Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

КОРРЕКЦИЯ ЭНДОТЕЛИАЛЬНОЙ ДИСФУНКЦИИ ПРИ НИКЕЛЕВОЙ ИНТОКСИКАЦИИ ИНГИБИТОРАМИ ЭКСПРЕССИИ ЕNOS И АРГИНАЗЫ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Дзугкоев С.Г. 1 Дзугкоева Ф.С. 2 Маргиева О.И. 2 Можаева И.В. 2
1 Институт биомедицинских исследований - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального научного центра "Владикавказский научный центр Российской академии наук"
2 Институт биомедицинских исследований - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального научного центра "Владикавказский научный центр Российской академии наук"
В исследованиях на крысах установлено, что избыточное поступление никеля в организм оказывает негативное действие: индуцируются процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ) на фоне угнетения активности супероксиддисмутазы (СОД), происходит снижение содержания суммарных метаболитов оксида азота (NOx). Полученные нами данные свидетельствуют о позитивном действии терапии L-аргинином. Аргинин угнетает ПОЛ, повышает активность СОД, одновременно снижая активность каталазы и концентрацию церулоплазмина. Их этих данных следует, что антиоксидантное действие L-аргинина обусловлено устранением дисбаланса и расхождения в антиоксидантной системе (АОС). Параллельно с этими изменениями повышается концентрация суммарных метаболитов оксида азота. Поскольку содержание L-аргинина - субстрата нитрооксидсинтазы мы изучали влияние неспецифического ингибитора энзима цикла синтеза мочевины на его концентрацию. Данные подтвердили, что комплексная терапия нарушенных окислительно-восстановительных процессов при никелевой интоксикации способствовала более значительному ингибированию липопероксидации, стимулируя активность СОД и одновременно повышая содержание NOx. Таким образом, оба препарата: L-аргинин и L-норвалин - предотвращают снижение концентрации оксида азота в крови экспериментальных животных и развитие дисфункции эндотелия в условиях никелевой модели.
оксид азота
l-норвалин
l-аргинин
аос
ПОЛ
никель
1. Бурдин Н.В. Кобальт-никелевые арсенидные руды и проблемы биоэкологии / Н.В. Бурдин, В.В. Гребенникова, В.И. Лебедев и др. // Успехи современного естествознания. - 2008. - № 7. - С. 64-64.
2. Дзугкоев С.Г. Влияние L-аргинина и его комбинации с L-карнитином на метаболические и функциональные показатели дисфункции эндотелия в условиях интоксикации никеля хлоридом / С.Г. Дзугкоев, И.В. Можаева, О.И. Маргиева и др. // Астраханский медицинский журнал. - 2017. - Т. 12. - № 1. - С. 44-49.
3. Албегова Ж.К. Состояние свободно-радикальных процессов у крыс при хронической интоксикации хлоридом никеля // Здоровье и образование в XXI веке: электронный научно-образовательный вестник. - 2012. - № 5. - Т. 14. – С. 51.
4. Коновалова Е.А. Коррекция эндотелиальной дисфункции комбинацией L-норвалина и мексидола / Е.А. Коновалова, Е.С. Черноморцева, М.В. Покровский и др. // Научные ведомости. Сер.: Медицина. Фармация. - 2012. - № 4 (123). - Вып. 17/1. – С. 175-181.
5. Покровская Т.Г. Роль фармакологической коррекции метаболического пути L-аргинин/NO при моделировании дефицита оксида азота // Кубанский научный медицинский вестник. - 2008. - № 4. - С. 122-125.
6. Покровский М.В. Эндотелиопротективные эффекты L-аргинина при экспериментальном моделировании дефицита оксида азота / М.В. Покровский, Т.Г. Покровская, В.И. Кочкаров, Е.Б. Артюшкова // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 2008. - Т. 71, № 2. - С. 29-31.
7. Якушев В.И. Аргиназа – новая мишень для фармакологической коррекции эндотелиальной дисфункции / В.И. Якушев, М.В. Покровский, М.В. Корокин и др. // Научные ведомости. Сер.: Медицина. Фармация. - 2012. - № 22 (141). - Вып. 20/3. – С. 36-40.
8. Локтионова И.Л. Состояние функции сосудистого эндотелия при инфекционной патологии различной этиологии / И.Л. Локтионова, М.В. Покровский, В.А. Рагулина и др. // Научные ведомости. Сер.: Медицина. Фармация. - 2012. - № 4 (123). - Вып. 17/1. – С. 20-31.
9. Asakawa T. Coloring conditions of thiobarbituricacid test, for detecting lipid hydroperoxides / T. Asakawa, S. Matsushita // Lipids. - 1980. - Vol. 15. - P. 137-140.
10. Сирота Т.В. Новый подход в исследовании аутоокисления адреналина и использование его для измерения активности супероксиддисмутазы // Вопросы медицинской химии. - 1999. - № 3. - С. 263-272.
11. Королюк М.А. Метод определения активности каталазы / М.А. Королюк, Л.И. Иванова, И.Г. Майорова // Лабораторное дело. - 1988. - № 1. - С. 16-19.
12. Камышников В.С. Определение содержания (активности) церулоплазмина // Справочник по клинико-биохимическим исследованиям и лабораторной диагностике. – 3 e изд. – М.: МЕД пресс информ, 2009. – С. 446.
13. Метельская В.А., Гуманова Н.Г. Скрининг-метод определения уровня метаболитов оксида азота в сыворотке крови человека // Клиническая лабораторная диагностика. – 2005. - № 6. – С. 15-18.
14. Локтионова И.Л. Состояние функции сосудистого эндотелия при инфекционной патологии различной этиологии / И.Л. Локтионова, М.В. Покровский, В.А. Рагулина и др. // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Сер.: Медицина. Фармация. - 2012. - Т. 17. - № 4-1 (123). - С. 20-31.
15. Соболев М.С. Изучение влияния L-норвалина, розувастатина и их комбинации на уровень микроциркуляции в костной ткани при экспериментальном остеопорозе и переломах на его фоне / М.С. Соболев, О.С. Гудырев, П.П. Ремизов и др. // Научные ведомости. - Сер. Медицина. Фармация. - 2014. - № 11 (182). - Вып. 26. - С. 146-149.

Наряду с другими тяжелыми металлами никель влияет на аллергические мутагенные показатели, индуцирует процессы липопероксидации и способствует развитию онкопатологий [1]. На молекулярном уровне никель повышает уровень активных метаболитов кислорода (АМК), нарушая окислительно-восстановительные реакции в клетках [2; 3].

В условиях окислительного стресса развивается эндотелиальная дисфункция, патогенетическим звеном которой является уменьшение концентрации NО-вазодилатирующего фактора и снижение уровня биодоступности оксида азота. Современные данные литературы в эксперименте и клинике подтверждают ключевую роль дисфункции эндотелия в развитии сосудистых осложнений при различных нозологиях [4].

Для нарушения функции эндотелия характерно изменение взаимодействия между вазодилататорами и вазоконстрикторами с преобладанием последних. Следует отметить, что оксид азота обладает сосудорасширяющими свойствами, а еще оказывает мембранотропное, антипролиферативное, антитромботическое действия. Как правило, угнетение NO-продуцирующей функции эндотелия развивается в условиях нарушения окислительно-восстановительных процессов, которые имеют место на фоне действия тяжелых металлов, и может индуцироваться ингибитором экспрессии eNOS – L-NAME.

Субстратом для образования оксида азота является L-аргинин - полунезаменимая аминокислота, которая используется во многих метаболических процессах, включая синтез мочевины. Поэтому актуальным является исследование взаимодействия между ингибиторами фермента аргиназы и индукторами, и блокаторами экспрессии eNOS в процессе образования оксида азота. Данные экспериментальных исследований о влиянии L-аргинина на образование NO в системе кровообращения при заболеваниях сердца свидетельствуют о восстановлении синтеза NO и сосудистой функции при сердечно-сосудистых заболеваниях [5; 6].

Участие L-аргинина в процессе образования NO подтверждается наличием его дефицита при генетически детерминированных заболеваниях [7]. Роль аргиназы в регуляции доступности L-аргинина также подтверждают генетические исследования. Нокаут гена у мышей, определяющий образование аргиназы I, не оказывает влияние на их жизнеспособность. Отмечается нулевое содержанием аргиназы II и примерно двукратное увеличение в плазме концентрации L-аргинина. Предположительно в определении содержания L-аргинина в крови оказывают влияние аргиназа I и II, которые осуществляют разные биологические действия [7]. Исследуется причинность сниженной доступности L-аргинина. Аргиназа – металлофермент, имеет две изоформы: аргиназа-I, характерная для печеночной, почечной тканей, однако работает и в предстательной железе, и в ГМК аорты, нормализует угнетение аргиназы или вспомогательную подачу оксида азота и сосудорасширяющую функцию после ишемии-реперфузии. При метаболическом синдроме повышает функциональную гипергликемию и способствует эндотелиальной дисфункции. Степень образования аргиназы II стимулируется продуктами липопероксидации. Это связано с тем, что реагирующие элементы находятся в промоторной области аргиназы II [7].

Данные литературы свидетельствуют о том, что торможение аргиназы приводит к увеличению синтеза NO в эндотелиальных клетках. Очень важен факт, что существенная экспрессия аргиназы в эндотелиальных клетках (ЭК) микрососудов противодействует NO-опосредованной дилатации.

Таким образом, в лечении дисфункции эндотелия при различных патологиях аргиназа является точкой приложения фармакологических препаратов.

Все вышеизложенное свидетельствует о том, что перспективным путем терапии эндотелиальной дисфункции является разработка способа коррекции, основанного на изучении взаимодействия между индуктором eNOS – L-аргинином и ингибитором аргиназы – L-норвалином.

Целью настоящего исследования является исследование состояния системы ПОЛ – АОС, содержания NOx на модели дисфункции эндотелия, вызванной никелевой интоксикацией, и разработка нового способа коррекции дефицита оксида азота L-аргинином, L-норвалином и их комбинацией.

Материал и методы исследования. Эксперимент проводили на крысах «Вистар» одинакового возраста. Животных содержали в виварии по «Правилам проведения работ с использованием экспериментальных животных» и принципам Хельсинкской декларации.

Моделировали никелевую интоксикацию парентеральным введением хлорида никеля в течение 1 месяца в дозе 0,5 мг/ кг веса животного. Вводимая доза хлорида никеля была выбрана методом титрования, начиная от DL50 до биологически значимой, не вызывающей гибели животных. Подопытные крысы разделялись по группам:

1) интактные крысы;

2) крысы с Ni интоксикацией без лечения;

3) крысы с Ni интоксикацией + L-аргинин (10 мг/кг, 30 дней); крысы с Ni интоксикацией + L-норвалин (10 мг/кг, 30 дней);

4) крысы с Ni интоксикацией + L-аргинин + L-норвалин (30 дней).

Выбор доз вводимых препаратов основывался на данных литературы – общепринятых и широко используемых. По завершении в гемолизате эритроцитов определяли концентрацию малонового диальдегида (МДА) [9]. Состояние АО системы судили по активности СОД [10]. Активность каталазы [11], концентрацию церулоплазмина [12] и концентрацию суммарных метаболитов оксида азота (NOх) [13] определяли в сыворотке крови.

С помощью программы Microsoft Excel 2006 проводили статобработку результатов, представленных в виде среднего значения (Mean) и ошибки среднего (SEM). Статистическую достоверность различий проверяли t-критерием Стьюдента, р<0,05 считали уровнем статистической значимости. Провели корреляционный анализ.

Результаты исследования и их обсуждение

У интоксифицированных хлоридом никеля крыс повышается активность ПОЛ и увеличивается содержание вторичного продукта МДА в крови. Прямую корреляционную связь (r=+0,57, р<0,001) показало исследование взаимосвязей между активностью ПОЛ в эритроцитах и концентрацией никеля в плазме крови на фоне экспозиции хлоридом никеля в течение месяца. Интенсивность процессов СРО ограничивает АОС организма: СОД, каталаза и ЦП. Поэтому мы определяли активность СОД в эритроцитах, а каталазы и ЦП в сыворотке крови. Активация липопероксидации обусловлена снижением активности СОД в эритроцитах у подопытных крыс с никелевой интоксикацией. Что касается каталазы, то происходит возрастание ее функциональной способности наряду с ЦП. Развивается окислительный стресс, который сопровождается снижением концентрации суммарных метаболитов NO. Наличие сильной отрицательной связи между увеличением МДА и снижением NOx в крови (r=-0.72) выявил корреляционный анализ. Нехватка L-аргинина, наличие ингибитора eNOS, снижение уровня экспрессии нитрооксидсинтазы, доступности NO и участие L-аргинина в орнитиновом цикле – основные причины нарушения гомеостаза оксида азота. При систематической интоксикации хлоридом Ni впервые установлена активация окислительно-восстановительных процессов, сопровождающаяся понижением содержания NOх. Эти изменения содержания NO происходили на фоне достоверного повышения в эритроцитах концентрации МДА – вторичного продукта липопероксидации (таблица).

Биохимические показатели крови при затравке хлоридом никеля у крыс

 

Контроль

NiCl2

NiCl2 + L-аргинин

NiCl2 + L-аргинин+ L-норвалин

МДА, эритроциты, нмоль/мл

4,41±0,06

5,49±0,0491111)

5,27±0,0312222)

4,95±0,0453333) 4444) 5555)

СОД, эритроциты, ед. акт.

88,86±1,26

57,8±1,191111)

60,3±0,312)

64,80±1,293333) 444) 5555)

Каталаза, сыворотка крови, мкат/л

227,84±3,98

318,76±3,231111)

310,05±2,672)

271±2,153333) 4444) 5555)

Церулоплазмин, сыворотка крови, мг/л

343,86±7,14

401,4±1,271111)

390,1±4,4822)

367,8±3,453333) 4444) 555)

NOх, сыворотка крови, мкМ

50,93±0,63

34,53±0,391111)

40,13±0,132222)

45,1±0,523333) 4444) 5555)

Примечания: 1111) - p<0,001; 111) - p<0,01; 11) - p<0,02; 1) - p<0,05 достоверность хлорид никеля относительно контроля;

2222) - p<0,001; 222) - p<0,01; 22) - p<0,02; 2) - p<0,05 достоверность хлорид никеля относительно NiCl2 + L-аргинин;

3333) - p<0,001; 333) - p<0,01; 33) - p<0,02; 3) - p<0,05 достоверность хлорид никеля относительно NiCl2 + L-аргинин+ L-норвалин;

4444) - p<0,001; 444) - p<0,01; 44) - p<0,02; 4) - p<0,05 достоверность NiCl2 + L-аргинин относительно NiCl2 + L-аргинин+ L-норвалин;

5555) - p<0,001; 555) - p<0,01; 55) - p<0,02; 5) - p<0,05 достоверность контроль относительно NiCl2 + L-аргинин+ L-норвалин.

 

Корреляционный анализ показал, что содержание NOх зависит от интенсивности СРО и увеличения содержания МДА. Уровень NOх в этих условиях зависит от следующих факторов:

1) его реакции с супероксиданион-радикалом (О2-) с продуктом окисления, который называется пероксинитрит;

2) окислительного влияния супероксиданион-радикала О2- на ТГБП эндотелиальной NO-синтазы (еNOS);

3) угнетения уровня воспроизведения NOS-3 и нарушения тканевой функции энзима.

Ведущую роль в развитии дефицита NO и дисфункции эндотелия играет концентрация L-аргинина. В нормальных физиологических условиях его содержание составляет 45-150 мкмоль/л. Это зависит от различных причин и может варьировать. Доставка L-аргинина в эндотелиальные клетки зависит от состояния у-транспортера, связанного с мембраной клетки, и активности ферментов цикла синтеза мочевины, в частности аргиназы. По данным ряда авторов следует отметить, что во внутренней выстилке сосуда происходит реакция превращения L-аргинина в NG-гидрокси-L-аргинин, и эта реакция ускоряется ферментом нитрооксидсинтазой [14]. Чем интенсивнее работает NO-синтаза, тем сильнее происходит выработка оксида азота, что предотвращает понижение его образования.

Возможность использования L-аргинина энзимом синтазой оксида азота определяли в отдельном варианте у экспериментальных животных, затравленных хлоридом никеля в течение 30 дней. Определяли по прошествии экспериментального времени концентрацию оксида азота и интенсивность системы ПОЛ - АОС. Систематизация результатов показала, что содержание NOх у подопытных животных при систематической интоксикации хлоридом никеля под влиянием L-аргинина повысилось, а содержание конечного продукта липопероксидации понизилось сравнительно с уровнем при никелевой интоксикации. АОС активировалась, в частности СОД. Следовательно, L-аргинин обладает способностью у затравленных хлоридом никеля животных нормализовать активность АОС, а также устранить в ней расхождение и несоответствие. На фоне модифицированного L-аргинина в крови увеличиваются продукты СРО, а именно конечный результат - МДА. Полученные результаты показали, что систематическая интоксикация тяжелым металлом (никель) вызывает угнетение АОС и повышение интенсивности липопероксидации. Эти изменения окислительно-восстановительных процессов в живой системе сопровождаются сниженным уровнем образования оксида азота и, соответственно, его содержания.

NO-синтаза в каждой субъединице содержит редуктазный и оксидазный домены, который в активном центре имеет гем. Взаимодействие между ними осуществляется путем транспорта электронов. С другой стороны, для активности энзима существенную роль играет кофактор тетрагидробиоптерин (ВН4).

При введении не только никеля, но и модифицированного L-аргинина имеет место нарушение внутренней молекулярной структуры eNOS. Двоякая функция eNOS свидетельствует о том, что энзим способен образовывать не только оксид азота, но и АМК.

Таким образом, решающими факторами, поддерживающими стабильность NOх, являются не только субстрат - L-аргинин, но и уровень воспроизведения eNOS, который может ингибироваться АДМА.

Другим фактором сниженной продукции NO может быть использование L-аргинина в цикле синтеза мочевины, т.е. в результате активности аргиназы. В условиях ингибирования аргиназы – как фармакологического агента на фоне L-норвалина - происходит увеличение концентрации L-аргинина и, как следствие, оксида азота [15].

Результаты показали большую эффективность комплексной терапии на систему ПОЛ – АОС и содержание NOx. Данные показали, что комбинированная терапия L-аргинин + L-норвалин более значительно снижает интенсивность ПОЛ и содержание МДА в эритроцитах, а также корригирует взаимоотношения между ферментами АОЗ, способствует повышению концентрации суммарных метаболитов NO, уровень которых достигает контрольных значений сравнительно с монотерапией L-аргинином.

Заключение. Таким образом, полученные нами данные демонстрируют антиоксидантные и NO-стимулирующие свойства L-аргинина и L-норвалина на фоне никелевой интоксикации и участие L-аргинина в механизмах регуляции экспрессии eNOS, а L-норвалина – в ингибировании аргиназы и повышении оксида азота.

Положительное влияние на функциональную активность сосудистого эндотелия оказывали изучаемые вещества – L-норвалин и L-аргинин. Оно проявлялось усилением продукции оксида азота, что сопровождалось снижением внутриклеточного содержания Са2+ и расширением сосудов микроциркуляции. Снижение уровня использования L-аргинина в орнитиновом цикле в результате ингибирования фермента аргиназы потенцирует эти эффекты.

Следовательно, комплексная терапия препятствует снижению концентрации суммарных метаболитов NO в крови. Это дает право рассматривать, что определяющую роль играет нормализация функции нитрооксидсинтазы.


Библиографическая ссылка

Дзугкоев С.Г., Дзугкоева Ф.С., Маргиева О.И., Можаева И.В. КОРРЕКЦИЯ ЭНДОТЕЛИАЛЬНОЙ ДИСФУНКЦИИ ПРИ НИКЕЛЕВОЙ ИНТОКСИКАЦИИ ИНГИБИТОРАМИ ЭКСПРЕССИИ ЕNOS И АРГИНАЗЫ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2018. – № 4. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=27787 (дата обращения: 05.12.2021).

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 = 1.074