STUDY OF FATTY ACID METABOLISM IN RAT HEART AND BRAIN TISSUE AGAINST ACUTE HEMIC HYPOXIA AND ANTIHYPOXANT LOADING

Изучение метаболических нарушений, вызванных гипоксией, представляет собой важную область медицины и биохимии, так как подобные состояния могут стать ключевыми факторами в развитии серьезных клинических заболеваний. Гипоксия провоцирует развитие различных патофизиологических процессов, что приводит к значительным изменениям гомеостаза, прямо влияющим на морфологию и физиологию клеток и тканей

Одним из основных последствий гипоксии является развитие гипоэнергетических состояний, при которых происходит усиленный гидролиз липидов. При этом наблюдается и активный синтез жирных кислот, что приводит к их повышенной концентрации в крови и тканях. Жирные кислоты, находящиеся в избытке, образуют мицеллярные структуры, что дестабилизирует клеточные мембраны и увеличивает их проницаемость. В результате такие изменения приводят к нарушению физиологической функции клеток

Для борьбы с негативными последствиями гипоксии необходимо искать эффективные фармакологические средства, которые могут существенно улучшить состояние организма. К таким средствам относятся регуляторы гемодинамики, блокаторы кальциевых каналов, препараты центрального действия, стабилизаторы мембран и антиоксиданты и все они являются антигипоксантами. В последнее время наблюдается растущий интерес к растительным антигипоксантам, которые благодаря широкому спектру действия и минимальным побочным эффектам могут служить надежными средствами метаболической терапии

Среди современных исследований особое внимание уделяется экстрактам черной смородины и лекарственной малины, обладающим разнообразными биологически активными веществами, такими как биофлавоноиды и алкалоиды. Эти экстракты проявляют антигипоксический эффект за счет увеличения кислородной отдачи тканям, снижения сродства гемоглобина к кислороду и предотвращения разобщения окислительных процессов в клетках. Они также могут повышать эффективность цикла трикарбоновых кислот и улучшать процессы, связанные с транспортом электронов в дыхательной цепи, что имеет ключевое значение для восстановления энергетического метаболизма

Таким образом, дальнейшее изучение метаболических нарушений при гипоксии, а также поиск новых средств для их коррекции остаются актуальными задачами в области медицины и фармакологии.

Цель исследования – изучить особенности обмена жирных кислот в тканях сердца и мозга крыс на фоне острой гемической гипоксии и нагрузке антигипоксантами.

Исследования произведены на 180 белых беспородных крысах, массой 240-260 г. Животные были разделены поровну на 6 групп. Одна группа – интактные крысы (нулевая группа). Животные 1 группы получали в течение недели до моделирования гипоксии экстракт смородины черной в дозе 100 мг/кг массы; животные 2 группы получали в аналогичный период и той же дозе экстракт малины лекарственной; животные 3 группы – цитохром С (в качестве эталонного антигипоксанта) в рекомендуемой дозе; животные 4 группы – получали смесь экстрактов смородины черной и малины лекарственной в соотношении 1:1 в дозе 200 мг/кг массы, а животные 5 группы – контроль, получавшие дистиллированную воду по аналогичной схеме в эквивалентном объеме. Антигипоксанты вводили в течение 15 дней внутрижелудочно до моделирования гипоксии

Цитохром С разводили физиологическим раствором и вводили крысам внутримышечно также в течение 15 суток в дозе 0,1 мг/кг живой массы активного вещества.

Антигипоксическое действие растительных экстрактов исследовали на модели гемической гипоксии, которую воспроизводили путем однократного внутрибрюшинного введения нитрита натрия в дозе DL100 (200 мг/кг)

Для анализа мозг и сердце каждого животного были извлечены и помещены в предварительно охлажденную фарфоровую ступку, в которую добавляли жидкий азот и тщательно растирали ткань пестиком. Полученный материал взвешивали и хранили при температуре –70 °С. Затем навеску гомогената (30–40 мг) в 0,9%-м растворе NaCl, содержащем 0,5% ионола (2,6-ди-тpет-4-метилфенола), высушивали в pотационно-вакуумном концентраторе SpeedVac (Savant Instruments, CША). Метиловые эфиры высших жирных кислот (ЖК) получали классическим методом. ЖК определяли на аналитическом газовом xpоматогpафе GC 3900 (Varian, CША) c пламенно-ионизационным детектором (температура детектора 260°C). Для pазделения использовали кварцевую капиллярную колонку (15 м × 0,25 мм × 0,3 мкм) c привитой неподвижной фазой (Supelco, CША). Температурная программа анализа составляла: 90°C (0,5 мин) – 240°C (5 мин) cо скоростью 6°C в мин. Анализ данные проводили c помощью программного обеспечения мультиxpом-1.5x (ЗАО «Ампеpcед», Россия). Концентрацию ЖК определяли c использованием внутреннего стандарта c предварительным вычислением соответствующих калибровочных коэффициентов из xpоматогpамм смеси определяемых ЖК c маpгаpиновой кислотой (C17:0). Для каждого образца pаccчитывали абсолютное и относительное содержание индивидуальных ЖК

Цифровой материал экспериментов подвергали статистической обработке с помощью пакета программ STATISTICA Application 10.0.1011.0. (США). В работе использовались описательная статистика, параметрические и непараметрические методы анализа.

На фоне гемической гипоксии и ее коррекции антигипоксанатами произведено исследование изменений концентрации жирных кислот в тканях головного мозга и сердца крыс, подвергавшихся острой гемической гипоксии и ее коррекции растительными экстрактами и его результаты представлены в таблицах 1 и 2.

На фоне гемической гипоксии у животных установлено возрастание концентрации C14:0 в тканях мозга: у крыс 1 группы концентрация была больше, чем у интактных животных на 23,8%, у крыс 2 группы – на 25,1%, у крыс 3 группы – 27,8%, у крыс 4 группы – на 15,2%, а у крыс 5 группы – на 37,7%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрации C14:0 в тканях мозга была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – ниже на 10,1%, в 2 группе – на 9,2%, в 3 группе – на 7,2%, а в 4 группе – на 16,4%. У крыс в тканях мозга также установлено возрастание концентрации C15:0: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 20,3%, в 2 группе – на 22,7%, в 3 группе – 21,3%, в 4 группе – на 13,1%, а в 5 группе – на 28,5%; при этом только у животных 4 группы концентрация C15:0 в тканях мозга была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы на 12,0%.

В тканях мозга крыс также установлено возрастание концентрации C16:0: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 9,0%, в 2 группе – на 9,6%, в 3 группе – 9,5%, в 4 группе – на 7,1%, а в 5 группе – на 16,6%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрации C16:0 в тканях мозга незначительно ниже, чем у крыс контрольной группы. У крыс в тканях мозга также установлено возрастание концентрации C16:1, ω-7: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 33,8 %, в 2 группе – на 32,9 %, в 3 группе – 34,9%, в 4 группе – на 18,0%, а в 5 группе – на 42,3%; при этом только у животных 4 группы на фоне гемической гипоксии концентрации C16:1, ω-7 в тканях мозга была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы на 17,1%.

У крыс в тканях мозга также установлено возрастание концентрации C18:0: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 15,3%, в 2 группе – на 16,7%, в 3 группе – 16,0%, в 4 группе – на 10,7%, а в 5 группе – на 21,3%; при этом только у животных 4 группы на фоне гемической гипоксии концентрации C18:0 в тканях мозга была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы на 8,8%. У крыс также установлено снижение концентрации C18:1 ω-9: в 1 группе концентрация была меньше, чем у интактных животных на 17,4%, в 2 группе – на 16,5%, в 3 группе – 18,0%, в 4 группе – на 11,9%, а в 5 группе – на 26,6%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C18:1 ω-9 в тканях мозга была достоверно выше, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – выше на 12,5%, в 2 группе – на 13,8%, в 3 группе – на 11,8%, а в 4 группе – на 20,0%.

У крыс также установлено снижение концентрации C18:1 ω-11: в 1 группе концентрация была меньше, чем у интактных животных на 12,5%, в 2 группе – на 11,5%, в 3 группе – 13,1%, в 4 группе – на 8,6%, а в 5 группе – на 17,3%; при этом только у животных 4 на фоне гемической гипоксии концентрация C18:1 ω-11 в тканях мозга была достоверно выше, чем у крыс контрольной группы на 10,5%. У крыс также установлено возрастание концентрации C18:2 ω-6: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 11,2%, в 2 группе – на 10,2%, в 3 группе – 11,9%, в 4 группе – на 8,7%, а в 5 группе – на 16,6%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C18:2 ω-6 в тканях мозга была незначительно ниже, чем у крыс контрольной группы.

У крыс также установлено снижение концентрации C18:3 ω-6: в 1 группе концентрация была меньше, чем у интактных животных на 12,7%, в 2 группе – на 11,3%, в 3 группе – 12,2%, в 4 группе – на 7,7%, а в 5 группе – на 18,6%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C18:3 ω-6 в тканях мозга была выше, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – выше на 7,4%, в 2 группе – на 9,1%, в 3 группе – на 7,9%, а в 4 группе – на 13,5%. У крыс также установлено возрастание концентрации C18:3 ω-3: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 14,4%, в 2 группе – на 14,8%, в 3 группе – 14,6%, в 4 группе – на 12,3%, а в 5 группе – на 19,6%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C18:3 ω-3 в тканях сердца была незначительно ниже, чем у крыс контрольной группы.

У крыс также установлено снижение концентрации C20:2 ω-6: в 1 группе концентрация была меньше, чем у интактных животных на 14,5%, в 2 группе – на 13,8%, в 3 группе – 16,0%, в 4 группе – на 9,1%, а в 5 группе – на 26,2%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C20:2 ω-6 в тканях мозга была выше, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – выше на 16,5%, в 2 группе – на 17,5%, в 3 группе – на 14,5%, а в 4 группе – на 23,9%. У крыс также установлено возрастание концентрации C20:3 ω-6: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 24,6%, в 2 группе – на 22,2%, в 3 группе – 24,3%, в 4 группе – на 12,9%, а в 5 группе – на 29,3%; при этом только у животных 4 группы в тканях мозга была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы на 12,7%. У крыс также установлено снижение концентрации C22:4 ω-6: в 1 группе концентрация была меньше, чем у интактных животных на 23,3%, в 2 группе – на 22,3%, в 3 группе – 23,0%, в 4 группе – на 16,7%, а в 5 группе – на 28,0%; при этом только у животных 4 группы концентрация C22:4 ω-6 в тканях сердца была достоверно выше, чем у крыс контрольной группы на 15,7%. На концентрацию C20:5 ω-3 в тканях мозга крыс острая гемическая гипоксия и прием антигипоксантов влияние не оказывали, во всех изучаемых группах животных ее уровень был примерно одинаков (различия не превышали 2,0%).

У крыс также установлено снижение концентрации C22:4 ω-6: в 1 группе концентрация была меньше, чем у интактных животных на 11,2%, в 2 группе – на 12,1%, в 3 группе – 13,9%, в 4 группе – на 9,3%, а в 5 группе – на 18,6%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C22:4 ω-6 в тканях мозга была выше, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – выше на 9,1%, в 2 группе – на 7,9%, в 3 группе – на 5,7%, а в 4 группе – на 11,4%. У крыс также установлено возрастание концентрации C22:5 ω-6: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 25,7%, в 2 группе – на 22,1%, в 3 группе – 18,3%, в 4 группе – на 10,1%, а в 5 группе – на 34,3%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C22:5, ω-3 в тканях мозга была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – ниже на 6,5%, в 2 группе – на 9,1%, в 3 группе – на 12,0%, а в 4 группе – на 18,0%. У крыс также установлено возрастание концентрации C22:6, ω-3: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 14,6%, в 2 группе – на 14,3%, в 3 группе – 16,5%, в 4 группе – на 10,5%, а в 5 группе – на 21,2%; при этом только у животных 4 группы концентрация C22:6, ω-3 в тканях мозга была ниже на 8,8%, чем у крыс контрольной группы.

Установлено возрастание суммы насыщенных жирных кислот в тканях мозга крыс на фоне гемической гипоксии и ее коррекции: в 1 группе их концентрация была больше, чем у интактных животных на 11,9%, в 2 группе – на 13,1%, в 3 группе – 12,6%, в 4 группе – на 8,8%, а в 5 группе – на 19,0%; при этом только у животных 4 группы общая концентрация насыщенных жирных кислот в тканях мозга была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы на 8,6%. Также установлена тенденция к снижению суммы ненасыщенных жирных кислот и возрастанию общей суммы жирных кислот в тканях мозга крыс на фоне острой гемической гипоксии.

На фоне гемической гипоксии у животных установлено возрастание концентрации C14:0 в тканях сердца: у крыс 1 группы концентрация была больше, чем у интактных животных на 28,2%, у крыс 2 группы – на 33,6%, у крыс 3 группы – 30,5%, у крыс 4 группы – на 13,7%, а у крыс 5 группы – на 50,4%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрации C14:0 в тканях сердца была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – ниже на 14,7%, в 2 группе – на 11,2%, в 3 группе – на 13,2%, а в 4 группе – на 24,4%. У крыс в тканях сердца также установлено возрастание концентрации C15:0: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 133,3%, в 2 группе – на 111,1%, в 3 группе – 155,6%, в 4 группе – на 44,4%, а в 5 группе – на 244,4%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C15:0 в тканях сердца была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – ниже на 32,3%, в 2 группе – на 38,7%, в 3 группе – на 25,8%, а в 4 группе – на 58,1%.

В тканях сердца крыс также установлено возрастание концентрации C16:0: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 9,2%, в 2 группе – на 8,5%, в 3 группе – 10,0%, в 4 группе – на 5,2%, а в 5 группе – на 12,9%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрации C16:0 в тканях сердца незначительно ниже, чем у крыс контрольной группы. У крыс в тканях сердца также установлено возрастание концентрации C16:1, ω-7: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 36,5%, в 2 группе – на 38,5%, в 3 группе – 46,2%, в 4 группе – на 23,1%, а в 5 группе – на 55,8%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрации C16:1, ω-7 в тканях сердца была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – ниже на 12,3%, в 2 группе – на 11,1%, в 3 группе – на 6,2%, а в 4 группе – на 21,0%.

В отношении C18:0 установлена тенденция к незначительному возрастанию концентрации на фоне гемической гипоксии без коррекции и при применении антигипоксантов по сравнению с интактными крысами, а концентрация C18:1, ω-9, C18:1, ω-11 и C20:4, ω-6 характеризовалась обратной тенденцией. У крыс также установлено возрастание концентрации C18:2, ω-6: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 42,9%, в 2 группе – на 28,6%, в 3 группе – 42,9%, в 4 группе – на 14,3%, а в 5 группе – на 57,1%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C18:2, ω-6 в тканях сердца была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – ниже на 9,1%, в 2 группе – на 18,2%, в 3 группе – на 9,1%, а в 4 группе – на 27,3%. У крыс также установлено снижение концентрации C18:3, ω-6: в 1 группе концентрация была меньше, чем у интактных животных на 6,7%, в 2 группе – на 20,0%, в 3 группе – 33,3 %, в 4 группе – на 13,3 %, а в 5 группе – на 40,0 %; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C18:3, ω-6 в тканях сердца была достоверно выше, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – выше на 55,6%, в 2 группе – на 33,3%, в 3 группе – на 11,1%, а в 4 группе – на 44,4%.

У крыс также установлено возрастание концентрации C18:3, ω-3: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 47,6%, в 2 группе – на 66,7%, в 3 группе – 57,1%, в 4 группе – на 28,6%, а в 5 группе – на 85,7%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии, концентрация C18:3, ω-3 в тканях сердца была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – ниже на 20,5%, в 2 группе – на 10,3%, в 3 группе – на 15,4%, а в 4 группе – на 30,8%. На концентрацию C20:2, ω-6 и C20:5, ω-3 в тканях сердца крыс острая гемическая гипоксия и прием антигипоксантов влияние не оказывали, во всех изучаемых группах животных их уровень был примерно одинаков (различия не превышали 3,0%). У крыс также установлено возрастание концентрации C20:3, ω-6: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 37,7%, в 2 группе – на 32,8%, в 3 группе – 41,0%, в 4 группе – на 21,3%, а в 5 группе – на 52,5%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C20:3, ω-6 в тканях сердца была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – ниже на 9,7%, в 2 группе – на 12,9%, в 3 группе – на 7,5%, а в 4 группе – на 20,4%.

У крыс также установлено снижение концентрации C22:4, ω-6: в 1 группе концентрация была меньше, чем у интактных животных на 9,5%, в 2 группе – на 7,2%, в 3 группе – 8,7%, в 4 группе – на 4,9 %, а в 5 группе – на 14,0%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C22:4, ω-6 в тканях сердца была достоверно выше, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – выше на 5,3%, в 2 группе – на 7,9%, в 3 группе – на 6,2%, а в 4 группе – на 10,6%. У крыс также установлено возрастание концентрации C22:5, ω-6: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 28,1%, в 2 группе – на 25,2%, в 3 группе – 32,3%, в 4 группе – на 14,7%, а в 5 группе – на 42,5%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C22:5, ω-6 в тканях сердца была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – ниже на 10,1%, в 2 группе – на 12,1%, в 3 группе – на 7,1%, а в 4 группе – на 19,5%.

У крыс также установлено возрастание концентрации C22:5, ω-3: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 9,8%, в 2 группе – на 13,9%, в 3 группе – 15,6%, в 4 группе – на 7,4%, а в 5 группе – на 20,5%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C22:5, ω-3 в тканях сердца была достоверно ниже, чем у крыс контрольной группы: в 1 группе – ниже на 8,8%, в 2 группе – на 5,4%, в 3 группе – на 4,1%, а в 4 группе – на 10,9%. У крыс также установлено возрастание концентрации C22:6, ω-3: в 1 группе концентрация была больше, чем у интактных животных на 6,4%, в 2 группе – на 6,0%, в 3 группе – 6,9%, в 4 группе – на 2,1%, а в 5 группе – на 9,4%; при этом у животных, получавших антигипоксанты на фоне гемической гипоксии концентрация C22:6, ω-3 в тканях сердца была незначительно ниже, чем у крыс контрольной группы.

На фоне гемической гипоксии у крыс установлено незначительное возрастание суммы насыщенных жирных кислот в тканях сердца, а на сумму ненасыщенных жирных кислот и общую сумму жирных кислот в тканях сердца данная гипоксия и ее способы коррекции влияния не оказывали.

Установлено, что при гипоксии усиливается скорость включения ацетата в жирные кислоты и уменьшается его поток через цикл трикарбоновых кислот и это вызывает увеличение процентного содержания насыщенных жирных кислот в сыворотке крови и других тканях организма, нарушение жидкостных свойств мембран клеток, отражающееся нарушением механизма транспорта субстратов через мембраны.

Известно, что обменные процессы при кислородной недостаточности направлены на изменение потока кислорода и энергетических ресурсов в те органы, которые в условиях гипоксии, несут основную функциональную нагрузку. И поэтому при высоком содержании жирных кислот в крови их поглощение печенью увеличивается. В условиях гипоксии возрастает активность фосфолипаз, что вызвано действием высоких концентраций циклического АМФ, что характерно для этого состояния. Все это способствует увеличению концентрации жирных кислот в тканях мозга. В целом, избыточное содержание жирных кислот в тканях оказывает токсическое действие на организм, что отражается набуханием митохондрий и ингибирование в них активности мембраносвязанных ферментов дыхательной цепи. Повышение концентрации жирных кислот в тканях при острой гипоксии, по-видимому, создает условия для синтеза кетоновых тел, являющихся энергетическим субстратом для периферических органов.

Полученные нами результаты согласуются с работами

При экспериментальной гипоксии в работах М.З. Исраиловой установлено увеличение процентного содержания насыщенных жирных кислот, нарушение мембранных свойств жидкостности, которое отражалось нарушением механизма транспорта субстратов через мембрану

Снижение общей концентрации полиненасыщенных жирных кислот в условиях хронической гипоксии отмечено в работе

В мембране свободные жирные кислоты формируют локальные участки, в которых образуют ионные каналы, через которые происходит поток одно- и двухвалентных катионов по электрохимическому градиенту. Достаточно нескольких ионных каналов, чтобы начать неконтролируемый поток ионов. В цитозоль устремляются ионы натрия и кальция, а клетку покидают ионы калия и магния

Возрастание концентрации жирных кислот во всех изучаемых тканях при острой гипоксии является показателем нарушений липидного и углеводного обменов, что может способствовать срыву механизмов адаптации. Введение на фоне острой гипоксии антигипоксантов способствовало снижению концентрации ЖК в тканях, что свидетельствует о наличии у изучаемых препаратов высокого липидопротекторного и антиоксидантного эффекта. Самую высокую эффективность демонстрирует смесь экстрактов малины лекарственной и смородины черной в соотношении 1:1.