CC BY
53
УДК: 577.352.3
БИОХИМИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ ДИСФУНКЦИИ ЭНДОТЕЛИЯ НА ФОНЕ ЭКСПОЗИЦИИ ХЛОРИДОМ КОБАЛЬТА В ЭКСПЕРИМЕНТЕ У КРЫС
М.А. Отиев, С.Г. Дзугкоев, И.В. Можаева,
О.И. Маргиева, Н.М. Карчаидзе, Ф.С. Дзугкоева
ФГБУН Институт биомедицинских исследований ВНЦ РАН,
Владикавказ, Россия, 362025
Аннотация. На фоне длительной экспозиции хлоридом кобальта в дозе 2 мг/кг у крыс развивается окислительный стресс, являющийся патогенетическим звеном дисфункции эндотелия. Биохимическими маркерами являются: усиление перекисного окисления липидов (ПОЛ), повышение концентрации малонового диальдегида (МДА), угнетение активности супероксиддисмутазы (СОД) и повышение активности каталазы и концентрации ЦП. Окислительный стресс сопровождается снижением концентрации оксида азота (NO), доступности L-аргинина и экспрессии eNOS. О нарушении NO-продуцирующей функции эндотелия свидетельствует гистологическая картина эндотелия сосудов.
Ключевые слова: перекисное окисление липидов, антиокислительная система, оксид азота, регуляторы экспрессии eNOS, гистология.
Введение. Загрязнение среды обитания ксенобиотиками — одна из глобальных нерешенных проблем, актуальность которой еще более возросла в XXI в. Среди ксенобиотиков важное место занимают тяжелые цветные металлы и их соли, которые в больших количествах поступают в окружающую среду и через органы пищеварения, дыхания, кожные покровы и слизистые в организм человека и животных [3].
Одним из таких металлов является кобальт, который широко используется в металлургической промышленности в виде спла-
вов. Повышенные концентрации соединений кобальта для организма человека и животных вызывают патологические нарушения в сосудистой системе внутренних органов и тканях. Избыточное поступление солей тяжелых цветных металлов, в частности, кобальта в организм является гено-, ферменто- и мембранотоксичным [1; 2; 5]. В основе повреждающего действия окислительного стресса при ангиопатиях различного генеза лежат изменения физико-химических свойств мембран клеток и структурно-функциональные изменения [4; 9].
~ 67 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999 p-ISSN 2226-7425, e-ISSN 2412-9437
The Journal of scientific articles “Health and Education Millennium”, 2015. Vol. 17. No 3
—--------------------------—
Несмотря на многократное изучение токсичности кобальта остаются неизученными механизмы его повреждающего действия на клеточно-молекулярном уровне [11; 15].
Цель исследования: показать биохимические маркеры дисфункции эндотелия на фоне длительной интоксикации хлоридом кобальта в эксперименте и разработать методы патогенетической коррекции.
Материалы и методы исследования. Исследования проведены на крысах-самцах линии Вистар одной возрастной группы. Содержание крыс в виварии и проведение экспериментов соответствовали «Правилам проведения работ с использованием экспериментальных животных», разработанным и утвержденным МЗ СССР (1977), а также принципам Хельсинкской декларации (2000).
Кобальтовую интоксикацию моделировали парентеральным введением хлорида кобальта в дозе 2 мг/кг веса животного в течение 1 месяца. Вторая группа — крысы с кобальтовой интоксикацией, получавшие в течение 30 дней L-аргинин в дозе 10 мг/кг. По окончании эксперимента в гемолизате эритроцитов определяли концентрацию МДА [16] и активность СОД [14]. В сыворотке крови каждой группы определяли: активность каталазы [7], концентрацию церулоплазмина [6] и суммарных метаболитов NО [8]. Проводили гистологические исследования.
Статистическую обработку результатов проводили с помощью программы Microsoft Excel 2006. Результаты представлены в виде среднего значения (Mean) и ошибки среднего (SEM). Статистическую достоверность различий между двумя группами животных проверяли с помощью ^-критерия Стьюдента. Уровнем статистической значимости считали р < 0,05.
Результаты и обсуждение. У крыс с кобальтовой интоксикацией через месяц парентерального введения хлорида кобальта раз-
вился окислительный стресс, сопровождающийся повышением концентрации МДА в мембранах эритроцитов. Одновременно происходило снижение активности СОД, повышение активности каталазы и концентрации церулоплазмина, концентрация суммарных метаболитов NO статистически достоверно была ниже по сравнению с контрольными данными. Активные метаболиты кислорода и продукты ПОЛ вызвали нарушение функции эндотелия, биохимическими маркерами которого явились повышение концентрации МДА и снижение содержания суммарных метаболитов NO. Продукты ПОЛ вызвали повреждение сосудистого эндотелия, что подтверждено гистологически. Отмечается плазматическое пропитывание и умеренное утолщение эндотелия сосудов.
Анализ активности антиоксидантной системы у крыс с кобальтовой интоксикацией, получавших L-аргинин, показал достоверное возрастание активности СОД в эритроцитах, а повышенные данные активности каталазы и концентрации церулоплазмина в сыворотке крови достоверно снизились, хотя активность каталазы, по сравнению с контролем, осталась повышенной.
Для выяснения механизма повышения концентрации NO мы исследовали влияние L-аргинина — субстрата синтеза NO. Данные демонстрируют нарастание концентрации суммарных метаболитов NO на фоне лечения L-аргинином.
Полученные нами данные соответствуют результатам других исследователей [17; 18], показывающих, что супероксид анион радикал (O2 ) обладает способностью тормозить
экспрессию и активность eNOS, а также связывать и инактивировать NO, превращая его в пероксинитрит. Более того, данные других авторов [20] подтверждают повышенное образование O2 в дыхательной цепи и возмож-
~ 68 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999 p-ISSN 2226-7425, e-ISSN 2412-9437
ОтиевМА. и др. Биохимические маркеры дисфункции эндотелия на фоне экспозиции хлоридом кобальта...
ность оксидативного поражения эндотелия сосудов при кобальтовой интоксикации [17].
Для выяснения эффективности действия антиоксидантов на процессы ПОЛ и активность ферментов АОЗ клеток был проведен корреляционный анализ. Данные показали наличие корреляционной зависимости между концентрацией МДА и активностью каталазы: на фоне L-аргинина (г = +0,64, г = +0,62, р < 0,001) и концентрацией ЦП (г = +0,59, r = +0,57, р < 0 ,001) и обратной связи между уровнем снижения концентрации МДА и повышением активности СОД (г = -0,55, г = = -0,57) одновременно было выявлено наличие отрицательной сильной связи показателей NO и МДА у леченных крыс соответственно (г = -0,60, г = -0,58, р < 0,001). Полученные результаты позволяют заключить, что L-аргинин в дозе 10 мг/кг, положительно влиял на функциональную активность сосудистого эндотелия, что проявлялось усилением продукции оксида азота, эффект которого на гладкомышечные клетки (ГМК) сосудистой стенки реализуется через активацию растворимой гуанилатциклазы и повышение содержания цГМФ, что, в свою очередь, приводит к снижению внутриклеточного содержания Ca2+ и вазодилатации [12; 19]. Наибольшая эффективность на регуляторы экспрессии eNOS и концентрацию NO, полученные в наших исследованиях при кобальтовой интоксикации, подтверждают предположение авторов [10; 13] о способности препарата индуцировать экспрессию eNOS и, тем самым, нормализовы-вать концентрацию суммарных метаболитов NO, улучшая кровообращение в ишемизированных органах.
В сосудах микроциркуляторного русла при кобальтовой интоксикации отмечается нарушение структурной организации эндотелия сосудов.
Заключение. Изменение концентрации NO, участие регуляторов уровня экспрессии
еNOS, а также показателей ПОЛ и АОС: концентрации МДА и активности ферментов СОД в эритроцитах, каталазы и концентрации церулоплазмина в сыворотке крови являются показателями эндотелиальной дисфункции, лежащей в основе сосудистых осложнений при экспериментальной модели токсической ангиопатии. Коррекция сосудистых осложнений, вызванных хлоридом кобальта, и метаболизма NO на фоне лечения L-аргинин, приводит к снижению интенсивности свободнорадикального окисления в эритроцитах, повышению активности СОД и концентрации стабильных суммарных метаболитов оксида азота в крови и, возможно, уровня экспрессии NO-продуцирующего фермента (eNOS) клеток сосудистого эндотелия. Наряду с биохимическими показателями L-аргинин способствует частичному восстановлению гистологической картины эндотелия сосудов у крыс с кобальтовой интоксикацией.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бондаренко Л. В. Генетическая токсикология // Эколог. генетика. 2007. Т. 5. № 1. C. 39—41.
2. Бурдин Н.В., Гребенникова В.В., Лебедев В.И., Монгуш А.А., Бурдин В.Н. Кобальтникелевые арсенидные руды и проблемы биоэкологии // Успехи современного естествознания. 2008. № 7. С. 64—64.
3. Валина С.Л., Аминова А.И., Устинова О.Ю., Акатова А.А. Влияние химических факторов на клинико-лабораторные особенности атопических дерматитов // Вестник Пермского университета. 2010. № 2. C. 65—70.
4. Дзугкоева Ф.С., Такоева Е.А. Можае-ва И.В., Кочисова З.Х. и др. Состояние активности про- и антиоксидантной системы как факторов риска эндотелиальной дисфункции и почечной недостаточности у больных с хроническими болезнями почек (ХБН) // Успехи современного естествознания. 2011. № 12. С. 38—39.
5. Дзугкоева Ф.С., Такоева Е.А. Патобиохимические механизмы токсического влияния
------------------------------—
~ 69 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999
p-ISSN 2226-7425, e-ISSN 2412-9437
The Journal of scientific articles “Health and Education Millennium”, 2015. Vol. 17. No 3
—-------------------------—
хлорида никеля в эксперименте у крыс // Вестник новых медицинских технологий. 2009. XVI(3). C. 36—37.
6. Камышников В.С. // Клинико-биохим. лабор. диагностика. 2003. № 2. С. 71—77.
7. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г. Метод определения активности каталазы // Лабораторное дело. 1988. № 1. С. 16—19.
8. Метельская В.А., Гуманова Н.Г. Скрининг-метод определения уровня метаболитов оксида азота в сыворотке крови // Клин. лаб. диагностика. 2005. № 6. С. 15—18.
9. Микаэлян Н.П., Князев Ю.А., Гурина А.Е., Максина А.Г., Дзугкоева Ф.С. Состояние цитоплазматических мембран при экспериментальном сахарном диабете // Сахарный диабет. 1999. № 3. С. 48—51.
10. Незнамов Г.Г., Сюняков С.А., Чумаков Д. В. и др. Новый селективный анксиолитик афобазол // Журнал неврол. и психиатр. им. С.С. Корсакова. 2005. № 4. С. 35—40.
11. Охрименко С.М., Гурьева Н.Ю., Кали-ман П.А. Адаптация ферментов липидного и азотистого обмена у крыс при оксидативном стрессе, вызванном солями кобальта и ртути // Вестник Харьковского нац. унив. им. В.Н. Каразина. Серия Биология. 2005. Вып. 1—2. № 709. С. 56—60.
12. Северин Е.С. Биохимия. 4-е изд., М.: ГЕОТАР-МЕД, 2007. 779 с.
13. Середенин С.Б., Воронин М.В. Нейрорецепторные механизмы действия афобазола // Экспер. и клин. фармакология. 2009. Vol. 72. № 1. С. 3—11.
14. Сирота Т.В. Новый подход в исследовании аутоокисления адреналина и использование его для измерения активности супероксиддис-мутазы // Вопросы медицинской химии. 1999. № 3. С. 263—272.
15. Anderson S.P.T. Nickel and cobalt: Their physiological action on the animal organism // J. Anat. Physiol;1983; 17: 89—123.
16. Asakawa T., Matsushita S. Coloring conditions of thiobarbituricacid test, for detecting lipid hydrop-des // Lipids. 1980. 15. P. 137—140.
17. Beckman J.S. OONO-: Rebounding from nitric oxide // Circulat Res. 2001. 89. P. 295—297.
18. Ferdinandy P., Schulz R. Nitric oxide, superoxide and peroxinitrite in myocardial ischemia // Br
J. Pharmacol. 2003. Vol. 138. P. 532—542.
19. Murad F. Discovery of some of the biological effects of nitric oxide and its role in cell signaling // Biosci Rep. 1999. 19. P. 133—154.
20. Rosca M.G., Mustata T.G., Kinter M.T. et al. // Am. J. Physiol. Renal Physiol. 2005. 289(2). P. 420—430.
BIOCHEMICAL MARKER OF ENDOTHELIAL DYSFUNCTION ON THE BACKGROUND OF EXPOSURE COBALT CHLORIDE IN AN EXPERIMENT IN RATS
M.A. Otiev, S.G. Dzugkoev, I. V. Mozhaeva,
O.I. Margieva, N.M. Karchaidze, F.S. Dzugkoeva
Institute of Biomedical Research of Vladikavkaz Scientific Center of the Russian Academy of Sciences,
Vladikavkaz, Russia, 362025
Annotation. With prolonged exposure cobalt chloride at a dose of 2 mg/kg in rats develop oxidative stress, which pathogenetic link endothelial dysfunction. Biochemical markers are: increased lipid peroxidation (LPO), increasing the concentration of malondialdehyde (MDA), inhibition of the activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase activity and the increase in concentration of the CPU. Oxidative stress is accompanied by a decrease in the concentration of nitric oxide (NO), the availability of L-arginine and eNOS expression. Violation of the NO-producing endothelial function shows histology of vascular endothelium.
Key words: lipid peroxidation, antioxidant system, nitric oxide controls the expression of eNOS, histology.
—----------------------—
~ 70 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999 p-ISSN 2226-7425, e-ISSN 2412-9437
Отиев МА. и др. Биохимические маркеры дисфункции эндотелия на фоне экспозиции хлоридом кобальта...
REFERENCES
1. Bondarenko L.V. Ekologicheskaya geneti-ka, 2007, vol. 5, no. 1, pp. 39—41.
2. Burdin N.V., Grebennikova V.V., Lebedev V.I., Mongush A.A., Burdin V.N. Uspekhi so-vremennogo estestvoznaniya, 2008, no. 7, pp. 64—64.
3. Valina S.L., Aminova A.I., Ustinova O.Yu., Akatova A. A. Vestnik Permskogo universiteta, 2010, no. 2, pp. 65—70.
4. Dzugkoeva F.S., Takoeva E.A. Mozhae-va I.V., Kochisova Z.Kh. et al. Uspekhi sovremen-nogo estestvoznaniya, 2011, no. 12, pp. 38—39.
5. Dzugkoeva F.S., Takoeva E.A. Vestnik no-vykh meditsinskikh tekhnologiy, 2009, vol. XVI, no. 3, pp. 36—37.
6. Kamyshnikov V.S. Kliniko-biokhim. labo-rat. diagnostika, 2003, no. 2, pp. 71—77.
7. Korolyuk M.A., Ivanova L.I., Mayorova I.G. Laboratornoe delo, 1988, no. 1, pp. 16—19.
8. Metel'skaya V.A., Gumanova N.G. Klin. lab. diagnostika, 2005, no. 6, pp. 15—18.
9. Mikaelyan N.P., Knyazev Yu.A., Gurina A.E., Maksina A.G., Dzugkoeva F.S. Sakharnyy diabet, 1999, no. 3, pp. 48—51.
10. Neznamov G.G., Syunyakov S.A., Chumakov D.V. et al. Zhurnal nevrol. ipsikhiatr. im. S.S. Korsakova, 2005, no. 4, pp. 35—40.
11. Okhrimenko S.M., Gur'eva N.Yu., Kali-man P.A. Vestnik Khar'kovskogo nats. univ. im. V.N. Karazina. Seriya Biologiya, 2005, vyp. 1— 2, no. 709, pp. 56—60.
12. Severin E.S. Biokhimiya. Moscow, GEO-TAR-MED, 2007. 779 p.
13. Seredenin S.B., Voronin M.V. Eksper. i kli-nicheskaya farmakologiya, 2009, vol. 72, no. 1, pp. 3—11.
14. Sirota T.V. Voprosy meditsinskoy khimii, 1999, no. 3, pp. 263—272.
15. Anderson S.P. T. Nickel and cobalt: Their physiological action on the animal organism. J. Anat. Physiol;1983; 17: 89—123.
16. Asakawa T., Matsushita S. Coloring conditions of thiobarbituricacid test, for detecting lipid hydroperoxides. Lipids;1980;15: 137—140.
17. Beckman J.S. OONO-: Rebounding from nitric oxide. CirculatRes 2001; 89:295—297.
18. Ferdinandy P., Schulz R. Nitric oxide, superoxide and peroxinitrite in myocardial ischemia Br J. Pharmacol. 2003. Vol.138. P. 532—542.
19. Murad F. Discovery of some of the biological effects of nitric oxide and its role in cell signaling. Biosci Rep; 1999; 19: 133—54.
20. Rosca M.G., Mustata T.G. Kinter M.T. et al. Am. J. Physiol. Renal Physiol; 2005; 289(2): 420—30.
CiteFactor
• * +•«•’•*# Academic Scientific Journals
Open Academic Journals Index
о
ULRICHSWEB"
GLOBAL SERIALS DIRECTORY
INTERNATIONAL
STANDARD
SERIAL
NUMBER
INTERNATIONAL CENTRE
