Окислювальні і дегідруючі властивості тканин вг-і нг-щурів

Отримані при дії гострої гіпоксії дані про споживання кисню послужили підставою для дослідження окислювальних і дегідруючих властивостей тканин ВГ- і НГ-щурів. На основі наявних в літературі відомостей важко скласти чітке уявлення про корелятивні залежності змін активності різних ферментів в умовах гострої гіпоксії тканин. Але показано, що тканинні ферментні системи вельми лабільні і швидко реагують в умовах гіпоксії.

Особливий інтерес представляє дослідження активності цитохромної системи, завдяки якій в мітохондріях клітини проходить окислення субстратів дихання. В ході окислювальних процесів різні субстрати окислюються різними ферментами і коферментами, однак на останньому етапі у процес включається цитохромна система, що переносить електрони на їх акцептор - кисень. Найбільш чутливим до нестачі кисню є термінальна ділянка дихального ланцюга, тобто цитохромоксидаза (ЦХО), локалізована головним чином в мітохондріях і безпосередньо здійснює перенесення електронів на кисень.

Отримані нами експериментальні дані показали, що активність цитохромоксидази у ВГ-і НГ-щурів під впливом гострої гіпоксичної гіпоксії змінюється неоднаково. Після підйому під вакуумним дзвоном (12 тис. м) активність ЦХО у ВГ-щурів дещо вищий, ніж у НГ-тварин, а під впливом двохгодинного експонування в барокамері (9 тис. м) активність даного ферменту в тканинах високостійких щурів значно вище, ніж у контролі. У тканинах низькостійких до гіпоксії щурів зміни недостовірні.

Зіставлення отриманих результатів з даними літератури про зміни активності цитохромоксидази в умовах гострої гіпоксії переконує в тому, що отримані різними дослідженнями дані дуже суперечливі. Ряд авторів показали, що в умовах гострої гіпоксичної гіпоксії в деяких тканинах тварин (мозок, печінка) спостерігається істотне зниження активності цитохромоксидази. У той же час інші автори відзначають значне підвищення активності цього ферменту при гострій гіпоксії в мозку та інших тканинах. Настільки протилежні результати можуть бути пояснені різною постановкою дослідів, але, можливо, також і тим, що досліди проводилися переважно на високо- або низькостійких до гіпоксії тварин, що не враховувалося авторами.

Оскільки окислювальний метаболізм тканин тісно пов'язаний з дегідруючою здатністю ферментів циклу трикарбонових кислот, представляло інтерес дослідити активність деяких дегідрогеназ циклу Кребса в тканинах ВГ-і НГ-щурів.

Цикл трикарбонових кислот - один з найважливіших регуляторів метаболізму - є універсальною енергетичною системою клітини. До найбільш важливою в енергетичному відношенні етапам циклу Кребса належить окисне декарбоксилювання піровиноградної кислоти, окислення ізолимонної кислоти, окислювальне декарбоксилювання а-кетоглутарової кислоти, янтарної і яблучної кислот.

Швидкість ферментативних реакцій циклу трикарбонових кислот залежить від багатьох факторів, зокрема від концентрації субстратів, співвідношення АТФ / АДФ, окисно-відновного стану коферментів, а також від швидкості транспорту інтермедіантів через мітохондріальні мембрани; можлива також регуляція на рівні генетичної системи.

Дегідрування лимонної кислоти є найбільш чутливою ланкою до зниження парціального тиску кисню в навколишньому середовищі, так як саме на рівні лимонної кислоти при нестачі кисню проходе сповільнення транспорту водню від НАД-Н2 на цитохроми.

Перебування ВГ і НГ-щурів в барокамері на «висоті» 9 тис. м (експозиція 2 год) показало, що активність ізоцитратдегідрогенази (ІДГ) як у мозку, так і в печінці обох груп щурів у порівнянні з контрольними цифрами помітно знижується. Деяке пригнічення активності ІДГ може бути пов'язано з тим, що пристосування тканин до дефіциту кисню здійснюється за рахунок зменшення споживання О2 і посилення анаеробного гліколізу.

Пристосування тканин до умов гострої гипоксической гіпоксії може йти не тільки за рахунок посилення анаеробного гліколізу, але й інших механізмів. Вважають, що «стійкість до нестачі О2 в першу чергу залежить від здатності мітохондрій захоплювати О2 в умовах його зниженої концентрації, ступеня спряженості дихання з фосфорилюванням, активності ферментів (ЛДГ, МДГ, СДГ та ін), що забезпечують оновлення запасів проміжних акцепторів водню, і тільки потім від потужності гліколітичної системи».

Нами було показано, що після «підйому» під дзвоном активність сукцинатдегідрогенази в тканинах НГ-щурів не змінюється і у ВГ-тварин підвищується недостовірно. Після експонування в барокамері рівень активності СДГ як в печінковій, так і в мозковій тканині зростає. Зростання активності особливо значний в тканинах ВГ-щурів.

Що може дати тканині, що перебуває в умовах гострої гіпоксичної гіпоксії, висока активність СДГ? Перш за все висока активність сукцинатдегідрогенази, і особливо її зростання в ході гіпоксії, може посилювати роботу дикарбонової частини циклу Кребса, що вимагає великих витрат кисню і НАД, що є важливою умовою при гіпоксії, коли значно збільшується кількість відновлених піридиннуклеотидів. Крім того, висока активність СДГ є одним з факторів, що сприяють так званому обороту циклу трикарбонових кислот.

Відомо, що гостра гіпоксична гіпоксія лімітує транспорт електронів по дихальному ланцюгу, викликає різке зниження споживання кисню тканинами, призводить до гальмування дегідрування субстратів, зниження рівня АТФ, накопичення в тканинах АДФ, АМФ і неорганічного фосфату. Одним з головних біохімічних наслідків гострої гіпоксичної гіпоксії є перехід дихальних ферментів у відновлений стан. У цих умовах великого значення набувають процеси, здатні забезпечити синтез макроергів в анаеробних умовах і потребують мінімальних енергетичних витрат. З цієї точки зору становить інтерес вивчення малатдегідрогенази (МДГ) - специфічного ферменту, що каталізує оборотну реакцію перетворення яблучної кислоти в оксалоацетат (ЩУК).

Нашими дослідженнями було показано, що при випробуваннях під вакуумним дзвоном активність малатдегідрогенази у всіх тканинах зростала; особливо різке підвищення активності цього ферменту (152%) було виявлено в печінці ВГ-щурів. Більш тривала дія гіпоксії (двогодинне експонування тварин у барокамері на «висоті» 9 тис. м) призвело до зниження активності МДГ в мозку обох груп тварин, але в печінці ВГ-щурів активність цього ферменту залишалася досить високою.

Отже, при дії на організм гострої гіпоксичної гіпоксії в початковому періоді, тканини пристосовуються шляхом збереження високого аеробного метаболізму за рахунок зміни кінетичних констант (мітохондріальних) окисних ферментів, а при збільшенні тривалості гіпоксії метаболізм тканин перебудовується таким чином, щоб підтримати оптимальний для здійснення функціональної активності рівень енергетичних речовин за допомогою переходу метаболізму на шлях, енергетично більш вигідний, але менш чутливий до нестачі кисню.

Можливо, перевага ВГ до гіпоксії особин, поряд з іншими факторами, полягає в більшій активності деяких ферментів, у здатності швидше змінювати цю активність у складних ситуаціях і швидше перемикатися на енергетично більш вигідні шляхи утворення макроергів. Очевидно, в цих випадках має місце так звана термінова адаптація - процес, що відрізняється високою швидкістю, реалізується майже зразу ж і що виражається в зміні активності ферментів без зміни їх концентрації в клітинах.

18