CC BY
5
АктуальН проблеми сучасно! медицины
DOI 10.31718/2077-1096.21.1.89 УДК 616.71-002 : 615.27 : 546
Ковальова 1.О., Макаренко В.1., Слкова О.В., Макаренко О.В., Костенко Г.В. ВПЛИВ П1РОЛ1ДИНДИТ1ОКАРБАМАТУ АМОН1Ю НА Б1ОМЕХАН1ЧН1 ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕГНОВО1 К1СТКИ ЩУР1В ЗА УМОВ ПОЕДНАНОГО НАДЛИШКОВОГО НАДХОДЖЕННЯ ФТОРИДУ ТА Н1ТРАТУ НАТР1Ю
Украшська медична стоматологiчна академiя, м. Полтава
Досл'джено вплив iнгiбiтора активацИ' NF-kB п'рол'диндШокарбамату амоню на 6ioMexaHi4Hi характеристики стегновоУ кютки щур'т за умов поеднаного надлишкового надходження фториду та штрату натрiю. Експерименти проведено на 30 блих щурах лш Встар масою 190-240 г, розподi-лених на 3 групи: 1-ша - нтакты тварини, 2-га - псля поеднаного введення фториду натрiю (10 мг/кг маси тла) та штрату натрiю (500 мг/кг маси тла) протягом 30 д'б, у 3-й груп'1, починаючи з 15-У доби iнтоксикацй, внутршньоочеревинно вводили iнгiбiтор активацИ NF-kB пiролiдиндiтiокар-бамат амоню в дозi 76 мг/кг 3 рази на тиждень. Дослiдження бiомеханiчних властивостей стегно-во'У кютки проводили за 2-х точковою схемою (випробовування на лiнiйний розрив) та 3-х точковою схемою (випробовування на згин) з використанням машини розривно'У РМУ-0,05-1 з о^нкою розрив-ного навантаження (м'цност') та в'дносного подовження кюток (пружностi), а також за 4-х точковою схемою (випробовування на згин) за допомогою деформа^йно'У установки МРК-1 з розрахунком модулю Юнга, меж!' м'цност'!, в'дносно'У залишково'У деформацИ до руйнування та в'дносного видов-ження до руйнування. Призначення шрол'диндит'юкарбамату амоню за умов експерименту досто-в'рно збльшувало розривне навантаження при лiнiйному розривi та на згин на 35,3 та 23,5% в'дпо-в'дно порiвняно з результатами 2-У групи. В'дносне подовження кюток при випробовуванн на лМй-ний розрив i згин було бльшим, н!ж значення 2-У групи на 7,9 та 18,6 %. При випробовуванн на згин за 4-х точковою схемою за допомогою деформа^йно'У установки МРК-1 було виявлено в'рог'дне пд-вищення модулю пружно^i Юнга на 19,8% порiвняно з результатами 2-У групи. Проте показники меж1' пружно^i та мцно^i, в'дносного видовження крайнiх волокон до руйнування суттево не змi-нювалися. Зроблено висновок, що iнгiбiтор транскрип^йного чинника NF-kB пiролiдиндитiокарба-мат амоню за умов поеднаного введення фториду та штрату натрiю е ефективними остеопро-тективним засобом, збльшуе м'цн'ють i пружнють стегнових кюток.
Ключов1 слова: транскрипцшний чинник каппа B, стегнова кютка, хрожчна 1нтоксикац1я фторидом i нитратом натр1ю, глролщиндтокарбамат амонлю, бюмехажчнл характеристики.
Робота е фрагментом НДР «Роль активних форм кисню, системи оксиду азоту та транскрип^йних факторiв у меха^змах патологiчного системогенезу» (№ держреестрацп 0114U004941).
цес ремоделювання кютковоТ тканини [7], але наслщки ^еТ дм е суперечливими та важкопрог-нозованими.
Метою роботи було з'ясування впливу тутора активаци NF-kB шролщиндитюкарбамату амошю на бюмехашчш характеристики стегновоТ кютки щурiв за умов поеднаного надлишкового надходження фториду та штрату натрю
Матерiали та методи
Дослщження були проведет на 30 бтих щурах лши Вютар масою 190-240 г, розподтених на 3 групи: 1-ша - штактш тварини, 2-га - пюля поеднаного введення фториду натрш (10 мг/кг маси тта) та штрату натрш (500 мг/кг маси тта) протягом 30 дiб, у 3-й груш, починаючи з 15-Т доби штоксикаци, внутршньоочеревинно вводили шпбтор активаци Nf-kB шролщиндитюкарбамат амошю ("Sigma-Aldrich, Inc.", США) в дозi 76 мг/кг 3 рази на тиждень [11].
Тварин декаштували пщ легким ефiрним наркозом, дотримуючись положень «европейськоТ конвенци по захисту хребетних тварин, яких ви-користовують в експериментальних та шших на-укових цтях» (Страсбург, 1986). Видтяли i ске-летували стегновi кютки.
Дослщження бюмехашчних властивостей стегновоТ кютки проводили за 2-х точковою схе-
Неоргашчш штроген-умюш сполуки та фто-риди е сполуками з неоднозначним впливом на кюткову тканини. Ытрат-юни, як донатори штро-ген (II) оксиду (NO), можуть як пщвищувати кют-кову масу [6, 10], так i порушувати метаболiчнi та бюмехашчш властивост кюток [9]. Кл^чне застосування при остеопорозi оргашчних штра-^в i лкарських засобiв, що мютять фториди, не завжди пщвищуе мшеральну щтьнють кюток та зменшуе випадки переломiв [4, 5]. Повщомля-еться, що при введены фторидiв можуть знижу-ватися бюмехашчш властивост кюток [2, 3].
Прим^но, що дiя продук^в вщновлення шт-ра^в та фторид-юшв сприяе активацiТ такого транскрипцшного чинника, як ядерний фактор каппа B (NF-kB, англ. Nuclear Factor Kappa-light-chain-enhancer of activated B cells), що контро-люе бюсинтез прозапальних i прооксидантних бшмв, а також гiстолiтичних ферментiв [1].
Нещодавно нами показано, що шпбтори транскрипцшного чинника NF-kB за умов поеднаного введення фториду та штрату натрш но-рмалiзують масу стегнових кюток i хребцiв, збн льшують щiльнiсть i мiнеральну насиченють стегнових кiсток, а також щтьнють, мшеральну насиченють i мщнють хребцiв (зменшуеться ос-теометричний шдекс Simon) [8].
Доведеним е вплив активаци NF-kB на про-
мою (випробовування на лшшний розрив) та 3-х точковою схемою (випробовування на згин) з ви-користанням машини розривноТ РМУ-0,05-1 з оцiнкою розривного навантаження (мщносп) та вiдносного подовження кюток (пружностi), а та-кож за 4-х точковою схемою (випробовування на згин) за допомогою деформацшноТ установки МРК-1 з розрахунком модулю Юнга, меж1 мщно-стi, вщносноТ залишковоТ деформацiТ до руйну-вання та вщносного видовження до руйнування.
Товщину i ширину зразкiв вимiрювали за допомогою мiкрометра МК 0-25 з похибкою ± 0,01 мм не менше нiж у 3-х мюцях поблизу середини дiафiза стегновоТ кiстки. Вiдстань мiж опорами вимiрювали за допомогою штангенциркуля з похибкою ± 0,02 мм.
При випробовуванш на деформацiйнiй установи МРК-1 використовували пристрiй, що за-безпечував деформацiю згину за 4-х точковою схемою навантаження. Зразок помщали в робо-чу зону установки та здшснювали згин зi стабн льною швидкiстю 0,25±0,01 мм/хв до руйнування кютки. Процес деформаци фiксувався на дiагра-мнiй с^чц при швидкостi ТТ руху 12 мм/хв за допомогою самописця КСП-4 в координатах «навантаження-прогин». Калiбрування дiаграми здiйснювалося тарувальним вантажем масою 5 кг.
За дiаграмою визначали модуль Юнга для згину (Е), межу пружност апр, межу мiцностi амц та вщносне залишкове видовження крайнiх волокон до руйнування & за стандартною методикою.
Модуль Юнга пщ час згину (Езг) в МПа обчис-лювали за формулою:
Ш
■"гЕЗГ
Ы? '(Щ
де: Lv - вiдстань мiж опорами, мм; F2 - навантаження, що вщповщае величин вiдносноТ де-формацiТ крайнiх волокон 0,3%, Н; F1 - навантаження, що вщповщае величиш вщносноТ деформаци крайшх волокон 0,1%, Н; Ь - ширина зраз-ка, мм; h - товщина зразка, мм; z2 - прогин зраз-ка, який вiдповiдае вщноснш деформацiТ крайнiх волокон 0,3%, мм; z1 - прогин зразка, який вщповщае вщноснш деформаци крайшх волокон 0,1%, мм.
Вщносну деформацш крайшх волокон (е) об-числювали за формулою:
,
де: Ц, - вiдстань мiж опорами, мм; h - товщина зразка, мм; z - прогин зразка, мм.
Межа пружност та мщносп (або тимчасовий
опiр) розраховувалися за формулою:
-=^
bh2 ,
де: F - навантаження, що вiдповiдае вщповн днiй меж1, Н; Ц, - вщстань мiж опорами, мм; Ь -ширина зразка, мм; h - товщина зразка, мм.
Для розрахунку вщносного видовження крайшх волокон до руйнування етах (характеристика пластичносп матерiалу) використовували мак-симальне значення прогину зразка.
Для визначення величини навантажень та стрти прогину за дiаграмою деформацiТ використовували масштаб за вщповщними осями.
Статистичш розрахунки проводили з викори-станням програми '^а^^оА 6.0". Для перевн рки розподiлу на нормальнiсть було застосовано розрахунок критерш Шапiро-Вiлка. Якщо вони вщповщали нормальному розподiлу, то для Тх порiвняння використовували критерш t Стьюде-нта для незалежних вибiрок. У разi, коли ряди результат не пiдлягали нормальному розподн лу, статистичну обробку здiйснювали, викорис-товуючи непараметричний метод - тест Манна-В^ш.
Результати дослiдження та \х обговорення
У таблицi 1 наведено результати дослщжен-ня впливу шпбп~ора транскрипцiйного чинника NF-кB на бюмехашчш властивостi стегновоТ кiст-ки за 2-х точковою схемою (випробовування на лiнiйний розрив) та 3-х точковою схемою (випробовування на згин) за умов надлишкового надходження фториду та штрату натрш з вико-ристанням машини розривноТ РМУ-0,05-1
Призначення шролщиндитюкарбамату амо-нiю за умов експерименту достовiрно збтьшу-вало розривне навантаження при лшшному роз-ривi та на згин на 35,3 та 23,5% вщповщно порн вняно з результатами 2-Т групи. Вiдносне подовження кюток при випробовуванш на лшшний розрив i згин було бтьшим, нiж значення 2-Т групи на 7,9 та 18,6 %.
Таблиця 1
Вплив пiролiдиндиmiокарбамаmу амоню на бiомеханiчнi властивот стегновоТ юстки за умов надлишкового надходження фториду та нiтрату натрю при дослiдженнi на машинiрозривнй РМУ-0,05-1 (М±т, п=15)
Групи Характер випробовування
На лшшний розрив (за 2-точковою схемою) На згин (за 3-точковою схемою)
Розривне навантаження, Н Вщносне подовження, % Розривне навантаження, Н Вiдносне подовження, %
1нтактш 104,2±1,8 20,2±0,3 117,2±2,3 12,2±0,4
Сукупне введення фториду та штрату натрю 63,4±2,8 * 18,9±0,3* 77,4±2,7 * 8,6±0,2*
+ введення амошю шролщиндитюкарбамату 85,8±2,6 *,** 20,4±0,4 ** 95,6±2,6 *,** 10,2±0,3 *,**
АктуальН проблеми сучасно!' медицины
При оцшц бiомеханiчних властивостей стег-новоТ кютки за умов призначення тролщиндитю-карбамату амошю при надмiрному надходженнi фториду та штрату натрiю при випробовуванш на згин за 4-х точковою схемою за допомогою деформацшноТ установки МРК-1 (таблиця 2) бу-
ло виявлено BiporiqHe пiдвищення модулю пру-жностi Юнга на 19,8% порiвняно з результатами 2-ï групи. Проте показники межi пружностi та Mi-цностi, вiдносного видовження крайнiх волокон до руйнування суттево не змшювалися.
Таблиця 2
Вплив пiролiдиндитiокарбамату амоню на 6ioMexaHi4Hi властивот стегновоТ юстки за умов надлишкового надходження фториду та нiтрату натрю при випробовуваннi на згин за 4-х-точковою схемою за допомогою деформа^йноГустановки
МРК-1 (М±т, n=15)
Групи Показники
Модуль Юнга Е, МПа Межа пружност о„р., МПа Межа мщност омц, МПа Вщносне видовження до руйнування £max, %
1нтактш 2832,9±146,6 55,4±3,0 65,8±3,8 3,2±0,8
Сукупне введення фториду та штрату натрю 2155,7±56,5 * 52,1±4,2 57,7±5.3 4,1±0,5
+ введення амошю шролщиндитюкарбамату 2582,1±141,0 ** 44,5±5,7 59,6±4.5 3,3±0,2
Рашше було виявлено покращення тензоме-тричних характеристик шюри (мщносп та елас-тичносп) при введены шролщиндитюкарбамату амошю за умов надмiрного надходження штрату натрш в оргашзм щурiв. Цi показники виявляють зворотну кореляцiйну залежнiсть зi змшами мар-керiв деструкцп сполучно'1 тканини (колагенолiзу та деполiмеризацiï протеоглiканiв) [12].
NF-kB забезпечуе експресiю генiв прооксида-нтних i гiстолiтичних ферментiв. Тому виявлене нами збтьшення мiцностi та пружност стегно-вих кiсток при введенш пiролiдиндитiокарбамату амонiю за умов поеднаного введення фториду та штрату натрш узгоджуеться з ранiше виявле-ною нами здатнiстю iнгiбiтора транскрипцшного чинника NF-kB знижувати показники штрозатив-ного стресу, обмежувати активнiсть маркерних фермен^в резорбцп кiсток, деполiмеризацiю ко-лагену, протеоглiканiв та аалоглкопроте'Гшв кю-тково'Г тканини [8].
Це доводить доцтьнють розширення арсеналу остеопротективних засобiв за рахунок шп-бiторiв NF-KB.
Таким чином, iнгiбiтор транскрипцшного чинника NF-kB тролщиндитюкарбамат амошю е ефективним остеопротективним засобом, збть-шуе мiцнiсть i пружнiсть стегнових кюток за умов поеднаного введення фториду та штрату натрю
Лтература
1. Bogdanov AV, Kostenko VO. Vplyv inhibitora yadernoyi translokatsiyi transkryptsiynoho faktora kB na okysnyy metabolizm u tkanynakh parodonta shchuriv za umov poyednanoho nadlyshkovoho nadkhodzhennya nitratu ta ftorydu natriyu [Effect of inhibitor of nuclear translocation of transcription factor kB on oxidative metabolism in periodontal tissues of rats under excessive combined sodium nitrate and fluoride intake]. Aktual'ni problemy suchasnoyi medytsyny: Visnyk Ukrayins'koyi medychnoyi stomatolohichnoyi akademiyi. 2017;17(1):217-279. (Ukrainian).
2. Everett ET. Fluoride's Effects on the Formation of Teeth and Bones, and the Influence of Genetics. J Dent Res. 2011 ;90(5):552-560.
10.
11.
12.
Haguenauer D, Welch V, Shea B et al. Fluoride for the treatment of postmenopausal osteoporotic fractures: a meta-analysis. Osteoporos Int. 2000;11(9):727-738.
Golchin N, Hohensee C, LaCroix A, Gray SL. Nitrate Medications, Fractures, and Change in Bone Mineral Density in Postmenopausal Women: Results from the Women's Health Initiative. J Bone Min Res. 2016 Sep; 31(9): 1760-1766. Gutteridge DH, Stewart GO, Prince RL et al. A randomized trial of sodium fluoride (60 mg) +/- estrogen in postmenopausal osteoporotic vertebral fractures: increased vertebral fractures and peripheral bone loss with sodium fluoride; concurrent estrogen prevents peripheral loss, but not vertebral fractures. Osteoporos Int. 2002;13(2):158-170.
Kalyanaraman H, Ramdani G, Joshua J et al. A novel, direct no donor regulates osteoblast and osteoclast functions and increases bone mass in ovariectomized mice. J Bone Miner Res. 2017 Jan; 32(1): 46-59.
Kenkre JS, Bassett J. The bone remodelling cycle. Ann Clin Biochem. 2018 May;55(3):308-327.
Kovalova IO, Kostenko VO. Vplyv inhibitoriv transkryptsiynoho chynnyka kappa B na metabolichni ta strukturni porushennya kistkovoyi tkanyny za umov poyednanoho nadlyshkovoho nadkhodzhennya ftorydu ta nitratu natriyu [Effect of transcription factor kappa B inhibitors on metabolic and structural disorders in bone tissue under combined excessive intake of fluoride and sodium nitrate]. Aktual'ni problemy suchasnoyi medytsyny: Visnyk Ukrayins'koyi medychnoyi stomatolohichnoyi akademiyi. 2019;19(1): 65-70. (Ukrainian).
Sorokin BV, Kostenko VO. Zminy komponentiv orhanichnoho matryksu kistkovoyi tkanyny shchuriv pry vidtvorenni eksperymental'noho osteoporozu za umov khronichnoyi intoksykatsiyi nitratom natriyu [Alterations of components of organic bone matrix in rats under modeled osteoporosis and chronic sodium nitrate intoxication]. Aktual'ni problemy suchasnoyi medytsyny: Visnyk Ukrayins'koyi medychnoyi stomatolohichnoyi akademiyi. 2013; 13(2):220-224. (Ukrainian). Zuina M, Rigatellic G, Scaranellod F et al. Nitrates and osteoporosis: Which relationship? Eur J Intern Med. 2017 Sep;43:e22-23.
Yelins'ka AM, Shvaikovs'ka OO, Kostenko VO. Vplyv pirolidyndytiokarbamatu amoniyu na produktsiyu aktyvnykh form kysnyu i azotu v tkanynakh parodonta ta slynnykh zaloz shchuriv za umov systemnoho vvedennya lipopolisakharydu Salmonella typhi [Influence of ammonium pyrrolidine dithiocarbamate on production of reactive oxygen and nitrogen species in tissues of periodontium and salivary glands of rats exposed to systemic administration of Salmonella typhi lipopolisaccharide]. Fiziol Zh. 2018;64(5):63-69. (Ukrainian).
Khmil DA, Levkov AA, Kostenko VA. Effektivnost' sochetannogo primeneniya L-arginina i ingibitora yadernogo faktora kB dlya korrektsii dezorganizatsii soyedinitel'noy tkani kozhi krys pri izbytochnom postuplenii v organizm nitrata natriya [Efficiency of combined application of l-arginin and nuclear factor kB inhibitor in correcting skin connective tissue disruption in skin of rats under excessive sodium nitrate intake. Zhurnal Grodnenskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2018;16(1):36-40. (Russian).
3
4
5
6
7
8
9
Реферат
ВЛИЯНИЕ ПИРРОЛИДИНДИТИОКАРБАМАТА АММОНИЯ НА БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕДРЕННОЙ КОСТИ КРЫС В УСЛОВИЯХ СОЧЕТАНОГО ИЗБЫТОЧНОГО ПОСТУПЛЕНИЯ ФТОРИДА И НИТРАТА НАТРИЯ Ковалева И.А., Макаренко В.И., Силкова Е.В., Макаренко А.В., Костенко Г.В.
Ключевые слова: транскрипционный фактор каппа B, бедренная кость, хроническая интоксикация фторидом и нитратом натрия, пирролидиндитиокарбамат аммония, биомеханические характеристики.
Исследовано влияние ингибитора активации NF-кВ пирролидиндитиокарбамата аммония на биомеханические характеристики бедренной кости крыс в условиях сочетанного избыточного поступления фторида и нитрата натрия. Эксперименты проведены на 30 белых крысах линии Вистар массой 190-240 г, разделенных на 3 группы: 1-я - интактные животные, 2-я - после введения фторида натрия (10 мг/кг массы тела) и нитрата натрия (500 мг/кг) в течение 30 суток, в 3-й группе, начиная с 15-го дня интоксикации, внутрибрюшинно вводили ингибитор активации NF-кВ пирролидиндитиокарбамат аммония в дозе 76 мг/кг 3 раза в неделю. Исследование биомеханических свойств бедренной кости проводили по 2-х точечной схеме (испытание на линейный разрыв) и 3-х точечной схеме (испытание на изгиб) с использованием машины разрывной РМУ-0,05-1 с оценкой разрывной нагрузки (прочности) и относительного удлинения костей (упругости), а также по 4-х точечной схеме (испытание на изгиб) с помощью деформационной установки МРК-1 с расчетом модуля Юнга, предела прочности, относительной остаточной деформации до разрушения и относительного удлинения до разрушения. Назначение пирролидиндитиокарбамата аммония в условиях эксперимента достоверно увеличивало разрывную нагрузку при линейном разрыве и на изгиб на 35,3 и 23,5% соответственно по сравнению с результатами 2-й группы. Относительное удлинение костей при испытании на линейный разрыв и изгиб было большим, чем значение 2-й группы на 7,9 и 18,6%. При испытании на изгиб по 4-х точечной схеме с помощью деформационной установки МРК-1 было выявлено достоверное повышение модуля упругости Юнга на 19,8% по сравнению с результатами 2-й группы. Однако показатели предела упругости и прочности, относительного удлинения крайних волокон до разрушения существенно не менялись. Сделан вывод, что ингибитор транскрипционного фактора NF-кВ пирролидиндитиокарбамат аммония в условиях сочетанного введения фторида и нитрата натрия является эффективным остео-протективним средством, увеличивает прочность и упругость бедренных костей.
Summary
IMPACT OF AMMONIUM PYROLIDINE DITHIOCARBAMATE ON BIOMECHANICAL CHARACTERISTICS OF FEMORAL BONE IN RATS UNDER THE CONDITIONS OF COMBINED EXCESSIVE INTAKE OF FLUORIDE AND SODIUM NITRATE Kovaleva I.O., Makarenko V.I., Silkova O.V., Makarenko O.V., Kostenko H.V.
Key words: transcription factor kappa В, femur, chronic intoxication with fluoride and sodium nitrate, ammonium pyrolidine dithiocarbamate, biomechanical characteristics.
This article describes the effect of ammonium pyrrolidine dithiocarbamate, an inhibitor of NF-кВ activation, on the biomechanical characteristics of femoral bones in rats under the conditions of combined excess intake of fluoride and sodium nitrate. The series of experiments were performed on 30 white Wistar rats weighing 190-240 g, divided into 3 groups: 1st group included intact animals, 2nd group included animals exposed to the combined administration of sodium fluoride (10 mg/kg body weight) and sodium nitrate (500 mg / kg body weight) for 30 days; the 3rd group included rats, who starting from the 15th day of intoxication were injected with an inhibitor of NF-кВ activation, ammonium pyrrolidine dithiocarbamate is a dose of 76 mg / kg 3 times a week. The investigation of the biomechanical properties of the femur was performed according to a 2-point scheme (linear rupture test) and a 3-point scheme (bending test) using a rupture machine RMU-0.05-1 with an assessment of rupture load (strength) and bone elongation (elasticity); we also applied a 4-point scheme (bending test) using the deformation test setup MRC-1 with following calculation of the Young's modulus, tensile strength, relative residual deformation to failure and relative elongation to failure. The administration of ammonium pyrrolidine dithiocarbamate under the conditions of the experiment significantly increased the tensile load at linear rupture and bending by 35.3 and 23.5%, respectively, compared with the results in the 2nd group. The relative elongation of the femoral bones in the test for linear rupture and flexion was more pronounced than the values of the 2nd group by 7.9 and 18.6%. When testing for bending according to the 4-point scheme using the deformation setup MRK-1, we revealed a probable increase in the Young's modulus of elasticity by 19.8% compared to the results in the 2nd group. However, the indicators of the limit of elasticity and strength, the relative elongation of the extreme fibers before fracture did not change significantly. This enables us to conclude that ammonium pyrrolidine dithiocarbamate, the inhibitor of the NF-кВ transcription factor, used under the conditions of combined administration of fluoride and sodium nitrate can serve an effective osteoprotective agent, which increases the strength and elasticity of the femoral bones.
