CC BY
5
ИЗУЧЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КРОВИ ПРИ ДЕЙСТВИИ ЕСТЕСТВЕННОГО ДОНОРА ОКСИДА АЗОТА
1 19
А.К. Мартусевич , А.Г. Соловьева , Л.К. Ковалева , Е.С. Голыгина1'3, К.Б. Шумаев4
1ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, Нижний Новгород
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный медицинский университет» Минздрава России, Краснодар
4ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, Москва ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет», Нижний Новгород
Abstract
The aim of the work was to assess the modification of acid-base balance and partial pressure of the main gases of the blood of rats. The experiment was performed on 60 Wistar rats divided into 6 equal groups. The first group of animals was intact. Rats included in other groups were administered intraperitoneal 1 ml of 0.9% sodium chloride solution daily for 10 days. At the same time, animals of the third to sixth groups were additionally added with dinitrosyl iron complexes (the concentration of the agent was 0.15; 0.30; 0.45 and 0.60 mm, respectively). In the blood plasma of rats we determined the level of pH, partial pressure of gases, the concentration of the main ions of the plasma and parameters of acid-base balance. It was found that the introduction of dinitrosyl iron complexes in the animal body leads to a shift in the parameters of physical and chemical homeostasis of blood plasma. In this case, the pH shifts are inversely proportional to the applied dose of the compound, and the changes in the oxidation-reduction potential are directly proportional. On the contrary, the nature of the partial pressure shift of gases in the blood of rats does not depend on the amount of nitric oxide donor injected.
Key words: nitric oxide, dinitrosyl iron complexes, blood, physical and chemical parameters
Целью работы служила оценка модификации показателей кислотно-щелочного равновесия и парциальное давление основных газов крови крыс. Эксперимент выполнен на 60 крысах линии Вистар, разделенных на 6 равных групп. Первая группа животных была интактной. Крысам, включенным в остальные группы, в течение 10 дней ежедневно осуществляли внутрибрюшинное введение 1 мл. 0,9% раствора хлорида натрия. При этом животным третьей-шестой групп в раствор дополнительно добавляли динитрозильные комплексы железа (концентрация агента - 0,15; 0,30; 0,45 и 0,60
мМ соответственно). В плазме крови крыс определяли рН, парциальное давление газов, концентрацию основных ионов плазмы и параметры кислотно-щелочного равновесия. Установлено, что введение динитрозильных комплексов железа в организм животного приводит к смещению параметров физико-химического гомеостаза плазмы крови. При этом сдвиги рН обратно пропорциональны применяемой дозе соединения, а изменения окислительно-восстановительного потенциала - прямо пропорциональны. Напротив, характер смещения парциального давления газов в крови крыс не зависит от вводимого количества донора оксида азота.
Ключевые слова: оксид азота, динитрозильные комплексы железа, кровь, физико-химические параметры
В настоящее время к биологическим эффектам монооксида азота (N0) приковано внимание научной общественности, что обусловлено их плейотропностью, а также значительной клинико-физиологической значимостью [2, 4, 6, 13]. Интересно, что до сих пор продолжают открываться новые механизмы и мишени действия данного соединения на биологические системы [1, 4, 6, 8, 9]. К таковым, в частности, относится связь метаболизма оксида азота и ферментных систем детоксикации [4, 6, 7, 16]. В этом плане важны данные, полученные в последнее десятилетие преимущественно зарубежными исследователями относительно процессов биоактивации и биотрансформации нитроглицерина и других органических нитратов [10, 11, 13, 14, 17]. Установлено, что непосредственное участие в высвобождении молекулы монооксида азота из последних принимает альдегиддегидрогеназа (АлДГ), прежде всего - ее 2 (митохондриальная) фракция [1, 5, 15]. В то же время остается неизвестным характер влияния самого N0 на каталитическую активность указанного фермента, поэтому целью работы служила оценка модификации показателей кислотно-щелочного равновесия и парциальное давление основных газов крови крыс.
Материалы и методы
Эксперимент выполнен на 60 половозрелых крысах-самцах линии Вистар, разделенных на 6 равных по численности групп. Первая группа животных была интактной (без каких-либо манипуляций). Крысам, включенным в остальные группы, в течение 10 дней ежедневно осуществляли внутрибрюшинное введение 1 мл. 0,9% раствора хлорида натрия. При этом животным третьей-шестой групп во вводимый раствор дополнительно добавляли динитрозильные комплексы железа с глутатионовыми лигандами (концентрация агента - 0,15; 0,30; 0,45 и 0,60 мМ соответственно [5]). У животных всех групп проводили получение образцов крови, причем у крыс первой (интактной) группы - однократно, а у представителей остальных групп - двухкратно (до и сразу по завершении курса воздействий).
Динитрозильные комплексы железа с глутатионовыми лигандами (ДНКЖ) синтезировали по методике А.Ф. Ванина (2009, 2011) [12 ,18]. Концентрация соединения в физиологическом растворе, определяемая спектрофотометрически
по известной экстинкции при длинах волны 310 и 360 нм, составляла 3,1 ммоль/л.
В плазме крови крыс определяли рН, парциальное давление газов, концентрацию основных ионов плазмы и параметры кислотно-щелочного равновесия с помощью автоматического анализатора ABL-77.
Полученные данные были обработаны статистически в программном пакете Statistica 6.1 for Windows.
Результаты и обсуждение
Установлено, что изучаемое соединение дозозависимо снижает рН крови животных, причем имеет место обратная зависимость параметра от дозы соединения (рис. 1). При этом, если при использовании минимальной концентрации ДНКЖ (0,15 мМ) значимых отличий от интактной и контрольной групп не выявлено, то, начиная со следующей дозы (0,3 мМ), дальнейшее повышение концентрации вещества вызывало существенное снижение рН (p<0,05 для 0,3; 0,45 и 0,6 мМ относительно интактных крыс). Подобная динамика может быть обусловлена антиоксидантными свойствами как ДНКЖ в целом, так и входящего в его состав глутатиона.
ч
И а
7,15 7,1 7,05 7
0,15 мМ 0,3 мМ 0,45 мМ 0,6 мМ ДНКЖ
Рис. 1. Динамика рН крови крыс при введении различных концентраций физиологического донора оксида азота
Параллельно описанному выше уменьшению уровня рН крови, нарастание действующей концентрации физиологического донора оксида азота обеспечивало пропорциональное повышение окислительно-восстановительного потенциала крови (рис. 2). При этом низкие и средние концентрации соединения способствовали медленному увеличению значения параметра (на 8, 30 и 47% для 0,15; 0,3 и 0,45 мМ соответственно; p<0,05 для всех воздействий), тогда как
максимальная из примененных доз агента инициировала резкий его скачок (в 2,16 раза; р<0,05).
450 400 350 300
>
в 250 И
и 200 О
150 100 50 0
интактные
контроль
0,15 мМ 0,3 мМ 0,45 мМ 0,6 мМ ДНКЖ
Рис. 2. Уровень окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) крови крыс при введении различных концентраций физиологического донора оксида
азота
Подобная тенденция, по нашему мнению, связана с тем, что изучаемые тиол-содержащие ДНКЖ служат источником двух соединений с разнонаправленным действием на окислительно-восстановительный потенциал -оксида азота и глутатиона. Если N0, являясь молекулой со свободно-радикальными свойствами, провоцирует повышение параметра, то глутатион за счет тиоловых функциональных групп служит ловушкой радикалов. В связи с этим низкие концентрации ДНКЖ, обеспечивая высвобождение лишь небольшого количества N0, приводят к умеренному росту ОВП, тогда как наиболее высокая доза вещества (0,6 мМ), по-видимому, только частично приобретая белковые лиганды, способствует попаданию в плазму значительного объема свободных молекул оксида азота, не контролируемых глутатионом, и, следовательно, значительному росту окислительного потенциала.
Характеризуя динамику газового состава крови крыс после курса инъекций ДНКЖ, следует отметить положительные сдвиги, включающие отчетливое нарастание парциального давления кислорода на фоне снижения рС02 (рис. 3). Данные эффекты не демонстрируют существенной зависимости от концентрации примененного раствора физиологического донора оксида азота, т. к. лишь отражают позитивное действие соединения на функционально-метаболический статус организма животного в целом.
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
интактные
контроль
□ рО2
□ рСО2
0,15 мМ 0,3 мМ 0,45 мМ 0,6 мМ ДНКЖ
Рис. 3. Парциальное давление газов крови у крыс при введении различных концентраций физиологического донора оксида азота (pO2 - парциальное давление кислорода, pCO2 - парциальное давление
углекислого газа)
Заключение
Проведенные исследования позволили установить, что введение в организм животного физиологического донора оксида азота -динитрозильных комплексов железа с глутатионовыми лигандами - приводит к смещению параметров физико-химического гомеостаза плазмы крови. При этом сдвиги рН обратно пропорциональны применяемой дозе соединения, а изменения окислительно -восстановительного потенциала - прямо пропорциональны. Напротив, характер смещения парциального давления газов в крови крыс не зависит от вводимого количества донора оксида азота.
Исследование частично поддержано грантом РФФИ (проект №19-01500444).
Список литературы
1. Ванин А.Ф., Мартусевич А.К., Перетягин С.П., Давыдюк А.В. Оценка действия динитрозильных комплексов железа на некоторые физико-химические показатели крови in vitro // Медицинский альманах. 2013. №3. С. 37-38.
2. Граник В.Г., Григорьев Н.Б. Оксид азота (NO). Новый путь к поиску лекарств. М.: Вузовская книга, 2004. 360 с.
3. Карелин В.И., Буранов С.Н., Пименов О.А. с соавт. Плазмохимическая установка для NO-терапии // Медиаль. 2013. №4. С. 46.
4. Мартусевич А.К., Перетягин С.П. Молекулярная стереотипия в реализации эффекта некоторых лечебных физико-химических факторов: роль NO // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2012. №2, Ч. 3. С. 205-210.
5. Мартусевич А.К., Соловьева А.Г., Перетягин С.П., Ванин А.Ф. Экспериментальная оценка влияния динитрозильных комплексов железа на энергетический метаболизм эритроцитов при термической травме // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2014. Т. 77, №2. С. 16-20.
6. Мартусевич А.К., Соловьева А.Г., Перетягин С.П. с соавт. Влияние различных концентраций оксида азота (NO) на интенсивность процессов липопероксидации в плазме крови in vitro // Медицинский альманах. - 2013. -№3. - С. 76-77.
7. Меньщикова Е.Б., Зенков Н.К., Ланкин В.З., Бондарь И.А., Труфакин В.А. Окислительный стресс: патологические состояния и заболевания. Новосибирск: АРТА; 2008. 284 с.
8. Перетягин С.П., Мартусевич А.К., Ванин А.Ф. Молекулярно-клеточные механизмы трансформации гомеостаза биосистем активными формами кислорода и азота // Медицинский альманах. 2013. №3. С. 80-81.
9. Реутов В.П., Сорокина Е.Г., Охотин В.Е., Косицын Н.С. Циклические превращения оксида азота в организме млекопитающих. М.: Наука, 1998.
10. Шумаев К.Б., Губкин А.А., Губкина С.А. с соавт. Взаимодействие динитрозильных комплексов железа с интермедиатами окислительного стресса. Биофизика. 2006. Т.51, №3, С.472-477.
11. Шумаев К.Б., Рууге Э.К., Ланкин В.З. с соавт. Механизм ингибирования свободнорадикального окисления Р-каротина S-нитрозоглутатионом и динитрозильными комплексами железа // Докл. РАН. 2001. T. 379, № 5. C.702-704.
12. Borodulin R.R., Kubrina L.N., Shvydkiy V.O. et al. A simple protocol for the synthesis of dinitrosyl iron complexes with glutathione: EPR, optical, chromatographic and biological characterization of reaction products // Nitric oxide. 2013. Vol. 35. P. 110-115.
13. Chen Z., Foster M.W., Zhang J. et al. An essential role for mitochondrial aldehyde dehydrogenase in nitroglycerin bioactivation // PNAS. 2005. Vol. 102. N 34. P. 12159-12164.
14. Giliano N.Y. et al. Dinitrosyl-iron complexes with thiol-containing ligands and apoptosis: studies with HeLa cells // Nitric Oxide Biol. Chem. - 2011. - Vol. 24. -P. 151-159.
15. Shumaev K.B., Gubkin A.A., Serezhenkov V.A. et al. Interaction of reactive oxygen and nitrogen species with albumin - and hemoglobin bound dinitrosyl iron complexes //Nitric Oxide. 2008. V. 18. P.37-46.
16. Shumaev K.B., Kosmachevskaya O.V., Timoshin A.A. et al. Globins and other nitric oxide-reactive proteins. Dinitrosyl iron complexes bound with haemoglobin as markers of oxidative stress // Methods in Enzymology. 2008. V.436. P. 441-457.
17. Stamler J.S., Singel D.J., Loscalso J. Biochemistry of nitric oxide and its redox-activated forms // Science. 1992. Vol. 258. P. 1898-1902.
18. Vanin A.F. Dinitrosyl-iron complexes with thiolate ligands: physico-chemistry, biochemistry and physiology // Nitric Oxide Biol. Chem. 2009. Vol. 21. P. 136-149.
