Научная работа кафедры биохимии

Кафедра внесла определенный вклад в подготовку научно-педагогических кадров высшей квалификации, только за последние 10 лет на кафедре аспирантами, соискателями защищено 15 докторских и около 60 кандидатских диссертаций. Основными научными направлениями кафедры за годы работы были: клиническая биохимия, экологическая и токсикологическая биохимия, патохимия термических поражений, биохимические механизмы действия лекарственных соединений. Клиническая биохимия представлена изучением молекулярных механизмов патогенеза и патогенетического лечения заболеваний различных органов и систем: сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, нервной системы, опорно-двигательной системы, геморрагической лихорадки с почечным синдромом и другой вирусной патологии, опухолевого процесса. Серия работ была посвящена изучению патохимии травм и термических поражений, туберкулеза, биохимии кумыса, микроорганизмов, гиповитаминозов, внутриутробной инфекции у новорожденных и др.
При этом, например, установлены ранее неизвестные звенья патогенеза геморрагической лихорадки с почечным синдромом (ГЛПС). Показано, что основное значение в патогенетических механизмах развития, прогрессирования геморрагического и почечного синдромов, других метаболических и функциональных нарушений при этом заболевании имеют усиление процессов липопероксидации, характерные сдвиги в обмене простагландинов, компонентов системы гемостаза, продукции оксида азота, изменения цитокинового статуса и гемореологических свойств форменных элементов крови.
Выявлено, что однонаправленность сдвигов в виде усиления пероксидации липидов, депрессии антиоксидантной защиты, активации внутрисосудистого свертывания крови и несостоятельности фибринолитической системы, нарушения метаболизма продуктов полиненасыщенных жирных кислот – подавление депрессорных и гиперпродукция прессорных серий простаноидов являются составными компонентами патогенеза ГЛПС, а выраженная дисфункция этих систем наблюдается при развитии ее осложнений. Показано, что в формировании ДВС-синдрома при данном заболевании важная роль принадлежит изменению способности эритроцитов к агрегации с нарушением мембран эритроцитов, снижением активности мембранных АТФаз и накоплением в эритроцитах продуктов перекисного окисления липидов. На основании полученных данных разработаны и внедрены новые технологии лечения и реабилитации больных ГЛПС.
Резюмируя итоги исследований по проблеме термических поражений можно отметить следующее. Коллективом кафедры были установлены закономерности изменений метаболизма белков, липидов и углеводов, энергетического обмена и гормонального статуса при ожоговой болезни в детском возрасте. Экспериментально показано, что термическая травма приводит к развитию дефицита энергообеспечения тканей со снижением содержания и продукции АТФ в клетках, нарушением процессов тканевого дыхания, синтеза пиридиннуклеотидов и соотношения их окисленных и восстановленных форм; характеризуется появлением метаболических блоков дихотомического окисления глюкозы и уменьшением ее тканевой утилизации, активацией процессов глюконеогенеза, увеличением энергетической значимости жирных кислот, глицерина, аминокислот. Установлено, что существенное превалирование катаболических реакций белкового метаболизма над анаболическими, приводящие к развитию белковой недостаточности, обусловлены главным образом повышением проницаемости лизосомальных мембран с активацией тканевых протеиназ и индукцией их новообразования. Обнаружено, что для тяжелых ожогов характерны изменения гормонального статуса с угнетением продукции тиреоидных гормонов, андрогенов и возрастанием уровня АКТГ, кортизола, эндогенных опиоидных пептидов, глюкогона и инсулина, нарушения гормонально-рецепторных взаимодействий с угнетением связывания инсулина, снижением цитозольных рецепторов андрогенов. Исследования в клинических условиях состояния обмена веществ у детей с термическими травмами доказали приложимость разработанных в эксперименте подходов, что позволило обосновать и внедрить в камбустологию новые методы и схемы лечения, которые оправдали себя при лечении детей после «ожоговой» катастрофы поездов под станцией Улу-Теляк в 1989 г.
Исследования по биохимическим механизмам действия лекарственных соединений на нашей кафедре были заложены еще работами одного из заведующих кафедры профессором И.Л. Вакуленко. В этом направлении были также выполнены диссертационные работы М.А. Абдульменева, Ф.Х. Камилова, Е.А. Молодцова, А.Ш. Юхановой, Р.М. Кондратенко, А.Р. Халимова, Е.С. Волковой, И.Э. Абрамовой. Фармакологической коррекции метаболических сдвигов при различных состояниях посвящены также отдельные главы диссертационных работ: Г.Х. Мирсаевой, В.Б. Егорова, Г.А. Павловой, А.Н. Закировой, Р.М. Саляховой, Р.А. Салахова, Э.М. Низамовой, Р.Х. Ахметова, И.Ж. Шайбакова, А.В. Перевалова, Ф.Х. Шаймухаметовой, Н.Т. Габдуллиной и др. При этом можно выделить цикл работ, проведенных совместно с фармакологами под руководством заведующего кафедрой фармакологии № 1 Почетного академика АН РБ, Лауреата Государственной премии, профессора Д.Н. Лазаревой, по установлению метаболических механизмов фармакологических эффектов пиримидиновых производных – пентоксила, метоксила (метилурацила), оксиметилурацила и др.
Ведущим научным направлением работы кафедры особенно в последние годы, наряду с клинической биохимией, является экологическая и токсикологическая биохимия. По данному направлению кафедра активно сотрудничает с рядом научных учреждений Башкортостана и России.
Изучены токсикологические и метаболические эффекты новых органических продуктов и композиций, внедренных в аэрокосмической и авиационной промышленности, а также ароматических и хлорорганических соединений, крупнейшим производителем которых в России является Башкортостан. Экспериментально изучены закономерности развития метаболических нарушений при действии гербицидов на основе 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты, хлорированных бифенилов, пиромеелитового ангидрида и других соединений, относящихся к группе стойких органических загрязнителей.
В результате проведенных исследований показано, что в развитии интоксикации при действии указанных поллютантов ведущее значение имеют усиление микросомального окисления с индукцией синтеза проинформационной РНК цитохромов p450 и b5 и увеличением содержания монооксигеназных энзимов тканей мозга, печени, легких, почек, а также активация процессов свободно-радикального окисления с пероксидацией мембранных липидов, нарушением функций транспортных и рецепторных белков клеточных мембран, снижением физиологической антиоксидантной защиты. Уровень и выраженность указанных изменений зависит от частоты и интенсивности поступления стойких органических загрязнителей. При этом в клетках обнаруживается сдвиги процессов тканевого дыхания и энергопродукции. Динамика изменений содержания АТФ, энергетического заряда клеток, процессов энергообразования и использования АТФ характеризуется определенной закономерностью: при низких (подпороговая и пороговая) концентрациях экотоксикантов или их непродолжительном поступлении энергетическая система клеток компенсирует имеющуюся нагрузку, хотя и наблюдаются изменения в соотношении аэробных и анаэробных процессов, интенсивности синтеза и перефосфорилирования адениловых нуклеотидов, смещение концентрации основных электролитов во вне- и внутриклеточных пространствах. При действии более высоких концентраций или при продолжительном поступлении экотоксикантов отмечается развитие дефицита АТФ с некомпенсированным, хотя и усиленным ее синтезом. Одновременно наблюдается снижение уровня неферментативного и ферментативного звеньев антиоксидантной защиты, синтетической фазы детоксикации, нарастание электролитного дисбаланса, нарушений обмена нуклеиновых кислот, белка, гликогена, липидов и другие явления метаболической декомпенсации. Методом нозерн-дот молекулярной гибридизации из органов крыс с мечеными фрагментами ДНК генов подтверждено, что при введении хлорированных бифенилов также как и диоксинов происходит стимуляция транскрипции гена именно токсифицирующей изоформы цитохрома Р-450-CYP 1А1, с которым связывают процессы мутагенеза, тератогенеза, канцерогенеза, изменения метаболизма стероидных соединений и др. Принято считать, что индуцирующее действие этих галогенированных поллютантов на CYP 1А1 опосредовано цитоплазматическим арилуглеводородным рецептором.
Методом полярографии, с использованием радиоактивных субстратов показано в митохондриях печени экспериментальных животных при введении хлорорганических поллютантов снижение биосинтеза белка, эффективности окислительного фосфорилирования при окислении НАД-зависимых субстратов и относительная интактность флавинзависимого участка дыхательной цепи. Выявлено также снижение активности ряда ферментов цитратного цикла и глутаматдегидрогеназы.
Целенаправленные исследования влияния хлорированных бифенилов (совтол, совол) и феноксигербицидов (аминная соль 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты) на органы и системы позволили получить новые данные раскрывающие их действие на систему крови, иммунитет, а также их гипотиреоидного и демаскулинизирующего эффектов. Так, вскрыты механизмы развития гематологических нарушений, сопровождающие интоксикацию гербицидами. Показано, что у животных при этом наблюдаются дозозависимые по выраженности и времени развития гемолитические сдвиги, характеризующиеся ускоренным разрушением эритроцитов в результате дестабилизации их мембран, торможением эритропоэза в костном мозге и, как следствие, развитием истинной анемии, со снижением функциональной и метаболической активности лейкоцитов, обширными морфофункциональными нарушениями различных органов и тканей. Выявлено, что иммунотропное действие феноксигербицидов характеризуется супрессивным эффектом на гуморальное звено, снижением энергетических и пластических процессов в макрофагах с последующим изменением их функций: антигенпрезентирующей, клиренса, Fe-розеткообразования, фагоцитоза. Показано, что в условиях интоксикации хлорированными СОЗ развиваются выраженные сдвиги тиреоидного статуса, которые являются отражением активной элиминации иодтиронинов из кровотока, замедления их периферического метаболизма и снижения гормонсинтезирующей функции щитовидной железы и характеризуются недостаточностью концентрации в крови тиреоидных гормонов, преобладанием их метаболически неактивных аналогов. Одновременно обнаружены признаки морфофункциональной патологии щитовидной железы, установлены молекулярные механизмы тиреоидзависимых нарушений энергетического обмена гепатоцитов, активности тиреоидзависимых внутриклеточных ферментов. Одной из главных причин развивающейся при интоксикации хлорфеноксигербицидами гипотиреоидного как и демаскулинирующего эффектов является десенситизация компетентных клеток гипоталамо-гипофизарной системы к центральным и периферическим регуляторным влияниям. Показано, что в основе изменений гаметогенеза и андрогеногенеза, биохимических и морфологических параметров семенной жидкости и сперматозоидов при интоксикации СОЗ лежат торможение потребления кислорода и основных субстратов окисления, изменения соотношения окисленных и восстановленных пиридиновых коферментов, ингибирование энзимов энергетического и пластического обмена, ферментных ансамблей биосинтеза половых стероидов в тестикулах, превалирование процессов свободнорадикального окисления при снижении антиоксидантной защиты, снижение чувствительности клеток репродуктивных органов к стимуляции тестостероном. Гонадотропные эффекты феноксисоединений характеризуются также подавлением сперматогенной активности яичек с вовлечением в патологический процесс главным образом зрелых половых клеток. Снижение оплодотворяющих свойств эякулята при интоксикации хлорфеноксигербицидами обусловлено уменьшением концентрации сперматозоидов, ограничением их подвижности, дыхательной активности и жизнеспособности, торможением потребления фруктозы, изменением активности маркерных энзимов гамет, снижением содержания белка и глюкозы, дефицитом тестостерона и пролактина.
Проведенные исследования позволили, во-первых, сформулировать общие молекулярные механизмы отрицательного действия данной группы химических факторов дезадаптации, уточнить последовательность развития взаимосвязанных биохимических реакций, приводящий к формированию патологического процесса при длительном поступлении малых доз токсиканта – развития преморбитного состояния.
Во-вторых, полученные результаты позволили выявить и обосновать комплекс информативных биохимических показателей ранней донозологической диагностики проявлений патогенного воздействия изученных СОЗ (хлорированные бифенилы, феноксигербициды, пиромелитовый диангидрид и некоторых циклических продуктов его технологического синтеза), что представляет интерес при мониторной оценке состояния здоровья лиц, имеющих производственный и непроизводственный контакт с этой группой соединений, а также показателей для оценки негативного влияния комплекса экотоксикантов окружающей среды на здоровье работников нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической производств и населения городов с выраженной экологической нагрузкой и неблагополучием.
В-третьих, были определены и экспериментально обоснованы методы и схемы фармакологической коррекции развивающихся метаболических и функциональных изменений, разработаны рекомендации по профилактике донозологических сдвигов в организме при действии антропогенных поллютантов. Так, учитывая заметное снижение содержания ретинола и токоферола в крови животных при хроническом отравлении хлорфеноксигербицидом, была проведена коррекция биохимических изменений с применением витаминов А и Е. Предположенная схема оказалась эффективной – способствовало нормализации стабильности мембран, уровня ТБК-активных продуктов в эритроцитах и кинетики феррицианидного метгемоглобин образования. В условиях острой и хронической интоксикации хлорированными бифенилами показаны антиоксидантный, мембраностабилизирующий и гепатопротекторный эффекты оксиметилурацила, обладающего иммуномодулирующим и анаболическим действием. При действии хлорированных бифенилов установлен протективный эффект бромантана, связанное с модуляцией синтеза пре-мРНК гена цитохрома Р450 СУР 1А1 в клетках печени и легких, гена СУР 1А2 в ткани печени и гена цитохрома b5 в клетках различных тканей. Показано, что введение экзогенных тиреоидных гормонов при интоксикации хлорированными гербицидами и хлорированными бифенилами способствует нормализации в печени сниженной активности энзимов энергетического метаболизма – сукцинат — , малат — , глутаматдегидрогеназ, лимитирующих ферментов мочевинообразования – карбамоилфосфатсинтетазы и аргиназы, увеличению потребления кислорода во всех метаболических состояниях митохондрии и положительным сдвигам энергетических показателей гепатоцитов.
С целью подтверждения экспериментальных данных были проведены целенаправленные исследования показателей биохимического, иммунологического и гормонального статуса, состояние здоровья рабочих основных профессиональных групп химических цехов по производству гербицидов на основе 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты, пиромеллитового диангидрида и некоторых циклических соединений – продуктов его синтеза, жителей городов с неблагоприятной экологической ситуацией.
Изучение состояния здоровья детей, проживающих в условиях комбинированного воздействия экотоксикантов, показало его зависимость от интенсивности техногенного загрязнения среды проживания. В районах с более высоким уровнем экологической нагрузки определена более высокая общая заболеваемость детей дошкольного возраста, обнаружены более низкий уровень в крови каротина, ретинола и α-токоферола, снижение перекисной резистентности эритроцитов, существенное падение каталазного числа, повышение концентрации инсулина, эстрадиола, сильная вариабельность содержания кортизола, снижение трийодтиронина и тироксина.
Определение гормонов в крови более 2000 мужчин репродуктивного возраста в городах с высокой концентрацией нефтехимических и химических производств (Уфа, Стерлитамак, Салават) позволили выявить значительные сдвиги их содержания по сравнению с референтными значениями. Так, среднее содержание основного полового гормона – тестостерона оказалось в 1,5 – 2 раза ниже, концентрация гонадотропных гормонов отличались большими колебаниями, но в среднем не отличались, в то же время наблюдались гиперпролактинемия, гиперэстрадиолэмия, диссоциация уровней АКТГ и кортизола. Полученные данные свидетельствуют о демаскулинизирующей и феминизирующей направленности процессов перестройки эндокринной регуляции системы репродукции мужчин в условиях экологического напряжения. Обобщение экспериментальных исследований, результатов клинического обследования мужчин, распространенности заболеваний мужской половой системы, данных лабораторного и биохимического анализов эякулята, метаболического и функционального состояния сперматозоидов выдвинуть концепцию о репродуктивном здоровье мужчин как чувствительном показателе экологического благополучия региона. На основании полученных результатов разработаны принципы мониторинга фертильности мужчин в условиях воздействия факторов внешней среды, поправки к Закону «О репродуктивном здоровье населения Республики Башкортостан». Исследования работников производства феноксигербицидов ОАО «Уфахимпром» также выявили сдвиги в содержании половых, гонадотропных гормонов и гормонов щитовидной железы; нарушения липидного обмена с увеличением содержания холестерина и атерогенных липопротеидов; развитие метаболических изменений, характерных для ускорения биологического старения: иммунной недостаточности со снижением Т-лимфоцитов, уровня иммуноглобулинов, депрессией функции фагоцитирующих клеток, связанной с метаболическими расстройствами: снижением клеточного содержания гликогена и липидов, повышением катаболических процессов и перекисного окисления липидов, падением антиоксидантной защиты.
У рабочих производств пиромеллитового диангидрида в плазме крови, эритроцитах и моче изменяются показатели, свидетельствующие об усилении процессов перекисного окисления липидов, в эритроцитах усиливается активность ферментов антиоксидантной защиты: каталазы, пероксидазы, супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы, глутатионтрансферазы, снижается содержание α-токоферола, коферола, изменяется характер хемилюминесценции мочи и плазмы крови. В эритроцитах в зависимости от длительности и интенсивности производственного контакта с исследуемыми ароматическими соединениями снижается энергетический заряд, уровень Са, Мg – зависимой АТФ-азы. На основании полученных данных были разработаны рекомендации по профилактике отрицательного воздействия производственных факторов на состояние здоровья работников, по улучшению условий труда, интенсивности и длительности трудового стажа, трудоустройства работников данных производств.
Естественно, это не полный перечень научных исследований, проводимых на кафедре, а лишь основные направления и основные достижения. Значительно больше проблем, вероятно, нас ждет впереди.

Добавить комментарий

(*) Required, Your email will not be published