Изменение содержания природных антиоксидантных ферментов при введении цинка

ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ПРИРОДНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ И АКТИВНОСТИ АНТИОКСИДАНТНЫХ ФЕРМЕНТОВ ПРИ ВВЕДЕНИИ ЦИНКА

Н.Н.ГЛУЩЕНКО

Кафедра фармацевтической и токсикологической химии,

Российский университет дружбы народов Москва, 117198, ул. М-Маклаяд. 8. Медицинский факультет

О.А.БОГОСЛОВСКАЯ, И.П.ОЛЬХОВСКАЯ

Institute of energy problems of chemical physics Science Academy of Russia Москва, 1 ¡7334, Ленинский проспект, д.38, корп.2

Установлено, что введение цинка в форме высокодисперсного порошка, обладающего пролонгированным действием на мишени биологического действия, приводит к изменению микроэлементного состава сердца: в течение первых шести суток наблюдается увеличение уровня цинка, железа, меди и марганца с максимумом через 3 суток после введения. Установлено увеличение активности СОД и GSH-Px через 3 суток после введение металла в организм. Показано достоверное уменьшение содержания диеновых конъюгатов через I, 3 и 7 суток после введения металла. Установлено, что действующая доля антиоксидантов составляет 0,3% липидов и в первые трое суток после введения цинка увеличивается в 1,5-3,0 раза.

В настоящее время установлена важная роль металлов в протекании многих биохимических процессов в организме, в частности процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ). Известно, что цинк обладает антиоксидантными свойствами, ингибируя процессы ПОЛ на стадии инициирования (1). Кроме того, цинк может оказывать опосредованное влияние на интенсивность ПОЛ, поскольку он входит в активный центр фермента Cu,Zn-супероксиддисмутазы (СОД), регулирующего уровень ПОЛ на стадии инициирования цепей окисления. Известно, что введение цинка приводит к изменению микроэлементного состава органов и тканей (2). Можно предположить, что введение цинка приведет к изменению активности металло- и металлоидосодержащих антиоксидантных ферментов супероксиддис-мутазы и глутатионпероксидазы и, следовательно, к воздействию на интенсивность ПОЛ.

В настоящее время металлы широк© применяются в медицине. Показано, что при различных заболеваниях, таких как анемия, расстройство центральной нервной системы, артритах и т.д., лечение металлами дает положительный; эффект (3,4). Известно, что дефицит меди в организме приводит к гипертрофии и атрофии миокарда, а увеличение отношения цинк/медь можно рассматривать как фактор риска при развитии сердечно-сосудистой патологии (5). В современной медицине широко применяются неорганические соли, органические и комплексные соединения Металлов (3). Однако вопрос об оптимальной форме введе-1 ния металлов в организм до сих пор остается открытым. В ИХФ РАН предложена новая форма введения металлов в организм - в элементарном состоянии, в виде высокодисперсного порошка (ВДП). Введение металлов в форме ВДП имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами введения. Так, установлено, что токсичность ВДП металлов в 4-100 раз ниже токсичности их солеи (4). Кроме того, при подкожном введении порошков металлов в организме создается депо, из которого в течение длительного времени металл постепенно поступает в органы и ткани, чем и объясняется его пролонгированное действие. Меньшая токсичность ВДП металлов и пролонгированность их действия делает перспективным использование порошков металлов в медицине для лечения самых различных заболеваний. Поэтому перед нами стояла задача исследовать влияние биотических доз цинка на микроэлементный обмен в органах, уровень продуктов ПОЛ, количество природных антиоксидантов в липидах, активность антиоксидантных ферментов супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы (СОД и ГП).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Высокодисперсный порошок цинка (ВДП) получали по методу (6). Порошок представлял собой частицы размером 50-100 нм, 99,99% чистоты. Исследование проводили на крысах-самцах линии “Wistar” массой 160-180 грамм. Порошок цинка в дозе 5,0 мг/кг вводили однократно, подкожно, в виде суспензии, которую получали диспергированием определенной навески порошка в дистиллированной воде на ультразвуковом дезинтеграторе УЗДН-2Т в режиме 0,5 А, в течение 10 минут при охлаждении. Животных забивали декапи-тацией через 3 часа, 24, 48, 72, 120 и 168 часов после введения ВДП цинка. Измерение мик-роэлементного еостада проводили методом атомно-адсорбционной спектрофотометрии (7) на приборе AAS-5000 “Perkin Elmer”. Количество микроэлементов выражали в мкг/мл.

Для исследования активности антиоксидантных ферментов сердце гомогенизировали в течение 2 минут при ,50$) об/мин на холоду. Количество белка в пробах определяли по методу Лоури (8). Активность СОД определяли по методу Фридович (9). Активность глута-тионпероксидазы (Г'11) определяли по методу (10). Концентрацию продуктов ПОЛ определяли По методу (11). Действующую долю антиоксидантов определяли по методу (12). Статистическую обработку результатов и корреляционный анализ проводили по общепринятым методам вариационной статистики.

Таблица 1

Изменение эндогенного уровня цинка, железа, меди и марганца в сердце при введении высокодисперсного порошка цинка в дозе 5,0 мг/кг

Мик- роэле>- мент Доза ВДП цинка, Время после введения цинка (час):

мкг/мл г . мг/кг 3 24 48 72 168

Цинк, 5,61 ±0,8 7 14,4±3,7 8,94±2,48 10,4±0,5 21,5±2,7

5 6,45±1,39 16,7±3,6 9,7±0,4 13,8±2,9 21,6+1,9

Железо.  • о 82,4±15,7 .78,7+9,8 82,7+6,4 72,9±4,8 Ю5,6±12,5

5 78,9+11,4 134,8±9,1 92,6±10,2 129,1±11,2 200,3±20,4

Медь* 0 2,65±0,43 3,29±0,64 2,47+0,49 1,11±0,07 2Д0±0,52

5 2,54±0,53 6,01 ±1,09 2,71+0,33 1,9±0,31 ,2,79±0,24

Марга- нец 0 2,69±0,48 2,06+0,30 2,06±0,25 1,52+0,14 . 2,01 ±0,33

5 2,67±0,42 2,86±0,56 2,56±0,34 4,77±0,45 3,73+0,71

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Известно, что уровень металлов в организме поддерживается системой гомеостатического регулирования (13). Кроме того, показано, что металлы в организме находятся в сложных взаимоотношениях (14). Поэтому введение в организм одного элемента приводит к

изменению содержания других. Определялось изменение' количества мёди, цинка,' железа и марганца в сердце при однократном подкожном введении цинка в форме высокодисперсного порошка в дозе 5,0 мг/кг (табл.1)!

Проведенные нами исследования показали, что введение цинка вызывает достовернЪе и наибольшее увеличение всех исследуемых металлов через 3 суток после введения. Кроме того, происходит возрастание количества железа и меди через 1 и 7 суток, а содержание марганца - через 7 суток после введения цинка.

Особый интерес представляет изменение содержания цинка и меди, т.к. известно, что увеличение этого отношения можно рассматривать как фактор риска при развитии сердечно-сосудистой патологии(5). Нами расчеты показали, что при введении цинка в дозе 5,0 мг/кг соотношение цинк/медь не изменяется и остается равным 1,23±0,10 в течение всего наблюдаемого периода.

Следовательно, введение цинка в биотических дозах не нарушает системы гомеостатического регулирования уровня металлов в сердце, а изменение содержания цинка и меди не приводит к нарушению отношения цинк/медь.

Известно, что уровень микроэлементов в органах и тканях оказывает значительное влияние на активность СОД и ГП (15,16). Поэтому можно предположить, что изменение микроэлементного состава, полученное нами при введении цинка, оказало влияние на активность СОД и ГП. Действительно, как показали наши исследования, введение ВДП цинка приводит к изменению активности СОД в сердце животных (табл.2). Причем, наблюдается достоверное увеличение активности СОД через 3-е суток после введения. Известно, что в сердце содержится Mn-СОД и Cu.Zn-СОД. Нами установлено, что существует прямая зависимость между изменением активности СОД в сердце и содержанием в нем меди и марганца, которая описывается следующим уравнением:

СОД = (0,145± 0,092) (Си +Мп) + 0,64, с коэффициентом корреляции 0,7 (р<0,15).

Таблица 2

Изменение активности супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы в сердце при введении ВДП цинка в дозе 5,0 мг/кг (ед. активн. /мг белка).

Фермент, ед. актив./мг белка Доза ВДП цин- ка Время после введения (час):

мг/кг -» 24 48 72 168

Супер- оксиддисмутаза 0 25,76+1,01 29,52±5,78 30,94±1,9 8 35, і 2±4.21 35,94±3,38

5 26,83±2,91 25,19±2,47 26,31 ±2,4 3 43,57+0.21 38,30+4,45

Глутатионпе- роксидаза 0 0,043 ± ± 0,008 0,039 ± + 0,005 0,039 ± ± 0,003 0,055 ± ±0.008 0,061 ± ±0,006

5 0,046 ± ± 0,007 0.039 ± + 0,004 0,047± ± 0,006 0,086 ± + 0,005 0,066 ± ±0,008

Показано, что при введении животным цинка, происходит изменение активности ГП с достоверным максимумом через 3-е суток после введения (табл.2). Такое увеличение активности ГП, по-видимому, можно объяснить существующими сложными взаимоотношениями между селеном и микроэлементами в организме. Так, известно, что при введении сульфата меди происходит изменение активности ГП и уровня селена в тканях (17).

Нами показано! что а сердце существует прямая зависимость между активностью анти-оксидантных ферментов СОД и ГП, которая описывается следующим уравнением:

ГП = 0,91 СОД + 0,2 с коэффициентом корреляции,0,58 (р<0,15).

Полученная корреляция свидетельствует о сопряженной работе антиоксидантных ферментов СОД и ГП, которая не нарушается при введении ВДП цинка.

Известно, что цинк ингибирует НАДФ Н зависимое ферментативное и неферментативное ПОЛ, ингибирует активность фосфолипазы А,, способствует увеличению уровня токоферола в тканях (18,19).Наши исследования показали, что при введение ВДП цинка происходят i фазные изменения интенсивности ПОЛ, которые характеризуются изменением уровня продуктов ПОЛ - диеновых конъюгатов и уровня природных антиоксидантов. Введение цинка приводит к уменьшению количества диеновых конъюгатов через 3 и 7 суток. В то же время действующая доля антиоксидантов составляет 0,3% липидов и в первые трое суток после введения цинка увеличивается в 1,5-3,0 раза.

Наблюдаемые изменения уровня железа и меди, способствующие усилению ПОЛ, и цинка, ингибирующего ПОЛ, изменения уровня природных антиоксидантов и продуктов ПОЛ показывают, что интенсивность ПОЛ, возможно, связана с соотношением металлов железо/цинк. Это подтверждается прямой зависимостью между отношением железо /цинк и уровнем природных антиоксидантов в сердце :

Fe/Zn = (0,18 ± 0,097)МДА + 0,68 ; К= 0,48, Р < 0,1 , которая хорошо согласуется со схемой регуляции ПОЛ, предложенной Е.Б.Бурлаковой (20).

Таким образом, введение в организм ВДП цинка приводит к увеличению активности СОД i? ГП через 3 суток после введения металла в организм, увеличению действующей доли антиоксидантов, уменьшению уровня продуктов ПОЛ на фоне повышения содержания Zn,Cu, Мп,. Полученные данные свидетельствуют о взаимосвязи двух систем регуляции: уровня природных антиоксидантов и микроэлементов.

ЛИТЕРАТУРА

I. Halliwell В., Gutteridge J.M. //Method. Enzymol. 1990. V.186. . P. 1.

1. Федоров Ю.И., Глущенко H.H. и др. //Известия АНСССР. сер.биологическая. 19X8. Т. 2. С.305.

2. Ноздрюхина Л.Р., Нейко Е.М., ВанджураИ.П Микроэлементы и атеросклероз. М.: Наука, 1986. 221 с.

3. Крисс Е Е, Венченкоснов И.И., Григорьева А С. Коордиационные соединения металлов в медицине.-Киев: Наукова Думка. 1986J 215с..

4. Klevay L..M //Am.JVClin.Nuts. 1975. v' 28. Р.764. j

5. Ген М. Я„ Зискин М. С., Петров Ю. И. //ДАН СССР. 1959. T! 127. № 2. С. 366.

6. Christian G. D., Feldman F. J. //N.-Y.: Wilcy-Intersience. 1970. V XIX. P. 490.

: 7. Lowry O.H., Rosenbrough N. J., Farr A. L., Ranali R. J. //J. Biol. Chem. 1951. V. 1,93. P. 265.

8. Baochant K.., Fridovich I. //AnaJyt. Biochem. 197,1, V. 44. № 1. P. 276.

9. Paglia D.E., Valentine W. N. //J. Lab. Clin. Med. 1967. V. 70. N 1. P. 158!

10. Арчаков A. И. Микросомальиое окисление. M.: Наука^ 1975. 327 с.

.11. Храпова Н.Г.//В кн.: Исследование синтетических и природных антиоксидантов in vitro и in vivo. М Наука 1992. С. 8. „г . , ....

12. Luckey T.D. Metal toxicity in mammals//N.-Yi, London. 1977.v.I.

13. Davis N.T.//Proc.Nulr.Soc. 1974. v.33. P.293. j._

14. Prohaska J.R.,Gutson D.F.//Biol.Trace Elem. fjesearch. 1983. v.5. P.35.

15. Balevska P.S., Russanov E.M., Kassabova T.A.// Int.J.Biochem. 1981. у. 13. P.489.

16. White C.L. Trace elements metabolism in man and animals. // Berlin. 1982. v.4. P.561.

17. Chapil M. //Life Sei. 1973. v,13. P. 1041.

18. Chapil M.//Med. Clin. N.Amer. 1976. v. 60. № 4. P.799.

19. Бурлакова E. Б.//-В кн.: Биохимия липидов и их роль »'обмене веществ. М. 1981. С.23.

CHANGÉS IN NATl'RAI, ANTIOXIDANT CONTENTS AND ANTIOXID/VNT ENZYME ACTIVITIES

AFTER ZINC ADMINISTRATION.

N.N.GLUSHCHENKO

Department of fharmaceutical and toxicological chemistry, Russian Peoples' Friendship University Moscow, 117198, Miklukho-Maktaya, 8. Medical faculty

0. A.BOGOSLOVSKAYA, I.P.OLHOVSKAYA

Ultradispersed гіпс powder demonstrates a prolonged type of action on biological targets; zinc nanoparticles injection leads to a pronounced changes in heart trace elements contents. The increase of zinc, iron, copper and manganese levels in rat’s heart was registered within 6 days after zinc administration; maximum changes being observed at the 3-rd post-injection day. The enhanced values of SOD and GP-SH activities were observed 3 days after zinc administration. Dien lipoperoxide products levels decreased at I, 3 and 7 days after metal administration. Antioxidant efficiency part was 0.3% from total lipid amount and a 1.5-3 fold increase was observed within first 3 days after zinc administration.