Реферат: Вплив кадмію на показники азотного і вуглеводного обміну в організмі щурів різного віку

Захист відбудеться “29” лютого 2008 року о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.08 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ – 41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус № 3, ауд.65

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ – 41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус № 4, кімн.28

Автореферат розісланий “26” січня 2008 р.

Вчений секретар

cпеціалізованої вченої ради І.В. Калінін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вільним амінокислотам належить важлива біологічна роль у регуляторних і адаптаційних процесах організму, а зміни в їх вмісті відображають глибину деструктивних і катаболітичних процесів, які відбуваються в організмі за патологічних станів (Мак-Мюррей У., 1980; Передерий В.Г. и др., 1993; Бенсон Дж. и др., 1994; Ганиев Х.Г., 1996).

Утворення вільних радикалів, яке відбувається, зокрема, за умов надходження до організму важких металів і кадмію, прискорює процес пероксидного окиснення, що супроводжується пошкодженням макромолекул та надмолекулярних компонентів клітини, виснаженням системи антиоксидантного захисту організму, змінами азотного, вуглеводного обміну й інтенсивності біоенергетичних процесів (Меньшикова Н.Б. и др., 1994; Мельничук Д.О. та ін., 2004). Ініціація окисної модифікації білків є однією з ланок токсичного пошкодження клітин унаслідок порушення функціонування цитоплазматичних ферментів і мембранних іонних насосів із наступним запуском різноманітних механізмів руйнування клітин (Dean R. T. et al., 1997).

Отруєння тварин важкими металами призводить до порушення процесу гліколізу, функціонування циклу трикарбонових кислот – важливих шляхів біологічного окиснення і генерації енергії, а також до змін амінокислотного складу організму, внаслідок чого порушується перебіг метаболічних процесів, що призводить до виникнення низки патологічних змін в організмі (Clarkson T. W., 1987). Одним із механізмів токсичного впливу кадмію є його здатність зв’язуватися з HS-групами білків, що призводить до інгібування активності ферментів та утворення комплексних сполук з органічними й неорганічними лігандами (Коротков С.А., 1996).

Іони кадмію є одним із факторів, які зумовлюють розвиток окисного стресу, внаслідок чого відбувається модифікація амінокислот (Levine R. L. et al., 1990; Мещишен І.Ф. та ін., 1999; Дубиніна О.Ю., 2001). Модифікація амінокислотних залишків призводить до змін структурної організації білкової молекули. Це супроводжується фрагментацією їх з утворенням низькомолекулярних компонентів або агрегацією білкових молекул, які підлягають дії активних форм кисню (Davies K. J. et al., 1987; Starke-Reed P. E. et al., 1989; Levine R. L. et al., 1990). Крім того, виникають зміни кислотно-лужного стану організму, змінюються біохімічні показники крові. Порушення кислотно-лужного стану пов’язані з накопиченням кислих продуктів обміну, внаслідок чого виникає метаболічний ацидоз (Мельничук Д.А., 1989; Засєкін Д.А. та ін., 2003; Мельникова Н.М. та ін., 2004; Кравців Р.Й., Буцяк В.І., 2005).

Дослідження останніх років дозволили з’ясувати молекулярні механізми участі спеціалізованих тіолових металотіонеїнів і глутатіону в процесах детоксикації кадмію. Разом з цим важливу роль у детоксикації кадмію можуть відігравати вільні амінокислоти крові та різних органів (Кулинский В.И., 1990).

Вікові відмінності реакцій організму на вплив важких металів за багатьма біохімічними показниками мають важливе значення в оцінці його чутливості до утворення токсичних продуктів метаболізму. При цьому чутливість організму до дії важких металів є більш вираженою у тварин в молодому віці (Трахтенберг І.М., 2005). Гомеостатичний механізм цих змін базується на тому, що молоді тварини мають високий рівень обмінного нітрогену, що обумовлюється інтенсифікацією метаболізму (Agrawal H. C. et al., 1968). З віком змінюється значною мірою не тільки концентрація вільних амінокислот, але і їх співвідношення (Ларский Э.Г., 1990).

Нині недостатньо з'ясовані адаптаційні метаболічні зміни, що виникають у відповідь на дію важких металів, та можливість їх корекції. У сучасній науковій літературі відсутні дані щодо проведення системних досліджень вмісту вільних амінокислот у крові та органах тварин різного віку, отруєних кадмію сульфатом. Питання впливу кадмієвої інтоксикації на стан метаболічного пулу вільних амінокислот в організмі, показники азотного обміну, а також вміст метаболітів гліколізу і циклу трикарбонових кислот у віковому аспекті вивчені недостатньо. Не з’ясовано вплив кадмію на вміст вільних амінокислот, які беруть участь у процесах азотного та вуглеводного обміну.

Тому дослідження показників азотного і вуглеводного обміну в крові та органах тварин при введенні кадмію сульфату у віковому аспекті є важливою ланкою у встановленні природи факторів, які викликають зміни інтенсивності реакцій метаболізму, а визначення цих показників в організмі отруєних тварин дає можливість впливати на регуляцію токсичної дії важких металів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є частиною науково-дослідних робіт кафедри біохімії тварин, якості і безпеки сільськогосподарської продукції імені акад. М.Ф. Гулого Навчально-наукового інституту ветеринарної медицини та якості і безпеки продукції тваринництва Національного аграрного університету: “Вплив кислотно-лужного стану на характер біологічної міграції важких металів в організмі тварин” (№ держреєстрації 0101U001700) (2001 – 2005 рр); “Вивчити біохімічну характеристику тканин організму тварин, токсикованих важкими металами, та розробити способи їх елімінації” (№ держреєстрації 0106U003874) (2006 – 2010 рр).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи було дослідити вплив кадмію сульфату на показники азотного і вуглеводного обміну в організмі щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку.

Відповідно до поставленої мети визначено такі основні завдання досліджень:

встановити якісний склад вільних амінокислот у крові, печінці, нирках, легенях, серці та селезінці щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку, а також за умов уведення кадмію сульфату;

дослідити кількісний склад вільних амінокислот у крові, печінці, нирках, легенях, серці та селезінці щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку і при введенні кадмію сульфату;

дослідити концентрації показників азотного обміну – аміаку, креатиніну, сечовини та загального білка в крові щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку і за умов уведення кадмію сульфату;

визначити вміст метаболітів гліколізу – пірувату, лактату в печінці та крові щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку і за умов уведення кадмію сульфату;

визначити вміст метаболітів циклу трикарбонових кислот – малату, оксалоацетату та б-кетоглутарату в печінці та крові щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку і за умов уведення кадмію сульфату;

виявити взаємозв’язок між змінами показників азотного і вуглеводного обміну в крові щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку та при введенні кадмію сульфату.

Об’єкт дослідження - вплив кадмію сульфату на вміст вільних амінокислот у крові та органах, на концентрацію показників азотного обміну в крові, а також на вміст метаболітів гліколізу і циклу трикарбонових кислот у печінці та крові щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку.

Предмет дослідження – показники азотного обміну – амінокислоти, аміак, сечовина, креатинін, загальний білок; показники вуглеводного обміну – лактат, піруват, малат, оксалоацетат, б-кетоглутарат; кров, печінка, нирки, легені, селезінка, серце щурів 3-, 6 - та 18-місячного віку при введенні кадмію сульфату.

Методи дослідження – біохімічні, спектрофотометричні, спектральні, хроматографічні, статистичні.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше проведено дослідження амінокислотного спектра крові та внутрішніх органів щурів різного віку за умов уведення кадмію сульфату. Встановлено вікові особливості якісних і кількісних характеристик вільних амінокислот у крові та внутрішніх органах інтактних щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку, а також показано, що в крові та внутрішніх органах щурів 3-місячного віку метаболічний пул вільних амінокислот є найвищим. Виявлено, що введення кадмію сульфату призводить до зміни метаболічного пулу вільних амінокислот у крові та внутрішніх органах щурів різного віку, а зміни вмісту вільних амінокислот мають виражену вікову залежність, яка найбільшою мірою проявляється у щурів 3-місячного віку. Встановлено, що у крові щурів різного віку за умов уведення кадмію сульфату відбуваються зміни в концентрації показників, які характеризують стан азотного обміну: підвищується концентрація сечовини, аміаку та креатиніну, знижується концентрація загального білка. Вперше досліджено віковий аспект змін вмісту метаболітів гліколізу (пірувату і лактату) та циклу трикарбонових кислот (малату, оксалоацетату і б-кетоглутарату) у крові та печінці інтактних щурів і за умов уведення кадмію сульфату. Наукова новизна одержаних результатів дисертаційної роботи підтверджена патентом на винахід.

Практичне значення одержаних результатів. Результати проведених досліджень щодо визначення амінокислотного складу та показників азотного і вуглеводного обміну розширюють сучасні уявлення про механізми впливу кадмію на організм тварин залежно від віку. З метою контролю за станом обміну речовин в організмі і профілактики патологій при отруєнні важкими металами необхідно систематично контролювати вміст амінокислот і метаболітів азотного та вуглеводного обміну в крові та внутрішніх органах таких тварин. Дослідження якісного та кількісного амінокислотного пулу, а також вмісту метаболітів азотного і вуглеводного обміну в організмі тварин різного віку при введенні кадмію сульфату необхідно проводити для корекції та нормалізації метаболізму в їхньому організмі. Одержані результати досліджень можуть бути використані в навчальному процесі в закладах біологічного, медичного та ветеринарного профілю, а також у науковій та практичній роботі для наукового обґрунтування корекції азотного і вуглеводного обміну отруєних важкими металами тварин, які перебувають на забруднених територіях.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційне дослідження є самостійно виконаною роботою. Автором проаналізовано дані літературних першоджерел згідно з темою досліджень, проведено експериментальні дослідження, статистичну обробку одержаних результатів, виконано та оформлено дисертаційну роботу. Планування і формулювання завдань роботи, розробку схеми досліджень, аналіз та інтерпретацію одержаних результатів, основних положень і висновків здійснено за участю наукового керівника.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на Міжнародній науково-практичній конференції “Біологічні основи здоров’я та продуктивності тварин” (10 – 11 червня 2004 р., м. Львів); Міжнародній науково-практичній конференції “Ветеринарна медицина – 2005: сучасний стан та актуальні проблеми забезпечення ветеринарного благополуччя тваринництва” (30 травня – 4 червня 2005 р., АР Крим, м. Ялта); ІІІ Міжнародному конгресі спеціалістів ветеринарної медицини (4 – 7 жовтня 2005 р., м. Київ); Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми біохімії, фізіології та функціональної морфології продуктивних тварин” (24 – 25 листопада 2005 р., м. Дніпропетровськ); ІІ, ІІІ Міжнародній конференції студентів і аспірантів “Молодь і поступ біології” (21 - 24 березня 2006 р., 23 – 27 квітня 2007 р., м. Львів); конференції професорсько-викладацького складу, наукових співробітників і аспірантів Навчально-наукового інституту ветеринарної медицини та якості і безпеки продукції тваринництва (5 - 6 квітня 2006 р., 16 - 17 березня 2007 р., м. Київ); Міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених та спеціалістів “Молоді вчені у вирішенні проблем аграрної науки і практики” (15 – 16 червня 2006 р., м. Львів); Міжнародній науково-виробничій конференції “Актуальні питання ветеринарної патології та морфології тварин”, присвяченій 100-річчю з дня народження професора Авророва А.А. (22 - 23 червня 2006 р., м. Воронеж); IX Українському біохімічному з’їзді (23 – 27 жовтня 2006 р., м. Харків); V державній науково-практичній конференції “Аграрна наука - виробництву” (23 - 25 листопада 2006 р., м. Біла Церква); ІІ Міжнародній конференції молодих учених “Біологія: від молекули до біосфери” (19 – 21 листопада 2007 р., м. Харків).