CC BY
60
№ 2 - 2013 г.
14.00.00 медицинские и фармацевтические науки УДК 616-009+615.277.3]:616-008.9
МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ НЕОПЛАСТИЧЕСКОЙ ИНТОКСИКАЦИИ И ПРИМЕНЕНИИ ЦИТОСТАТИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ
Ю. В. Сорока
ГВУЗ «Тернопольский государственный медицинский университет имени И.Я. Горбачевского» МЗ Украины (г. Тернополь, Украина)
Хроническая неопластическая интоксикация в сочетании с применением цитостатических препаратов сопровождается существенной активизацией процессов свободнорадикального окисления, повышенным накоплением в крови токсичных продуктов перекисного окисления липидов, выраженным дисбалансом факторов антиоксидантной защиты, что способствует распространению токсемии, генерализации патологического процесса и существенному повышению процессов апоптоза и некроза CD3-лимфоцитов в тканях печени и почки.
Ключевые слова: неопластическая интоксикация, диметилгидразин, цитостатики, CD3-лимфоцит, апоптоз, некроз.
^рока Юрий Викторович — ассистент кафедры хирургии с анестезиологией № 2 ГВУЗ «Тернопольский государственный медицинский университет имени И.Я. Горбачевского», рабочий телефон: 38 0352 27 33 41, e-mail: [email protected]
Введение. Повышение эффективности лечения онкологических больных — одно из приоритетных направлений развития здравоохранения во всем мире. Вместе с тем, токсичность компонентов химиотерапии и наличие у нее выраженных побочных эффектов часто является основным фактором ограничения применения адекватной цитостатической терапии и иногда бывает настолько серьезной, что требует прекращения лечения еще до получения четкого противоопухолевого эффекта. Гепато- и нефротоксические реакции наблюдаются в клинической практике при использовании практически всех групп цитостатиков. Важной проблемой современной клиники является хронический онкогенный токсикоз, возникающий при развитии онкопатологического процесса. Действие эндогенных токсических соединений при онкогенной интоксикации закономерно приводит к выраженной полиорганной недостаточности в первую очередь печени, почек и органов иммуногенеза [2].
Изучение процесса апоптоза и механизмов его регуляции в отдельных клеточных популяциях иммунной системы необходимо не только для выяснения патогенеза многих заболеваний, это также важно для разработки новых подходов к управлению иммунопатологическими процессами, в частности путем создания нового класса иммуномодулирующих препаратов, способных регулировать интенсивность апоптоза [5]. Гепатотоксины вызывают гибель клеток как по механизмам некроза, так и апоптоза, что показано на примере парацетамола, тетрахлорметана и других ксенобиотиков, а соотношение между этими процессами определяется дозой, применением протекторов и другими факторами [1].
Целью данного экспериментального исследования стало изучение особенностей развития метаболических нарушений у подопытных животных в условиях смоделированного неопластического процесса при сочетанном введение цитостатических препаратов, а также установление роли выявленных метаболических изменений в индукции апоптоза лимфоцитов печени и почек.
Материалы и методы исследования. Исследование выполнено на 100 половозрелых беспородных белых крысах-самцах с массой тела 80-185 г, которые содержались в стандартных условиях вивария. Все манипуляции с экспериментальными животными проводили с соблюдением правил «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или других научных целей» [6].
Хроническую неопластическую интоксикацию моделировали путем введения несимметричного 1,2-диметилгидразин гидрохлорида (ДМГ), предварительно разведенного изотоническим раствором натрия хлорида. Канцероген вводили подкожно в межлопаточную область в дозе 7,2 мг/кг (в расчете на действующее вещество) 1 раз в неделю на протяжении 30 недель, четко по массе животных из расчета 0,1 мл раствора ДМГ на 10 г массы тела [3]. Как компоненты цитостатической терапии использовали препараты Доксорубицин и Метотрексат. Метотрексат вводили внутрижелудочно 2 раза в неделю из расчета 15 мг/кг массы животного, Доксорубицин вводили внутрибрюшинно в дозе 10 мг/кг первый раз, в дальнейшем по 5 мг/кг еженедельно [4] параллельно с введеннием ДМГ в течение последних 8 недель експеримента. Процессы апоптоза и некроза CD3 -лимфоцитов определяли методом проточной лазерной цитофлюорометрии с использованием аннексина V-FITC. Анализ проб осуществляли на проточном цитометре Epics XL («Beckman Coulter», США). В крови, гомогенатах почки и печени исследовали активность свободнорадикальных процессов по содержанию ТБК-активных продуктов. Интенсивность ферментного звена антиоксидантной защиты оценивали по супероксиддисмутазной (СОД), каталазной (Кат), пероксидазной активности крови (ПАК) и концентрации церулоплазмина (ЦП); активность функционирования глутатион -зависимого звена антиоксидантной системы (АОС) оценивали по динамике изменений восстановленного глутатиона (ВГ), глутатионпероксидазы (ГП) и глутатионредуктазы (ГР). Токсичность плазмы крови оценивали по эритроцитарному индексу интоксикации (ЭИИ) и содержанию среднемолекулярных пептидов. Полученный в результате эксперимента цифровой материал был систематизирован и обработан с помощью методов вариационной статистики с использованием программы «Microsoft Exel 6.0».
Результаты исследования и их обсуждение. Искусственно индуцированные с помощью определенных канцерогенов опухоли у лабораторных животных создают возможность для исследования различных аспектов канцерогенеза, которые не могут быть эффективно изучены непосредственно на человеческом организме [7]. На сегодняшний день разработано значительное количество экспериментальных моделей инициации опухолевого роста в различных органах. Одной из них является диметилгидразиновая
модель [8, 10]. Метаболические изменения, возникающие при индукции опухолевого процесса с помощью ДМГ, близки к тем, которые имеют место у человека при развитии рака толстой кишки [9].
Неопластический эндотоксикоз приводит к существенному росту концентрации ТБК-активных продуктов в сыворотке крови и гомогенатах исследуемых органов (табл. 1). Наблюдается повышение концентрации МДА в гомогенатах печени и почки в 2,3 и 2,5 раза соответственно по сравнению с аналогичным показателем в группе контрольных животных. Концентрации ДК в гомогенатах исследуемых органов при данных патологических условиях также достоверно возрастали. В печени этот показатель превышал аналогичный в группе интактных животных на 236,2 % при поражении ДМГ и на 259,6 % при поражении ДМГ на фоне введения цитостатиков. Аналогичная динамика отмечалась и при исследовании этого показателя в гомогенате почки: на 230,9 и 216,2 % соответственно. Активность СОД в этих условиях достоверно уменьшалась относительно аналогичных показателей у контрольной группы животных: в ткани печени на 31,6 и 40,7 %, в ткани почки — на 32,9 и на 42,7 % соответственно.
Таблица 1
Показатели функционирования АОС, интенсивности ПОЛ у животных с неопластическим процессом при сочетанном применении препаратов
химиотерапии ^ ± m)
Показатель (среда исследования) Контрольная группа Неопластический эндотоксикоз Неопластический эндотоксикоз + цитостатики
Кат, мкат/л (сыворотка крови) 2,93 ± 0,29 4,66 ± 0,31 *** 4,56 ± 0,26
Кат, мкат/кг (гомогенат печени) 0,53 ± 0,02 0,38 ± 0,01*** 0,29 ± 0,01###
КТ, мкат/кг (гомогенат почки) 1,64 ± 0,04 1,18 ± 0,02* 1,09 ± 0,01
СОД, ус.ед/мг (гомогенат печени) 3,19 ± 0,16 2,18 ± 0,19** 1,89 ± 0,20
СОД, ус.ед/мг (гомогенат почки) 9,13 ± 0,62 6,13 ± 0,58*** 5,23 ± 0,42
ЦП, мг/л (сыворотка крови) 20,04 ± 0,49 11,96 ± 0,23*** 10,23 ± 0,25###
МДА, мкмоль/кг (гомогенат печени) 3,18 ± 0,14 7,42 ± 0,16*** 7,89 ± 0,26
МДА, мкмоль/кг (гомогенат почки) 2,54 ± 0,05 6,29 ± 0,07*** 8,25 ± 0,27###
ДК, ус.ед/г (гомогенат печени) 0,99 ± 0,01 3,33 ± 0,04** 3,56 ± 0,08#
ДК, ус.ед/г (гомогенат почки) 0,68 ± 0,01 2,25 ± 0,02*** 2,15 ± 0,04
ВГ, ммоль/г (гомогенат печени) 2,97 ± 0,06 1,91 ± 0,11*** 1,74 ± 0,13
ВГ, ммоль/г (гомогенат почки) 1,37 ± 0,22 0,73 ± 0,11** 0,66 ± 0,08
ГП, ммоль/(мин-кг) (гомогенат печени) 0,23 ± 0,021 0,14 ± 0,010*** 0,11 ± 0,01
ГП, ммоль/(мин-кг) (гомогенат почки) 0,12 ± 0,008 0,09 ± 0,01 0,081 ± 0,01
ГР, ммоль/(мин-кг) (гомогенат печени) 0,098 ± 0,003 0,075 ± 0,002*** 0,071 ± 0,002
ГР, ммоль/(мин-кг) (гомогенат почки) 0,037 ± 0,006 0,028 ± 0,002 0,021 ± 0,003
ПАК, мкмоль/(мин-л) 0,47 ± 0,01 0,53 ± 0,01** 0,65 ± 0,02##
Примечание. Здесь и в следующих таблицах: * — показатели, которые статистически достоверно отличаются от аналогичных в контрольной группе животных (* — р < 0,05; ** — р < 0,01; *** — р < 0,001); # — показатели, которые статистически достоверно отличаются от аналогичных в группе животных с неопластическим эндотоксикозом (# — р < 0,05; ## — р < 0,01; ### — р < 0,001)
В условиях моделирования неопластического процесса и его сочетания с компонентами цитостатической терапии происходит существенное и достоверно значимое возрастание активности Кат в крови подопытных животных на 55,6 % при снижении активности этого фермента в ткани почки (на 33,5 %) и ткани печени (на 45,3 %) по сравнению с животными контрольной группы. В группе животных с неопластическим токсикозом концентрация ЦП была в 1,7 раза ниже, чем у животных контрольной группы. На фоне сочетанного применения цитостатиков и канцерогена этот показатель был ниже аналогичного у интактных крыс в 2,0 раза.
В условиях смоделированной патологии наблюдалось существенное увеличение ЭИИ (табл. 2), а также возрастание содержания низко- и высокомолекулярных фракций СМП.
Таблица 2
Показатели эндогенной интоксикации в условиях экспериментального
канцерогенеза (M ± m)
Показатель Контрольная группа Неопластический эндотоксикоз Неопластический эндотоксикоз + цитостатики
ЭИИ, % 44,1 ± 1,1 97,1 ± 1,5*** 98,6 ± 1,9
СМП1 0,50 ± 0,02 0,78 ± 0,03*** 0,74 ± 0,03
СМП2 0,49 ± 0,03 0,99 ± 0,05*** 1,02 ± 0,07
Ксмп 0,98 ± 0,04 1,26 ± 0,08* 1,38 ± 0,09
Баланс между гибелью и пролиферацией клеток определяет клеточный гомеостаз организма. Соотношение этих двух форм ответа — пролиферации лимфоцитов и апоптоза — является важным параметром реактивности иммунной системы. Это соотношение изменяется при патологии, что может стать объектом направленного воздействия с помощью иммуномодулирующих средств.
В результате эксперимента в печени здоровых белых крыс показатель раннего апоптоза лимфоцитов составлял (1,10 ± 0,048) %, некроза — (0,26 ± 0,02) %. В почке животных этой группы физиологический уровень апоптоза составил (0,87 ± 0,03) %, некроза — (0,16 ± 0,02) %.
При введении ДМГ подопытным животным наблюдался рост показателя апоптоза лимфоцитов печени до (5,44 ± 0,12) %; некроза — до (6,02 ± 0,11) %, что превышало аналогичные показатели в группе интактных животных в 4,9 и в 23,2 раза соответственно. При смоделированной неопластической интоксикации на фоне приема цитостатических препаратов апоптоз лимфоцитов печени составил (6,43 ± 0,46) %, клетки в фазе некроза составляли (7,19 ± 0,39) %, т. е. увеличились в 5,9 и 27,6 раза по сравнению с показателями интактной группы животных. Аналогичная динамика исследуемых показателей отмечалась и в ткани почки. Так, уровень индуцированного апоптоза в этом органе в условиях моделирования неопластического процесса составлял (2,84 ± 0,11) %, а при сочетании с введением препаратов химиотерапии — (3,06 ± 0,23) %. Лимфоциты почки в фазе некроза составляли соответственно (1,71 ± 0,06) и (2,07 ± 0,29) %. Таким образом, проведенное экспериментальное исследование позволило сделать вывод как о выраженной индукции процессов апоптоза лимфоидных клеток печени и почки, так и о росте числа клеток в поздней стадии апоптоза (стадии некроза) с преобладанием последних.
Выводы
1. Хроническая неопластическая интоксикация на фоне введения цитостатических препаратов сопровождается повышенным накоплением токсичных продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и дисбалансом звеньев системы антиоксидантной защиты.
2. Эндотоксин-индуцированное поражение печени на фоне оксидативного стресса активизирует процессы апоптоза и некроза CD3—лимфоцитов в тканях печени и почки, что связано с ингибированием дыхательной цепи митохондрий продуктами переокисления липидов и активацией образования избытка АФК, ведущих к высвобождению цитохрома С в цитоплазму клеток.
Список литературы
1. Аруин Л. И. Апоптоз и патология печени / Л. И. Аруин // Рос. журн. гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. — 1998. — № 2. — С. 6-10.
2. Белицкий Г. А. Химический канцерогенез / Г. А. Белицкий // Вопр. онкологии. —
2008. — Т. 50, № 6. — С. 166-168.
3. Дерягина В. П. Экспериментальное изучение действия Lentinus Edodes (Шиитаке) на рост опухоли у мышей на моделях трансплантационного и химического канцерогенеза / В. П. Дерягина, Н. И. Рыжова, А. Н. Разин // Рос. онкол. журн. —
2009. — № 1. — С. 33-38.
4. Зарипова И. В. Эндогенная интоксикация в формировании патологии сердца, вызванной компонентами цитостатической химиотерапии (экспериментальное исследование : автореф. дис... канд. мед. наук / И. В. Зарипова. — Волгоград, 2008.
— 22 с.
5. Apoptosis of Neutrophils / N. A. Maianski, A. N. Maianski, T. W. Kuijpers, D. Roos // Acta Haematologica. — 2004. — Vol. 111, N 1-2. — P. 56-66.
6. European convention for the protection of vertebrate animais used for experimental and other scientific purposes. — Council of Europe, Strasbourg, 1986. — 56 p.
7. Nigro N. D. Experimental intestinal carcinogenesis / N. D. Nigro, A. W. Bull // Br. J. Surg. — 1985. — Vol. 1, N. 1. — P. 36-41.
8. Onose J. Rapid induction of colorectal tumours in rats initiated with 1,2 dimethylhydrasine followed by dextran sodium sulfare treatment / J. Onose, T. Imai, M. Hasumura // Cancer Letters. — 2003. — Vol. 198, N. 2. — P. 145-152.
9. Oravec C. T. Activation of the colon cancerogen 1,2 dimethylhydrasine in the rat colon cell mediated mutagenesis assay/ C. T. Oravec, C. A. Jones, E. Huberman // Cancer. — 1996. — Vol. 46, N. 2. — P. 5068-5071.
10. Perse M. The dimethylhydrazine induced colorectal tumours in rat — experimental colorectal carcinogenesis / M. Perse, A. Cerar // Radiol Oncol. — 2005. — Vol. 39, N. 1.
— P. 61 -70.
METABOLIC VIOLATIONS AT CHRONIC NEOPLASTIC INTOXICATI ON AND CYTOSTATIC THERAPY APPLICATION
Y. V. Soroka
SHPE «Ternopil state medical university n. a. I. Y. Gorbachevsky» of Ministry of Health of the
Ukraine (Ternopol, the Ukraine)
Chronic neoplastic intoxication in combination with application of cytostatic preparations is accompanied with essential activation of free radical oxidation processes, increased accumulation of toxic products of lipids peroxidation in blood, expressed imbalance of antioxidant protective factors that promotes distribution of toxemia, generalization of pathological process and essential increase of processes apoptosis and necrosis of CD3-lymphocytes in tissues of liver and kidneys.
Keywords: neoplastic intoxication, dimethylhydrazine, cytostatics, CD3 lymphocyte, apoptosis, necrosis.
About authors:
Soroka Yury Viktorovich — assistant of surgery chair with anesthesiology № 2 of SHPE «Ternopil state medical university n. a. I. Y. Gorbachevsky», office phone: 38 0352 27 33 41, email: [email protected]
List of the Literature:
1. Aruin L. I. Apoptosis and liver pathology / L. I. Aruin // Rus. journ. of gastroenterologies, hepatology, coloproctology. — 1998 . — № 2. — P. 6-10.
2. Belitsky. G. A. Chemical carcinogenesis / G. A. Belitsky // Quest. of oncology. — 2008.
— V. 50, № 6. — P. 166-168.
3. Deryagina V. P. Experimental studying of Lentinus Edodes (Shiitaka) action on tumor growth at mice on models of transplant and chemical carcinogenesis / V. P. Deryagina, N. I. Ryzhov, A. N. Razin // Rus. oncol. journ. — 2009 . — № 1. — P. 33-38.
4. Zaripova I. V. Endogenous intoxication in formation of cardiopathology of heart caused by components of cytostatic chemotherapy (pilot study: autoref. dis ... cand. of medical sciences / I. V. Zaripova. — Volgograd, 2008. — 22 P.
5. Apoptosis of Neutrophils / N. A. Maianski, A. N. Maianski, T. W. Kuijpers, D. Roos // Acta Haematologica. — 2004. — Vol. 111, N 1-2. — P. 56-66.
6. European convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes. — Council of Europe, Strasbourg, 1986. — 56 p.
7. Nigro N. D. Experimental intestinal carcinogenesis / N. D. Nigro, A. W. Bull // Br. J. Surg. — 1985. — Vol. 1, N. 1. — P. 36-41.
8. Onose J. Rapid induction of colorectal tumours in rats initiated with 1,2 dimethylhydrasine followed by dextran sodium sulfare treatment / J. Onose, T. Imai, M. Hasumura // Cancer Letters. — 2003. — Vol. 198, N. 2. — P. 145-152.
9. Oravec C. T. Activation of the colon cancerogen 1,2 dimethylhydrasine in the rat colon cell mediated mutagenesis assay/ C. T. Oravec, C. A. Jones, E. Huberman // Cancer. — 1996. — Vol. 46, N. 2. — P. 5068-5071.
10. Perse M. The dimethylhydrazine induced colorectal tumours in rat — experimental colorectal carcinogenesis / M. Perse, A. Cerar // Radiol Oncol. — 2005. — Vol. 39, N. 1.
— P. 61 -70.
