Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

COMPARATIVE ASSESSMENT OF PYRIMIDINE AND 3-HYDROXYPYRIDINE DERIVATIVES INFLUENCE ON THE HEART ANTIOXIDANT PROTECTION AND CARDIOTOXICITY MORPHOLOGIC MANIFESTATIONS OF ANTITUMOR CHEMOTHERAPY IN EXPERIMENT

Siprov A.V. 1 Kostina Yu.A. 1
1 Mordovia State University n.a. N.P. Ogarev
We have analysedchanges of enzymatic and non-enzymatic antioxidant links in cardiac tissues of rats with Walker-256 carcinoma and morphological changes in the heart at the influence of pyrimidine and 3-hydroxypyridine derivatives – xymedon and mexidol, in comparison with kardioxane at the chemotherapy with doxorubicin and paclitaxel. The study has been carried out in 100 female Wistar rats, weighing 150-250 g. Doxorubicin (4 mg/kg) and paclitaxel (6 mg/kg) were administered intraperitoneally once. Xymedon(100 mg/kg) and mexidol (50 mg/kg) were administered intramuscularly. Kardioxan (80 mg/kg) was administered intraperitoneally 20 min before the administration of cytostatics. Mexidol and kardioxane comparable increase protective potential of enzymatic and non-enzymatic antioxidant links in the heart more efficientlythan xymedonon the 14th day of the experiment. The combination of xymedon andmexidolincreases protective potential of non-enzymatic antioxidant link and protects the appearance of negative morphological changes in the heart more efficiently than separate use of these medicines or use of kardioxane.
cardiomyocytes
antioxidant protection
mexidol
xymedon
paclitaxel
doxorubicin

Введение

Из противоопухолевых средств антрациклиновые антибиотики обладают наиболее выраженной кардиотоксичностью, связанной во многом с генерацией свободных радикалов. В настоящее время лекарственные режимы, используемые в лечении злокачественных опухолей, становятся все более сложными, с комбинацией различных антибластомных агентов, например, антрациклинов и таксанов, проявляющих синергизм в отношении развития кардиотоксических эффектов [8, 9]. Для снижения кардиотоксичности антрациклинов применяют дексразоксан (кардиоксан), однако до сих пор для него не определены четкие показания и схемы назначения [7]. Американское общество клинической онкологии не одобряет регулярного использования дексразоксана при химиотерапии антрациклинами, за исключением ситуаций, когда их кумулятивная доза приближается к 300 мг/м2 или превышает ее [8]. Существенным фактором, сдерживающим применение кардиоксана, является его высокая стоимость.

В условиях злокачественного опухолевого процесса и химиотерапии развивающаяся анемия может усугубить гипоксическое повреждение кардиомиоцитов. Использование методов локальной гипотермии зоны ишемии миокарда повышает ее устойчивость к гипоксии, предотвращая повреждение клеток [5]. В связи с техническими сложностями таких методов широкое распространение в коррекции гипоксических повреждений получило использование антигипоксантов и антиоксидантов.

В эксперименте показано, что производные 3-гидроксипиридина обладают кардиопротекторным действием при развитии доксорубицин-индуцированной кардиотоксичности [4]. Производное пиримидина - ксимедон - обладает антиоксидантным и апоптозрегулирующим действием, противоишемической активностью [2]. Вместе с тем кардиопротекторные свойства ксимедона остаются малоизученными.

Цель исследования - сравнительное изучение влияния производных пиримидина и 3-гидроксипиридина - ксимедона и мексидола, а также их комбинации (в сравнении с кардиоксаном) - на активность антиоксидантных ферментов,содержание тиоловых групп в тканях сердца и морфологические проявления кардиотоксичности доксорубицина и паклитаксела у крыс с карциномой Walker-256.

Материал и методы исследования. Эксперименты выполнены на 100 крысах-самках линии Wistar массой 150-250 г разводки питомника НЦБМТ РАМН «Столбовая». Экспериментальные животные содержались в стандартных условиях вивария Мордовского государственного университета при естественном световом режиме на стандартной диете, свободном доступе к воде и пище. Все манипуляции с животными проводились в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных научных целей (Страсбург, 1986). Суспензию клеток карциномы WALKER-256 (W-256) (106 клеток в растворе Хенкса) перевивали под кожу хвоста. Животные были распределены на 7 групп. Дизайн исследований представлен в табл. 1.

Т а б л и ц а 1

Дизайн исследований

Группы животных

Режим эксперимента

Интактные животные

(n=7)

Опухолевые клетки W-256 не вводили, лекарственная терапия не проводилась

1-я - опухолевый штамм W-256 (контроль) (n=12)

1·106 опухолевых клеток W-256под кожу хвоста

2-я - W-256, Доксорубицин -

W-256+ДР (n=12)

1·106 опухолевых клеток W-256, доксорубицинвнутрибрюшинно в дозе 4 мг/кг на 11-е сутки после имплантации опухолевых клеток

3-я - W-256, Доксорубицин, Паклитаксел - W-256+ДР+ПТ (n=14)

1·106 опухолевых клеток W-256, доксорубицинв дозе 4 мг/кг и паклитаксел в дозе 6 мг/кг внутрибрюшинно на 11-е сутки после имплантации опухолевых клеток

4-я - W-256, Доксорубицин, Паклитаксел, Ксимедон100 мг/кг -W-256+ДР+ПТ+Ксимедон (n=14)

Так же, как и в 3-й группе, ксимедон внутримышечно в дозе 100 мг/кг ежедневно, начиная с 11-х суток эксперимента, 10 суток

5-я - W-256, Доксорубицин, Паклитаксел, Мексидол 50 мг/кг - W-256+ДР+ПТ+Мексидол (n=14)

Так же, как и в 3-й группе, мексидол внутримышечно в дозе 50 мг/кг ежедневно, начиная с 11-х суток эксперимента, 10 суток

6-я - W-256, Доксорубицин, Паклитаксел, Кардиоксан80 мг/кг - W-256+ДР+ПТ+Кардиоксан (n=14)

Так же, как и в 3-й группе, кардиоксанвнутрибрюшинно в дозе 80 мг/кг за 20 мин до введения цитостатиков, на11-е сутки опыта

7-я - W-256, Доксорубицин, Паклитаксел, Мексидол 50 мг/кг, Ксимедон 100 мг/кг -W-256+ДР+ ПТ+Мексидол+Ксимедон (n=14)

Так же, как и в 3-й группе, мексидол в дозе 50 мг/кг иксимедон в дозе 100 мг/кг ежедневно внутримышечно, начиная с 11-х суток эксперимента, 10 суток

Исследование проводили на 14-е и 22-е сутки эксперимента. Для этого по 6-7 животных из каждой группы в указанные сроки выводили из опыта под общей анестезией тиопенталом натрия. Для оценки изменений в антиоксидантной системе в гомогенатах сердца определяли активность каталазы [3], супероксиддисмутазы (СОД) [1], содержание общих, белковых и небелковых SH-групп [6]. Гистологическую структуру сердца исследовали на 22-е сутки эксперимента светооптическим методом с предварительной фиксацией кусочков органа в 10% растворе нейтрального формалина и окраской парафиновых срезов гематоксилином и эозином. При статистической обработке результатов исследования определяли показатели средних арифметических значений (М), стандартных ошибок средних арифметических (m). Нормальность распределения проверяли с использованием теста Колмогорова-Смирнова. При условии соответствия нормальности распределения достоверность полученных различий сопоставляемых величин оценивали с использованиемt-критерия Стьюдента. При несоответствии нормальности распределения достоверность различий оценивали с использованием U-критерия Манна-Уитни. Различия считали достоверными при p<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение. При оценке состояния антиоксидантных ферментов выявлено, что в 1-ой группе (контрольной) активность каталазы снижалась лишь к 22-м суткам на 31,2% по сравнению с интактными животными (с 8,3±0,6 до 5,71±0,57 мккат/л (р<0,05), а активность СОД повышалась на 52,5% и 92,5% (р<0,01) на 14-е и 22-е сутки соответственно (с 0,4±0,01 до 0,61±0,06 и 0,77±0,03 у.е./г ткани).

Во 2-ой и 3-ей группах активность каталазы достоверно снижалась уже на 14-е сутки на 36% и 44% соответственно по отношению к интактным животным. Активность СОД при этом не изменялась. Подобные изменения могут свидетельствовать о депрессии ферментативного звена антиоксидантной системы и создании предпосылок для преобладания процессов пероксидации и накопления в сердце прооксидантов. В 5, 6, 7-й группах отмечались адаптивные изменения активности указанных ферментов. Так, активность каталазы достоверно повышалась на 47,8%, 26% и 25% соответственно по отношению к 3-ей группе. Это сопровождалось ростом активности СОД на 15% в 5-ой группе и 25% в группах 6 и7 (р<0,05), по сравнению с интактными животными. На 22-е сутки активность каталазы во всех экспериментальных группах была ниже, чем у интактных животных, и не отличалась от таковой в 3-ей группе (ДР+ПТ). Активность СОД в 3-ей группе повышалась на 57,5% (р<0,05) по отношению к интактным животным. В условиях дефицита каталазы высокая активность СОД может служить причиной развития деструктивных процессов. В 4, 5, 6 и 7-й группах активность СОД повышалась умеренно - на 17,5%, 10%, 15% и 27,5% соответственно по сравнению с интактнымикрысами, и была достоверно ниже, чем в 3-ей группе. Это может быть связано с уменьшением образования субстрата (кислородных радикалов) для СОД.

Содержание общих тиоловых групп в тканях сердца в контрольной группе снижалось как на 14-е, так и на 22-е сутки на 41,5% и 48% соответственно (р<0,001) по отношению к интактным животным(за счет небелковых фракций, табл. 2).

Т а б л и ц а 2

Содержание SH-групп в тканях сердца крыс с карциномой W-256 при введении ксимедона и мексидола на фоне химиотерапии доксорубицином и паклитакселом, (M±m)

Группы животных / Сроки исследования

Показатель

SH-группы общие, мкмоль/мл

SH-группы белковые, мкмоль/мл

SH-группы небелковые, мкмоль/мл

Интактные

33,71±2,3

19,14±2,3

14,57±0,61

1 - W-256

(контроль)

14-е сутки

19,71±1,2

р1<0,001

14,85±1,3

4,86±0,6

р1<0,001

22-е сутки

17,5±1,2

р1<0,001

13,25±1,9

 

4,25±0,95

р1<0,001

2 - W-256+ДР

14-е сутки

25,4±1,3

р1,2<0,05

15,2±1,3

 

10,2±0,37

р1,2<0,001

22-е сутки

28,2±2,5

р2<0,05

17,7±1,3

10,5±1,82 р1,2<0,05

3 - W-256+ДР+ПТ

14-е сутки

21,29±2,3 р1<0,01

9,86±1,6 р1,2,3<0,05

11,43±1,25

р1,2<0,05

22-е сутки

18,43±1,5

р1,3<0,01

12,57±1,5 р1,3<0,05

5,86±2,15*

р1<0,01

4 - W-256+ДР+ПТ+ ксимедон

14-е сутки

23,5±1,3

р1<0,01

18,0±1,9

р4<0,01

5,5±0,92

р1,3,4<0,01

22-е сутки

20,5±0,9

р1,3<0,05

15,33±0,95

 

5,17±1,0

р1,3<0,05

5 - W-256+ДР+ПТ+ мексидол

14-е сутки

27,17±1,1

р1,2<0,05

19,17±1,05

р2,3,4<0,05

8,0±0,68

р1,2,3,4<0,05

22-е сутки

26,5±0,67

р1,2,4,5<0,05

15,33±0,84*

 

11,17±0,94*

р1,2,5<0,01

6 - W-256+ДР+ПТ+ кардиоксан

14-е сутки

30,66±0,8

р2-6<0,05

21,33±2,2

р2,3,4<0,05

9,33±1,4

р1,2,5<0,05

22-е сутки

21,5±0,7*

р1,2,3,6<0,05

17,5±0,62

р2,4<0,05

4,0±0,77*

р1,3,6<0,001

7 - W-256+ДР+ПТ+ ксимедон+мексидол

14-е сутки

31,3±1,99

р2-5<0,05

15,83±1,5

р4<0,05

15,5±1,2

р2-7<0,05

22-е сутки

30,33±1,3

р2,4,5,6,7<0,01

20,17±0,83

р2,4,5,6,7<0,05

10,16±0,65*

р1,2,5,7<0,01

Примечание: р1 - достоверность различий рассчитана по отношению к интактным животным; р2 - к группе 1; р3 - к группе 2; р4 - к группе 3; р5 - к группе 4; р6 - к группе 5; р7 - к группе 6; * - статистически значимые различия в группе на 22-е сутки по отношению к 14-м суткам, р<0,05.

Во 2-ой группе уровень общих SH-групп также снижался за счет небелковых фракций, при этом содержание последних превышало таковое в контрольной группе в 2 и 2,5 раза на 14-е и 22-е сутки соответственно. Подобные изменения на фоне химиотерапии доксорубицином могут быть отражением уменьшения общих нарушений гомеостаза и эндогенной интоксикации, сопровождающих опухолевую прогрессию, в связи с реализацией противоопухолевого эффекта цитостатика. В 3-ей группе содержание общих SH-групп достоверно снижалось на 14-е и 22-е сутки за счет белковых (на 48,5% и 34,3% соответственно) и небелковых фракций (на 21,5% и 60% соответственно по отношению к интактным крысам, табл. 2), что может свидетельствовать об усилении процессов окисления тиоловых групп и снижении защитного потенциала неферментативного звена антиоксидантной системы.

В 4-ой и 5-ой группах содержание общих тиолов снижалось за счет небелковых SH-групп, при этом уровень белковых тиолов не отличался от такового у интактных животных. В 6-ой группе на 14-е сутки эксперимента содержание общих и белковых SH-групп увеличивалось в 1,44 и 2,2 раза соответственно по отношению к 3-ей группе (р<0,05), однако к 22-м суткам наблюдалась отрицательная динамика: уровень общих SH-групп не отличался от такового в 3-ей группе за счет прогрессирующего снижения содержания небелковых тиолов (табл. 2). В 7-ой группе концентрация общих SH-групп достоверно превышала таковую в 3-ей группе как на 14-е, так и 22-е сутки наблюдения - в 1,5 и 1,6 раза соответственно, не отличаясь от показателя интактных животных. Содержание белковых тиолов также не отличалось от такового у интактных крыс. Уровень небелковых SH-групп на 14-е сутки превышал таковой в 3-ей группе в 1,36 раза (р<0,05), не отличаясь от исходного показателя, однако к 22-м суткам снижался на 30% по отношению к интактным крысам.

При гистологическом исследовании сердца выявлено, что у животных 1-ой группы мышечные волокна местами истончены и перерастянуты. Ядра кардиомиоцитов несколько увеличены в размерах по сравнению с животными интактной группы и окружены участками неоднородной, зернистой саркоплазмы. Межмышечная соединительная ткань умеренно отечная. У крыс во 2-ой группе мышечные волокна неоднородны, местами истончены и перерастянуты, местами - утолщены, поперечно-полосатая исчерченность в основном сохранена. Ядра кардиомиоцитов увеличены в размерах по сравнению с животными 1-ой группы и окружены участками неоднородной, зернистой саркоплазмы. Встречались единичные, мелкие очаги фрагментации мышечных волокон, явления периваскулярного кардиосклероза.

В миокарде животных 3-ей группы, по сравнению со 2-ой, местами субэндокардиальноотмечался слабовыраженный гиалиноз стенок артериол. Мышечные волокна неоднородные, с нечеткими границами, бесструктурные. Ядра кардиомиоцитов деформированы, с неровными контурами и разными размерами. Отмечались явления кариопикноза, в меньшей степени - кариорексиса. Саркоплазма с явлениями набухания, частичного расплавления, местами оптически пустая. Встречались множественные крупные очаги фрагментации мышечных волокон, явления периваскулярного кардиосклероза. Межмышечная соединительная ткань умеренно отечная.

У животных в 4-ой и 5-ой группах мышечные волокна с сохраненной структурой, несколько утолщены за счет набухания саркоплазмы, поперечно-полосатая исчерченность в основном сохранена, местами слабо выражена. Ядра кардиомиоцитов средних размеров. Явлений кариопикноза и кариорексиса, фрагментации мышечных волокон не отмечалось. Саркоплазма с явлениями некоторого набухания и слабой зернистостью. Местами -умеренный отек межмышечной соединительной ткани.

В 6-ой группе мышечные волокна с сохранной структурой, местами истончены и перерастянуты, в отдельных участках с явлениями миоцитолиза. Явления кариопикноза и кариорексиса отсутствовали. Саркоплазма со слабой зернистостью, в отдельных участках с явлениями расплавления. Встречались единичные, мелкие очаги фрагментации мышечных волокон. Межмышечная соединительная ткань местами умеренно отечная. Отмечались явления слабого периваскулярного кардиосклероза.

У животных 7-ой группымышечные волокна не изменены, местами несколько утолщены, поперечно-полосатая исчерченность сохранена. Явлений кариопикноза и кариорексиса, фрагментации мышечных волокон, отека межмышечной соединительной ткани не отмечалось. Явления кардиосклероза отсутствовали.

Заключение. Таким образом, мексидол и кардиоксан в сопоставимой степени повышают защитный потенциал ферментативного и неферментативного (тиолового) антиоксидантных звеньев в сердце на 14-е сутки эксперимента. Однако на 22-е сутки опыта только в группе с ксимедоном отмечается тенденция к формированию более выгодного баланса между активностью каталазы и супероксиддисмутазы, а мексидол эффективнее ксимедона и кардиоксана корригирует состояние неферментативного звена антиоксидантной защиты сердца, увеличивая восстановительный потенциал клетки. Сочетанное применение ксимедона и мексидола повышает защитный потенциал неферментативного антиоксидантного звена и препятствует развитию негативных морфологических изменений в сердце более эффективно, чем использование их по отдельности иликардиоксана.

Рецензенты:

Моисеева И.Я., д.м.н., профессор, зав. кафедрой «Общая и клиническая фармакология», Медицинский институт, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», г. Пенза.

Блинов Д.С., д.м.н., профессор, зав. кафедрой общественного здоровья, организации здравоохранения и фармации с курсом гигиены, Медицинский институт, ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева», г. Саранск.