Исследование обмена неэстерифицированных жирных кислот и кетоновых тел на фоне острой гипоксии разного генеза и нагрузке антигипоксантами
Изучение метаболических нарушений, вызванных гипоксией, приобретает всё большую актуальность в контексте понимания множества заболеваний, затрагивающих жизненно важные системы организма. Гипоксия, которая может возникать как результат различных патофизиологических процессов, приводит к значительным метаболическим изменениям, прямо влияющим на морфологию и физиологию клеток и тканей. В условиях дефицита кислорода происходит не только сокращение его доставки к тканям, но и нарушается использование уже доставленного кислорода, что вызывает цепную реакцию метаболических сбоев.
Гипоксия — это частая причина гипоэнергетических состояний, при которой усиливается гидролиз липидов. Одновременно с этим при гипоксических состояниях в организме возрастает синтез жирных кислот, что приводит к повышению их концентрации в организме. При высокой концентрации в крови и тканях свободные недиссоциированные жирные кислоты формируют мицеллярные структуры и дестабилизируют мембраны многих клеток, увеличивая их жидкостность и таким образом нарушая их функцию, а также превращаются в кетоновые тела. Таким образом, нарушения липидного обмена в условиях гипоксии становятся путем для формирования множества клеточных и физиологических патологий.
Множественность патофизиологических и патобиохимических изменений в организме при гипоксии требует поиска эффективных фармакологических средств различного типа действия, среди которых могут быть представлены регуляторы гемодинамики, блокаторы кальциевых каналов, препараты центрального действия, стабилизаторы мембран, антиоксиданты, и все они, по сути, являются в той или иной мере антигипоксантами.
В настоящее время весьма популярны растительные антигипоксанты, которые благодаря разнообразным механизмам действия и широкому спектру фармакологических эффектов, а также малым побочным эффектам являются средствами метаболической терапии. В связи с этим экстракты черной смородины и малины лекарственной привлекают внимание исследователей благодаря своим потенциальным антигипоксическим свойствам, которые связаны с наличием различных биологически активных соединений. Биофлавоноиды, содержащиеся в этих экстрактах, способны проявлять антигипоксическое действие за счет уменьшения сродства гемоглобина к кислороду, что способствует его эффективной доставке к тканям, что особенно важно в условиях гипоксии.
Биологически активные соединения (БАС) экстрактов смородины черной и малины помогают предупредить разобщение процессов окисления и фосфорилирования в митохондриях, что достигается благодаря их мембранопротекторным свойствам. Повышение эффективности цикла трикарбоновых кислот является еще одним важным аспектом действия биофлавоноидов этих экстрактов. Они могут способствовать активизации этого энергетического пути, увеличивая общую продукцию АТФ, что помогает клеткам лучше справляться с условиями ограниченного поступления кислорода. БАС экстрактов смородины черной и малины лекарственной могут участвовать в процессе шунтирования зон гипоксической блокады. Это означает, что они могут восстанавливать нормальный энергетический обмен в условиях, когда некоторые части дыхательной цепи нарушены.
Таким образом, использование экстрактов черной смородины и малины лекарственной в качестве антигипоксантов представляет собой многообещающее направление в дальнейшем исследовании и разработке средств, способных поддерживать здоровье и жизнедеятельность клеток и тканей в условиях кислородного голодания.
Цель исследования — изучить особенности обмена неэстерифицированных жирных кислот и кетоновых тел при нагрузке антигипоксантами на фоне острой гемической, гистотоксической и гипоксической нормобарической гипоксии.
Материалы и методы исследования
Эксперимент выполнен в виварии кафедры биоэкологии и физиологии сельскохозяйственных животных Самарского государственного аграрного университета. На проведение исследования получено заключение Этического комитета при Самарском государственном аграрном университете от 10 октября 2022 года № 293.
Исследование проведено на 480 белых беспородных крысах-самцах (по 30 голов в группе). Нулевая группа — интактные животные. Крысы 1–3-й групп получали экстракт смородины черной (ООО «КоролёвФарм», Россия) в дозе 100 мг/кг массы; животные 4–6-й групп получали в той же дозе экстракт малины лекарственной (ООО «КоролёвФарм», Россия); животные 7–9-й групп получали цитохром С («Самсон-Мед», Россия), который разводили физиологическим раствором и вводили крысам внутримышечно в дозе 0,1 мг/кг живой массы активного вещества; животные 10–12-й групп получали смесь экстрактов смородины черной и малины лекарственной в соотношении 1:1 в дозе 200 мг/кг массы, а 13–15-й групп (контроль) — дистиллированную воду по аналогичной схеме в эквивалентном объеме.
Все экстракты вводили животным внутрижелудочно в течение 2 недель до моделирования гипоксии, а затем воспроизводили гемическую, гистотоксическую и гипоксическую нормобарическую гипоксию стандарными способами.
Всех животных содержали в виварии при свободном доступе к воде и пище и естественном световом режиме. Питание осуществляли гранулированным сбалансированным кормом «Дельта Фидс» для лабораторных крыс и мышей С-19.
НЭЖК определяли в сыворотке крови, тканях сердца и головного мозга крыс, а кетоновых тел — в сыворотке крови.
Взятие материалов и выведение крыс из эксперимента методом декапитации производили через 12 часов после моделирования гипоксии с точным соблюдением всех этических норм, применимых к лабораторным животным, ФЗ от 27.12 2018 года № 498, требований приказа МЗ РФ от 01.04.2016 № 199н.
После выведения животных из эксперимента извлекали головной мозг и сердце, промывали раствором хлорида калия, а затем готовили гомогенаты в автоматическом гомогенизаторе. В качестве среды выделения использовали охлажденный раствор хлорида калия в соотношении 1:3.
Количественное определение неэстерифицированных жирных кислот происходило методом тонкослойной хроматографии. Неэстерифицированные жирные кислоты превращали в медные мыла в реакции с нитратом меди с дальнейшей экстракцией последних в органический растворитель — хлороформ. Введение в хлороформную фазу дифенилкарбогидразина приводило к развитию фиолетового окрашивания. Оптическую плотность определяли при длине волны 550 нм. Концентрацию НЭЖК выражали в сыворотке крови (в ммоль) на 1 л сыворотки, в тканях (в г) на 1 кг влажной ткани.
Концентрацию кетоновых тел определяли по методу В.И. Баева, Е.И. Булаха. Принцип метода основан на том, что в присутствии бихромата калия β-гидроксибутират в кислой среде окисляется до ацетона. Ацетон в щелочной среде с салициловым альдегидом образует дигидрооксибензолацетон, окрашенный в желто-оранжевый цвет. Экстинкцию раствора определяли при 520 нм, а концентрацию кетоновых тел выражали в ммоль/л.
Цифровой материал всех экспериментов подвергали статистической обработке с помощью пакета программ Statistica Application 10.0.1011.0. (США).
Результаты и обсуждение
Анализ изменений концентрации КТ и НЭЖК в сыворотке крови (ммоль/л), в тканях головного мозга и сердца крыс (г/кг влажной ткани), подвергавшихся гипоксии и ее коррекции, представлен в таблице 1.
При исследовании концентрации КТ и НЭЖК в сыворотке крови и тканях головного мозга и сердца крыс, подвергавшихся гипоксии и ее коррекции антигипоксантами, установлены выраженные различия показателей между интактными животными и крысами экспериментальных групп.
В целом на фоне всех трех изучаемых острых гипоксий в сыворотке крови и тканях мозга и сердца крыс установлено разной интенсивности повышение концентрации кетоновых тел в сыворотке крови крыс и концентрации НЭЖК в сыворотке крови и изучаемых тканях. Так, на фоне гемической гипоксии у животных 13-й группы концентрация кетоновых тел в сыворотке крови была больше, чем у интактных крыс, на 58,0%, при этом у крыс, получавших антигипоксанты, она была больше, чем у интактных животных: в 1-й группе — на 26,3%, в 4-й группе — на 38,6%, в 7-й группе — на 31,6%, а в 10-й группе — на 15,8%, но меньше, чем у крыс контрольной группы: в 1-й группе — на 20,0%, в 4-й группе — на 13,3%, в 7-й группе — на 16,7%, а в 10-й группе — на 26,7%.
У животных 13-й группы концентрация НЭЖК в сыворотке крови была больше, чем у интактных крыс, на 39,7%, при этом у крыс, получавших антигипоксанты, она была выше по сравнению с интактными животными: в 1-й группе — на 23,1%, в 4-й группе — на 26,9%, в 7-й группе — на 32,1%, в 10-й группе — на 14,1%, но ниже, чем у животных контрольной группы: у крыс 1-й группы — на 11,9%, у крыс 4-й группы — на 9,2%, у крыс 7-й группы — на 5,5%, у крыс 10-й группы — на 18,3%.
У животных 13-й группы концентрация НЭЖК в тканях головного мозга была выше, чем у интактных крыс, на 41,3%, при этом у крыс, получавших антигипоксанты, она была выше, чем у интактных животных: в 1-й группе — на 28,6%, в 4-й группе — на 30,2%, в 7-й группе — на 33,3%, в 10-й группе — на 20,6%, но ниже, чем у животных контрольной группы: у крыс 1-й группы — на 9,0%, у крыс 4-й группы — на 7,9%, у крыс 7-й группы — на 5,6%, у крыс 10-й группы — на 14,6%.
У животных 13-й группы концентрация НЭЖК в тканях сердца была выше, чем у интактных крыс, на 64,3%, при этом у крыс, получавших антигипоксанты, она была выше, чем у интактных животных: в 1-й группе — на 45,2%, в 4-й группе — на 52,4%, в 7-й группе — на 50,0%, в 10-й группе — на 36,9%, но ниже, чем у животных контрольной группы: у крыс 1-й группы —на 11,6%, у крыс 4-й группы — на 7,2%, у крыс 7-й группы — на 8,7%, у крыс 10-й группы — на 16,7%.
На фоне тканевой гипоксии у животных 14-й группы концентрация кетоновых тел в сыворотке крови была больше, чем у интактных крыс, на 73,7%, при этом у крыс, получавших антигипоксанты она была больше, чем у интактных животных: во 2-й группе — на 42,1%, в 5-й группе — на 47,4%, в 8-й группе — на 52,6%, в 11-й группе — на 31,6%, но меньше, чем у крыс контрольной группы: во 2-й группе — на 18,2%, в 5-й группе — на 15,2%, в 8-й группе — на 12,1%, в 11-й группе — на 24,2%.
У животных 14-й группы концентрация НЭЖК в сыворотке крови была больше, чем у интактных крыс, на 62,8%, при этом у крыс, получавших антигипоксанты, она была выше по сравнению с интактными животными: во 2-й группе — на 29,5%, в 5-й группе — на 34,6%, в 8-й группе — на 39,7%, в 11-й группе — на 19,2%, но ниже, чем у животных контрольной группы: у крыс 2-й группы — на 20,5%, у крыс 5-й группы — на 17,3%, у крыс 8-й группы — на 14,2%, у крыс 11-й группы — на 26,8%.
У животных 14-й группы концентрация НЭЖК в тканях головного мозга была выше, чем у интактных крыс, на 63,5%, при этом у крыс, получавших антигипоксанты, она была выше, чем у интактных животных: во 2-й группе — на 41,3%, в 5-й группе — на 44,4%, в 8-й группе — на 50,8%, в 11-й группе — на 28,6%, но ниже, чем у животных контрольной группы: у крыс 2-й группы — на 13,6%, у крыс 5-й группы — на 11,7%, у крыс 8-й группы — на 7,8%, у крыс 11-й группы — на 21,4%.
У животных 14-й группы концентрация НЭЖК в тканях сердца была выше, чем у интактных крыс, на 94,0 %, при этом у крыс, получавших антигипоксанты, она была выше, чем у интактных животных: во 2-й группе — на 77,4%, в 5-й группе — на 72,6%, в 8-й группе — на 79,8%, в 11-й группе — на 59,5%, но ниже, чем у животных контрольной группы: у крыс 2-й группы — на 8,6%, у крыс 5-й группы — на 11,0%, у крыс 8-й группы — на 7,4%, у крыс 11-й группы — на 17,8%.
На фоне нормобарической гипоксии у животных 15-й группы концентрация кетоновых тел в сыворотке крови была больше, чем у интактных крыс, на 36,8%, при этом у крыс, получавших антигипоксанты, она была больше, чем у интактных животных: в 3-й группе — на 26,3%, в 6-й группе — на 21,1%, в 9-й группе — на 15,8%, в 12-й группе — на 5,3 %, но меньше, чем у крыс контрольной группы: в 3-й группе — на 7,7%, в 6-й группе — на 11,5%, в 9-й группе — на 15,4%, в 12-й группе — на 23,1%.
У животных 15-й группы концентрация НЭЖК в сыворотке крови была больше, чем у интактных крыс, на 23,1%, при этом у крыс, получавших антигипоксанты, она была выше по сравнению с интактными животными: в 3-й группе — на 14,1%, в 6-й группе — на 16,7%, в 9-й группе — на 15,4%, в 12-й группе — на 9,0%, но ниже, чем у животных контрольной группы: у крыс 3-й группы — на 7,3%, у крыс 6-й группы — на 5,2%, у крыс 9-й группы — на 6,2%, у крыс 12-й группы — на 11,5%.
У животных 15-й группы концентрация НЭЖК в тканях головного мозга была выше, чем у интактных крыс, на 23,8%, при этом у крыс, получавших антигипоксанты, она была выше, чем у интактных животных: в 3-й группе — на 12,7%, в 6-й группе — на 19,1%, в 9-й группе — на 15,9%, в 12-й группе — на 9,5%, но ниже, чем у животных контрольной группы: у крыс 3-й группы — на 9,0%, у крыс 6-й группы — на 3,8%, у крыс 9-й группы — на 6,4%, у крыс 12-й группы — на 11,5%.
У животных 15-й группы концентрация НЭЖК в тканях сердца была выше, чем у интактных крыс, на 36,9%, при этом у крыс, получавших антигипоксанты, она была выше, чем у интактных животных: в 3-й группе — на 20,2%, в 6-й группе — на 22,6%, в 9-й группе — на 25,0%, в 12-й группе — на 15,5%, но ниже, чем у животных контрольной группы: у крыс 3-й группы — на 12,2%, у крыс 6-й группы — на 10,4%, у крыс 9-й группы — на 8,7%, у крыс 12-й группы — на 15,7%.
В целом на фоне моделирования острой гипоксии различного генеза отмечаются достоверное повышение концентрации НЭЖК в сыворотке крови и тканях и изменения в метаболизме веществ, касающиеся как нарушений липидного обмена, так и функций клеточных мембран. Увеличение скорости включения ацетата в синтез жирных кислот, которое происходит на фоне недостатка кислорода, может быть связано с тем, что клетки, пытаясь адаптироваться к кислородному голоданию, переключаются на анаэробные пути метаболизма, что приводит к уменьшению потока ацетата через цикл трикарбоновых кислот и снижает его участие в энергообразовании.
В результате этого процесса в сыворотке крови и других тканях наблюдается увеличение процентного содержания насыщенных жирных кислот, что негативно сказывается на состоянии клеточных мембран, они становятся менее подвижными и текучими, и это снижает их жидкостные свойства, что влияет на способность клеток к нормальному обмену веществ, поскольку нарушается механизм транспорта субстратов и ионов через мембраны.
Поскольку мембраны клеток играют ключевую роль в обеспечении клетки питательными веществами и удалении продуктов обмена, их изменение при гипоксии может привести к затруднению процессов клеточной коммуникации, передачи сигналов и даже к апоптозу.
В целом при гипоксии обменные процессы перестраиваются таким образом, чтобы оптимизировать использование доступного кислорода и энергетических ресурсов, особенно в тех органах, которые продолжают выполнять основные функции. Печень в этом контексте играет ключевую роль, так как ее способность к усвоению жирных кислот возрастает при высоком их содержании в крови, что связано с необходимостью обеспечения организма альтернативными источниками энергии.
Еще одной из характерных особенностей гипоксии является повышение активности фосфолипаз, что связано с действием циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), который оказывает влияние на множество метаболических процессов в клетках. Увеличение его концентрации приводит к активации фосфолипаз, что усиливает расщепление фосфолипидов, составляющих клеточные мембраны, и, как следствие, в тканях мозга наблюдается накопление НЭЖК, которые оказывают токсическое действие. Это может проявляться в том, что липиды, накопившиеся в клетках, вызывают их набухание, что приводит к нарушению клеточной целостности и функциональности.
Набухание митохондрий, наблюдаемое при этом состоянии, может оказывать ингибирующее воздействие на активность мембраносвязанных ферментов дыхательной цепи. Это создает дополнительные проблемы, так как сниженная активность этих ферментов мешает выработке АТФ — основного энергетического источника для клеток.
Повышение концентрации НЭЖК в условиях острой гипоксии стимулирует синтез кетоновых тел, которые служат важным энергетическим субстратом для периферических органов.
Результаты настоящего исследования согласуются с работами других авторов.
Согласно исследованиям М.З. Исраиловой и соавт., при гипоксии выявлены повышение концентрации НЖК в крови и нарушение клеточных мембран.
По данным С.Г. Гичка и соавт., у пациентов с инфарктом миокарда и развитием генерализованной гипоксии установлены повышение концентрации НЭЖК в ткани легкого, в крови, в конденсате выдыхаемого воздуха, снижение количества фосфолипидов и процентной доли полиненасыщенных жирных кислот.
В исследованиях O.P. Грек и соавт. установлено возрастание концентрации НЭЖК в сыворотке крови при острой гипоксии у неадаптированных к ней крыс.
Выводы
Возрастание концентрации НЭЖК в среднем на 36,5% и кетоновых тел в среднем на 28,4% во всех изучаемых тканях при острой гипоксии является компенсаторно-приспособительным механизмом, который направлен на снижение избыточной концентрации НЭЖК в сыворотке крови для предотвращения более глубоких метаболических нарушений.
Введение на фоне острой гипоксии антигипоксантов способствовало снижению концентрации НЭЖК в сыворотке крови при гемической гипоксии в среднем на 11,3%, при тканевой гипоксии в среднем на 19,7%, при нормобарической гипоксии в среднем на 7,6% и кетоновых тел в сыворотке крови при гемической гипоксии в среднем на 19,2%, при тканевой гипоксии в среднем на 17,4%, при нормобарической гипоксии в среднем на 14,4% и тканях головного мозга при гемической гипоксии в среднем на 9,3%, при тканевой гипоксии в среднем на 23,6%, при нормобарической гипоксии в среднем на 7,7% и тканях сердца крыс при гемической гипоксии в среднем на 11,0%, при тканевой гипоксии в среднем на 11,2%, при нормобарической гипоксии в среднем на 11,8%, что свидетельствует о наличии у изучаемых препаратов высокого липидопротекторного и антиоксидантного эффекта, и самую высокую эффективность демонстрирует смесь экстрактов малины лекарственной и смородины черной в соотношении 1:1.
Об авторах
Елена Сергеевна Канаева 1, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры зоотехнии
kanaeva_es_84@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-1286-6165
Ольга Николаевна Павлова 2, доктор биологических наук, доцент, заведующая кафедрой физиологии
casiopeya13@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-8055-1958
Ольга Николаевна Гуленко 2, кандидат биологических наук, доцент кафедры физиологии
gulenko_ol@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-6338-7095
Владимир Владимирович Зайцев 1, доктор биологических наук, профессор, декан факультета биотехнологии и ветеринарной медицины, заведующий кафедрой биоэкологии и физиологии с/х животных
zaycev_vv1964@mail.ru https://orcid.org 0000-0001-5085-8273
Анатолий Анатольевич Девяткин 3, 4, 5, доктор медицинских наук, врач; доктор медицинских наук, профессор кафедры
безопасности жизнедеятельности и экологии; доктор медицинских наук, профессор кафедры биохимии и фармакологии
vitreus@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-7506-8040
Кристина Александровна Павлова 1, студент 1-го курса Института фармации
casiopeya13@admin
1 Самарский государственный аграрный университет, ул. Учебная, 2, п. г. т. Усть-Кинельский, Кинель, Самарская
обл., 446442, Россия
2 Самарский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации,
ул. Чапаевская, 89, Самара, 443099, Россия
3 Самарская областная клиническая офтальмологическая больница им. Т.И. Ерошевского, ул. Запорожская, 26, Самара, 443066, Россия
4 Приволжский государственный университет путей сообщения, ул. Свободы, 2В, Самара, 443066, Россия
5 Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, ул. Интернациональная, 33, Тамбов, 392000, Россия
УДК 57.085.23
DOI: 10.32634/0869-8155-2025-398-09-15-21
Просмотров: 104
