REACTIVE CHANGES IN CATALASE ACTIVITY IN RAT LIVER TISSUES WHEN AFFECTING SECRETORY CARDIOMYOCYTES

РЕАКТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ АКТИВНОСТИ КАТАЛАЗЫ В ТКАНЯХ ПЕЧЕНИ КРЫС ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА СЕКРЕТОРНЫЕ КАРДИОМИОЦИТЫ

Научная статья

Борискин П.В.¹, Гуленко О.Н.^2, *, Павлова О.Н.³, Масляков В.В.⁴, Леонов В.В.⁵, Палевская С.А.⁶

² ORCID: 0000-0001-6338-7095;

³ ORCID: 0000-0002-8055-1958;

¹ ООО «ТестГен», Ульяновск, Россия;

^{2, 3, 4} Самарский государственный университет путей сообщения, Самара, Россия;

⁵ Медицинский университет «Реавиз», Самара, Россия;

⁶ Институт профессионального образования, Самара, Россия

* Корреспондирующий автор (gulenko_ol[at]mail.ru)

Аннотация

Оксидативный стресс, как последствие нарушения гомеостатического равновесия организма, является пусковым моментом в формировании множества патогенетических состояний. В изучении механизмов развития оксидативного стресса еще существует множество неизученных моментов, но наибольший интерес представляет раскрытие патогенетической значимости окислительных процессов при патологиях сердечно-сосудистой системы. Цель работы - исследование динамики активности каталазы в тканях печени крыс при оксидативном стрессе, вызванном криодеструкцией миокарда правого предсердия. Эксперимент проводили на здоровых беспородных белых половозрелых крысах мужского пола восьмимесячного возраста, массой 220-240 г в количестве 60 штук. Животные были поделены на 2 группы поровну: 1 – интактные крысы; 2 – опытная группа. Животным опытной группы проводили криодеструкцию правого предсердия. Активность каталазы в тканях печени крыс исследовали до начала опыта, а также на 1, 3, 5, 7 и 14 сутки эксперимента. Выводы: активность каталазы в печени крыс, при экспериментальном оксидатовном стрессе, вызванном воздействием на секреторные кардиомиоциты путем криодеструкции правого предсердия, снижается по сравнению с интактными животными в течение 7 суток после повреждающего воздействия, а к 14 стукам отмечается тенденция к нормализации уровня фермента.

Ключевые слова: оксидативный стресс, сердечно-сосудистая система, крысы, каталаза.

REACTIVE CHANGES IN CATALASE ACTIVITY IN RAT LIVER TISSUES WHEN AFFECTING SECRETORY CARDIOMYOCYTES

Research article

Boriskin P.V.¹, Gulenko O.N.^2, *, Pavlova O.N.³, Maslyakov V.V.⁴, Leonov V.V.⁵, Palevskaya S.A.⁶

² ORCID: 0000-0001-6338-7095;

³ ORCID: 0000-0002-8055-1958;

¹ TestGen LLC, Ul'janovsk, Russia;

^{2, 3, 4} Samara State Transport University, Samara, Russia;

⁵ "Reaviz" Medical University, Samara, Russia;

⁶ Institute of Professional Education for Regional Health Development, Samara, Russia

* Corresponding author (gulenko_ol[at]mail.ru)

Abstract

Oxidative stress as a consequence of a violation of the homeostatic balance of the body is the starting point in the formation of a variety of pathogenetic states. There are still many unexplored points in the study of the development mechanisms of oxidative stress, however the most interesting is the disclosure of the pathogenetic significance of oxidative processes in the pathologies of the cardiovascular system. The aim of the study is to examine the dynamics of catalase activity in rat liver tissues under oxidative stress caused by the cryodestruction of the right atrial myocardium. The experiment was carried out on 60 healthy outbred mature male albino rats of eight months of age and weighing 220-240 g. The animals were equally divided into 2 groups: intact and experimental. The animals of the experimental group underwent the cryodestruction of the right atrium. The activity of catalase in rat liver tissues was studied before as well as on the 1st, 3rd, 5th, 7th, and 14th days of the experiment. Conclusions: the activity of catalase in the liver of rats under experimental oxidative stress caused by the effect on secretory cardiomyocytes via cryodestruction of the right atrium decreases in comparison with intact animals within 7 days after the noci-influence, and by 14 days there is a tendency to normalize the level of the enzyme.

Keywords: oxidative stress, cardiovascular system, rats, catalase.

Введение

Оксидативный стресс возникает в результате дисбаланса потоков электронов внутри клетки, так как утечка электронов из каскадов метаболических и электрохимических реакций на кислород приводит к образованию активных форм кислорода и окислительному повреждению молекулярных структур в клетке. В норме такие утечки компенсируются работой эффективных антиоксидантных ферментов и систем репарации и биосинтеза, но, если утечек слишком много, или если антиоксидантные системы недостаточно активны и эффективны, продукты окислительного повреждения накапливаются в организме и приводят к некорректной работе клетки, органа или организма в целом и таким образом появляется оксидативный стресс [1], [2].

В целом, по данным многочисленных исследований, оксидативный стресс является пусковым фактором множества патологий или основным механизмом патогенеза. Окислительный стресс, несомненно, сказывается и на работе сердечно-сосудистой системы [3].

Возрастные изменения сердечно-сосудистой системы во многом предопределяют особенности развития хронической сердечной недостаточности (ХСН) у пациентов старших возрастных групп [4]. Одним из ключевых звеньев патогенеза ХСН считается дисфункция эндотелия за счет снижения синтеза оксида азота (NO) и, как следствие, замедление системного кровотока и возникновение оксидативного стресса. Повышенные концентрации свободных радикалов оказывают повреждающее воздействие на кардиомиоциты и эндотелий, провоцируя развитие депрессии сократительной функции миокарда и возрастающей вазоконстрикцией. Первичные и вторичные продукты перекисного окисления липидов (диеновые конъюгаты, малоновый диальдегид и другие ненасыщенные альдегиды являются мутагенами и обладают выраженной цитотоксичностью. В противовес процессам перекисного окисления функционирует антикосидантная система организма, представленная такими ферментами, как каталаза, супероскидисмутаза, глутатионпероксидаза. Они предотвращают возникновение и прогрессирование гипертрофии миокарда, апоптоза кардиомиоцитов и других процессов. Снижение антиоксидантной защиты является важным компонентом процесса перекисного окисления липидов. Интенсификация свободнорадикальных процессов относится к универсальным механизмам воздействия факторов риска на функцию эндотелия, способствующих развитию и прогрессированию ХСН [5], [6].

В связи с вышесказанным, целью нашей работы явилось изучение в тканях печени крыс динамики активности каталазы после криодеструкции миокарда правого предсердия для инициации оксидативного стресса.

Задачи исследования: установить уровень активность каталазы в тканях печени интактных крыс и животных с индуцированным оксидативным стрессом в динамике.

Материалы и методы

В исследовании было использовано 420 крыс-самцов восьмимесячного возраста, массой 220-240 г, которые содержались в виварии. Крысы были разделены на две группы – интактную и опытную по 210 животных в каждой. Для инициации оксидативного стресса крысам опытной группы проводили криодеструкцию правого предсердия, в котором в основном сосредоточены секреторные кардиомиоциты, содержащие гранулы с предсердным натриуритическим фактором (ПНФ). Этот гормон является мощным вазодилататором, он вовлечен в регуляцию водно-электролитного обмена и метаболизма жировой ткани. Подробная методика данного эксперимента представлена нами в ранее опубликованном исследовании [7].

Активность каталазы в тканях печени исследовали с использованием стандартной методики Королюка М.А. до начала эксперимента, а также на 1, 3, 5, 7 и 14 сутки опыта. Животных декапитировали в указанные сутки опыта по 30 штук в каждой группе [8], [9].

Исследование выполнено в соответствии с правилами лабораторной практики в Российской Федерации: приказ Минздрава СССР № 755 от 12.08.1977 г.; приказ МЗ РФ № 267 от 19.06.2003 г.; закон «О защите животных от жестокого обращения» гл. V, ст. 104679-ГД от 01.12.1999 г. На проведение эксперимента получено заключение Комитета по биоэтике при «Медицинском университете «Реавиз» № 167 от 18 сентября 2019 г.

Для анализа полученных данных, не соответствующих нормальному распределению, использовали непараметрический статистический анализ, с целью выявления различий активности каталазы у интактных животных и крыс опытной группы.

Основные результаты

На рисунке 1 отражена в динамике активность каталазы в тканях печени животных в течение эксперимента.

Рис. 1 – Динамика активности каталазы в печени крыс в норме и на фоне криодеструкции правого предсердия

В ходе опыта было установлено, что криодеструкция миокарда правого предсердия в результате нарушения целостности тканей, стимулирует окислительные процессы в организме и провоцирует снижение активности каталазы, как антиоксидантного фермента, в тканях печени до 7 суток эксперимента, а затем, на фоне запуска репаративных процессов активность фермента стремиться к физиологической норме.

Массив полученных значений активности каталазы в тканях печени крыс экспериментальной группы представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Динамика активности каталазы в тканях крыс экспериментальной группы

Сутки	N	M	Mе	Min	Max	25 Per	75 Per	10 Per	90 Per
0 день	30	57,81	57,30	56,20	59,90	56,90	59,00	56,55	59,75
1 сутки	30	56,02	56,35	53,90	57,80	55,10	56,80	54,30	57,45
3 сутки	30	52,41	51,70	50,30	55,10	51,20	53,90	50,45	54,70
5 сутки	30	47,35	47,10	45,30	50,40	46,30	48,40	45,95	49,75
7 сутки	30	41,37	41,95	38,10	42,80	39,90	42,40	39,40	42,55
14 сутки	30	50,78	50,70	48,40	54,60	49,10	51,60	48,50	53,60

 

Полученный массив числовых данных был подвергнут непараметрическому статистическому анализу.

Установлено, что активность каталазы в тканях печени у животных 2 группы начиная с первых суток опыта достоверно отличалась от показателей интактных крыс:

• 1 сутки – критерий Манна-Уитни U=424,5000, Z= 0,369611 при р=0,711673; критерий Колмогорова-Смирнова Max Neg Differnc = -0,33333, Max Pos Differnc = 0,300000, при р < 0,010; критерий Вальда-Вольфовица Z= -3,38540 при p-level=0,000711, Z adjstd = 3,255190 при p-level = 0,001133;
• 2 сутки – критерий Манна-Уитни U=85,50000, Z= 6,381531 при р=0,000000; критерий Колмогорова-Смирнова Max Neg Differnc = 0,00, Max Pos Differnc = 0,766667, при р < 0,001; критерий Вальда-Вольфовица Z= -4,94786 при p-level=0,000001, Z adjstd = 4,817682 при p-level = 0,000001;
• 3, 5, 7 и 14 сутки – критерий Манна-Уитни U=0,00, Z= 6,645599 при р=0,000000; критерий Колмогорова-Смирнова Max Neg Differnc = 0,0000, Max Pos Differnc = 1,0000, при р < 0,001; критерий Вальда-Вольфовица Z= -7,5520 при p-level=0,000000, Z adjstd = 7,4218 при p-level = 0,000000.

Обсуждение

Криодеструкция правого предсердия приводит к повреждению секреторных кардиомиоцитов и сопровождается воспалительным процессом и высвобождением в окружающие ткани предсердного натрийуретического фактора, что провоцируют ишемию миокарда. Снижение поступления кислорода в область ишемии миокарда способствует дальнейшему снижению функциональной активности антиоксидантной системы при активизации процессов продукции радикальных кислородных форм. Все эти события индуцируют системную воспалительную реакцию и являются причиной или важным звеном в патогенезе многих серьезных патологий. Полученные данные согласуются с результатами других исследований, освещенных в специализированной литературе [10], [11], [12]. 

Заключение

Окислительный стресс, возникший при криодеструкции правого предсердия до 7 суток опыта, провоцирует снижение активности каталазы в тканях печени крыс, но запуск репаративных процессов способствует восстановлению нарушенного окислительно-восстановительного равновесия в организме и нормализации уровня фермента. 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Голиков А.П. Свободно-радикальное окисление и сердечно-сосудистая патология: коррекция антиоксидантами / А.П. Голиков, С.А. Бойцов, В.П. Михин и соавт. // Лечащий врач. – 2003. – №4. – С. 70–74.
2. Меныцикова Е.Б. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Меныцикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К. и соавт. – М.: Слово. – 553 с.
3. Бабак О.Я. Окислительный стресс, воспаление и эндотелиальная дисфункция ключевые звенья патогенеза сердечно-сосудистой патологии при прогрессирующих заболеваниях почек. / О.Я. Бабак, И.И. Топчий // Украинский терапевтический журнал. – 2004. – №4. – С. 10-16.
4. Ланкин В.З. Свободнорадикальные процессы при заболеваниях сердечно-сосудистой системы. / В.З. Ланкин, А.К. Тихазе, Ю.Н. Беленков //Кардиология. – 2000. – № 40(7). – С. 48-61.
5. Ляхович В.В. Активная защита при окислительном стрессе. Антиоксидантреспонсивный элемент / В.В. Ляхович, В.А. Вавилин, Н.К. Зенков и соавт. // Биохимия. – 2006. –Т. 71, Вып. 9. – С. 1183–1197.
6. Interaction between dyslipidaemia, oxidative stress and infl ammatory response in patients with angiographically proven coronary artery disease / Tayal D., Goswami B., Tyagi S. et al. // Cardiovasc. J. Afr. – 2012. – Vol. 23, №1. – P. 23–27.
7. Борискин П.В. Адаптационнные изменения активности каталазы в тканях сердца и сыворотке крови крыс при воздействии на секреторные кардиомиоциты / П.В. Борискин, О.Н. Гуленко, О.Н. Павлова // Международный научно-исследовательский журнал. – 2020. – № 12 (102), часть II, декабрь. – С. 56-62.
8. Арутюнян А.В. Методы оценки свободнорадикального окисления и антиоксидантной системы организма / А.В. Арутюнян, Е.Е. Дубинина, Н.Н. Зыбина // Методические рекомендации. – СПб: ИКФ Фолиант, – 2000. – 102 с.
9. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. /Под общ. ред. Р.У. Хабриева. 2-изд., перераб. и доп. – М.: Медицина. – 2005. – С. 832.
10. Drоge W. Free radicals in physiological control of cell function. / W. Drоge //Physiol Rev. – 2002. – № 82. – Р. 47.
11. Higashi Y. Endothelial function and oxidative stress in renovascular hypertension. / Y. Higashi, S. Sasaki, K. Nakagawa, et al. // N Engl J Med. – 2002. – № 346. – Р. 1954-62.
12. Bandyopadhyay D. Oxidative stressinduced ischemic heart disease: protection by antioxidants / D. Bandyopadhyay, A. Chattopadhyay, G. Ghosh, A.G. Datta // Curr. Med. Chem. – 2004. – Vol. 11, N 3. – P. 369-387.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Golikov A.P. Svobodno-radikal'noe okislenie i serdechno-sosudistaja patologija: korrekcija antioksidantami [Free-radical oxidation and cardiovascular pathology: correction with antioxidants]/ A.P. Golikov, S.A. Bojcov, V.P. Mihin i soavt. // Lechashhij vrach [Treating Physician]. – 2003. – №4. – P. 70–74. [in Russian]
2. Menycikova E.B. Okislitel'nyj stress. Prooksidanty i antioksidanty [Oxidative stress. Prooxidants and antioxidants] / Menycikova E.B., Lankin V.Z., Zenkov N.K. i soavt. – M.: Slovo. 2006. – 553 p. [in Russian]
3. Babak O.Ja. Okislitel'nyj stress, vospalenie i jendotelial'naja disfunkcija kljuchevye zven'ja patogeneza serdechno-sosudistoj patologii pri progressirujushhih zabolevanijah pochek [Oxidative stress, inflammation and endothelial dysfunction are key links in the pathogenesis of cardiovascular pathology in advanced renal disease] / O.Ja. Babak, I.I. Topchij // Ukrainskij terapevticheskij zhurnal [Ukrainian Therapeutic Journal]. – 2004. – №4. – P. 10-16. [in Russian]
4. Lankin V.Z. Svobodnoradikal'nye processy pri zabolevanijah serdechno-sosudistoj sistemy [Free-radical processes in diseases of cardiovascular system] / V.Z. Lankin, A.K. Tihaze, Ju.N. Belenkov //Kardiologija [Cardiology]. – 2000. – № 40(7). – P. 48-61. [in Russian]
5. Ljahovich V.V. Aktivnaja zashhita pri okislitel'nom stresse. Antioksidantresponsivnyj jelement [Active protection under oxidative stress. Antioxidant-reactive element] / V.V. Ljahovich, V.A. Vavilin, N.K. Zenkov i soavt. // Biohimija [Biochemistry]. – 2006. –Vol. 71, Issue. 9. – P. 1183–1197. [in Russian]
6. Interaction between dyslipidaemia, oxidative stress and infl ammatory response in patients with angiographically proven coronary artery disease / Tayal D., Goswami B., Tyagi S. et al. // Cardiovasc. J. Afr. – 2012. – Vol. 23, №1. – P. 23–27.
7. Boriskin P.V. Adaptacionnnye izmenenija aktivnosti katalazy v tkanjah serdca i syvorotke krovi krys pri vozdejstvii na sekretornye kardiomiocity [Adaptation changes of catalase activity in heart tissue and serum of rats under exposure to secretory cardiomyocytes] / P.V. Boriskin, O.N. Gulenko, O.N. Pavlova // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Journal of Scientific Research]. – 2020. – № 12 (102), part II, dekabr'. – P. 56-62. [in Russian]
8. Arutjunjan A.V., Dubinina E.E., Zybina N.N. Metody ocenki svobodnoradikal'nogo okislenija i antioksidantnoj sistemy organizma [Methods for evaluation of free-radical oxidation and antioxidant system of organism] / A.V. Arutjunjan, E.E. Dubinina, N.N. Zybina // Metodicheskie rekomendacii [Methodological recommendations]. – SPb: IKF Foliant, – 2000. – 102 p. [in Russian]
9. Rukovodstvo po jeksperimental'nomu (doklinicheskomu) izucheniju novyh farmakologicheskih veshhestv [Guidelines for experimental (preclinical) study of new pharmacological substances] /pod obshh. red. R.U. Habrieva. 2-nd ed.- M.: Medicina. – 2005. – P. 832. [in Russian]
10. Drоge W. Free radicals in physiological control of cell function. / W. Drоge //Physiol Rev. – 2002. – № 82. – Р. 47.
11. Higashi Y. Endothelial function and oxidative stress in renovascular hypertension. / Y. Higashi, S. Sasaki, K. Nakagawa, et al. // N Engl J Med. – 2002. – № 346. – Р. 1954-62.
12. Bandyopadhyay D. Oxidative stressinduced ischemic heart disease: protection by antioxidants / D. Bandyopadhyay, A. Chattopadhyay, G. Ghosh, A.G. Datta // Curr. Med. Chem. – 2004. – Vol. 11, N 3. – P. 369-387.