Исследование изменения активности глутатионпероксидазы в тканях сердца крыс при механическом воздействии на гематоофтальмический барьер
Автор: Гуленко Ольга Николаевна, Девяткин Анатолий Анатольевич, Борискин Павел Викторович, Павлова Ольга Николаевна, Леонов Виктор Валериевич, Каримова Руфия Габдельхаевна
Журнал: Вестник медицинского института "РЕАВИЗ": реабилитация, врач и здоровье @vestnik-reaviz
Рубрика: Физиология
Статья в выпуске: 5 (47), 2020 года.
Бесплатный доступ
В результате механической травмы глаза и повреждения гематоофтальмического барьера возникает воспалительный процесс и, как следствие, оксидативный стресс, который провоцируют ишемию миокарда, так как потребность сердца в кислороде превышает его поступление. Стремительное падение концентрации кислорода в ишемических тканях провоцирует переход окислительного метаболизма в анаэробный. И в этот момент дефицит энергии становится пусковым моментом в цепочке физиологических процессов. Раскрытие молекулярных механизмов проявления оксидативного стресса в тканях сердца позволит разработать эффективные терапевтические подходы к купированию этого состояния. Цель исследования: анализ динамики активности глутатионпероксидазы (ГП) в тканях сердца крыс на фоне оксидативного стресса, вызванного механической травмой глаза. Материалы и методы: эксперимент проводили на клинически здоровых беспородных белых половозрелых крысах мужского пола восьмимесячного возраста, массой 190-210 г в количестве 150 штук, которые содержались в стандартных условиях в виварии. Активность фермента в тканях сердца исследовали до начала опыта, а также на 1, 3, 5, 7 и 14 сутки эксперимента. Полученные результаты опыта подвергали статистической обработке методами непараметрического статистического анализа. Вывод: активность глутатионпероксидазы в тканях сердца крыс при оксидативном стрессе, вызванном механической травмой глаза, наиболее эффективно стабилизируется при стандартной терапии механической травмы глаза с добавлением кверцетина в виде инъекций.
Оксидативный стресс, ткани сердца, гематоофтальмический барьер, крысы, механическая травма глаза, глутатионпероксидаза
Короткий адрес: https://sciup.org/143176769
IDR: 143176769 | DOI: 10.20340/vmi-rvz.2020.5.3
Текст научной статьи Исследование изменения активности глутатионпероксидазы в тканях сердца крыс при механическом воздействии на гематоофтальмический барьер
В результате механической травмы глаза и повреждения гематоофтальмиче-ского барьера возникает воспалительный процесс и, как следствие, оксидативный стресс, который провоцирует ишемию миокарда, так как потребность сердца в кислороде превышает его поступление. В частности, по мнению многих авторов, повреждение клеток миокарда, индуцированное циклами ишемии и реперфузии может быть связано с образованием токсичных АФК [1].
Стремительное падение концентрации кислорода в ишемических тканях провоцирует переход окислительного метаболизма в анаэробный. И в этот момент дефицит энергии становится пусковым моментом в цепочке физиологических процессов. Из-за увеличения концентрации лактата и ионов водорода изменяются кислотно-щелочное равновесие и энергетически связанные процессы, такие как мембранные ионные градиенты, селективные и неселективные ионные каналы, и ионное равновесие. Вследствие «анаэробной деполяризации» клетки теряют ионы K+ и приобретают ионы Na+, Cl– и Ca2+, что создает условия для развития цитотоксического отека. Избыточное содержание ионов Ca2+ провоцирует интенсификацию образования АФК, активирует протеазы, которые в свою оче- редь способствуют трансформации ксантин дегидрогиназы, использующую в виде акцептора электронов кислород и образующую супероксид-анион, перекись водорода, лежащие в основе производства гидроксильных радикалов, повреждающих ткани организма при ишемии и репефузии [2, 3, 4].
С пониженной антиоксидантной активностью тканей миокарда связано увеличение концентрации АФК после гипоксии и реоксигенации, при этом в миоцитах, эндотелиальных клетках наблюдается чрезвычайно низкое содержание антиоксидантных ферментов [5, 6]. Раскрытие молекулярных механизмов проявления оксидативного стресса в тканях сердца позволит разработать эффективные терапевтические подходы к купированию этого состояния.
Цель и задачи исследования
Таким образом, цель исследования – анализ динамики активности глутатионпероксидазы (ГП) в тканях сердца крыс на фоне оксидативного стресса, вызванного механической травмой глаза.
Основными задачами нашего исследования являлись определение активности глутатионпероксидазы в динамике в тканях сердца интактных животных и крыс с экспериментальным окислительным стрессом, вызванным механическим воздействием на гематоофтальмический барьер, а также определение эффективности восстановления окислительно-восстановительного равновесия в организме с помощью применения различных видов терапии травмы глаза.
Материалы и методы
Эксперимент проводили на клинически здоровых беспородных белых половозрелых крысах мужского пола восьмимесячного возраста, массой 190–210 г в количестве 150 штук, которые содержались в стандартных условиях в виварии при свободном доступе к воде и пищи.
Все животные были поделены на 5 групп по тридцать крыс в каждой группе.
Активность глутатионпероксидазы в тканях сердца исследовали до начала опыта, а также на 1, 3, 5, 7 и 14 сутки эксперимента определяли по накоплению окисленного глутатиона [7]. Подробная методика постановки эксперимента представлена нами в предыдущей статье [8].
Полученные результаты подвергали статистической обработке методами непараметрического статистического анализа.
Основные результаты
Динамика активности глутатиоперок-сидазы (Ме) в тканях сердца крыс представлена на рис. 1.
Согласно представленному рисунку установлено, что у интактных крыс активность ГП на протяжении всего опыта была примерно на одном уровне и соответствовала физиологической норме. У животных 2 группы с индуцированным оксидативным стрессом путем механической травмы глаза на протяжении всего эксперимента активность ГП интенсивно снижалась.
У животных третьей группы с индуцированным оксидативным стрессом путем механического воздействия на гематооф-тальмический барьер и стандартной терапией механической травмы глаза также наблюдается снижение активности ГП в тканях сердца до 7 суток опыта, однако к окончанию эксперимента, на 14 сутки, активность фермента достигла физиологической нормы и была сопоставима с исходным значением.
В 4 группе крыс, с индуцированным ок-сидативным стрессом и его купированием стандартной терапией механической травмы глаза с добавлением кверцетина наблюдалось менее интенсивное снижение активности ГП до 7 суток опыта, а на 14 сутки активность фермента в тканях сердца была чуть выше начального значения, но также соответствовала физиологической норме.
В пятой группе животных с механической травмой глаза и терапией исключительно кверцетином также наблюдалось снижение активности ГП вплоть до 14 суток, почти так же интенсивно, как у животных с травмой без терапии.
|
0 сутки |
1 сутки |
3 сутки |
5 сутки |
7 сутки |
14 сутки |
|
|
1 группа |
271,7 |
271,7 |
271,7 |
271,7 |
271,7 |
271,7 |
|
2 группа |
272,3 |
261,4 |
203,4 |
172,3 |
154,35 |
128,8 |
|
3 группа |
271,8 |
263,3 |
226,6 |
199,75 |
177,6 |
261,4 |
|
4 группа |
271,5 |
262,45 |
233,4 |
205,8 |
182,45 |
275,4 |
|
5 группа |
272,4 |
260,5 |
197,4 |
179,65 |
157,6 |
132,5 |
Сутки эксперимента
Рис. 1. Динамика активности глутатионпероксидазы в тканях сердца крыс при оксидативном стрессе, вызванном механической травмой глаза
Полученные результаты были обработаны путем непараметрического статистического анализа с целью установления достоверности различий в изучаемых группах с использованием критериев Вальда – Вольфовица, Колмогорова – Смирнова и Манна – Уитни (табл. 1).
По данным, представленным в таблице, выявлено, что активность ГП в тканях сердца крыс всех экспериментальных групп, начиная с 1 суток эксперимента и до конца опыта, отличается от активности фермента у интактных животных.
Обсуждение
При механическом повреждении глаза, согласно результатам многочисленных исследований, возникает воспалительный
процесс, обусловленный рядом защитных механизмов, одним из которых является гематоофтальмический барьер. Его повреждение сопровождается аутоиммунными реакциями и развитием стрессорной иммуносупрессии. Отчасти ее выраженность обусловлена стрессом утраты информационно важного органа. Как правило, ранний период (24–48 ч) сопровождается иммунодепрессией, тревогой и адаптационным синдромом. Все эти факторы, наряду с механической травмой, индуцируют и стимулируют оксидативный стресс, усугубляющий тяжесть патологического процесса. При этом оксидативный стресс становится одним из важнейших факторов осложняющий процесс терапии глаза [9].
Таблица 1. Статистический анализ динамики активности ГП в тканях сердца крыс на фоне оксидатив-ного стресса, индуцированного механической травмой глаза
|
Сутки |
Группы |
Статистический тест |
Критерий |
Значение р |
|
о |
1 и 2 |
Манна – Уитни |
U = 268,5000 |
0,007451 |
|
Z = –2,67598 |
||||
|
Колмогорова–Смирнова |
Max Neg Differnc = –0,400000 |
< 0,025 |
||
|
Max Pos Differnc = 0,00 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –0,781246 |
0,434659 |
||
|
Z adjstd = 0,651038 |
0,515022 |
|||
|
1 и 3 |
Манна – Уитни |
U = 288,5000 |
0,017299 |
|
|
Z = –2,38029 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = –0,400000 |
< 0,025 |
||
|
Max Pos Differnc = 0,033333 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –2,08332 |
0,037223 |
||
|
Z adjstd = 1,953114 |
0,050807 |
|||
|
1 и 4 |
Манна – Уитни |
U = 391,5000 |
0,391171 |
|
|
Z = 0,857497 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = –0,133333 |
> 0,10 |
||
|
Max Pos Differnc = 0,200000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = 0,00 |
1,000000 |
||
|
Z adjstd = –0,130208 |
0,896402 |
|||
|
1 и 5 |
Манна – Уитни |
U = 289,5000 |
0,018006 |
|
|
Z = –2,36551 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = –0,333333 |
< 0,10 |
||
|
Max Pos Differnc = 0,00 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –0,781246 |
0,434659 |
||
|
Z adjstd = 0,651038 |
0,515022 |
|||
|
1 и 2 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 3 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 4 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 5 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|
Сутки |
Группы |
Статистический тест |
Критерий |
Значение р |
|
1-о co |
1 и 2 |
Манна – Уитни |
U = 0,000 |
0,000000 |
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 3 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 4 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 5 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1-о Ю |
1 и 2 |
Манна – Уитни |
U = 0,000 |
0,000000 |
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда–Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 3 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 4 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 5 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|
Сутки |
Группы |
Статистический тест |
Критерий |
Значение р |
|
1-о |
1 и 2 |
Манна – Уитни |
U = 0,000 |
0,000000 |
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,0000 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 3 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 4 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 5 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 2 |
Манна – Уитни |
U = 0,000 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,0000 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 3 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 4 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = –6,64560 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = –1,00000 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 0,00 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
|||
|
1 и 5 |
Манна – Уитни |
U = 0,00 |
0,000000 |
|
|
Z = 6,645599 |
||||
|
Колмогорова – Смирнова |
Max Neg Differnc = 0,00 |
< 0,001 |
||
|
Max Pos Differnc = 1,000000 |
||||
|
Вальда – Вольфовица |
Z = –7,55204 |
0,000000 |
||
|
Z adjstd = 7,421834 |
0,000000 |
Глутатионпероксидаза, как один из ферментов антиоксидантной системы, активно вовлекается в борьбу с образующимися частицами и ее активность в тканях снижается. В таком случае применение антиоксиданта кверцетина, имеющего доказанную эффективность при лечении хронических заболеваний глаза, за счет способности быть донатором водорода, гасителем синглетного кислорода, хелатором ионов металла, активатором антиоксидантных ферментов вполне оправдано [10]. В целом, по результатам эксперимента установлено, что применение помимо стандартной тера-
пии механической травмы глаза инъекций кверцетина наиболее эффективно купирует оксидативный стресс и нормализует активность ГП в тканях сердца.
Заключение
Активность глутатионпероксидазы в тканях сердца крыс при оксидативном стрессе, вызванном механическим воздействием на гематоофтальмический барьер, наиболее эффективно стабилизируется при стандартной терапии механической травмы глаза с добавлением кверцетина в виде инъекций.
Список литературы Исследование изменения активности глутатионпероксидазы в тканях сердца крыс при механическом воздействии на гематоофтальмический барьер
- Endothelial disfunction in cardiovascular diseases. The role of oxidant stress / H. Cai, D.G. Harrison // Circ Res. - 2000. - Vol. 87. - Р. 840-844.
- Vliyanie biooksidanta gistoxroma na povrezhdeniya miokarda pri reperfuzionnoj terapii u boPnyx infarktom miokarda / G.A. Bujmov [i dr.] // Terapevt. Arxiv. - 2002. - № 8 (74). - S. 16-21.
- Lankin V.Z., Tikhaze A.K. Atherosclerosis as a free radical pathology and antioxidative therapy of this disease // Tomasi A, Ozben T, Skulachev VP, editors. Free Radicals, Nitric Oxide, and Inflammation: Molecular, Biochemical, and Clinical Aspects. Vol. 344. IOS Press; Amsterdam: 2003. pp. 218-231. (NATO Science Series).
- Oxidative stress and nitric oxide pathway in adult patients who are candidates for cardiac surgery: patterns and differences / V. Cavalca [et al.] // Interact. Cardio-Vasc. Thorac. Surgery. - 2013. - Vol. 17, № 6. -P. 923-930.
- Antioksidanty - citoprotektory v kardiologii / A.P. Golikov [i dr.] // Kardiovaskulyarnaya terapiya i profilaktika. -2004. - № 6 (2). - S. 66-74.
- SvobodnoradikaPnye processy v norme i pri zabolevaniyax serdechno-sosudistoj sistemy / V.Z. Lankin, A.K. Tixaze, Yu.N. Belenkov. - M., 2000. - 260 s.
- Kamyshnikov V.S. Spravochnik po kliniko-bioximicheskim issledovaniyam i laboratornoj diagnosti-ke. - Moscow: Izd. MEDpress-inform, 2009.
- Pavlova O.N., Gulenko O.N., Karimova R.G., Devyatkin A.A., Toropovskij A.N. Issledovanie dinamiki ak-tivnosti katalazy v syvorotke krovi krys pri mexanicheskom vozdejstvii na gematooftaPmiche-skij barer // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatePskij zhurnal. - 2020. - № 5 (95), chasf I, maj. - S. 153-158.
- Pavlova O.N., Simakova S.A. Priroda oksidativnogo stressa i sposoby ego korrekcii / O.N. Pavlo-va, S.A. Simakova // Mediko-fiziologicheskie problemy e'kologii cheloveka: materialy IV Vseros-sijskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem (26-30 sentyabrya 2011 g.). - Ulyanovsk: UlGU, 2011. - S. 244-246.
- Mixejceva I.N., Menshhikova E.B., Lankin V.Z., Zenkovi N.K. Vozmozhnosti i perspektivy primene-niya bio-flavonoidov v lechenii zabolevanij glaza // OftaPmologicheskij zhurnal. - 2015. - № 2. - S. 62-67
- Mixejceva I.N., Merfshhikova E.B., Lankin V.Z., Zenkovi N.K. OkislitePnyj stress. Prooksidanty i antioksidanty. - Moscow: Slovo, 2006. - 553 s.
