Pages Navigation Menu
Submit scientific paper, scientific publications, International Research Journal | Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ПИ № ФС 77 - 51217, 16+

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2019.84.6.016

Download PDF ( ) Pages: 80-83 Issue: № 6 (84) Part 1 () Search in Google Scholar
Cite

Cite


Copy the reference manually or choose one of the links to import the data to Bibliography manager
Agayeva S.V. et al. "DYNAMICS OF GABA METABOLISM IN RAT’S BRAIN STRUCTURES WITH EXPOSURE OF TOLUENE". Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal (International Research Journal) № 6 (84) Part 1, (2019): 80. Mon. 01. Jul. 2019.
Agayeva, S.V. & Faradzhev, A.N. (2019). DINAMIKA IZMENENIYA OBMENA GAMK V STRUKTURAH GOLOVNOGO MOZGA KRYS PRI VOZDEYSTVII TOLUOLA [DYNAMICS OF GABA METABOLISM IN RAT’S BRAIN STRUCTURES WITH EXPOSURE OF TOLUENE]. Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal, № 6 (84) Part 1, 80-83. http://dx.doi.org/10.23670/IRJ.2019.84.6.016
Agayeva S. V. DYNAMICS OF GABA METABOLISM IN RAT’S BRAIN STRUCTURES WITH EXPOSURE OF TOLUENE / S. V. Agayeva, A. N. Faradzhev // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. — 2019. — № 6 (84) Part 1. — С. 80—83. doi: 10.23670/IRJ.2019.84.6.016

Import


DYNAMICS OF GABA METABOLISM IN RAT’S BRAIN STRUCTURES WITH EXPOSURE OF TOLUENE

ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ОБМЕНА ГАМК В СТРУКТУРАХ ГОЛОВНОГО МОЗГА КРЫС ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ТОЛУОЛА

Научная статья

Агаева С.В.1, *, Фараджев А.Н.2

1, 2 Азербайджанский Государственный Педагогический Университет, Баку, Азербайджан

* Корреспондирующий автор (nazaket-alieva[at]mail.ru)

Аннотация

Изучена динамика метаболизма ГАМК в тканях различных структур ЦНС у интактных 6-ти месячных крыс и после воздействия на организм толуола (5 дней, внутрибрюшинно, 500 мг/кг). Результаты наших исследований показали, что при воздействии толуола происходит увеличение содержания ГАМК, уменьшение содержания свободных Глу и Асп, повышение активности фермента ГДК и понижение активности фермента ГАМК-Т в тканях структур головного мозга 6-ти месячных крыс. Можно предположить, что толуол оказывает действие на белковые структуры ферментов обмена ГАМК или взаимодействует с их коферментом – пиридоксаль-5-фосфатом.

Ключевые слова: гамма-аминомасляная кислота, глутаминовая кислота, аспарагиновая кислота, глутаматдекарбоксилаза, ГАМК-аминотрансфераза, толуол.

DYNAMICS OF GABA METABOLISM IN RAT’S BRAIN STRUCTURES WITH EXPOSURE OF TOLUENE

Research article

Agayeva S.V.1, *, Faradzhev A.N.2

1, 2 Azerbaijan State Pedagogical University, Baku, Azerbaijan

* Corresponding author (nazaket-alieva[at]mail.ru)

Abstract

The authors consider the dynamics of GABA metabolism in tissues of various CNS structures in intact 6-month-old rats after exposure of toluene (5 days, intraperitoneally, 500 mg/kg). The results of this research have shown that when exposed to toluene, there is an increase in the content of GABA, a decrease in the content of free Glu and Asp, an increase in the activity of the GDC enzyme and a decrease in the activity of the GABA-T enzyme in the tissues of brain structures of 6-month-old rats. It can be assumed that toluene has an effect on the protein structures of GABA metabolism enzymes or interacts with their coenzyme, pyridoxal-5-phosphate.

Keywords: gamma-aminobutyric acid, glutamic acid, aspartic acid, glutamate decarboxylase, GABA aminotransferase, toluene.

Толуол общеупотребительное название химического вещества, относящегося к классу моноциклических ароматических углеводородов, образующегося при замещении одного атома водорода в молекуле бензола метильной группой. Одновременно толуол является легкодоступным и дешевым галлюциногенным веществом, используемым токсикоманами.

Надо отметить, что большую роль в развитии токсических эффектов толуола на клеточном уровне играют доза и время воздействия. Известно, что интоксикация толуолом в первую очередь поражает ЦНС, вызывая серьезные структурные и функциональные изменения. При воздействии подобных агентов даже в небольших дозах и в случаях кратковременной интоксикации могут возникать перманентные нарушения в нейронных цепях различных мозговых структур, неизбежно отражающиеся в нейроповеденческих расстройствах [1]. Cогласно данным последних лет, ведущим фактором нейротоксического влияния толуола на ЦНС является его воздействие на нейротрансмиттерные и рецепторные системы мозга. Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), являющаяся нормальным продуктом обмена веществ в нервной ткани, обладает свойствами, отвечающими основным критериям медиатора центральной нервной системы.

Исходя из вышесказанного, целью настоящей работы было изучение влияния толуола (внутрибрюшинно, 5 дней, 500 мг/кг) на обмен ГАМК в тканях структур головного мозга 6-ти  месячных крыс.

Материалы и методы

Все эксперименты выполнены с соблюдением принципов международной декларации Европейского сообщества (86/609/ЕЕС). Эксперименты были проведены на белых крысах линии Вистар. Для опытов брали шести месячных крыс. Опытная группа – внутрибрюшинно вводили толуол, 5 дней, 500 мг/кг. Отделы мозга анализировали у интактных и опытных крыс. Содержание ГАМК, Глу и Асп [2], активность ГДК [3] и ГАМК-Т [4] определено в структурах головного мозга экспериментальных крыс. Полученные результаты обработаны статистически.

Результаты и обсуждение

Результаты проведенных исследований показали, что в нормальных условиях у интактных крыс содержание свободных медиаторных аминокислот – ГАМК, Глу и Асп распределено неравномерно в изучаемых отделах мозга.

 

Таблица 1 – Влияние толуола на содержание ГАМК, Глу и Асп (мкмоль/г) в тканях структур ЦНС 6-ти месячных крыс (M±m, n=5)

Области мозга Группы ГАМК Глу Асп
Кора больших полушарий  мозга Контроль 2,79±0,09 4,69±0,15 3,13±0,11
Опыт 3,38±0,12** 4,08±0,13* 2,75±0,09*
% 121 87 88
Мозжечок Контроль 2,34±0,07 5,15±0,12 3,28±0,08
Опыт 3,02±0,09*** 4,12±0,08*** 2,69±0,09**
% 129 80 82
Ствол мозга Контроль 2,04±0,06 5,73±0,17 2,81±0,09
Опыт 2,45±0,08** 5,16±0,12* 2,44±0,07**
% 120 90 87
Гипоталамус Контроль 3,85±0,12 6,21±0,14 3,88±0,12
Опыт 4,47±0,16*** 5,71±0,16* 3,53±0,09*
% 116 92 91

Примечание: * – p<0,05; ** – p<0,01; *** – p<0,001

 

Вероятно, что это связано с уровнем ГАМК-, Асп- и Глуергических нейронов в этих отделах головного мозга.  После воздействия толуола наблюдается достоверное снижение содержания Глу с параллельным повышением уровня ГАМК. При этом содержание свободной Асп в тканях коры больших полушарий мозга, мозжечка, ствола мозга и гипоталамуса уменьшается.

Изменение содержания этих аминокислот в ткани мозга связано с его общим ростом, уменьшением в нем количества воды и увеличением объема нервных клеток и нейропиля и количества липидов. Мозг отличается от других органов высоким содержанием Глу и ГАМК, накопление которых происходит параллельно с формированием нейрона и его структурной дифференцировкой.

Результаты следующих серий опытов показали, после воздействия толуола активность ГДК в тканях коры больших полушарий мозга, мозжечка, ствола мозга и гипоталамуса увеличивается по сравнению с данными контрольной группы (таб. 2). После действия толуола активность ГАМК-Т во всех структурах нервной системы также меньше по сравнению с данными контрольной группы.

Основные изменения системы ГАМК при воздействии на организм толуола связаны с увеличением активности ГДК и угнетением ГАМК-Т. В настоящее время четко объяснить обнаруженное нами повышение активности ГДК и соответствующее увеличение содержания ГАМК в исследованных отделах ЦНС крыс при действии толуола пока не представляется возможным. Можно лишь указать на высокую лабильность этого фермента и его выраженную подверженность влиянию нейротропных факторов. Возможно, что при действии толуола нарушаются окислительные процессы в структурах мозга, обусловливающие более интенсивный биосинтез коэнзима ГДК-пиридоксальфосфата, а также имеет место сдвиг рН в этих отделах мозга в сторону оптимума для реакции декарбоксилирования Глу.

 

Таблица 2 – Влияние толуола на активность ферментов ГДК (мкмоль ГАМК/г·ч) и ГАМК-Т (мкмоль Глу/г·ч) в тканях структур ЦНС 6-ти месячных крыс

Области мозга Группы ГДК

(мкмоль ГАМК/г.час)

ГАМК-Т

(мкмоль Глу/г.час)

Кора больших полушарий  мозга Контроль 80,42±2,55 82,04±2,18
Опыт 94,90±2,43** 72,20±2,30*
% 118 88
Мозжечок Контроль 89,18±2,78 84,34±2,45
Опыт 110,58±3,41** 68,32±2,54**
% 124 81
Ствол мозга Контроль 63,85±2,14 68,12±1,69
Опыт 74,07±2,06** 59,26±1,38**
% 116 87
Гипоталамус Контроль 101,63±3,58 91,63±3,09
Опыт 111,79±2,12* 83,38±1,76*
% 110 91

Примечание: * – p<0,05; ** – p<0,01; *** – p<0,001

 

Содержание ГАМК в нервных клетках будет также возрастать при снижении интенсивности ее утилизации в цикле Кребса на уровне янтарной кислоты.

Данные о метаболизме ГАМК в ткани головного мозга свидетельствуют о ее важной роли в регулировании соотношения процессов возбуждения и торможения. Представления о ГАМК как возможном медиаторе торможения, о компартментализации и связи ее с энергетическими процессами послужили основанием для исследования роли нарушений обмена этой аминокислоты в развитии нервной патологии различных видов. Повышение или снижение уровня ГАМК в ткани мозга при различных экстремальных воздействиях указывает на возникновение кризисного состояния вследствие нарушения компенсаторных возможностей организма.

Высокая концентрация ГАМК в ткани мозга млекопитающих свидетельствует, что ее роль в нервной деятельности не ограничивается лишь медиаторной функцией. В случае нормального функционирования важнейших систем организма концентрация ГАМК в мозге поддерживается на стабильном уровне, что указывает на высокую пластичность обмена в ЦНС и на важность многообразных эффектов ГАМК, способствующей общему торможению активности нервных структур. Топографическое распределение ГАМК и синтезирующего ее фермента ГДК свидетельствует об их приуроченности к нервным структурам, связанным с тормозными процессами.

Толуол оказывает влияние на различные нейромедиаторные системы, включая дофамин, ГАМК и глутамат [5], [6].

В начале 1988 года исследовано субхронический (1 месяц, 16 часов в день по 50, 250 или 1000 ppm) или хронический (3 месяца, 16 часов в день, 500 ppm) воздействия толуола на ГАМК в мозге крыс [7]. Выявлено, что ГАМК увеличивается в стволе мозга и лобная кора в субхроническом состоянии и уменьшается в коры больших полушарий мозга в хроническом [7]. Показало, что в течение 2 часов при 2000 ppm толуола повышается уровень внеклеточной ГАМК в мозжечке (167% во время и через 60 минут после воздействия) [8]. Хотя авторы предположили, что результаты могут быть связаны с входным сигналом мозжечка от спинного мозга и ядер ствола мозга. Толуол оказывает более непосредственное влияние на GABAergic нейронов мозжечка.

Толуол повышает уровень внеклеточного ГАМК в коре мозга. Введение CGP 35348 (антагонист ГАМК) ингибирует некоторые эффекты толуола на вестибуло-окуломоторный рефлекс, подтверждают гипотезу о том, что толуол влияет на вестибуло-окуломоторный рефлекс через изменение ГАМК нейротрансмиссии. Толуол оказывает региональное специфическое влияние на передачу ГАМК в ЦНС [8]

Острый толуол уменьшает глутамата. Повторное воздействие толуола увеличивает токи NMDA, а также отдельные субъединицы рецептора NMDA [9]. Длительное воздействие (10 дней, до 8000 ppm) толуола повышает уровень субъединицы рецептора NMDA в мозге [10]. Острый толуол повышает уровень внеклеточного глутамата гиппокампа [11]. Эффекты толуола на пресинаптическую передачу ГАМК зависят от области мозга, так как острый толуол увеличивал внеклеточную ГАМК в мозжечке и не влиял на стриатум [8], [12].

Можно полагать, что увеличение количества ГАМК в нервных клетках является компенсаторной реакцией организма для поддержания многообразных ее эффектов в отношении различных звеньев обмена веществ в течение интоксикации толуола.

Конфликт интересов

Не указан.

Conflict of Interest

None declared.

Список литературы / References

  1. Liu C.L. Effects of toluene exposure during brain growth spurt on GABA a receptor-mediated functions in juvenile rats / C. L. Liu, Y. R. Lin, M. H. Chan, H. H. Chen // Toxicol. Sci. – 2007. – Vol. 95. – №. 2. – P. 443-451.
  2. Doze K. Dir anvendug der hochspanmumgspherographie dei der guantitativen totalanoiyse von protein hydrolysaten / K. Doze // Mittelling Biochem. Z. – 1957. – Vol. 329. – № 2. – P. 390-398.
  3. Sytinsky I. A. Effect of certain drugs on gamma-aminobutyric acid system on central nervous system / I. A. Sytinsky, T. N. Priyatkina // Biochem. Pharmacol. – 1966. – Vol. 115. – № 1 – P. 49-57.
  4. Нилова Н. С. Аммиак и ГАМК-трансаминазная активность ткани головного мозга / Н. С. Нилова // Докл. АН СССР. – 1966. – Т. 2. – С. 483-486.
  5. Eisenberg D.P. Neurotoxicity and mechanism of toluene abuse / D. P. Eisenberg // Journal of Biology and Medicine. – 2003. – Vol. 19 – P. 150-159.
  6. Bowen S.E. The last decade of solvent research in animal models of abuse: mechanistic and behavioral studies / S. E. Bowen, J. C. Batis, N. Paez-Martinez, S. L. Cruz // Neurotoxicology and Teratology – 2006. – Vol. 28 – P. 636–647.
  7. Bjornaes S. Biochemical changes in different brain areas after toluene inhalation / S. Bjornaes, L. U. Naalsund // Toxicology – 1988. – Vol. 49 – P. 367-374.
  8. Stengard K. Acute toluene exposure increases extracellular GABA in the cerebellum of rat: a microdialysis study / K. Stengard, R. Tham, W. T. O’Connor and others // Pharmacology & Toxicology – 1993 – Vol. 73 – P. 315-318.
  9. Bale A.S. Alterations in glutamatergic and gabaergic ion channel activity in hippocampal neurons following exposure to the abused inhalant toluene / A. S. Bale, Y. Tu, E.P. Carpenter-Hyland and others // Neuroscience – 2005. – Vol. 130 – P. 197–206.
  10. Williams J.M. Effects of repeated inhalation of toluene on ionotropic GABA A and glutamate receptor subunit levels in rat brain / J. M. Williams, D. Stafford, J. D. Steketee // Neurochemistry International. – 2005. – Vol. 46 – P. 1-10.
  11. Win-Shwe T.T. Toluene induces rapid and reversible rise of hippocampal glutamate and taurine neurotransmitter levels in mice / T. T. Win-Shwe, D. Mitsushima, D. Nakajima and others // Toxicology Letters – 2007. – Vol. 168- P. 75–82
  12. Stengard K. Acute toluene exposure decreases extracellular gammaaminobutyric acid in the globus pallidus but not in striatum: amicrodialysis study in awake, freely moving rats / K. Stengard, W. T. O’Connor // European Journal of Pharmacology – 1994. – Vol. 292 – P. 43–46.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Liu C.L. Effects of toluene exposure during brain growth spurt on GABA a receptor-mediated functions in juvenile rats / C. L. Liu, Y. R. Lin, M. H. Chan, H.H.Chen // Toxicol. Sci. – 2007. – Vol. 95. – №. 2. – P. 443-451.
  2. Doze K. Dir anvendug der hochspanmumgspherographie dei der guantitativen totalanoiyse von protein hydrolysaten / K. Doze // Mittelling Biochem. Z. – 1957. – Vol. 329. – № 2. – P. 390-398.
  3. Sytinsky I. A. Effect of certain drugs on gamma-aminobutyric acid system on central nervous system / I. A. Sytinsky, T. N. Priyatkina // Biochem. Pharmacol. – 1966. – Vol. 115. – № 1 – P. 49-57.
  4. Nilova N. S. Ammiak i GAMK-transaminaznaja aktivnost’ tkani golovnogo mozga [Ammonia and GABA transaminase activity of brain tissue] / N. S. Nilova // Reports of the Academy of Sciences of the USSR. – 1966. – V. 2. – P. 483-486. [in Russian]
  5. Eisenberg D.P. Neurotoxicity and mechanism of toluene abuse / D. P. Eisenberg // Journal of Biology and Medicine. – 2003. – Vol. 19 – P. 150-159.
  6. Bowen S.E. The last decade of solvent research in animal models of abuse: mechanistic and behavioral studies / S. E. Bowen, J. C. Batis, N. Paez-Martinez, S. L. Cruz // Neurotoxicology and Teratology – 2006. – Vol. 28 – P. 636–647.
  7. Bjornaes S. Biochemical changes in different brain areas after toluene inhalation / S. Bjornaes, L. U. Naalsund // Toxicology – 1988. – Vol. 49 – P. 367-374.
  8. Stengard K. Acute toluene exposure increases extracellular GABA in the cerebellum of rat: a microdialysis study / K. Stengard, R. Tham, W. T. O’Connor and others // Pharmacology & Toxicology – 1993 – Vol. 73 – P. 315-318.
  9. Bale A.S. Alterations in glutamatergic and gabaergic ion channel activity in hippocampal neurons following exposure to the abused inhalant toluene / A. S. Bale, Y. Tu, E.P. Carpenter-Hyland and others // Neuroscience – 2005. – Vol. 130 – P. 197–206.
  10. Williams J.M. Effects of repeated inhalation of toluene on ionotropic GABA A and glutamate receptor subunit levels in rat brain / J. M. Williams, D. Stafford, J. D. Steketee // Neurochemistry International. – 2005. – Vol. 46 – P. 1-10.
  11. Win-Shwe T.T. Toluene induces rapid and reversible rise of hippocampal glutamate and taurine neurotransmitter levels in mice / T. T. Win-Shwe, D. Mitsushima, D. Nakajima and others // Toxicology Letters – 2007. – Vol. 168- P. 75–82
  12. Stengard K. Acute toluene exposure decreases extracellular gammaaminobutyric acid in the globus pallidus but not in striatum: amicrodialysis study in awake, freely moving rats / K. Stengard, W. T. O’Connor // European Journal of Pharmacology – 1994. – Vol. 292 – P. 43-46.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.