Расчет активности ферментов в гомогенатах органов производили по калибровочному графику. Каталитическую активность АСТ(АЛТ) рассчитывали в мкмоль/(с·л) по формуле: АСТ(АЛТ) = (Епр- Ек)К, где К – коэффициент рассчитанный по калибровочному графику: К=С/Е, Епр - экстинция пробы, Ек – экстинция контроля.
Калибровочный график для определения аминотрансфераз в гомогенатах тканей строили так же, как для сыворотки крови. Для расчета активности ферментов учитывали все разведения гомогената и выражали в пересчете на 1 грамм ткани (мг белка).
Все экспериментальные группы содержали от 7 до 9 животных, полученные данные были подвергнуты статистической обработке. Достоверность различий между группами оценивали с учетом критерия Стюдента, в соответствии с общепринятой методикой /42/.
Результаты и обсуждение
Трансаминазы являются важнейшими ферментами обмена веществ. Аспартатаминотрансфераза (АСТ) и аланинаминотрансфераза (АЛТ) - близкие по действию ферменты, при участии которых в организме человека осуществляется межмолекулярный перенос аминогрупп с аминокислот на кетокислоты. Этот процесс - трансаминирование - ответственен за синтез и разрушение отдельных аминокислот в организме. В процессе переаминирования, осуществляют связь углеродного и белкового обмена /36/. В связи с этим, изучение влияния ионов кадмия как распространенного экотоксиканта, принадлежащего к группе тяжелых металлов, представляет несомненный интерес.
В ходе исследования активности аланинаминотрансферазы (КФ.2.6.1.2.) и аспартатаминотрансферазы (КФ.2.6.1.1.) были получены следующие результаты.
Таблица 1- Активность аланинтрансаминазы в сыворотке крови и гомогенатах органов 4-х месячных самок крыс подвергшихся хроническому действию кадмия в неонатальный период
| Группа | Сыворотка(М±m) | Печень(М±m) | Мозг(М±m) | Сердце(М±m) | Почки(М±m) |
| контроль | 0,003±0,0015 | 3,0±0.2 | 0.65±0.05 | 0,094±0,022 | 1,05±0.25 |
| Кадмий 0,5 мг/кг | 0,008±0,0005 | 1,5±0.6 | 0.55±0.1 | 0,094±0,004 | 0.4±0.1 |
| Кадмий 2 мг/кг | 0,001±0,0003 | 1,6±0.3 | 0.55±0.15 | 0,17±0,0037 | 0.3±0.15 |
В результате эксперимента было установлено снижение активности АЛТ в гомогенате печени в выбранных дозах в 2 раза (р<0,003) по отношению к контролю, как показано в таблице1ина рисунке Б.1.
У самок опытной группы в сыворотке крови происходило увеличение достоверное увеличение активности АЛТ в группе 0,5 мг/кг в 2,7р (р<0.02) и в группе 2 мг/кг в 3 раза (р<0,001) таблица 1, рисунок А.1.
В гомогенате мозга нами не было выявлено достоверных различий в изменении активности АЛТ, хотя наблюдалась тенденция к её снижению, что отражено в таблице 1 и на рисунке В.1.
В гомогенате почек при дозе 0,5 мг/кг активность АЛТ уменьшилась в 2,5 раза (р<0,004) по отношению к контролю, а при дозе 2 мг/кг по отношению контролю уменьшилась более, чем в 3 раза (р<0,005) (таблица1,рисунок Д.1). Статистически достоверных различий в активности фермента между дозой 0,5 мг/кг и 2 мг/кг выявлено не было.
В гомогенате сердца достоверных изменений активности АЛТ в дозах как 0,5 мг/кг, так и 2 мг/кг не наблюдалось (таблица 1 Приложение Г.1).
В работе также было изучено изменение активности аспартатаминотрансферазы у потомства белых крыс, подвергшихся токсическому действию солей кадмия в период лактации.
Активность АСТ в гомогенате печени при дозе 0,5 мг/кг по сравнению с контролем достоверно не изменилась, тогда как при дозе 2 мг/кг - повысилась более чем в 2,5 раза (р<0,03) таблица 2, приложение Б.2.
При введении экспериментальным животным нитрата кадмия в дозе 0,5 мг/кг, у их потомства не наблюдалось статистически достоверного изменения активности АСТ в сыворотке крови по сравнению с контролем. При дозе 2 мг/кг отмечено уменьшение активности АСТ сыворотке примерно 6 раз (р<0,05) по сравнению с контролем. Полученные данные представлены в таблице 2, рисунке А.2.
Таблица 2-Активность аспартаттрансаминазы в сыворотке крови и гомогенатах органов 4-х месячных самок крыс подвергшихся хроническому действию кадмия в неонатальный период
| Группа | Сыворотка(М±m) | Печень(М±m) | Мозг(М±m) | Сердце(М±m) | Почки(М±m) |
| контроль | 0,02±0,0075 | 1,9±0,5 | 1,7±0,3 | 0,14±0,03 | 0,7±0,15 |
| Кадмий 0,5 мг/кг | 0,009±0,004 | 2,2±0,7 | 1,85±0,7 | 0,2±0,02 | 0.8±0,2 |
| Кадмий 2 мг/кг | 0,003±0,001 | 4,8±1,2 | 3,25±0,65 | 0,15±0,05 | 1,6 ±0,25 |
В таблице2, рисунке В.2 показано, что гомогенате мозга при дозе 0,5 мг/кг активность АСТ достоверно не изменилась (р<0,84) по сравнению с контролем. Введение лактирующим крысам нитрата кадмия в дозе 2 мг/кг привело к увеличению активности АСТ в гомогенате мозга потомства почти в 2 раза (р <0,05) по отношению к контролю.
При изучении токсического действия ионов кадмия на потомство белых крыс было обнаружено, что в гомогенате почек при дозе 0,5 мг/кг активность АСТ по сравнению с контролем достоверно не изменялась (р<0,68) (таблица 2,рисунок Д.2). При дозе 2 мг/кг активность АСТ увеличилась 2,3 раз (р<0,02 по сравнению с контролем) (таблица2, рисунок Д.2).
Определение активности аспартатаминотрансферазы в гомогенате сердца показало увеличение активности 1,4 раза (р<0,02) по сравнению с контрольными значениями при дозе 0,5 мг/кг. Увеличение дозы токсиканта до 2 мг/кг не приводило к статистически достоверным изменениям активности фермента по отношению к контролю таблица 2, рисунок Г.2.
Полученные в результате эксперимента данные можно объяснить следующим образом: Печень и почки являются органами мишенями при кадмиевой интоксикации выявленное уменьшение активности АЛТ в гомогенате печени можно объяснить тем что, кадмий повреждает клетки печени (гепатоциты), что сопровождается выходом фермента в кровоток /44/. Поскольку максимальное количество АЛТ содержится в печени /54/, то при поражении клеток печени активность АЛТ в крови возрастает, хотя АЛТ является внутриклеточным ферментом, и его содержание в сыворотке крови здоровых людей невелико /41,44/. Поэтому определение активности фермента в сыворотке крови широко используется для диагностики болезней печени.
В мозге и сердце нами не было выявлено достоверных изменений в активности АЛТ, поскольку АЛТ является маркером периферической зоны катаболизма /55/, и его содержание в этих тканях мало, по сравнению например с печенью, изменение активности данного фермента не может быть индикатором тяжёлых нарушений происходящих в них, что мы не можем сказать об активности АСТ, которая повышалась в этих органах.
Наблюдаемое нами уменьшение активности АЛТ в почках может быть следствием того, что происходит ингибирование данного фермента ионами кадмия, можно предположить, что реакция переаминирования аланина при этом протекает медленнее, что приводит к снижению образования глутамата, который является одним из основных участников системы обезвреживания аммиака в организме. В результате в организме может происходить увеличение содержания аммиака в клетках, который является токсичным для организма и должен обезвреживаться, в этом принимает участие фермент АСТ (см. ниже).
Второй фермент, активность которого мы исследовали –АСТ - ключевой фермент обмена веществ, именно он обеспечивает поступление субстратов в цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) /55/, занимая «центральную» роль в метаболизме. Субстраты этого фермента: аспартат, глутамат, пируват и α -кетоглутарат являются самыми древними и присутствуют у всех биологических объектов, занимая ключевую роль в обмене веществ. Значительная активность АСТ обеспечивает интенсификацию как поступления метаболитов в ЦТК, так и ускоряет работу последнего, что и ведёт к усилению окислительного фосфорилирования /47/.
В ходе нашего исследования было обнаружено увеличение активности АСТ в печени. Это увеличение можно объяснить тем, что в печени происходит усиленный синтез этого фермента, это может быть связано с тем, что происходит распад белков под действием ионов кадмия, что увеличивает содержание свободных аминокислот в организме, это «субстрат» для трансаминирования /46/. Снижение этого фермента в сыворотке крови говорит о связывании фермента по двум его активным центрам с его SH - группами, что наблюдается в значительном снижении активности /49/.
Увеличение активности АСТ в мозге, возможно, является компенсаторным на уменьшение синтеза глутамата в результате снижения скорости реакции катализируемой АЛТ /43/. Уменьшение синтеза глутамата приводит к повышению уровня аммиака в крови, который способен проникать через гематоэнцефалический барьер в головной мозг, где оказывает нейротоксический эффект /43/. Аммиак может усиливать нейротоксический эффект меркаптанов и короткоцепочечных жирных кислот концентрация которых может быть повышена в клетках печени при их поражении /49/. В астроцитах мозга аммиак обезвреживается в результате глутаматсинтазной реакции с образованием глутамина. Образование глутамина в астроцитах приводит к оттоку глутамата, который в результате усиления активности АСТ частично восстанавливает расход глутамата /55/. Когда происходит отток глутамата из малат-аспартатного челнока митохондрий происходит снижение синтеза АТФ, которую астроцит использует не только для внутренних потребностей, но и для снабжения ею нейронов, что приводит к гипоэнергетическому состоянию ЦНС. Увеличение активности АСТ приводит к увеличению образования глутамата, ответственного за связывания аммиака. Частичное обезвреживание аммиака происходит за счёт синтеза аспарагина из аспартата, являющимся одним из субстратов реакции трансаминирования /48/. Как было отмечено, отток глутамата сопровождается снижением синтеза АТФ что приводит к гипоэнергетическому состоянию, и это не может не изменить активности другого фермента ответственного за связывание аммиака в организме – глутаматдегидрогеназы, являющимся регуляторным механизмом обмена аминокислот. Понижение концентрации аденозиндифосфата (АДФ) активирует этот фермент, т. е. низкий энергетический уровень в клетках стимулирует разрушение аминокислот с образованием a - кетоглутарата, часть которого связывается с аммиаком, а часть поступает в ЦТК как энергетический субстрат. Клетки мозга нуждаются в притоке энергии, они чувствительны к токсическому воздействию аммиака, в мозге помимо повышения активности АСТ существует множество механизмов обеспечивающих нормальное функционирование этой ткани.