Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,686

РОЛЬ ОСОБЕННОСТЕЙ МЕТАБОЛИЗМА СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ В МЕЖВИДОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ К ТУБЕРКУЛЕЗУ

Павлов В.А. 1 Котомцев В.В. 1, 2 Сабадаш Е.В. 1 Медвинский И.Д. 1
1 ФГБУ «Уральский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии» Минздрава РФ (УНИИФ)
2 ФГБУН «Институт иммунологии и физиологии УО РАН» (ИИФ)
Особенности метаболизма соединительной ткани (СТ), связанные с различиями в обмене аскорбиновой кислоты (АК), глутатиона и ряда аминокислот у морских свинок и крыс, могут влиять на их различную чувствительность к микобактерии туберкулёза (МБТ). Связанные с отмеченными особенностями патогенетические механизмы предрасположенности и развития туберкулезного процесса напоминают таковые при патологических процессах, развивающихся при дисплазии соединительной ткани (ДСТ). Возможно, метаболиты, делающие крысу более устойчивой, чем морскую свинку, к туберкулезу, могут быть использованы в коррекции нарушений, развивающихся при ДСТ.
экспериментальные животные
соединительная ткань
туберкулез
аскорбиновая кислота
глутатион
аминокислоты
активные формы кислорода
высокоактивные соединения азота
1. Дудин В.И. Способ определения витамина С / В.И. Дудин (патент № 2229132 от 20. 05.2004).
2. Замараева Т.В. Метод определения коллагеновых белков по оксипролину/ Т.В. Замараева // Современные методы в биохимии. – М: Медицина, 1977. – С. 262– 264.
3. Ивашкин В.Т. Клиническое значение оксида азота и белков теплового шока / В.Т. Ивашкин, О.М. Драпкина. – М.: ГЕОТАР – МЕДИА, 2011. – 376 с.
4. Кадурина Т.И. Дисплазия соединительной ткани: руководство для врачей / Т.И. Кадурина , В.Н. Горбунова. – СПб: Элби – Санкт-Петербург, 2009. – 704 с.
5. Лабори А. Регуляция обменных процессов / А. Лабори. – М.: Медицина, 1970. – 382 с.
6. Павлов В.А. Механизмы повреждения и адаптации в организме при экспериментальном тукберкулезе в условиях действия ароматических ксенобиотиков: дис. … докт. мед. наук. – Екатеринбург, 2000. – 318 с.
7. Першин Г.Н. Методы эспериментальной химиотерапии / Г.Н. Першин. Практическое руководство. – М.: Медицина, 1971. – 541 с .
8. Шиляев Р.Р. Дисплазия соединительной ткани и ее связь с патологией внутренних органов у детей и взрослых / Р.Р. Шиляев, С.Н. Шальнова // Вопросы современной педиатрии. – 2003. – Т. 2, № 5. – С. 61–67.
9. Harris R. Review: Taurine: A «very essential» amino acid / R. Harris, Sh. Wen // Mol. Vis. – 2012. – Vol.18. – P. 2673– 2686.
10. Павлов В.А., Котомцев В.В., Котомцев В.В., Медвинский И.Д., Сабадаш Е.В., Ершова А.В., Кравченко М.А. Функционально-метаболические особенности лейкоцитов крови в межвидовой устойчивости экспериментальных животных к туберкулёзу // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 12–3. – С. 480–484; URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=7960 (дата обращения: 28.07.2017).

В последние годы во многих развитых странах нарастает такое явление, как дисплазия соединительной ткани (ДСТ) [4,8]. Явления ДСТ сопровождаются самыми разнообразными патологическими процессами – от нарушений психики до тяжелых расстройств кровообращения и нарушений иммунитета. Соединительная ткань (СТ) имеет тесные взаимосвязи с нервной, кроветворной, иммунной системами, системой детоксикации и другими адаптивными системами организма [8]. Установлено, что при ДСТ имеется дефицит аскорбиновой кислоты (АК) и магния, имеется диспропорция в содержании аминокислот, участвующих в метаболизме СТ. В связи с чем нарушены процессы образования коллагеновых волокон и другие метаболические процессы в фибробластах. Однако более детально причины возникновения ДСТ и какое значение они могут иметь в развитии патологических процессов во многом не известно [4].

Поэтому целью наших исследований было выявить взаимосвязь метаболических процессов, определяющих специфику защитных механизмов к микобактерии туберкулеза (МБТ) в организме подопытных животных с различным строением СТ.

Материалы и методы исследования

Для экспериментов были взяты крысы и морские свинки – СТ которых, как и адаптивно-метаболические процессы, резко отличаются. Так, СТ крыс грубоволокнистая и плотная, а у морских свинок – рыхлая и нежноволокнистая. Морские свинки, в отличие от крыс, не способны синтезировать АК имеющую большое значение в обмене СТ. Возможно именно поэтому они высоко чувствительны к МБТ [7]. В эксперимент было взято по 20 морских свинок и 20 беспородных белых крыс питомника Уральского НИИ фтизиопульмонологии, разделённых по 10 животных на контрольных и опытных. Протокол эксперимента был рассмотрен и одобрен биоэтической комиссией Уральского НИИ фтизиопульмонологии.

В наших исследованиях крысы опытной группы подвергались заражению МБТ в дозе 0,1 мг живой культуры в хвостовую вену, морские свинки опытной группы заражались МБТ в дозе 0,001мг в паховую складку живой культуры микобактерий штамм H37Rv. Контрольным животным вводился, в этих же дозах и местах инъекций, физиологический раствор хлорида натрия.

У всех зараженных животных исследовались параметры экспериментального туберкулеза: морфологические данные, микробиологические исследования, индексы поражения и весовые коэффициенты [7]. Находилось количество в тканях оксипролина, уровень аскорбиновой кислоты и ее производных – дегидроаскорбиновой кислоты (ДАК) и дикетогулоновой кислоты (ДКГК) общепринятыми методами [1,2].

На хроматографе ААА 339 «Микротехника» определялось количество свободных аминокислот, глутатиона, полиаминов, мочевины в замороженных в жидком азоте тканях исследуемых животных. На основании полученных данных исследовалась динамика количества аминокислот, связанных с обменом СТ (пролин, оксипролин, глутамат), и участвующих в биосинтезе глутатиона (аргинин, цистеин, глицин), а также содержание глутатиона, восстановленного и окисленного, полиаминов (путресцин).

Активные формы кислорода (АФК) и высокоактивные соединения азота (ВСА), являясь высокоактивными биологическими молекулами, оказывают регулятороное воздействие на обмен СТ, усиливая катаболические процессы в ней [8]. Поэтому с помощью иммуноферментного анализатора определялся уровень производных оксида азота и активных форм кислорода в крови исследуемых животных. При помощи иммуноферментного анализатора в плазме крови и лейкоцитах исследовали уровень суммарных перекисей липидов (по показателям OXYSTATA BiomedicaGRUPPE) и стабильных производных (нитрата) оксида азота. Животные выводились из эксперимента через 2 недели после заражения МБТ в период, когда у морских свинок развивался генерализованный туберкулез. Статистическую обработку полученного материала проводили с помощью непараметрических критериев Манна-Уитни.

Результаты исследования и их обсуждение

После заражения МБТ через 2 недели у морских свинок развивается генерализованный туберкулез. У крыс даже при использовании гораздо большей дозы МБТ специфический процесс не развивается. Некоторые органы морских свинок при этом значительно увеличиваются. Так, масса печени возрастает на с 20,9 г до 34,4 г, селезенки – с 1,06 до 4,3 г, легких – с 3,8 до 9,6 г. Отмеченное увеличение происходит, видимо, за счет интенсивного включения пролина в оксипролин СТ. Что подтверждается увеличением количества оксипролина в ткани печени заражённых морских свинок до 858,3±36,1, тогда как у контрольных животных его уровень составил 88,2 мг/100 г сухой ткани.

Изменения массы органов крыс после заражения не происходит, хотя количество оксипролина в печени также несколько возрастает, но статистически достоверного отличия не наблюдается (р >0,05). Количество оксипролина в печени контрольных крыс составило 650,6±25,6 мг/100г, то есть в 7 раз больше, чем у морских свинок (р< 0,01). После заражения МБТ у крыс опытной группы количество оксипролина возрастает до 958,6±65,0 (р> 0,05).

Существенным изменениям подвергалось содержание в крови и печени глутаминовой кислоты и пролина. В крови зараженных морских свинок при этом количество глутаминовой кислоты и пролина снижается примерно в 1,5 – 2 раза (р<0,01). Очевидно, они используется для биосинтеза оксипролина в печени. В их печени резко уменьшается количества аргинина и мочевины, а также полиаминов, что свидетельствует о резком угнетении анаболических процессов и усилении катаболизма.

У крыс после заражения МБТ в большей мере в крови снижается количество пролина – примерно в 1,5 раза. В печени угнетения биосинтеза мочевины и полиаминов не наблюдается.

При отмеченных явлениях резко изменяется и приобретает диаметрально противоположный характер обмен аскорбиновой кислоты (АК) в тканях сравниваемых животных.

В печени крыс после заражения значительно возрастает количество АК (почти в 3 раза – р <0,01), а у морских свинок (которые в отличие от крыс не могут ее синтезировать) наблюдается ее более чем 2-кратное уменьшение( р< 0,01) (табл. 1).

Таблица 1

Содержание аскорбиновой кислоты в печени морских свинок и крыс после заражения МБТ(в мкг/г)

Группы животных / кол-во в группе

Контроль (n=10)

Заражение МБТ (n=10)

Морские свинки

142,4±21,5

74,2±15,4**

Крысы

252,6±42,4

736,3±112,5**

Значком ** отмечено статистически достоверное отличие ( р< 0,01).

Еще более заметна динамика в содержании ДАК в печени исследуемых животных. У крыс наблюдается прирост ее количества после заражения МБТ в 2,5 раза.

Все это свидетельствует о том, что крысы активно синтезируют АК после заражения МБТ и она активно включается в обменные процессы, интенсивно окисляясь до ДАК.

А вот у морских свинок АК существенного значения при заражении МБТ не имеет. Но обращает на себя внимание то, что у этих животных в печени определяются гораздо большие концентрации, чем у крыс ДКГК. При воздействии МБТ количества этой кислоты увеличивается почти в 2 раза, тогда как у крыс никаких изменений количество этого метаболита не наблюдается.

У морских свинок после заражения МБТ в печени в 3 раза (р< 0,01) увеличивается количество глутатиона окисленного (G-SS-G), тогда как количество глутатиона восстановленного (G-SH) имеет лишь тенденцию к снижению. У крыс статистически достоверных изменений количества G-SH после введения МБТ не отмечается. Надо отметить, что и ресурс G- SH в печени морских cвинок гораздо выше, чем у крыс (712,5 мкг/г против 433,2 мкм/г р< 0,01) (табл. 2).

Таблица 2

Содержание глутатиона восстановленного и окисленного в ткани печени морских свинок и крыс после заражения МБТ ( в мкг/г сырого веса ткани)

Метаболиты

Контроль (n=10)

Заражение МБТ (n=10)

Морские свинки

Глутатион восстановленный

712,5±87,5

585,7±59,4

Глутатион окисленный

465,9±72,8

1438,8±218,1**

Крысы

Глутатион восстановленный

433,2±31,5

296,7±58,9

Глутатион окисленный

394,6±89,6

356,2±96,5

Значком * отмечены результаты статистически достоверно отличающиеся от контроля – (р< 0,05); **– (р<0,01).

В печени морских свинок гораздо большее количество аминокислот, предшественников глутатиона. Количество глутаминовой кислоты, глицина и цистеина в крови и печени морских свинок в 2 и более раза превосходит таковое у крыс. После заражения МБТ количество этих метаболитов в крови и печени морских свинок резко уменьшается. Очевидно, за счет включения их в глутатион, биосинтез СТ и потребления микобактериями. У крыс такого значительного уменьшения в рассматриваемых тканях количества перечисленных метаболитов не наблюдается.

В крови и печени крыс не отмечается цистеина и промежуточных метаболитов его образования из метионина – цистатионина и цистеиновой кислоты. Тогда как метионин, напротив, встречается в крови и печени крыс, но его нет у морских свинок.

Как видим, в защитных механизмах к воздействию МБТ у крыс преобладает АК с усилением ее биосинтеза. А у морских свинок содержание АК резко уменьшается, но увеличивается метаболит СТ, связанный с обменом АК- ДКГК, который может включаться в метаболические процессы, необходимые для поддержания глутатиона в восстановленном состоянии (пентозный цикл). При этом общее количество глутатиона у морских свинок резко возрастает, и он интенсивно окисляется. АК и глутатион – мощные антиоксиданты и биологические молекулы, выполняющие важнейшую защтно-адаптивную функцию на метаболическом уровне [3]. Установлено, что помимо АК, в высокой устойчивости крыс к МБТ может иметь такой метаболит, как таурин, являющийся антиоксидантом, стабилизатором мембран и стимулятором фагоцитарных реакций организма [7, 9, 10]. Среди всех свободных аминокислот тканей крыс таурин составляет до 50 % и более. А у морских свинок таурина в тканях значительно меньше, чем у крыс. Так, в костном мозге крыс содержание таурина составляет 5859,1±620,4мкм/л а у морских свинок 468,7±71,1 мкм/л), почти столь же значительны отличия и по содержанию G-SH в костном мозге – 422,9±67,1 мкм/л у морских свинок против 1199,4±142,5 у крыс (p<0,01).

В целом различная чувствительность морских свинок и крыс к МБТ связана, по нашему мнению, с различными особенностями метаболизма серы. У крыс сера в большей мере окисляется до таурина и сульфата. Последний накапливается в СТ в виде кислых гликозаминогликанов, во многом определяющих свойства грубоволокнистой СТ крыс и активное участие ее в детоксикационных и обменных процессах (например, биосинтез АК).

Установлено, что после заражения количество сульфата (SO4) в печени морских свинок уменьшается почти в 2 раза (от 498, 8 мкг/г до 261, 9мкг/г; Р <0,01), а вот у крыс его количество было изначально больше, чем у морских свинок и после заражения еще несколько увеличивается (с 1246,4±345,1 мкг/г до 1447,4±276,7мкг/г; P>0,05). То же самое касается и иона SO3, который присутствует в организме в виде таурина (NH2–СН2– СН2– SO3). Количество таурина в печени крыс после введения им МБТ резко увеличивается (с 525,2± 28,9 мкг/г до 1657,5±425,1 мкг/г; Р< 0,01), очевидно, вследствие его усиленного биосинтеза из цистеина. В печени морских свинок содержание таурина составляет 129,8±17,6 мкг/г, а после заражения МБТ-251,6±31,4 мкг/г. То есть, увеличение есть, но оно не сопоставимо с таковым у крыс.

У морских свинок СТ рыхлая. Особенности ее обмена сопряжены не синтезом АК, а образованием ДКГК, необходимой для восстановления глутатиона [5]. В крови и печени морских свинок сера находится в виде цистеина и промежуточных продуктов его образования (цистотионин, цистеиновая кислота). При заражении МБТ этих продуктов становится еще больше, а количество цистеина возрастает в крови на 45 % (в контроле 227,8±17,3 мкмоль/л).

Таким образом, особенности обмена в СТ влияют на пути использования серы в защитно-адаптивных механизмах и на различную устойчивость морских свинок и крыс к МБТ .

Обращает на себя внимание, что при заражении МБТ в крови морских свинок отчетливо возрастает уровень активных форм кислорода и высокоактивных соединений азота (АФК и ВСА) – важнейших регуляторных биомолекул, способных выполнять как защитные функции, так и оказывать повреждающее воздействие [3].

Содержание стабильных производных оксида азота (нитрата) и суммарных перекисей липидов (по оксистату ) в крови морских свинок в контроле составляет 56,3±11,2 мкмоль/л, свободных перекисей липидов – 394 ±126,1 мкмоль/л. После заражения МБТ отмечается увеличение рассматриваемых показателей, примерно, на 50 % (p<0,05).

Содержание производных оксида азота (нитрат) и суммарных перекисей липидов (по оксистату) в крови крыс составляет 26,1±2,9 мкмоль/л и 145,0±31,6 мкмоль/л, соответственно. После заражения МБТ существенных изменений рассматриваемых показателей не отмечается.

Такое различие в уровнях метаболитов АФК И ВСА после заражения МБТ, очевидно связано с различием в стратегии защитных механизмов у сравниваемых животных. Так в печени у крыс после заражения более чем в 3 раза увеличивается количество таурина, которое и без того превосходило таковое у морских свинок в 4 раза. Мощный антиоксидантный эффект АК и таурина, естественно, не позволяют чрезмерно увеличивать уровень АФК и ВСА в тканях крыс после экстремальных воздействий и ограничивают их повреждающее воздействие. Так, в наших предыдущих исследованиях [6] установлено, что после заражения МБТ, токсического воздействия ксенобиотиков, кровопотери, воздействия радиации в печени крыс исчезают такие метаболиты, как фосфоэтаноламин (ФЭА), этаноламин (ЭА) и серин – метаболиты необходимые для биосинтеза мембран, и увеличивается количество таурина. То есть происходит усиление пластических процессов с повышением стабилизации мембран клеток печени, необходимое для усиления детоксикационных, анаболических и других адаптивных механизмов [6]. У морских свинок возможности такой стабилизации нет.

Итак, стратегия метаболической адаптации морских свинок к воздействию МБТ ориентирована на усиленное образование глутатиона с его интенсивным включением в окислительные процессы и значительным увеличением СТ в пораженных специфическим процессом органах, что абсолютно не защищает морскую свинку по отношению к МБТ.

В наших предшествующих исследованиях установлено, что применение таурина повышает устойчивость морских свинок к МБТ и эффективность лечения туберкулеза у больных туберкулезом легких [6]. При этом снижается уровень АФК и ВСА в крови больных туберкулезом легких людей и экспериментальных животных.

Выводы

Различное строение соединительной ткани у морских свинок и крыс сопряжено с преобладанием в защитных механизмах к воздействию МБТ глутатиона и апоптоза или аскорбиновой кислоты и таурина.

При преобладании в защитных механизмах аскорбиновой кислоты и таурина (у крыс) организм более устойчив к заражению МБТ при большей устойчивости мембран клеток к АФК и ВСА.

Защитные либо повреждающие эффекты АФК и ВСА неспецифичны и зависят от стратегии защитных механизмов в организме, в которых может преобладать система глутатиона, либо таурин, блокирующий систему глутатиона и его окисление.

В коррекции патологических процессов при ДСТ, видимо, могут использоваться такие метаболиты как таурин, АК, аргинин.

Работа выполнена согласно темам НИОКР УНИИФ Минздрава РФ № 114032140001 и 01201352042 ИИФ УО РАН.


Библиографическая ссылка

Павлов В.А., Котомцев В.В., Сабадаш Е.В., Медвинский И.Д. РОЛЬ ОСОБЕННОСТЕЙ МЕТАБОЛИЗМА СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ В МЕЖВИДОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ К ТУБЕРКУЛЕЗУ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 9. – С. 105-109;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=11836 (дата обращения: 21.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252