Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

ВЛИЯНИЕ ЦЕРЕБРАМИНА И УМЕРЕННОЙ ГИПОТЕРМИИ НА СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В МОЗГЕ КРЫС ПРИ ОККЛЮЗИИ СОННЫХ АРТЕРИЙ

Эмирбеков Э.З. 1 Пашаева М.Э. 1 Айдунбеков Ф.Т. 2 Магомедов К.К. 3
1 ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»
2 ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный университет»
3 НИИ экологической медицины при ГБОУ ВПО «Дагестанская государственная медицинская академия»
В статье представлены результаты исследования эффектов умеренной гипотермии и церебрамина на показатели свободнорадикальных процессов в мозге крыс в модели окклюзии сонных артерий. В условиях окклюзии сонных артерий (ОСА) недостаточная активация ферментов, восстанавливающих образующиеся гидроперекиси липидов, способствует накоплению ТБК-реактивных продуктов в мозге животных. При гипотермии накопление ТБК-реактивных продуктов в коре больших полушарий было выше, чем в стволовых структурах. В модели введения церебрамина перед ОСА, а также при моделировании ОСА перед гипотермией интенсивность окислительного стресса была ниже относительно крыс, которым моделировали ОСА. При введении церебрамина перед ОСА и последующей гипотермии интенсивность свободнорадикальных процессов была близка к контролю. Было сделано предположение о том, что сочетанное влияние церебрамина и гипотермии оказывает более существенное протективное действие на метаболические процессы в мозге крыс при окклюзии сонных артерий относительно их раздельного применения. Установлены региональные различия в состоянии антиоксидантного статуса (в коре больших полушарий и стволовых структурах) в разных экспериментальных моделях.
церебрамин
умеренная гипотермия
окклюзия сонных артерий
свободнорадикальные процессы
1. Арутюнян А.В., Дубинина Е.Е., Зыбина Н.Н. Методы оценки свободнорадикального окисления и тиоксидантной системы организма. – СПб.: Фолиант, 2000. – 104 с.
2. Защитный эффект антиоксиданта ионола при ишемии мозга с рециркуляцией в эксперименте / И.В. Ганнушкина, В.П. Шафранова, Т.Н. Федорова и др. // Патол. физиол. и экспериментальная терапия. – 1986. – № 3. – С. 36–38.
3. Механизмы повреждения ткани мозга на фоне острой фокальной ишемии мозга / Е.И. Гусев, В.И. Скворцова, А.В. Коваленко, М.А. Соколов // Журн. невропатологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. – 1999. – Т. 99, № 2. – С. 65–70.
4. Гусев Е.И., Скворцова В.И. Ишемия головного мозга. – М., 2001. – 328 с.
5. Лысенко А.В., Альперович Д.В., Ускова Н.И. Сравнительное изучение эффективности применения ДСИП для коррекции функционально-метаболических сдвигов в условиях гипоксии и физической нагрузки // Нейрохимия. – 1999. – Т. 16. – № 1. – С. 37–44.
6. Медицинские лабораторные технологии: Справочник. / под ред. Карпищенко. – СПб.: Интермедика, 1999. – Т. 2. – С. 23–24.
7. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Е.Б. Меньщикова, В.З. Ланкин, Н.К. Зенков и др. – М.: Слово, 2006. – 556 с.
8. Фишер М., Шебитз В. Обзор подходов к терапии острого инсульта: прошлое, настоящее, будущее // Журнал неврологии и психиатрии (Инсульт). – 2000. – № 1. – С. 21–33.
9. Эмирбеков Э.З., Пашаева М.Э., Эмирбекова А.А. Молекулярные процессы в мозге при принудительной гипотермии. – Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального университета, 2012. – 122 с.
10. Эмирбеков Э.З., Айдунбеков Ф.Т. Влияние гипотермии и церебрамина на содержание моноаминов в мозге и крови крыс при окклюзии сонных артерий // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. – 2009. – № 4. – С. 78–81.
11. Эмирбеков Э.З., Айдунбеков Ф.Т. Влияние сочетанного воздействия гипотермии, церебрамина и окклюзии сонных артерий на баланс аминокислотных нейротрансмиттеров в мозге крыс // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. – 2009. – № 1. – С. 70–73.
12. Beutler E. Red cell metabolism: A Manual of Biochemical Methods. – Grune and Stratton: New York, 1975. – 160 p.
13. Bilenko M.V. Free Radical Mechanisms of Ischemic and Reperfusion Injuries to Varies Organs. Monographia. Nova Science Publishers, Inc. Huntington, New York. – 2001. – 380 p.
14. Ellman, G.L. Tissue sulfhydryl groups.// Arch. Biochem. Biophys. – 1959. – Vol. 82. – P. 70–81.
15. Fields W.S. Cerebral ischemia: Less famillar types // Joint study of extracranial arterial occlusion as a cause of stroke.// JAMA.- 1968. – Vol. 203. – Р. 955–960.
16. Fields W.S. Occlusion of the carotid arteries: Further experiences // Joint study of extracranial arterial occlusion // JAMA. – 1976. – Vol. 235. – Р. 2734.
17. Gunzler W.A., Flohe L. Glutathione peroxidase.// Handbook of methods for oxygen radical research. – Boca Ration: CRC Press, 1986. – P. 203–211.
18. Ji X., Luo Y., Ling F. et al. Mild hypothermia diminishes oxidative DNA damage and pro-death signaling events after cerebral ischemia: a mechanism for neuroprotection. // Front Biosci. – 2007. – Vol. 12. – Р. 1737–1747.
19. Kline A.E., Bolinger B.D., Kochanek P.M. et al. Acute systemic administration of interleukin-10 suppresses the beneficial effects of moderate hypothermia following traumatic brain injury in rats. // Brain Res. – 2002. – Vol. 937. – № 1–2. – Р. 22–31.
20. Luo Y., Ling F., Li W. et al. Impaired DNA Repair Via the Base-excision Repair Pathway After Focal Ischemic Brain Injury: a Protein Phosphorylation-dependent Mechanism Reversed by hypothermic Neuroprotection // Front Biosci. – 2007. – Vol. 12. – P. 1852–1862.
21. Lyeth B.G., Jiang J.Y., Liu S. Behavioral protection by moderate hypothermia initiated after experimental traumatic brain injury. //J Neurotrauma. – 1993. – Vol. 10. – № 1. – Р. 57–64.
22. Noor R., Wang C.X., Shuaib A. Hyperthermia Masks the Neuroprotective Effects of Tissue Plasminogen Activator // Stroke. – 2005. – Vol. 36. – P. 665–669.
23. Robertson C.L., Clark R.S., Dixon C.E. et al. No long-term benefit from hypothermia after severe traumatic brain injury with secondary insult in rats. // Crit. Care Med. – 2000. – Vol. 28. – № 9. – Р. 3218–3223.
24. Van Hemelrijck A., Hachimi-Idrissi S., Sarre S. et al. Post-ischemic Mild Hypothermia Inhibits Apoptosis in the Penumbral Region by reducing neuronal Nitric Oxide Synthase Activity and Thereby Preventing Endothelin-1-induced Hydroxyl Radical Formation // Eur. J. Neurosci. – 2005. – Vol. 22. – № 6. – P. 1327–1337.

Несмотря на огромное количество работ в области применения гипотермии при операциях на магистральных сосудах, головном мозге, органах грудной клетки как метода подавления избыточных реакций организма на оперативное вмешательство, предупреждения развития тяжелой гипоксии и повышения устойчивости головного мозга к кислородному голоданию [9–11, 19, 21, 23], механизмы, лежащие в основе протективных механизмов гипотермии при ишемических/гипоксических повреждениях мозга, изучены недостаточно.

Патофизиологической основой развития ишемического и реперфузионного повреждений мозга является нарушение кровоснабжения мозга [15–16]. Ишемия мозга провоцирует энергетическое голодание мозговой ткани, повреждение мембран клеток мозга вследствие высокой реактивности свободных радикалов в мозге. В результате данных изменений в нейронах и глиальных клетках головного мозга нарушаются процессы рецепторного связывания [3–4, 13]. Также ишемические и реперфузионные изменения мозга способствует аккумуляции повреждений структуры ДНК в результате окислительного стресса, что в дальнейшем приводит к запуску процесса гибели клетки [20]. Каскад реакций, сопровождающих ишемические/реперфузионные повреждения мозга, сопровождаются гипертермией, что усугубляет степень повреждений нейронов мозга [22].

В то же время умеренная гипотермия на фоне или сразу после церебральной ишемии оказывает нейропротективное действие за счет снижения окислительных повреждений ДНК и структурных элементов мембраны клетки [18], повышения выживаемости нейронов в результате понижения активности проапоптотических и некротических факторов [24]. Таким образом, температура мозга является одним из наиболее значимых факторов, определяющих функциональное состояние мозга.

В связи с вышесказанным в экспериментальных моделях и клинических испытаниях важна разработка комбинированной патофизиологически значимой терапии с количественной оценкой обратимости повреждений вещества мозга при ишемии/гипоксии [8]. Таким образом, применение сочетанного действия умеренной гипотермии и препаратов-нейропротекторов на фоне нарушения мозгового кровообращения является актуальным в решения вопроса эффективности снижения последствий ишемического/реперфузионного повреждения мозга. В этой связи актуальным является исследование эффектов ноотропных препаратов и гипотермии при ишемизации мозга.

Целью данного исследования явилось изучение влияния умеренной гипотермии и введения церебрамина на показатели свободнорадикального окисления в мозге крыс, подвергнутых двусторонней окклюзии сонных артерий.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования служили 128 белых беспородных половозрелых крыс-самцов в возрасте 6-ти месяцев, массой 200–250 г. Животных содержали в условиях вивария при температуре +18–20 °С на стандартном рационе питания. Для избежания сезонных колебаний метаболизма и регуляции функций, опыты проводили в зимние месяцы: декабрь – февраль.

Животные были разделены на следующие группы: 1-я группа – ложнооперированные крысы (л/о, контрольная группа, n = 16). 2-я группа – животные, которым проводили перевязку правой сонной артерии (ПСА) на 3 минуты (с последующей 24-часовой реоксигенацией) и левой сонной артерии (ЛСА) на 24 часа (n = 16). 3-я группа – животные, которым перорально (per os) вводили церебрамин в течение 5 суток в (кормление 1 раз в сутки в утренние часы) в дозе 0,5 мг/кг с последующим проведением ложной операции (n = 16). 4-я группа – животные, которым перед проведением 3-минутной окклюзии ПСА и 24-часовой окклюзии ЛСА перорально вводили церебрамин в дозе 0,5 мг/кг в течение 5 суток (n = 16). 5-я группа – животные, которых после проведения ложной операции помещали в холодовую камеру с охлаждаемой водяной рубашкой, конструкция которой позволяла регулировать уровень охлаждения и непрерывно фиксировать термодатчиком ректальную температуру тела животного с точностью до 0,010 °С (n = 16). 6-я группа – животные, которых после проведения 3-минутной окклюзии ПСА и 24-часовой окклюзии ЛСА помещали в холодовую камеру (n = 16). 7-я группа – животные, которым перорально вводили церебрамин в течение 5 суток. После проведения ложной операции крыс помещали в холодовую камеру (n = 16). 8-я группа – животные, которым перед проведением 3-минутной окклюзии ПСА и 24-часовой окклюзии ЛСА перорально вводили церебрамин в дозе 0,5 мг/кг в течение 5 суток. После проведения операции крыс помещали в холодовую камеру (n = 16).

Через 24 часа после операций животных декапитировали, мозг извлекали на холоде и выделяли кору и стволовые структуры. Ишемизацию мозга моделировали путем перевязки левой сонной артерии на 24 часа и через минуту правой сонной артерии на 3 минуты с последующей 24-часовой реоксигенацией [2]. Гипотермию моделировали путем помещения животных 5–7 групп в холодовые камеры до тех пор, пока ректальная температура крысы не опускалась до 30 °С (умеренная гипотермия). Температура воды в водяной рубашке составляла 8 °С.

Содержание ТБК-реактивных продуктов определяли флюориметрическм методом, описанным А.В. Арутюнян и др. [1]. Активность глутатионпероксидазы определяли по скорости окисления восстановленного глутатиона в присутствии гидроперекиси третичного бутила по методу [17]. Определение концентрации ВГ проводили методом G.L. Ellman [14]. Активность глутатионредуктазы определяли по скорости окисления НАДФН2 методом [12]. Определение активности глутатион-S-трансферазы проводили по методу, описанному в пособии [6]. Активность каталазы определяли методом М.А. Королюка.

Результатов исследования и их обсуждение

В табл. 1–2 представлены результаты исследования состояния про- и антиоксидантного статуса в мозге экспериментальных животных. В модели окклюзии сонных артерий (2 группа) выявлено накопление гидроперекисей липидов и ТБК-реактивных продуктов в мозге крыс на фоне повышения активности ГПО и ГТ, а также снижения содержания ВГ по сравнению с контролем. Кроме того, показано снижение активности ГР в коре больших полушарий относительно контрольной группы. Следовательно, в условиях окклюзии сонных артерий недостаточная активация ферментов, восстанавливающих образующиеся гидроперекиси липидов, способствует накоплению вторичных продуктов свободнорадикальных процессов (СРП) в структурах мозга животных. Вероятно, это наблюдается по причине снижения синтеза ВГ и активности ГР в клетках в условиях развивающегося ацидоза при ишемии мозга.

Таблица 1

Влияние церебрамина и гипотермии на содержание гидроперекисей липидов, ТБК-реактивных продуктов (ТБК-РП), восстановленного глутатиона (ВГ), активность каталазы, глутатионпероксидазы (ГПО), глутатионтрансферазы (ГТ), глутатионредуктазы (ГР) в коре больших полушарий крыс, (M ± m)

Группы

Гидроперекиси липидов

ТБК-РП, нмоль/мг белка

ГПО, мкмоль/мин/г белка

ВГ, мкмоль/г ткани

ГТ, ммоль/мин/г

ГР, мкмоль/мин/г белка

Каталазная активность, ммоль/мин/г белка

1. контроль

89,02 ± 3,51

24,35 ± 1,23

20,79 ± 0,87

0,15 ± 0,02

6,82 ± 0,83

19,80 ± 0,74

2,94 ± 0,09

2. ОСА

145,34 ± 6,75*

39,64 ± 1,43*

25,92 ± 1,12*

0,11 ± 0,05*

9,46 ± 0,31

12,75 ± 0,59*

3,75 ± 0,11*

3. Церебрамин + л/о

102,54 ± 5,01

33,42 ± 1,21*

26,75 ± 1,03*

0,19 ± 0,007*

8,30 ± 0,42*

23,17 ± 0,52

3,97 ± 0,12*

4. Церебрамин + ОСА

124,75 ± 5,29

29,47 ± 1,16*

27,92 ± 1,34*

0,13 ± 0,006

9,79 ± 0,45*

14,38 ± 0,64*

3,61 ± 0,13*

5. л/о + гипотермия

133,93 ± 6,91*

32,38 ± 1,45*

21,59 ± 0,09

0,12 ± 0,005*

6,03 ± 0,27

13,22 ± 0,61*

2,46 ± 0,10

6. ОСА + гипотермия

120,60 ± 5,72*

28,51 ± 1,06

26,17 ± 1,11*

0,09 ± 0,004*

8,32 ± 0,40*

11,53 ± 0,49*

3,25 ± 0,12

7. Церебрамин + л/о + гипотермия

95,35 ± 4,24

26,58 ± 1,20

24,55 ± 1,21

0,18 ± 0,007

6,26 ± 0,23

18,36 ± 0,09

3,42 ± 0,13

8. Церебрамин + ОСА + гипотермия

113,52 ± 5,63*

28,29 ± 1,13

18,04 ± 0,08

0,17 ± 0,03

7,13 ± 0,29

16,04 ± 0,05*

3,04 ± 0,14

Примечание. * достоверные (р < 0,05) отличия показателей относительно контрольных значений.

Таблица 2

Влияние церебрамина и гипотермии на содержание гидроперекисей липидов, ТБК-реактивных продуктов (ТБК-РП), восстановленного глутатиона (ВГ), активность каталазы, глутатионпероксидазы (ГПО), глутатионтрансферазы (ГТ), глутатионредуктазы (ГР) в стволовых структурах мозга крыс, (M ± m)

Группы

Гидроперекиси липидов

ТБК-РП, нмоль/мгбелка

ГПО, мкмоль/мин/г белка

ВГ, мкмоль/г ткани

ГТ, ммоль/мин/г

ГР, мкмоль/мин/г белка

Каталазная активность, ммоль/мин/г белка

1. контроль

95,64 ± 4,38

31,55 ± 1,72

46,83 ± 1,39

0,13 ± 0,01

10,64 ± 0,45

14,19 ± 1,06

2,97 ± 0,15

2. ОСА

138,83 ± 6,09*

42,78 ± 2,11*

58,72 ± 2,33*

0,08 ± 0,003*

15,83 ± 0,71*

15,04 ± 0,61

3,42 ± 0,11

3. Церебрамин + л/о

112,06 ± 0,47

35,41 ± 1,66

49,70 ± 2,31

0,17 ± 0,005*

16,44 ± 0,68*

16,62 ± 0,58*

3,78 ± 0,12*

4. Церебрамин + ОСА

132,75 ± 0,55*

37,59 ± 1,52*

54,11 ± 2,49*

0,10 ± 0,004*

14,29 ± 0,59*

17,38 ± 0,83*

3,29 ± 0,10

5. л/о + гипотермия

143,89 ± 0,59*

37,22 ± 1,37*

41,35 ± 1,96

0,16 ± 0,009*

13,94 ± 0,64*

10,86 ± 0,44*

2,13 ± 0,09*

6. ОСА + гипотермия

106,28 ± 0,37

36,52 ± 1,15

53,04 ± 2,07*

0,07 ± 0,003*

15,32 ± 0,70*

18,25 ± 0,74*

4,06 ± 0,18*

7. Церебрамин + л/о + гипотермия

120,53 ± 0,49*

30,06 ± 1,32

42,77 ± 2,16

0,14 ± 0,006

13,09 ± 0,54*

12,09 ± 0,50

2,54 ± 0,13

8. Церебрамин + ОСА + гипотермия

109,67 ± 0,51

33,85 ± 1,04

49,48 ± 2,35

0,11 ± 0,004

14,70 ± 0,69*

16,77 ± 0,77

3,48 ± 0,14

Примечание. * достоверные (р < 0,05) отличия показателей относительно контрольных значений.

При моделировании гипотермии (5 группа) также наблюдали повышение содержания липоперекисей и ТБК-реактивных продуктов в структурах мозга животных. Однако антиоксидантный статус в коре больших полушарий и стволовых структурах различался. В том числе в коре больших полушарий установлено снижение уровня ВГ и активности ГР, тогда как в стволовых структурах на фоне снижения активности ГР и каталазы выявлено увеличение активности ГТ и содержания ВГ по сравнению с контрольной группой. В результате накопление вторичных продуктов СРП в коре больших полушарий было выше, чем в стволовых структурах.

У животных в модели окклюзии сонных артерий и последующей гипотермии (6 группа) повышение содержания липоперекисей в структурах мозга было менее выражено относительно крыс, которым моделировали ОСА или гипотермию: в 6 группе крыс значительное накопление первичных продуктов СРП наблюдали только в коре больших полушарий относительно контроля. Одновременно наблюдали повышение активности ГПО и ГТ на фоне снижения содержания ВГ в мозге. Однако такие изменения происходили при разнонаправленных изменениях активности ГР в структурах мозга: если в коре больших полушарий происходило снижение данного показателя, то в стволовых структурах – его повышение относительно контрольной группы. Также в стволовых структурах показано возрастание каталазной активности по сравнению с 1-й группой крыс. Таким образом, в данной модели эксперимента установлены особенности ответа антиоксидантного звена свободнорадикальных процессов в разных структурах мозга: предотвращение чрезмерной активации СРП в коре больших полушарий происходит на фоне увеличения антиоксидантной емкости ГПО и ГТ, тогда как в стволовых структурах – преимущественно за счет активации ГТ и каталазы. Известно, что сродство ГПО к пероксиду водорода выше, чем у каталазы, поэтому первая более эффективно работает при низких концентрациях субстрата, в то же время при высоких концентрациях ключевая роль принадлежит каталазе [7]. Действительно, согласно полученным результатам исследования, именно в коре больших полушарий происходило накопление гидроперекисей.

При введении церебрамина (3 группа) увеличение содержания ТБК-реактивных продуктов происходило только в коре больших полушарий крыс относительно контроля. Одновременно показано увеличение в структурах мозга также уровня ВГ, активности ГТ и каталазы; в коре больших полушарий также обнаружено возрастание активности ГПО. Повышение про- и антиоксидантных звеньев свободнорадикальных процессов при введении пептидных препаратов связывают с так называемым их прекондиционирующим эффектом [5].

В условиях введения церебрамина перед моделированием ОСА (4 группа) в мозге выявлено накопление липоперекисей и ТБК-реактивных продуктов, активности ГПО и ГТ относительно контроля. Также в коре больших полушарий была снижена активность ГР и повышена каталазная активность, в то же время в стволовых структурах активность ГР была выше контрольного уровня. Следовательно, введение церебрамина перед ОСА снижает интенсивность СРП в мозге животных, однако механизмы, лежащие в основе данного явления, различаются в коре больших полушарий и стволовых структурах: в коре больших полушарий большую роль в снижении накопления продуктов СРП берут на себя ферменты, обладающие каталазной активностью, тогда как в стволовых структурах – глутатионтрансфераза.

При введении церебрамина перед гипотермией (7 группа) изменения показателей СРП установлены только в стволовых структурах: происходило повышение уровня липоперекисей и активности глутатионтрансферазы по сравнению с контролем. В модели введения ноотропа перед ОСА и моделированием гипотермии (8 группа) также выявлены минимальные отклонения от контрольного уровня в состоянии СРП. Так, в коре больших полушарий показано накопление липоперекисей на фоне снижения активности ГР, а также активности ГПО (0,1 < р < 0,05); в стволовых структурах наблюдали лишь повышение активности ГТ.

Таким образом, сочетанное влияние церебрамина и гипотермии оказывает более существенное протективное действие на метаболические процессы в структурах мозга крыс при окклюзии сонных артерий, нежели их раздельное применение в качестве факторов, снижающих эффекты ишемии мозга. Также установлены региональные различия защитных механизмов против развития окислительного повреждения ткани мозга.

Рецензенты:

Кличханов Н.К., д.б.н, профессор кафедры биохимии и биофизики, Минобрнауки России, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дагестанский государственный университет», г. Махачкала;

Габибов М.М., д.б.н., профессор, зав. кафедрой физиологии, анатомии и гистологии, Минобрнауки России, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дагестанский государственный университет», г. Махачкала.

Работа поступила в редакцию 16.08.2013.


Библиографическая ссылка

Эмирбеков Э.З., Пашаева М.Э., Айдунбеков Ф.Т., Магомедов К.К. ВЛИЯНИЕ ЦЕРЕБРАМИНА И УМЕРЕННОЙ ГИПОТЕРМИИ НА СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В МОЗГЕ КРЫС ПРИ ОККЛЮЗИИ СОННЫХ АРТЕРИЙ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-4. – С. 797-801;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32404 (дата обращения: 28.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674