Вікові особливості вільнорадикального окислення білків і ліпідів у мозку щурів з гіпотиреозом і вплив на них інтенсивного фізичного навантаження

Результати проведених досліджень указують на те, що в дорослих статевозрілих щурів при експериментальному гіпотиреозі формуються передумови для підвищення ефективності функціонування першої лінії антиоксидантного захисту в мітохондріях і, тим самим, обмеження в них ушкоджуючих ефектів посиленого радикалоутворення при оксидативному стресі. У тварин пубертатного віку при гіпотиреозі виникають умови для порушення функціонування даної ферментативної системи в цитозолі нервових клітин. Однак, незважаючи на це, у них не відбувається посилення проявів оксидативного стресу в мозку. Більше того, в 1,5-місячних щурів з гіпотиреозом подібного зрушення не виникає навіть після додаткового впливу інтенсивного фізичного навантаження. Причиною того може бути зниження ролі СОД і каталази в захисті нервових клітин від вільнорадикального ушкодження в пубертатному віці. Цілком ймовірно, на цьому етапі онтогенезу в захисті мозку від оксидативного стресу зростає значення інших антиоксидантів, до числа яких, цілком ймовірно, включають глютатіон. Отримані результати дають підстави для висновку про те, що виникнення оксидативного стресу в мозку щурів при експериментальному гіпотиреозі не пов'язане зі зміною стану ферментативної системи першої лінії антиоксидантного захисту в нервових клітинах. З огляду на це, можна припустити існування причинно-наслідкових відносин між його появою й посиленням процесів радикалоутворення в нервових клітинах, у зв'язку з підвищенням їхньої чутливості до дії прооксидантів. Для перевірки цього припущення було проведене дослідження чутливості субклітинних фракцій мозку щурів з гіпотиреозом до дії прооксидантів.

Проведені дослідження показали, що в субклітинних фракціях мозку 1,5-місячних і 12-місячних тварин значно розрізняється базальний рівень індукованого ПОЛ й вільнорадикального окислення білків (рис. 2). При цьому швидкість індукованих вільнорадикальних процесів у щурів пубертатного віку вище, ніж у статевозрілих. Існування подібних вікових зрушень визначає виникнення вік-залежних особливостей у їхній модуляції при гіпотиреозі. У дорослих тварин з експериментальним гіпотиреозом, на тлі підтримки вихідного рівня індукованого вільнорадикального окислення білків у мітохондріальній і постмітохондріальній фракції мозку, виникає істотне гальмування швидкості накопичення КБ370 у мікросомальній фракції. У той же час у мікросомальній фракції мозку в них підвищується швидкість індукованого ПОЛ на 146 %, у порівнянні з вихідною величиною (рис. 3). У щурів пубертатного віку в мітохондріальній і мікросомальній фракції мозку при гіпотиреозі зменшується швидкість індукованого вільнорадикального окислення білків і ліпідів.

Рис. 2. Швидкість індукованого ПОЛ (у нмоль ТБК-реактивних речовин / хв . мг білка) і індукованого накопичення карбонільованих білків (у нмоль КБ/ хв . мг білка) у мітохондріальній (А) і мікросомальній (Б) фракції півкуль головного мозку інтактних щурів різного віку. Примітки: 1) і-КБ363 та і-КБ370 - швидкість накопичення карбонільованих білків, максимум поглинання фенілгідразонів яких становить 363 або 370 нм відповідно; 2) * - Р< 0,05 порівняно з інтактними.

Отримані дані вказують на те, що певне значення у виникненні оксидативного стресу в мозку дорослих щурів при гіпотиреозі може відігравати підвищення чутливості мікросом до дії прооксидантів. Це не характерно для тварин пубертатного віку, у яких ліпіди й білки досліджених субклітинних фракцій мозку проявляють високу стійкість до вільнорадикального окислення, навіть в умовах додаткового прооксидантного впливу при ІФН.

Таким чином, виникнення оксидативного стресу в мозку щурів при гіпотиреозі може бути пов'язане з посиленням процесів радикалоутворення в мітохондріях нервових клітин. Механізм стимуляції радикалоутворення в мітохондріях мозку не зв'язаний ні з підвищенням чутливості цих внутрішньоклітинних структур до дії прооксидантів, ні з порушенням ефективності функціонування в них ферментативної системи першої лінії антиоксидантного захисту. Певну роль у її виникненні, цілком ймовірно, здобуває зниження вмісту в мітохондріях низькомолекулярних антиоксидантів або зміна в них стану процесів, сполучених із транспортом електронів по дихальному ланцюгу, внаслідок стресу, який виникає в організмі при гіпотиреозі. Підвищення інтенсивності вільнорадикальних процесів у мітохондріях сприяє їхньому посиленню й у мікросомах мозку. Наслідком цього стає стимуляція в них ПОЛ.

Рис. 3. Швидкість індукованого ПОЛ (у нмоль ТБК-реактивних речовин / хв . мг білка) у мітохондріальній (МТ) і мікросомальній (МС) фракції півкуль головного мозку 1,5-місячних (А) і 12-ти місячних (Б) щурів. Примітка. * - Р< 0,05 порівняно з інтактними.

У дорослих статевозрілих щурів прояв оксидативного стресу в мозку при гіпотиреозі виражені в більшій мірі, ніж у тварин пубертатного віку. Однієї із причин цього може бути зниження чутливості мітохондрій і мікросом до дії прооксидантних факторів, що, крім іншого, пов'язане зі збільшенням вмісту в них базальної концентрації продуктів вільнорадикального окислення ліпідів і білків.

Поява вікових особливостей у прояві оксидативного стресу в мозку при гіпотиреозі визначає модуляцію його відповіді на зовнішні прооксидантні впливи, що має для мозку серйозні наслідки. Подібне припущення засноване на сучасних уявленнях про фізіологічну роль активних форм кисню (АФК) і активних форм азоту (АФА) і їхній участі у формуванні адаптивних реакцій (Lecour S. et al., 2005; Park H.S. et al., 2006; Calabrese V. et al., 2007; Valko M. et al., 2007).

З огляду на це, було проведене вивчення процесів вільнорадикального окислення ліпідів і білків в 1,5-місячних і 12-ти місячних щурів з гіпотиреозом після додаткового впливу на них ІФН. Прооксидантні ефекти фізичного навантаження встановлені численними дослідженнями різних авторів (Leeuwenburgh C. et al., 2001; Cooper C.E. et al., 2002; Ofran H. et al., 2004; Sureda A. et al., 2005; Pittagula M. et al., 2006). Цим дослідженням повною мірою відповідають і результати наших експериментів, пов'язаних з вивченням впливу ІФН на вільнорадикальне окислення ліпідів і білків у субклітинних фракціях головного мозку щурів обох використаних вікових груп.

Проведені дослідження показали, що вміст продуктів вільнорадикального окислення ліпідів і білків у мітохондріях мозку 12-ти і 1,5-місячних щурів з гіпотиреозом, підданих ІФН, наближається до такого в інтактних тварин. Виникненню подібного зрушення сприяє ціла низка факторів. Насамперед, цьому сприяє збільшення вмісту продуктів вільнорадикального окислення білків і ліпідів у мітохондріях мозку при гіпотиреозі. Крім цього, у дорослих щурів з гіпотиреозом, формуються умови для підвищення ефективності функціонування ферментів першої лінії антиоксидантного захисту, а у тварин пубертатного віку, судячи зі швидкості індукованого накопичення КБ363, обмежується чутливість білків субклітинних фракцій мозку до вільнорадикального окислення.

На відміну від мітохондріальної фракції, у мікросомах мозку в щурів з гіпотиреозом після ІНФ підтримується підвищена концентрація дієнових кон'югатів, що відповідає її величині у тварин контрольної групи (гіпотиреоз). У щурів пубертатного віку появі подібного зрушення сприяє збільшення чутливості ліпідів і білків мікросом до вільнорадикального окислення, а також зрушення в активності ферментів першої лінії антиоксидантного захисту в цитозолі нервових клітин.

Беручи до уваги роль мітохондрій у процесі радикалоутворення в нервових клітинах і з огляду на характер отриманих у роботі даних, можна дійти висновку про те, що в мозку щурів з гіпотиреозом при інтенсивному фізичному навантаженні відбувається обмеження проявів оксидативного стресу. В основі формування цього феномена, цілком ймовірно, лежить компенсаторне підвищення потужності систем його антиоксидантного захисту в мітохондріях мозку, за рахунок якого наступні впливи прооксидантних факторів і, у тому числі ІФН, не викликають подальшого посилення проявів оксидативного стресу.

Обмеження ефекту прооксидантних факторів на мозок сприяє модуляції реакції центральної нервової системи на зовнішні впливи й, тим самим, визначає порушення її функціонування при гіпотиреозі. Виникнення подібного зрушення має місце у тварин обох досліджених вікових груп. Однак, характер прояву вікових особливостей у формуванні оксидативного стресу в мозку при гіпотиреозі дозволяє припускати збільшення центральних порушень при даній патології в періоді статевого дозрівання.

ВИСНОВКИ

У півкулях головного мозку щурів з експериментальним гіпотиреозом виникає стан оксидативного стресу, що проявляється накопиченням у їх мітохондріальній, мікросомальній і постмітохондріальній фракції продуктів вільнорадикального окислення ліпідів і карбонільованих білків.

Прояв оксидативного стресу при експериментальному гіпотиреозі в півкулях головного мозку дорослих статевозрілих ( 12-ти місячних) щурів виражений у більшій мірі, ніж у тварин у періоді статевого дозрівання (1,5-місячних).

У мітохондріальній фракції мозку 12-ти місячних щурів з експериментальним гіпотиреозом виникають зрушення в активності каталази й СОД, які сприяють підвищенню в них ефективності функціонування першої лінії антиоксидантного захисту в мітохондріях. Активність цих ензимів у постмітохондріальній фракції мозку в цих тварин не змінюється. В 1,5-місячних щурів з гіпотиреозом у постмітохондріальній фракції мозку з'являються зрушення в активності досліджених ферментів у першій лінії антиоксидантного захисту, які призводять до порушення ефективності його функціонування в цитозолі нервових клітин. Активність СОД і каталази в мітохондріальній фракції мозку підтримується в них на вихідному рівні.

Ліпіди й білки субклітинних фракцій головного мозку 1,5-місячних щурів з гіпотиреозом проявляють підвищену стійкість до вільнорадикального окислення. В 12-ти місячних тварин з гіпотиреозом підтримується на вихідному рівні швидкість індукованого вільнорадикального окислення ліпідів і білків у мітохондріальній фракції мозку, але зростає швидкість індукованого ПОЛ в його мікросомальній фракції.

У дорослих статевозрілих щурів і тварин пубертатного віку при експериментальному гіпотиреозі обмежується прояв прооксидантної дії інтенсивного фізичного навантаження на головний мозок. Причиною виникнення цього феномена є компенсаторне підвищення потужності систем антиоксидантного захисту мітохондрій мозку при гіпотиреозі.

СПИСОК праць, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМою ДИСЕРТАЦІЇ

1. Хаддад Айхам Али, Давыдов В.В. Возрастные особенности изменения процессов свободнорадикального окисления в мозгу крыс с гипотиреозом // Український біохімічний журнал. - 2007. - Т. 79, N 6. - С. 74 - 80. (Дисертантом проведена експериментальна частина досліджень, пов'язана з відтворенням експериментальних моделей на тваринах, фракціонуванням півкуль головного мозку, визначенням концентрації продуктів ПОЛ й карбонільованих білків, виміром активності антиоксидантних ферментів і швидкості індукованих вільнорадикальних процесів, проведена статистична обробка отриманих даних).

2. Хаддад Айхам Али, Давыдов В.В. Возрастные особенности проявления оксидативного стресса в митохондриях мозга крыс, подвергнутых интенсивной физической нагрузке // Експериментальна i клiнiчна медицина. - 2007. - N 3. - С. 27 - 30. (Дисертантом проведена експериментальна частина досліджень, пов'язана з відтворенням моделі інтенсивного фізичного навантаження, фракціонуванням півкуль головного мозку, визначенням концентрації продуктів ПОЛ й карбонільованих білків, виміром активності антиоксидантних ферментів і швидкості індукованих вільнорадикальних процесів, проведена статистична обробка отриманих даних).

3. Хаддад Айхам Али, Давыдов В.В. Возрастные особенности свободнорадикального окисления липидов и белков в мозге крыс с экспериментальным гипотиреозом // Проблеми ендокринної патологiї. - 2007. - N 3.- С. 62 - 68. (Дисертантом проведена експериментальна частина досліджень, пов'язана з відтворенням експериментального гіпотиреозу, фракціонуванням півкуль головного мозку, визначенням концентрації продуктів ПОЛ й карбонільованих білків, виміром активності антиоксидантних ферментів і швидкості індукованих вільнорадикальних процесів, проведена статистична обробка отриманих даних).

4. Хаддад Айхам Али, Давыдов В.В. Особенности формирования оксидативного стресса у крыс разного возраста с тиреоидной недостаточностью // Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина. Серия Биология. - 2007. - Т. 788, N 6. - С. 164 - 169. (Дисертантом проведена експериментальна частина досліджень, пов'язана з відтворенням експериментальних моделей на тваринах, фракціонуванням півкуль головного мозку, визначенням концентрації продуктів ПОЛ й карбонільованих білків, виміром активності антиоксидантних ферментів і швидкості індукованих вільнорадикальних процесів, проведена статистична обробка отриманих даних).

5. Хаддад Айхам Али. Влияние физической нагрузки на свободнорадикальные процессы в митохондриях мозга крыс разного возраста // Материалы международной научно-практической конференции “Теоретические и прикладные проблемы социально-правовых, медико-биологических, технико-экономических сфер жизни общества” (Курск, 26-27 марта 2007г.). - Курск, 2007. - С. 436 - 437.

Хаддад Айхам Али. Свободнорадикальное окисление липидов и белков в мозге крыс с экспериментальным гипотиреозом // Матеріали міжнародної наукової конференції студентів і молодих учених “Актуальні питання в сучасній медицині” (Харків, 26-28 березня 2007 р.). - Харків, 2007. - С. 146.

7. Хаддад Айхам Али, Давыдов В.В. Возрастные особенности изменения активности ферментов первой линии антиоксидантной защиты в субклеточных фракциях полушарий головного мозга крыс с гипотиреозом // Материалы 5-й национальной научно-практической конференции с международным участием “Активные формы кислорода, оксид азота, антиоксиданты и здоровье человека” (Смоленск, 18-22 сентября 2007 г.). - Смоленск: СНТИ, 2007. - С. 248 - 250. (Дисертантом проведена експериментальна частина досліджень, пов'язана з відтворенням експериментальних моделей на тваринах, фракціонуванням півкуль головного мозку, виміром активності антиоксидантних ферментів і проведена статистична обробка отриманих даних).

8. Хаддад Айхам Али, Давыдов В.В. Возрастные особенности изменения продукции тиреоидных гормонов и ТТГ при экспериментальном гипотиреозе // Матеріали науково-практичної конференції з міжнародною участю “Ендокринна патологія у віковому аспекті” (Харків, 29-30 листопада 2007 р.). - Харьков, 2007. - С. 94 - 95. (Дисертантом проведена експериментальна частина досліджень, пов'язана з відтворенням експериментальних моделей на тваринах, виміром концентрації тиреоїдних гормонів у крові і проведена статистична обробка отриманих даних).

9. Хаддад Айхам Али. Скорость индуцированного свободнорадикального окисления белков в субклеточных фракциях полушарий головного мозга крыс разного возраста с экспериментальным гипотиреозом // Матеріали науково-практичної конференції ”Внесок молодих учених у розвиток медичної науки й практики” (Харків, 13 листопада 2007 г.). - Харків, 2007. - С. 110 - 111.

10. Хаддад Айхам Али. Возрастные особенности изменения содержания карбонилированных белков в митохондриальной фракции мозга крыс с гипотиреозом // Матеріали ІІ Міжнародної конференції молодих учених “Биология: От молекулы до биосферы” (Харьков, 19 - 21 ноября 2007 г.). - Харьков, 2007. - С. 76 - 77.

11. Хаддад Айхам Алі. Вікові особливості зміни вільнорадикальних процесів у субклітинних фракціях мозку щурів з гіпотиреозом, що піддавалися інтенсивному фізичному навантаженню // Матеріали науково-практичної конференції молодих учених “Медична наука: сучасні досягнення й інновації” (Харків, 22 листопада 2007 г.). - Харків, 2007. - С. 71.

АНОТАЦІЯ

Хаддад Айхам Алі. “Вікові особливості вільнорадикального окислення білків і ліпідів у мозку щурів з гіпотиреозом і вплив на них інтенсивного фізичного навантаження”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.04 - біохімія. - Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2008.

Дисертація присвячена вивченню вікових особливостей виникнення оксидативного стресу в півкулях головного мозку щурів при експериментальному гіпотиреозі.

Проведені дослідження показали, що в півкулях головного мозку щурів з експериментальним гіпотиреозом, виникає стан оксидативного стресу, що проявляється накопиченням у його мітохондріальній, мікросомальній і постмітохондріальній фракції продуктів вільнорадикального окислення ліпідів і карбонільованих білків. Формування оксидативного стресу обумовлено підвищенням інтенсивності процесів радикалоутворення в мітохондріях нервових клітин. Його прояв при гіпотиреозі в більшій мірі виражений в 12-ти місячних, ніж в 1,5-місячних тварин. Формування експериментального гіпотиреозу в дорослих статевозрілих щурів і тварин пубертатного віку приводить до обмеження проявів прооксидантної дії інтенсивного фізичного навантаження на головний мозок. Причиною виникнення цього зрушення є компенсаторне підвищення ефективності функціонування систем антиоксидантного захисту мітохондрій мозку при гіпотиреозі.

Ключові слова: головний мозок, гіпотиреоз, оксидативний стрес, перекісне окислення ліпідів, вільнорадикальне окислення білків, інтенсивне фізичне навантаження, пубертат.

АННОТАЦИЯ

Хаддад Айхам Али. “Возрастные особенности свободнорадикального окисления белков и липидов в мозге крыс с гипотиреозом и влияние на них интенсивной физической нагрузки”. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.04 - биохимия. - Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, Харьков, 2008.

Диссертация посвящена изучению возрастных особенностей возникновения оксидативного стресса в полушариях головного мозга крыс при экспериментальном гипотиреозе.

В исследованиях использовали 1,5- и 12-ти месячных крыс, которых делили на 4 группы: 1 - интактные, 2 - крысы, подвергнутые интенсивной физической нагрузке (плаванью “до отказа”), 3 - животные с экспериментальным гипотиреозом, который воспроизводился путем двухнедельного внутрибрюшинного введения мерказолила, 4 - крысы с экспериментальным гипотиреозом, подвергнутые интенсивной физической нагрузке. Эффективность воспроизведения экспериментального гипотиреоза оценивалась по уровню тиреотропного гормона, трийодтиронина и тироксина в крови. В субклеточных фракциях полушарий головного мозга исследованных крыс проводилось определение концентрации карбонилированных белков и продуктов перекисного окисления липидов, а также скорости индуцированного прооксидантами свободнорадикального окисления белков и липидов. В митохондриальной и постмитохондриальной фракции измерялась активность ферментов первой линии антиоксидантной защиты - каталазы и супероксид-дисмутазы.

Проведенные исследования показали, что в полушариях головного мозга крыс с экспериментальным гипотиреозом возникает состояние оксидативного стресса, которое проявляется накоплением в их митохондриальной и микросомальной фракции продуктов свободнорадикального окисления липидов и карбонилированных белков. Формирование оксидативного стресса обусловлено усилением интенсивности процессов радикалообразования в митохондриях нервных клеток. Проявление оксидативного стресса в мозге крыс с экспериментальным гипотиреозом в большей мере выражено в 12-ти месячном, чем в 1,5-месячном возрасте. Формирование особенностей в проявлении оксидативного стресса в мозге взрослых крыс и животных, находящихся в периоде полового созревания, связано с возрастными различиями в функционировании митохондриальной и цитозольной систем антиоксидантной защиты нервных клеток.

Установлено, что в митохондриальной фракции мозга у 12-ти месячных крыс с экспериментальным гипотиреозом возникают изменения в активности каталазы и СОД, которые способствуют повышению эффективности функционирования первой линии антиоксидантной защиты в митохондриях. При этом активность данных энзимов в постмитохондриальной фракции мозга у них не изменяется. У 1,5-месячных крыс с гипотиреозом в постмитохондриальной фракции мозга появляются сдвиги в активности исследованных ферментов в первой линии антиоксидантной защиты, которые предрасполагают к нарушению эффективности ее функционирования в цитозоле нервных клеток. В то же время, активность СОД и каталазы в митохондриальной фракции мозга поддерживается у них на исходном уровне.

Результаты изучения скорости индуцированных свободнорадикальных процессов показали, что липиды и белки субклеточных фракций головного мозга 1,5-месячных крыс с гипотиреозом проявляют повышенную устойчивость к свободнорадикальному окислению. У 12-ти месячных животных с гипотиреозом поддерживается на исходном уровне скорость индуцированного свободнорадикального окисления липидов и белков в митохондриальной фракции мозга, но возрастает скорость индуцированного ПОЛ в микросомальной фракции.

Обнаружено, что в митохондриальной и микросомальной фракции полушарий головного мозга 12-ти месячных и 1,5-месячных крыс, подвергнутых интенсивной физической нагрузке, происходит накопление продуктов свободнорадикального окисления липидов и белков. При экспериментальном гипотиреозе у животных обеих исследованных возрастных групп происходит ограничение проявлений прооксидантного действия интенсивной физической нагрузки на головной мозг. Причиной формирования этого сдвига является компенсаторное повышение эффективности функционирования систем антиоксидантной защиты митохондрий мозга при гипотиреозе.

Возникновение оксидативного стресса в мозге и ограничение эффективности воздействия на него прооксидантных факторов, способствуют появлению функциональных нарушений со стороны ЦНС при гипотиреозе.

Ключевые слова: головной мозг, гипотиреоз, оксидативный стресс, перекисное окисление липидов, свободнорадикальное окисление белков, интенсивная физическая нагрузка, пубертат.

SUMMARY

Haddad Ayham Ali. “Age peculiarities of lipid and protein free radical oxidation in the brain of rats with hypothyroidism and effect of exercises to them”. - Manuscript.

Thesis for a degree of candidate of science in biology on speciality 03.00.04 - biochemistry. - Kharkiv V.N. Karazin National University, Kharkiv. -2008.

Age peculiarities of oxidative stress formation in the rat's brain with experimental hypothyroidism were investigated.

The results obtained show that hypothyroidism is accompanied by oxidative stress formation in the rat's brain. It is manifested by an increase in concentration of lipid peroxidation products and protein carbonyls in mitochondrial and microsomal subcellular fractions of the brain. An increase in free radical generation in mitochondria during hypothyroidism plays a pivotal role in oxidative stress formation. The value of oxidative stress manifestation is greater in the brain of 12-months-old rats with hypothyroidism than in 1, 5-5- months-old ones. Hypothyroidism in adult and pubertal rats promotes to a decrease in prooxidant effects exercise on the brain. It may be due to an increase in antioxidant defense in brain mitochondria in hypothyroidism.

Key words: brain, hypothyroidism, oxidative stress, lipid peroxidation, protein free radical oxidation, exercises, pubertal.

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ

АФА - активні форми азоту

АФК - активні форми кисню

ДК - дієнові кон'югати

ІФН - інтенсивне фізичне навантаження

КБ - карбонільовані білки

ПОЛ - перекисне окислення ліпідів

СОД - супероксиддисмутаза

ТБК- реактивні речовини - речовини, що дають позитивну реакцію з 2-тіобарбітуровою кислотою

ШО - основи Шиффа

Страницы: 1, 2