CC BY
18
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2022 - Vol. 29, № 3 - P. 96-99
УДК: 61.612.1.13.134 DOI: 10.24412/1609-2163-2022-3-96-99 EDN HYZNSO ||||j
ВЛИЯНИЕ ВИТАМИНА Е И МЕЛАТОНИНА НА ГЕМОДИНАМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ИНТРАГАСТРАЛЬНОГО ПОСТУПЛЕНИЯ ХРОМА И ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ
Д.Х. ОГАНЕСЯН, В.Б. БРИН, О.Т. КАБИСОВ
ФГБУНИнститут биомедицинских исследований - филиал ВНЦРАН, ул. Пушкинская, д. 47, г. Владикавказ, 362025, Россия, e-mail: vbbrin@yandex.ru
Аннотация. Цель исследования - изучалась возможность коррекции витамином Е в сочетании с мелатонином гемодина-мических эффектов бихромата калия и нарушения свободно радикального окисления. Материалы и методы исследования. Эксперимент был поставлен на 60 крысах-самцах линии Вистар. Исследования проводились в 5 опытных группах. Витамин Е и мелатонин вводились ежедневно интрагастрального через атравматичный зонд в желудок. По истечении времени эксперимента (30 дней и 60 дней) определяли основные параметры системной гемодинамики и показатели перекисного окисления ли-пидов. Статистическая обработка, проводилась с применением «t» критерия Стьюдента. Результаты и их обсуждение. Определение основных параметров системной гемодинамики позволило установить, что пероральное введение бихромата калия способствует повышению среднего артериального давления, что было обусловлено нарастанием удельного периферического сосудистого сопротивления. Гемодинамические эффекты хрома были выражены сильнее при длительном введении. Изолированное введение металла в течении тридцати дней привело к усилению процессов перекисного окисления липидов, что сопровождалось компенсаторной стимуляцией активности каталазы и супероксиддисмутазы. При длительном (2 месяца) изолированном введении бихромата калия отмечалось более выраженное повышение перекисного окисления липидов на фоне истощения антиоксидантной системы. Экспериментальное сочетанное введение витамина Е и мелатонина на фоне интоксикации бихроматом калия ослабляет интенсивность перекисного окисления липидов и снижает выраженность гемодинамических эффектов.
Ключевые слова: бихромат калия, системная гемодинамика, перекисное окисление липидов, витамин Е, мелатонин.
THE EFFECT OF VITAMIN E AND MELATONIN ON THE HEMODYNAMIC EFFECTS OF INTRAGASTRIC
CHROMIUM INTAKE AND LIPID PEROXIDATION
D.KH. OGANESYAN, V.B. BRIN, O.T. KABISOV
Institute of Biomedical Research - branch of the All-Russian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, Pushkinskaya Str., 47, Vladikavkaz, 362025, Russia, e-mail: vbbrin@yandex.ru
Abstract. The purpose of the study was to study the possibility of correcting the hemodynamic effects of potassium bichromate and the violation of free radical oxidation with vitamin E in combination with melatonin. Materials and research methods. The experiment was carried out on 60 male Wistar rats. The studies were carried out in 5 experimental groups. Vitamin E and melatonin were administered daily intragastrically through an atraumatic probe into the stomach. At the end of the experiment (30 days and 60 days), the main parameters of systemic hemodynamics and indicators of lipid peroxidation were determined. Statistical processing was carried out using Student's "t" test. Results and its discussion. Determination of the main parameters of systemic hemodynamics made it possible to establish that oral administration of potassium dichromate contributes to an increase in mean arterial pressure, which was due to an increase in specific peripheral vascular resistance. The hemodynamic effects of chromium were more pronounced with long-term administration. The isolated introduction of the metal for thirty days led to an increase in the processes of lipid peroxidation, which was accompanied by compensatory stimulation of the activity of catalase and superoxide dismutase. With prolonged (2 months) isolated administration of potassium bichromate, a more pronounced increase in lipid peroxidation was noted against the background of depletion of the antioxidant system. Experimental combined administration of vitamin E and melatonin against the background of intoxication with potassium dichromate weakens the intensity of lipid peroxidation and reduces the severity of hemodynamic effects.
Keywords: potassium bichromate, systemic hemodynamics, lipid peroxidation, vitamin E, melatonin.
Введение. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами является часто встречающимся явлением. Ряд причин приводит к такой ситуации: развитие неблагоприятного и неуправляемого процесса на техническом объекте из-за нарушения правил утилизации продуктов переработки тяжелых металлов, автомобильный транспорт и прочие. Соединения хрома, попадают в воду, почву, растения и животные организмы, а через них к человеку, способствуя развитию множества острых и хронических заболеваний [2].
Положительное действие хрома на метаболизм определяется его концентрацией в организме, избыток поступления вызывает общую интоксикацию, угрожающую здоровью человека. Эти токсические эффекты обусловлены быстрым проникновением хрома в клеточные мембраны и его последующим взаимодействием с белками и нуклеиновыми кислотами в клетках [10].
Металл является биологически важным микроэлементом для человека, играет важную роль в под-
держании правильного углеводного, липидного и белкового метаболизма через механизм, связанный с инсулином. Трехвалентный хром катализирует действие инсулина, путем усиления поглощения глюкозы клетками и дальнейший внутриклеточный обмен [3].
Соединения хрома могут попадать в организм в основном ингаляционно, при попадании на кожу и перорально, они аккумулируются в печени, почках, сердце, крови и эндокринных железах. Продолжительное воздействие хрома может привести к дерматиту, воспалению легочной ткани, застойным явлениям и отекам, желудочно-кишечным язвам, опухолям и повреждению тканей [1,11].
Сердце является одной из тканей-мишеней хронического воздействия тяжелых металлов в том числе и хрома [9]. Известно, что повышенное поступление хрома, вызывает нарушение сердечной деятельности у лабораторных животных путем воздействия на цитозольные регуляторные белки группы сестринов (Sesn2) [12]. Кроме того, возникновение сердечно-сосудистых нарушений чаще всего тесно связано с дисфункцией митохондрий кардиомиоци-тов, основная причина нарушений связана с окислительным стрессом и активацией процесса воспаления на фоне снижения активности аденозинтрифосфа-тазы (АТФазы), а также необратимой модификацией белка с образованием маркеров окислительного повреждения - карбонильного белка [13].
Известно, что токсическое действие хрома связано со стимуляцией свободнорадикальных процессов, а также образованием промежуточных продуктов при восстановлении шестивалентного хрома, которые обладают высокой реакционной способностью [7]. Эти реакционноспособные промежуточные соединения хрома способны генерировать активные формы кислорода (АФК) [6], которые вызывают окисление макромолекул белков и липидов с повреждением органов и систем, проявляя нейро-, гепато-, нефро-, кардио-, гено- и иммунотоксичность, канце-рогенность [5,8].
Мелатонин является основным продуктом шишковидной железы и считается активным антиоксидан-том, он стимулирует синтез многих антиоксидантных ферментов, включая супероксиддисмутазу и глута-тион, аналогичными эффектами обладает и витамин Е [4]. Антиоксидантные и противовоспалительные свойства мелатонина могут быть применены для предотвращения ишемически-реперфузионного повреждения и защиты от гибели кардиомиоцитов [6].
Цель исследования - опираясь на данные литературы о том, что хром индуцирует окисление белка в органах животных, включая сердце, и тем самым реализует свой кардиотоксический эффект было принято решение применить витамин Е и мелатонин с целью коррекции свободно радикального окисления.
Материалы и методы исследования. Работа была выполнена на 60 половозрелых крысах-самцах
линии Вистар со средней массой 268 г±15 г. Эксперименты проводились в 5 опытных группах животных:
I-ая группа - контрольная; 2-ая группа - животные с изолированным внутрижелудочным (в/ж) введением бихромата калия в дозе 5 мг/кг (суточная доза), (животные выведены с эксперимента через 30 дней); 3-ая группа - животные с изолированным в/ж введением бихромата калия в дозе 5 мг/кг (суточная доза), (животные выведены с эксперимента через 60 дней); 4-ая группа животные с комбинированным введением бихромата калия, витамина Е и мелатонина (препарат «МЕЛАКСЕН» в дозировке 10 мг/кг), (животные выведены с эксперимента через 30 дней); 5-ая группа животные с комбинированным введением бихромата калия, витамина Е и мелатонина (животные выведены с эксперимента через 60 дней);
В течении первого месяца (30 дней) курсовая доза вводимого бихромата калия на каждого животного составила 150 мг/кг, второго месяца (60 дней) -300 мг/кг. Животные находились на стандартном пищевом рационе, имели свободный доступ к воде и пище, поддерживался естественный световой режим. Исследование проводили в весенний период года. При выполнении экспериментов руководствовались
II-ой статьёй Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации, «Международными рекомендациями по проведению медико-биологических исследований с использованием лабораторных животных» (1985 г.) (пересмотр 2008 год) и правилами лабораторной практики в Российской Федерации (приказ МЗ РФ от 01.04.2016 г. № 199). Все исследования проводились под золетиловым наркозом (5 мг на 100 г веса).
По истечении времени эксперимента (30 дней и 60 дней) определяли артериальное давление - прямым способом путём катетеризации бедренной артерии. Катетер заполнялся 10% раствором гепарина и подключался к электроманометру «ДДА» монитора МХ-04. Для измерения минутного объёма крови через левую общую сонную артерию в дугу аорты вводился термистор МТ-54М. Физиологический раствор фиксируемой комнатной температуры объёмом 0,2 мл вводился в правое предсердие через катетеризированную правую ярёмную вену. Кривые терморазведения регистрировались на самописце ЭПП-5. Рассчитывались среднее артериальное давление (САД), сердечный индекс (СИ), ударный индекс (УИ) и удельное периферическое сосудистое сопротивление (УПСС). Частота сердечных сокращений (ЧСС) определялась с помощью монитора МХ-04.
Для оценки процессов перекисного окисления ли-пидов (ПОЛ) определяли концентрацию в крови гидроперекисей (плазма) и малонового диальдегида (в эритроцитах) по методу, основанному на его взаимодействии с тиобарбитуровой кислотой. Также было исследовано состояние антиоксидантной системы (АОС), для чего была определена активность
каталазы и супероксидцисмутазы в эритроцитах. Принцип метода основан на способности аутоокис-ления адреналина с ранее появляющимися продуктами свободнорадикального окисления.
Статистическая обработка результатов, учитывая количество выборок и нормальное распределение рядов сравнения, установленное с помощью критерия Шапиро-Уилка (Шф>>Шш), проводилась с применением «t» критерия Стьюдента с использованием программы Statistica 10. О наличии значимых различий и факторных влияний судили при критическом уровне достоверности (p) меньшем 0,05.
Результаты и их обсуждение. Определение основных параметров системной гемодинамики позволило установить (табл. 1), что изолированное перо-ральное введение бихромата калия в течении тридцати дней способствует повышению среднего артериального давления, что было обусловлено нарастанием удельного периферического сосудистого сопротивления по сравнению с контрольной группой животных. Под влиянием бихромата калия было отмечено изменение параметров, характеризующих насосную деятельность сердца - снижался сердечный индекс в результате уменьшения ударного индекса по сравнению с группой контроля. При этом имело место повышение частоты сердечных сокращений. Гемодинамические эффекты хрома были выражены сильнее при .длительном введении в течении двух месяцев, так среднее артериальное давление возросло на 33 процента по сравнению с контролем.
Изучение параметров в группах животных, где перорально сочетанно вводили бихромат калия в течении 30 дней, витамин Е и синтетический аналог гормона мелатонина наблюдались изменения показателей гемодинамики, существенно достоверно от-
личающиеся от таковых при изолированном введении бихромата калия, причем они были близки к значениям, наблюдавшимся в группе контроля, при этом сердечный индекс был лишь незначительно снижен.
Анализ результатов показал, что имело место восстановление сердечного и ударного индексов. На фоне сочетания введения бихромата калия, витамина Е и мелаксена отмечено снижение частоты сердечных сокращений ниже фоновых показателей.
Таким образом, сочетание витамина Е с мелаксе-ном оказывало выраженный протективный эффект при месячной интоксикации тяжелым металлом.
Исследование параметров в группах животных, где перорально сочетано вводили бихромат калия в течении 60 дней, показало, что при введении витамина Е и синтетического аналога гормона мелато-нина наблюдались изменения показателей гемодинамики, достоверно отличающиеся от изолированного введения хрома, но цифры не приближались к значениям контроля. Таким образом эффективность профилактического действия витамина Е и мелаксена при длительной интоксикации хромом была меньше, чем при 30-дневной интоксикации.
Изолированное введение металла в течении тридцати дней привело к усилению процессов ПОЛ, что сопровождалось компенсаторной стимуляцией каталазы и супероксидцисмутазы (табл. 2). При длительном (2 месяца) изолированном введении бихро-мата калия отмечалось более выраженное повышение продуктов ПОЛ на фоне истощения АОС, что может быть связано с ингибирующим эффектом экоток-сиканта на ферментные системы.
Табтщ 1 Сочетанное применение вмта-
мина Е с мелаксеном на фоне интоксикации бихроматом калия в течении одного месяца заметно снижало концентрацию продуктов перекисного окисления, что сопровождалось значительной стимуляцией защитных ферментов. Вышеуказанное сочетание вводимых веществ давало выраженный протективный эффект, что приводило к уменьшению токсического действия тяжелого металла и проявлялось снижением содержания малонового диальдегида и гидроперекисей при усилении активности каталазы и СОД. При двухмесячном применении данной комбинации препаратов также отмечался регресс уровня продуктов ПОЛ на фоне еще более выраженной активации АОС. Таким образом, витамин Е в сочетании с мелаксеном привели к серьезному снижению явления окислительного стресса, уменьшая содержание продуктов липопероксидации и повышая активность ферментов антиоксидантной защиты.
Результаты исследования гемодинамических эффектов бихромата калия при введении витамина Е и мелатонина
Условия опыта Стат. показатель САД (мм рт. ст) ЧСС (уд. в мин.) СИ (мл/100 г) УИ (мл/100 г) УПСС (усл. ед)
Контроль M±m 104,2±3,7 383±9,8 53,73±1,91 0,147±0,005 1,53±0,136
Бихромат калия 1 месяц M±m 122,2±2,6 390±5 49,82±1,41 0,126±0,005 1,99±0,016
P * - S S S
Бихромат калия 2 месяц M±m 139.±2.8 404±6.6 42.50±2.08 0.103±0.006 2.63±0.106
P *)**) *)**) *)**) *)**) *)**)
Бихромат калия 1 месяц + Витамин Е+ мелатонин. M±m 112,2±2,9 377±4,5 49,82±1,20 0,135±0,004 1,85±0,018
P *)**) SS *)**) S *)**)
Бихромат калия 2 месяц + Витамин Е+ мелатонин. M±m 126,3±2,21 390,5±8,37 47,64±1,03 0,127±0,002 2,05±0,071
P *)#)##) - *)#) *)#)##) *)#)##)
Примечание: (*) - достоверное (p<0,05) изменение по сравнению с фоном; (**) - достоверное (p<0,05) изменение по сравнению с Бихромат калия 1 месяц; (#) - достоверное (p<0,05) изменение по сравнению с Бихромат калия 2 месяц; (##) - достоверное (p<0,05) изменение по сравнению с Бихромат калия 1 месяц +
Витамин Е+ мелатонин
Результаты исследования перекисного окисления липидов при введении бихромата калия (изолированно и сочетано) на фоне введения витамина
Е и мелатонина
Стат. показатель МДА ГП Каталаза СОД
Контроль M±m 26,15±0,27 6,33±0,51 8,42±0,38 69,57±1,11
Бихромат калия 1 месяц M±m 45,32±1,12 8,46±0,74 11,71±0,68 83,42±0,66
P s s s s
Бихромат калия 2 месяц M±m 57,13±1,35 13,07±0,93 6,35±0,52 61,96±0,65
P *)**) *)**) *)**) *)**)
Бихромат калия 1 месяц + Витамин Е+ мелатонин. M±m 29,19±1,23 6,43±0,72 12,28±0,54 84,35±0,87
P *)**) ss s s
Бихромат калия 2 месяц + Витамин Е+ мелатонин. M±m 42,34±1,56 8,67±0,68 13,96±0,76 87,51±0,72
P *)#)##) *)#)##) *)#)##) *)#)##)
Примечание: (*) - достоверное (p<0,05) изменение по сравнению с фоном; (**) - достоверное (p<0,05) изменение по сравнению с Бихромат калия 1 месяц; (#) - достоверное (p<0,05) изменение по сравнению с Бихромат калия 2 месяц; (##) - достоверное (p<0,05) изменение по сравнению с Бихромат калия 1 месяц +
Витамин Е+ мелатонин
Выводы:
1. Интрагастральное введение бихромата калия в течении 30 и 60 дней лабораторным животным приводит к формированию артериальной гипертензии.
2. Тридцатидневное изолированное введение лабораторным животным токсических доз бихромата калия приводит к активации перекисного окисления липидов.
3. Экспериментальное сочетанное введение витамина Е, и мелатонина на фоне интоксикации би-хроматом калия ослабляет интенсивность ПОЛ при его внутрижелудочном поступлении.
4. Сочетанное введение витамина Е и мелатонина уменьшает выраженность гемодинамических эффектов интоксикации бихроматом калия.
Литература / References
1. Abukhadra M.R., Adlii A., Bakry B.M. Green fabrication of ben-tonite/chitosan@ cobalt oxide composite (BE/CH@ Co) of enhanced adsorption and advanced oxidation removal of Congo red dye and Cr (VI) from water // International journal of biological macromolecules. 2019. Vol. 126. P. 402-413 / Abukhadra MR, Adlii A, Bakry BM. Green fabrication of bentonite/chitosan@ cobalt oxide composite (BE/CH@ Co) of enhanced adsorption and advanced oxidation removal of Congo red dye and Cr (VI) from water. International journal of biological macromolecules. 2019;126:402-13.
2. Caparros-Gonzalez R.A. Childhood chromium exposure and neuropsychological development in children living in two polluted areas in southern Spain // Environ. Pollut. 2019. Vol. 2019252. P. 1550-1560 / Caparros-Gonzalez RA. Childhood chromium exposure and neuropsycho-logical development in children living in two polluted areas in southern Spain. Environ. Pollut. 2019;2019252:1550-60.
3. Costello R.B., Dwyer J.T., Bailey R.L. Chromium supplements for
Таблица 2 glycemic control in type 2 diabetes: limited evidence of effectiveness // Nutrition reviews. 2016. Vol. 74, № 7. P. 455-468 / Costello RB, Dwyer JT, Bailey RL. Chromium supplements for glycemic control in type 2 diabetes: limited evidence of effectiveness. Nutrition reviews. 2016;74(7):455-68.
4. Han B. Dietary melatonin attenuates chromium-induced lung injury via activating the Sirtl/Pgc-1 a/Nrf2 pathway // Food & function. 2019. Vol. 10, № 9. P. 5555-5565 / Han B. Dietary melatonin attenuates chromium-induced lung injury via activating the Sirt1/Pgc-1a/Nrf2 pathway. Food & function. 2019;10(9):5555-65.
5. Kuai O. Energy metabolism regulated by HDAC inhibitor attenuates cardiac injury in hemorrhagic rat model // Scientific reports. 2016. Vol. 6, № 1. P. 1-10 / Kuai O. Energy metabolism regulated by HDAC inhibitor attenuates cardiac injury in hemorrhagic rat model. Scientific reports. 2016;6(1):1-10.
6. Li J. Melatonin protects against chromium (Vl)-induced cardiac injury via activating the AMPK/Nrf2 pathway // Journal of Inorganic Biochemistry. 2019. Vol. 197. P. 110698 / Li J. Melatonin protects against chromium (Vl)-induced cardiac injury via activating the AMPK/Nrf2 pathway. Journal of Inorganic Biochemistry. 2019;197:110698.
7. Lu J. Effects of Cr (VI) exposure on electrocardiogram, myocardial enzyme parameters, inflammatory factors, oxidative kinase, and ATPase of the heart in Chinese rural dogs // Environmental Science and Pollution Research.
2019. Vol. 26, № 29. P. 30444-30451 / Lu J. Effects of Cr (VI) exposure on electrocardiogram, myocardial enzyme parameters, inflammatory factors, oxidative kinase, and ATPase of the heart in Chinese rural dogs. Environmental Science and Pollution Research. 2019;26(29):30444-51.
8. Reddam A. mRNA-sequencing identifies liver as a potential target organ for triphenyl phosphate in embryonic zebrafish // Toxicological Sciences. 2019. Vol. 172, № 1. P. 51-62 / Reddam A. mRNA-sequencing identifies liver as a potential target organ for triphenyl phosphate in embryonic zebrafish. Toxicological Sciences. 2019;172(1):51-62.
9. Sielski J. The influence of air pollution by PM2. 5, PM10 and associated heavy metals on the parameters of out-of-hospital cardiac arrest // Science of the total Environment. 2021. Vol. 788. P. 147541 / Sielski J. The influence of air pollution by PM2. 5, PM10 and associated heavy metals on the parameters of out-of-hospital cardiac arrest. Science of the total Environment. 2021;788:147541.
10. Suljevic D. Assessing hexavalent chromium tissue-specific accumulation patterns and induced physiological responses to probe chromium toxicity in Coturnix japonica quail // Chemosphere. 2021. Vol. 266. P. 129005 / Suljevic D. Assessing hexavalent chromium tissue-specific accumulation patterns and induced physiological responses to probe chromium toxicity in Coturnix japonica quail. Chemosphere. 2021;266:129005.
11. Wang Y. Inflammatory injury and mitophagy induced by Cr (VI) in chicken liver // Environmental Science and Pollution Research.
2020. Vol. 27, № 18. P. 22980-22988 / Wang Y. Inflammatory injury and mitophagy induced by Cr (VI) in chicken liver. Environmental Science and Pollution Research. 2020;27(18):22980-8.
12. Yang D. Hexavalent chromium induced heart dysfunction via Sesn2-mediated impairment of mitochondrial function and energy supply // Chemosphere. 2021. Vol. 264. P. 128547 / Yang D. Hexavalent chromium induced heart dysfunction via Sesn2-mediated impairment of mitochondrial function and energy supply. Chemosphere. 2021;264:128547.
13. Zhunina O.A. The Role of Mitochondrial Dysfunction in Vascular Disease, Tumorigenesis, and Diabetes // Frontiers in Molecular Biosciences. 2021. Vol. 8 / Zhunina OA. The Role of Mitochondrial Dysfunction in Vascular Disease, Tumorigenesis, and Diabetes. Frontiers in Molecular Biosciences. 2021;8.
Библиографическая ссылка:
Оганесян Д.Х., Брин В.Б., Кабисов О.Т. Влияние витамина Е и мелатонина на гемодинамические эффекты интрагастрального поступления хрома и перекисное окисление липидов // Вестник новых медицинских технологий. 2022. №3. С. 96-99. DOI: 10.24412/1609-2163-2022-3-96-99. EDN HYZNSQ.
Bibliographic reference:
Oganesyan DKh, Brin VB, Kabisov OT. Vliyanie vitamina E i melatonina na gemodinamicheskie effekty intragastral'nogo postupleniya khroma i perekisnoe okislenie lipidov [The effect of vitamin E and melatonin on the hemodynamic effects of intragastric chromium intake and lipid peroxidation]. Journal of New Medical Technologies. 2022;3:96-99. DOI: 10.24412/1609-2163-2022-3-96-99. EDN HYZNSQ. Russian.
