CC BY
27
УДК 591.12 Кубанский научный медицинский вестник № 1 (106) 2009
Л. В. КАПИЛЕВИЧ1, Е. Ю. ДЬЯКОВА1, Л. М. ОГОРОДОВА1, А. В. НОСАРЕВ1, Т. Н. ЗАЙЦЕВА2, З. Р. ПЕТЛИНА2, Б. Г. АГЕЕВ2, А. А. МАГАЕВА3, В. И. ИТИН3, О. Г. ТЕРЕХОВА3
ВЛИЯНИЕ ИНГАЛЯЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЗВЕСИ НАНОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ COFE2O4 НА СОКРАТИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ ВОЗДУХОНОСНЫХ ПУТЕЙ МОРСКИХ СВИНОК
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию», г. Томск, ул. Московский тракт, 2;
2Институт оптики атмосферы СО РАН, г. Томск, пр. Академический, 1;
3Томский научный центр СО РАН, г. Томск, пр. Академический, 10/3. E-mail: adyakova@yandex.ru
С помощью метода механографии были исследованы сократительные реакции сегментов воздухоносных путей, инга-лированных нанопорошком CoFe2O4 морских свинок. Ингаляция аэрозолем нанодисперсных частиц CoFe2O4 приводила к потенцированию гистаминергической сократительной активности воздухоносных путей морских свинок и усилению аренер-гических дилатационных ответов.
Ключевые слова: наноматериалы, сократительные реакции, воздухоносные пути, ингаляционное воздействие.
L. V. KAPILEVICH1, E. Y. DYAKOVA1, L. M. OGORODOVA1, A. V. NOSAREV1, T. N. ZAITSEVA2,
Z. R. PETLINA2, B. G. AGEEV2, A. A. MAGAEVA3, V. I. ITIN3, O. G. TEREKHOVA3
INFLUENCE OF INHALATION INFLUENCE OF SUSPENSION OF NANODISPERSE PARTICLES COFE2O4 ON CONTRACTILE REACTIONS OF AIRWAYS OF PORPOISES
1The state educational establishment of the higher vocational education «the Siberian state medical university of Federal agency on public health services and social development», Tomsk, street the Moscow road, 2; 2Institute of optics of an atmosphere of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science,
Tomsk, Academic avenue, 1;
3Tomsk centre of science of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Tomsk, Academic avenue, 10/3
Have been investigated contractile reactions of segments airways of porpoises inhalated nanopowder CoFe2O4 by means of a mehanografic method. Inhalation by an aerosol nanodisperse particles CoFe2O4 led to potentiation histaminergic contractile activity of airways of porpoises and to strengthening adrenergic relaxing answers.
Keywords: nanomaterials, contractile reactions, airways, inhalation influence.
Возникший интерес к новому классу материалов - наноматериалам связан с изменением ряда основных и появлением новых свойств у традиционных материалов при их переходе в ультрадисперсное состояние. Наноматериалы производятся в различных формах: нанопорошки, нановолокна, наноплёнки, нанотрубки и т. д [5]. По мере выполнения фундаментальных и прикладных исследований расширяется область применения этих соединений. Медицинское и биологическое использование нанопорошков открывает широчайшие возможности в области создания новейших материалов, имплантатов, методов диагностики и фармпрепаратов, а также использования магнитных свойств нанопорошков для целевой доставки лекарственных средств (в составе бионанокомпозитов). Перед тем как рекомендовать применение наноматериалов в каких-либо конкретных областях медицины, необходимо детальное исследование различных аспектов их влияния на живой организм [4, 5].
В связи с вышеизложенным целью настоящей работы стало исследование влияния ингаляционного воздейс-
твия взвеси нанодисперсных частиц на сократительные реакции воздухоносных путей морских свинок.
В работе использовались экспериментальные животные - половозрелые морские свинки - самцы в количестве 30 особей, на 14 из которых проводилась ингаляция аэрозолем нанодисперсных частиц СоРе204 (нанопорошок), 16 служили контролем (интактные животные). Ингаляция нанопорошком проводилась ежедневно в течение 30 минут (курс 4 дня) с помощью ультразвукового небулайзера (использует энергию колебаний пьезокристалла) «Муссон-1М», размер дисперсных частиц до 5 мкм. Содержание, питание, уход за животными и выведение их из эксперимента осуществлялись в соответствии с требованиями «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных». Свинок умерщвляли без применения медикаментозного наркоза методом цервикальной дислокации (заключение локального этического комитета СибГМУ № 469 от 13.06.2006 г. и № 13 от 24.11.2003 г.). После этого приготавливали кольцевые сегменты трахеи и главных бронхов длиной 3-4 мм. Эпителий уда-
лялся механически, вращением деревянного шпателя в просвете сегмента в течение 1 мин.
Измерения пропускания воздушно-аэрозольными смесями лазерного излучения выполнялись по стандартной спектрофотометрической схеме. Использовался серийный He-Ne лазер ЛГ-78.
Частицы ферримагнитных нанопорошков были получены методом механохимического синтеза из солевых систем на базе отдела структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН.
Механическое напряжение гладкомышечных сегментов изучалось с помощью метода механографии в условиях, близких к изометрическим. В качестве меха-ноэлектрического преобразователя использован изометрический датчик силы FT10G.
Перед началом исследования сегменты тестировались воздействием гиперкалиевого раствора Кребса, амплитуда ответа на который принималась за 100%. Величины сократительных ответов на тестирующие растворы оценивались в % от амплитуды контрольного сокращения. По результатам тестирования строились кривые «доза - эффект».
Анализ данных проводили при помощи программы Statistica 6.0 for Windows фирмы «Statsoft». Фактические данные представлены в виде «среднее ± ошибка среднего» (М±т).
Предварительно было проведено исследование пропускания лазерного излучения аэрозоля в зависимости от концентрации нанодисперсных частиц CoFe2O4 в растворе, для того чтобы выбрать оптимальную концентрацию наночастиц для последующей ингаляции. Феррит кобальта был выбран потому, что он является инертным и не вступает в химические реакции с биологическими средами организма.
В результате было получено, что максимальное изменение пропускания лазерного излучения аэрозоля
из раствора происходило при концентрации нанопорошка в растворе 0,05 мг/мл. Другие же концентрации нанопорошка в растворе оптически не отличались от концентрации аэрозоля чистого растворителя (рис. 1).
В предварительной серии экспериментов была определена концентрация предсокращающего гиперка-лиевого раствора, вызывающего полумаксимальное сокращение сегментов воздухоносных путей. Такая концентрация составила 40 мМ КС1.
В первой серии экспериментов изучалось влияние гистамина в концентрациях 0,1 нМ - 100 мкМ на сократительную активность сегментов бронхов морских свинок контрольной группы.
Было обнаружено, что все сегменты отвечают дозозависимым сокращением на концентрации гистамина 0,1 мкМ - 100 мкМ, максимальная амплитуда реакций обнаружилась на воздействие гистамина в концентрации 100 мкМ и составила 53,65±1,82% (р±0,05, п=9) (рис. 2).
Фармакологическое действие гистамина реализуется через рецепторный аппарат. Гистамин вызывает сокращение гладких мышц, взаимодействуя со специфическими гистаминовыми рецепторами сарколеммы, происходит инициация рецептор управляемого входа Са2+ в гладкомышечных клетках, освобождается Са2+ из внутриклеточных депо, и активируется фосфолипаза С [3].
Во второй серии экспериментов изучались сократительные реакции интактных сегментов морских свинок, ингали-рованных нанопорошком, на воздействие гистамина.
Все исследуемые сегменты отвечали сокращением на воздействие гистамина в концентрациях 0,1 нМ -100 мкМ, максимальная амплитуда сокращения составила 97,2±5,3% (п=13). При этом на концентрации гистамина 1, 10 и 100 мкМ амплитуда сокращения сегментов экспериментальной группы была достоверно выше (р±0,05) амплитуды сокращения сегментов контрольной группы (рис. 2).
Рис. 1. Зависимость поглощения лазерного излучения аэрозоля от концентрации нанодисперсных частиц.
D - пропускание слоя исследуемой среды
49
Кубанский научный медицинский вестник № 1 (106) 2009
Кубанский научный медицинский вестник № 1 (106) 2009
Рис. 2. Зависимость механического напряжения изолированных сегментов воздухоносных путей от концентрации гистамина.
* - достоверность различий при р<0,05
Подобное увеличение сократительной активности происходило и у животных, сенсибилизированных овальбумином, эксперименты над которыми проводились ранее сотрудниками лаборатории, когда на морских свинках моделировалась бронхиальная астма [1]. Возрастание максимальной амплитуды сокращения сегментов сенсибилизированных животных может свидетельствовать об увеличении количества рецепторов к гистамину в них [7].
В основе острых аллергических реакций, например бронхоспазма, лежит гиперчувствительность немедленного типа. Ее опосредуют молекулы, которые высвобождаются тучными клетками при взаимодействии аллергена с 1дЕ на поверхности клеток: гистамин, трип-
таза и мембранные липидные медиаторы. В малых концентрациях гистамин взаимодействует с гистами-новыми рецепторами тучных клеток и способствует квантованному выделению этими клетками гистамина в высоких концентрациях, достаточных для вызова тонического сокращения ГМК (гладкомышечных клеток) воздухоносных путей.
Возможно, увеличение сократительных реакций ГМ (гладких мышц) на гистамин после ингалирования нанопорошком происходит по аналогичной схеме. Не исключено, что нанодисперные частицы Ре2Со04 вызывают неспецифическое воспаление. Тогда может происходить либо увеличение экспрессии рецепторов к гистамину, либо увеличение чувствительности этих
Рис. 3. Зависимость механического напряжения изолированных сегментов воздухоносных путей, предсокращенных гистамином, от концентрации сальбутамола.
50
* - достоверность различий при р<0,05
рецепторов. Косвенным доказательством этому могут служить данные о том, что лабораторные животные испытывают респираторные проблемы при ингаляции углеродных нанотрубок [8].
В следующей серии экспериментов изучалось влияние агониста Р2-адренорецепторов сальбутамола на механическое напряжение сегментов, предсокращен-ных гистамином в концентрации 100 мкМ.
Было выявлено, что сальбутамол в концентрациях 0,01 нМ - 10 мкМ вызывает дозозависимое расслабление. Максимальное расслабление наблюдалось при воздействии концентрации сальбутамола 10 мкМ, амплитуда расслабления составила 10,94±0,46% от амплитуды предсокращения на гистамин (п=12) (рис. 3).
Релаксирующее действие сальбутамола на гладкие мышцы бронхов реализуется через р2-адре-норецепторы. Активация этого класса адреноре-цепторов в гладких мышцах запускает классический аденилатциклазный путь, приводящий к снижению сократительной активности [2].
В следующей серии экспериментов было исследовано влияние сальбутамола на деэпителизирован-ные сегменты ингалированных аэрозолем нанодис-персных частиц морских свинок, предсокращенных гистамином. Деэпителизированные сегменты отвечали дозозависимым расслаблением на воздействие сальбутамола в концентрациях 0,01 мкМ - 10 мкМ, максимальная величина расслабления достигала -79,14±2,06% от амплитуды предсокращения (п=8). При сравнении изменения механического напряжения интактных сегментов контрольной и экспериментальных групп было обнаружено, что в ряду концентраций сальбутамола 0,1 нМ - 10 мкМ амплитуда расслабления у сегментов экспериментальной группы была достоверно больше (р<0,05 для всех случаев), чем у сегментов контрольной группы (рис. 3).
По всей видимости, происходит потенцирование ди-латационного эффекта сальбутамола при воздействии нанопорошка. Это несколько отличается от эффектов сальбутамола при моделировании атопической (аллергической) воспалительной реакции, когда наблюдалось уменьшение количества Р-адренорецепторов как в эпителии, так и в гладких мышцах [6].
В данном же случае, вероятно увеличение количества Р-адренорецепторов на мембране гладкомы-
шечных клеток, которое происходит в результате неспецифической воспалительной реакции, вызванной нанопорошком.
Таким образом, полученные биологические эффекты ингаляции аэрозоля нанодисперсных частиц позволяют по-новому объяснить токсические эффекты, описываемые в литературе [4, 8]. Например, увеличение сократительной активности на гистамин объясняет прогрессию воспалительной реакции при попадании наночастиц в дыхательные пути [8]. Однако полученных данных явно не хватает, чтобы объяснить все биологические эффекты наночастиц, что требует дальнейшего исследования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Капилевич Л. В. Сократительные свойства гладких мышц бронхов при формировании гиперреактивности воздухоносных путей / Л. В. Капилевич, Е. Ю. Дьякова, Л. М. Огородова и др. // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. - 2005. - Т. 91. - № 7. - С. 832-843.
2. Синопальников А. И. |32-агонисты: роль и место в лечении бронхиальной астмы / А. И. Синопальников, И. Л. Клячкина // Русский мед. журнал. - 2002. - Т. 10. - № 5 (149). - С. 236-241.
3. Федин А. Н. Действие адренергических веществ на гладкие мышцы трахеи крысы / А. Н. Федин, А. Д. Ноздрачев, Г. И. Рыбаков и др. // Физиол. ж. - 1993. - Т. 79. - № 11. - С. 59-63.
4. Chen Z. Acute Toxicological Effects of Copper Nanoparticles in vivo / Z. Chen, H. A. Meng, G. M. Xing, C. Y. Chen, Y. L. Zhao, G. A. Jia, T.C. Wang, H. Yuan, C. Ye, F. Zhao, Z. F. Chai, C. F. Zhu, X. H. Fang, B. C. Ma, L. J. Wan // Toxicology Letters. - 2006. -№ 163. - P. 109-120.
5. Lem St. Tajemnica chicskiego pokoju. Kracow, 1996. - P. 98.
6. Mu J. Y. The distribution of beta-adrenergic receptors in guinea pig lungs and their changes in experimental allergic asthma / J.Y. Mu, S. Bi // Sci. China B. - 1989. - № 10. -P. 1208-1214.
7. Richard W. C. Antigen-induced hyperreactivity to histamine: role of the vagus nerves and eosinophils / W. C. Richard, M. E. Christopher, L. Y. Bethany et al. // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. - 1999. -Vol. 276, № 5. - P. 709-714.
8. Warheit D. B. Comparative pulmonary toxicity assessment of single-wall carbon nanotubes in rats / D. B. Warheit et al. // Toxicological Sciences. - 2004. - № 77. - P. 117-125.
Поступила 02.12.2008
В. Ф. КАСАТКИН, С. Е. ОСМАНЯН
ОЦЕНКА МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ПАЦИЕНТОВ ПОСЛЕ ОРТОТОПИЧЕСКОЙ ПЛАСТИКИ МОЧЕВОГО ПУЗЫРЯ В РАННЕМ И ПОЗДНЕМ ПОСЛЕОПЕРАЦИОННЫХ ПЕРИОДАХ
ФГУ «РНИОИ Росмедтехнологий», г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я Линия, 63. E-mail: rnioi@list.ru
Изучены метаболические особенности 43 пациентов, которым выполнено создание ортотопического артифициального мочевого пузыря. Из них гастроцистопластика и пластика детубуляризованным участком подвздошной кишки выполнены 5 (11,6%) и 38 (88,4%) пациентам соответственно. Дана сравнительная оценка кислотно-основного состояния и электролитного баланса крови, показателей клинических анализов крови и мочи.
Ключевые слова: радикальная цистэктомия, гастроцистопластика, илиоцистопластика, эндокринная функция желудка, клинический анализ крови и мочи.
Кубанский научный медицинский вестник № 1 (106) 2009 УДК 616-089.844:616-08-06:616.62-006.6
