Исследование про- и антиоксидантной систем организма при старении и различном образе жизни
|
Сокращения 3
Введение 4
Литературный обзор 7
1. Общая характеристика свободных радикалов, активные формы
кислорода 7
2. Роль свободных радикалов в биологической системе 7
3. Антиоксидантная система 9
4. Методы исследования свободно-радикальных процессов в биологии.. 11
5. Окислительный стресс, общая характеристика 13
6. Старение, свободно-радикальная теория старения Хармана 15
7. Взаимосвязь процесса старения и образа жизни 17
8. Роль репродуктивной активности в процессе старения 17
9. Возможность использования информационно-коммуникационных
технологий для коррекции нейродегенеративных патологий 18
10. Аналог информационно-коммуникационных технологий для коррекции
нейродегенеративных патологий у животных - водный лабиринт Морриса 18
11. Заключение к литературному обзору 19
Материалы и методы 21
Материалы 21
Методы 22
Результаты проделанной работы 27
Заключение 35
Список использовано литературы 37
Введение 4
Литературный обзор 7
1. Общая характеристика свободных радикалов, активные формы
кислорода 7
2. Роль свободных радикалов в биологической системе 7
3. Антиоксидантная система 9
4. Методы исследования свободно-радикальных процессов в биологии.. 11
5. Окислительный стресс, общая характеристика 13
6. Старение, свободно-радикальная теория старения Хармана 15
7. Взаимосвязь процесса старения и образа жизни 17
8. Роль репродуктивной активности в процессе старения 17
9. Возможность использования информационно-коммуникационных
технологий для коррекции нейродегенеративных патологий 18
10. Аналог информационно-коммуникационных технологий для коррекции
нейродегенеративных патологий у животных - водный лабиринт Морриса 18
11. Заключение к литературному обзору 19
Материалы и методы 21
Материалы 21
Методы 22
Результаты проделанной работы 27
Заключение 35
Список использовано литературы 37
Старение организма характеризуется дегенеративными процессами, нарушениями функциональной и метаболической активности, снижением эффективности регуляторных взаимодействий различных органов и систем [1].
Одной из основных причин возрастных изменений является повреждение свободными радикалами внутриклеточных липидов, белков, нуклеиновых кислот. Согласно свободнорадикальной теории Хармана, процесс старения и связанных с ним дегенеративных заболеваний относится в основном к пагубным последствиям действия свободных радикалов на клеточные компоненты и на соединительную ткань. Свободные радикалы, вероятно, возникают в основном за счет реакций с участием молекулярного кислорода, катализируемых в клетке с помощью окислительных ферментов и в соединительной ткани следами металлов, таких как железо, кобальт, и марганец [30].
В настоящее время достигнуто понимание того, что оксидативный стресс является составной частью патогенеза многих заболеваний, таких как ишемическое и реперфузионнае повреждение тканей, воспалительные процессы, сосудистые нарушения, атеросклероз, нейродегенеративные и онкологические заболевания, а также процессы адаптации и старения [11].
В основе развития окислительного стресса лежит чрезмерная выработка активных форм кислорода, азота и недостаточность клеточных механизмов защиты, ограничивающих их образование и негативное воздействие. Данный тип стресса является общим явлением для всех типов клеток, который возникает, прежде всего, в митохондриях. Неизбежным побочным продуктом митохондриального дыхания являются активные формы кислорода (АФК), вырабатываемые, главным образом, в матриксе митохондрий [6].
Повреждающее действие избытка АФК направлено на основные классы биосубстратов: низкомолекулярные антиоксиданты, антиоксидантные ферменты и макромолекулы. Нарушение функций антиоксидантных ферментов, глутатиона и других низкомолекулярных антиоксидантов ведет к усилению окислительного стресса. Окислительное повреждение белков, липидов, гликопротеинов и нуклеиновых кислот ведет к необратимому изменению их функций и развитию патологических состояний.
Многие функциональные изменения или даже нарушения деятельности головного мозга связаны с прогрессированием окислительного стресса, вследствие чего развиваются нейродегенеративные заболевания [19, 27]. Существуют предположения, что нарушение когнитивных функций начинается в среднем возрасте (11-14 месяцев для грызунов) и прогрессирует с течением жизни. Выявление этих нарушений на ранних стадиях позволит предупредить нейродегенеративные заболевания и облегчит поиск терапевтических подходов. Для выяснения механизмов возрастных когнитивных нарушений головного мозга проводятся эксперименты на лабораторных животных широко используется водный лабиринт Морриса. Успешное прохождение MWM характеризует пространственное обучение и память, поскольку эти характеристики определяются целостностью и функционированием гиппокампа [25, 26].
Процедура тестирования в MWM может сопровождаться функциональными изменениями мозга и может оказывать влияние на когнитивную сферу.
Во время прохождения MWM возникают переходящие эффекты, которые играют важную роль для обучения пациентов с дефицитами, связанными со старением. В последнее время, данные методики используются для оценки пациентов, страдающих нейродегенеративными заболеваниями. Также было установлено что использование усложненных игр (так называемых «serious games», SG) может помочь не только в
диагностике, но и в лечении болезни Альцгеймера [15]. В частности, такие усложненные игры улучшают внимание и память, после курса их проведения, у пациентов с умеренными когнитивными нарушениями наблюдается улучшение памяти и активация гиппокампа [8, 35].
Следовательно, обучающие технологии могут использоваться в качестве терапевтических методов. Для этого необходимо выяснить функциональные изменения, происходящие в головном мозге в процессе обучения.
Целью представленной работы было исследование влияния прохождения процедуры обучения в водном лабиринте Морриса и образа жизни (предшествующий репродуктивный опыт) на состояние про- и антиоксидантной активности в разных системах организма.
Задачи:
• Сравнить обучаемость трех групп крыс (молодые, стареющие репродуктивно наивные, стареющие репродуктивно активные).
• Оценить состояние про- и антиоксидантной активности в гомогенатах тканей сердца, семенников, гиппокампа и плазме крови в зависимости от степени обучаемости.
• Оценить состояние про- и антиоксидантной активности в гомогенатах тканей сердца, семенников, гиппокампа и плазме крови в зависимости от репродуктивного опыта.
Одной из основных причин возрастных изменений является повреждение свободными радикалами внутриклеточных липидов, белков, нуклеиновых кислот. Согласно свободнорадикальной теории Хармана, процесс старения и связанных с ним дегенеративных заболеваний относится в основном к пагубным последствиям действия свободных радикалов на клеточные компоненты и на соединительную ткань. Свободные радикалы, вероятно, возникают в основном за счет реакций с участием молекулярного кислорода, катализируемых в клетке с помощью окислительных ферментов и в соединительной ткани следами металлов, таких как железо, кобальт, и марганец [30].
В настоящее время достигнуто понимание того, что оксидативный стресс является составной частью патогенеза многих заболеваний, таких как ишемическое и реперфузионнае повреждение тканей, воспалительные процессы, сосудистые нарушения, атеросклероз, нейродегенеративные и онкологические заболевания, а также процессы адаптации и старения [11].
В основе развития окислительного стресса лежит чрезмерная выработка активных форм кислорода, азота и недостаточность клеточных механизмов защиты, ограничивающих их образование и негативное воздействие. Данный тип стресса является общим явлением для всех типов клеток, который возникает, прежде всего, в митохондриях. Неизбежным побочным продуктом митохондриального дыхания являются активные формы кислорода (АФК), вырабатываемые, главным образом, в матриксе митохондрий [6].
Повреждающее действие избытка АФК направлено на основные классы биосубстратов: низкомолекулярные антиоксиданты, антиоксидантные ферменты и макромолекулы. Нарушение функций антиоксидантных ферментов, глутатиона и других низкомолекулярных антиоксидантов ведет к усилению окислительного стресса. Окислительное повреждение белков, липидов, гликопротеинов и нуклеиновых кислот ведет к необратимому изменению их функций и развитию патологических состояний.
Многие функциональные изменения или даже нарушения деятельности головного мозга связаны с прогрессированием окислительного стресса, вследствие чего развиваются нейродегенеративные заболевания [19, 27]. Существуют предположения, что нарушение когнитивных функций начинается в среднем возрасте (11-14 месяцев для грызунов) и прогрессирует с течением жизни. Выявление этих нарушений на ранних стадиях позволит предупредить нейродегенеративные заболевания и облегчит поиск терапевтических подходов. Для выяснения механизмов возрастных когнитивных нарушений головного мозга проводятся эксперименты на лабораторных животных широко используется водный лабиринт Морриса. Успешное прохождение MWM характеризует пространственное обучение и память, поскольку эти характеристики определяются целостностью и функционированием гиппокампа [25, 26].
Процедура тестирования в MWM может сопровождаться функциональными изменениями мозга и может оказывать влияние на когнитивную сферу.
Во время прохождения MWM возникают переходящие эффекты, которые играют важную роль для обучения пациентов с дефицитами, связанными со старением. В последнее время, данные методики используются для оценки пациентов, страдающих нейродегенеративными заболеваниями. Также было установлено что использование усложненных игр (так называемых «serious games», SG) может помочь не только в
диагностике, но и в лечении болезни Альцгеймера [15]. В частности, такие усложненные игры улучшают внимание и память, после курса их проведения, у пациентов с умеренными когнитивными нарушениями наблюдается улучшение памяти и активация гиппокампа [8, 35].
Следовательно, обучающие технологии могут использоваться в качестве терапевтических методов. Для этого необходимо выяснить функциональные изменения, происходящие в головном мозге в процессе обучения.
Целью представленной работы было исследование влияния прохождения процедуры обучения в водном лабиринте Морриса и образа жизни (предшествующий репродуктивный опыт) на состояние про- и антиоксидантной активности в разных системах организма.
Задачи:
• Сравнить обучаемость трех групп крыс (молодые, стареющие репродуктивно наивные, стареющие репродуктивно активные).
• Оценить состояние про- и антиоксидантной активности в гомогенатах тканей сердца, семенников, гиппокампа и плазме крови в зависимости от степени обучаемости.
• Оценить состояние про- и антиоксидантной активности в гомогенатах тканей сердца, семенников, гиппокампа и плазме крови в зависимости от репродуктивного опыта.
Репродуктивный опыт оказывает влияние на прооксидантную активность сердечной мышцы: у стареющих репродуктивно наивных животных она находится на более высоком уровне, чем у стареющих репродуктивно активных крыс-самцов. Высокая антиоксидантная активность наблюдалась в ткани миокарда у обеих групп стареющих животных, следовательно, баланс про-и антиоксидантов у стареющих репродуктивно опытных крыс-самцов не указывает на развитие окислительного стресса в ткани миокарда, в отличие от репродуктивно наивных животных, у которых отмечено увеличение прооксидантной активности.
Наблюдалось выраженное влияние предшествующего репродуктивного опыта на уровень свободного и общего тестостерона в плазме крови, массу сердца и семенников. Уровень про- и антиоксидантной активности в плазме крови у репродуктивно наивных и репродуктивно опытных крыс-самцов не имели выраженных различий.
Не было установлено изменений в прооксидатной активности в ткани семенников при старении в зависимости от репродуктивного опыта, но антиоксидантная способность этих тканей при старении существенно снижается по сравнению с молодыми животными.
Так же не наблюдалось различий в про- и антиоксидантной активности гиппокампа в зависимости от репродуктивного опыта, изменения показателей были связаны только со старением.
Действие дополнительной нагрузки в виде обучения в MWM имеет следующие факторы: физическая нагрузка, стресс от погружения в воду и мотивирование к усиленной деятельности мозга (пространственная ориентация). После обучения в MWM наблюдается снижение антиоксидантной способности у обеих групп стареющих животных и повышение прооксидантной активности у стареющих репродуктивно активных крыс по сравнению с крысами, не обучавшимися в лабиринте. Это может указывать на усиление проявлений окислительного стресса в ткани миокарда при старении в результате дополнительной нагрузки.
Нагрузка в виде обучения в MWM привела к повышению антиоксидантной способности в ткани семенников у обеих групп стареющих животных, в отличие от молодых крыс, и соответствующему изменению прооксидатной способности по сравнению с крысами, не обучавшимися в MWM. Следовательно, проявлений окислительного стресса в ткани семенников после обучения в MWM не наблюдалось.
Наблюдалось снижение AC гиппокампа у репродуктивно активных крыс по сравнению с контрольными животными той же группы и по сравнению с репродуктивно наивными крысами, после процедуры обучения в MWM. АС гиппокампа молодых крыс также снижалась. Прооксидантная активность ткани гиппокампа у всех групп животных, после обучения в MWM увеличивалась.
Показатели прооксидантной активности плазмы крови после прохождения MWM увеличились у всех групп крыс. Наблюдалось увеличение AC у репродуктивно наивных и репродуктивно опытных крыс, по сравнению с контрольными группами. У молодых крыс AC снижался по сравнению с контрольной группой.
Наблюдалось выраженное влияние предшествующего репродуктивного опыта на уровень свободного и общего тестостерона в плазме крови, массу сердца и семенников. Уровень про- и антиоксидантной активности в плазме крови у репродуктивно наивных и репродуктивно опытных крыс-самцов не имели выраженных различий.
Не было установлено изменений в прооксидатной активности в ткани семенников при старении в зависимости от репродуктивного опыта, но антиоксидантная способность этих тканей при старении существенно снижается по сравнению с молодыми животными.
Так же не наблюдалось различий в про- и антиоксидантной активности гиппокампа в зависимости от репродуктивного опыта, изменения показателей были связаны только со старением.
Действие дополнительной нагрузки в виде обучения в MWM имеет следующие факторы: физическая нагрузка, стресс от погружения в воду и мотивирование к усиленной деятельности мозга (пространственная ориентация). После обучения в MWM наблюдается снижение антиоксидантной способности у обеих групп стареющих животных и повышение прооксидантной активности у стареющих репродуктивно активных крыс по сравнению с крысами, не обучавшимися в лабиринте. Это может указывать на усиление проявлений окислительного стресса в ткани миокарда при старении в результате дополнительной нагрузки.
Нагрузка в виде обучения в MWM привела к повышению антиоксидантной способности в ткани семенников у обеих групп стареющих животных, в отличие от молодых крыс, и соответствующему изменению прооксидатной способности по сравнению с крысами, не обучавшимися в MWM. Следовательно, проявлений окислительного стресса в ткани семенников после обучения в MWM не наблюдалось.
Наблюдалось снижение AC гиппокампа у репродуктивно активных крыс по сравнению с контрольными животными той же группы и по сравнению с репродуктивно наивными крысами, после процедуры обучения в MWM. АС гиппокампа молодых крыс также снижалась. Прооксидантная активность ткани гиппокампа у всех групп животных, после обучения в MWM увеличивалась.
Показатели прооксидантной активности плазмы крови после прохождения MWM увеличились у всех групп крыс. Наблюдалось увеличение AC у репродуктивно наивных и репродуктивно опытных крыс, по сравнению с контрольными группами. У молодых крыс AC снижался по сравнению с контрольной группой.
Подобные работы
- НЕИНВАЗИВНЫЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ АНТИОКСИДАНТ/ОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Диссертации (РГБ), химия. Язык работы: Русский. Цена: 4355 р. Год сдачи: 2021