CC BY
14
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
УДК 615.9 Машанов Антон Владимирович,
к. б. н., м. н. с. НИИ биофизики, Ангарская государственная техническая академия,
тел.: 8-(3955)-95-70-74, e-mail: [email protected] Юшков Геннадий Георгиевич, к. м. н., профессор кафедры экологии и безопасности деятельности человека, Ангарская государственная техническая академия, тел.: 8-(3955)-67-83-29, e-mail: [email protected]
Бенеманский Виктор Викторович, д. м. н., ведущий научный сотрудник НИИ биофизики, Ангарская государственная техническая академия,
тел.: 8-(3955)-95-70-78, e-mail: [email protected] Воронков Михаил Григорьевич, д. х. н., профессор, действительный член (академик) РАН, руководитель лаборатории ИрИХ СО РАН Федорин Андрей Юрьевич, директор центра внедрения технологий «Инноком», г. Иркутск
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ КОРРЕКЦИИ ОСТРОГО ОТРАВЛЕНИЯ ЭТАНОЛОМ
А.V. Маshаnоv, G.G. Yushkov, V.V. Benemansky, M.G. Vоrоnkоv, А.Yu. Fеdоrin
SYSTEM ANALYSIS OF CORRECTION OF ACUTE POISONING WITH ETHANOL
Аннотация. В статье представлены основные результаты патогенетически обоснованной коррекции острого отравления этанолом путем введения хелатного соединения цинка 2,8,9-тригидроцинкатрана.
Ключевые слова: этанол, алкогольдегидро-геназа, 2,8,9-тригидроцинкатран.
Abstract. In the article the basic results of pathogenetic substantiated correction of acute ethanol poisoning by introduction of chelate zinc compound 2,8,9-trihydrozincatrane are presented.
Keywords: ethanol, alcohol dehydrogenase, 2,8,9-trihydrozincatrane.
При значительном количестве исследований, посвященных отдельным аспектам экспериментальной и клинической терапии алкоголизма, отсутствуют работы, отражающие вопросы сано-генеза острого отравления этанолом (ООЭ) при действии протективных препаратов, в частности цинксодержащих. Актуальным направлением представляется разработка и экспериментальное (доклиническое) исследование соединений, способных с определенной степенью избирательности действовать на этап образования ацетальдегида при ООЭ, т. е. на активность алкогольдегидроге-назы (АДГ). Большой интерес представляет новый хелатный комплекс цинка с триэтаноламином (2,8,9-тригидроцинкатран, 2,8,9-ТГЦА), в котором цинк, как и в природных соединениях, связан координационными связями с лигандами (триэтано-ламин и два аниона уксусной кислоты).
Цель исследования: выяснение морфо-метаболических аспектов ООЭ для его патогенетически обоснованной коррекции хелатным соединением цинка 2,8,9-ТГЦА.
Для реализации поставленной цели последовательно решались следующие задачи:
1. Исследовать у животных гепатотропный и нейротропный эффекты этанола в дозе 12 г/кг.
2. Оценить состояние параметров системы «перекисное окисление липидов - антиоксидант-ная защита» (ПОЛ - АОЗ) у крыс при введении токсической дозы этанола.
3. Выявить эффекты этанола в дозе 12 г/кг на энергетический и липидный обмен в организме животных.
4. Исследовать влияние 2,8,9-ТГЦА на выживаемость животных в условиях тяжелой алкогольной интоксикации.
5. Определить способность 2,8,9-ТГЦА модифицировать активность АДГ в печени крыс.
6. Установить саногенетические эффекты 2,8,9-ТГЦА в острой фазе отравления этанолом на морфологическую структуру печени и головного мозга крыс, систему «ПОЛ - АОЗ», энергетический и липидный обмен.
Материалы и методы исследования
Все исследования выполнены на белых нелинейных крысах-самцах массой 180-220 г разведения специализированного вивария (ветеринарное удостоверение 238 № 0018942).
Хелатное соединение цинка является внутримолекулярным трициклическим комплексом трис(2-гидроксиэтил)амина (триэтаноламина) с
Современные технологии. Математика. Механика и машиностроение
диацетатом цинка, отвечающим формуле (СНзСОО)22и ■ [(CH2CH2ÜH)3N]. Исследуемое соединение было синтезировано в Иркутском институте химии им. А.Е. Фаворского и предоставлено центром внедрения технологий «Инноком» (г. Иркутск). Это порошок белого цвета, плохо растворимый в воде и растворимый в этаноле (5 % об.). Соотношение триэтаноламина с диацетатом цинка - 1:1. Подлинность химической структуры 2,8,9-ТГЦА подтверждена ЯМР-спектроскопией и элементным анализом.
Экспериментальные исследования были выполнены на белых нелинейных крысах-самцах массой 180-220 г разведения специализированного вивария (ветеринарное удостоверение 238 № 0018942): изучение влияния этанола в дозе 12 г/кг на показатели состояния организма животных (моделирование ООЭ) - 72 животных, n = 12; установление протективного действия 2,8,9-ТГЦА в условиях ООЭ - 120 животных, n = 24; обоснование механизмов протективного действия 2,8,9-ТГЦА при ООЭ - 108 животных, n = 12. Пол животных позволил исключить влияние половых циклов на результаты исследований.
Водно-спиртовые растворы 2,8,9-ТГЦА (5 % об.) и этанол (5 % об., 40 % об.) вводились крысам внутрижелудочно, однократно. Во избежание влияния суточных биоритмов на величины показателей взятие биосубстрата (кровь и фрагменты органов) у животных проводили в одно и то же время (10.00-11.00). Объем вводимых растворов для крысы массой 200 г не превышал 1 мл.
При исследовании протективного действия 2,8,9-ТГЦА создавалась ситуация, ожидаемая в реальных условиях применения хелатного соединения цинка в медицинской практике; острое алкогольное отравление моделировали введением этанола (40 % об.) в дозе 12 г/кг, затем через 30 минут в опыте проводилась коррекция путем введения растворов 2,8,9-ТГЦА (4 мг/кг, 5 мг/кг, 10 мг/кг, 15 мг/кг). В позитивном контроле крысы получили этанол (40 % об.) в дозе 12 г/кг без коррекции.
При исследовании механизмов протек-тивного действия 2,8,9-ТГЦА в дозе протектив-ной 4 мг/кг активность АДГ в гомогенате печени крыс (отн. ед./г) определяли спектрофотометриче-ски по методу А. Shimasue et al. [8].
Все исследования выполнены в соответствии с этическими требованиями по работе с экспериментальными животными, изложенными «Правилах лабораторной практики» (приложение к приказу МЗ РФ № 708н от 23.08.2010 г.) [5].
Биохимические показатели
В качестве материала использовали сыворотку крови, гемолизат эритроцитов, гомогенат печени. Активность каталазы (каталазное число) определяли перманганаметрическим методом, пе-роксидаз (мкмоль индигокармина/мин-мл) - по методу Г. Попова и Л. Нейковска [1], восстановленного глутатиона (G-SH, мкмоль/мл) - по методу J. Sedlak и R.H. Lindsay [9]. Определение содержания маркеров процессов ПОЛ - гидроперекисей липидов (ГИЛ, ДЕ/мл), диеновых конъюга-тов (ДК, ДЕ/мл) проводили по методу В. Б. Гаври-лова и М.И. Мишкорудной [2], содержания ТБК-активных продуктов ИОЛ (ТБК-АИ, нмоль/мл) -по методу И. Д. Стальной и Т.Г. Гаришвили [7]. Активность щелочной фосфатазы (ЩФ, мг Р/ч-г) определяли по методу A. Bodansky, содержание гликогена (г/кг) - по методу S. Seifter [1].
Активность аланинаминотрансферазы
(АлАТ, ед/л) и ЩФ (ммоль Р/ч-л) определяли кинетическим методом, уровни глюкозы (ммоль/л) -глюкозооксидазным методом, мочевины (ммоль/л) - кинетическим уреазным методом, хо-лестерола (ммоль/л) - ферментативным методом, общего белка (г/л) - биуретовым методом на автоматических анализаторах FP-901M (Labsystems, Финляндия) и «EuroLyser» (EUROLab, Instruments GmbH; Австрия) с использованием стандартных наборов реактивов, согласно приложенным к ним инструкциям.
Патоморфологические показатели
Материалом служили головной мозг, легкие, печень, желудок, почки крыс. Органы фиксировали в 10%-м нейтральном формалине, осуществляли проводку и заливку в парафин+воск. С каждого блока получали серийные срезы (5 мкм) и окрашивали их гематоксилин-эозином [4]. В нефиксированных срезах печени (10 мкм), приготовленных на криостате, гистохимически определяли содержание общих липидов (судан III), гликогена (по Мак-Манусу), активность ЩФ (по Берстону), сук-цинатдегидрогеназы (по Нахласу), моноаминокси-дазы (по Гленнеру), АДГ и лактатдегидрогеназы -по Гессу, Скарпелли и Пирсу [6].
Методы статистической обработки результатов исследований
Статистический анализ полученных результатов проводили с помощью лицензионного пакета прикладных программ STATISTICA 6.1 (StatSoft Inc., США); правообладатель лицензии ФГБУ «Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человека» Сибирского отделения РАМН (г. Иркутск).
Вычисляли среднее арифметическое значение (М), стандартную ошибку среднего арифмети-
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
ческого значения (m). Проводили предварительную экспертную оценку на предмет применимости параметрических t-критерия Стьюдента и F-критерия Фишера. В случае, когда различия между количественными признаками были выявлены и по t-, и по F-критерию (проблема Фишера - Берен-са), применяли непараметрический U-критерий Манна - Уитни.
Характер и степень выраженности взаимосвязей между количественными признаками определяли по коэффициенту ранговой корреляции Спирмена (rS). Статистическую значимость различий между выживаемостью животных в группах опыта и позитивного контроля (качественный признак) оценивали по точному критерию Фишера. Достоверными считались результаты при p < 0,05. Методики расчета показателей соответствуют общепринятым, изложенным в руководствах по математической статистике для медико-биологических исследований [3].
Выводы
1. Этанол, однократно вводимый экспериментальным животным в дозе 12 г/кг, вызывает развитие белковой и гидропической дистрофии печени, перицеллюлярного и периваскулярного отека коры головного мозга. Негативные эффекты этанола на печень подопытных крыс подтверждены также результатами гистохимического исследования.
2. Состояние процессов пероксидации липи-дов у крыс, которым однократно внутрижелудоч-но вводили этанол в дозе 12 г/кг, характеризуется достоверным увеличением в сыворотке крови содержания ГПЛ на 31,2-53,4 %, ДК - на 54,281,8 %, ТБК-АП - на 44,5-56,2 % относительно интактного контроля. Активация реакций ПОЛ сопровождается нарастанием функциональной нагрузки на систему АОЗ, что проявляется в статистически значимом снижении активности ката-лазы на 26,9-36,7 %, пероксидаз - на 33,1-41,9 %, уровня GSH - на 26,6 %, мочевины - на 35,3-55,3 % по сравнению с интактным контролем.
3. Одним из ведущих факторов нарушения энергетического обмена у экспериментальных животных при ООЭ является достоверное (на 30,842,3 % по сравнению с интактным контролем) снижение уровня глюкозы на фоне истощения печеночного депо гликогена.
4. Ведущим фактором запуска компенсаторной антиокислительной реакции в условиях тяжелого алкогольного отравления у подопытных животных является достоверное повышение уровня холестерола в сыворотке крови на 77,2-78,4 % от уровня интактного контроля.
5. Применение хелатного соединения цинка 2,8,9-ТГЦА в диапазоне протективных доз (4 мг/кг, 5 мг/кг, 10 мг/кг, 15 мг/кг) с целью экспериментальной коррекции ООЭ способствует достоверному (р < 0,05) повышению выживаемости подопытных животных по сравнению с группой позитивного контроля.
6. В основе коррекции ООЭ посредством введения подопытным животным 2,8,9-ТГЦА в протективной дозе 4 мг/кг лежит статистически значимое (р < 0,01) снижение активности АДГ в печени, установленное биохимическим методом, по сравнению с группой позитивного контроля. Факт подавления активности АДГ в опыте подтвержден также результатами гистохимического исследования.
7. Хелатное соединение цинка 2,8,9-ТГЦА при ООЭ обладает выраженными гепато- и нейро-протективными эффектами на организм подопытных крыс, выражающимися в отсутствии проявлений дистрофического повреждения печени, нормализации структуры нейронов.
8. Применение 2,8,9-ТГЦА в условиях ООЭ нормализует динамику уровней ГПЛ, ДК и ТБК-АП у подопытных животных: повышение содержания маркеров процессов ПОЛ не является статистически значимым по сравнению с интактным контролем (р > 0,05). Стимулирующее действие 2,8,9-ТГЦА на систему АОЗ в опыте проявляется в достоверном повышении активности пероксидаз (на 74,2 %) и содержания мочевины (на 76,8 %) на фоне позитивного контроля.
9. Внутрижелудочное введение 2,8,9-ТГЦА животным после моделирования ООЭ способствует активации энергетического обмена, что проявляется в достоверном повышении уровня глюкозы в сыворотке крови подопытных крыс на 65,5 % относительно позитивного контроля.
10. Вследствие ослабления интенсивности процессов ПОЛ и стимулирования антиокислительных реакций при коррекции ООЭ хелатным соединением цинка содержание холестерола в сыворотке крови подопытных животных достоверно снижается на 29,3 % по сравнению с позитивным контролем.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Биохимические исследования в токсикологическом эксперименте / Н.И. Портяная, Б.Г. Осипенко, П.А. Москадынова и др. Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 1990. 216 с.
2. Гаврилов В.Б., Мишкорудная М.И.
Современные технологии. Математика. Механика и машиностроение
3.
Спектрофотометрическое определение
содержания гидроперекисей липидов в плазме крови // Лаб. дело. 1983. № 3. С. 33-36. Гланц С. Медико-биологическая статистика : пер. с англ. М. : Практика, 1999. 459 с.
4. Меркулов Г. А. Курс патогистологической техники. Л. : Медицина, 1969. 424 с.
5. Об утверждении правил лабораторной практики [Электронный ресурс] : приказ министерства здравоохранения и социального развития РФ от 23 августа 2010 г. № 708н. URL: http://www.soramn.ru /getres.php3?resid=15&
resgroup=5&reslocale=RU (дата обращения: 07.06.2011).
6. Пирс Э. Гистохимия. Теоретическая и
практическая : пер. с англ. М. : Изд-во иностр. лит., 1962. 962 с.
7. Стальная И.Д., Гаришвили Т.Г. Метод определения малонового диальдегида с помощью тиобарбитуровой кислоты // Современные методы в биохимии. М. : Медицина, 1977. С. 66-68.
8. Панченко Л.Ф., Гильмиярова Ф.Н., Радомская В.М. Этанол и атеросклероз. М. : Медицина, 1987. 128 с.
9. Sedlak J., Lindsay R.H. Estimation of Total Pro-teinbound and Non-protein Sulfhydryl Groups in Tissue with Ellman's Reagent // Anal. Biochem. 1968. Vol. 25. P. 192-205.
УДК 534.014 Елисеев Сергей Викторович,
д. т. н., профессор, директор НИИ современных технологий, системного анализа и моделирования ИрГУПС, тел.: 598428
Елисеев Андрей Владимирович, аспирант ИрГУПC, тел. 89501435533, e-mail: [email protected]
ОБОБЩЕННЫЕ ПОДХОДЫ В ЗАДАЧАХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТАКТНЫХ РЕАКЦИЙ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ ПРИ СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ С УЧЕТОМ НЕУДЕРЖИВАЮЩИХ СВЯЗЕЙ
S.V. Eliseev, A. V. Eliseev
GENERALIZED APPROACHES TO THE PROBLEM OF DETERMINING STATIC CONTACT FORCES IN SOLIDS AT A LOADS WITH NONRETENTION CONSTRAINTS
Аннотация. Представлены на обсуждение методологические подходы к статической задаче определения контактных реакций составного твердого тела. Рассмотрен вариант составного твердого тела с одной поверхностью контакта. Для модельного примера получены основные статические характеристики с учетом наличия контакта: условия реализации контакта, положение статического равновесия, реакции упругих элементов, контактные реакции. Показана зависимость контактного давления от распределения сил по элементам составного твердого тела.
Ключевые слова: зазор, контактное взаимодействие, статические реакции, неудержива-ющие связи, односторонние связи, составное твердое тело, реакции упругих элементов, контактные реакции, условие контакта.
Abstract. The methodological approaches to the problem of determining the static contact reac-
tions of the composite solid are submitted for discussion. A variant of the solid composite body with one contact surface is considered. The main static characteristics of contact are obtained: the conditions of contact, the position of static equilibrium, the reaction forces of the elastic elements, the contact forces. The forces dependence of the contact pressure on the elements is shown.
Keywords: gap, clearance, multibody mechanical systems, contact interaction, static reaction, unilateral constraints, nonretention constraints, composite solid, elastic element, contact reaction, contact forces, contact condition.
Введение. Механические колебательные системы широко используются в качестве расчетных схем в задачах динамики машин. В состав систем входят разнообразные элементы (массоинерцион-ные, упругие, диссипативные и д. р.), которые со-
