Состояние системы антиоксидантной защиты в головном мозге крыс при разных режимах физических нагрузок

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012

В. И. Фисинн, В. В. Щеглова, Н. И. Клейменова. — 3-е изд. перераб. и доп. — М., 2003. — 456 с.

4. Шевелев, Н. С. Морфофункциональные особенности слизистой оболочки рубца жвачных животных / Н. С. Шевелев,

А. Г. Грушкин // Сельскохозяйственная биология. — 2003. — № 6. - С. 15-22.

5. Jc)iiany, J .P. Role de lecoysteme du rumen dans la digestion des aliments chez le ruminant. C. R. Acad. Agr. Fr., 1998, Vol. 84. — № 1. — P. 121 — 134.

6. Алиев, А. А. Обмен веществ у жвачных животных /

А А. Алиев. — М. : Инженер, 1997. — 419 с.

7. Пивняк, И. Г. Микробиология пищеварения жвачных /

И. Г. Пивняк, Б. В. Тараканов. — М. : Колос, 1982. — 274 с.

8. Долгов, И. А. Влияние аминокислот на протеолитическую активность микроорганизмов рубца жвачных / И. А. Долгов, Б. В. Тараканов // Физиология и биохимия белкового питания сельскохозяйственных животных : научные труды. — Том XIII. — Боровск, 1974. —С. 241—248.

9. Тараканов, Б. В. Физиологическая роль микробиоты в рубцовом пищеварении (обзор) / Б. В. Тараканов // Сельскохозяйственная биология. —2005. — № 6. — С. 9 — 13.

10. Шевелев, Н. С. О морфофункциональных особенностях микробиоты рубца жвачных животных и роли целлюлозо-литических бактерий в рубцовом пищеварении / Н. С. Шевелев, А. Г. Грушкин // Сельскохозяйственная биология. — 2008. — № 2. — С. 12—19.

11.Dehority В A., GnbbJ. Bacterial population adherent to the epithelium of the roof of the dorsal rumen in sheep. Appl. and Environ. Microbiol., 1981, Vol. 41, № 6. — Р 1424 — 1427.

12. McCowan R.P., Cheng K.-J., Costerton J.W. Adherent bacterial populations on the bovine rumen wall: distribution patterns of adherent bacteria. Appl. and Environ. Microbiol., 1980, Vol 1. — Р. 233—241.

13. Zitnan R., Bomba A., Kolodzieyski L. е.а. Scanning electron microscopical studies into the development of rumen epithelium and adherent bacteria in suckling lambs. Folia Veter. Kosice, 1994, Vol 38, № S. — Р 51—56.

14. Тараканов, Б. В. Нормальная микрофлора преджелудков жвачных / Б. В. Тараканов // Сельскохозяйственные животные, физиологические и биохимические параметры организма. — Боровск, 2002. — С. 259 — 334.

15. Бергер, Х. Научные основы питания с.-х. животных / Х. Бергер, Х-А Кетц ; пер. с нем., к. с.-х. н. А М. Холманова. — М. : Колос, 1973. - С. 24-106.

16. Ёрсков, Э. Р. Протеиновое питание жвачных животных /

Э. Р. Ёрсков ; пер. с англ. Э. В. Овчаренко и Г. Н. Жидкобли-новой ; под ред. и с предисл. В. И. Георгиевского. — М. : Агропромиздат, 1985. — 183 с.

17. Курилов, Н. В. Физиология и биохимия пищеварения жвачных / Н. В. Курилов, А П. Кроткова. — М. : Колос 1971. — 432 с.

18. Протеиновые ресурсы и их рациональное использование при кормлении сельскохозяйственных животных и птицы / П. Ф. Шмаков [и др.]. — Омск : Вариант-Омск, 2008. — 488 с.

19. Алиев, А. А. Экспериментальная хирургия : учеб. пособие / А. А. Алиев. — 2-е изд., доп., перераб. — М. : Инженер, 1998. — 445 с.

20. А. с. 1687257 Способ определения протеолиза в желудке жвачных животных / А. Я Рябиков, А. Н. Симикин. —

№ 4652696 ; заявл. 20.02.89 ; опубл. 01.07.91, Бюл. № 40.

РЯБИКОВ Анатолий Яковлевич, доктор биологических наук, профессор кафедры анатомии, гистологии, физиологии и патологической анатомии. ОКТЯБРЕВ Николай Михайлович, аспирант кафедры анатомии, гистологии, физиологии и патологической анатомии.

Адрес для переписки: nikf87@mail.ru

Статья поступила в редакцию 22.11.2011 г.

© А. Я. Рябиков, Н. М. Октябрев

УДК 612.015.3:616.831-092.9 В. В. КОРНЯКОВА

Омская государственная медицинская академия

СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ АНТИОКСИДАНТНОЙ ЗАЩИТЫ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ КРЫС ПРИ РАЗНЫХ РЕЖИМАХ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК______________________________

Интенсивные физические нагрузки приводят к интенсификации в головном мозге свободнорадикальных процессов и торможению активности ферментов антиоксидант-ной системы. Оптимальные физические нагрузки не снижают эффективность анти-оксидантной защиты в головном мозге.

Ключевые слова: кровь, головной мозг, ферменты, физические нагрузки.

Экстремальные физические нагрузки способны приводить к нарушению процессов адаптации, что сопровождается нарушением гомеостаза и возникновением предпатологических и патологических изменений в отдельных органах и организме в целом [1]. Одним из функциональных состояний, определя-

ющих уровень работоспособности в условиях интенсивной или длительной физической либо умственной работы, является утомление, развивающееся вследствие структурных и функциональных нарушений в различных органах, в частности, в головном мозге, и сопровождающееся изменением

психофизиологического состояния организма [2]. Однако в современной литературе отсутствуют данные о пусковых механизмах утомления в мозге и состоянии в нем антиоксидантной защиты при данном явлении.

Целью исследования явилось изучение изменения активности ферментов АОС в головном мозге крыс при физических нагрузках разной интенсивности.

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. У всех животных фиксировали время плавания, периоды активного плавания, замирания, выпрыгивания, ныряния.

Плавание крыс проводили в бассейне диаметром 45 см, глубиной 60 см, с температурой воды 28 — 30 оС, а воздуха в виварии — 19 — 21 оС. Исследования проводились в соответствии с требованиями Европейской конвенции по защите экспериментальных животных. По окончании эксперимента в плазме крови крыс забирали кровь и определяли концентрацию лактата, урата и глюкозы унифицированными методами исследования. Из головного мозга готовили 20 % гомогенаты с использованием 0,15 М раствора хлорида калия, в которых определяли содержание белка биуретовым методом, активность супероксиддисмутазы (СОД) по Т. В. Сирота [3], глутатионредуктазы (ГлР) и глутатионперокси-дазы (ГлПО) — по С. Н. Власовой и соавт. [4], глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ) — по Д. В. Черданцеву [5].

Для биохимических исследований использовали реактивы фирм «Ольвекс» (Россия), «Но8риех»

(Швейцария), «ЯапсЗох» (Великобритания). Результаты исследования обработаны статистически с помощью программы ЗРЗБ 13.0. Статистическая обработка осуществлялась с использованием непараметрического критерия Манна —Уитни. Достаточным считался уровень значимости р<0,05.

Результаты и их обсуждение. Полученные нами данные свидетельствуют о том, что экспериментальные животные контрольной группы и подвергнутые ОН незначительно отличаются по биохимическим показателям крови и гомогенатов головного мозга от интактных крыс. Однако следует отметить, что плавание без груза сопровождается увеличением уровня лактата в крови контрольных крыс [на 37,6 % по сравнению с интактными животными (Р = 0,003)], что свидетельствует об активации у них процессов анаэробного гликолиза. У крыс группы К это не сопровождается энергетическим дефицитом и усилением окисления липидов. Наблюдается лишь незначительное снижение в крови данных животных концентрации глюкозы (на 3,0 %, Р = 0,57) и увеличение Р-гидроксибутирата (на 22,2%, Р = 0,11) по сравнению с аналогичными показателями у интакт-ных крыс (табл. 1). Несмотря на усиление процессов анаэробного гликолиза, у контрольных крыс не происходит истощения антиоксидантной системы в ткани головного мозга.

Плавание в режиме ОН сопровождается возрастанием уровня лакцидемии (на 40,0 %, Р = 0,002 по сравнению с аналогичным показателем у животных группы И). У крыс группы ОН увеличивается тенденция к снижению уровня глюкозы в крови (на 6,7%; Р = 0,46), а содержание Р-гидроксибутирата статистически значимо возрастает (на 29,6 %; Р = 0,01) по сравнению с аналогичными показателями у ин-тактных крыс. Вместе с тем плавание в режиме ОН не сопровождается усиленной активацией ксантин-оксидазной реакции, о чем свидетельствует лишь тенденция к нарастанию урата в крови крыс данной группы [на 38,1 % (Р = 0,06) по сравнению с аналогичным показателем у интактных животных]. Однако данные метаболические перестройки сопровождаются напряжением АОС в тканях головного мозга. У крыс группы ОН отмечается снижение активности СОД (на 12,6 %; (Р = 0,08)), ГлПО (на 20,7 %; (Р = 0,11)), ГлР (на 12,5 %; (Р = 0,09)) по отношению к интактным крысам (табл. 2).

Интенсивные физические нагрузки приводят к резкому увеличению в крови уровня молочной кислоты [ на 83,5 % (Р = 0,0001), 33,3 % (Р = 0,0001) и 31,1 % (Р = 0,003) по сравнению с аналогичными параметрами у животных групп И, К и ОН соответственно], что указывает на интенсификацию реакций анаэроб-

Таблица 1

Биохимические показатели крови крыс интактных (И), контрольных (К), подвергнутых оптимальным нагрузкам (ОН) и интенсивным нагрузкам (ИН), М+т, п=10-5

Показатели И К ОН ИН

Глюкоза, ммоль/л 8,04+0,60 7,80+0,45 7,50+0,22 6,44+0,35 и, к, он

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

[3-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

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

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012

Таблица 2

Биохимические показатели гомогенатов головного мозга крыс интактных (И), контрольных (К), подвергнутых оптимальным нагрузкам (ОН) и интенсивным нагрузкам (ИН), М±т, п=10

Показатели И К ОН ИН

Супероксиддисмутаза, Ед СОД/ мг белка 10,93+0,37 9,87+0,27 9,55+0,61 7,64+0,35 и, к, он

Глутатионпероксидаза, МЕ/мг белка 164+13 175+9 130+15 79+8 и, к, он

Глутатионредуктаза, МЕ/мг белка 96,3+5,8 89,6+7,3 84,3+4,1 79,5+1,9 и

Глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа, МЕ/г белка 38,0+2,8 38,9+1,8 38,6+2,4 37,4+2,7

ного гликолиза, вызванную недостаточной обеспеченностью тканей кислородом. В этих условиях развивается дефицит углеводов, уровень глюкозы в плазме крови крыс группы ИН статистически значимо снижается [ на 19,9 % (Р = 0,036), 17,4 % (Р = 0,042), 14,1 % (Р = 0,028) по сравнению с аналогичным показателем у животных групп И, К и ОН соответственно]. Вследствие недостаточной эффективности процессов энергообеспечения у крыс группы ИН усиливается окисление в тканях липидов. Тенденция к нарастанию концентрации Р-гидроксибутирата в крови животных группы ИН увеличивается, его содержание на 39,5 % (Р = 0,01) превышает аналогичный параметр у интактных крыс. Развившиеся в организме крыс группы ИН лакто- и кетоацидоз вызывают усиленный катаболизм пуриновых мононуклеотидов до мочевой кислоты. Концентрация урата в крови крыс группы ИН увеличивается на 97,9 % (Р = 0,0001), 89,6 % (Р = 0,0001) и 43,3 % (Р = 0,01) относительно данного показателя у животных групп И, К и ОН соответственно (табл. 1).

Катаболизм пуринов у крыс группы ИН сопряжен с активацией перекисного окисления липидов и истощением АОС в ткани головного мозга. Так, активность СОД в головном мозге животных группы ИН на 30,1 % (Р = 0,009), 22,6 % (Р = 0,009) и 20,0 % (Р = 0,028) ниже по сравнению с соответствующим параметром в группах крыс И, К и ОН соответственно (табл. 2). Известно, что торможение СОД способствует увеличению числа неинактивированных супероксидных радикалов [6].

В условиях ИН снижается активность ферментов метаболизма глутатиона в ткани головного мозга, что указывает на развитие дефицита этого трипеп-тида в условиях интенсивных физических нагрузок. Особенно выражено у крыс вышеупомянутой группы торможение селензависимого фермента ГлПО [на 51,8 % (Р = 0,003), 54,9 % (Р = 0,003) и 39,2 % (Р = 0,015) относительно аналогичного показателя у животных И, К и ОН групп] (табл. 2), что может быть вызвано недостатком селена в условиях интенсивных физических нагрузок [7, 8]. Активность ГлР в головном мозге крыс группы ИН ниже аналогичного параметра у крыс групп И, К и ОН соответственно на 17,4 % (Р = 0,025), 11,3 % (Р = 0,34) и 5,7 % (Р = 0,70).

При интенсивной мышечной работе увеличивается потребление мозгом кислорода и глюкозы, поступающих с током крови. Дефицит глюкозы и нарастающая гипоксия в условиях ИН приводят к торможению реакций пентозного цикла. Последнее подтверждается тенденцией к снижению активности Г-6-ФДГ в головном мозге крыс, подвергнутых ИН [на 1,6 % (Р =1,00), 3,9 % (Р = 0,94) и 3,1 % (Р = 0,86) по сравнению с аналогичным показателем у крыс групп

И, К и ОН соответственно]. Снижение активности этого фермента может способствовать торможению генерации ИЛЭРН, что также приводит к угнетению функции АОС, а в целом — к снижению функциональной активности головного мозга, отличающегося высокой потребностью в энергии.

Необходимо отметить, что у животных группы ИН отмечали снижение времени активного плавания к окончанию эксперимента на 42,5 % и количества выпрыгиваний на 45,5 % по сравнению с крысами группы ОН. Крысы, подвергнутые ИН, на пятой неделе эксперимента отличались более пассивным поведением, снижением двигательной активности в периоды отдыха и вяло реагировали на внешние раздражители. Вышеперечисленные признаки свидетельствуют о развитии у крыс группы ИН утомления, что подтверждает результаты биохимических исследований.

Таким образом, интенсивные физические нагрузки приводят к развитию гипоксии, лакто- и кето-ацидоза, сопряженных с интенсификацией катаболизма пуриновых мононуклеотидов до урата. Это сопровождается усиленным генерированием активных кислородных метаболитов, истощающих функцию антиоксидантной системы в головном мозге.

Библиографический список

1. Лыжина, Е. В. Структурно-функциональная реорганизация клеток Пуркинье мозжечка белых крыс после физической нагрузки разной степени интенсивности / Е. В. Лыжина,

B. В. Корнякова, В. В. Шаповалова // Морфология. — 2008. — Т. 134, № 5. — С. 80 — 81.

2. Роженцов, В. В. Утомление при занятиях физической культурой и спортом: проблемы, методы исследования / В. В. Ро-женцов, М. М. Полевщиков. — М. : Советский спорт, 2006. — 280 с.

3. 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.

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

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

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

6. Кольтовер, В. К. Свободнорадикальная теория старения: исторический очерк / В. К. Кольтовер // Успехи геронтологии. — 2000. — № 4. — С. 33 — 40.

7. Вировец, О. А. О повышенных потерях макро- и микроэлементов при занятиях спортом и целесообразности их компенсации биологически активными добавками / О. А. Вировец // Вопросы питания. — 2009. — Т. 78, № 2. — С. 67—71.

8. Корнякова, В. В. Применение БАД «Селен-актив» для коррекции антиоксидантного статуса организма у представителей циклических видов спорта / В. В. Корнякова // Теория и практика физической культуры. — 2010. — № 10. — С. 66 — 68.

КОРНЯКОВА Вера Валерьевна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), доцент кафедры

безопасности жизнедеятельности, медицины катастроф.

Адрес для переписки: bbk_2007@inbox.ru.

Статья поступила в редакцию 08.09.2011 г.

© В. В. Корнякова

УДК 581.526.325:627.17(571.13) Л. В. ГЕРМАН

Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина

ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ФИТОПЛАНКТОНА ОЗЕРА КАЛАЧ

Описан таксономический состав фитопланктона озера Калач в 2009—2011 гг. Методами биоиндикации установлено, что озеро загрязнено органическими веществами и подвержено «цветению» воды.

Ключевые слова: фитопланктон, таксономический состав, эвтрофирование, «цветение» воды.

Изучение состава живых организмов водоема позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения. Биоиндика-ционные свойства фитопланктона как показателя качества водоёма наиболее проработаны по сравнению с другими группами водных организмов, они определяются фактом нахождения или отсутствия определенных видов водорослей и цианопрокариот, а также степенью их количественного развития [1].

Озеро Калач — водоем природно-антропогенного происхождения с замкнутым водообменом, расположенный в центре г. Калачинска. Котловина озера находится на нижней надпойменной террасе реки Оми и имеет подковообразную форму. Озеро является относительно мелководным, максимальная глубина в период половодья составляет около 4 м. Озеро интенсивно используется населением для рекреации.

Количественные пробы фитопланктона объемом 0,5 л отбирали из поверхностного слоя воды на 5 станциях, расположенных равномерно по акватории озера, с мая 2009 по октябрь 2011 гг. Отбор проб проводили 2 раза в месяц в период открытой воды и 1 раз — в период ледостава. Для более тщательного изучения таксономического состава фитопланктона отбирали качественные пробы. Все пробы фиксировали 40 % формалином и концентрировали осадочным способом. Обработку проб проводили общепринятыми в гидробиологии методами [2]. Определение видов диатомовых водорослей проводили на постоянных препаратах с использованием масляной иммерсии при увеличении Х1350 на световом микроскопе Микмед-1 и на сканирующем электронном микроскопе НйасЫ Б3400Н в лаборатории водной экологии Института водных и экологических проблем СО РАН (г. Барнаул). Доминирующий комплекс фитопланктона определяли по численности к доми-

нантам относили виды, численность которых составляла не меньше 10 % [3].

За период исследования в фитопланктоне озера идентифицировано 285 видов, разновидностей и форм, относящихся к 8 отделам: цианопрокариоты (Cyanoprokaryota) — 49, динофитовые (Dinophyta) — 4, криптофитовые (Cryptophyta) — 3, желтозеленые (Xanthophyta) — 4, диатомовые (Bacillariophyta) — 61, золотистые (Chrysophyta) — 9, эвгленовые (Eugleno-phyta) — 39 и зеленые водоросли (Chlorophyta) — 116. Высоким видовым богатством отличались зеленые, диатомовые, эвгленовые водоросли и цианопро-кариоты.

Зеленые водоросли встречаются в фитопланктоне озера Калач во все вегетационные сезоны и часто входят в состав доминирующего комплекса. К их числу относятся Monoraphidium contortum (Thur.) Kom.-Legn., M. minutum (• д**) Kom.-Legn., Scenedesmus acutus Meyen, S. falcatus Chod. и Dictyosphaerium pulchellum Wood. Последний вид в августе 2009 г. достигал максимальной численности в 295,5 млн кл./л. Как отмечает ряд исследователей, присутствие в фитопланктоне Dictyosphaerium pul-chellum служит показателем высокой эвтрофности водоема, особенно при его антропогенном загрязнении, и может вызывать «цветение» воды [4].

Зеленые водоросли представлены классом Chloro-phyceae и порядками Volvocales и Chlorococcales. Основную роль в формировании видового богатства зеленых водорослей играет порядок Chlorococcales (113 видовых и внутривидовых таксонов), значительную роль в котором играют виды семейств Scenedes-maceae (45) и Selenastraceae (22). Высокое видовое богатство характерно для рода Scenedesmus (28 видовых и внутривидовых таксонов).

Вольвоксовые водоросли представлены видами рода Pandorina (P. morum (• д•••) Bory и P. charko-viensis Korsch.) и Chlamydomonas. Летом 2009 г. Pandorina charkoviensis входила в состав доминиру-

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ