Дипломная работа: Изучение токсического влияния кадмия на активность аминотрансфераз у потомства белых крыс

Трансаминазы являются важнейшими ферментами обмена веществ. Аспартатаминотрансфераза (АСТ) и аланинаминотрансфераза (АЛТ) - близкие по действию ферменты, при участии которых в организме человека осуществляется межмолекулярный перенос аминогрупп с аминокислот на кетокислоты. Этот процесс - трансаминирование - ответственен за синтез и разрушение отдельных аминокислот в организме. В процессе переаминирования, осуществляют связь углеродного и белкового обмена /36/. В связи с этим, изучение влияния ионов кадмия как распространенного экотоксиканта, принадлежащего к группе тяжелых металлов, представляет несомненный интерес.

В ходе исследования активности аланинаминотрансферазы (КФ.2.6.1.2.) и аспартатаминотрансферазы (КФ.2.6.1.1.) были получены следующие результаты.

Таблица 1- Активность аланинтрансаминазы в сыворотке крови и гомогенатах органов 4-х месячных самок крыс подвергшихся хроническому действию кадмия в неонатальный период

Группа	Сыворотка (М±m)	Печень (М±m)	Мозг (М±m)	Сердце (М±m)	Почки (М±m)
контроль	0,003± 0,0015	3,0±0.2	0.65±0.05	0,094± 0,022	1,05±0.25
Кадмий 0,5 мг/кг	0,008± 0,0005	1,5±0.6	0.55±0.1	0,094± 0,004	0.4±0.1
Кадмий 2 мг/кг	0,001± 0,0003	1,6±0.3	0.55±0.15	0,17± 0,0037	0.3±0.15

В результате эксперимента было установлено снижение активности АЛТ в гомогенате печени в выбранных дозах в 2 раза (р<0,003) по отношению к контролю, как показано в таблице1 и на рисунке Б.1.

У самок опытной группы в сыворотке крови происходило увеличение достоверное увеличение активности АЛТ в группе 0,5 мг/кг в 2,7р (р<0.02) и в группе 2 мг/кг в 3 раза (р<0,001) таблица 1, рисунок А.1.

В гомогенате мозга нами не было выявлено достоверных различий в изменении активности АЛТ, хотя наблюдалась тенденция к её снижению, что отражено в таблице 1 и на рисунке В.1.

В гомогенате почек при дозе 0,5 мг/кг активность АЛТ уменьшилась в 2,5 раза (р<0,004) по отношению к контролю, а при дозе 2 мг/кг по отношению контролю уменьшилась более, чем в 3 раза (р<0,005) (таблица1,рисунок Д.1). Статистически достоверных различий в активности фермента между дозой 0,5 мг/кг и 2 мг/кг выявлено не было.

В гомогенате сердца достоверных изменений активности АЛТ в дозах как 0,5 мг/кг, так и 2 мг/кг не наблюдалось (таблица 1 Приложение Г.1).

В работе также было изучено изменение активности аспартатаминотрансферазы у потомства белых крыс, подвергшихся токсическому действию солей кадмия в период лактации.

Активность АСТ в гомогенате печени при дозе 0,5 мг/кг по сравнению с контролем достоверно не изменилась, тогда как при дозе 2 мг/кг - повысилась более чем в 2,5 раза (р<0,03) таблица 2, приложение Б.2.

При введении экспериментальным животным нитрата кадмия в дозе 0,5 мг/кг, у их потомства не наблюдалось статистически достоверного изменения активности АСТ в сыворотке крови по сравнению с контролем. При дозе 2 мг/кг отмечено уменьшение активности АСТ сыворотке примерно 6 раз (р<0,05) по сравнению с контролем. Полученные данные представлены в таблице 2, рисунке А.2.

Таблица 2-Активность аспартаттрансаминазы в сыворотке крови и гомогенатах органов 4-х месячных самок крыс подвергшихся хроническому действию кадмия в неонатальный период

Группа	Сыворотка (М±m)	Печень (М±m)	Мозг (М±m)	Сердце (М±m)	Почки (М±m)
контроль	0,02± 0,0075	1,9±0,5	1,7±0,3	0,14±0,03	0,7±0,15
Кадмий 0,5 мг/кг	0,009±0,004	2,2±0,7	1,85±0,7	0,2±0,02	0.8±0,2
Кадмий 2 мг/кг	0,003±0,001	4,8±1,2	3,25±0,65	0,15±0,05	1,6 ±0,25

В таблице 2, рисунке В.2 показано, что гомогенате мозга при дозе 0,5 мг/кг активность АСТ достоверно не изменилась (р<0,84) по сравнению с контролем. Введение лактирующим крысам нитрата кадмия в дозе 2 мг/кг привело к увеличению активности АСТ в гомогенате мозга потомства почти в 2 раза (р <0,05) по отношению к контролю.

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 α -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 a - 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

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

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

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

4.    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 4th 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.