НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ШЕПЕЛЬОВА ІРИНА АНАТОЛІЇВНА

УДК 577.1:615.9:546.48:599.323.4

ВПЛИВ КАДМІЮ НА ПОКАЗНИКИ

АЗОТНОГО І ВУГЛЕВОДНОГО ОБМІНУ

В ОРГАНІЗМІ ЩУРІВ РІЗНОГО ВІКУ

03.00.04 – біохімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Науковий керівник кандидат біологічних наук, доцент

Мельникова Неля Миколаївна,

Національний аграрний університет,

професор кафедри біохімії тварин, якості і

безпеки сільськогосподарської продукції

імені акад. М.Ф. Гулого

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор, академік УААН

Герасименко Віктор Григорович,

Білоцерківський державний аграрний університет,

завідувач кафедри екології і біотехнології

доктор біологічних наук, старший науковий співробітник

Хижняк Світлана Володимирівна,

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка,

провідний науковий співробітник

лабораторії фізико-хімічної біології

біологічного факультету

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 (. 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 (., 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 (. 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).

Публікації. Основні експериментальні матеріали за темою дисертації опубліковано в 16 наукових роботах, з них 4 статті у фахових наукових виданнях, що входять до переліку ВАК України, 2 статті – у збірниках наукових праць, 8 тез – у матеріалах і збірниках наукових конференцій, з’їзду та конгресу, 1 методичні рекомендації та 1 патент на корисну модель.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, огляду наукової літератури, матеріалів і методів досліджень, результатів експериментальних досліджень, узагальнення результатів досліджень, висновків, списку використаних джерел, що включає 308 найменувань, з яких 135 латиницею, 8 додатків. Робота викладена на 186 сторінках комп’ютерного тексту, ілюстрована 28 таблицями та 2 рисунками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали і методи досліджень. Дослідження проводились на самцях щурів лінії Вістар, які утримувались на стандартному раціоні. Досліди проведено на щурах трьох вікових груп: 3-місячного віку (період статевого дозрівання; молоді), 6-місячного віку (період статевої зрілості; дорослі) і 18-місячного віку (період старості; старі) (Трахтенберг И.М. и др., 1994).

Отруєння кадмію сульфатом (у подальшому кадмій) проводилося шляхом щоденного внутрішньочеревного введення кадмію сульфату в 0,89 % розчині натрію хлориду, з розрахунку 0,134 мг/100 г маси тіла тварини, що становить 1/50 LD50 (Филова В.А. и др., 1988; Трахтенберг И.М. и др., 1994). Інтактним тваринам внутрішньочеревно вводився відповідний об’єм 0,89 % розчину натрію хлориду. Дослід тривав 14 діб. Тварин декапітували під ефірним наркозом на 15 добу від початку досліду.

Дослідні тварини були поділені на 2 групи: І – інтактні щури; ІІ – щури, яким уводили кадмію сульфат (у подальшому щури, отруєні кадмію сульфатом). Проведено 3 серії дослідів. Першу серію проведено на щурах 3-місячного віку; другу – на щурах 6-місячного віку; третю – на щурах 18-місячного віку.

Матеріалом для дослідження слугували кров і внутрішні органи: печінка, нирки, селезінка, легені, серце. Визначали якісні і кількісні характеристики вільних амінокислот у крові та внутрішніх органах, а також концентрацію показників азотного обміну та вміст метаболітів циклу трикарбонових кислот і гліколізу – в крові та печінці щурів усіх досліджуваних груп. Для дослідження якісних і кількісних характеристик вільних амінокислот брали зразки крові, печінки, нирок, селезінки, легенів, серця; концентрації показників азотного обміну – аміаку, креатиніну, сечовини і загального білка – у крові; вмісту метаболітів гліколізу – лактату, пірувату, циклу трикарбонових кислот – оксалоацетату, малату, б-кетоглутарату проводили у печінці та крові щурів усіх досліджуваних груп.

Концентрацію глюкози, сечовини, загального білка та креатиніну у крові визначали за допомогою біохімічного аналізатора Microlab – 200 (Нідерланди). Дослідження проводилися згідно з методиками, визначеними інструкцією, з використанням стандартних наборів реагентів фірми “Human” (Україна). Концентрацію аміаку у крові досліджували за методом Сілакової (Силакова Г.И., 1969). Визначення якісних і кількісних характеристик вільних амінокислот у зразках крові та внутрішніх органів проводилося методом рідинної іонообмінної хроматографії на амінокислотному аналізаторі ААА Т-339 М фірми “Мікротехна” (Чехія) (Овчинников Ю.А., 1974; Козаренко Т.Д., 1975). Вміст метаболітів циклу трикарбонових кислот і гліколізу визначали в крові та печінці методами ферментативного аналізу (Асатиани В.С., 1969).

Результати досліджень підлягали статистичному аналізу. Достовірність одержаних результатів визначали за критерієм Стьюдента (Кучеренко М.Є. та ін., 2001). Зміни вважалися достовірними при Р < 0,05. Для розрахунків використовувалась компґютерна програма Exсel (Microsoft, USA).

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Інтенсивність азотного обміну має виражену вікову залежність і визначається насамперед фізіологічним станом організму та нейрогуморальними факторами (Oldam J.D., 1983). Метаболізм амінокислот залежить від ряду факторів як ендогенних (вік, нейрогуморальний статус, функціонування ферментних систем), так і екзогенних (екологічна ситуація, раціон та ін.) (Западнюк В.И. и др., 1982). Вивчення закономірностей обміну амінокислот на певному етапі онтогенезу є необхідною умовою для правильного вибору діагностичних і терапевтичних заходів щодо усунення патологічних процесів, характерних для певного вікового періоду. Дослідження пулу вільних амінокислот у крові є відображенням інтенсивності обміну білків та амінокислот, а також їх змін під впливом різних факторів, зокрема сполук важких металів.

У крові щурів усіх дослідних груп виявлено 18 амінокислот: аланін, аргінін, аспарагінова кислота, валін, гістидин, гліцин, глутамінова кислота, ізолейцин, лейцин, лізин, метіонін, пролін, серин, тирозин, треонін, триптофан, фенілаланін, цистин.

В результаті проведених досліджень, які наведені в табл. 1, виявлено відмінності в кількісному складі вільних амінокислот у крові щурів як залежно від віку, так і за умов уведення кадмію сульфату.

Порівняльний аналіз концентрації вільних амінокислот у крові щурів 3-, 6- і 18-місячного віку свідчить про поступове зменшення з віком метаболічного пулу вільних амінокислот. Так, у крові тварин 3-місячного віку відмічено найвищу концентрацію вільних амінокислот, яка становить 330,25 мкг/мл.

Такий характер кількісних змін амінокислотного складу крові у щурів 6- та 18-місячного віку, можливо, пов’язаний з підвищеною деструкцією білкових молекул за умов посилення катаболізму, пригніченням інтенсивності процесів біосинтезу білка та зниженням активності ферментних систем, що беруть участь в обміні амінокислот. Результати проведених досліджень узгоджуються з даними інших авторів, які показали, що у старих тварин концентрація амінокислот знижується, а інтенсивність метаболізму амінокислот залежить від віку (Богданова Е.В., Толкачева Г.М., 1968; Agrawal H.C. et al., 1968).

Встановлено, що в крові щурів 3-, 6- і 18-місячного віку за умов уведення кадмію знижується загальна концентрація вільних амінокислот відносно відповідних показників у крові тварин інтактних груп (табл. 1).

При цьому за умов уведення кадмію сульфату у крові щурів усіх вікових груп підвищується концентрація аспарагінової та глутамінової кислот, ізолейцину, лізину відносно цих показників у крові інтактних тварин. Відомо, що глутамін в організмі є резервною та транспортною формою аміаку, і підвищення його концентрації в крові, очевидно, є свідченням посилення глутамінсинтетичної функції печінки отруєних щурів (Кричевска А.А. и др., 1983).

Показано, що в умовах кадмієвої інтоксикації у крові щурів усіх досліджуваних груп знижується концентрація аланіну, аргініну, валіну, гістидину, лейцину, метіоніну, проліну, серину, тирозину, треоніну, триптофану і цистину порівняно з цими показниками у крові щурів інтактних груп.

Таблиця 1

Концентрація вільних амінокислот у крові щурів 3-, 6- і 18-місячного віку за умов отруєння кадмію сульфатом, мкг/мл (M ± m, n = 8)

Показники | Групи тварин | 3 місяці | 6 місяців | 18 місяців | інтактні щури | щури, отруєні кадмію сульфатом | інтактні щури | щури, отруєні кадмію сульфатом | інтактні щури | щури, отруєні кадмію сульфатом | Аланін24,46 ± 2,07 | 14,65 ± 1,50* | 23,78 ± 1,72 | 16,27 ± 0,80* | 20,19 ± 1,19 | 15,71 ± 0,94* | Аргінін24,15 ± 1,27 | 19,47 ± 0,92* | 21,75 ± 1,58 | 18,64 ± 1,61 | 20,05 ± 1,08 | 18,02 ± 1,07 | Аспарагінова кислота5,07 ±

0,21 | 5,96 ± 0,19* | 5,09 ±

1,63 | 5,84 ±

0,37 | 4,55 ±

0,28 | 5,07 ±

0,48 | Валін 17,88 ± 1,08 | 12,36 ± 0,80* | 13,64 ± 0,13 | 9,11 ± 0,67* | 11,06 ± 0,13 | 8,54 ± 0,53* | Гістидин13,84 ± 1,21 | 7,90 ± 0,51* | 10,84 ± 0,74 | 6,16 ± 0,34* | 8,41 ±

0,12 | 6,14 ± 0,46* | Гліцин26,93 ± 2,08 | 23,22 ± 1,76 | 22,73 ± 1,70 | 19,54 ± 1,67 | 21,18 ± 1,64 | 19,50 ± 1,33 | Глутамінова кислота24,46 ± 1,86 | 36,12 ± 3,41* | 17,33 ± 1,34 | 25,85 ± 2,45* | 12,82 ± 0,83 | 18,02 ± 1,93* | Ізолейцин12,11 ± 0,73 | 14,36 ± 0,64* | 9,05 ±

0,82 | 10,39 ± 0,57 | 6,78 ±

0,11 | 7,19 ±

0,30

Лейцин17,36 ± 0,94 | 11,81 ± 0,84* | 15,84 ± 0,93 | 11,97 ± 0,90* | 14,31 ± 0,14 | 12,01 ± 0,61*

Лізин31,60 ± 2,89 | 33,87 ± 2,16 | 28,43 ± 1,44 | 29,65 ± 1,70 | 17,98 ± 0,80 | 18,55 ± 1,13

Метіонін4,80 ±

0,12 | 2,50 ± 0,17* | 3,90 ±

0,27 | 2,41 ± 0,14* | 3,43 ±

0,24 | 2,87 ± 0,19*

Пролін28,97 ± 2,39 | 22,09 ± 0,11* | 24,42 ± 1,21 | 20,16 ± 0,54* | 21,33 ± 1,04 | 18,03 ± 0,48*

Серин35,01 ± 2,71 | 20,48 ± 1,74* | 32,30 ± 2,26 | 22,16 ± 1,40* | 31,64 ± 2,53 | 23,23 ± 1,31*

Тирозин9,78 ±

0,16 | 5,31 ± 0,41* | 7,91 ±

0,58 | 4,92 ± 0,34* | 7,17 ±

0,22 | 5,44 ± 0,40*

Треонін18,26 ± 1,53 | 13,19 ± 0,81* | 18,42 ± 0,91 | 14,83 ± 0,86* | 17,47 ± 1,47 | 14,98 ± 1,18

Триптофан22,17 ± 1,26 | 18,14 ± 0,68* | 21,95 ± 1,36 | 18,97 ± 1,64 | 18,73 ± 1,34 | 16,68 ± 1,50

Фенілаланін8,62 ±

0,67 | 8,02 ±

0,36 | 7,04 ±

0,52 | 6,52 ±

0,43 | 6,37 ±

0,14 | 6,11 ±

0,52

Цистин4,78 ±

0,10 | 2,31 ± 0,18* | 4,52 ±

0,31 | 2,61 ± 0,15* | 3,78 ±

0,17 | 2,87 ± 0,21*

У амінокислот330,25 ± 16,32 | 271,76 ± 13,28* | 288,94 ± 11,04 | 246,00 ± 10,80* | 247,25 ± 18,23 | 218,96 ± 15,47

Примітка. Тут і далі * Р < 0,05, результати вірогідні порівняно зі значеннями в інтактних тварин.

З вищезгаданих амінокислот за умов уведення кадмію сульфату найбільше знижується концентрація сірковмісних – метіоніну і цистину.

Виявлене зниження концентрації вільних амінокислот у крові отруєних щурів різного віку може бути пов’язане з порушенням процесів їхнього транспорту, зменшенням надходження амінокислот із кишечнику в кров, а також інтенсивним поглинанням амінокислот тканинами, насамперед печінкою (Любченко П.Н., Герасименко Л.И., 1978).

Отримані дані свідчать про вікові зміни вмісту вільних амінокислот у крові отруєних щурів під дією іонів кадмію, що, очевидно, пов’язано з різною інтенсивністю процесів синтезу та окисної деструкції білка, порушенням механізму транспорту амінокислот у клітини внаслідок деструктивного впливу кадмію на біологічні мембрани (Трахтенберг І.М., 2005; . et al., 2006).

Порівняльна характеристика загальної концентрації вільних амінокислот у крові щурів різного віку при введенні кадмію сульфату дозволяє стверджувати, що зниження концентрації вільних амінокислот має виражену вікову залежність і найбільшою мірою проявляється в крові отруєних щурів 3-місячного віку.

Встановлено якісний склад вільних амінокислот у печінці, нирках, легенях, серці та селезінці інтактних щурів 3-, 6- і 18-місячного віку і за умов уведення кадмію сульфату. При цьому виявлено таку ж кількість амінокислот, як і у крові, але в кількісному відношенні вони мають свої особливості. Для оцінки функціонального стану печінки за умов отруєння важкими металами застосовують численні методи біохімічних досліджень. При цьому провідна роль належить вивченню вмісту амінокислот і білкових компонентів печінки. Це обумовлено тим, що біохімічні та функціональні зміни печінки, у тому числі протеїнсинтетична функція, призводить до кількісних та якісних змін амінокислотного спектра в цьому органі (Мищенко В.П. и др., 1999).

Встановлено, що отруєння кадмієм призводить до збільшення загального вмісту вільних амінокислот у печінці щурів 3-, 6- і 18-місячного віку відносно відповідних показників у печінці інтактних тварин (табл. 2).

Слід зазначити, що вміст вільних амінокислот у печінці визначається її функціональною спроможністю. Процес утилізації цих сполук у печінці відбувається найбільш активно. Очевидно, цим можна пояснити зменшення вмісту глутамату і аспартату – субстратів реакцій переамінування, які беруть участь у процесах сечовиноутворення та знешкодження аміаку.

Збільшення вмісту сірковмісних амінокислот, очевидно, пов’язано з їх участю в процесах детоксикації і може розглядатись як прояв захисної реакції гепатоцитів на введення важкого металу. Авторами робіт показано, що інгібування реакції утилізації сірковмісних амінокислот є однією з найбільш ранніх ознак порушення функціонування печінки (Chawla R.K. et al., 1990).

Таким чином, аналіз вмісту вільних амінокислот у печінці щурів за умов уведення кадмію сульфату дає змогу встановити вікові особливості токсичного впливу кадмію. Так, при отруєнні кадмієм вміст вільних амінокислот збільшується у печінці щурів 3-, 6- і 18-місячного віку на 16,6, 14,7 і 10,5 % відповідно, а вміст аспарагінової і глутамінової кислот зменшується відносно цих показників у печінці щурів інтактних груп.

Таблиця 2

Вміст вільних амінокислот у печінці щурів різного віку за умов отруєння кадмію сульфатом, мкг/г (M ± m, n = 8)

Показники | Групи тварин | 3 місяці | 6 місяців | 18 місяців | інтактні щури | щури, отруєні кадмію сульфатом | інтактні щури | щури, отруєні кадмію сульфатом | інтактні щури | щури, отруєні кадмію сульфатом | Аланін539,88 ± 32,11 | 824,19 ± 41,10* | 481,24 ± 32,17 | 719,39 ± 40,15* | 469,44 ± 36,80 | 643,26 ± 48,19* | Аргінін46,17 ± 2,70 | 52,80 ± 3,38 | 39,84 ± 2,63 | 45,26 ± 2,81 | 36,07 ± 2,18 | 40,21 ± 2,39 | Аспарагінова кислота | 492,47 ± 26,13 | 431,76 ± 36,08 | 231,37 ± 14,83 | 203,64 ± 19,86 | 216,55 ± 19,31 | 194,77 ± 16,22 | Валін 64,55 ± 4,88 | 98,27 ± 6,10* | 51,26 ± 3,74 | 83,16 ± 6,22* | 42,16 ± 2,38 | 61,19 ± 6,18* | Гістидин117,92 ± 8,33 | 190,24 ± 16,35* | 96,71 ± 8,06 | 149,44 ± 11,49* | 81,47 ± 7,59 | 122,13 ± 9,27* | Гліцин351,02 ± 18,45 | 438,77 ± 24,23* | 294,00 ± 13,45 | 343,04 ± 6,95* | 270,13 ± 10,32 | 310,81 ± 9,56* | Глутамінова кислота609,12 ± 33,27 | 407,08 ± 31,29* | 503,28 ± 32,10 | 320,29 ± 28,31* | 471,14 ± 29,60 | 336,54 ± 27,98* | Ізолейцин74,06 ± 5,71 | 106,52 ± 9,81* | 62,19 ± 4,13 | 92,28 ± 7,37* | 51,33 ± 3,56 | 68,36 ± 4,76*

Лейцин84,19 ± 7,49 | 147,94 ± 13,51* | 67,88 ± 4,92 | 108,10 ± 11,07* | 51,84 ± 3,90 | 74,17 ± 6,54*

Лізин167,42 ± 14,06 | 234,66 ± 16,84* | 112,00 ± 6,24 | 145,68 ± 7,94* | 80,91 ± 6,38 | 104,39 ± 5,08*

Метіонін39,86 ± 2,19 | 52,83 ± 3,63* | 27,16 ± 1,83 | 36,81 ± 2,17* | 19,06 ± 0,77 | 24,13 ± 1,47*

Пролін61,80 ± 4,52 | 78,99 ± 3,92* | 54,27 ± 3,13 | 67,13 ± 3,04* | 44,18 ± 1,82 | 53,56 ± 2,17*

Серин409,13 ± 14,78 | 496,15 ± 26,31* | 377,00 ± 13,67 | 435,08 ± 14,62* | 322,86 ± 30,49 | 350,68 ± 21,00

Тирозин301,84 ± 20,57 | 328,11 ± 19,41 | 262,66 ± 7,42 | 281,12 ± 18,03 | 209,27 ± 18,97 | 217,68 ± 19,44

Треонін114,65 ± 4,23 | 147,24 ± 10,00* | 85,19 ± 5,16 | 109,42 ± 6,19* | 64,52 ± 1,71 | 79,15 ± 4,26*

Триптофан264,17 ± 11,02 | 318,19 ± 14,17* | 206,10 ± 9,02 | 241,40 ± 8,43* | 168,12 ± 14,03 | 183,14 ± 14,56

Фенілаланін89,70 ± 3,78 | 106,14 ± 4,27* | 67,15 ± 2,81 | 78,34 ± 2,00* | 52,80 ± 2,22 | 61,03 ± 1,78*

Цистин38,46 ± 2,83 | 49,82 ± 2,59* | 26,84 ± 1,43 | 35,19 ± 2,12* | 19,10 ± 0,98 | 24,82 ± 1,58*

У амінокислот3866,41 ± 120,23 | 4509,70 ± 192,56* | 3046,14 ±

197,47 | 3494,77 ±

209,29 | 2670,95 ±

180,80 | 2950,02 ±

210,27

Отже, найбільш виражені кількісні зміни виявлено в печінці отруєних щурів 3-місячного віку, що, очевидно, пов’язано з високою інтенсивністю азотного метаболізму в молодому організмі.

Порушення ниркової функції призводить до чисельних метаболічних розладів і, особливо, до порушень обміну білків і амінокислот. Ці зміни визначаються віком, здатністю нирок синтезувати або руйнувати певні амінокислоти, пептиди і низькомолекулярні білки, інтенсивністю екскреції та транспорту амінокислот (Fowler B.A. et al., 1993; Гордієнко В.В., 2004).

Відомо, що сполуки важких металів і кадмію, зокрема, проявляють нефротоксичний ефект, порушуючи процеси обміну і тубулярної реабсорбції в нирках, що призводить до підвищення виділення загального білка (Кухарчук О.Л. та ін., 2001; Нейко Є.М. та ін., 2003).

Враховуючи значення функціонального стану нирок та їхню роль у метаболізмі азоту, досліджено вміст вільних амінокислот у даному органі та за умов отруєння щурів кадмію сульфатом залежно від віку (табл. 3). Результати проведених досліджень свідчать, що за умов отруєння кадмієм у нирках щурів 3-, 6- і 18-місячного віку збільшується загальний вміст вільних амінокислот, відносно відповідних показників у нирках щурів інтактних груп на 18,4, 13,4 і 8,9 % відповідно. Найбільших змін зазнає вміст сірковмісних амінокислот – метіоніну і цистину. Вміст останніх у щурів 3-, 6- і 18-місячного віку, отруєних кадмієм, вірогідно збільшується на 61,5 і 60,9 %, 56,4 і 63,9 %, 34,7 і 56,5 % відповідно відносно цих показників у нирках інтактних щурів.

Отже, найбільших змін зазнає організм тварин 3-місячного віку, що узгоджується з роботами інших авторів (Мельничук Д.О., Мельникова Н.М., Деркач Є.А., 2004) і, очевидно, пов’язано з високим рівнем кумуляції цього важкого металу в нирках, зокрема у корковому шарі (. et al., 2000; . et al., 2006).

Досліджуючи вплив кадмію сульфату на метаболічний пул вільних амінокислот у легенях щурів 3-, 6- і 18-місячного віку встановлено зменшення загального вмісту вільних амінокислот у легенях отруєних тварин відносно відповідних показників у інтактних щурів. Такий характер змін узгоджується зі зниженням концентрації вільних амінокислот у крові, внаслідок порушення процесів транспорту за умов кадмієвої інтоксикації.

Аналізуючи результати цієї серії досліджень, слід зазначити, що введення кадмію сульфату в організм щурів 3-, 6- та 18-місячного віку призводить до змін пулу вільних амінокислот у легенях отруєних щурів. Ступінь прояву цих змін значною мірою залежить від віку тварин. Найменш виражені порушення вмісту вільних амінокислот у легенях за умов отруєння кадмієм спостерігаються в групі щурів 18-місячного віку і становлять 10,5 %, тоді як у легенях тварин 3- і 6-місячного віку – 16,1 і 13,3 % відповідно, відносно цих показників у легенях щурів інтактних груп, що, можливо, пов’язано передусім із пригніченням інтенсивності метаболічних процесів.

Водночас виявлено, що молодий організм найбільш чутливий до токсичної дії кадмію порівняно з тваринами 6- і 18-місячного віку.

Таблиця 3

Вміст вільних амінокислот у нирках щурів різного віку за умов отруєння кадмію сульфатом, мкг/г (M ± m, n = 8)

Показники | Групи тварин | 3 місяці | 6 місяців | 18 місяців | інтактні щури | щури, отруєні кадмію сульфатом | інтактні щури | щури, отруєні кадмію сульфатом | інтактні щури | щури, отруєні кадмію сульфатом | Аланін608,24 ± 41,13 | 652,96 ± 43,12 | 566,09 ± 29,74 | 593,81 ± 37,06 | 541,26 ± 34,72 | 568,13 ± 32,91 | Аргінін68,22 ± 5,38 | 74,36 ±

5,84 | 64,14 ± 5,81 | 68,60 ± 5,18 | 60,09 ± 4,76 | 63,29 ± 4,82 | Аспарагінова кислота426,87 ± 15,79 | 490,95 ± 15,85* | 389,19 ± 25,70 | 433,41 ± 36,54 | 359,16 ± 22,37 | 387,39 ± 29,81 | Валін 66,49 ± 2,52 | 78,53 ± 2,96* | 57,82 ± 4,08 | 65,74 ± 6,03 | 54,03 ± 4,18 | 60,14 ± 4,76 | Гістидин169,70 ± 5,95 | 209,31 ± 9,94* | 146,58 ± 11,63 | 162,19 ± 13,85 | 140,10 ± 11,83 | 147,94 ± 13,07 | Гліцин391,14 ± 33,06 | 447,80 ± 32,68 | 346,27 ± 29,14 | 382,11 ± 27,53 | 331,84 ± 28,40 | 342,77 ± 26,29 | Глутамінова кислота924,02 ± 53,12 | 1115,93 ±

58,24* | 784,75 ± 24,99 | 898,52 ± 39,13* | 706,95 ± 48,14 | 789,81 ± 41,20 | Ізолейцин118,72 ± 9,36 | 167,14 ± 14,61* | 102,92 ± 8,53 | 135,70 ± 7,74* | 93,17 ± 2,93 | 107,86 ± 4,07*

Лейцин139,27 ± 7,11 | 175,97 ± 11,10* | 109,13 ± 3,70 | 139,01 ± 9,20* | 89,73 ± 4,37 | 106,19 ± 3,42*

Лізин181,19 ± 7,26 | 219,04 ± 9,86* | 163,79 ± 14,05 | 187,16 ± 15,71 | 150,25 ± 14,08 | 164,80 ± 14,96

Метіонін | 48,64 ± 3,91 | 78,56 ± 5,33* | 39,18 ± 2,51 | 61,29 ± 4,82* | 36,51 ± 2,51 | 49,18 ± 3,45*

Пролін114,82 ± 7,42 | 148,93 ± 9,15* | 88,03 ± 4,39 | 103,85 ± 2,95* | 73,82 ± 6,78 | 84,36 ± 6,70

Серин431,19 ± 28,24 | 452,64 ± 33,08 | 401,75 ± 29,02 | 416,31 ± 25,13 | 379,66 ± 30,19 | 386,44 ± 35,45

Тирозин301,33 ± 25,00 | 346,18 ± 26,10 | 272,16 ± 19,34 | 302,84 ± 24,28 | 255,84 ± 22,14 | 273,87 ± 20,04

Треонін126,15 ± 9,43 | 163,13 ± 8,82* | 98,50 ± 5,14 | 128,13 ± 8,19* | 85,70 ± 8,16 | 94,51 ± 8,43

Триптофан238,07 ± 15,75 | 292,49 ± 10,95* | 209,00 ± 18,82 | 236,82 ± 21,93 | 178,96 ± 14,01 | 198,80 ± 9,61

Фенілаланін116,78 ± 6,26 | 158,96 ± 9,38* | 87,31 ± 6,43 | 116,92 ± 7,81* | 63,92 ± 3,01 | 83,14 ± 6,05*

Цистин51,80 ± 4,79 | 83,37 ± 6,52* | 38,29 ± 2,78 | 62,76 ± 4,57* | 29,73 ± 1,34 | 46,52 ± 3,84*

У амінокислот4522,64 ±

287,88 | 5356,25 ±

377,33 | 3964,90 ±

293,51 | 4495,17 ±

319,84 | 3630,72 ±

298,21 | 3955,14 ±

310,15

В результаті проведених досліджень показано, що при отруєнні кадмію сульфатом у серці щурів 3-, 6- і 18-місячного віку спостерігається зменшення загального вмісту вільних амінокислот відносно цих показників у серці тварин інтактних груп.

Можливо, що такий характер змін метаболічного пулу вільних амінокислот у серці отруєних щурів 3-, 6- і 18-місячного віку може бути обумовлений втратою можливості клітин міокарду акумулювати амінокислоти з плазми крові. Водночас, зменшення загального вмісту амінокислот у серці, можливо, пов’язане з активацією метаболічних процесів у серцевому м’язі у відповідь на введення токсичної речовини, а саме кадмію сульфату. При цьому молодий організм характеризується більш високою інтенсивністю метаболічних перетворень порівняно із щурами 6- і 18-місячного віку. В результаті зменшується загальний вміст вільних амінокислот за умов отруєння кадмієм, що найбільшою мірою проявляється в серці щурів 3-місячного віку і становить 16,0 %, тоді як у тварин 6- і 18-місячного віку – 14,3 і 11,9 % відповідно відносно цих показників у серці інтактних тварин.

Аналіз одержаних результатів свідчить, що отруєння кадмієм призводить до зміни метаболічного пулу вільних амінокислот у селезінці щурів 3-, 6- і 18-місячного віку. Встановлено, що за умов отруєння кадмію сульфатом зменшується загальний вміст вільних амінокислот у селезінці отруєних щурів усіх дослідних груп відносно цих показників у селезінці інтактних тварин. Встановлено, що найбільших змін при отруєнні зазнає молодий організм. Так вміст вільних амінокислот у селезінці щурів 3-місячного віку за умов отруєння кадмієм зменшується на 15,5 % відносно інтактних тварин.

Відомо, що вільні амінокислоти є сполучною ланкою між обміном білків і проміжним обміном нітрогену (Bender D.A., 1975; Мельничук С.Д. та ін., 2001).

У зв’язку з цим досліджено концентрацію показників азотного обміну – аміаку, креатиніну, сечовини та загального білка в організмі щурів 3-, 6- і 18-місячного віку та за умов отруєння кадмію сульфатом (рис. 1).

Одержані дані свідчать, що введення кадмію сульфату в організм щурів різного віку, призводить до зміни концентрації показників, які характеризують стан азотного обміну. Так, у крові отруєних тварин 3-, 6- і 18-місячного віку виявлено тенденцію до зниження концентрації загального білка на фоні вірогідного підвищення концентрації аміаку в 2,1, 2,1 і 1,7 раза, сечовини – у 2,0, 1,6 і 1,2 раза та креатиніну – у 2,5, 1,6 і 1,4 раза відповідно відносно цих показників у крові тварин інтактної групи, що є свідченням посилення амонієгенезу та