авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Влияние гипо- и гипергликемии на субстратное обеспечение и изменение активности ферментов энергетического и азотистого обмена в миокарде

На правах рукописи

Стельмах Анна Юрьевна

Влияние гипо- и гипергликемии

на субстратное обеспечение и изменение активности

ферментов энергетического и азотистого обмена в

миокарде

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата

биологических наук

по специальности 03.00.13-физиология

Ярославль 2008

Работа выполнена на кафедре биологической и биоорганической химии ГОУ ВПО Ярославская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию Российской Федерации

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор Потапов Павел Петрович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Тятенкова Наталия Николаевна.

доктор биологических наук, доцент Тихомирова Ирина Александровна

Ведущая организация:

Институт эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова (ИЭФБ РАН), г. Санкт-Петербург

Защита состоится «_ » 200 г. в _часов на заседании диссертационного совета Д 212.307.02 при ГОУ ВПО «Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д.

Ушинского» (150000, г. Ярославль, ул. Республиканская, д. 108).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского»

Автореферат разослан 200 г.

«_ »

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биол. наук, профессор Зайцев Л. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Колебания уровня метаболитов в крови существенно влияют на функциональное состояние сердечно-сосудистой системы. В частности, при изменениях содержания глюкозы в крови функционирование сердечной мышцы может нарушаться под влиянием возбуждения симпатических нервов и увеличения секреции катехоламинов надпочечниками, а также в результате изменений тканевого метаболизма (Фаучи Э., 2002;

Феллинг и соавт., 1985). Гипогликемия сопровождается значительными колебаниями частоты и силы сердечных сокращений, изменениями ударного и минутного объема, нередко наблюдается снижение кровяного давления из-за слабости сердечной мышцы (Холодова Е.А., Мохорт Т.В., 1988). Изменения энергообеспечения являются важным фактором, влияющим на сократительную способность миокарда (Opie L.H., 1998;

Taegtmeyer H. et al., 2002). Нарушения энергообмена могут быть обусловлены собственно гликопенией, колебаниями концентрации других субстратов энергообмена в крови, изменениями процессов использования различных метаболитов.

Гипогликемия может быть следствием различных причин и наблюдается как в норме, так и при патологических состояниях, но чаще всего она является результатом повышения уровня инсулина (Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П., 2000). Гипогликемия может возникать и на фоне предшествующей гипергликемии. Такая ситуация имеет место, например, при неадекватной терапии сахарного диабета или после приема пищи (спонтанная реактивная гипогликемия) (Феллинг и соавт., 1985;

Cryer P.E. et al., 2003). Гипогликемия может развиваться при тяжелых физических нагрузках (Дембо А.Г., Земцовский Э.В., 1989;

Макарова Г.А., 2004).

Нормальной физиологической реакцией на снижение концентрации глюкозы в крови является повышение секреции контринсулярных гормонов, увеличивающих мобилизацию гликогена и глюконеогенез, что в конечном итоге способствует поддержанию уровня гликемии. Одним из физиологических эффектов инсулина является увеличение поглощения и утилизации глюкозы клетками, но продолжительная гипогликемия в конечном итоге значительно ослабляет этот процесс, как и контринсулярные гормоны, которые уменьшают проницаемость клеточных мембран для глюкозы и снижают включение глюкозы во внутриклеточный обмен (Cryer P.E., 2001, 2005). Утилизация миокардом других субстратов энергообмена (жирных кислот, триацилглицеролов и кетоновых тел) может быть ограничена снижением их продукции под действием инсулина (Timothy G.R., 1996).

В том случае, когда гипогликемия развивается на фоне инсулинодефицита, неблагоприятные изменения субстратного обеспечения энергообмена могут быть особенно существенными, так как они накладываются на уже имеющиеся морфологические и метаболические изменения, обусловленные недостатком гормона (Генес В.С., 1980;

Джавадов С.А., 1983;

Холодова Е.А., Мохорт Т.В., 1988;

Taegtmeyer H. et al., 2002). При недостатке инсулиновых эффектов нарушается и реализация гормональных контринсулярных сигналов (Cryer P.E., 2002;

Enoksson S. еt al., 2003). Значительные перепады уровня глюкозы в крови и связанные с ними резкие изменения секреции гормонов, ответственных за регуляцию гликемии, могут значительно модифицировать обмен в миокарде и приводить к функциональным нарушениям. Еще 30 лет назад высказывалось мнение о том, что нарушения функциональной способности миокарда при инсулинодефиците могут быть обусловлены периодически возникающей гипогликемией (Генес В.С., 1980).

Исследования, проводимые с использованием различных моделей гипоинсулинемии, не только дают возможность изучать метаболические взаимоотношения между различными, в том числе, и противоположно направленными гормональными воздействиями, но и позволяют понять многие механизмы развития сахарного диабета (Волчегорский и соавт., 2002;



Баранов В.Г. и соавт., 1983;

Нещерет А.Л., 1990;

Young M.E. et al., 2002).

Важность и недостаточная изученность проблем, связанных с энергообеспечением миокарда при гипогликемии, определила выбор темы нашего исследования.

Цель исследования Оценить влияние гипогликемии на субстратное обеспечение и процессы катаболизма различных субстратов энергообмена в миокарде у здоровых животных и животных с инсулиновой недостаточностью.

Задачи исследования 1. Изучить изменения содержания энергетически важных субстратов в крови и миокарде при инсулиновой гипогликемии у здоровых животных и животных с инсулиновой недостаточностью.

2. Исследовать скорость гликолиза и активность окислительных ферментов в сердечной мышце при гипогликемической коме у здоровых животных и животных с инсулиновой недостаточностью.

3. Определить активность аминотрансфераз и ферментов дезаминирования в миокарде при гипогликемической коме у здоровых животных и животных с инсулиновой недостаточностью.

Научная новизна работы Получены новые данные об изменениях уровня энергетически важных субстратов и их использовании миокардом при снижении концентрации глюкозы в крови и в период последействия. Установлено, что при гипогликемии уменьшается доступность большинства энергетически важных субстратов крови (триацилглицеролов, свободных жирных кислот, кетоновых тел, аминокислот). При этом содержание триацилглицеролов в миокарде снижается, а уровень гликогена увеличивается. При гипогликемии, вызываемой на фоне предшествующей инсулиновой недостаточности, изменения более выражены.

При исследовании процессов катаболизма углеводов и активности окислительных ферментов в миокарде впервые установлено, что гипогликемия не вызывает существенных нарушений активности ферментов цикла трикарбоновых кислот и ферментов, продуцирующих восстановленный НАДФ. Скорость гликолиза и гликогенолиза при гипогликемии у здоровых животных возрастает, а при гипогликемии, развивающейся на фоне продолжительной инсулиновой недостаточности, этот эффект не проявляется.

В ходе исследования впервые установлено, что при инсулиновой гипогликемии, развивающейся на фоне предшествующей инсулиновой недостаточности скорость процессов катаболизма аминокислот (активность аминотрансфераз, глутаматдегидрогеназы и АМФ-дезаминазы) в миокарде увеличивается. Указанные изменения ферментативной активности не обнаруживаются при гипогликемии у исходно здоровых животных и развиваются лишь при длительном снижении уровня глюкозы в крови.

Научно-практическая значимость Полученные данные позволили оценить значимость различных субстратов для энергообеспечения функционирования миокарда при гипогликемии. Выявлены важные особенности метаболического ответа на гипогликемию в зависимости от исходного гормонального статуса организма. Результаты работы важны для понимания механизма изменений функционирования миокарда при гипогликемии как в норме, так и при патологических состояниях.

Установлено, что потенциальная мощность окислительных процессов не является фактором, лимитирующим энергообеспечение и функционирование миокарда при гипогликемии, большее значение имеет снижение притока субстратов энергообмена. В ходе исследования установлено, что при гипогликемии, развивающейся на фоне предшествующего инсулинодефицита, увеличивается использование аминокислот для энергообеспечения миокарда, что может иметь неблагоприятные отдаленные последствия для функционирования сердечной мышцы. Признаки повышенного катаболизма аминокислот обнаруживаются и после купирования гипогликемического состояния.

Полученные данные являются основой для разработки мероприятий, направленных на коррекцию неблагоприятных метаболических изменений в миокарде при гипогликемии.

Основные положения, выносимые на защиту 1) Гипогликемия не вызывает значительных нарушений активности окислительных ферментов. Потенциальные возможности использования углеводов в миокарде при гипогликемии возрастают, однако в условиях дефицита глюкозы этот эффект не реализуется. При гипогликемии нарастает использование жиров (в том числе эндогенных триацилглицеролов миокарда) для покрытия энергозатрат.

2) Увеличение в миокарде активности ферментов, ответственных за катаболизм аминокислот и снижение уровня аминокислот в крови при гипогликемии, развивающейся на фоне предшествующего инсулинодефицита, свидетельствует об увеличении использования этих субстратов для энергообеспечения. Подобные изменения могут нарушать протеиносинтез. В целом, обнаруженные изменения могут приводить к нарушению энергообмена миокарда, снижению субстратного обеспечения пластических процессов и, таким образом, снижать функциональные возможности сердца.

3) Через 1 час после купирования гипогликемической комы, развивающейся на фоне инсулинодефицита, полного восстановления исследованных показателей энергообмена не происходит. Сохраняются признаки повышенного катаболизма аминокислот.

Апробация работы Основные результаты исследования доложены и обсуждены на Всероссийской конференции «Механизмы синаптической передачи»

(Москва, 2004), конференции «Региональная медицинская наука: тенденции и перспективы развития. Аспирантские чтения – 2004. Самара. 2004., VI конгрессе молодых ученых и специалистов (Томск, 2005), конференции «Достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины» (Астрахань-Волгоград-Москва, 2006).





Публикации По теме диссертации опубликовано 12 работ в центральной и местной печати.

Связь задач исследования с проблемным планом биологических наук.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научных исследований Ярославской государственной медицинской академии (номер государственной регистрации 0120.0600924).

Объем и структура диссертации Работа представлена на 135 страницах печатного текста, содержит таблицы, 20 рисунков и состоит из введения, обзора литературы, 3 главы экспериментальных исследований, заключения, выводов и списка литературы. Библиографический указатель включает источник литературы, из них 123 на иностранных языках.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Эксперименты выполнены с использованием 317 белых беспородных крыс-самцов массой 220-260 г.

Животные были разделены на 7 групп: группа 1 – крысы с 7-суточным диабетом;

группа 2 – крысы с 15-суточным диабетом;

группа 3 – крысы, у которых вызывали состояние гипогликемии;

группа 4 – животные с 7 суточным диабетом в состоянии гипогликемии;

группа 5 – животные, у которых вызывали состояние гипогликемии на фоне 15-суточного диабета, группа 6 - крысы, обследованные через 30 и 60 минут после купирования гипогликемической комы, группа 7 – животные с 15-суточным диабетом, обследованные через 30 и 60 минут после купирования гипогликемической комы. Одновременно с подопытными животными каждой группы во всех случаях были обследованы здоровые животные (контроль).

Для обозначения состояния, развивающегося на 7-15 сутки после введения аллоксана, обычно используют термин «экспериментальный аллоксановый сахарный диабет». При этом моделируются некоторые метаболические изменения, наблюдаемые при сахарном диабете у людей.

Однако, это экспериментальное состояние правильнее характеризовать как «острый инсулинодефицит» (Баранов В.Г. и соавт., 1983;

Young M.E. et al., 2002). Мы будем использовать рабочий термин «экспериментальный сахарный диабет» в соответствии со сложившейся традицией, имея в виду его условность.

Экспериментальный аллоксановый сахарный диабет вызывали внутрибрюшинным введением аллоксана в дозе 135 мг/кг массы животного.

Аллоксан вводили животным после 12-14-часового голодания. Развитие сахарного диабета сопровождалось снижением массы тела, а также полиурией и глюкозурией.

Гипогликемическую кому вызывали внутримышечным введением инсулина в дозе 40 ЕД на 1 кг массы тела. Через несколько часов после инъекции инсулина крысы впадали в кому, о наступлении которой судили на основании проявления неврологических симптомов – потеря постуральных рефлексов, потеря болевой чувствительности (отсутствие реакции на болевое раздражение) при сохранении корнеальных рефлексов. Эти признаки четко корреллируют с данными энцефалографии и результатами определения содержания глюкозы в крови, притекающей к мозгу.

Кому купировали (группы 6 и 7) введением 40% раствора глюкозы внутрижелудочно.

В ходе работы было предпринято изучение динамики некоторых биохимических показателей после инъекции инсулина вплоть до развития гипогликемической комы у крыс группы 3 и 5. В этом случае животных забивали через каждые 15 минут. Полученные динамические ряды сглаживали методом «скользящих средних» по 5 точкам (Гублер Е.В., 1978;

Катинас Г.С., 1978). В остальных случаях статистическую обработку проводили с использованием t-критерия Стьюдента.

Крыс забивали декапитацией. Материалом для исследования служил миокард (оба желудочка без межжелудочковой перегородки) и сыворотка крови, полученная при забое.

В сыворотке крови определяли содержание энергетических субстратов: глюкозы, кетоновых тел, свободных жирных кислот, триглицеридов, аминоазот (Тодоров Й. 1961г, Покровский 1969, Прохорова М.И., 1982). В миокарде определяли концентрацию гликогена, фосфолипидов и триглицеридов, активность окислительных ферментов:

лактатдегидрогеназы, сукцинатдегидрогеназы, НАД-зависимой изоцитратдегидрогеназы (Plante G. W. H., Aogaichi T., 1968;

Кравченкова Р.С., 1977), изменение скорости дихотомического распада углеводов с использованием в качестве субстратов глюкозы, глюкозо-6-фосфата и гликогена (Панин Л.Е., 1982);

НАДФ-зависимых дегидрогеназ: НАДФ изоцитратдегидрогеназы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы;

активность глутатионредуктазы и содержание малонового диальдегида;

активность ферментов азотистого обмена: АлАТ и АсАТ, глутаматдегидрогеназы, АМФ-дезаминазы (Leong S.F., Clark J.B., 1984).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ В наших экспериментах развитие гипогликемической комы у исходно здоровых животных сопровождалась (помимо гипогликемии 1-2 ммоль/л) (рис.1) уменьшением концентрации аминокислот на 25 % и СЖК на 30% в крови, накоплением гликогена на 82% и уменьшением количества ТАГ на 38% в миокарде (табл. 1). При динамическом наблюдении процесса развития гипогликемии было установлено, что в течение часа после введения инсулина концентрация кетоновых тел снижена, а количество ТАГ в сердечной мышце увеличено, повышение уровня гликогена происходило только на четвертом часу наблюдения (рис.3). Достаточно выраженным было также повышение скорости дихотомического распада углеводов при использовании глюкозы (+57%) и гликогена (+40%) в качестве субстратов, а также увеличение активности ЛДГ на 28%, СДГ на 26% и НАД-ИЦДГ на 27% у животных в состоянии гипогликемической комы (табл.2).

Многие из этих изменений являются результатом известного действия инсулина и, связанного с этим действием, изменения концентрации субстратов в клетке (Kashiwaya Y. et al., 1999). Однако, наблюдавшаяся в конечном итоге, к моменту развития комы нормализация уровня кетоновых тел и снижение количества ТАГ в миокарде, по-видимому, не является прямым эффектом инсулина, эти изменения обусловлены увеличением секреции глюкагона (усиление кетогенеза) и изменением субстратного энергообеспечения миокарда.

К мин Кома 60 120 Рис. 1. Изменение концентрации глюкозы в крови крыс в течение времени после введения инсулина. По оси абсцисс – промежутки времени (шаг 15 мин), по оси ординат – концентрация глюкозы в ммоль/л. «К» - уровень глюкозы в крови контрольных животных. «кома» - уровень глюкозы крови животных в состоянии гипогликемической комы.

К мин Кома 60 120 Рис. 2. Изменение концентрации глюкозы в крови диабетических крыс в течение времени после введения инсулина. По оси абсцисс – промежутки времени (шаг 15 мин), по оси ординат – концентрация глюкозы в ммоль/л. «К» - уровень глюкозы в крови контрольных животных. «кома» - уровень глюкозы крови диабетических животных в состоянии гипогликемической комы.

Таблица 1. Изменение содержания энергетических субстратов в сыворотке крови и миокарде.

Показатель Группа 1 Группа 2 Группа 3 Группа 4 Группа К М±m 5,66±0,28 5,36±0,2 6,22±0,338 4,05±0,24 4,88±0, Глюкоза, ммоль/л О М±m 11,50±1,61** 7,89±0,67** 1,88±0,14** 1,61±0,16** 2,11±0, К М±m 2,18±0,16 3,19±0,30 2,60±0,17 4,07±0,36 3,19±0, Кетонов.

тела,мг % О М±m 3,21±0,58 1,89±0,20** 2,69±0,44 1,97±0,32** 1,64±0,28** К М±m 434±28 341±34 447±26 416±21 453± СЖК, мкмоль/л О М±m 483±56 360±41 316±33** 202±20** 275±18** К М±m 1,09±0,04 1,12±0,07 1,06±0,06 1,09±0,04 1,12±0, ТАГ крови, ммоль/л О М±m 0,99±0,05 1,34±0,20 0,94±0,08 0,75±0,06** 0,88±0,05* К М±m 5,38±0,25 7,55±0,56 8,44±0,14 5,38±0,25 7,55±0, Амино кислоты, ммоль/л О М±m 4,88±0,19 7,70±0,24 6,33±0,19** 3,81±0,31** 5,72±0,57* К М±m 2,23±0,19 3,91±0,22 2,37±0,11 1,21±0,14 2,03±0, Гликоген миокарда, мг/г ткани О М±m 4,23±0,91* 2,01±0,36** 4,31±0,59** 2,17±0,40* 3,68±0,52* К М±m 13,00±0,30 6,78±0,90 9,80±0,3 6,65±0,51 6,78±0, ТАГ миокард, кмоль/г О М±m 14,50±0,50 4,22±0,46* 7,75±0,50** 4,81±0,74** 2,77±0,36** Примечание (здесь и в табл. 2, 3, 4): К - контроль, О - опытные животные.

- р 0,05;

**- р 0,01 по сравнению с контролем. В каждой группе 6-8 животных.

Таблица 2. Изменение активности окислительных ферментов и ферментов дихотомического распада углеводов в миокарде.

Показатель Группа 1 Группа 2 Группа 3 Группа 4 Группа М±m 11,7±0,9 20,7±0,5 12,5±0,7 11,5±0,9 11,8±0, К ЛДГ М±m 12,2±0,9 20,6±0,5 16,0±0,7** 18,5±1,8** 17,6±1,5** О К М±m 5,21±0,34 6,81±0,52 3,51±0,21 3,72±0,31 5,31±0, СДГ О М±m 3,89±0,19** 5,80±0,20 4,41±0,18* 4,54±0,22* 5,57±0, К М±m 1,67±0,07 1,77±0,07 2,26±0,15 0,84±0,05 1,41±0, НАД-ИЦДГ О М±m 1,85±0,05 1,59±0,08 2,86±0,13** 1,00±0,07 1,54±0, М±m 12,6±0,7 11,4±1,2 11,9±0,8 9,5±0,5 10,4±0, Дихотом. распад К глюкозы М±m 11,1±1,4 6,3±1,2** 19,9±1,2** 13,2±0,8** 12,4±1, О М±m 28,7±1,0 24,6±3,1 32,9±1,3 28,6±2,0 32,6±2, Дихотом. распад К гл-6-ф, М±m 21,1±2,2** 12,4±2,1** 36,5±1,7 33,8±3,1 29,6±2, О М±m 20,9±1,8 22,8±3,4 19,0±2,0 21,8±1,8 23,3±2, Дихотом. распад К Гликогена М±m 15,7±2,6 12,7±2,6* 26,7±0,9** 32,2±3,2* 23,4±3, О Примечание:

Единицы измерения: для ЛДГ,СДГ, НАД-ИЦДГ в Мкмоль*г ткани-1*мин- для ферментов дихотомического распада глюкозы, глюкозо-6-фосфата, гликогена в Нмоль*мг белка-1*мин- Таблица 3. Изменение активности ферментов азотистого обмена.

Показатель Группа 1 Группа 2 Группа 3 Группа 4 Группа М±m 6,19±0,64 7,98±0,28 11,36±0,37 4,51±0,04 7,98±0, К АсАТ М±m 7,02±0,41 8,79±0,46 10,72±0,47 5,12±0,19* 9,34±0,32* О 1,11±0, М±m 1,36±0,07 1,15±0,07 1,05±0,04 1,25±0, К АлАТ М±m 1,16±0,04* 1,11±0,07 1,30±0,06 1,11±0,04 1,12±0, О М±m 0,82±0,07 0,47±0,03 0,57±0,07 0,75±0,12 0,69±0, К ГДГ М±m 0,68±0,09 0,44±0,03 0,65±0,04 1,70±0,18** 1,61±0,17** О М±m 709±40 757±31 739±24 772± 34 757± К АМФ-ДА М±m 788±27 749±22 689±22 800±23 842±22* О Примечание:

Единицы активности для АсАТ и АлАТ в мкмоль*г ткани-1*мин-1, для ГДГ и АМФ-ДА в нмоль*г ткани-1*мин- Увеличение скорости образования лактата при использовании гликогена в качестве исходного субстрата также не может быть отнесено к непосредственным эффектам инсулина. Повышение гликогенолиза, по видимому, отражает увеличение активности фосфорилазы гликогена. В кардиомиоцитах полисахарид не является истинным резервом углеводов, содержание гликогена в миокарде растет при повышении нагрузки и уменьшается в условиях восстановления при нормальном питании (Depre C.

et al., 1999;

Taegtmeyer H. et al., 2002).

Одновременное повышение активности гексокиназы и фосфорилазы (независимо от причин, обусловливающих это повышение), по-видимому, приводят к увеличению образования фосфогексоз. Однако, при гипогликемии значительного увеличения скорости образования лактата при использовании Г-6-Ф в качестве субстрата не наблюдалось, что свидетельствует о неизменяющейся активности фосфофруктокиназы ключевого фермента дихотомического распада углеводов. Вероятно, под действием высокой дозы гормона, вызывающей в конечном итоге глубокую гипогликемию, повышенное образование фосфогексоз в миокарде не сопровождается реальным увеличением их использования для покрытия энергозатрат in vivo. В этих условиях может только увеличиваться кругооборот гексоз в системе «глюкозо-6-фосфат – гликоген» с некоторым преобладанием синтеза гликогена. Тем более, что гликогенсинтетаза относится к числу ферментов, стимулируемых инсулином. Следует также отметить, что в условиях уже развившейся гипогликемии повышенная активность гексокиназы и потенциально высокая скорость процессов усвоения глюкозы крови вряд ли существенно влияет на энергообеспечение миокарда.

Логично предположить, что в такой ситуации повышается использование эндогенных ТАГ, что и приводит к уменьшению их концентрации в кардиомиоцитах. Известно, что распад эндогенных ТАГ в миокарде активируется при снижении использования других энергетически важных субстратов (Opie L.H., 1998). Поэтому после введения инсулина уровень ТАГ после первоначального увеличения падает к моменту развития гипогликемической комы.

У животных группы 3 концентрация гликогена начинала увеличиваться только к концу наблюдения. Очевидно, что изменения не были обусловлены увеличением потока глюкозы в кардиомиоциты сразу после инъекции инсулина. Накопление гликогена скорее связано с увеличением использования жирных кислот (как притекающих с кровью, так и образующихся из эндогенных ТАГ миокарда). Такая взаимосвязь характерна для миокарда (Depre C. et al., 1999). По времени накопление гликогена согласуется с увеличением концентрации СЖК в крови (Медведева Н.Б., 2003) и снижением содержания ТАГ в сердечной мышце.

Нарастание активности ЛДГ и, обнаруженное в этом же эксперименте, падение уровня лактата в крови, по-видимому, взаимосвязаны и могут свидетельствовать об увеличении использования миокардом этого субстрата (Медведева Н.Б., 2004).

3, 2, 1, 0, К 240 мин Кома 60 120 Рис.3. Изменение концентрации гликогена в миокарде крыс в течение времени после введения инсулина. По оси абсцисс – промежутки времени (шаг 15 мин), по оси ординат – концентрация гликогена в миокарде в мг/г. «К» - уровень гликогена в миокарде контрольных животных. «кома» - уровень гликогена в миокарде животных в состоянии гипогликемической комы (мг/г).

мг/г 5, 4, 3, 2, 1, 0, К 240 мин Кома 60 120 Рис.4 Изменение концентрации гликогена в миокарде диабетических крыс в течение времени после введения инсулина. По оси абсцисс – промежутки времени (шаг 15 мин), по оси ординат – концентрация гликогена в миокарде в мг/г. «К» - уровень гликогена в миокарде контрольных животных. «кома» - уровень гликогена в миокарде животных в состоянии гипогликемической комы на фоне 15-суточного диабета.

Повышение активности ферментов цикла Кребса в этих условиях можно оценивать скорее как благоприятный эффект, направленный на увеличение энергообеспечения. Остается открытым вопрос о том, насколько эффективен этот механизм, так как инсулин угнетает окисление жирных кислот, а увеличение потока глюкозы в клетку при гиперинсулинемии, по видимому, сопровождается уменьшением мощности систем, ответственных за транспорт и окисление жирных кислот в миокарде (Lee van der K.A.J.M.

et al., 2001).

Таблица Изменение субстратов в крови и миокарде, изменение активности ферментов в миокарде крыс после купирования комы.

Группа 6 Группа Показатель Купирование Купирование Купирование Купирование 30 мин 60 мин 30 мин 60 мин Глюкоза крови, К М±m 5,61±0,28 5,61±0,28 5,48±0,14 5,48±0, ммоль/л О М±m 8,39±3,90 3,47±0,30** 8,88±2,12 16,90±2,61** Кетоновые тела К М±m 33,1±2,9 33,1±2,9 17,4±3,0 17,4±3, крови, мг/л О М±m 8,0±1,7** 9,2±1,4** 1,7±0,05** 3,3±0,09** ТАГ сыворотки К М±m 0,99±0,13 0,99±0,13 1,11±0,05 1,11±0, крови, ммоль/л О М±m 1,47±0,14** 1,26±0,15 1,20±0,15 0,93±0, Гликоген К М±m 4,10±0,36 4,10±0,36 1,96±0,22 1,96±0, миокарда, мг/г О М±m 3,27±0,59 3,67±0,18 1,55±0,33 1,70±0, ТАГ миокарда, К М±m 3,88±0,52 3,88±0,52 8,00±0,84 8,00±0, мкмоль/г О М±m 4,28±0,59 3,15±0,69 3,44±0,30** 4,06±0,42** АлАТ,мкмоль*г К М±m 1,58±0,11 1,58±0,11 1,33±0,10 1,33±0, ткани-1*мин-1 О М±m 1,40±0,13 1,02±0,11* 1,20±0,08 1,04±0,05* АсАТ, К М±m 10,46±0,31 10,46±0,31 11,03±0,25 11,03±0, мкмоль*г О М±m 11,80±0,36* 11,59±0,15* 10,66±0,53 10,97±0, ткани-1*мин- ГДГ, нмоль*г К М±m 0,480±0,060 0,480±0,060 0,282±0,025 0,282±0, -1 - ткани *мин О М±m 0,601±0,112 0,791±0,061** 0,474±0,043** 0,537±0,026** Хотя активность аминотрансфераз и глутаматдегидрогеназы не выходила за пределы контроля как при гипогликемической коме, так и в предшествующий ей период (табл.3), однако, после введения инсулина можно заметить общую тенденцию к увеличению их активности.

Повышение активности АМФ-дезаминазы также указывает на возможную активизациию процессов дезаминирования.

Активность других ферментов у крыс группы 3 не изменялась.

Полученные данные не дают оснований считать, что в условиях гипогликемии, вызванной у исходно здоровых животных, продукция цитоплазматического восстановленного НАДФ снижается. Не обнаружено и признаков нарушений, связанных с изменениями перекисного окисления липидов.

Изменения уровня субстратов в крови и миокарде после купирования гипогликемической комы отражают результат действия инсулина при увеличении поступления глюкозы (табл.4). Уровень гликемии полностью не восстановился, концентрация кетоновых тел резко снизилась, увеличилось (от исходного) содержание ТАГ, уровень гликогена нормализовался. По видимому, можно считать, что субстратное обеспечение энергообмена в миокарде стало более адекватным. Изменения активности аминотрансфераз и глутаматдегидрогеназы труднообъяснимы, однако, они указывают на то, что полной нормализации обмена не произошло.

Через 7 суток после введения аллоксана наблюдалась выраженная гипергликемия (11 ммоль/л), тенденция к увеличению концентрации кетоновых тел и СЖК в крови и ТАГ в миокарде, содержание гликогена в миокардиоцитах увеличивалось в 2 раза (табл.1). Изменения активности ферментов были минимальными, снижалась активность СДГ на 25%, скорость гликолиза «на глюкозо-6-фосфате» на 27% и активность АлАТ на 14%. При 15-суточном сахарном диабете скорость дихотомического распада углеводов была снижена при использовании всех трех субстратов (с использованием глюкозы на 47%, с использованием глюкозо-6-фосфата на 50%, с использованием гликогена на 45% (табл. 2), уменьшалась активность ДГ Г-6-Ф на 22%, но немного увеличивалась активность НАДФ-ИЦДГ- на 13%, снижалась концентрация гликогена на 49% и ТАГ на 38% в миокарде (табл.1). В целом эти изменения соответствуют тем, которые обычно наблюдаются при экспериментальном диабете (Баранов В.Г. и соавт., 1983;

Young M.E. et al., 2002). Следует лишь отметить, что в нашей лаборатории в эксперименте у животных с 15-суточным инсулинодефицитом неизменно обнаруживалось уменьшение содержания СЖК и кетоновых тел в крови. По-видимому, это обусловлено значительным уменьшением массы жировой ткани и уменьшением продукции жирных кислот, которые являются основным субстратом для кетогенеза.

Изменения исследуемых показателей в процессе развития гипогликемии у крыс с инсулинодефицитом отличались от изменений, наблюдавшихся при инсулиновой гипогликемии у исходно здоровых животных. У животных групп 4 и 5 (соответственно 7-е и 15-е сутки аллоксанового диабета) значительно уменьшалось содержание в крови кетоновых тел (на 51% и 50%), СЖК (на 29% и 25%), ТАГ (на 25% и 20%), свободных аминокислот (на 25%), а также концентрация ТАГ в миокарде на 38% и 59%. Уровень гликогена в сердечной мышце был повышен на 79% и 81% (табл.1). Динамическое наблюдение у крыс группы 5 показало, что изменения ТАГ относятся к числу поздних эффектов, а содержание гликогена увеличивается уже через 1 час после введения инсулина (рис.4).

Уровень кетоновых тел за время наблюдения колебался в широких пределах, но сохранялась общая тенденция к снижению показателя.

Гипогликемия фактически развивалась только начиная со 2-го часа наблюдения (рис.2).

Увеличение активности ферментов ЦТК и скорости дихотомического распада углеводов наблюдались при гипогликемии только у крыс с 7-суточным диабетом: активность СДГ повышалась на 22%, дихотомический распад глюкозы на 39%, гликогена на 47% (табл.2).

Обращало на себя внимание существенное повышение активности АсАТ на 13% и 17%, глутаматдегидрогеназы на 26% и 33%, АМФ-дезаминазы на 11% в миокарде при гипогликемической коме, вызываемой у крыс с сахарным диабетом продолжительностью 7 и 15 суток соответственно (табл.3). Увеличение активности ферментов начинало проявляться лишь на 4-ом часу наблюдения.

Для сахарного диабета характерно снижение контринсулярного ответа на гипогликемию (Cryer PE., 2006), в большей степени это касается эффектов адреналина и глюкагона. В наших экспериментах признаков четкого увеличения липолиза и кетогенеза, характерного для действия этих гормонов, не обнаруживалось. Скорее можно предполагать преобладание инсулиновых эффектов на эти процессы. Изменения концентрации главных субстратов энергообмена могут также свидетельствовать об увеличении использования ТАГ крови и миокарда и, отчасти, СЖК для покрытия энергозатрат. Последнее, в особенности, характерно для гипогликемии, развивающейся на фоне 7-суточного диабета. Увеличение окисления липидов обусловлено уже не столько гормональными влияниями, сколько собственно гипогликемией и уменьшением потока глюкозы в кардиомиоцит (Opie L.H.,1998). Следует также иметь в виду, что при дефиците инсулина увеличивается количество ферментов, ответственных за усвоение жирных кислот крови и окисление жирных кислот в клетке.

Поэтому гипогликемия, вызываемая на фоне инсулинодефицита, в большинстве случаев вызывает более выраженные изменения количества субстратов липидного обмена.

Судя по всему, у животных с сахарным диабетом (как и у крыс группы 3) гипогликемия приводила и к увеличению использование лактата крови, так как активность ЛДГ возрастала на 61% и 49% (группы 4 и 5) (табл.2).

У крыс с 7-суточным диабетом гипогликемия проводила к повышению активности исследованных ферментов ЦТК. Фактически, наблюдались те же изменения, что и при гипогликемии у исходно здоровых животных. Такая, возможно, адаптационная (компенсаторная) реакция на инсулиновую гипогликемию отсутствовала у крыс группы 5.

Это может обуславливать более тяжелые нарушения энергообмена при гипогликемической коме, развивающейся на фоне экспериментального диабета продолжительностью 15 суток.

Если рассматривать изменения дихотомического распада углеводов у крыс группы 4 и 5 в сравнении с исходным состоянием (7- и 15-суточный аллоксановый диабет), то можно отметить, что скорость процесса возрастает. Т. е., в качественном отношении имеют место те же изменения, что и при гипогликемии у исходно здоровых животных. В отношении изменений дихотомического распада углеводов реакция кардиомиоцитов на гипогликемию при сахарном диабете сохраняется. Однако, совокупность имеющихся данных, как уже указывалось, свидетельствует о том, что при низком уровне глюкозы в крови увеличение скорости гликолиза не приводит к реальному повышению потока субстратов по этому пути. Судя по динамике уровня гликогена в миокарде при гипогликемии у диабетических животных нарушения распада углеводов наступают даже раньше, чем при гипогликемии у исходно здоровых животных (рис.3 и 4).

Увеличение уровня МДА при гипогликемической коме у крыс группы 5 было таким же, как в исходном состоянии. Видимо, гипогликемия не потенцировала увеличение ПОЛ, наблюдаемое при аллоксановом диабете (Баранов и соавт., 1983;

Волчегорский И.А. и соавт., 1995, 2002). Не обнаруживалось также признаков снижения при гипогликемической коме продукции восстановленного НАДФ, необходимого для функционирования антиоксидантных систем. В то же время, некоторое повышение активности НАДФ-ИЦДГ(+14%) могло приводить к уменьшению использования цитрата в НАД-зависимом окислении в митохондриях. В конечном итоге, это могло обусловливать снижение потока субстратов через начальные реакции ЦТК.

При гипогликемии, вызываемой на фоне сахарного диабета, наблюдалось увеличение активности ферментов, имеющих отношение к катаболизму аминокислот: АсАТ, ГДГ, АМФ-дезаминазы. Причем изменения АМФ-дезаминазы относятся к ранним эффектам гипогликемии.

Такие изменения указывают на возможность повышения скорости процессов дезаминирования аминокислот с последующим включением их углеродных скелетов в энергообмен. Однако, следует отметить, что аминокислоты могут быть значимым источником энергии для миокарда лишь в течение коротких промежутков времени (Depre C., 1999).

Необходимо также иметь в виду, что ГДГ также как СДГ и НАД ИЦДГ – маркерный фермент митохондрий. Поэтому можно предполагать, что заметная диссоциация активности этих ферментов у крыс группы связана с изменениями количества отдельных митохондриальных ферментов, а не с изменениями массы митохондрий. Механизм возникновения этих изменений остается неясным. Можно лишь предполагать, что скорость распада аминокислот в миокарде при глубокой гипогликемии, развивающейся на фоне сахарного диабета, возрастает в условиях неизменного или даже сниженного потока субстратов через начальные реакции ЦТК.

Введение глюкозы с целью купирования гипогликемической комы у крыс с сахарным диабетом приводило к значительной гипергликемии и снижению количества кетоновых тел в крови (табл.4). Содержание ТАГ в крови и концентрация гликогена в миокарде быстро нормализовались.

Направленность изменений уровня большинства субстратов у крыс группы 7 была такой же, как у исходно здоровых животных. Только снижение уровня ТАГ в миокарде в период реституции у крыс с аллоксановым диабетом сохранялось после купирования гипогликемической комы.

Стабильным оказалось и увеличение активности ГДГ, наблюдавшееся при гипогликемической коме. Судя по всему, вклад углеводов в энергообеспечение миокарда заметно возрастает, однако, достаточно высокий уровень катаболизма аминокислот сохраняется в течение некоторого времени после купирования комы.

Таким образом, при инсулиновой гипогликемии имеет место снижение энергообеспечения миокарда, в значительной степени обусловленное собственно гипогликемией и снижением потока субстратов энергообмена в кардиомиоцит. Эти нарушения могут обусловливать уменьшение функциональных возможностей миокарда. Инсулиновая гипогликемия, развивающаяся на фоне сахарного диабета, приводит к увеличению использования аминокислот для покрытия энергозатрат. В конечном итоге, это может вызывать изменение субстратного обеспечения протеиносинтеза и усугублять нарушения белкового обмена в миокарде, возможно имеющие отдаленные неблагоприятные последствия.

ВЫВОДЫ 1. При инсулиновой гипогликемии в крови снижается уровень СЖК и аминокислот, в миокарде содержание гликогена значительно увеличивается, а уровень ТАГ после кратковременного повышения значительно снижается к моменту развития гипогликемической комы. Развитие этих изменений не зависит от исходного уровня гликемии. При гипогликемии, развивающейся на фоне предшествующего инсулинодефицита, в крови уменьшается концентрация кетоновых тел и ТАГ. Изменения концентрации субстратов энергообмена свидетельствуют об увеличении использования ТАГ для покрытия энергозатрат миокарда при гипогликемии.

2. У исходно здоровых животных и животных с 7-суточным экспериментальным диабетом инсулиновая гипогликемия приводит к увеличению скорости гликолиза и гликогенолиза в миокарде. При гипогликемии, развивающейся на фоне продолжительного (15 суток) инсулинодефицита стимуляции распада углеводов не наблюдается.

3. При гипогликемии, вызываемой у исходно здоровых животных, в миокарде повышается активность ЛДГ, СДГ, НАД-зависимой изоцитратдегидрогеназы. Активность цитоплазматических НАДФ зависимых ферментов не изменяется. При гипогликемической коме, вызываемой на фоне инсулинодефицита, активность НАД изоцитратдегидрогеназы не меняется, активность ЛДГ увеличивается.

Активность СДГ возрастает лишь у животных с 7-суточным экспериментальным диабетом. Таким образом, гипогликемия развивающаяся на фоне предшествующего продолжительного инсулинодефицита не сопровождается активацией ферментов цикла трикарбоновых кислот.

4. Гипогликемия у здоровых животных не вызывает изменений активности аланиновой и аспарагиновой аминотрансфераз и глутаматдегидрогеназы в сердечной мышце, активность АМФ-дезаминазы увеличена в течение нескольких часов после введения инсулина.

Гипогликемия при аллоксановом диабете сопровождается повышением активности аспартатаминотрансферазы, глутаматдегидрогеназы и АМФ дезаминазы в миокарде. Выраженные изменения ферментативной активности в этом случае относятся к поздним эффектам гипогликемии.

Полученные данные свидетельствуют об увеличении использования аминокислот в качестве источника энергии для миокарда при гипогликемии.

5. После купирования гипогликемической комы, независимо от исходного состояния, наблюдается повышенная активность глутаматдегидрогеназы, а также значительное снижение концентрации кетоновых тел в крови. Уровень других исследованных субстратов через час после купирования возвращается к исходному уровню, за исключением ТАГ миокарда, содержание которых остается сниженным в группе животных с инсулинодефицитом.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Стельмах, А.Ю. Интенсивность гликолиза в головном мозге и 1.

сердечной мышце крыс при гипогликемии [Текст] / А. Ю. Стельмах, Н. Б.

Медведева // Сборник научных работ студентов и молодых ученых ЯГМА. Ярославль. - 2004. - С. 19-20.

Стельмах, А.Ю. Показатели энергообеспеченности миокарда при 2.

аллоксановом диабете у крыс [Текст] / А. Ю. Стельмах, Н. Б. Медведева // Сборник научных работ студентов и молодых ученых ЯГМА. - Ярославль. 2004. - С. 25-26.

Стельмах, А.Ю. Активность ферментов энергетического обмена в 3.

миокарде крыс при гипогликемии [Текст] / А. Ю. Стельмах // Сборник материалов конференции «Региональная медицинская наука: тенденции и перспективы развития. Аспирантские чтения – 2004. - Самара. - 2004. - С.

455-456.

Стельмах, А.Ю. Интенсивность гликолиза и активность некоторых 4.

окислительных ферментов в головном мозге крыс при инсулиновой гипогликемии на фоне аллоксанового диабета [Текст] / А. Ю. Стельмах, П.

К. Телушкин, П. П. Потапов, Н. Б. Медведева // Материалы Всероссийской конференции «Механизмы синаптической передачи». - Москва. - 2004. - С.

92.

Стельмах, А.Ю. Субстратное обеспечение энергообмена миокарда при 5.

гипогликемии [Текст] / А. Ю. Стельмах, Н. Б. Медведева // Сборник научных работ студентов и молодых ученых ЯГМА. - Ярославль. - 2005. - С.

24-26.

Стельмах, А.Ю. Сравнительная оценка двух методов определения 6.

кетоновых тел в крови [Текст] / А. Ю. Стельмах, Ю. А. Джурко // Сборник научных работ студентов и молодых ученых ЯГМА. - Ярославль. - 2005. - С.

11-12.

Стельмах, А.Ю. Показатели углеводного, липидного и азотистого 7.

обмена миокарда при экспериментальном сахарном диабете и гипогликемии [Текст] / А. Ю. Стельмах, Н. Б. Медведева // Материалы VI конгресса молодых ученых и специалистов «Науки о человеке». - Томск. - 2005. - С. 86.

Стельмах, А.Ю. Гликолиз и активность окислительных ферментов в 8.

головном мозге крыс при инсулиновой гипогликемии на фоне аллоксанового диабета [Текст] / А. Ю. Стельмах, П. К. Телушкин, А. Д. Ноздрачев, П. П.

Потапов, Н. Б. Медведева // Бюллетень эксперим. биол. и мед. - М. - 2005. Т 140. - №12. - С. 647-649.

Стельмах, А.Ю. Активность НАДФ-зависимых дегидрогеназ в сердце 9.

крыс при аллоксановом диабете и гипогликемии [Текст] / А. Ю. Стельмах // Сборник научных работ студентов и молодых ученых ЯГМА. - Ярославль. 2006. - С. 29.

Стельмах, А.Ю. Уровень метаболитов в крови и активность ферментов 10.

азотистого обмена в сердце при гипогликемии [Текст] / А. Ю. Стельмах, Н.

Б. Медведева, П. П. Потапов, П. К. Телушкин, Т. Е. Шидловская // Материалы конференции «Достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины» - Астрахань-Волгоград-Москва. - 2006. - С.

151-154.

Стельмах, А.Ю. Изменения некоторых показателей энергетического 11.

обмена в сердце крыс при инсулиновой гипогликемии [Текст] / А. Ю.

Стельмах, П. П. Потапов, П. К. Телушкин, Н. Б. Медведева // Биомед. химия - 2006. - Т. 52. №6. - С. 615-619.

Стельмах, А.Ю. Изменения показателей энергетического обмена в 12.

сердце крыс при аллоксановом диабете и инсулиновой гипогликемии [Текст] / А. Ю. Стельмах, П. П. Потапов, П. К. Телушкин, Н. Б. Медведева // Вопросы биол. мед. и фарм. химии. - 2007. - №1. - С. 24-26.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АлАТ - аланинаминотрансфераза АМФ – аденозинмонофосфат АсАТ - аспартатаминотрансфераза АТФ – аденозинтрифосфат ГДГ - глутаматдегидрогеназа Г-6-Ф – глюкозо-6-фосфат ДГ Гл-6-Ф – глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа ЛДГ – лактатдегидрогеназа МДА – малоновый диальдегид НАД – никотинамидадениндинуклеотид НАДФ – никотинамидадениндинуклеотид фосфат НАДФ-ИЦДГ – НАДФ-зависимая изоцитратдегидрогеназа НАД-ИЦДГ – НАД-зависимая изоцитратдегидрогеназа ПОЛ – пероксидное окисление липидов СДГ - сукцинатдегидрогеназа СЖК – свободные жирные кислоты ТАГ – триацилглицеролы

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.