, написано текст статті ). Ерстенюк Г.М., Губський Ю.І. Унітіол: вплив на червону кров і рівень оксигемоглобіну за умов кадмієвої інтоксикації // Современные проблемы токсикологии. – 2004. - №2 – С. 30 – 32 (Дисертантом проведено експериментальні дослідження, одержано дані стосовно показників системи еритрону і рівня оксигемоглобіну, проведено аналіз і узагальнення результатів дослідження, написано текст статті ). Ерстенюк Г.М., Дєльцова О.І. Морфологія печінки при кадмієвій інтоксикації та корекції унітіолом // Вісник морфології. – 2004.- №1. - С. 74-76. (Дисертанту належить постановка експерименту, написання тексту статті). Ерстенюк Г.М. Вплив селену на деякі метаболічні процеси в еритроциті при кадмієвій інтоксикації // Лікарська справа. – 2004. – №2. - С.65-68. Ерстенюк Г.М., Шутка Б.В.Ультрамікроскопічне дослідження нирок за умов корекції кадмієвої інтоксикації селеном //Вісник морфології. – 2004. - №2. – С. 54-57. (Дисертанту належить проведення експериментальних досліджень, написання тексту статті). Ерстенюк Г.М., Шутка Б.В.Ультрамікроскопічне дослідження печінки за умов корекції кадмієвої інтоксикації селеном // Вісник проблем біології і медицини. – 2004. – вип.4. – С. 80-84. (Дисертанту належить проведення експериментальних досліджень, написання тексту статті). Ерстенюк Г.М. Кисневотранспортна функція крові за умов інтоксикації кадмієм // Вісник Львівського університету. Серія: Біологія. – 2004. - вип.37. - С. 72-76. Ерстенюк Г.М. Стан лігандних форм гемоглобіну щурів за умов кадмієвої інтоксикації // Мед. хімія. – 2004. – Т.6, № 3.- С.101-103. Ю. І. Губський, Г. М. Ерстенюк, Т. С. Брюзгіна, О.В. Задоріна Окиснювальна модифікація білків та жирнокислотний склад плазми крові за умов інтоксикації кадмієм // Наукові записки ТДПУ. Серія Біологія – 2004. - №2. - С. 10-13 (Дисертанту належить розробка робочої схеми експерименту, дані щодо окиснювальних модифікацій білків, аналіз і узагальнення результатів дослідження, текст статті ). Бабенко Г.О., Ерстенюк Г.М. Вплив токсичних концентрацій кадмію на гемопоез // Матер.7 Українського біохімічного з’їзду. – Київ. - 1997. – С. 104-105 (Дисертантом проведено експериментальні дослідження показників периферичної крові, аналіз результатів дослідження, написано текст). Ерстенюк Г.М. Вплив унітіолу на систему еритрону в процесі кадмієвого токсикозу // Матер. 1 з’їзду Токсикологів України. – Київ. – 2001. - С.19-20. Дєльцова О.І., Ерстенюк Г.М., Назарук Р.М., Грищук М.І. Гістоструктурні зміни деяких внутрішніх органів за умов кадмієвого токсикозу // Матер. 1 з’їзду Токсикологів України. – Київ. - 2001. – С.24 (Дисертанту належить розробка робочої схеми експерименту, проведено експериментальні дослідження тканин печінки і нирок). Ерстенюк Г.М. Вплив селену на систему еритрону в процесі кадмієвого токсикозу // Ліки-людині , Харків. – 2001. - С.6-8. Ерстенюк Г.М. Динаміка змін метгемоглобіну в процесі кадмієвої інтоксикації //Тези доп. науково-практичної конференції "Організація токсикологічної допомоги в Україні". – Київ. – 2002. - С.75. Дєльцова О.І., Ерстенюк Г.М., Назарук Р.М., Грищук М.І. Вплив унітіолу на процеси пероксидного окиснення і ступінь антиоксидантного захисту за кадмієвої інтоксикації //Матеріали 8 Українського біохімічного з’їзду. – Чернівці. - 2002. – С.219-220 (Дисертантом проведено експериментальні дослідження, аналіз і узагальнення результатів дослідження, написано текст ). Ерстенюк Г.М. Вплив селену на систему гемоглобіну за кадмієвої інтоксикації // Матеріали 8 Українського біохімічного з’їзду. – Чернівці. – 2002. - С.221. Дєльцова О.І., Грищук М.І., Ерстенюк Г.М., Назарук Р.М. Динаміка морфоструктурних змін органів шлунково-кишкового тракту за умов впливу токсикантів-забруднювачів довкілля // Наукові праці 3 Національного Конгресу анатомів, гістологів, ембріологів і топографоанатомів України. – Київ. - 2002. – С. 97-98. (Дисертантом проведено експериментальні дослідження тканин печінки і нирок). Ерстенюк Г.М. До механізму оксидативного стресу за умов інтоксикації кадмієм // Матеріали з’їзду Українського Товариства клітинної біології. – Львів. – 2004. - С.67. АНОТАЦІЯ Ерстенюк Г.М. Біохімічні механізми пошкодження еритроцитів за умов експериментальної інтоксикації кадмієм. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 14.01.32 – медична біохімія. – Національний медичний університет імені О.О.Богомольця, Київ, 2004. Дисертація присвячена вивченню біохімічних механізмів пошкодження еритроцитів при дії іонів кадмію в експериментальних тварин. Встановлено, що одноразове та багаторазове (десятиденне) введення щурам кадмію хлориду в дозах 12 мг/кг та 1,2 мг/кг маси відповідно, призводить до глибоких біохімічних порушень в еритроцитах, які супроводжуються змінами лігандних форм гемоглобіну, кисневої ємності крові, розвитком оксидативного стресу. Показано, що, за умов інтоксикації іонами кадмію, відбуваються суттєві зміни ліпопротеїнових комплексів еритроцитів і плазми крові, активація процесів пероксидації ліпідів та окиснювального ушкодження білків, порушення прооксидантно-антиоксидантної рівноваги. Встановлено, що розвиток комбінованої гемічної та тканинної гіпоксії при дії іонів кадмію призводить до порушень гісто- й ультраструктури внутрішніх органів. Морфологічні зміни тканин печінки проявлялись руйнуванням мембранних структур, деструктивними змінами гранулярної ендоплазматичної сітки, апарату Гольджі, ядра, мітохондрій гепатоцитів, порушенням фільтраційного й реабсорбційного відділів нирок. Створено концептуальну модель первинних біохімічних механізмів пошкоджуючої дії іонів кадмію. Обґрунтовано доцільність використання унітіолу та селеніту натрію з метою корекції порушень метаболізму за кадмієвої інтоксикації. Ключові слова: кадмієва інтоксикація, біохімічні механізми, еритроцити, лігандні форми гемоглобіну, оксигемоглобін, метгемоглобін, сульфгемоглобін, корекція, унітіол, селеніт натрію. АННОТАЦИЯ Эрстенюк А.М. Биохимические механизмы повреждения эритроцитов при экспериментальной интоксикации кадмием. – Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 14.01.32 –медицинская биохимия. – Национальный медицинский университет им. О.О.Богомольца, Киев, 2004. Диссертация посвящена изучению биохимических механизмов повреждения эритроцитов под влиянием ионов кадмия в экспериментальных животных. В условиях однократного и многократного (на протяжении 10 дней) введения животным хлорида кадмия в дозах 12 мг/кг и 1,2 мг/кг массы соответственно, установлено глубокие биохимические нарушения в эритроцитах, изменения лигандных форм гемоглобина, периферическом звене эритрона. Показано, что в процессе развития кадмиевой интоксикации существенно снижается уровень оксигенированной формы гемоглобина на фоне повышения неактивных лигандов: метгемоглобина, сульфгемоглобина и суммарного уровня дисгемоглобинов. Такие изменения в лигандном спектре гемоглобина приводят к нарушению кислородной емкости крови и развитию гемической гипоксии. Недостаточная активность процессов восстановления метгемоглобина приводит к накоплению активных форм кислорода в эритроцитах и развитию оксидативного стресса. Деструкция молекул гемоглобина сопровождается образованием сульфгемоглобина и свободных ионов железа, которые выступают мощными инициаторами свободнорадикальных процессов. Установлено, что при интоксикации кадмием наблюдаются существенные изменения липидов и белков эритроцитов и плазмы крови, активация ПОЛ и окислительные модификации белков, нарушение прооксидантно-антиоксидантного равновесия. Показано, что кадмиевая интоксикация сопровождается дестабилизацией мембран эритроцитов и эритроцитарных индексов. Нарушение кислородтранспортной функции гемоглобина и развитие комбинированной гемической и тканевой гипоксии при интоксикации кадмием оказывает существенное влияние на гисто- и ультраструктурную организацию внутренних органов экспериментальных животных. В печени наблюдались деструктивные изменения мембранных структур, компонентов гранулярной эндоплазматической сети, аппарату Гольджи, митохондрий, ядра, нарушения фильтрационного и реабсорбционного отделов почек. На основании полученных данных создана концептуальная модель первичных биохимических механизмов токсического влияния кадмия в основе которой лежит повреждение эритроцитов, нарушения лигандных форм гемоглобина, развитие оксидативного стресса и гемической гипоксии. Введение унитиола уменьшало развитие оксидативного стресса у животных при кадмиевой интоксикации, накопление продуктов ПОЛ, способствовало стабилизации мембран эритроцитов и лигандов гемоглобина. Унитиоловая коррекция уменьшала деструктивные изменения в печени и почках при кадмиевой интоксикации. Введение селенита натрия способствовало уменьшению содержания диеновых коньюгатов, ТБК-активных продуктов, активации каталазы, оказывало стимулирующее влияние на функционирование системы “церулоплазмин-трансферрин”. Селенитовая коррекция оказывала стабилизирующее влияние на липиды и белки эритроцитов и плазмы крови, мембрану эритроцитов, лигандные формы гемоглобина, повышала кислородную емкость крови, стимулировала компенсаторные процессы в тканях печени и почек. Полученные результаты позволяют рекомендовать унитиол и селенит натрия для коррекции метаболических нарушений, обусловленных кадмием. Ключевые слова: кадмиевая интоксикация, биохимические механизмы, эритроциты, лигандные формы гемоглобина, оксигемоглобин, метгемоглобин, сульфгемоглобин, коррекция, унитиол, селенит натрия. SYNOPSIS Ersteniuk H. M. Biochemical mechanisms of the erythrocytes damage in the conditions of experimental cadmium intoxication. – Manuscript. Thesis for the scientific degree of a Doctor of Biological Sciences in speciality 14.01.32 – Medical Biochemistry. National Medical University named after O.O. Bogomolets, Kyiv, 2004. The dissertation deals with the study of biochemical mechanisms of the erythrocytes damage under the influence of cadmium ions in the experimental animals. Acute and long-term cadmium intoxication has been established to cause grave biochemical disturbances in erythrocytes accompanied by the changes of hemoglobin ligand forms, oxygen capacity and oxidative stress development. It has been determined that considerable changes of lipoprotein complexes of the erythrocytes and blood plasma activation of both lipid peroxidation processes and oxidation damage of protein – antioxidant balance occur under cadmium intoxication. It has been shown that the development of combined hemic and tissue hypoxia under the influence of cadmium ions leads to the disorders of histostructure and ultrastructure of the inner organs. Morphologic changes of the liver tissues manifested themselves by ruining of membrane structures, proteinsynthesizing, energy and hereditary apparatuses of the hepatocytes, by the disorders of filtration and reabsorption parts of the kidneys. Conceptual model of the primary biochemical mechanisms of the damaging effect of cadmium ions been created. The use of pharmacological preparations of antioxidant action (Unitiol, Selenium) has been substantiated for the correction of metabolism disturbances resulted from cadmium intoxication. Key words: cadmium intoxication, biochemical mechanisms, erythrocytes, ligand forms of hemoglobin, oxyhemoglobin, methemoglobin, sulfhemoglobin, correction, Unitiol, Selenium. PAGE 35 % год % доба

Похожие записи