MODERN EDUCATION AND DEVELOPMENT
Выпуск журнала №-24
Часть–4_ Апрель –2025
232
МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ МИТОХОНДРИЙ
ГЕПАТОЦИТОВ БЕЛЫХ КРЫС ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ
СОЛЕЙ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Очилов Комил Рахимович.
Бухарский медицинский институт, Бухара, Узбекистан
Резюме: В свете вышеизложенного приобретает изучение механизма
токсического действия того или иного ксенобиотика, а также их сочетания,
что предусматривает исследование их эффектов на структурное состояние
клеток различных тканей и их мембранных компонентов.
В результате масштабных реформ, осуществленных за годы
независимости, в нашей стране достигнуты определенные успехи в
предотвращении токсического воздействия пестицидов и солей тяжелых
металлов на организм человека и животных.
Ключевые слова: фосфорорганических и хлорорганических пестицидов,
морфометрических и ультраструктурных параметров печени и гепатоцитов,
бутилкаптакс, дроппа и соли свинца.
Соли тяжелых металлов (СТМ) присутствуют в окружающей среде и
являются причиной многих хронических заболеваний человека и животных [1].
В основе токсического действия тяжелых металлов на живой организм лежит
повреждение клеток и их органелл, сопровождающееся их функциональными,
либо структурно-функциональными изменениями. Среди тяжелых металлов
опасными для жизни и здоровья являются кадмий, кобальт, свинец, цинк,
алюминий, хром и др.
Кадмий способен оказывать мутагенный и тератогенный эффекты на
организм, которые приводят к незначительным разрушениям клеточного
аппарата плаценты и эмбриональных тканей на ранних этапах органогенеза [2].
MODERN EDUCATION AND DEVELOPMENT
Выпуск журнала №-24
Часть–4_ Апрель –2025
233
Увеличение гепатосоматического индекса и наличие выраженных
некротических изменений в печени, является основным проявлением влияния
высоких доз кадмия [3]. В труде [4] было дано объяснение, что
гепатотоксическое действие кадмия, приводит к формированию значительных
изменений в биохимических показателях крови человека. В условиях
хронического отравления, кадмий приносит к деструкции печени и
повреждению почек, так как обладает выраженным гепатоксическим и
нефротоксическим действием [5].
Токсического действия кадмия, приводя к развитию митохондриальной
дисфункции. Рост ишемических явлений, возникающих из-за повреждения
эндотелиальных клеток сосудов печени, приводящих к формированию
гепатоцеллюлярной травмы [6]. В экспериментальном исследовании [7], было
установлено, что наибольшей чувствительностью к токсическому влиянию
кадмия обладают митохондрии и эндоплазматическая сеть гепатоцитов.
Хроническое воздействие ксенобиотика приводит к формированию структурных
изменений в клетках печеночной ткани, что проявляется в виде набухания и
изменения формы митохондрий, а также в появлении признаков их
биодеградации. Токсическое действие кадмия способствует развитию тотальной
гидропической дистрофии гепатоцитов, местами переходящей в баллонную
дистрофию. При острой интоксикации солями кобальта обнаружено:
лейкоцитоз, эритроцитоз, повышение концентрации гемоглобина в крови; при
хронической: лейкопения, эритроцитоз, повышение концентрации гемоглобина.
При интоксикации солями металлов выявлено разрушение мембран эритроцитов
крыс [8].
В связи с вышеизложенным становится актуальным изучение
конкретных механизмов влияния СТМ на энергопреобразующие функции
биомембран.
Цель работы изучить влияние ионов СТМ – хлористого кобальта и
хлористого кадмия на дыхание и окислительное фосфорилирование (ОФ)
митохондрий печени крыс в опытах
in vitro
.
MODERN EDUCATION AND DEVELOPMENT
Выпуск журнала №-24
Часть–4_ Апрель –2025
234
Материалы и методы
Митохондрии выделяли из печени крыс массой 150-200 г. методом
дифференциального центрифугирования по Шнайдеру в среде выделения,
содержащей 250 мМ сахарозы, 10 мМ трис-хлорида, 1 мМ ЭДТА, рН 7,4.
Содержание белка митохондрий определяли колориметрически по биуретовому
методу.
Скорость дыхания митохондрий в состояниях V
3
и V
4
измеряли при
помощи полярографа ОН - 102 (Венгрия, Radelkis) с открытым платиновым
электродом. Величины ДК и АДФ/О определяли по методу Чанса [5], исходя из
того, что количество кислорода в 0,5 мл среды инкубации при 26
о
С составляет
250 нг - атом кислорода. В экспериментах использовали среду инкубации (СИ):
сахароза - 125 мМ, KCI - 60 мМ, KH
2
PO
4
- 2,5 мМ, сукцинат - 5 мМ, трис-НСI -
5 мМ, рН -7,4; добавки АДФ до конечной концентрации 0,2 мМ; концентрация
белка Мх 3 мг/мл. В инкубационную среду вносили ротенон, для
предотвращения накопления щавелевоуксусной кислоты, конкурентного
ингибитора окисления сукцината.
Результаты и обсуждение
При изучении действия ионов кобальта на дыхание и ОФ митохондрий в
экспериментах
in vitro
(табл.1), показано, что ионы Co
2+
ингибируют дыхание в
метаболических состояниях V
3
и V
4
. При этом снижаются показатели
дыхательного контроля (ДК) и АДФ/О. Однако полное разобщение ОФ не
наблюдается. Достоверное ингибирование дыхания и разобщения ОФ
митохондрий отмечается и при воздействии более высоких концентраций Co
2+
(5
10
-5
М
- 10
-4
М).
Таблица 1. Действие ионов кобальта на дыхание и
окислительное фосфорилирование митохондрий печени
крыс.
Условия опыта
Скорость потребления О
2
,
нг-атом О/мин. мг. белка
ДК
АДФ/О
V
3
V
4
MODERN EDUCATION AND DEVELOPMENT
Выпуск журнала №-24
Часть–4_ Апрель –2025
235
Контроль
74,0±1,22
19,6±0,24
3,78
2,00±0,03
Co
2+
1
10
-5
М
65,8±1,82
P<0,02
19,0±0,31
P>0,05
3,46
1,85±0,05
P<0,05
Co
2+
2
10
-5
М
58,6±2,82
P<0,01
18,4±0,24
P<0,02
3,19
1,74±0,04
P<0,01
Co
2+
5
10
-5
М
52,4±3,55
P<0,01
16,4±0,81
P<0,02
3,16
1,70±0,08
P<0,03
Co
2+
1
10
-4
М
48,0±5,18
P<0,01
14,4±1,96
P<0,05
3,3
1,62±0,03
P<0,001
Примечание
*
. СИ: Сахароза - 125 мМ, KCI - 60 мМ, KH
2
PO
4
- 2,5 мМ,
сукцинат - 5 мМ, трис-НСI - 5 мМ, рН - 7,4; добавки АДФ до конечной
концентрации 200 мкМ, концентрация белка 3 мг/мл.
Известно, что в отличие от Zn
2+
, низкие концентрации Co
2+
не влияют на
дыхательную цепь, тогда одной из причин угнетения дыхания и разобщения ОФ
ионами Co
2+
, возможно, является снижение потенциала мембран в результате
увеличения пассивной проницаемости для заряженных частиц мембран или
изменение состояния ЦсА-чувствительной поры.
По мнению исследователей [9] ионы Cо
2+
являются активаторами
цитохром
с
-оксидазной и ротеноннечувствительной НАД
.
Н -оксидазной
системы мембран митохондрий. Этими авторами показано, что повышение
активности этих ферментов зависит от концентрации CoCl
2
. Ионы Cо
2+
также
активируют сукцинатоксидазные системы дыхательной цепи митохондрий.
Авторы делают вывод, что присутствие ионов Cо
2+
в среде приводит к
значительным изменениям в цепи переноса электронов митохондрий [10,11].
С.М.Коротковым и др. [12] выявлено, что действие ионов Cd
2+
на дыхание
и ОФ митохондрий является своеобразным: сравнительно низкие концентрации
стимулируют дыхание в состояниях V
3
и V
4
, при этом коэффициенты ДК и
АДФ/О незначительно снижаются.
В этих условиях высокие концентрации этого катиона ингибируют
дыхание в обоих состояниях и приводят к полному разобщению ОФ со снятием
MODERN EDUCATION AND DEVELOPMENT
Выпуск журнала №-24
Часть–4_ Апрель –2025
236
механизма ДК. В опытах
in vitro
нами изучено влияние Cd
2+
на дыхание и ОФ
митохондрий печени крыс (табл. 2).
ТАБЛИЦА 2.
Действие ионов кадмия на дыхание и окислительное
фосфорилирование митохондрий печени крыс (опыты in vitro)
*
.
Условия
опыта
Скорость потребления О
2
, нг-
атом О/мин.мг белка
ДК
АДФ/О
V
3
V
4
Контроль
70,9±0,98
18,3±0,21
3,87
2,0±0,02
Сd
2+
5,0
10
-6
М 75,8±1,13
P<0,05
20,1±0,40
P<0,02
3,77
1,9±0,02
P<0,05
Сd
2+
1,0
10
-5
М 83,6±2,99
P<0,01
22,5±0,80
P<0,001
3,72
1,9±0,02
P<0,05
Сd
2+
2,0
10
-5
М 23,3±3,78
P<0,001
14,5±0,84
P<0,01
1,61
1,3±0,20
P<0,02
Сd
2+
2,0
10
-5
М
+ДТТ400мкМ
46,3±4,86
P<0,01
20,7±0,21
P<0,001
2,24
1,6±0,10
P<0,02
Сd
2+
7,5
10
-5
М 14,0±2,92
P<0,001
14,0±0,93
P<0,01
1,00
-
Примечание
*
. Среда инкубации: Сахароза - 125 мМ, KCI-60 мМ, KH
2
PO
4
- 2,5 мМ, сукцинат - 5 мМ, трис-НСI-5 мМ, рН -7,4; добавки АДФ до конечной
концентрации 0,2 мМ.
Ионы Cd
2+
в сравнительно низких концентрациях увеличивали
показатели V
3
и V
4
, однако при этом коэффициенты ДК и АДФ/О незначительно
снизились. Добавление к суспензии митохондрий Cd
2+
до конечной
концентрации 1
10
-5
М также вызывало одновременную стимуляцию дыхания в
состояниях V
3
и V
4
, при этом величины ДК и АДФ/О были чуть ниже уровня
контроля. Дальнейшее увеличение концентрации Cd
2+
в среде приводило к
угнетению дыхания. При увеличением концентрации Cd
2+
до 2
10
-5
М дыхание
митохондрий в состоянии V
3
угнеталось на 67%. Подавление дыхания
наблюдалось и в состоянии V
4
. Вследствие отмеченного угнетения уменьшалась
MODERN EDUCATION AND DEVELOPMENT
Выпуск журнала №-24
Часть–4_ Апрель –2025
237
величина коэффициента ДК до 1,61; АДФ/О-1,3. При концентрации Cd
2+
7,5
10
-5
М коэффициент ДК уменьшился до 1, т.е. происходило полное разобщение ОФ
со снятием механизма ДК.
В наших экспериментах дитиотреитол (ДТТ) снимает эффект Cd
2+
на
дыхание и систему ОФ (табл.2). Известно, что ДТТ защищает тиоловые группы
митохондриальных мембран. Можно предположить, что эффект Cd
2+
на
функцию мембран митохондрий опосредован через тиоловые группы мембран.
Механизмы действия Cd
2+
на дыхание и ОФ митохондрий достаточно
сложны и привлекают многих исследователей. Еще в 80 годы было показано, что
Cd
2+
увеличивает проницаемость мембран митохондрий для катионов и
активирует дыхание. Более высокие концентрации Cd
2+
ингибируют дыхание в
присутствии разобщителей ОФ.
Действие Cd
2+
на функции митохондрий зависит от его концентрации. По-
видимому, в присутствии высоких концентраций ингибируются активности
сукцинатдегидрогеназы, цитохром С - оксидазы и др. ферментов, в результате
чего подавляется дыхание.
Эффект Cd
2+
на дыхание частично снимается ионами тяжелых металлов и
классическим ингибитором транспорта Са
2+
в Мх - рутениевым красным [13],
однако механизмы действия этих агентов окончательно не выяснены.
Необходимо отметить, что эффекты Cd
2+
на дыхание и ОФ Мх отличается
от влияния Co
2+
. В более высоких концентрациях Co
2+
полностью не разобщает
ОФ (табл.1), в то время Cd
2+
полностью разобщает ОФ митохондрий.
Проведенными нашими исследованиями в настоящей работе
установлено, что ионы Со
2+
и Сd
2+
разобщают ОФ. Однако, механизмы
разобщения ОФ тяжелыми металлами окончательно не установлены. К
настоящему времени установлены механизмы действия разобщителей ОФ. Все
механизмы и постулаты действия разобщителей ОФ полагают, что они
облегчают переход протонов (Н
+
) или других заряженных частиц
непосредственно через мембрану митохондрий.
MODERN EDUCATION AND DEVELOPMENT
Выпуск журнала №-24
Часть–4_ Апрель –2025
238
Двигателем же процесса образования АТФ из АДФ и неорганического
фосфата как раз и является градиент протонов по обе стороны мембраны Мх, не
проницаемой для Н
+
, поддерживаемый реакциями биологического окисления.
Однако, молекулы разобщителей - протонофоров могут связать Н
+
, а ионофоры
какой-либо катион и переносить их через внутренную мембрану, в результате
чего наблюдается снижение МП мембран и разобщение ОФ.
Возможно, в наших экспериментах ионы тяжелых металлов
взаимодействуют с мембранами митохондрий и индуцируют пассивную их
проницаемость. В результате чего наблюдается снижение мембранного
потенциала и разобщение ОФ митохондрий.
Таким образом, в экспериментах
in vitro
установлено, что исследуемые
нами тяжелые металлы Co
2+
и Cd
2+
эффективно влияют на дыхание и систему ОФ
митохондрий. Ионы Co
2+
ингибируют дыхание митохондрий в состояниях V
3
и
V
4
, разобщая ОФ. Эффект Cd
2+
на дыхание и ОФ митохондрий отличается от
действия Co
2+
и других тяжелых металлов. При этом, Cd
2+
в низких
концентрациях увеличивает дыхание митохондрий, в высоких концентрациях
ингибирует его. Полученные в настоящей работе результаты расширяют
традиционные представления о различных механизмах действия тяжелых
металлов на биоэнергетический метаболизм клетки.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Hodgson E., Levi P.E. Pesticides: An important but underused model for the
environmental health sciences // Environ. Health Persp. – 1996. – Vol. 104. – № 1. –
P. 97-106.
2.
Chen, K.L. Mercuric compounds induce pancreatic islets dysfunction and
apoptosis in vivo / K.L. Chen, S.H. Liu, C.C. Su // International Journal of Molecular
Sciences. — 2012. — Vol. 13. — № 10. – P.12349—12366.
3.
Mazzei, V. Bioaccumulation of cadmium and lead and its effects on
hepatopancreas morphology in three terrestrial isopod crustacean species / V. Mazzei,
G. Longo, M.V. Brundo, F. Sinatra, C. Copat, C.G. Oliveri, M. Ferrante //
Ecotoxicology and Environmental Safety. — 2014. — Vol. 30. № 110. – Р. 269—279.
MODERN EDUCATION AND DEVELOPMENT
Выпуск журнала №-24
Часть–4_ Апрель –2025
239
4.
Adams, S.V. Cadmium exposure and cancer mortality in the Third National
Health and Nutrition Examination Survey cohort // S.V. Adams, M.N. Passarelli, P.A.
Newcomb // Occupational and Environmental Medicine. — 2012. — Vol. 69. — № 2.
– Р. 153—156.
5.
Chen, K.L. Mercuric compounds induce pancreatic islets dysfunction and
apoptosis in vivo / K.L. Chen, S.H. Liu, C.C. Su // International Journal of Molecular
Sciences. — 2012. — Vol. 13. — № 10. – P.12349—12366.
6.
Blum J. L. Short-term inhalation of cadmium oxide nanoparticles alters
pulmonary dynamics associated with lung injury, inflammation, and repair in a mouse
model / J.L. Blum, L.K. Rosenblum, G. Grunig, M.B. Beasley, J.Q. Xiong // Inhalation
Toxicology. — 2014. — Vol. 26. — № 1. – Р. 48—58.
7.
Гутникова, А.Р. Возможность восстановления структуры печени при
интоксикации солями тяжелых металлов / А.Р. Гутникова, И.М. Байбеков, Д.Д.
Ашурова, Б.А. Саидханов, К.О. Махмудов // Медицина труда и промышленная
экология, —2012. — № 6. – С. 32—35.
8.
Сравнительное действие солей кобальта на баланс белков и жидкости в
организме крыс [Текст] Г.Р. Хантурина // Современные наукоемкие технологии:
Мат. межд. конф. (Египет, 2011) // Между народный журнал приклад. И
фундамент. исследований.- 2011.- №5.- С. 61-62.
9.
Алматов К.Т., Саидходжаев Г.М., Клемешева Л.С., Иргашев М.С.
Защитное действие кобальта при инактивации сукцинатоксидазы и НАД
.
Н-
оксидазы дыхательной цепи митохондрий фосфолипазой А
2
// Узб.биол.журн. –
Ташкент, 1998. № 2. – С. 32-35.
10.
Ибрагимова К.М., К.Т.Алматов. Действие ионов кобальта на дыхательной
функции митохондрий // Наука, образование, техника. Международный научный
журнал. – Министерство образования и культуры Кыргызской Республики, 2003.
– № 1-2. – С. 104-109.
11.
Саидходжаев Г.М., Иргашев М.С., Клемешева Л.С., Алматов К.Т. Влияние
ионов кобальта на активность полиферментных систем дыхательной цепи
митохондрии печени крыс // Узб. биол. журн. – 1996. № 1-2. – С. 17-20.
MODERN EDUCATION AND DEVELOPMENT
Выпуск журнала №-24
Часть–4_ Апрель –2025
240
12.
Коротков С.М., Глазунов В.В., Розенгарт Е.В., Суворов А.А., Нестеров
И.П., Хованских А.Е. Влияние гидрофильного комплекса кадмия с анабазином
на энергизованные митохондрии печени крысы // Доклады Академии наук
России. –Россия, 1996. – Т. 346. – № 4. – C. 552-554 .
13.
Коротков С.М., Скульский И.А. Изменение влияния Cd
2+
на дыхание
изолированных митохондрий печени крысы после их преинкубации с Ca
2+
,
Sr
2+
,
Ba
2+
,
Mn
2+
и рутениевым красным // Цитология. – 1996. – Т. 38. – № 4-5. – С. 500-
509.
