Роль нарушения метаболизма пуринов в повреждении кардиомиоцитов крыс при физических нагрузках

МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012

ной ЭКГ, что позволяет проводить анализ данных и постановку диагноза любому врачу-кардиологу.

3. Осуществляется регистрация дополнительных каналов состояния человека — реограммы прекарди-альной области и трансторакального импеданса, что значительно увеличивает информативность и достоверность диагностики прибора.

4. Осуществляется анализ регистрируемой информации для обнаружения опасных для здоровья состояний и производится оповещение как самого человека, так и оператора пульта мониторинга при возникновении такого состояния, что уменьшает риск осложнений заболеваний и число летальных исходов.

Возможно использование предлагаемого прибора как амбулаторно, так и в условиях стационара, в том числе при проведении операций на внутренних органах.

На данное техническое решение подана заявка на патент РФ на изобретение № 2011145517 «Прибор для мониторинга функционального состояния человека», приоритет от 10.11.2011 г.

Библиографический список

1. Cardiac signal real time monitor and method of analysis : US Patent 4,679,144 : МПК G06F 15/42, G06G 7/60, A61B 5/04. / M.W. Сох et al.; опубл. 07.07. 1987.

2. Non-invasive multi-electrocardiografic apparatus and method of assessing acute ischaemic damage : US Patent 5,419,337 : МПК A61B 5/0452. / G.J. Dempsey et al. ; опубл. 30.05.1995.

3. Пат. 2266041 Российская Федерация, МПК A61B5/0452, A61B5/0404. Носимое устройство мониторинга ЭКГ / Волобуев П. Ю. ; заявитель и патентообладатель Волобуев П. Ю. — № 2004100095/14 ; заявл. 06.01. 04 ; опубл. 20.12.2005.

4. Пат. 93248 Российская Федерация, МПК A61B5/0432. Устройство для синхронной регистрации реограммы с электродов ЭКГ и мониторинга / Клыпин Д. Н., Чернышев А. К. ; заявители Клыпин Д. Н., Чернышев А. К., патентообладатель Чернышев А. К. — № 2009147069/22 ; заявл. 18.12.09 ; опубл. 27.04.10.

5. Клиническая реография / В. Г. Шершнев [и др.] ; под ред. В. Г. Шершнева. — Киев : Здоровье, 1977. — С. 3 — 7.

6.US Patent App 2008/0200792 : МПК A61B 5/0402. Belt device / R. Schmidt et al. ; опубл. 21.08.2008.

7. US Patent 4,850,370 : МПК A61B 5/04.Method and apparatus for sensing and analyzing electrical activity of the human heart / Gordon E. Dower ; опубл. 25.07.1989.

8. Комплексная оценка функционального состояния систем кровообращения и дыхания методом интегральной реографии тела : метод. рекомендации МЗ РСФСР / Составители : Волков Ю. Н., Большов В. М., Сингаевский С. Б., Земцовский Э. В., Гуссейнов Б. А. — М., 1989. — 21 с.

КЛЫПИН Дмитрий Николаевич, научный сотрудник кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики».

Адрес для переписки: lan@omgtu.ru

Статья поступила в редакцию 16.03.2012 г.

© Д. Н. Клыпин

УДК 612.015.3:612.398.195-092.9 В. В. КОРНЯКОВА

В. Д. КОНВАЙ

Омская государственная медицинская академия

Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина

РОЛЬ НАРУШЕНИЯ МЕТАБОЛИЗМА ПУРИНОВ В ПОВРЕЖДЕНИИ КАРДИОМИОЦИТОВ КРЫС ПРИ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ

Интенсивные физические нагрузки приводят к развитию лактоацидоза, усиливающего катаболизм пуринов до урата. Это явление сопряжено с интенсификацией свободнорадикальных процессов и чрезмерной липопероксидацией мембранных структур кардиомиоцитов на фоне угнетения антиоксидантной системы.

Ключевые слова: кровь, сердце, ферменты, физические нагрузки.

Физические нагрузки, нередко встречающиеся в спорте, военном деле и на тяжелом производстве, приводят к истощению адаптационных возможностей организма с последующим развитием утомления. Следствием его является снижение спортивных результатов, производительности труда, физической и умственной работоспособности [1—3]. Молекулярные механизмы данного явления до конца не исследованы, что лимитирует разработку методов раннего выявления этого состояния организма и

коррекции развившихся при нем метаболических нарушений. Несвоевременное распознавание утомления может привести к нарушению функционирования жизненно важных органов и организма в целом. Развитие этого процесса может быть связано с острым нарушением метаболизма пуринов, описанным В. Д. Конваем на модели клинической смерти [4]. Суть его заключается в том, что тяжелая гипоксия, сопровождающаяся кето- и лактоацидозом приводит к усилению катаболизма пуриновых мононук-

леотидов до урата, сопряженному с интенсификацией генерации активных кислородных метаболитов, повреждающих мембранные структуры клеток.

Целью исследования явилась попытка объяснения пусковых механизмов активации перекисного окисления липидов (ПОЛ) в кардиомиоцитах крыс при физических нагрузках разной степени интенсивности с позиций теории острого нарушения метаболизма пуринов.

Материалы и методы. Эксперимент проводили на базе Центральной научно-исследовательской лаборатории Омской государственной медицинской академии на 55 белых крысах-самцах массой 240 + 20 г. Исследуемые животные были разделены на 4 группы. Первую из них составляли интактные крысы (И, п=10); вторую — контрольные крысы (К, п=15), которые подвергались плаванию без груза по усредненному времени (3 — 7 мин) через день в течение пяти недель эксперимента. В третью группу вошли животные с оптимальным режимом физической нагрузки (ОН, п=15), которые подвергались принудительному плаванию с грузом, равным 10 % от массы тела в течение пяти недель через день. На крысах четвертой группы (ИН, п=15) моделировали интенсивные физические нагрузки принудительным плаванием с грузом в течение первых трех недель эксперимента через день, последние две недели — ежедневно. Критерием ограничения времени плавания у крыс третьей и четвертой экспериментальных групп служило опускание животного на дно бассейна, после которого оно не могло самостоятельно подняться на поверхность.

Плавание крыс проводили в бассейне диаметром 45 см, глубиной 60 см, с температурой воды 28 — 30 °С, а воздуха в виварии — 19 — 21 °С. Исследования проводились в соответствии с требованиями Европейской конвенции по защите экспериментальных животных. У крыс всех экспериментальных групп до погружения в воду и сразу после плавания регистрировали электрокардиограмму на шестиканальном электрокардиографе ЭК1Т-03М2 во втором стандартном отведении. Полученные электрокардиограммы анализировали, используя методику Р. М. Баевского, позволяющую судить о функциональном состоянии сердца в целом [5].

По окончании эксперимента у крыс забирали кровь, в плазме которой определяли концентрацию лактата, урата, Р-гидроксибутирата, активность аспартатаминотрансферазы (АсАТ) унифицированными методами исследования. Из сердца готовили 20 % гомогенаты с использованием 0,15 М раствора хлорида калия, в которых определяли содержание белка биуретовым методом, глутатиона (С-БИ) по Н. А. Костромитикову, Е. А. Суменкову, 2005 [6], активность супероксиддисмутазы (СОД) по Т. В. Сирота [7], каталазы (КАТ) по М. А. Королюк [8], глута-тионредуктазы (ГлР) и глутатионпероксидазы (ГлПО) — по С. Н. Власовой, Е. И. Шабуниной, И. А. Переслегиной [9], глюкозо-6-фосфатдегидроге-назы (Г-6-ФДГ) — по Д. В. Черданцеву [10].

Для биохимических исследований использовали реактивы фирм «Ольвекс» (Россия), «Ио8р11ех» (Швейцария), «Яап<1ох» (Великобритания). Результаты исследования обработаны статистически с помощью программы «ЗРЗБ 13.0». Статистическая обработка осуществлялась с использованием критерия Стьюдента и непараметрического критерия Манна-Уитни. Достаточным считался уровень значимости р<0,05.

Результаты и их обсуждение. Представленные в табл. 1 и 2 данные свидетельствуют о том, что биохи-

мические показатели крови и гомогенатов сердца у крыс контрольной группы, подвергнутых плаванию без груза, существенно не отличаются от таковых у интактных животных. Отмечается лишь увеличение концентрации молочной кислоты в крови (на 37,6 %, Р = 0,003), что свидетельствует об усилении анаэробного гликолиза. У крыс группы К наблюдается так же тенденция к увеличению в крови концентрации Р-гидроксибутирата, одного из промежуточных продуктов окисления свободных жирных кислот (на 22,2 % по сравнению с аналогичным показателем у интактных крыс; Р = 0,11). При этом не происходит усиления катаболизма пуриновых мононуклеотидов, о чем свидетельствует отсутствие увеличения уровня урикемии.

Принудительное плавание в режиме ОН приводит к дальнейшему увеличению лакцидемии, которая на

40.0 % (Р = 0,002) превышает аналогичный показатель у животных группы И. Плавание с грузом в условиях ОН приводит к большему вовлечению в окислительные процессы липидов, что выражается в увеличении в крови концентрации Р-гидроксибутирата [на 29,6%; (Р = 0,01) по сравнению с аналогичным показателем у интактных крыс].

Несмотря на закисление тканей, эти процессы сопровождаются лишь умеренным усилением катаболизма пуринов, на которое указывает тенденция к увеличению в крови крыс группы ОН концентрации мочевой кислоты [ на 38,1 % (Р = 0,06) по сравнению с аналогичным показателем у животных группы И]. В сердце при этом не происходит чрезмерная выработка активных кислородных метаболитов и сопряженная с нею липопероксидация мембранных структур. Содержание МДА в этом органе лишь на

29,5 % (Р = 0,08) превышает аналогичный параметр у интактных крыс.

Эти процессы протекают на фоне тенденции снижения в сердце крыс группы ОН активности СОД (на 12,8 %; Р = 0,21), ГлПО (на 14,2%; Р = 0,10), Г-6-ФДГ (на 18,6 %; Р = 0,08) и содержания С-БИ (на

16.0 %; Р = 0,06) по отношению к аналогичным показателям у интактных крыс (табл. 2). О напряжении адаптационных процессов в миокарде крыс группы ОН свидетельствует тенденция к увеличению у них индекса напряжения как до погружения в воду, так и после плавания [ на 8,2 % (Р = 0,06) и 10,5 % (Р = 0,06) соответственно по сравнению с контрольными животными].

Интенсивные физические нагрузки приводят к дальнейшему возрастанию гипоксии и увеличению в крови крыс концентрации молочной кислоты. Она на 83,5 % (Р = 0,0001), 33,3 % (Р = 0,0001) и 31,1 % (Р = 0,003) превышает аналогичные параметры у животных групп И, К и ОН соответственно, что указывает на еще большую интенсификацию реакций анаэробного гликолиза. О нарастании кетоацидоза у крыс группы ИН свидетельствует увеличение концентрации Р-гидроксибутирата в крови [на 39,5 % (Р = 0,01), 14,1 (Р = 0,32) и 7,6 % (Р = 0,62) по сравнению с аналогичным параметром у животных групп И, К и ОН соответственно].

Развившиеся лакто- и кетоацидоз приводят к интенсивному катаболизму пуринов до гипоксантина и ксантина с последующим окислением этих метаболитов ксантиноксидазой до урата. Содержание мочевой кислоты в крови крыс группы ИН увеличено по сравнению с аналогичным параметром у животных групп И, К и ОН соответственно на 97,9 % (Р = 0,0001), 89,6 % (Р = 0,0001) и 43,3 % (Р = 0,01) (табл. 1). Интенсификация катаболизма пуринов

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012 МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ

МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012

Биохимические показатели крови крыс интактных (И), контрольных (К), подвергнутых оптимальным нагрузкам (ОН) и интенсивным нагрузкам (ИН), М±т, п=10-15

Показатели И К ОН ИН

Лактат, ммоль/л 5,95+0,32 8,19+0,49 и 8,33+0,60 и 10,92+0,45 и, к, он

p-гидроксибутират, ммоль/л 81 ±5 99+9 105+6 и 113+10 и

Урат, мкмоль/л 75,9+6,2 79,2+6,4 104,8+10,5 150,2+16,4 и, к, он

Аспартатамино-трансфераза, МЕ/л 212+15 239+8 242+8 312+22 и, к, он

Примечание. Здесь и в табл. 2: и — различия статистически значимы по сравнению с крысами интактными, к — с контрольными, он — с подвергнутыми ОН.

Таблица 2

Биохимические показатели в сердце крыс интактных (И), контрольных (К), подвергнутых оптимальным нагрузкам (ОН) и интенсивным нагрузкам (ИН), М±т, п=10-15

Показатели И К ОН ИН

Супероксиддисмутаза, Ед СОД/ мг белка 19,5+1,9 18,4+1,5 17,0+1,2 13,3+1,1 и, к, он

Каталаза, мкЕД/г белка 1,16+0,06 1,44+0,17 1,38+0,46 0,93+0,12 к

Малоновый диальдегид, мкмоль/ мг белка 7,21+0,96 8,83+1,41 9,34+0,26 10,18+0,42 и

Глутатион, ммоль/г белка 39,9+2,0 38,5+2,6 33,5+1,7 26,4+2,4 и, к, он

Глутатионпероксидаза, МЕ/мг белка 954+54 889+54 819+62 649+39 и, к, он

Глутатионредуктаза, МЕ/мг белка 54,4+2,9 52,4+2,6 51,1+2,2 44,1+i5 и, к, он

Глюкозо-6-фосфатдегид-рогеназа, МЕ/г белка 3,54+0,22 3,21+0,44 2,88+0,26 1,94+0,33 и, к, он

у животных первой из названных групп сопряжена с усиленной генерацией ксантиноксидазой супер-оксидных радикалов и перекиси водорода, инициирующих липопероксидацию ненасыщенных жирных кислот фосфолипидов мембранных структур кар-диомиоцитов. Об этом свидетельствует увеличение содержания в сердце МДА, которое превышает аналогичный показатель у животных групп И, К и ОН соответственно на 41,2 % (Р = 0,034), 15,3 % (Р = 0,48) и 9,0 % (Р = 0,16).

Определенный вклад в усиление ПОЛ в данном органе вносит и торможение системы антипере-кисной защиты. Активность СОД в кардиомиоцитах крыс группы ИН снижается на 31,8 % (Р = 0,019), 27,7 % (Р = 0,02) и 21,8 % (Р = 0,03) по сравнению с уровнем этого показателя у животных групп И, К и ОН соответственно. При этом образующаяся с супер-оксиддисмутазной реакции Н2О2 инактивируется недостаточно эффективно вследствие торможения КАТ, активность которой в ткани сердца крыс группы ИН снижается по сравнению с аналогичными показателями у животных групп И, К и ОН соответственно на 19,8 % (Р = 0,14), 35,4 % (Р = 0,037) и 32,6 % (Р=0,75).

Наряду с торможением СОД и КАТ отмечается снижение активности глутатионзависимых ферментов антиоксидантной защиты. Активность ГлПО в кардиомиоцитах крыс группы ИН снижается по сравнению с группами И, К и ОН соответственно

на 32,0 % (Р = 0,001), 27,0 % (Р = 0,004) и 20,8 % (Р = 0,036). Функционирование этого фермента in vivo лимитируется также снижением в миокарде крыс, подвергнутых ИН, уровня G — SH, [на 33,8 % (Р = 0,07), 31,4 % (Р = 0,019) и 21,2 % (Р = 0,028) по сравнению с аналогичными параметрами у животных групп И, К и ОН соответственно].

Уменьшение этого показателя может быть связано как с усиленным расходованием его в реакциях антирадикальной и антиперекисной защиты, так и с недостаточно эффективным восстановлением образующегося в этих реакциях глутатиондисульфида. Активность ГлР, катализирующей данную реакцию, в сердце крыс группы ИН снижается на 18,9 % (Р = 0,001), 15,8 % (Р = 0,017) и 13,7 % (Р = 0,023) по сравнению с аналогичным параметром у животных групп И, К и ОН соответственно.

Торможение восстановления глутатиондисуль-фида может быть обусловлено также недостаточно эффективной генерацией NADPH, вызванной снижением активности ключевого фермента пентозного цикла Г-6-ФДГ. В кардиомиоцитах крыс группы ИН она на 45,2 % (Р = 0,003), 39,6 % (Р = 0,044) и 32,6 % (Р = 0,046) уменьшена по сравнению с аналогичными параметрами у животных групп И, К и ОН соответственно (табл. 2). Усиление в сердце крыс группы ИН процессов ПОЛ приводит к повреждению мембран кардиомиоцитов, на что указывает увеличение в плазме крови активности АсАТ [ на 47,2 % (Р = 0,003),

30,5 % (Р = 0,002) и 28,9 % (Р = 0,007) по сравнению с аналогичными параметрами у животных групп И, К и ОН соответственно].

Метаболические нарушения, описанные выше, приводят не только к изменению структуры, но и к торможению функции кардиомиоцитов. При анализе электрокардиограмм крыс группы ИН нами отмечено статистически значимое повышение индекса напряжения. До плавания этот показатель повышается на 97,9 %(Р = 0,004), 74,6 %(Р = 0,004) и 61,3 %(Р = 0,001) по сравнению с данным параметром у животных групп И, К и ОН соответственно. После плавания он превышает аналогичные показатели у крыс групп К и ОН на 71,2 %(Р = 0,003) и 55,0 % (Р = 0,002). Это указывает на децентрализацию регуляторных процессов сердечного ритма, приводящую к снижению у крыс адаптационных возможностей и развитию у них утомления.

Таким образом, пусковыми механизмами возникших в кардиомиоцитах при интенсивных физических нагрузках повреждений являются развившийся в условиях лакто- и кетоацидоза чрезмерный катаболизм пуриновых мононуклеотидов до гипоксантина, дальнейшее окисление последнего до мочевой кислоты, сопровождающееся усиленной продукцией ксантиноксидазой активных кислородных метаболитов, истощающих ферменты антиоксидантной системы и фонд G-SH. Это приводит к повреждению фосфолипидов мембранных структур с последующим нарушением структуры, функции кардиомио-цитов и развитием процессов утомления.

Библиографический список

1. Таймазов, В.А. Психофизиологическое состояние спортсмена (Методы оценки и коррекции) / В. А. Таймазов, Я. В. Голуб. — СПб. : Олимп СПб, 2004. — 400 с.

2. Карташова, Л. А. Маркеры дизадаптации сердечно-сосудистой системы у спортсменов циклических и ациклических видов спорта по данным эхокардиографии / Л. А. Карташова,

В. В. Корнякова, О. Л. Смитиенко // Вестник Тюменского гос. ун-та. — 2008. — № 3. — С. 39 — 45.

3. Nicolaidis, M. J. The effect of muscle-damaging exercise on blood and skeletal muscle oxidative stress: magnitude and

time-course considerations / M. J. Nicolaidis, A. Z. Jamurtas, V. Paschalis et al. // Sports Med. - 2008. - Vol. 38. - № 7. -P. 579-606.

4. Конвай, В. Д. Роль острого нарушения метаболизма пуринов в развитии постреанимационной патологии печени /

B. Д. Конвай, П. П. Золин // Омский научный вестник. -2003. - № 3(24). - С. 168-172.

5. Баевский, Р. М. Анализ вариабельности сердечного ритма

с помощью комплекса «Варикард» и проблема распознавания функциональных состояний. Хронобиологические аспекты артериальной гипертензии в практике врачебно -лётной экспертизы / Р. М. Баевский, Ю. Н. Семенов, А. Г. Черникова. -

М., 2000. - С.167 -178.

6. Костромитиков, Н. А. Определение глутатиона фото-колориметрическим методом исследования / Н. А. Костроми-тиков, Е. А. Суменков // Вестн. РАСХН. - 2005. - № 5. -

C. 69-70.

7. Сирота, Т. В. Новый подход в исследовании процесса аутоокисления адреналина и использование его для измерения активности супероксиддисмутазы / Т. В. Сирота // Вопр. мед. химии. - 1999. - Т. 45, № 3. - С. 263-272.

8. Королюк, М. А. Метод определения активности каталазы / М. А. Королюк // Лабораторное дело. - 1988. - № 1. -С. 16-19.

9. Власова, С. Н. Активность глутатионзависимых ферментов эритроцитов при хронических заболеваниях печени у детей /

С. Н. Власова, Е. И. Шабунина, И. А. Переслегина // Лаб. дело. - 1990. - № 8. - С. 19-21.

10. Черданцев, Д. В. Диагностика и лечение окислительного стресса при остром панкреатите / Д. В. Черданцев. - Красноярск : АРТЭ, 2002. - 148 с.

КОРНЯКОВА Вера Валерьевна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), доцент кафедры безопасности жизнедеятельности, медицины катастроф Омской государственной медицинской академии. Адрес для переписки: bbk_2007@inbox.ru.

КОНВАЙ Владимир Дмитриевич, доктор медицинских наук, профессор (Россия), профессор кафедры химии Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина.

Статья поступила в редакцию 08.09.2011 г.

© В. В. Корнякова, В. Д. Конвай

Книжная полка

Руководство по геронтологии и гериатрии : рук. для студентов мед. вузов. В 4 т. Т. 2. Введение в клиническую гериатрию. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2010. - 784 с. - ISBN 978-5-9704-1459-0.

Второй том многотомного междисциплинарного научно-практического руководства по геронтологии и гериатрии «Введение в клиническую гериатрию» включает в себя две части. В первой части тома «Пациент гериатрической практики» раскрываются наиболее характерные черты человека в старости, состояние его психофизиологических функций, характерологические и поведенческие особенности, а также выраженность инволютивно-возрастных изменений. Уделяется внимание старческой недужности и роли врача в ее сдерживании. Рассмотрены структура заболеваемости, своеобразие течения болезней в старости, сложность диагностики и наиболее частые причины смерти пожилых; проанализированы факторы, определяющие качество их жизни; раскрыта роль многопрофильной реабилитации и необходимость врачебнопсихологической поддержки старого человека. Вторая часть тома «Пропедевтика клинической гериатрии» может служить методической основой диагностики в гериатрии. Систематизированы клинические проявления старости, раскрыты методы их выявления. Представлена семиотика, синдромология, тактика ведения и принципы лечения наиболее часто встречающихся болезней пожилых, что особенно важно при первичном обследовании больного на дому, в условиях пансионата, дома престарелых, а также поликлиники и стационара. Излагаемый материал предназначен для студентов старших курсов медвузов, подготовки врачей на постдипломном этапе, участковых терапевтов, врачей общей практики, семейных врачей, врачей-гериатров и специалистов других профилей.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012 МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ