Нарушение макрои микроэлементного гомеостаза в условиях асептического воспаления у животных с различной резистентностью к гипобарической гипоксии

НАРУШЕНИЕ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО ГОМЕОСТАЗА В УСЛОВИЯХ

АСЕПТИЧЕСКОГО ВОСПАЛЕНИЯ У ЖИВОТНЫХ С РАЗЛИЧНОЙ РЕЗИСТЕНТНОСТЬЮ К

ГИПОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ

Н.А. ХОДОРОВИЧ, Н.В. ЭТТЕЕВА

Кафедра патологической физиологии РУДН, Москва. 117198, ул. Миклухо-Маклая,

д.8. Медицинский факультет.

В сериях острых экспериментов на кошках, моделируя асептическое воспаление в условиях гипобариче-ской гипоксии, были получены качественные и количественные характеристики элементного состава плазмы крови и эритроцитов, достоверно отличающиеся у животных с различной устойчивостью к гипоксии. При этом у высокоустойчивых животных содержание калия, кальция, магния и марганца в плазме крови достоверно выше, а натрия, фосфора, железа, меди и цинка - у низкоустойчивых (р<0,05). При этом содержание калия, кальция, фосфора и марганца в эритроцитах достоверно выше у высокоустойчивых животных, а натрия, магния, железа, меди и цинка - у низкоустойчивых (р<0,05).

Живой организм находится в постоянном взаимодействии с окружающей средой и все метаболические процессы, происходящие в нем, протекают с обязательным участием кислорода, дефицит которого может привести к значительным нарушениям гомеостаза и гибели как отдельной клетки, так и организма в целом. Изучение приспособительных возможностей человека и животных к различным экстремальным и патологическим факторам является перспективным научным направлением, позволяющим подойти к решению ряда теоретических и практических вопросов современной медицины. При этом течение любого заболевания можно рассматривать, как процесс взаимодействия организма с патогенным фактором окружающей среды, в котором конечный результат определяется силой и длительностью патогенного воздействия, с одной стороны, и состоянием защитных сил организма, его адаптационно-компенсаторные возможностями - с другой [5,6].

В настоящее время большое число работ посвящено исследованию различных метаболических процессов, связанных с воспалением. Тем не менее, некоторые стороны этих процессов мало изучены. Так, в литературе недостаточно освещена динамика интенсивности процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и активности антиокси-дантной системы (АОС) при воспалительных заболеваниях, особенно у низко- и высокоустойчивых организмов к гипоксии [3].

В то же время перекисное окисление липидов тесно связано с содержанием в организме макро- и микроэлементов. Стабильность химического состава организма является одним из важнейших и обязательных условий его нормального функционирования. Соответственно, отклонения в содержании химических элементов, вызванные экологическими и профессиональными факторами или патологическими процессами, приводят к широкому спектру нарушений в состоянии здоровья [1].

Именно это обстоятельство побудило нас избрать целью наших исследований изучение динамики нарушений макро- и микроэлементного гомеостаза в условиях асептического воспаления у животных с различной резистентностью к гипобарической гипоксии.

Результаты экспериментальных исследований были получены в острых опытах на 80 взрослых белых крысах обоего пола массой 150-300 граммов.

Гипобарическая гипоксия моделировалась общепринятым методом в специальной барокамере, в которой животные (крысы) «поднимались» на высоту 11 ООО м со скоростью 150 м/с. Устойчивость к гипоксии определяется по времени жизни (ВЖ) крыс на этой высоте, т.е. до момента наступления второго агонального вдоха.

После «подъема» на высоту животных разделили на 2 группы: низкоустойчивые (НУ) время жизни у которых - до 5 мин и высокоустойчивые (ВУ) времени жизни - от 10 минут и выше.

Асептический воспалительный процесс моделировали путем введения 0,5 мл 3% скипидара в подкожную соединительную ткань наружной части голени правой задней

конечности крысы. О динамике воспалительной реакции судили по местным изменениям и ряду общих сдвигов в организме.

На каждом из этапов воспаления у крыс под эфирным наркозом шприцом забирали кровь из яремной вены, центрифугировали при 3000 об/мин в течение 7 мин, плазму и эритроциты отделяли друг от друга для дальнейшего анализа.

Определение макро- и микроэлементного состава плазмы и эритроцитов проводилось методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой (АЭС-ИПАС) на приборе «Perkin Elmer Optima 2000 DV, USA).

Статистическая обработка результатов исследований проводилась с использованием стандартной программы «STATISTICA».

Экспериментальные данные показали, что перекисное окисление липидов тесно связано с содержанием в организме макро- и микроэлементов, особенно при развитии патологических процессов.

Изучение параметров, характеризующих состояние элементного баланса крови у ин-тактных животных, показало, что качественные и количественные характеристики элементного состава плазмы крови и эритроцитов согласуется с данными других авторов [4,8]. Однако в пределах описанных особенностей отчетливо выделяются различия в содержании макро- и микроэлементов в зависимости от степени устойчивости крыс к острой гипоксии (табл. 1,2). Выявлено, что у ВУ животных содержание калия, кальция, магния и марганца в плазме крови достоверно выше, а у НУ - натрия, фосфора, железа, меди и цинка (р<0,05). При этом в эритроцитах концентрация калия, кальция, фосфора и марганца достоверно выше у ВУ, а натрия, магния, железа, меди и цинка - у НУ животных (р<0,05).

Таблица 1

Содержание макро- и микроэлементов в плазме крови крыс с различной чувствительностью к острой гипоксии в динамике асептического воспаления

Показатели Срок исследования, сутки

Фон 1-е 2-е З'И

Na (ммоль/л) 1 131,9+1,8 136,1±2,0 140,6+2,3 141,3±2,4

2 143,5±1,9 137,3+2,6 129,6±1,4 125,5±1,6

К (ммоль/л) 1 6,26±0,19 6,62±0,16 6,86±0,17 6,95±0,22

2 5,25±0,17 6,32±0,25 6,81±0,31 7,66±0,25

Са (ммоль/л) 1 2,66±0,09 2,49±0,06 2,11 ±0,07 2,28±0,04

2 2,17±0,08 1,93±0,05 1,61+0,04 1,34±0,03

Mg (ммоль/л) 1 0,97±0,03 0,92±0,02 0,83±0,04 0,61±0,03

2 0,76±0,02 0,93±0,03 1,15±0,06 1,24±0,07

р (ммоль/л) 1 2,21 ±0,07 2,81±0,09 3,44±0,11 3,94±0,13

2 2,83±0,09 3,53±0,13 4,08±0,15 4,54±0,14

Fe (ммоль/л) 1 0,93±0,08 0,62±0,05 0,43±0,02 0,52±0,03

2 0,65±0,05 0,49±0,03 0,37±0,01 0,33±0,02

Си (мкмоль/л) 1 0,33±0,03 0,42+0,02 0,59±0,04 0,56±0,05

2 0,22±0,01 0,28±0,01 0,39±0,03 0,47±0,03

Zn (мкмоль/л) 1 2,45±0,10 1,86±0,09 1,33±0,06 1,52+0,07

2 3,17±0,16 2,59+0,11 2,09±0,11 1,88±0,08

Мп (мкмоль/л) 1 0,110±0,011 0,134±0,007 0,154±0,005 0,145±0,006

2 0,077±0,006 0,109±0,005 0,125+0,007 0,138±0,009

Примечание: 1- высокоустойчивые животные (ВУ);

2 - низкоустойчивые животные (НУ).

В условиях асептического воспаления анализ полученных данных показал, что максимальное содержания натрия в плазме крови наблюдалось у ВУ животных на 3-и сутки и снижение этого показателя у НУ в это же время, которое может быть связано с усилением диуреза и развитием дегидратации в начальные сроки патологического процесса. При этом выявлено значительное увеличение содержания натрия в эритроцитах НУ крыс на 3-и сутки воспаления, чем у ВУ (р<0,001). Это, вероятно, обусловлено угнетением активности Ыа-К-зависимой АТФазы эритроцитов у НУ животных. Как известно, градиент натрия на внешней мембране является одним из регуляторов активности Ыа-К-зависимой АТФазы [7].

Сравнительный анализ показал, что возрастание трансмембранной разности ионов натрия в эритроцитах, определяемой коэффициентом накопления (ТМа+), более выражено на 3-и сутки воспаления НУ животных, чем ВУ. Это, вероятно, является реакцией, компенсирующей достоверное уменьшение эритроцитарного содержания калия на 3-и сутки воспаления НУ животных, что свидетельствует о тенденции стабилизации содержания ионов натрия в эритроцитах на 2-3 сутки воспаления у ВУ животных.

Таблица 2

Содержание макро- и микроэлементов в эритроцитах крыс с различной чувстви-тельностью к острой гипоксии в динамике асептического воспаления

Показатели Срок исследования, сутки

Фон 1-е 2-е 3-и

Иа (ммоль/л) 1 4,64±0,17 4,88±0,15 5,35±0,19 5,28±0,18

2 6,23±0,19 6,62±0,17 6,84±0,18 7,37±0,16

К (ммоль/л) 1 98,1+2,9 92,4±2,1 89,9±1,8 88,3±2,2

2 87,4±2,3 84,3±2,2 79,7±1,6 71,5±1,4

Са (ммоль/л) 1 2,46±0,13 2,79±0,10 2,96+0,11 2,87±0,09

2 1,85±0,11 2,13±0,09 2,49±0,08 2,56+0,12

(ммоль/л) 1 1,65±0,05 1,95±0,08 2,13±0,12 2,18±0,11

2 1,89±0,07 1,56±0,05 1,43±0,06 1,26±0,04

р (ммоль/л) 1 62,5±3,4 53,1±2,5 48,6±2,1 46,4±2,3

2 44,3±3,9 37,9±2,1 33,4±1,5 30,9±1,2

Ре (ммоль/л) 1 7,66±0,53 5,31 ±0,41 4,28±0,34 4,06±0,36

2 9,62+0,75 7,51 ±0,78 6,42±0,57 5,86±0,34

Си (мкмоль/л) 1 0,12+0,006 0,16±0,007 0,27±0,01 0,32±0,01

2 0,18±0,007 0,17±0,006 0,21 ±0,008 0,26±0,01

Ъл (мкмоль/л) 1 4,36±0,49 5,31±0,38 5,93±0,37 5,71±0,28

2 5,59±0,56 6,28±0,51 7,56±0,28 7,67±0,39

Мп (мкмоль/л) 1 0,64±0,05 0,56±0,04 0,52±0,02 0,47±0,01

2 0,49±0,03 0,42±0,01 0,38±0,02 0,32±0,01

Примечание: 1-высокоустойчивые животные (ВУ);

2 - низкоустойчивые животные (НУ).

В условиях острого асептического воспалительного процесса у ВУ животных содержание кальция в плазме крови достоверно снижается к концу 2-х суток воспаления, а у НУ - к концу 3-х суток (р<0,001). При этом выявлено, что максимальные значения содержания кальция в эритроцитах у ВУ крыс наблюдается на 2-е сутки воспаления, а у НУ - на 3-и сутки.

Анализ полученных результатов показал, что в условиях острого асептического воспаления у ВУ животных содержание магния в плазме крови достоверно снижается на

37,1%, а у НУ возрастает на 43,3% к концу 3-х суток (р<0,001). При этом содержание магния в эритроцитах у ВУ крыс повышается на 24,3%, а у НУ снижается на 33,9% на 3-и сутки воспаления.

В процессе острого асептического воспаления у всех животных содержание фосфора в плазме крови достоверно повышается к концу 3-х суток, а в эритроцитах - снижается (р<0,001). При этом установлено, что у ВУ животных содержание фосфора в плазме крови повышается на 78,3% и у НУ - на 60,4%, а в эритроцитах у ВУ крыс снижается на 25,9% и у НУ - на 33,9% на 3-и сутки воспаления по сравнению с данными интактных животных.

Анализ полученных данных показал, что у ВУ животных контрольной группы содержание железа в плазме крови выше, чем у НУ, а в эритроцитах - у НУ выше, чем у ВУ (р<0,001). Это связано с тем, что у НУ животных выше концентрация эритроцитов и гемоглобина в крови. В условиях острого асептического воспаления у всех животных наблюдается снижение содержания железа в плазме крови и эритроцитах, достигая максимума к концу 3-х суток (р<0,001).

В условиях воспалительного процесса у животных содержание меди в плазме крови и эритроцитах достоверно повышается к концу 3-х суток (р<0,001). При этом у ВУ животных содержание меди в плазме крови на 3-и сутки воспаления повышается в 1,7 раза, а в эритроцитах - в 2,6 раза и у НУ - в 2 и 1,4 раза, соответственно, по сравнению с данными интактных животных. Это согласуется с данными и других авторов [9,10].

У животных контрольной группы содержание цинка в эритроцитах в 2 раза выше, чем в плазме, это связано со значительной концентрацией в них цинксодержащего фермента карбоангидразы, которая играет важнейшую роль в процессах тканевого дыхания [10].

Относительно высокий уровень цинка в эритроцитах сохранялся в процессе асептического воспаления у ВУ животных к концу 2-х суток и у НУ к концу 3-х суток по сравнению с данными контрольной группы. Можно полагать, что в условиях развивающегося воспалительного процесса механизмы гомеостатической регуляции направлены на поддержание концентрации и активности эритроцитарной карбоангидразы, что необходимо для связывания и выделения углекислого газа, а следовательно, и более интенсивного потребления кислорода.

Известно, что переход цинка из плазмы в эритроциты показан при различных формах пневмонии и кислородной недостаточности [Ю.М. Бала, В.М. Лифшиц, 1973]. Вероятно, при этом происходит “вымывание” цинка из клеточных депо внутренних органов и клеток, чему в немалой степени способствуют усиливающиеся катаболические процессы. В процессе воспаления выявлено, что коэффициент накопления Т2п++ в эритроцитах у ВУ животных достоверно повышается к концу 2-х суток, а у НУ - к концу 3-х суток по сравнению с данными контрольной группы (р<0,001).

Результаты проведенных исследований показали, что у ВУ животных контрольной группы содержание марганца в плазме крови и в эритроцитах выше, чем у НУ (р<0,001). При этом концентрация марганца в эритроцитах ВУ животных в 5,7 раза выше, чем в плазме крови, а у НУ - в 6,4 раза, это связано со значительной концентрацией в эритроцитах Мп-содержащих металлоферментов (Мп-СОД), имеющих прямое отношение к иммунной системе и защите организма от вредных воздействий перекисных радикалов.

В условиях воспалительного процесса у животных содержание марганца в плазме крови достоверно повышалось, а в эритроцитах - снижалось (р<0,001). При этом выявлено, что у ВУ животных содержание марганца в плазме крови на 2-е сутки воспаления увеличилось в 1,4 раза, и у НУ на 3-и сутки в 1,8 раза, а в эритроцитах снизилось в 1,4 и

1,5 раза, соответственно, по сравнению с данными интактных животных (р<0,001).

Таким образом, течение асептического воспаления сопровождалось значительными изменениями электролитного обмена в плазме крови и эритроцитах, которое зависело

как от тяжести патологического процесса, так и от различной чувствительности к гипоксии животных.

Установлено, что качественные и количественные характеристики элементного состава плазмы крови и эритроцитов в процессе развития острого асептического воспаления достоверно отличаются у животных с различной устойчивостью к гипоксии. При этом у ВУ животных содержание калия, кальция, магния и марганца в плазме крови достоверно выше, а натрия, фосфора, железа, меди и цинка - у НУ (р<0,05). При этом содержание калия, кальция, фосфора и марганца в эритроцитах достоверно выше у ВУ животных, а натрия, магния, железа, меди и цинка - у НУ (р<0,05).

Литература:

1. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека: этиология, классиффикация, органопатология. -М.: Медицина, 1991.-496 с.

2. Бала Ю.М., Лифшиц В.М. Микроэлементы в клинике внутренних болезней. - Воронеж, 1973. - 184 с.

3. Барабой В.А., Брахман И.И., Голотин В.Г., Кудряшов Ю.Б. Перекисное окисление и стресс. -СПб :Наука.-1992. - 149 с.

4. Грицук А.И., Губкина Н.И., Ждахина К С. Влияние птюкинезии различной продолжительности на содержание электролитов в мышечной ткани крыс. // Авиакосмическая и экологическая медицина. -1997. -Т 31. N3.-С. 28-33.

5. Пауков B.C., Салтыков Б.Б., Ермакова Н.Г., Шашлов С.В. Патогенетические аспекты хронического воспаления // Архив патологии. -1998. N1. -С. 34-38.

6. Серов В.В., Пауков B.C. Воспаление. Руководство для врачей. -М.: Медицина, 1995. -640 с.

7. Сорокина З А. Состояние калия, натрия и воды в цитоплазме клеток. -Киев: Наукова думка, 1978. -

265 с.

8. Макшанова Г.П. Влияние высокогорного климата и иммобилизации на водно-электролитный состав органов и тканей крыс с различной устойчивостью к гипоксии // Автореф. дисс. ... кандидата мед. наук. -Фрунзе, 1988. -20 с.

9. Milanino R., Moretti U., Concari E., Marrella М., Velo G.P. Copper and zinc status in adjuvant-arthritic rat: studies on blood, liver, kidneys, spleen and inflamed paws. Hi. Agents Actions. -1988. -V. 24. N 3-4. -P. 365-376.

10. Rofe A.M., Philcox J.C., Haynes D.R., Whitehouse M.W., Coyle P. Changes in plasma zinc, copper, iron, and hepatic metallothionein in adjuvant-induced arthritis treated with cyclosporin. //Biol. Trace. Elem. Res. -1992. -V. 34. N 3. -P. 237-248.

IMBALANCE OF THE MACRO- & MICROELEMENT HOMEOSTASIS AT ASEPTIC INFLAMMATORY CONDITIONS OF THE ANIMALS WITH DIFFERENT RESISTANCE TO HYPOBARIC HYPOXIA

N.A. KHODOROVICH, N.V. ETTEEVA

Department of Pathophysiology RUPF, Moscow, 117198, st. Miklukho-Maklaya, 8,

medical faculty

In the series of acute experiments on cats, by modifying aseptic inflammation at hypobaric hypoxic condition obtained qualitative & quantitative characteristics of the elementary composition of blood plasma and erythrocytes, with authentic correlation among the animals with different resistance to hypoxia. Accordingly the contents of potassium, calcium, magnesium and manganese in the blood plasma of the high resistant animals correlatively significant, where as sodium, phosphorus, ferrous, copper and zinc of low resistant (p <0,05). At the mean time content of potassium, calcium, phosphorus and manganese in the erythrocytes of high resistant animals correlatively significant, where as sodium, magnesium, ferrous, copper and zinc of low resistant animals (p <0,05).