Оксидантный стресс и тканевая гипоксия как факторы, способствующие развитий дисфункции предстательной железы и мочевого пузыря при метаболическом синдроме экспериментальное исследование

Кирпатовский Владимир Игоревич; Голованов С.А.; Дрожжева В.В.; Кудрявцева Л.В.; Фролова Е.В.; Векильян М.А.; Kirpatovsky Vladimir I.; Golovanov S.A.; Drozhzheva V.V.; Kudryavtseva L.V.; Frolova E.V.; Vekilyan M.A.

doi:10.29188/2222-8543-2021-14-2-14-22

Научные статьи \ Прикладные науки. Медицина. Технология \ Mедицинские науки \ Биология человека \ Физиология. Сравнительная физиология

Оксидантный стресс и тканевая гипоксия как факторы, способствующие развитий дисфункции предстательной железы и мочевого пузыря при метаболическом синдроме экспериментальное исследование

Автор: Кирпатовский Владимир Игоревич, Голованов С.А., Дрожжева В.В., Кудрявцева Л.В., Фролова Е.В., Векильян М.А.

Журнал: Экспериментальная и клиническая урология @ecuro

Рубрика: Экспериментальная урология

Статья в выпуске: 2 т.14, 2021 года.

Бесплатный доступ

Введение. В механизме развития доброкачественной гиперплазии предстательной железы (ДГПЖ) и сопутствующих расстройств мочеиспускания при метаболическом синдроме (МС) одно из ведущих мест занимает развитие оксидантного стресса и неспецифического воспаления. Однако конкретные механизмы этих процессов не совсем ясны. Цель. На экспериментальной модели индукции МС у крыс изучить активность продукции активных форм кислорода и функциональное состояние митохондрий в предстательной железе (ПЖ) и мочевом пузыре и их роль в нарушении функции этих органов. Материал и методы. У10 взрослых беспородных крыс-самцов вызывали развитие МС путем содержания их на высококалорийной диете с повышенным содержанием углеводов и жиров в течение 3 месяцев. Десять крыс, содержащихся на стандартном рационе вивария, служили контролем. Развитие МС подтверждалось характерными изменениями в биохимическом анализе крови (гипергликемия, гиперурекемия, дислипидемия, гиперинсулинемия). У крыс обеих серий проводили исследование срезов свежеудаленных ПЖ и мочевого пузыря методом лазерной конфокальной микроскопии с их окрашиванием флуоресцентными зондами, характеризующими активность продукции активных форм кислорода (дихлорфлуоресцеин - DCF) и функциональное состояние митохондрий (эфир тетраметилродамина - TMRE). Также определяли активность ряда внутриклеточных ферментов (АСТ, АЛТ, ЩФ, ЛДГ) в ткани органов и моче. Результаты. У крыс с МС выявили развитие ДГПЖ и гипертрофию мочевого пузыря, подтвержденных гистологически. При исследовании срезов обоих органов методом конфокальной микроскопии выявили достоверное увеличение продукции активных форм кислорода их клетками и снижение функциональной активности митохондрий, что свидетельствовало о развитии оксидантного стресса и тканевой гипоксии. В ПЖ это сопровождалось снижением секреторной активности простатических желез, а в мочевом пузыре - выходом цитоплазматических ферментов из поврежденных клеток в мочу. Заключение. Причинами развития неспецифического воспалительного процесса в ПЖ и мочевом пузыре, ведущего к дисфункции этих органов при МС, является усиление продукции активных форм кислорода и развитие тканевой гипоксии.

Еще

Метаболический синдром, оксидантный стресс, конфокальная микроскопия, предстательная железа, доброкачественная гиперплазия предстательной железы, мочевой пузырь

Короткий адрес: https://sciup.org/142230130

IDR: 142230130 | DOI: 10.29188/2222-8543-2021-14-2-14-22

Oxidative stress and tissue hypoxia as factors contributing to the development of prostate and bladder dysfunction in metabolic syndrome experimental research

Introduction. The development of oxidative stress and nonspecific inflammation is one of the leading factors in the development of benign prostatic hyperplasia (BPH) and associated urination disorders in metabolic syndrome (MS). However, the specific mechanisms of these processes are not entirely clear. The purpose of the study. To study the activity of reactive oxygen species production and the functional state of mitochondria in the prostate and bladder and their role in the dysfunction of these organs using an experimental model of MS induction in rats. Material and methods. In 10 adult mongrel male rats MS was induced by keeping them on a high-calorie diet with an increased content of carbohydrates and fats for 3 months. 10 rats kept on a standard vivarium diet served as controls. The development of MS was confirmed by characteristic changes in the biochemical analysis of blood (hyperglycemia, hyperuricemia, dyslipidemia, hyperinsulinemia). In both series of rats, sections of the native prostate and bladder were examined by laser confocal microscopy and stained with fluorescent probes that characterize the activity of the production of reactive oxygen species (dichlorofluorescein-DCF) and the functional state of the mitochondria (tetramethylrodamine ether - TMRE). The activity of a number of intracellular enzymes (AST, ALT. Alkaline phosphatase, LDH) was investigated in the tissues and urine. Results. In rats with MS, the development of BPH and hypertrophy of the bladder were revealed, confirmed histologically. The study of sections of both organs by confocal microscopy revealed a significant increase in the production of reactive oxygen species by their cells and a decrease in the functional activity of mitochondria, which indicated the development of oxidant stress and tissue hypoxia. In the prostate, this was accompanied by a decrease in the secretory activity of the prostate glands, and in the bladder - the release of cytoplasmic enzymes from damaged cells into the urine, indicating cell damage. Conclusion. The causes of the development of a non-specific inflammatory process in the prostate and bladder, leading to dysfunction of these organs in MS, are increased production of reactive oxygen species and the development of tissue hypoxia.

Еще

Список литературы Оксидантный стресс и тканевая гипоксия как факторы, способствующие развитий дисфункции предстательной железы и мочевого пузыря при метаболическом синдроме экспериментальное исследование

Chughtai B, Forde JC, Dana Marie Thomas D, Laor L, Hossack T, Henry H Woo, et al. Benign prostatic hyperplasia Nat Rev Dis Primers 2016(2):16031. https://doi.org/10.1038/nrdp.2016.31.
Foo KT. What is a disease? What is the disease clinical benign prostatic hyperplasia (BPH)? World J Urol 2019;37(7):1293-1296. https://doi.org/10.1007/s00345-019-02691-0.
Rastrelli G, Vignozzi L, Corona G, Maggi M. Testosterone and benign prostatic hyperplasia. Sex Med Rev 2019;7(2):259-271. https://doi.org/10.1016/j.sxmr.2018.10.006.
Vignozzi L, Gacci M, Maggi M. Lower urinary tract symptoms, benign prostatic hyperplasia and metabolic syndrome. Nat Rev Urol 2016;13(2):108-119. https://doi.org/10.1038/nrurol.2015.301.
Yin Z, Yang JR, Rao JM, Song W, Zhou KQ. Association between benign prostatic hyperplasia, body mass index and metabolic syndrome in Chinese men. Asian J Androl 2015;17(5):826-830. https://doi.org/10.4103/1008.-682X.148081.
De Nunzio C, Cindolo L, Gacci M, Pellegrini F, Carini M, Lombardo R, et al. Metabolic syndrome and lower urinary tract symptoms in patients with benign prostatic enlargement: a possible link to storage symptoms. Urology 2014;84(5):1181-1187. https://doi.org/10.1016/j.urology.2014.07.018.
Yoo S, Oh S, Park J, Cho SY, Cho MC, Jeong H, Son H. The impacts of metabolic syndrome and lifestyle on the prevalence of benign prostatic hyperplasia requiring treatment: historical cohort study of 130454 men. BJU Int 2019;123(1):140-148. https://doi.org/10.1111/bju.14528.
Fu Y, Zhou Z, Yang B, Zhang K, He L, Zhang X. The relationship between the clinical progression of benign prostatic hyperplasia and metabolic syndrome: a prospective study. Urol Int 2016;97(3):330-335. https://doi.org/10.1159/000448484.
Sebastianelli A, Gacci M. Current status of the relationship between metabolic syndrome and lower urinary tract symptoms. Eur Urol Focus 2018;4(1):25-27. https://doiorg/10.1016/j.euf.2018.03.007.
Calogero AE, Burgio G, Condorelli A, Cannarella R, La Vignera S. Epidemiology and risk factors of lower urinary tract symptoms/benign prostatic hyperplasia and erectile dysfunction. Aging Male 2019;22(1):12-19. https://doi.org/10.1080/13685538.2018.1434772.
Byun HK, Sung YH, Kim W, Jung JH, Song JM, Chung HC. Relationship between prostate-specific antigen, prostate volume and components of metabolic syndrome in healthy Korean men. Korean J Urol 2012;53(11):774-778. https://doi.org/10.4111/kju.2012.53.11.774.
Rohrmann S, Smit E, Giovannucci E, Platz EA. Association between markers of the metabolic syndrome and lower urinary tract symptoms in the Third National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES III). Int J Obes (Lond) 2005;29(3):310-316. https://doi.org/10.1038/sj.ijo.0802881.
Pashootan P, Ploussard G, Cocaul A, Gouvello A, Desgrandchamps F. Association between metabolic syndrome and severity of lower urinary tract symptoms (LUTS): an observation study in a 4666 European men cohort. BJU Int 2015;116(1):124-130. https://doi.org/10.1111/bju.12931.
Park JS, Koo KC, Kim HK, Chung BH, Lee KS. Impact of metabolic syndrome-related factors on the development of benign prostatic hyperplasia and lower urinary tract symptoms in Asian population. Medicine (Baltimore) 2019;98(42):e17635. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000017635.
Zhang X, Zeng X, Liu Y, Dong L, Zhao X, Qu X. Impact of metabolic syndrome on benign prostatic hyperplasia in elderly Chinese men. Urol Int 2014;93(2):214-219. https://doi.org/10.1159/000357760.
Russo GI, Castelli T, Urzi D, Privitera S, La Vignera S, Condorelli RA, et al. Emerging links between non-neurogenic lower urinary tract symptoms secondary to benign prostatic obstruction, metabolic syndrome and its components: A systematic review. Int J Urol 2015;22(11):982-990. https://doi.org/10.1111/iju.12877.
Расин М.С. Хроническое воспаление и инсулинорезистентность в патогенезе доброкачественной гиперплазии предстательной железы (обзор литературы). Экспериментальная и клиническая урология 2016(1):52-56. [Rasin M.S. Chronic inflammation and insulin resistance in the pathogenesis ofbenign prostatic hyperplasia (literature review). Eksperimentalnaya i klinicheskaya urologiya = Experimental and clinical urology 2016(1):52-56. (in Russian)].
Vanella L, Russo GI, Cimino S, Fragala E, Favilla V, Li Volti G, et al. Correlation between lipid profile and heme oxygenase system in patients with benign prostatic hyperplasia. Urology 2014;83(6):1444:7-13. https://doi.org/10.1016/j.urology.2014.03.007.
Gacci M, Vignozzi L, Sebastianelli A, Salvi M, Giannessi C, De Nunzio C, et al. Metabolic syndrome and lower urinary tract symptoms: the role of inflammation. Prostate Cancer Prostatic Dis 2013(16):101-106. https://doi.org/10.1038/pcan.2012.44.
Cantiello F, Cicione A, Salonia A, Autorino R, Ucciero G, Tucci L, et al. Metabolic syndrome correlates with periurethral fibrosis secondary to chronic prostate inflammation: evidence of a link in a cohort of patients undergoing radical prostatectomy. Int J Urol 2014;21(3):264-269. https://doi.org/10.1111/iju.12233.
Xia BW Zhao SC, Chen ZP, Chen C, Liu TS, Yang F, Yan Y. The underlying mechanism of metabolic syndrome on benign prostatic hyperplasia and prostate volume. Prostate 2020;80(6):481-490. https://doi.org/10.1002/pros.23962.
De Nunzio C, Presicce F, Tubaro A. Inflammatory mediators in the development and progression of benign prostatic hyperplasia. Nat Rev Urol 2016;13(10):613-26. https://doi.org/10.1038/nrurol.2016.168.
He Q, Wang Z, Liu G, Daneshgari F, MacLennan GT, Gupta S. Metabolic syndrome, inflammation and lower urinary tract symptoms: possible translational risks. Prostate Cancer Prostatic Dis 2016;19(1):7-13. https://doi.org/10.1038/pcan.2015.43.
Кирпатовский В.И., Чочуев О.С., Голованов С.А., Дрожжева В.В., Кудрявцева Л.В., Фролова Е.В., Казаченко А.В. Экспериментально вызванный метаболический синдром у крыс: патогенез развития ДГПЖ и дисфункции мочеиспускания. Экспериментальная и клиническая урология 2016;(4):4-9. [Kir-patovskiy VI., Chochuev O.S., Golovanov S.A., Drozhzheva VV, Kudryavtseva L.V, Frolova E.V, Kazachenko A.V Experimentally induced metabolic syndrome in rats: pathogenesis of BPH and urinary dysfunction. Eksperimentalnaya i klinicheskaya urologiya = Experimental and clinical urology 2016;(4):4-9. (In Russian)].
Плотников Е.Ю., Высоких М.Ю., Цвиркун Д.В., Казаченко A.B., Кирпатовский В.И., Зоров, Д.Б. Митохондриальная регуляция продукции активных форм кислорода и азота в клетках почки крысы при ишемии / реперфузии. Доклады академии наук 2005;400(5):701-704. Plotnikov E. Ju., Visokhih M. Ju., Tsvirkun D.V, Kazachenko A.V, Kirpatovskiy VI., Zorov D.B. Mitochondrial regulation of active oxygen and nitrite forms production in rat kidney cells in ischemia/reperfusion. Dokladi Acadimii Nauk 2005;400(5):701-704. (In Russian).
Кирпатовский В.И., Плотников Е.Ю., Казаченко А.В., Голованов С.А., Сыромятникова Е.В., Высоких М.Ю., Зоров Д.Б. Роль генерации митохондриями активных форм кислорода и оксида азота в постишемических расстройствах функции почки. Урология 2006(4):19-23. [Kirpatovskiy VI., Plotnikov E.Ju., Kazachenko A.V, Golovanov S.A., Ciromjatnikova E.V, Visokhih M.Ju., Zorov D.B. Role of mitochondrial generation of active oxygen forms and nitric oxide in postischemical renal function disorders. Urologiya = Urologiia 2006(4):19-23 (In Russian)].
Freinbichler W, Colivicchi MA, Stefanini C, Bianchi L, Ballini C, Misini B, et al. Highly reactive oxygen species: detection, formation, and possible functions. Cell Mol Life Sci 2011;68(12):2067-79. https://doi.org/10.1007/s00018-011-0682-x.
Vignozzi L, Morelli A, Sarchielli E, Comeglio P, Filippi S, Cellai I, et al. Testosterone protects from metabolic syndrome-associated prostate inflammation: an experimental study in rabbit. J Endocrinol 2012;212(1):71-84. https://doi.org/10.1530/J0E-11-0289.
Grzesiak K, RyE A, Stachowska E, Slojewski M, Rotter I, Ratajczak W, et al. The relationship between eicosanoid levels and serum levels of metabolic and hormonal parameters depending on the presence of metabolic syndrome in patients with benign prostatic hyperplasia. Int J Environ Res Public Health 2019;16(6):1006. https://doi.org/10.3390/ijerph16061006.
Dan Dunn J, Alvarez LA, Zhang X, Soldati T. Reactive oxygen species and mitochondria: A nexus of cellular homeostasis. Redox Biol 2015(6):472-485. https://doi.org/10.1016/j.redox.2015.09.005.
Lambert AJ, Brand MD. Reactive oxygen species production by mitochondria. Methods Mol Biol 2009(554):165-81. https://doi.org/10.1007/978-1-59745-521-3_11.
Abdelwahab 0, El-Barky E, Khalil M.M, Kamar A. Evaluation of the resistive index of prostatic blood flow in benign prostatic hyperplasia. Int Braz J Urol 2012;38(2):250-255. https://doi.org/10.1590/s1677-55382012000200014.
Shinbo H, Kurita Y, Nakanishi T, Imanishi T, Otsuka A, Furuse H, et al. Resistive index: a newly identified predictor of outcome of transurethral prostatectomy in patients with benign prostatic hyperplasia. Urology 2010;75(1):143-147. https://doi.org/10.1016/j.urology.2009.08.017.
Hwang EC, Kim SO, Nam DH, Yu HS, Hwang I, Jung SI, et al. Men with hypertension are more likely to have severe lower urinary tract symptoms and large prostate volume. Low Urin. Trac Symptoms 2015;7(1):32-36. https://doi.org/10.1111/luts.12046.
Vaupel P, Kelleher DK. Blood flow and oxygenation status of prostate cancers. Adv Exp Med Biol 2013(765):299-305. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-4989-8_42.
Андрология. под ред. Щеплев П.А., Аполихин О.И. (Клинические рекомендации. М.: изд. МЕД-ПРАКТИКА-М, 2007;164 с. [Sheplev P.A., Apolikhin O.I., editors. Andrology. (Clinical recommendations). Medpractica-M, 2007;164 p. (In Russian)].
Тюзиков И.А., Греков Е.А., Калинченко С.Ю. Варианты клинического течения и морфометриче-ских параметров доброкачественной гиперплазии предстательной железы у мужчин с метаболическим синдромом и андрогенным дефицитом. Урология 2015(5):66-69. [Tyuzikov I.A., Grekov E.A., Kalinchenko S.Ju. Variants of the clinical course and morphometric parameters of benign prostatic hyper-plasia in men with metabolic syndrome and androgen deficiency. Urologiya = Urologiia 2015(5):66-69. (in Russian)].
Vikram A, Jena G. Role of insulin and testosterone in prostatic growth: who is doing what? Med Hypotheses 2011;76(4):474-8. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2010.11.024.
Калинченко С.Ю., Тюзиков И.А., Ворслов Л.О., Тишова Ю.А. Ожирение, инсулинорезистентность и репродуктивное здоровье мужчины: патогенетические взаимодействия и современная патогенетическая фармакотерапия. Эффективная фармакотерапия 2015(27):66-79. [Kalinchenko S. Ju., Tyuzikov I.A., Vorslov L.O., Tishova Ju.A. Obesity, insulin resistance, and male reproductive health: patho-genetic interactions and modern pathogenetic pharmacotherapy. Effektivnaya farmakoterapiya = Effective pharmacotherapy 2015(27):66-79. (In Russian)].
Кирпатовский В.И., Мудрая И.С., Греков Е.А., Кабанова И.В., Голованов С.А., Дрожжева В.В. и др. Влияние экспериментально вызванного метаболического синдрома на функциональное состояние мочевого пузыря у крыс. Экспериментальная и клиническая урология 2013(1):8-13. [Kirpatovskiy VI., Mudraya I.S., Grekov E.A., Kabanova I.V, Golovanov S.A., Drozhzheva VV, et al The effect of experimentally induced metabolic syndrome on the functional state of the bladder in rats. Eksperimentalnaya i klinicheskaya urologiya = Experimental and Clinical urology 2013(1):8-13. (In Russian)].
Zhao S, Chen C, Chen Z, Xia M, Tang J, Shao S, et al. Relationship between metabolic syndrome and predictors for clinical benign prostatic hyperplasia progression and International Prostate Symptoms Score in patients with moderate to severe lower urinary tract symptoms. Urol J 2016;13(3):2717-2726.

Еще