CC BY
26
УДК 616.153.455-008.61:616.89-008.45/.48-085:615.015.2
.48-085:615.015.2 https://doi.org/10.26641/2307-0404.2020.3.214647
A.Е. Левах,
H.С. Бондаренко, С.М. Дронов,
I.В. Твердохлiб,
B.Й. Мамчур, В.1. Жилюк
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ДОЦ1ЛЬНОСТ1 СУМ1СНОГО ЗАСТОСУВАННЯ П1РАЦЕТАМУ I МЕТФОРМ1НУ ДЛЯ ФАРМАКОЛОГIЧНОÏ КОРЕКЦIÏ КОГН1ТИВНИХ РОЗЛАД1В ЗА УМОВ ТРИВАЛОÏ ГIПЕРГЛIКЕМIÏ
ДЗ «Днтропетровсъка медична академiя МОЗ УкраИни»
кафедра фармакологи i KniHi4H0i фармакологи
(зав. - д. мед. н., проф. В.1. Жилюк)
вул. В. Вернадсъкого, 9, Днтро, 49044, Украша
SE «Dnipropetrovsk medical academy of Health Ministry of Ukraine»
Department of Pharmacology and Clinical Pharmacology
V. Vernadsky str., 9, Dnipro, 49044, Ukraine
e-mail: vzhyliuk@gmail.com
Цитування: Медичт перспектива 2020. Т. 25, № 3. С. 30-39 Cited: Medicniperspektivi. 2020;25(3):30-39
Ключовi слова: алоксанчндукована гiперглiкемiя, dia6emu4Ha енцефалопатiя, когнтшний дефщит, метформiн, трацетам
Ключевые слова: аллоксан-индуцированная гипергликемия, диабетическая энцефалопатия, когнитивный дефицит, метформин, пирацетам
Key words: alloxan-induced hyperglycemia, diabetic encephalopathy, cognitive deficit, metformin, piracetam
Реферат. Экспериментальное обоснование целесообразности сочетанного применения пирацетама и метформина для фармакологической коррекции когнитивных расстройств в условиях длительной гипергликемии. Левых А.Э., Бондаренко Н.С., Дронов С.Н., Мамчур В.И., Твердохлеб И.В., Жилюк В.И.
Стратегически важными звеньями развития когнитивного дефицита при диабетической энцефалопатии считают хроническую гипергликемию, инсулинорезистентность, эндотелиальную дисфункцию и нарушение целостности гематоэнцефалического барьера. С учетом этого, одним из современных трендов оптимизации лечения нарушений когнитивных функций, индуцируемых длительной гипергликемией, можно считать совместное назначение препаратов с имеющейся антигипергликемической и ноотропной активностью, в частности, метформина с пирацетамом. Показано, что в условиях экспериментальной аллоксан-индуци-рованной гипергликемии пирацетам обладает недостаточным ноотропным потенциалом для устранения когнитивного дефицита. Метформин оказывает незначительное ноотропное действие при краткосрочном использовании в низких дозах, при этом не проявляя этих свойств при длительном введении. Показано, что при сочетанном применении с пирацетамом метформин потенцирует его антиамнестические свойства, что способствует восстановлению когнитивных функций, ослабленных гипергликемией. Предполагается, что механизмы такого синергизма опосредуются снижением содержания ранних и поздних маркеров деструкции белковых молекул, уровня стабильных метаболитов оксида азота в коре головного мозга, а также существенным ограничением проявлений ультраструктурных деструктивных изменений нейронов гиппокампа с одновременным улучшением состояния его микроциркуляторного русла. Полученные результаты указывают на целесообразность использования метформина совместно с ноотропами для предупреждения или лечения когнитивных нарушений, которые возникают вследствие сахарного диабета.
Abstract. Experimental substantiation of the expediency of the combined use of piracetam and metformin for pharmacological correction of cognitive disorders in conditions of prolonged hyperglycemia. Lievykh A.E., Bondarenko N.S., Dronov S.N., Mamchur V.I., Tverdokhlib I.V., Zhyliuk V.I. Chronic hyperglycemia, insulin resistance, endothelial dysfunction, and disturbance of the integrity of the blood-brain barrier are considered as strategically important links in the development of cognitive deficits in diabetic encephalopathy. Taking this into account, one of the modern trends in the optimization of the treatment of cognitive impairments induced by prolonged hyperglycemia is the co-administration of agents with antihyperglycemic and nootropic activity, in particular, metformin with piracetam. It has been shown that under conditions of experimental alloxan-induced hyperglycemia, piracetam has insufficient nootropic potential for eliminating cognitive deficits. Metformin has a weak nootropic effect
МЕДИЧН1ПЕРСПЕКТИВИ / MEDICNIPERSPEKTIVI
in short-term use in low doses, without exhibiting these properties in prolonged administration. When combined with piracetam, metformin potentiates its antiamnesic properties, which helps to restore cognitive functions impaired by hyperglycemia. It is assumed that the mechanisms of such synergism are mediated by a decrease in the content of early and late markers of the destruction of protein molecules, the level of stable nitric oxide metabolites in the cerebral cortex, as well as a significant limitation of the manifestations of ultrastructural destructive changes in hippocampal neurons with a simultaneous improvement in the state of its microvasculature. The obtained results indicate the expediency of the combined use of metformin with nootropic agents for the prevention or treatment of cognitive impairments that occur as a result of diabetes mellitus.
Натепер цукровий дiабет (ЦД), який вва-жають нешфекцшною еmдемiею ХХ1 столотя, визнасться незалежним фактором ризику розвитку дiабетичноl енцефалопати, характерною особливютю яко! е прогресуючий розвиток когштивно1 дисфункци. До найбшьш значущих механiзмiв 11 появи при ЦД вщносять порушення цiлiсностi гематоенцефалiчного бар'еру, п-перглiкемiю, iнсулiнорезистентнiсть, дисфунк-цiю судин мiкроциркуляторного русла та ендотелда [2].
Розвиток когнiтивних розлавдв у хворих на ЦД у першу чергу опосередковуеться хронiчною гiперглiкемiею, яка зумовлюе активацiю меха-нiзмiв ушкодження ЦНС, що проявляеться, насамперед, iндукцiею апоптозу нейронiв гшо-кампально-амигдалярного комплексу [7]. Уш-версальним мехашзмом розвитку дефiциту пам'ятi при дiабетичнiй енцефалопати вважають ендотелiальну дисфункцiю [3], оскшьки дiабет змiнюе функцiю ендотелда i проникшсть гема-тоенцефалiчного бар'еру, тим самим порушуючи кровотiк та регюнальний метаболiзм у головному мозку [5]. Процеси когштивного старшня у хворих на ЦД також певною мiрою пояснюе концепцiя «шсулшорезистентносп головного мозку». Виснаження iнсулiнових рецепторiв у центральнiй нервовiй системi супроводжуеться ослабленням нейропротективного впливу ш-сулшу з подальшим розвитком гшокампально1 дисфункци, когнiтивних розладiв i мнестичного дефщиту [4].
Ураховуючи, що стратегiчно важливими ланками патогенезу розладiв пам'ят у хворих на ЦД е хрошчна гiперглiкемiя, iнсулiнорезистентнiсть та ендотелiальна дисфункцiя [2], одним з сучасних трендiв оптимiзацil лiкування пору-шень когнiтивних функцiй доцiльно вважати сумюне призначення препаратiв з наявною анти-гiперглiкемiчною та ноотропною активнiстю, що й визначило мету цього експериментального дослщження.
Метою нашо1 роботи було експериментальне визначення доцiльностi застосування комбшаци метформiну з пiрацетамом в якосп засобiв фармаколопчно1 корекци когнiтивних порушень за умов тривало1 ппергакеми.
МАТЕР1АЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛ1ДЖЕНЬ
У дослщженш використано 70 бiлих стате-возрших щурiв лшп BicTap масою 230-350 г. Тварин утримували в стандартних умовах bí-вapiю при вшьному доcтупí до води та 1ж в умовах íнвеpтовaного cвíтлa 8.00 - 20.00 при темпеpaтуpí пов^ря 22±2°C.
Експеримент проведений на бaзi кафедри фармакологи i ктшчно1 фармакологи Державного закладу «Дшпропетровська медична акаде-мíя МОЗ Украши» (м. Дншро). Уcí процедури (aнеcтезíя, введення лшарських зacобíв, виве-дення тварин з експерименту тощо) повною мípою вщповщали принципам Свропейсько1 кон-венцп захисту хребетних тварин, яких викорис-товують з експериментальною та íншою науко-вою метою (Страсбург, 1986), Директиви № 2010/63/СС про захист тварин, що викори-стовуються з науковою метою (2010), Закону Украши «Про захист тварин вщ жорстокого поводження» та висновку комюи з питань бю-медично1' етики ДЗ ДМА (протокол № 8 вщ 17.12.2019 р.).
Тварини були розподшеш на п'ять основних груп (n=50), групу активного (алоксановий дíaбет, n=10) та групу пасивного штактного (n=10) контролю. Ушм гризунам основних груп та групи активного контролю для вщтворення експериментального стану тривало! гшерглшемп одноразово шдшюрно вводився водний розчин алоксану моногíдpaту в дозí 150 мг/кг у виглядi 5% розчину в цитратному буфера рН 4,5. Рiвень глюкози кpовí визначався на 11 добу шсля введення алоксану за допомогою глюкометра Optium Omega (Abbot Diabetes Care Inc., США). Для подальших дослщжень викоpиcтaнí тíльки тварини з тдвищеним píвнем глюкози (>11 ммоль/л). Група штактних тварин отримувала, пíдшкípно фíзíологíчний розчин у вщповщних обемах.
З метою вивчення стану когнíтивних функцíй головного мозку по мipi прогресування алоксан-шдуковано1 патологи шдшлунково1 залози та впливу дослщних лíкapcьких зacобíв з наявною aнтигiпеpглiкемiчною та ноотропною aктивнícтю на переб^ зазначеного процесу щурам 1-l', 2-l' та 3-l' основних груп (n=10 у кожнíй) 1 раз на добу внутршньошлунково протягом 20 дшв
вводили метформш у дозах, е^валентних добо-вому терапевтичному дiапазону для людини: 250, 500 i 750 мг/кг вiдповiдно (Глюкофаж®, таблетки 500 мг, компашя «Merck Santé S.A.S.», Францiя). Щурам 4-ï основно1 групи (n=10) 1 раз на добу штрагастрально протягом 20 дшв вводили пiрацетам дозою 400 мг/кг (Луцетам® (шрацетам), таблетки 1200 мг, компашя «Egis Pharmaceuticals PLC», Угорщина), 5-ï групи (n=10) в аналопчному режимi - комбiнацiю зазначених засобiв (метформiн 250 мг/кг + шрацетам 400 мг/кг). Тваринам групи активного контролю внутршньошлунково вводили дис-тильовану воду. Оцiнку ефективностi експери-ментальноï терапiï проводили на 6 та 20 добу шсля введення дослiдних засобiв у тестi умовноï реакцiï пасивного уникнення (УРПУ). Ощ-ночним показником вiдтворення навички УРПУ слугував латентний перiод (ЛП) заходу тварин до темного вщсшу камери та рiвень амнезiï умовно1' навички [9].
По мiрi прогресування алоксаново1' гшергл> кемiï (АГ) оцiнювався рiвень глюкози кровi, активнiсть процесiв вшьнорадикального окис-нення та стан системи обмiну оксиду азоту в гомогенатах неокортексу щурiв, функцiональний стан ендотелда судин, а також ультраструктурш змши гематоенцефалiчного бар'еру (ГЕБ) та судинного русла гшокампу.
Рiвень глюкози кровi оцiнювали на 20 добу експерименту у щурiв усiх груп за допомогою глюкометра Optium Omega (Abbot Diabetes Care Inc., США).
Маркерами окиснювального стресу слугували рiвнi продукпв окисно1' модифiкацiï бiлкових молекул - альдепдфеншпдразошв (АФГ) i кетонфенiлгiдразонiв (КФГ), а стану системи обмшу оксиду азоту - рiвень його стабшьних метаболiтiв NOx у неокортексi. Для ix визна-чення на 20-у добу щурiв 4-ï i 5-ï основних груп, а також груп активного та штактного контролю виводили з експерименту шляхом декаштаци шд легким ефiрним наркозом, пiсля чого проводили забiр кровi та екстракцда тканин неокортексу, з яких готували гемогенати. Вмiст АФГ i КФГ [15], а також NOx [6] в гомогенатах кори головного мозку визначали спектрофото-метрично за загальноприйнятими методиками.
Вивчення стану ендотелiотромбоцитарного гомеостазу проводили на 20-у добу у щурiв 5-ï основноï групи, а також груп активного та штактного контролю шляхом ощнки системноï продукцп ендотелiального оксиду азоту та активност конститутивноï NOS у тромбоцитах. Рiвень стабiльних метаболiтiв NOx [6] визначали
спектрофотометрично, а bmîct фiзiологiчноï i30-форми синтази оксиду азоту - в суспензи тром-боцитiв за рiвнем диформазану [8].
Оцшку ультраструктурних змiн ГЕБ та судинного русла гшокампу виконували за допомогою трансмюшного електронного мшроскопа ПЭМ-100-01 ("SELMI", Украïна) при напрузi приско-рення 70-75кВ i первинних збiльшеннях вiд 4000 до 20000 за стандартною схемою з попередньою шдготовкою матерiалу згiдно iз загальноприйнятими стандартамив [11].
Данi, отримаш в експериментi, обробляли методами бюстатистики за допомогою програми STATISTICA 6.1 (серiйний номер AGAR 909 E415822FA). Установлення достовiрностi мiж-групових вiдмiнностей проводилося за допомогою параметричного t-критерда Стьюдента, критерiю рангових сум Вшкоксона, критерiю Манна-Уïтнi та методу однофакторного диспер-сiйного аналiзу ANOVA [1].
Рiвень достовiрностi статистичноï значущостi вiдмiнностей результатiв дослiджень становив р<0,05; р<0,01 та р<0,001.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ÏX ОБГОВОРЕННЯ
Як свщчать отриманi нами результати, кур-сове 20-добове внутрiшньошлункове введення метформiну в дозi 250 мг/кг призводило до зниження рiвня глюкози на 14,8% (р<0,05) лише порiвняно з 1 добою експерименту, однак не групою активного контролю. У свою чергу, при використанш метформiну в дозi 500 мг/кг рiвнi глюкози наприкiнцi експерименту були нижчими на 18,9% (р<0,05) по вщношенню до початкових значень та на 21,9% (р<0,01) - по вщношенню до тварин групи АГ. При повторних введеннях засобу дозою 750 мг/кг зазначеш показники були меншими на 28,7% (р<0,05) та 25,7% (р<0,01) вщповщно (табл. 1).
Отже, метформш за умов хронiчноï гшергл> кеми дозозалежно знижуе ïï ступiнь, однак у дослщжених дозах не приводить до повного вщновлення фiзiологiчних рiвнiв глюкози у кровi. Отриманi результати узгоджуються з даними лггератури, яю свiдчать, що основною функцieю метформiну е регуляцiя гомеостазу глюкози, насамперед шляхом впливу на процеси глюконеогенезу та глiкогенолiзу в гепатоцитах [14], що опосередковуеться рядом механiзмiв: пригнiченням активносп мiтохондрiальних фер-ментiв глюконеогенезу, зменшенням поглинання глюконеогенних субстратiв гепатоцитами та анта-гонiзмом iз сигнальним шляхом глюкагону [12].
Аналiз вивчення стану мнестичних функцш показав, що у тварин з АГ спостер^алися вира-женi прояви когнiтивного дефiциту. Зокрема, на
МЕДИЧН1ПЕРСПЕКТИВИ / ЫЕЫСМ РЕ^РЕКТШ
6-у добу тестування УРПУ тривашсть ЛП скоро- вiдношенню до значення вщповщного показника в чувалася на 56% (р=0,064) порiвняно з пасивним грут iнтактних тварин (табл. 2). контролем, а на 20-у добу - на 61,5% (р<0,05) по
Таблиця 1
Р1вень глюкози кров1 у щур1в з алоксан-1ндукованою г1пергл1кем1ею за умов експериментальноТ терапн метформ1ном (М±т, п=10)
Група тварин Ршень глюкози, ммоль/л
1 доба 20 доба
Пасивний контроль (штактт) 5,91±0,410 5,51±0,315
Активний контроль (А1Г) 18,08±1,269*** 17,47±1,143***
Метформ1н (250 мг/кг) 16,52±0,805*** 14,08±0,797х
Метформш (500 мг/кг) 16,84±1,067*** 13,65±0,882#х
Метформ1н (750 мг/кг) 18,19±1,463™ 12,97±1,135#хх
Прим1тки: - р<0,001 по вщношенню до показниюв пасивного контролю; # — р<0,05 - до показниюв групи з АГ; х - р<0,05; хх — р<0,01 -до показниюв на 1-у добу дослщження.
Доведено, що курсове внутршньошлункове введення метформiну в рiзних дозах у щурiв з АГ на 6-у добу тестування УРПУ характеризувалося вираженою тенденцieю до зростання тривалост ЛП лише при використаннi дослщного гiпоглiкемiчного засобу в дозi 250 мг/кг, що
викликало збiльшення показника у 2,78 раза (р=0,05) порiвняно з групою активного контролю. При цьому рiвень амнезованостi тварин на 20-у добу тсля введення метформiну у всiх дозових режимах був наближений до показниюв групи активного контролю (табл. 2).
Таблиця 2
Тривалкть латентного перюду УРПУ у щур1в з алоксан-1ндукованою г1пергл1кем1ею за умов повторних введень метформшу та його комбшацн з шрацетамом (М±т, п=10)
Умови експерименту Латентний перюд, сек
5 доба 6 доба 20 доба
Пасивний контроль (штактт) 22,7±4,65 173,5±6,50 165,3±14,70
Активний контроль (АГ) 20,8±1,99 42,7±10,75 (р=0,06) 33,3±9,39*
Метформш (250 мг/кг) 18,6±3,81 118,8±25,13 (р = 0,05) 48,9±9,63
Метформш (500 мг/кг) 22,2±4,79 94,1±21,62 40,1±8,28
Метформш (750 мг/кг) 20,6±3,43 92,6±24,76 47,8±17,13
Шрацетам (400 мг/кг) 19,3±3,99 104,0±25,67 85,3±26,09
Шрацетам (400 мг/кг) + метформш (250 мг/кг) 18,1±3,15 146,8±22,13*# 164,5±15,50###
Прим1тки: * — р<0,05 - до групи тварин пасивного штактного контролю; — р<0,01;
- р<0,001 - до групи активного контролю (АГ).
Зазначено, що штрагастральне застосування валост латентного перюду порiвняно з групою пiрацетаму в дозi 400 мг/кг тваринам з тривалою активного контролю, яке, однак, не мало riперглiкемieю сприяло деякому зростанню три- статистично значущого характеру. У свою чергу,
сумюне використання шрацетаму з метформшом (400/250 мг/кг) характеризувалося пролонгащею ЛП на 6 та 20 добу експерименту в 3,44 (р<0,01) та 4,94 (р<0,001) раза вщповщно по вiдношенню до аналогiчного показника групи АГ. При цьому значення показника ЛП набуто! навички, за-реестрованi у тварин ще! групи, статистичного значущо перевищували показники групи шрацетаму (табл. 2).
Отже, тривала АГ шщюе процеси, яю при-зводять до амнезн набуто! навички ^ тим самим, викликае розвиток когштивного дефiциту. Мет-формш сприяе дозозалежному зниженню рiвня глюкози ^ за умов короткострокового введення, у низькодозовому режимi (250 мг/кг) виявляе деяку ноотропну та антиамнестичну активнють, однак не виявляе цих властивостей при 3-тижневому застосуваннi. Й експериментальна те-рапiя пiрацетамом не здатна повною мiрою
попереджувати розвиток когштивного дефщиту за умов АГ та гальмувати його подальше зрос-тання. Метформiн при сумiсному використаннi з шрацетамом потенцiюе антиамнестичнi власти-вост ноотропа та сприяе вiдновленню когштивних функцiй, пригнiчених тривалою гiперглiкемiею.
Цшком iмовiрно, що така особливiсть комб> новано! терапн опосередкована синергiзмом механiзмiв впливу iнгредiентiв зазначено! ком-позицн на стратегiчно важливi ланки патогенезу когштивного дефщиту, зумовленого тривалою гiперглiкемiею. Так, зпдно з отриманими нами результатами, переб^ тривало! алоксан-вдуко-вано! гшерглшемн у щурiв значно прискорював iнтенсивнiсть процесiв окиснювально! моди-фшацн бiлка в корi головного мозку, свщченням чого слугувало зростання концентрацн АФГ та КФГ на 82,2% (р<0,001) i 44,3% (р<0,001) вщ-повiдно (табл. 3).
Таблиця 3
Вплив шрацетаму та його композицн з метформшом на вмкт продукт1в окиснот модифжацн б1лк1в, стаб1льних метаболтв оксиду азоту в гомогенатах неокортексу, а також глюкози кров1 у щур1в з алоксан-1ндукованою г1пергл1кем1ею (М±т, п=10)
Група тварин АФГ КФГ NOx, Глюкоза,
у.о./г. б1лка у.о./г. б1лка мкмоль/л ммоль/л
Пасивний контроль 0,75±0,056 1,15±0,036 22,3±3,29 6,7±0,55
Активний контроль (А1Г) 1,37±0,074* 1,66±0,044* 45,7±6,25* 20,8±2,19*
Шрацетам (400 мг/кг) 1,28±0,078 1,45±0,040*# 37,6±2,90 18,8±1,97
Шрацетам (400 мг/кг) + метформш (250 мг/кг) 0,89±0,092**х 1,31±0,082#х 29,7±3,32# 13,6±1,16#
Прим1тки: * - р<0,001 - до показник1в групи пасивного контролю; # — р<0,05; ## — р<0,01 - до показниюв групи активного контролю; х -
р<0,05 — до показниюв у груш шрацетаму.
Показано, що повторш, протягом 20 дiб, внутрiшньошлунковi введення пiрацетаму в дозi 400 мг/кг сприяли зменшенню вмюту маркерiв ОМБ у неокортексi, бiльшою мiрою по вщно-шенню до КФГ, рiвень якого був на 12,6% (р<0,01) нижчим порiвняно з групою активного контролю. При цьому курсова комбшована терашя пiрацетамом (400 мг/кг) та метформшом (250 мг/кг) сприяла зниженню вмюту АФГ та КФГ порiвняно з групою активного контролю на 35% (р<0,01) та 21,1% (р<0,05) вiдповiдно та водночас була ефектившшою монотерапil пiра-цетамом як по вщношенню до АФГ - зниження на 30,5% (р<0,05), так i КФГ - -9,6% (р<0,05) (табл. 3).
Установлено, що вiдтворення експеримен-тального е^валента ЦД у щурiв супроводжу-валося збiльшенням системно! продукцi! оксиду
азоту в корi головного мозку: рiвень стабiльних метаболiтiв NOx у неокортека зростав у 2,05 раза (р<0,001) порiвняно з групою штактного контролю (табл. 3).
Доведено, що статистично значуще зменшен-ня вмiсту стабiльних метаболiтiв оксиду азоту спостер^алося лише в груш курсового комб> нованого застосування шрацетаму з метформшом, тсля введення яких рiвень NOx знижу-вався на 32,8% (р<0,05) вiдносно аналопчного показника в групi АГ. При цьому статистично значуще зниження рiвня глюкози кровi на 34,6% (р<0,05) порiвняно з групою активного контролю також спостер^алося лише при 20-добовому сумiсному введеннi пiрацетаму з метформшом, проте не монотерапп шрацетамом (табл. 3).
МЕДИЧН1ПЕРСПЕКТИВИ / MEDICNIPERSPEKTIVI
Отже, перебш тривало1 алоксан-шдуковано1 гшерглшемп у щурiв супроводжуеться штенси-фiкацiею процешв вiльнорадикального окиснен-ня бiлкових молекул, а також збшьшенням системно1 продукци оксиду азоту в неокортексi. Ирацетам при його сумiсному використаннi з метформшом статистично значущо знижуе вмют раннiх i пiзнiх маркерiв деструкци бiлкових молекул, а також рiвень стабiльних метаболiтiв оксиду азоту.
Отриманi результати корелюють з повщом-леннями лiтературних публшацш, згiдно з якими гiперглiкемiя посилюе продукцiю активних форм кисню (АФК) у м^охощ^ях, тим самим шду-куючи окиснювальний стрес, що приводить до окиснювально1 модифшацп лiпiдiв, бiлкiв i ДНК та, у кiнцевому результат - апоптозу клiтини [12]. Крiм того, викликане гiперглiкемiею шд-вищення пулу оксиду азоту полегшуе перебш реакцп його взаемоди з супероксидним анюн-радикалом, результатом яко! е утворення перок-синiтриту, який виявляе набагато бiльшу руйнуючу здатнiсть, шж оксид азоту чи супероксид анюн [10]. Метформiн, виконуючи роль промотору системи антиоксидантного захисту, сприяе прямому «захопленню» пдроксил-ради-калу (ОН) - основного агента, який викликае
деструктивы процеси в клггиш; пiдвищуе активнiсть ендогенних антиоксидантних фермен-тiв (глутатiонредуктази, каталази та супероксид-дисмутази); iнактивуе НАДФН-оксидазу, при-зводячи до зростання цитозольного вмiсту НАДФН i внаслiдок цього - рiвнiв вiдновленого глутатiону, що ослабляе окиснювальну напругу, яка вадграе роль у патогенезi багатьох хвороб, у т.ч. дiабету. До того ж шдвищення рiвня внутрiшньоклiтинного глутатiону, ймовiрно, може попереджувати зв'язування молекули N0 з супероксид анюном, тим самим запобшати утворенню пероксинiтриту i чинити специфiчну цитопротекторну дiю [12].
Аналiз впливу комбшацп пiрацетаму з метформшом на функцiональний стан ендотелiю судин щурiв з А1Г показав, що тривала гшер-глiкемiя супроводжувалася зменшенням рiвня стабiльних метаболiтiв N0х на 36,2% (р<0,05) порiвняно з групою пасивного контролю. При цьому шрацетам у поеднанш з метформiном (400/250 мг/кг) сприяв статистично значущому зростанню пулу фiзiологiчноl iзоформи синтази оксиду азоту в тромбоцитах щурiв на 17,5% (р<0,05) порiвняно з групою А1Г, однак не приводив до повного вщновлення И активностi до рiвня групи iнтактних тварин (табл. 4).
Таблиця 4
Р1вень стабшьних метабол1т1в оксиду азоту в плазм1 кров1 та активн1сть конститутивноТ NO-синтази в тромбоцитах щур1в з А1Г за умов введення п1рацетаму та його комбшацп (М±т, п=10)
Групи тварин
NOх, мкмоль/л
Активн1сть N08, нмоль/хв/10 тромбоципв
Пасивний контроль Активний контроль (А1Г) П1рацетам (400 мг/кг)
Шрацетам (400 мг/кг) +метформ1н (250 мг/кг)
42,72±5,358 27,26±3,144* 33,03±3,892 29,92±4,809
16,89±0,809 10,72±0,356* 12,44±0,629# 12,60±0,654#
Прим1тки: * - р<0,05 - до показниюв групи пасивного контролю; — р<0,05 - до показниюв, зафжсованих у груш активного контролю.
Отже, поеднання метформiну та трацетаму за умов алоксан-шдуковано1 гшерглшеми шдвищуе вмiст конститутивно1 N0-синтази оксиду азоту в тромбоцитах, що деякою мiрою може свщчити про позитивний вплив комбшацп на реолопчш властивостi кровь Вщомо, що тривала гшер-глiкемiя в результатi стшко1 активаци НАДФН-оксидази знижуе внутрiшньоклiтинний пул НАДФН, який необхщний в якостi кофактора ендотелiальноl N0-синтази i тим самим редукуе
генеращю N0 й ендотелш-залежну вазодиля-тацiю [12]. Метформiн здатний модулювати вплив гшерглшеми на функщю ендотелiю за рахунок збiльшення фосфорилювання eN0S [13].
Згiдно з результатами трансмюшно1 електрон-но! мшроскопп, у стшщ артерiол фронтального гiпокампу тварин з алоксан^ндукованою гшер-глiкемiею спостершалося рiзке потовщення i розпушування базально1 мембрани, моза1чно виражена дистрофiя, набрякання ендотелiальних
кл^ин i пролiферацiя перицитiв (рис. 1) порiв- введення пiрацетаму i метформiну (400/250 мг/кг) няно з ультраструктурою артерюл гiпокампу суттево обмежувало внутршньостшковий набряк iнтактних тварин (рис. 2). При цьому сумiсне артерiол i венул (рис. 3).
Рис. 1. Гшокамп щура з алоксановим дiабетом. Дiлянка стiнки артерiоли. Потовщення базально'1 мембрани (1), дистрофiя i набрякання ендотелiальних клiтин (2). Виражений периваскулярний набряк (3). Х10000
Рис. 2. Гшокамп щура групи пасивного контролю. Гемокапшяр (1), структури гематоенцефатчного бар'еру (2) та поперечнi профМ нервових волокон (3). Електронограма Х10000
МЕДИЧН1ПЕРСПЕКТИВИ / ЫЕЫСМ РЕЯХРЕКШТ
Рис. 3. Гшокамп щура з алоксановим д1абетом. Шрацетам + метформ1н (400/500 мг/кг). П1рам1дн1 нейрони з незначними порушеннями ультраструктури (1). Прекап1лярна артерюла (2). Незначний дифузний набряк тканини (3). Електронограма х5000
Показано, що дисфункцiя судинного апарату була представлена помiрним потовщенням i розпушуванням базально! мембрани, дистрофiею i набряком ендотелюципв. Спостерiгався i незначний периваскулярний набряк навколо мiкросудин приносно! i обмiнно! ланок гемато-мiкроциркуляторного русла. Стшка гемокаш-лярiв мала цшсну структуру, без дiлянок фрагментацi! ендотелда або базально! мембрани. Мiжендотелiальнi з'еднання i протяжнiсть мiж-ендотелiальних щшин були наближенi до нормальних величин (рис. 3).
Отже, анатз проведених дослiджень свiдчить, що алоксан-шдукована гiперглiкемiя у щурiв призводить до суттевих ультраструктурних змiн як нейронального апарату, так i гематоенце-фатчного бар'еру в гiпокампi експерименталь-них тварин, якi е передумовою деструкци ней-ронiв i подальшо! iнiцiалiзацi! процесiв апоптозу. Курсова експериментальна тератя, заснована на одночасному комбiнованому застосуванш шра-цетаму з метформiном, не здатна повною мiрою забезпечити вщновлення ультраструктурних змiн у гiпокампi, проте iстотно обмежуе прояви деструктивних змш нейронiв, водночас покра-щуючи стан мшроциркуляторного русла. Отри-манi даш в цiлому погоджуються зi ступенем антиамнестично! активностi цього медикаментозного поеднання, що вказуе на доцшьшсть
використання метформiну сумiсно з ноотропами для попередження або лшування когштивних порушень, якi виникають внаслiдок цукро-вого дiабету.
ВИСНОВКИ
1. Алоксан-шдукована гiперглiкемiя, вико-нуючи роль амнезуючого чинника, викликае розвиток когнiтивного дефщиту.
2. Метформiн за умов тривало! гiперглiкемi! виявляе незначну ноотропну активнють при короткостроковому використаннi в низьких дозах, водночас не проявляючи цих властивостей при тривалому введеннi.
3. При сумюному використаннi з пiрацетамом метформш потенцiюе антиамнестичнi власти-востi шрацетаму та сприяе вiдновленню втра-чених когштивних функцш.
4. Метформiн при комбiнуваннi з пiрацетамом знижуе вмют раннiх i пiзнiх маркерiв деструкци бшкових молекул, а також рiвень стабiльних метаболiтiв оксиду азоту в корi головного мозку.
5. Комбшоване курсове введення пiрацетаму метформiном ютотно обмежуе прояви деструктивних змш нейрошв гiпокампу, водночас покра-щуючи стан його мшроциркуляторного русла.
Перспективи подальших дослiджень. Пред-ставленi результати дослщжень е початковою ланкою визначення особливостей нейропротекцi! за умов хрошчно! гiперглiкемi! та
шсулшорезистентност i потребують подальшого вивчення MexaHi3MiB ендотелюпротекцп при використанш гiпоглiкемiчних лiкaрських зaсобiв.
Конфлiкт штереив. Автори заявляють про вiдсутнiсть конфлшту iнтересiв.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
1. Антомонов М. Ю. Математическая обработка и анализ медико-биологических данных. Киев: Малий друк, 2006. 558 с.
2. Когнитивные нарушения у больных сахарным диабетом 2 типа: распространенность, патогенетические механизмы, влияние противодиа-бетических препаратов / О. Д. Остроумова и др. Сахарный диабет. 2018. Т. 21, № 4. С. 307-318. DOI: https://doi.org/10.14341/DM9660
3. Чернобривцев О. П., Зяблщев С. В., Панова Т. I., Панченко Ю. О. Ендотелiальна дисфункщя при цукровому дiабетi 2-го типу: огляд. Медична наука Укртни. 2019. Т. 15, № 1-2. С. 80-86. DOI: https://doi.org/10.32345/2664-4738.1-2.2019.12
4. Bako H. Y., Ibrahim M. A., Isah M. S., Ibrahim S. Inhibition of JAK-STAT and NF-kB signalling systems could be a novel therapeutic target against insulin resistance and type 2 diabetes. Life Sci. 2019. 15 Dec. (Vol. 239). P. 117045. Epub: 2019 Nov 12. PMID: 31730866. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lfs.2019.117045
5. Cerebral perfusion alterations in type 2 diabetes and its relation to insulin resistance and cognitive dysfunction / Y. Cui et al Brain Imaging Behav. 2017. Oct. (Vol. 11, No. 5). P. 1248-1257. PMID: 27714551. DOI: https://doi.org/10.1007/s11682-016-9583-9
6. A Comparison of Different Approaches to Quantify Nitric Oxide Release from NO-Releasing Materials in Relevant Biological Media / V. R. Pinto et al. Molecules. 2020. 2 Jun. (Vol. 25, No. 11). P. 2580. PMID: 32498254. PMCID: PMC7321377.
DOI: https://doi.org/10.3390/molecules25112580
7. Differential change in cortical and hippocampal monoamines, and behavioral patterns in streptozotocin-induced type 1 diabetic rats / L. W. Lin et al. Iran J Basic Med Sci. 2018. Oct. (Vol. 21, No. 10). P. 1026-1034. PMID: 30524676. PMCID: PMC6281071.
DOI: https://doi.org/10.22038/IJBMS.2018.29810.7197
8. Gambaryan S., Tsikas D. A review and discussion of platelet nitric oxide and nitric oxide synthase: do blood
platelets produce nitric oxide from L-arginine or nitrite? Amino Acids. 2015. Sep. (Vol. 47, No. 9). P. 1779-93. PMID: 25929585.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00726-015-1986-1
9. Hasanein P., Emamjomeh A., Chenarani N., Boh-looli M. Beneficial effects of rutin in diabetes-induced deficits in acquisition learning, retention memory and pain perception in rats. Nutr Neurosci. 2020. Jul. (Vol. 23, No. 7). P. 563-574. PMID: 30321127.
DOI: https://doi.org/10.1080/1028415X.2018.1533269
10. Ighodaro O. M. Molecular pathways associated with oxidative stress in diabetes mellitus. Biomed Pharmacother. 2018. Dec. (Vol. 108). P. 656-662. PMID: 30245465. DOI: https://doi.org/10.1016Zj.biopha.2018.09.058
11. Kuo J. Electron microscopy: Methods and protocols. New York: Humana Press; 2014. 799 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-62703-776-1
12. Mechanisms of action of metformin in type 2 diabetes: Effects on mitochondria and leukocyte-endo-thelium interactions / N. Apostolova et al. Redox Biol. 2020. Jul. (Vol. 34). P. 101517. PMID: 32535544; DOI: https://doi.org/10.1016/j.redox.2020.101517
13. Metformin improves endothelial function in aortic tissue and microvascular endothelial cells subjected to diabetic hyperglycaemic conditions / S. Ghosh et al. Biochem Pharmacol. 2015. 1 Dec. (Vol. 98, No. 3). P. 412-21. PMID: 26467186.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.bcp.2015.10.008
14. Rena G., Hardie D. G. , Pearson E. R. The mechanisms of action of metformin. Diabetologia. 2017. Sep. (Vol. 60, No. 9). P. 1577-1585. PMID: 28776086; PMCID: PMC5552828.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00125-017-4342-z
15. Vizir V. A., Makurina G. I. State of free-radical processes and antioxidant defence of patients with psoriasis and concomitant essential hypertension. Zaporozhye Medical Journal. 2016. Oct. (Vol. 97, No. 4). P. 21-28. DOI: https://doi.org/10.14739/2310-1210.2016A79730
REFERENCES
1. Antomonov MYu. [Mathematical processing and analysis of medical and biological data]. Kyiv: Malyi druk; 2006. p. 558. Russian.
2. Ostroumova OD, Surkova EV, Chikh EV, Rebrova EV, Borisov MS. [Cognitive impairment in patients with type 2 diabetes mellitus: prevalence, pathogenetic mechanisms, the effect of antidiabetic drugs]. Sakharnyi diabet. 2018;21(4):307-18. Russian. doi: https://doi.org/10.14341/DM9660
3. Chernobrivtsev OP, Zyablitsev SV, Panova TI. Panchenko YuO. [Endothelial dysfunction in type 2
diabetes. Review]. Medychna nauka Ukrainy. 2019;15(1-2):80-86. Ukrainian. doi: https://doi.org/10.32345/2664-4738.1-2.2019.12
4. Bako HY, Ibrahim MA, Isah MS, Ibrahim S. Inhibition of JAK-STAT and NF-kB signalling systems could be a novel therapeutic target against insulin resistance and type 2 diabetes. Life Sci. 2019 Dec 15;239:117045. Epub 2019 Nov 12. PMID: 31730866. doi: https://doi.org/10.1016/j.lfs.2019.117045
5. Cui Y, Liang X, Gu H, Hu Y, Zhao Z, Yang XY, Qian C, Yang Y, Teng GJ. Cerebral perfusion alterations
MEffHHHI nEPCnEKTHBH / MEDICNIPERSPEKTIVI
in type 2 diabetes and its relation to insulin resistance and cognitive dysfunction. Brain Imaging Behav. 2017 Oct;11(5):1248-57. PMID: 27714551. doi: https://doi.org/10.1007/s11682-016-9583-9
6. V Pinto R, Antunes F, Pires J, Silva-Herdade A, Pinto ML. A Comparison of Different Approaches to Quantify Nitric Oxide Release from NO-Releasing Materials in Relevant Biological Media. Molecules. 2020 Jun 2;25(11):2580. PMID: 32498254.
doi: https://doi.org/10.3390/molecules25112580
7. Lin LW, Tsai FS, Yang WT, Lai SC, Shih CC, Lee SC, Wu CR. Differential change in cortical and hip-pocampal monoamines, and behavioral patterns in streptozotocin-induced type 1 diabetic rats. Iran J Basic Med Sci. 2018 0ct;21(10):1026-34. PMID: 30524676. PMCID: PMC6281071.
doi: https://doi.org/10.22038/IJBMS.2018.29810.7197
8. Gambaryan S, Tsikas D. A review and discussion of platelet nitric oxide and nitric oxide synthase: do blood platelets produce nitric oxide from L-arginine or nitrite? Amino Acids. 2015 Sep;47(9):1779-93. Epub 2015 May 1. PMID: 25929585.
doi: https://doi.org/10.1007/s00726-015-1986-1
9. Hasanein P, Emamjomeh A, Chenarani N, Boh-looli M. Beneficial effects of rutin in diabetes-induced deficits in acquisition learning, retention memory and pain perception in rats. Nutr Neurosci. 2020 Jul;23(7):563-74. PMID: 30321127.
doi: https://doi.org/10.1080/1028415X.2018.1533269
10. Ighodaro OM. Molecular pathways associated with oxidative stress in diabetes mellitus. Biomed Pharmacother. 2018 Dec;108:656-62. PMID: 30245465. doi: https://doi.org/10.1016Zj.biopha.2018.09.058
11. Kuo J. Electron microscopy: Methods and protocols. New York: Humana Press; 2014. p. 799. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-62703-776-1
12. Apostolova N, Iannantuoni F, Gruevska A, Mun-tane J, Rocha M, Victor VM. Mechanisms of action of metformin in type 2 diabetes: Effects on mitochondria and leukocyte-endothelium interactions. Redox Biol. 2020 Jul;34:101517. Epub 2020 May 25. PMID: 32535544, doi: https://doi.org/10.1016/j.redox.2020.101517
13. Ghosh S, Lakshmanan AP, Hwang MJ, Kubba H, Mushannen A, Triggle CR, Ding H. Metformin improves endothelial function in aortic tissue and microvascular endothelial cells subjected to diabetic hyperglycaemic conditions. Biochem Pharmacol. 2015 Dec 1;98(3):412-21. PMID: 26467186.
doi: https://doi.org/10.1016/j.bcp.2015.10.008
14. Rena G, Hardie DG, Pearson ER. The mechanisms of action of metformin. Diabetologia. 2017 Sep;60(9):1577-85. Epub 2017 Aug 3. PMID: 28776086; doi: https://doi.org/10.1007/s00125-017-4342-z
15. Vizir VA, Makurina GI. State of free-radical processes and antioxidant defence of patients with psoriasis and concomitant essential hypertension. Zaporozhye Medical Journal. 2016 Oct;4(97):21-28. doi: https://doi.org/10.14739/2310-1210.2016.4.79730
CraTra Haginmga go pega^iï 23.04.2020
♦
