Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Антиоксиданты в ветеринарии. Монография

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
И. В. Киреев, В. А. Оробец
АНТИОКСИДАНТЫ
МОНОГРАФИЯ
Ставрополь
«АГРУС»
2019
УДК 619 ББК 48
К43
Авторский коллектив:
кандидат биологических наук, доцент И. В. Киреев; доктор ветеринарных наук, профессор В. А. Оробец
Рецензенты:
доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой незаразных болезней ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет» М. С. Сеитов;
доктор ветеринарных наук, профессор, профессор кафедры «Болезни животных и ветеринарно-санитарная экспертиза» ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова» И. И. Калюжный
Киреев, Иван Валентинович
К43 Антиоксиданты в ветеринарии : монография / И. В. Киреев,
В. А. Оробец. – Ставрополь : АГРУС Ставропольского гос. аграрного ун-та, 2019. – 132 с.
ISBN 978-5-9596-1591-8
Представлены материалы, содержащие сведения о значении системы антиоксидантной защиты для жизнедеятельности организма сельско­хозяйственных животных, механизмах и последствиях антиоксидантных нарушений и роли в этиопатогенезе различных заболеваний, а также средствах и методах лечения и профилактики свободнорадикальной патологии. Изложены результаты исследований в области разработки и применения новых лекарственных форм препаратов, обладающих антиоксидантным и
Адресована научным и педагогическим работникам, студентам, обучающимся по специальности «Ветеринария», специалистам ветеринарной медицины.
антистрессовым действием.
УДК 619
ББК 48
ISBN 978-5-9596-1591-8 © ФГБОУ ВО Ставропольский государственный
аграрный университет, 2019
Оглавление
Введение ……………………………………………………………………….4
1. Система антиоксидантной защиты организма и аспекты ее функционирования у животных в различных условиях ………………...5
2. Свободнорадикальное окисление в организме: механизм развития и роль в патологическом процессе ………………………………25
3. Биологические функции селена в организме и перспективы его использования в качестве средства нормализации свободнорадикального баланса у сельскохозяйственных животных ……41
4. Свободнорадикальные нарушения и их участие в этиологии и патогенезе заболеваний сельскохозяйственных животных …………….51
5. Технологический стресс у сельскохозяйственных животных и его взаимосвязь с процессами свободнорадикального окисления ……..70
6. Опыт применения антиоксидантных препаратов в профилактике и лечении болезней животных………………………………………………83
7. Разработка новых антиоксидантных препаратов и их применение в профилактике и лечении болезней сельскохозяйственных животных …..95
8. Изучение влияния антиоксидантов на течение воспалительного процесса ……………………………………………………………………..105
Библиографический список………………………………………………...123
3
4
Введение
Разработка эффективных, недорогих и мало токсичных ветеринарных препаратов для лечения патологии системы антиоксидантной защиты организма, обладающих иммуностимулирующим и адаптогенным действием имеет большое значение для животноводства Российской Федерации. С пониманием роли антиоксидантной системы в организме и патогенезе развития различных болезней, в последние годы многие ученые высказывают необходимость фармакологической коррекции ее нарушений.
Экономический ущерб от заболеваний, этиологическим фактором которых является патология системы антиоксидантной защиты организма, складывающийся из-за потери приплода, увеличения сервис периода, родовых и послеродовых заболеваний животных, снижения молочной, мясной и шерстной продуктивности исчисляется миллиардами рублей.
Антибиотики, сульфаниламиды, гормоны применяющиеся в борьбе с многими болезнями животных, кроме лечебного действия оказывают и отрицательное влияние на организм, они могут содержаться в сырье и продуктах питания. По санитарно-экологическим требованиям молоко и мясо от этих животных определенное время не должно использоваться в пищу людям, поэтому возникает необходимость изыскания альтернативных подходов.
Как известно, легче и дешевле производить профилактику, чем лечение. Своевременный контроль и нормализация антиоксидантных процессов в организме животных позволят сократить частоту возникновения многих заболеваний незаразной этиологии, а повышение иммунного статуса и профилактика стресса позволят повысить резистентность к неблагоприятным факторам.
1. Система антиоксидантной защиты организма и аспекты ее
функционирования у животных в различных условиях
Постоянство внутреннего гомеостаза организма животных – одно из наиболее важных условий в обеспечении здоровья. Продуктивности, воспроизводительной способности и полноценной реализации генетического потенциала. В обмене веществ окислительно­восстановительные процессы играют ключевую роль, и от их нормального течения зависит большинство физиологических процессов. При нарушении оксидативного баланса развиваются патологические состояния, при которых риску повреждения подвержена каждая клетка в организме. Для контроля течения окислительно-восстановительных реакций эволюционно в организме теплокровных сформировался физиологический механизм, который в современной ветеринарной и медицинской практике называют системой антиоксидантной защиты организма.
Существование живых организмов на Земле (кроме небольшого числа бактерий – облигатных анаэробов) невозможно без кислорода, являющегося неотъемлемым компонентом метаболических процессов. Однако при включении кислорода в процессы жизнедеятельности организма образуются активированные производные молекулярного кислорода – активные формы кислорода, которые инициируют реакции свободнорадикального окисления, приводящие к химической модификации и разрушению биомолекул. В тканях, благодаря наличию сложных ферментативных комплексов со специфическими электрон­транспортными простетическими и коферментными группировками, процесс восстановления кислорода протекает по многоступенчатому механизму, что сводит к минимуму возможность образования высокореакционных промежуточных соединений кислорода.
В нормально функционирующих клетках, находящихся в кислородсодержащем окружении, содержание продуктов свободнорадикального окисления находится на крайне низком уровне, несмотря на обилие субстратов перекисного окисления липидов, что свидетельствует о наличии защитной системы. Так, в живых организмах постоянное образование метаболитов липопероксидации уравновешено их дезактивацией с помощью мощной многокомпонентной антиоксидантной системы, основная функция которой – регуляция свободнорадикальных процессов, а как следствие этого, - сохранение целостности тканей и органов.
Термины «антиоксиданты», «концентрация антиоксидантов», «антиоксидантная активность», «антирадикальная активность» возникли в
5
6
результате исследования кинетики процессов окисления разнообразных органических соединений, в том числе высокомолекулярных ещё в 50-х годах прошлого столетия.
При значительном интересе со стороны профессионального научного сообщества к теме антиоксидантных процессов в последние годы сделан значительный рывок в данной области. Во многом стали ясны механизмы оксидативного повреждения клеток и тканей, а также сущность процессов этому противодействующих на уровне макроорганизма. Но несмотря на это остается много невыясненного, в том числе стандартность или нестандартность антиоксидантного ответа у различных типов животных, птиц, рыб и иных живых существ. Например, турецкие ученые Akalin P.P. et al. (2015) выдвинули предположение о наличии возможного компенсационного процесса в организме жвачных при ухудшении окислительного / антиокислительного баланса.
На сегодняшний день существует множество версий о структуре и механизмах антиоксидантной защиты организма, но на наш взгляд, наиболее правильной является та, которую в своей работе изложил профессор В.Е. Новиков (2002). По его данным биохимические механизмы антиоксидантной защиты представляют собой сложную систему, в которой могут быть выделены четыре главных звена: 1) Антиоксидантные ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза, глутатионпероксидаза и др.); 2) Низкомолекулярные антиоксиданты, синтезируемые в организме (глутатион, мочевая кислота, аминокислоты содержащие сульфгидрильную группу, низкомолекулярные белки); 3) Естественные антиоксиданты, поступающие в организм с пищей (аскорбиновая кислота, альфа-токоферол, рутин, бета-каротин). Кроме витаминов и их предшественников в эту группу могут быть отнесены химические элементы, входящие в активные центры антиоксидантных ферментов – селен, четыре атома которого входят в состав глутатионпероксидазы, цинк, входящий в состав супероксиддисмутазы и др.); 4) Специфические белки и пептиды, связывающие ионы переходных металлов, катализирующие реакции свободнорадикального окисления (ферритин – в клетках, трансферин – в плазме, карнозин – в мышцах и др.).
В настоящее время проблема антиоксидантных нарушений вышла за рамки научной и теоретической сферы. В практической медицине и ветеринарии производственники принципиально в системе антиоксидантной защиты функционально выделяют ферментативное звено, включающее в себя: супероксиддисмутазу, каталазу. пероксидазу, церулоплазмин. глутатионпероксидазу, глутатионредуктазу и неферментативное звено: витамин Е, общие тиолы, белковые тиолы,
7
восстановленный глутатион, общая антиокислительная активность, антирадикальная активность липидов крови.
Говоря о механизмах антиоксидантной защиты организма, можно ориентироваться на данные, которые в своей публикации приводит профессор О.Б. Сеин с соавт. (2013), где обозначено, что в настоящее время различают три линии защиты на пути обезвреживания свободных радикалов в организме. Первая линия защиты обеспечивает детоксикацию потенциально опасных супероксид-аниона и пероксида водорода при участии ферментов – супероксиддисмутазы и каталазы. При этом первая ускоряет реакцию образования гипохлорида – важного бактерицидного фактора, выделяемого фагоцитами. Вторая – превращает избыток перекиси водорода в воду и кислород. Вторая линия защиты построена преимущественно на витамине Е (α-токоферол). Этот витамин – сильнейший природный антиоксидант, участвует в энергетическом метаболизме тканей и клеток. Витамин Е способен в липидной фазе мембран клеток вступать в окислительно-восстановительные реакции и обрывать цепные процессы свободнорадикального окисления. Во вторую линию защиты также входят и другие антиоксиданты, поступающие в организм животных с кормом: микроэлемент селен, бета-каротин и другие предшественники витамина А. Третья линия защиты включает глутатионпероксидазу и систему восстановления глутатиона, который представляет собой трипептид гаммаглутаминилцистеинилглицин, существующий в двух формах – восстановленной и окисленной. Глутатионпероксидаза разлагает не только перекись водорода, но и гидроперекиси жирных кислот, перекиси белков, холестерина, стероидов, витаминов.
Основная роль в антиоксидантной защите выполняется антиоксидантными ферментами, а не малыми молекулами антиоксидантных соединений . Существенную роль в предотвращении окислительных повреждений тканей играют ферменты антиоксидантной защиты: глутатионпероксидаза, каталаза, супероксиддисмутаза, а также важнейший внутриклеточный антиоксидант восстановленный глутатион.
У человека различают восемь форм глутатионпероксидазы (GPX), пять из которых (GPX 1,2,3,4 и 6) являются селензависимыми, а именно содержат остаток селеноцистеина в активном центре. Селензависимые глутатионпероксидазы преобладают у позвоночных, тогда как гомологи глутатионпероксидаз, у которых вместо селеноцистеинового остатка в активном центре находится остаток цистеина, найдены у растений, дрожжей, простейших и бактерий.
8
Глутатионпероксидаза относится к специфическим антиоксидантным ферментам. Она служит катализатором реакции восстановления перекисных липидов с помощью глутатиона, многократно ускоряя этот процесс. Глутатионпероксидаза, как и каталаза, способна разрушать перекись водорода. При этом она сравнительно более чувствительна к низким концентрациям перекиси водорода. Наибольшее количество ее сосредоточено в печени. Активность глутатионпероксидазы в организме во многом определяет динамику патологических процессов. При снижении активности данного фермента нарушается защита клеток печени от опасных химических веществ, повышается риск развития патологии печени (токсическая дистрофия, гепатит, цирроз, жировая дистрофия, рак).
Глутатионпероксидаза является первым протеином, в каталитическом центре которого был обнаружен селеноцистеин и на примере которого впервые показано участие селена в создании системы защиты клетки против действия свободных радикалов.
В своей работе Э.Г. Горожанская с соавт. (2013) указывает, что селензависимая глутатионпероксидаза не только является частью антиоксидантной системы глутатиона, но и активно участвует в процессах детоксикации, инактивируя наряду с органическим пероксидом (ROOH) и пероксинитрит (ONOOH). Активность этих процессов в значительной степени зависит от уровня селена, поскольку его низкая концентрация уменьшает активность глутатионпероксидазы и других селенсодержащих ферментов, что способствует накоплению токсических продуктов и развитию свободнорадикальных реакций.
Пероксидаза – фермент класса оксидоредуктаз, катализирующий окисление субстратов и обладающий высокой специфичностью по отношению к окислению перекиси водорода. Пероксидазы широко распространены в животном и растительном мире. Пероксидаза представляет собой гемопротеид с молекулярной массой от 40000 до 100000 условных единиц. Характеризуется полифункциональностью, катализируя наряду с образованием хлораминов и гипохлорид- и гипойодит анионов с последующим активным галодированием белков фагоцитированных микроорганизмов, продуцируя синглетный кислород и некоторые альдегиды.
Пероксидазы представляют собой гемсодержащие ферменты, высвобождаемые активированными иммунными клетками в местах воспаления. В настоящее время их функциональная роль в охране здоровья в основном ограничивается предоставлением механизма окислительной защиты от вторжения бактерий и других патогенных микроорганизмов.
9
Каталаза – фермент, относящийся к классу оксидоредуктаз, который катализирует гетеролитическое расщепление О-О-связи в перекиси водорода. Каталаза всегда присутствует в системах, где осуществляется транспорт электронов с участием цитохромов, т. е. там, где образуется токсичный для клетки пероксид водорода. В клинической биохимии преимущественно определяют активность каталазы фотометрическим методом в следующих биологических средах: цельная кровь, плазма, эритроциты. Активность каталазы крови – один из прогностических тестов выраженности эндотоксикоза организма человека. Анализ активности каталазы находит применение в экологии человека в качестве биомаркера нарушений метаболических процессов в организме, как в крови, так и в других биологических средах (например слюне). Анализ данных литературы свидетельствует о том, что активность каталазы – один из значимых показателей активности антиоксидантной системы по такому ее звену, как антиперекисная защита.
Фермент каталаза является хромопротеидом с молекулярной массой около 240 000 Д, состоит из 4 субъединиц, имеющих по одной группе гема, локализуется в основном в пероксисомах, частично - в микросомах и в меньшей мере – в цитозоле. Полагают, что каталаза не имеет высокого сродства к перекиси водорода и не может эффективно обезвреживать это соединение при низких концентрациях, имеющихся в цитозоле. В пероксисомах, где концентрация перекиси водорода высока, каталаза активно разрушает ее.
По данным Н.В. Куриловой и М.М. Дебель (2004) этот энзим, как и все антиоксидантные ферменты, является индуцибильным ферментом и ее содержание в клетках регулируется в зависимости от метаболических потребностей организма. Концентрация каталазы у аэробов тесно связана с метаболизмом кислорода, радикалы которого являются одним из важнейших регуляторов биосинтеза фермента. Снижение уровня каталазы может быть связано с мутацией и окислительной деструкцией дезоксирибонуклеиновой кислоты при окислительном стрессе.
Было установлено, что супероксидный анион является наиболее легко вырабатываемым и распространенным свободным радикалом и является общим промежуточным звеном процессов окислительного стресса в клетках. Система антиоксидантной защиты супероксиддисмутазой поглощает и минимизирует образование этого радикала и, таким образом, играет важную роль в уменьшении кумулятивного окислительного повреждения в различных ячейках как в аэробных, так и в анаэробных клетках.
Фермент супероксиддисмутаза катализирует дисмутацию супероксидного аниона к перекиси водорода. Внеклеточная
10
супероксиддисмутаза представляет собой тетрамерный медьсодержащий гликопротеин, имеется большое различие концентрации этого фермента в различных тканях, в отличие от супероксиддисмутазы медь- и цинксодержащей и марганецсодержащей супероксиддисмутазы.
Супероксиддисмутаза марганца является основным ферментативным поглотителем супероксида, присутствующим в матрице митохондрий, и одним из наиболее важных реакционноспособных ферментов, поглощающих кислород, в клетке. Американские ученые T.T. Huang et all. (1997) в результате проведенных исследований установили, что клетки с дефицитом медь- и цинкзависимой супероксиддисмутазы более чувствительны к кислородной токсичности, чем клетки с дефицитом марганецзависимой супероксиддисмутазы, что вызывает повреждение, вызванное свободными радикалами, как в митохондриях, так и в цитоплазме, и что супероксиддисмутазы, разделенные в цитозоле, не могут компенсировать потерю фермента в митохондриях и наоборот.
В обзоре, автором которого является Н.П. Чеснокова с соавт. (2006), указывается, что касательно особенностей функционирования ферментного звена антиоксидантной системы, следует отметить, что реакции дисмутации супероксид анион - радикала и разложения перекиси водорода экзотермичны, а катализирующие эти реакции супероксиддисмутаза и каталаза не нуждаются в кофакторах, что делает их активность не зависящей от функционирования других клеточных структур. Супероксиддисмутаза ускоряет спонтанную реакцию в 200 раз. Обнаружено несколько изоэнзимных форм супероксиддисмутазы, отличающихся строением активного центра. У эукариотов медь – и цинксодержащая супероксиддисмутаза локализуется в основном в цитозоле эритроцитов, в межмембранном пространстве митохондрий, в цитоплазме и ядре нервных клеток. Супероксиддисмутаза существенно ускоряет дисмутации супероксид анион-радикала. Однако, несмотря на высокую специфичность фермента, при определенных условиях медьсодержащая супероксиддисмутаза может взаимодействовать с перекисью водорода и выступать в качестве прооксиданта. Активности каталазы и супероксиддисмутазы коррелируют между собой, что может быть связано с переключением потока электронов с одной цепи транспорта на другую. В этих условиях супероксиддисмутаза и каталаза действуют как звенья одной системы утилизации кислорода, размещенные в разных участках клетки.
Сообщается о применении супероксиддисмутазы людям и животным с терапевтической целью. При этом наблюдались защитные эффекты против облучения, канцерогенеза, апоптоза и нейродегенерации. Есть сведения также, что введение супероксиддисмутазы облегчает
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]