Интенсивность гликолиза и активность ферментов энергетического обмена в мозге крыс при многократном воздействии гипогликемических доз инсулина

Возобновляющиеся состояния гипокликемйи являются частым осложнением в терапии сахарного диабета, определяют клинику инсулиномы поджелудочной железы, наблюдаются при заболеваниях почек, печени, желудочно-кишечного тракта и алкоголизме, приводя к развитию постгипогликемической энцефалопатии [1, 3, 6, 7]. В го же время однократная, даже тяжелая, инсулиновая кома сопровождается обратимыми изменениями обмена в головном мозге [10, 12].

Поэтому патологические особенности метаболизма в нервной ткани, являющиеся результатом неоднократно перенесенной гипогликемии, в частности возможные нарушения энергетического обмена, требуют дальнейшего изучения.

В настоящей работе проведено исследование основных путей использования глюкозы — интенсивности гликолиза и гликогенолиза, активности дегидрогеназ цикла Кребса, аланин- и аспартатаминотрансфераз (АЛТ и ACT соответственно) в головном мозге крыс при многократной гипогликемии.

Материалы и методы

Опыты выполнены на белых беспородных крысах обоего пола массой 180—220 г. Все животные содержались на обычном рационе и перед опытом голодали в течение 18—24 ч. Воду получали без ограничения. Гипогликемическую кому (содержание глюкозы в крови менее I ммоль/л) вызывали внутримышечной инъекцией инсулина в дозе 40 ЕД на 1 кг массы, купирование проводили введением коматозным животным 3 мл 40% раствора глюкозы в желудок. Подопытные животные перенесли 5—7 гипогликемических ком с интервалом 2 дня. Исследовали ткани больших полушарий (БП) и ствола мозга (СТ) интактных животных (контроль) и крыс, декапитированных на 2-е сутки после 5—7-й гипогликемической комы. Интенсивность гликолиза и гликогенолиза определяли по скорости накопления лактата в инкубационной среде, V используя в качестве субстратов глюкозу, глюкозо-6-фосфат и гликоген [5]. Суммарную фракцию митохондрий получали методом дифференциального центрифугирования [2 ]. Активность пируватдегидрогеназы (ПДГ; КФ 1.2.4.1), а-кетоглута- ратдегидрогеназы (а-КГДГ; КФ 1.2.4.2), сукцинатдегидрогеназы (СДГ; КФ 1.3.99.1) определяли с дихлорфенолиндофено- лом в присутствии феназинметасульфата [9]. Активность ACT (КФ 2.6.1.1) и АЛТ (КФ 2.6.1.2) определяли колориметрически [4 ], используя в качестве источника ферментативного белка надосадок, полученный после центрифугирования 10% гомогената ткани мозга в 0,05 М трис-НС1, 0,154 М КС1. pH 7,4, при 20 000 g в течение 15 мин. Все процедуры, связанные с обработкой ткани и выделением митохондрий, производили при 0—4° С. Содержание глюкозы в крови и гликогена в головном мозге исследовали колориметрически [4]. Белок определяли по Лоури. Результаты экспериментов обрабатывали статистически с применением /-критерия Стьюдента.

Результаты и их обсуждение

♦

Содержание глюкозы в крови и уровень гликогена в отделах головного мозга крыс, перенесших 5—7 гипогликемических ком, не отличались от нормы (табл. 1). Глюкоза является главным энергетическим и пластическим субстратом в нервной ткани. Основным путем утилизации глюкозы в мозге служит дихотомический распад [14]. Гликолитическая энергопродукция имеет важное значение в обеспечении специфических функций нейронов [13]. Скорость процессов гликолиза в изученных отделах мозга при использовании в качестве субстратов глюкозы и глюкозо-6-фос- фата в восстановительном периоде после возобновляющейся гипогликемии не изменяется (см. табл. 1), обеспечение гликолиза исходным субстратом в данных экспериментальных условиях также оставалось стабильным. Вместе с тем обнаружено достоверное снижение (на 18%) интенсивности гликогенолиза в стволовых структурах мозга. Нарушение использования гликогена в нервной ткани является общим патохимическим проявлением многих состояний, сопровождающихся угнетением функций мозга [8]. При этом уменьшение интенсивности гликогенолиза может быть связано с увеличением окисления неуглеводных субстратов, в частности высших жирных кислот, количество которых в мозге значительно увеличивается при гипогликемии за счет распада структурных фосфолипидов клеток [14].

Нервная ткань отличается высоким содержанием и скоростью обмена глутаминовой и аспа-

Т аблица 1

Содержание глюкозы в крови, гликогена в нервной ткани, интенсивность гликогенолиза и гликолиза в мозге крыс на 2-е сутки после купировании 5—7-й гипогликемической комы (М + т)

Примечание. Здесь и в табл. 2: п—число опытов в каждой серии; звездочкой обозначены статистически достоверные по сравнению с контролем изменения. р<0,05. рагиновой кислот. Источником их углеродного скелета служит глюкоза [15]. Одним из основных этапов превращения этих аминокислот в мозге являются реакции трансаминирования. На 2-е сутки после 5—7-й гипогликемической комы выявлены статистически достоверное снижение (на 9%) уровня АЛТ в БП, тенденция к снижению активности АЛТ и уменьшение (на 11 %о) активности ACT в СТ (табл. 2). В ранние сроки восстановительного периода после купирования единичной гипогликемической комы глюкозой также обнаружено снижение активности АЛТ и ACT в нервной ткани [11 ]. Таким образом, многократное воздействие гипогликемии приводит к стабильному снижению активности аминотрансфераз в мозге. Активность ферментов цикла Кребса не изменялась в исследованных отделах мозга крыс, перенесших серию гипогликемических ком (см. табл. 2). В условиях систематически возникающего при гипогликемии дефицита основного субстрата энергообмена в нервной ткани—глюкозы — снижение активности аминотрансфераз может быть направлено на сохранение уровня интермедиатов цикла Кребса и приводить к снижению использования а-кетоглутарата в синтезе глутамата и связанных с ним аминокислот. Нарушения в обмене глутаминовой и аспарагиновой кислот в свою очередь сопровождаются изменениями процессов передачи возбуждения в глутамат- и аспартатергических синапсах мозга [15].

Таким образом, многократная гипогликемия приводит к относительно стойкому снижению интенсивности гликогенолиза и активности трансаминаз в нервной ткани. Выявленные изменения сосредоточены в основном в СТ. Необходимо отметить, что расстройства функций стволовых структур вносят существенный вклад в симптоматику нейропатии, возникающей после гипогликемии [6]. Изменения обмена в нервной ткани, связанные с периодически возникающей гипогликемией и приводящие к уменьшению использования углеродного скелета глюкозы в синтезе нейромедиаторных аминокислот, могут явиться одной из причин развития нарушений функций мозга — постгипогликемической энцефалопатии.

Выводы

1. Процессы окисления глюкозы в БП мозга характеризуются высокой устойчивостью к многократной гипогликемии. Скорость гликолиза и активность окислительных ферментов цикла Кребса не изменяются после 5—7 гипогликемических ком.
2. Повторяющаяся тяжелая гипогликемия приводит к снижению гликогенолиза и активности ACT в стволовых структурах мозга.

ЛИТЕРАТУРА

1'. Генес С. Н. Гипокликемия. Гипогликемический симпто- мокомплекс.— М., 1970.

2. Глебов Р. Н., Дмитриева Н. М. // Биохимия.— 1975.— № 4,— С. 822—827.

Таблица 2

Активность окислительных ферментов (в нмоль/мин на 1 мг белка) и аминотрансфераз (в нмоль/ч на 1 мг белка) в мозге крыс на 2-е сутки после ■ купирования 5—7-й гипогликемической комы (М±т)