Ставропольская государственная медицинская академия

Учитывая все возрастающие масштабы применения металлсодержащих ксенобиотиков, их высокую токсичность, способность накапливаться в организме человека, оказывать вредное влияние даже в сравнительно низких концентрациях, данные химические загрязнители среды должны быть отнесены к числу важнейших(4)
Среди многочисленных «мишеней» тяжелых металлов свободные радикалы и противостоящие им антиоксидантные системы занимают особое положение, т.к. нарушение баланса между образованием и гашением свободных радикалов обычно приводит к развитию окислительного стресса.
С другой стороны, современные данные свидетельствуют, что основной гормон шишковидной железы мелатонин наряду с прочими свойствами проявляет четкую антиоксидантную активность (1). В связи с этим представляется важным изучить состояние ферментативной и неферментативной антиоксидантной систем крови в условиях введения cмеси солей тяжелых металлов, обнаруженных в почве и питьевой воде г. Ставрополя, и ее коррекцию мелатонином.
Материалы и методы исследования. Опыты выполнены на 40 белых беспородных крысах-самцах массой 110 – 150 г (в марте месяце). Животные были разделены на 4 группы. 1-я группа (контрольная) получала физиологический раствор внутрибрюшинно. Во 2-ю группу вошли животные, которым вводили смесь солей ТМ. Модель хронической интоксикации создавали путем внутрибрюшинного введения изучаемой комбинации металлов в течении 10,30 и 90 дней. Соотношение доз металлов в комбинации приблизительно соответствовало среднему соотношению в атмосферном воздухе и питьевой воде г. Ставрополя. Вводимая доза готовилась из маточного раствора: K2Cr2O7 – 17.85 мг/2мл MnCI2 x 7H2O – 20.4мг /2мл; NiSO4 – 14.7мг/2мл Pb(COOH)2 – 36мг/6мл ; FeSO4 x 7H2O 565.95мг/6мл ; CuSO4 x 5H2O – 51.9мг /2мл ; ZnSO4 x 7H2O 8.85мг/2мл. В 3-ей группе использовали мелатонин в дозе 0,1 мг/кг, внутрибрюшинно в вечернее время суток. Животным 4-й группы ТМ вводили утром, а вечером (18ч) мелатонин.
Состояние ферментативной антиоксидантной системы (АОС) крови изучали по активности: каталазы (КАТ), супероксиддисмутазы (СОД), аланинаминотрасферазы(АЛТ), аспартатаминотрансферазы(АСТ) и состояние неферментативной антиоксидантной системы по содержанию мочевины, общего белка, билирубина, β- липопротеинов, которое оценивалось общепринятыми лабораторными методами. Крыс содержали в условиях вивария при естественном освещении и максимальной стандартизации температурного и пищевого режима со свободным доступом к воде и еде. Полученные результаты подвергали вариационной статистической обработке с использованием критерия Стьюдента.
Результаты исследования.
Введение солей ТМ существенно сказывалось на функциональной активности печени. Выражением этого служило повышение концентрации ферментов АСТ и АЛТ, снижение уровня СОД и КАТ. Под действием солей тяжелых металлов количество -липопротеинов уменьшалось в два раза в сравнении с показателями контрольной группы. Уровень альбуминов крови также оказывался ниже, что приводило к падению содержания общего белка. Изолированное применение мелатонина существенных сдвигов вызывало (таб.1). активацию антиоксидантных ферментов и увеличивало содержание липопротеинов.

Если же соли тяжелых металлов комбинировали с мелатонином, то негативное влияние смеси ксенобиотиков заметно ослабевало, свидетельствуя о существовании антагонистических отношений между веществами.Для фермента АЛТ это проявлялось в снижении его активности в 1,4 раза (0,17±0,02 против 0,244 ± 0,01, p<0,001) в сравнении с группой животных, получивших только смесь солей ТМ уже через 10 дней от начала наблюдений. К концу эксперимента отмечалось двукратное падение активности данного фермента (с 0,37±0,01 до 0,17±0,05, p<0,001). Содержание второго цитолитического фермента АСТ достоверно низким оказывалось лишь на 90- й день (0,18±0,01 против 0,4±0,01, p<0,001).
Уровень активности антиоксидантных ферментов СОД и КАТ, наоборот, заметновозрастал: в первые дни – СОД на 55%, КАТ – на 35%, через месяц – уже на 68% и 48 % соответственно. Через три месяца (90 дней) активность СОД была выше на 74%, а КАТ на 83% от показателей сравниваемой группы животных.
Количество β-липопротеинов достоверно выше становилось через 30 дней (0,71 ± 0,01 против 0,5 ± 0,01 во II группе, p<0,001) и сохранялось до конца эксперимента (0,94 ± 0,08 вместо 0,4 ± 0,001).
Концентрация альбуминов достоверно выше оказалось лишь на 90-й день (25,9 ± 0,35 против 20,1 ± 1,1). Содержание общего билирубина уменьшалось (13,8 ± 0,02 вместо 16,39 ± 1,2) и приближалось к контрольным величинам.
Таким образом, на основании полученных сведений можно говорить о том, что мелатонин сглаживает неблагоприятные биохимические сдвиги, вызванные солями тяжелых металлов, что проявлялось в снижении активности цитолитических ферментов АЛТ и АСТ, усилении выработки антиоксидантных ферментов (СОД и КАТ) и восстановлении значений основных показателей крови (билирубина, общего белка, альбумина и липопротеинов).
Обсуждение результатов. В целом, полученные данные свидетельствуют о благоприятном влиянии мелатонина на дисбаланс показателей антиоксидантной защиты, обусловленный интоксикацией солями тяжелых металлов. Согласно полученным нами данным, умеренная гиперактивность (1,5 раза больше, чем в контрольной группе) индикаторного цитолитического фермента АЛТ может указывать на нарушение структуры мембран. Изменение целостности мембран может способствовать увеличению продукции О2- . В этом случае генерация супероксидных анионов возрастает и возникает угроза токсического поражения организма за счет действия активных форм кислорода (5, 6, 10,).
Внутрибрюшинное введение смеси солей тяжелых металлов сопровождалось снижением активности СОД и КАТ, являющиеся ключевыми антиоксидантными ферментами, что соответствует другим литературным данным. Так, повышению содержания свинца сопутствовали снижение активностью СОД и более высокий уровень ПОЛ (6). В условиях in vitro добавление свинца вызывало ингибирование активности СОД, КАТ и глутатиопероксидазы (ГП) в эритроцитах периферической крови, подчеркивая важную роль окислительного стресса в свинцовой интоксикации (6,10). На развитие окислительного стресса указывает и зарегистрированное нами снижение содержания β- липопротеинов, относящихся к экзогенным антиоксидантам неферментативной природы и синергически взаимодействующих с энзиматическими антиоксидантными механизмами.
Согласно полученным результатам, при сочетанном введении мелатонина негативное влияние ТМ ослабевало. Активность АЛТ снижалось и приближалось к норме, СОД и КАТ восстанавливали свою активность. Следовательно, действие мелатонина оказывается направлено на защиту антиоксидантной активности клеток. Возможно, что это связано с его способностью непосредственно связывать свободные радикалы. В экспериментах in vivo и in vitro было показано, что мелатонин обладает значительно более выраженной активностью, чем такие мощные внутриклеточные антиоксиданты как глютатион и витамины Е и С (11). Такая высокая антиоксидантная эффективность мелатонина не может быть объяснена только способностью мелатонина прерывать процесс липидной пероксидации путем инактивации радикала ROO-. Возможно, что она может включать в себя еще и инактивацию радикала ОН- , являющегося одним из инициаторов процесса ПОЛ (7,9). Помимо высокой антиоксидантной активности ряд авторов указывают на хелатирующие свойства мелатонина, что выражается в его способности образовывать прочные комплексы с такими металлами как Cu, Fe, Zn Pb (9).
Тем самым, резонно полагать, что накапливаясь, тяжелые металлы приводят к изменению активности ферментов, нарушают целостность клеточных мембран, стимулируют перекисное окисление липидов, а мелатонин за счет своих антиоксидантных , хелатирующих свойств способен ослаблять их токсическое действие.

 

 

 Литература
1. Арушанян Э.Б. «Современные аспекты хронофизиологии и хронофармакологии (итоги 20-летнего научного поиска», Ставрополь, СтГМА, -2004. –С.20 – 23.
2. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е., Метод определения активности каталазы. Лабораторное дело, -1988. -№1. –С.16 – 18.
3. Саноцкий И.В., Вопросы гигиенического нормирования при изучении отдаленных последствий воздействия промышленных веществ. М.: Наука, - 1972. –С.78 – 82.
4. Трахтенберг И.М., Колесников В.С., Луковенко В.П., Тяжелые металлы во внешней среде (современные гигиенические и токсикологические аспекты // Минск: «Наука и техника», -1994. –С. 285.
5. El-Missiry M.A., Prophylactic effect of melatonin on lead–induced inhibition of heme biosynthesis and deterioration of antioxidant systems in male rats // J. Biochem. Mol. Toxicol. – 2000 – V.4. – P. 57 – 62
6. Ito Y., Niiya Kurita H., Shima S., Sarai S., Serum lipid peroxide level and blood superoxide dismutase activity in workers with occupational exposure to lead // Int. Arch. Occup. Environ Health – 1985 – V. 56 – p. 119 – 127
7. Pablos M.I., Agapito M.T., Gutierres R., et al. Melatonin stimulates the activity of the detoxifying enzyme glutathione–peroxides in several tissues of chicks // J. Rineal Res. – 1995. – V.9 – p.111 – 115.
8. Рarmar P.,Limson J.,Nyokong T., Daya S., Melatonin protects against copper-mediated free radical damage //J. Pineal Res. – 2002. – V. 4. –p. 237 – 242.
9. Reiter R.S., Melchiorri D., Sewerynek E. et al. A review of the evidense supporting melatonin’s role as an antioxidant // J. Pineal Res. – 1995. – V.8. – p.2 – 11
10. Sugawara E., Nakamura K., Miyake T., Fukumura A., Seki Y., Lipid peroxidation and concentration of glutathione in erythrocytes from workers exposed to lead // Br. J. Ind.. Med., - 1991. – V.8. – p.239 – 242.
11. Susa N., Ueno S., Furukawa Y., Ueda J., Sugiyama M., Potent protective effect of melatonin on chromium (VI)–induced DNA single-strand breaks, cytotoxicity, and lipid peroxidation in primary cultures of rat hepatocytes //Toxicol. Appl. Pharmacol. -1997. – V.2 - p. 377 – 384.