Изучение токсического влияния кадмия на активность аминотрансфераз у потомства белых крыс

При изучении токсического действия ионов кадмия на потомство белых крыс было обнаружено, что в гомогенате почек при дозе 0,5 мг/кг активность АСТ по сравнению с контролем достоверно не изменялась (р<0,68) (таблица 2, рисунок Д.2). При дозе 2 мг/кг активность АСТ увеличилась 2,3 раз (р<0,02 по сравнению с контролем) (таблица2, рисунок Д.2).

Определение активности аспартатаминотрансферазы в гомогенате сердца показало увеличение активности 1,4 раза (р<0,02) по сравнению с контрольными значениями при дозе 0,5 мг/кг. Увеличение дозы токсиканта до 2 мг/кг не приводило к статистически достоверным изменениям активности фермента по отношению к контролю таблица 2, рисунок Г.2.

Полученные в результате эксперимента данные можно объяснить следующим образом: Печень и почки являются органами мишенями при кадмиевой интоксикации выявленное уменьшение активности АЛТ в гомогенате печени можно объяснить тем что, кадмий повреждает клетки печени (гепатоциты), что сопровождается выходом фермента в кровоток /44/. Поскольку максимальное количество АЛТ содержится в печени /54/, то при поражении клеток печени активность АЛТ в крови возрастает, хотя АЛТ является внутриклеточным ферментом, и его содержание в сыворотке крови здоровых людей невелико /41,44/. Поэтому определение активности фермента в сыворотке крови широко используется для диагностики болезней печени.

В мозге и сердце нами не было выявлено достоверных изменений в активности АЛТ, поскольку АЛТ является маркером периферической зоны катаболизма /55/, и его содержание в этих тканях мало, по сравнению например с печенью, изменение активности данного фермента не может быть индикатором тяжёлых нарушений происходящих в них, что мы не можем сказать об активности АСТ, которая повышалась в этих органах.

Наблюдаемое нами уменьшение активности АЛТ в почках может быть следствием того, что происходит ингибирование данного фермента ионами кадмия, можно предположить, что реакция переаминирования аланина при этом протекает медленнее, что приводит к снижению образования глутамата, который является одним из основных участников системы обезвреживания аммиака в организме. В результате в организме может происходить увеличение содержания аммиака в клетках, который является токсичным для организма и должен обезвреживаться, в этом принимает участие фермент АСТ (см. ниже).

Второй фермент, активность которого мы исследовали -АСТ - ключевой фермент обмена веществ, именно он обеспечивает поступление субстратов в цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) /55/, занимая «центральную» роль в метаболизме. Субстраты этого фермента: аспартат, глутамат, пируват и б -кетоглутарат являются самыми древними и присутствуют у всех биологических объектов, занимая ключевую роль в обмене веществ. Значительная активность АСТ обеспечивает интенсификацию как поступления метаболитов в ЦТК, так и ускоряет работу последнего, что и ведёт к усилению окислительного фосфорилирования /47/.

В ходе нашего исследования было обнаружено увеличение активности АСТ в печени. Это увеличение можно объяснить тем, что в печени происходит усиленный синтез этого фермента, это может быть связано с тем, что происходит распад белков под действием ионов кадмия, что увеличивает содержание свободных аминокислот в организме, это «субстрат» для трансаминирования /46/. Снижение этого фермента в сыворотке крови говорит о связывании фермента по двум его активным центрам с его SH - группами, что наблюдается в значительном снижении активности /49/.

Увеличение активности АСТ в мозге, возможно, является компенсаторным на уменьшение синтеза глутамата в результате снижения скорости реакции катализируемой АЛТ /43/. Уменьшение синтеза глутамата приводит к повышению уровня аммиака в крови, который способен проникать через гематоэнцефалический барьер в головной мозг, где оказывает нейротоксический эффект /43/. Аммиак может усиливать нейротоксический эффект меркаптанов и короткоцепочечных жирных кислот концентрация которых может быть повышена в клетках печени при их поражении /49/. В астроцитах мозга аммиак обезвреживается в результате глутаматсинтазной реакции с образованием глутамина. Образование глутамина в астроцитах приводит к оттоку глутамата, который в результате усиления активности АСТ частично восстанавливает расход глутамата /55/. Когда происходит отток глутамата из малат-аспартатного челнока митохондрий происходит снижение синтеза АТФ, которую астроцит использует не только для внутренних потребностей, но и для снабжения ею нейронов, что приводит к гипоэнергетическому состоянию ЦНС. Увеличение активности АСТ приводит к увеличению образования глутамата, ответственного за связывания аммиака. Частичное обезвреживание аммиака происходит за счёт синтеза аспарагина из аспартата, являющимся одним из субстратов реакции трансаминирования /48/. Как было отмечено, отток глутамата сопровождается снижением синтеза АТФ что приводит к гипоэнергетическому состоянию, и это не может не изменить активности другого фермента ответственного за связывание аммиака в организме - глутаматдегидрогеназы, являющимся регуляторным механизмом обмена аминокислот. Понижение концентрации аденозиндифосфата (АДФ) активирует этот фермент, т. е. низкий энергетический уровень в клетках стимулирует разрушение аминокислот с образованием - кетоглутарата, часть которого связывается с аммиаком, а часть поступает в ЦТК как энергетический субстрат. Клетки мозга нуждаются в притоке энергии, они чувствительны к токсическому воздействию аммиака, в мозге помимо повышения активности АСТ существует множество механизмов обеспечивающих нормальное функционирование этой ткани.

Повышение активности АСТ в почках, возможно, связано с удалением ионов аммония образовавшегося при распаде белков, дезаминировании аминокислот /47,55/

Увеличение активности АСТ при заболеваниях сердца является диагностическим признаком в клинической практике /41/. Повышение активности АСТ в результате интоксикации, связано с адаптивным синтезом фермента /55/; возможно связано с необходимостью удаления избытков ионов аммония при поражении сердечной мышцы /50/.

В результате нашей работы наблюдалось увеличение активности АСТ и уменьшение активности АЛТ это может происходить и на оборот; возможно, это тонкий механизм, который организм исполняет при усилении или угнетении тех или иных процессов метаболизма, тем самым, адаптируя организм к неблагоприятным условиям. Как видно из результатов обсуждения эти ферменты играют не последнюю роль и в обезвреживании аммиака в организме, помимо своего основного участия в процессах обмена аминокислот.

Выводы

1. Показано, что введение лактирующим самкам крыс азотнокислого кадмия в дозе 0,5 мг/кг вызывает повышение активности аланинаминотрансферазы в сыворотке крови, понижение активности - в гомогенатах печени и почек.

2. Установлено, что в дозе 2 мг/кг увеличения активности аланинаминотрансферазы не наблюдалось, тогда как в гомогенатах печени и почек она уменьшалась.

3. Выявлено повышение активности аспартатаминотрансферазы при введении экспериментальным животным азотнокислого кадмия в дозе 0,5 мг/кг в гомогенате сердца.

4. Установлено повышение активности аспартатаминотрансферазы при дозе 2 мг/кг в гомогенатах печени, головного мозга, почек и уменьшение в сыворотке крови.

Список использованных источников

Ярушкин В.Ю. Тяжелые металлы в биологической системе мать-новорожденный в условиях техногенной биогеохимическойпровинции // Гигиена и санитария - 1992. - №6. - с. 13-15.

Ревич Б.А. Экологическая эпидемиология, М.:Академия.,2004.- 206 с.

Wloch S. Dunamics of morphological and cytochtmical changel in the placenta following cadmium chloride intoxication // Ginecol. Pol. - 1992. - Vol. 63 - №6 - P. 264 - 275.

Corpas I., Antonio M T. Study of alteration produced by cadmium and cadmium/leand administration during gestational and early lactation periods in the reproductive organs of the rat // Ecotoxicol. Environ. Saf. - 1998. - Vol. 41 - №2 - P. 180-188.

5. Рапопорт С.М. Медицинская биохимия., М.:Медицина., 1966. - 143 с.

6. Алабастер Дж. Критерии качества воды для пресноводных рыб. М.: Легкая и пищевая промышленность., 1984. - 344 с.

7. Куценко С.А. Основы токсикологии., Санкт - Петербург., 2002. - 390 с.

8. Ликулова И.В., Белова Е.А. Специфическое действие кадмия при перроральном поступлении в организм с водой. // Гигиена и санитария. - 1987. - №6. - с. 70-74.

9. Авцын А.П. и др. Микроэлементозы человека (этиология, классификация, органопатология)., М.:Медицина, 1991. - 564 с.

10. Ambrosi L., Lomonte C., Еtal Nephropathy induset in Nephrology, bari, Itali, apr. 1990. - 100 p.

11. Franchini I., Mutti A. Tubulointerstiliar nephropaties by industrial chemicals // Proceedings of the 4^th Bari seminar in Nephrology, Bari., 1990. - p. 119-127.

12. Войнар А.И. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека., М., 1960. - 245 с.

13. Дюга Г., Пенни К. Биологическая химия. Химические подходы к механизму действия ферментов., М., 1983. - 460 с.

14. Османов И.М. Роль тяжелых металлов в формировании заболеваний органов мочевой системы // Российский вестник перинетологии и педиатрии. - 1996. - №1. - с. 36-40.

15. Коротков С.А., Глазунов В.В., Действие гидрофобного органического комплекса кадмия на ионную проницаемость митохондриальной мембраны и дыхание митохондрий печени крыс. // Биохимические мембраны. - 1996. - №2. - с. 178-183.

16. Трахтенберг И.М., Иванова Л.А. Тяжелые металлы и клеточные метаболизмы. // Медицина труда и промышленная экология. - 1999. - №11. - с. 28-32.

17. Нурмухамбетов А.Н., Кащеева Е.П. Индукция кадмием перекисного окисления липидов в тканях белых крыс и ее профилактика аскорбиновой кислотой. // Гигиена и санитария. - 1989. - №3. - с. 77-78.

18. Скальный А.В. Микроэлементы человека (диагностика и лечение), М.: КМК., 1999. - 49 с.

19. Калоус В., Павличек З. Биофизическая химия., М.: Мир, 1985. - 446 с.

20. Gunarson D., Nordberg G., Cadmium - induced decrement of the receptor expression and c AMP levels in the testis of rats // Toxicology. - 2003. - Feb. 1:183(1-3) - p. 57-63.

21. Литвинов Н.Н. К вопросу о дозоэффективной зависимости эмбриотоксического действия хлористого кадмия. // Гигиена и санитария. - 1989. - №4. - с.86.

22. Мищенко В.П. Токсичные металлы и беременность. // Российский вестник перинатологии и педиатрии. - 1997. - №6. - с. 59.

23. Antonio M. T., Lores N. Pb and Cd poisoning during development alters cerellar and striatal function in rats // Toxicjlogy. - 2002. - Iul. 1:176 (1-2) - p. 59-66.

24. Кретович В.Л. Введение в энзимологию., М., 1986. - 250 с.

25. Майстер А. Биохимия аминокислот. / Под. ред. А. Е. Браунштейна., М.: Издательство иностранной литературы., 1961. - 240 с.

26. Филиппович Ю.Б. основы биохимии., М., 1985. - 130 с.

27. Катунума Н. Химия и биология пиридоксалевого катализа., М., 1968. - 170 с.

28. Торчинский Ю.М. Молекулярный механизм энзиматического трансаминирования: 40-е Баховское чтение., М., 1987. - 70 с.

29. Диксон М., Уэбб Э. Ферменты.,(том 2), М., 1982. - 450 с.

30. Берхард С. Структура и функции ферментов., М., 1971. - 380 с.

31. Фершт Э. Структура и механизм действия ферментов. / Пер. с анг. Ю.Б. Гребеньщикова., М., 1980. - 430 с.

32. Аминокислоты, их производные и регуляция метаболизма. / Под. ред. З.Г. Броновицкой., Ростов-на-Дону., 1983. - 124 с.

33. Мецлер Т. Биохимия. Химические реакции в живой клетке.(том 2), М., 1980. - 270 с.

34. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия., М.:Наука. - 2004. - 540 с.

35. Якубке Х.Ф., Аминокислоты, пептиды, белки. М., 1985. - 340 с.

36. Функциональная активность ферментов и пути ее регуляции. / Под. ред. С.Е. Северина, Г.А. Кочетова, М.: Издательство МГУ, 1981. - 180 с.

37. Анисимов А.А. Медицинская энзимология., Горький., 1978. - 150 с.

38. Коровкин Б.Ф. Ферменты в жизни человека., М., 1972. - 270 с.

39. Халимов С.З. Сравнительная оценка эмбриотоксического действия различных соединений кадмия. // Гигиена и санитария. - 1985. - №4. - с. 11-14.

40. Reitman S., Frankel A. Colorimetric methol for the deter mination of serum glutamic oxaloacetic and glutamic pyruvic transaminases. - Amer. I Clin. Pathol. - 1957. - №28. - p. 56-63.

41. Комаров Ф.И., Коровкин Б.Ф. Биохимические исследования в клинике., М., 2001. - 215 с.

42. Рокицкий П.Р. Биологическая статистика., Минск., 1973. - 319 с.

43. Немова Н.С. Влияние аммиака и ацетилхолина на аспартат- и аланинаминотрансферазную активность ткани головного мозга. // Вопросы медицинской химии. - 1966. - №5. - с. 514-516.

44. Покровский А.А. Изменение активности сорбитдегидрогеназы, аланиаминотрансферазы и фосфогексоизомеразы в плазме крови крыс при остром токсическом поражении печени. // Вопросы едицинской химии. - 1967. - №5. - с. 511-515.

45. Корчак В.И. Активность аланинаинотрансферазы в сыворотке крови и печени в условиях воздействия на крыс химических веществ. // Гигиена и санитария. - 1985ю - №8. - с. 11-14.

46. Мосс Д.В., Баттерворт П.Д. Энзимология и медицина. М., 1978. - 365 с.

47. Талакин Ю.Н. О некоторых биохимических изменениях в организме при воздействии низких концентраций тяжелых металлов. // Гигиена и санитария. - 1973. - №9. - с. 17-19.

48. Люблина Е.И, Минкина Н.А. Адаптация к промышленным ядам как фаза интоксикации., Ленинград., - 1971. - 567 с.

49. Магарламов А.Г. Аспартат- и аланинаминотрансферазная активность в печени и сыворотке крови крыс при парентеральном азотистом питании на фоне белкового голодания. // Украинский биохимический журнал. - 1980. - №6. - с. 720-725.

50. Мушина Е.В. Изучение совместного биологического действия свинца и кадмия в эксперименте на животных. // Гигиена и санитария. - 1989. - №9 - с.89-90.

51. Охрименко С.М., Гурьева Н.Г. Адаптации ферментов липидного и азотистого обмена у крыс при оксидативном стрессе, вызванном стрессе, вызванном солями кобальта и ртути // Вестник Харьковского национального университета. - 2005. - №2. - с.56-60.

52. Филимонов К.Р. Лабораторная и инструментальная диагностика заболеваний внутренних органов. - М.: Наука, - 1995. - 342 с.

53. Kowalczyc E., Koff A. Effect of anthocyanins on selected biochemical parameters in rats exposed to cadmium // Acta Biochemica Polonica. - 2003. - Vol. 50. №2 - P. 543-548.

54. Надинская М.Ю. Печеночная энцефалопатия: патогенный подход к лечению. // Гостроэнтерология. - 2006. - №1. - с. 12-16.

55. Силиванов М.П. Клиническая биохимия.М.: Мир, 1984. - 543 с.