A COMPARATIVE STUDY OF THE CEREBROPROTECTIVE ACTIVITY OF SCUTELLARIAPOLYODON JUZ. AND ALCHEMILLA TREDECIMLOBA BUSER ON LABORATORY ANIMALS WITH BRAIN ISCHEMIA

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ НАУКИ / PHARMACEUTICS

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.118.4.104               

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЦЕРЕБРОПРОТЕКТОРНОЙ АКТИВНОСТИ ШЛЕМНИКА МНОГОЗУБОГО И МАНЖЕТКИ ТРИНАДЦАТИЛОПАСТНОЙ НА ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ ПРИ ИШЕМИИ МОЗГА

Научная статья

Арльт А.В.^*

ORCID: 0000-0001-5721-0613,

Пятигорский медико-фармацевтический институт, Пятигорск, Россия

^* Корреспондирующий автор (prk[at]pmedpharm.ru)

Аннотация

В результате неврологических когнитивных дисфункций как следствие происходят деструктивные изменения биохимических показателей в различных отделах головного мозга. В основе сдвига биохимических этапов мозга возможно присутствие следующих звеньев патогенеза: эксайтотоксичности, окислительно-воспалительного каскада, недостатка пластичности нейронов. Благодаря этому, в результате разнообразных причинно-следственных механизмов – естественного изнашивания, бактериально-вирусных повреждений мозга (а именно, менингит, Covid-19), черепно-мозговые травмы, необходима обязательная восстановительная терапия средствами, обладающими нейропротективными эффектами. Ведется активный поиск веществ синтетического и природного происхождения, которые могли бы замедлять процессы развития патологии, балансировать несвоевременную утрату функционирования нейронов, и усилить объективную возможность успешного исхода течения патологии. Задачей настоящего анализа является проведение сравнительной оценки церебропротекторной активности водного экстракта из травы шлемника многозубого (scutellariapolyodumjuz.) и водного экстракта, полученного из надземной части манжетки тринадцатилопастной (alchemikkatredecimlobabuser) при экспериментальном моделировании ишемии головного мозга у крыс. Нейрокогнитивные эффекты водных экстрактов из травы шлемника многозубого и водного экстракта из надземной части манжетки тринадцатилопасной изучали в дозах 50 и 100 мг/кг массы животного (профилактическое однократное введение, в течении 7 дней). Полученные результаты показали, что профилактическое введение изучаемых водных экстрактов после ишемии мозга продемонстрировало статистически явные отличия относительно серии экспериментов с контролем. Так, под воздействием водного экстракта шлемника многозубого в дозе 100 мг/кг отмечали снижение фазы гиперперфузии и нивелирование фазы гипоперфузии в постишемическом периоде относительно контрольной серии.

Ключевые слова: эксперимент, лабораторные животные, экстракты, шлемник многозубый, манжетка тринадцатилопастная, мозговой кровоток, артериальное давление, ишемия.

A COMPARATIVE STUDY OF THE CEREBROPROTECTIVE ACTIVITY OF SCUTELLARIAPOLYODON JUZ. AND ALCHEMILLA TREDECIMLOBA BUSER ON LABORATORY ANIMALS WITH BRAIN ISCHEMIA

Research article

Arlt A.V. ^*

ORCID: 0000-0001-5721-0613,

Pyatigorsk Medical and Pharmaceutical Institute, Pyatigorsk, Russia

^* Corresponding author (prk[at]pmedpharm.ru)

Abstract

As a result of neurological cognitive dysfunctions, as a consequence, destructive changes in biochemical parameters occur in various parts of the brain. The shift of the biochemical stages of the brain may be based on the presence of the following pathogenesis links: excitotoxicity, oxidative-inflammatory cascade, lack of neuron plasticity. Due to this, as a result of various causal mechanisms, such as natural wear and tear, bacterial and viral brain damage (namely, meningitis, Covid–19), traumatic brain injuries, mandatory restorative therapy with neuroprotective effects is necessary. Currently, there is an active search for substances of synthetic and natural origin that could slow down the development of pathology, balance the untimely loss of neuronal functioning, and strengthen the objective possibility of a successful outcome of the pathology. The aim of this analysis is to conduct a comparative assessment of the cerebroprotective activity of an aqueous extract from the grass of the SCUTELLARIA POLYODUM JUZ. and an aqueous extract obtained from the aboveground part of alchemilla tredecimloba buser during experimental modeling of cerebral ischemia in rats. The neurocognitive effects of aqueous extracts from the grass of the above-mentioned plants were studied at doses of 50 and 100 mg/kg of animal weight (prophylactic single administration in the course of 7 days). The results obtained demonstrate that the prophylactic administration of the studied aqueous extracts after cerebral ischemia shows statistically clear differences relative to the control series of experiments. For example, under the influence of an aqueous extract of Scutellaria Polyodum Juz at a dose of 100 mg/kg, the study notes a decrease in the hyperperfusion phase and leveling of the hypoperfusion phase in the post-ischemic period relative to the control series of studies.

Keywords: experiment, laboratory animals, extracts, scutellaria polyodon juz., alchemilla tredecimloba buser, cerebral blood flow, arterial pressure, ischemia.

Введение

Шлемник многозубый [Scutellaria polyodon Juz.] содержит в основе флавоноиды: байкалин, скутеллярин. Данный растительный объект по данным литературы имеет отличительные особенности, обладая общеукрепляющим, кардиотоническим, антисклеротическим, антигистаминными свойствами, оказывает желчегонный, незначительный слабительный, диуретический, отхаркивающий результат, обладает противовоспалительным эффектом. Экстракт манжетки тринадцатилопастной (Аlchemillatredecimlobabuser) содержит комплекс фенольных соединений, эфирного масла, аминокислот и минеральных веществ [1], [2], [9], [10]. Выявлена достаточно эффективная активность экстрактов из манжетки обыкновенной в отношении капилляроустойчивости и адаптации процессов микроциркуляторного русла при экспериментальной модели инфаркта миокарда [3], [7]. Таким образом, на основании литературных данных и проведенных исследований препараты на основе флавоноидов манжетки обыкновенной имеют возможность быть использованными для совокупной терапии заболеваний, сочетавшихся феноменом повышенной вязкости крови, (атеросклерозе, ишемическом инсульте, инфаркте миокарда, гипертонической болезни).

Цель исследования

Сравнительное изучение влияния водного экстракта из травы шлемника многозубого и водного экстракта из манжетки тринадцатилопастной на изменение параметров объёмной скорости мозгового кровотока и изменение значений артериального давления в условиях ишемии головного мозга в эксперименте у лабораторных крыс.

Материалы и методы исследования

Для измерения параметров объемной скорости церебрального кровотока (ОСМК) при изучении церебропротекторной активности использовали технологию водородного клиренса и прямой способ измерения артериального давления (АД) на наркотизированных крысах (хлоралгидрат, 300 мг/кг массы животного). Ишемию мозга вызывали путем перевязки сонных артерий. Вдоль трахеи раздвигали мышцы и выделяли сонные артерии. Отпрепарированные сонные артерии после перевязки обрабатывали этиловым спиртом (70%). В эксперименте участвовали 40 взрослых крыс-самцов серии Wistar массой 200-220 г. С лабораторными животными работали в соответствии с действующими «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» и «Международными рекомендациями по проведению медико-биологических исследований с использованием животных». Все манипуляции с экспериментальными животными проводились согласно стандарту Российской Федерации ГОСТ Р-53434-2009 «Принципы надлежащей лабораторной практики». Перед началом эксперимента у изучаемых объектов по методике Кёрбера исследовали токсикологические свойства. Выбор доз определён исходя из определения острой токсичности от LD50. LD50 исследуемых извлечений больше 3100 мг/кг, что по параметрам токсикометрии [4] относится к VI классу – относительно безвредные вещества. Определение острой токсичности сухого экстракта манжетки тринадцатилопастной проводили по методу Кѐрбера [8]. Белым мышам массой 18-20 г внутрь через зонд вводили по 0,5 мл суспензии экстракта.

С подъёмом вводимой дозы повышался объём суспензии, что сочеталось дробным введением исследуемого экстракта через 3 часа в возможном объёме. При измерении острой токсичности опытные животные не погибли при введении в желудок (путем принудительного зондирования) 5000 мг/кг суммарного экстракта манжетки.

Проведен в течение четырёх недель мониторинг за: двигательной активностью, присутствием судорог, согласованности движений, реакций на факторы раздражения, активностью скелетной мускулатуры, дыханием, положением кожного покрова, шерсти и окраски заметных слизистых оболочек, использованием воды и пищи, массой тела не выявили значимых отклонений по сравнению с контрольным классом животных.

Далее, для изучения церебропротекторной фармакологической активности нами определены дозы исследуемых объектов 50 и 100 мг/кг (1/100 и 1/50 от LD50 от максимальной дозы при определении острой токсичности). Контрольной группе животных вводили воду очищенную, в соответствующих объемах.

Проведено 5 серий экспериментов с использованием по 8 крыс в каждой группе. Вторая группа животных получала экстракт из травы шлемника многозубого, предварительно растворенный в дистиллированной воде, в дозе 50 мг/кг (1 мл, в/б). Третья группа лабораторных крыс получала экстракт из травы шлемника многозубого, предварительно разведенный в дистиллированной воде, в дозе 100 мг/кг (1 мл, в/б).

Четвертой группе животных вводили экстракт манжетки тринадцатилопастной в приёме 50 мг/кг (1 мл, в/б), пятой группе животных вводили водный экстракт манжетки тринадцатилопастной в дозе 100 мг/кг, (1 мл, в/б). Все водные экстракты животным вводились профилактически на протяжении 7 дней однократно, по 1 мл, в/б. Составленные в результате экспериментов показания исследовали статистически с применением пакета прикладной программы STATISTICA 6.0. (StatSoft, USA) для операционной системы WINDOWS.

Результаты в таблицах показаны в виде средних величин с доверительной дистанцией (М+m) или среднеквадратичным отклонением. Использовали параметрические методы с применением t-критерия Стьюдента. Статистические различия в ряду групп не превышали р<0,05.

Результаты исследования

Результаты проведенных нами исследований по токсичности исследуемых растительных водных экстрактов из шлемника многозубого и манжетки тринадцатилопастной свидетельствуют о том, что согласно табуляции классов токсичности [4] исследуемые вещества относятся к VI классу токсичности – относительно безвредные вещества. При исследовании церебропротекторной активности выявили следующие показатели. В контрольных опытах, исходные значения ОСМК и АД, были соответственно равны: 123,6 ± 5,7 мл/100г/мин, 121,6 ± 3,9 мм рт. ст.

В контроле в постишемическом периоде наблюдали снижение АД до 26,4% на 60 минуте эксперимента, что приводило к достоверному уменьшению объёмной скорости мозгового кровотока к концу наблюдения в сравнении с исходом.

Ярко выражены в контрольных опытах фаза гиперперфузии (на 5-15 мин), увеличение скорости кровотока, и фаза гипоперфузии – резкое снижение скорости мозгового кровотока к 60 мин экспериментов падение до (-46,4%) [5], [6].

Таблица 1 –Влияние водного экстракта шлемника многозубого на изменение объёмной скорости мозгового кровотока в постишемическом периоде (50 и 100 мг/кг, в/б)n=8

Время после введения	Контроль ОCМК мл/100г/мин	Водный экстракт шлемника многозубого 50 мг/кг	Водный экстракт шлемника многозубого 100 мг/кг
Исход	123,6±5,7	115,4±5,3	104,2±6,1
5 мин после ишемии	+23,4 ± 3,1*	+19,7±4,8*	+8,7±4,1#
15 мин	+5,2 ± 2,7	-14,4±2,6*#	+10,3±2,1*
30 мин	-16,3 ± 3,1*	-10,3±7,2	+2,8±4,4#
45 мин	-24,6 ±3,4*	-17,6±4,5	-5,4±2,3#
60 мин	-46,4 ± 2,8*	-24,3±5,2	-15,0±4,4*#

Примечание:* - достоверно относительно исходных данных;# - достоверно относительно контрольных опытов

Таблица 2 – Влияние водного экстракта манжетки тринадцатилопастной на изменение объёмной скорости мозгового кровотока в постишемическом периоде (50 и 100 мг/кг, в/б)n=8

Время после введения	Контроль ОCМК мл/100г/мин	Водный экстракт манжетки тринадцатилопастной 50 мг/кг	Водный экстракт манжетки тринадцатилопастной 100 мг/кг
Исход	123,6±5,7	125,7±3,8	97,7±5,2
5 мин после ишемии	+23,4 ± 3,1*	+21,7±5,9*	+8,7±4,1$
15 мин	+5,2 ± 2,7	-5,4±4,5	+2,3±6,1*
30 мин	-16,3 ± 3,1*	-17,7±5,7*	-1,8±4,4
45 мин	-24,6 ± 3,4*	-23,6±6,4*	-5,6±4,3#
60 мин	-46,4 ± 2,8*	-39,3±7,8*	-11,3±4,7*#

Примечание:* - достоверно относительно исходных данных;# - достоверно относительно контрольных опытов

Результаты показывают, что относительно исходных и контрольных значений водный экстракт из шлемника многозубого в дозе 50 мг/кг достоверно снижал объёмную скорость мозгового кровотока с 15 по 120 мин эксперимента в среднем на 15-24%. После ишемии мозга через 5 мин ярко проявилась фаза гиперперфузии (увеличение объёмной скорости мозгового кровотока (+19,7±4,8*)).

При введении водного экстракта шлемника многозубого в дозе 100 мг/кг с 5-й мин эксперимента показало снижение уровня объёмной скорости мозгового кровотока (уменьшение фазы гиперперфузии), которое сохранялось на протяжении всего эксперимента (60 мин), однако падение объёмной скорости кровотока было плавным, и не таким значимым как в контрольной группе животных, что говорит о нивелировании фазы гипоперфузии в постишемическом периоде.

Таблица 3 – Влияние водного экстракта шлемника многозубого на изменение артериального давления в постишемическом периоде (50 мг/кг, в/б)n=8

Время после введения	Контроль АД мм рт.ст	Водный экстракт манжетки тринадцатилопастной 50 мг/кг	Водный экстракт манжетки тринадцатилопастной 100 мг/кг
Исход	121,6±3,9	113,4±3,8	109,3±7,5
5 мин после ишемии	-10,4 ± 4,8*	-21,7±5,9*	-8,7±4,1
15 мин	-15,2 ± 3,2	-5,4±4,5*	-2,3±6,1#
30 мин	-16,4 ± 5,6*	-11,7±5,7*	-1,8±4,4#
45 мин	-24,6 ± 4,7*	-19,6±6,4*	-5,6±4,3#
60 мин	-26,4 ± 2,5*	-22,3±7,8*	-10,3±4,7#

Примечание:* - достоверно относительно исходных данных;# - достоверно относительно контрольных опытов

В контрольной серии опытов наблюдали снижение артериального давление в постишемическом периоде на протяжении 60 минут до 26,4%. В дозе 50 мг/кг, при профилактическом введении водный экстракт шлемника многозубого также имел тенденцию к снижению артериального давления примерно сходную с контрольной серией опытов. Достоверные значения наблюдались к исходным значениям. Приведенные результаты показывают, что исходные значения артериального давления на фоне водного экстракта манжетки тринадцатилопастной в дозах 50 и 100 мг/кг практически незначимо отличались от значений контрольной серии опытов. Однако под влиянием ишемии мозга уже через 5 мин в дозе 50 мг/кг наблюдали снижение уровня артериального давления на 21,7% снижение практически наблюдали до финала эксперимента. В дозе 100 мг/кг снижение артериального давления было намного меньше относительно исхода и ниже относительно контрольной серии опытов (снижение до -10,3%. Достоверно относительно контрольной серии).

Таблица 4 – Влияние водного экстракта манжетки тринадцатилопастной на изменение артериального давления в постишемическом периоде (50 и 100 мг/кг, в/б)n=8

	Контроль АД мм рт.ст	Водный экстракт шлемника многозубого 50 мг/кг	Водный экстракт шлемника многозубого 100 мг/кг
Исход	121,6±3,9	110,4±7,4	109,6±3,7
5 мин после ишемии	-10,4 ± 4,8*	-19,7±4,8*	-8,7±4,1#
15 мин	-15,2 ±3,5	-24,4±2,6*	-10,3±2,1
30 мин	-16,4 ± 5,6*	-28,3±7,2*	-12,4±6,3
45 мин	-24,6 ±4,7*	-27,6±4,5*	-25,4±6,1*
60 мин	-26,4 ± 2,5*	-34,3±5,2*	-29,0±5,7*

Примечание:* - достоверно относительно исходных данных;# - достоверно относительно контрольных опытов

При введении манжетки тринадцатилопастной в дозах 50 и 100 мг/кг значимых изменений по сравнению с контрольной серией опытов практически не наблюдали, изменения были относительно исходных фоновых значений (снижение уровня артериального давления на 34,3% и 29,0 % соответственно).

Заключение

Как видно из таблиц, под влиянием водного экстракта шлемника многозубого при 7-дневном профилактическом введении в дозе 100 мг/кг отмечали достоверное снижение фазы гиперперфузии и нивелирование фазы гипоперфузии в постишемическом периоде относительно контрольной серии опытов. Также наблюдалось уменьшение снижения артериального давления в постишемическом периоде.

Можно предположить, что водный экстракт из шлемника многозубого в дозе 100 мг/кг в постишемическом периоде обладает церебропротекторным влиянием.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Списоклитературы / References

1. БабаянМ.С. АминокислотныйиминеральныйсоставытравыAlchemilla tredecimloba / БабаянМ.С., ЧеломбитькоВ.А. //Химияприрод. соединений. – 2007. – № 2. – С. 198–199.
2. Бабаян М.С.Сравнительный аминокислотный состав травы манжетки тринадцатилопастной (alchemillatredecimlobabuser) и травы манжетки твердой (alchemilladurabuser.) / М. С. Бабаян, Д. А.Коновалов //Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 4.
3. Вайс Р.Ф. Фитотерапия: руководство / пер. с нем.; Р.Ф. Вайс, Ф. Финтельманн. – М.: Медицина. – 2004. – 552 с.
4. Измеров Н.Ф. Параметры токсикометрии промышленных ядов при однократном воздействии: Справочник. / Н. Ф. Измеров, И .В. Саноцкий, К. К. Сидоров. – М., 1977.
5. Биологическая активность соединений, полученных синтетическим путем / М.Н. Ивашев и др. // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 7. – Ч. 2. -С. 441-444.
6. Влияние бутанольной фракции из листьев форзиции промежуточной на мозговое кровообращение / А.В. Арльт, В.С. Давыдов, М.Н. Ивашев, Г.В. Масликова // Кубанский научный медицинский вестник. – 2011. – № 5.– С. 10-12.
7. Тутельян В.А. Биологически активные вещества растительного происхождения. Флавонолы и флавоны: распространенность, пищевые источники, потребление / В. А. Тутельян, Н. В. Лашнева // Вопр. питания. – 2013. -Т. 82, – № 1. – C. 4-22.
8. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств / А. Н. Миронов, Н. Д. Бунатян и др. – 2012. – 944 с.
9. Flavonoid intake and cardiovascular disease mortality in a prospective cohort of US adults / McCullough M.L., Peterson J.J., Patel R. et al // Am. J. Clin. Nutr. – 2012. – Vol. 95. – Pp. 454-464.
10. Зверев Я.Ф. Флавоноиды как перспективные природные антиоксиданты / Зверев Я.Ф., Брюханов В.М. // Бюл. мед. науки. – 2017. – № 1. – C. 20-27.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Babayan M.S. Aminokislotnyy i mineralnyy sostavy travy Alchemilla tredecimloba [Amino acid and mineral compositions of the herb Alchemilla tredecimloba]. / Babayan M.S., Chelombitko V.A. // Khimiya prirod. soyedineniy [Chemistry of nature. Compounds]. – 2007. – No. 2. – pp. 198-199. [in Russian]
2. Babayan M.S. Sravnitelnyy aminokislotnyy sostav travy manzhetki trinadtsatilopastnoy (alchemillatredecimlobabuser) i travy manzhetki tverdoy (alchemilladurabuser.) [Comparative amino acid composition of the grass of the thirteen-blade cuff (alchemillatredecimlobabuser) and the grass of the hard cuff (alchemilladurabuser.)]./ M. S. Babayan. D. A. Konovalov // Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya [Modern problems of science and education]. – 2015. – № 4. [in Russian]
3. Weiss R.F. Fitoterapiya: rukovodstvo [Phytotherapy: manual] / translated from German; R.F. Weiss, F. Fintelmann. – M.: Medicine. – 2004. – 552 p. [in Russian]
4. Izmerov N.F. Parametry toksikometrii promyshlennykh yadov pri odnokratnom vozdeystvii: Spravochnik [Parameters of toxicometry of industrial poisons under single exposure: Guide]. / Izmerov N.F., Sanotsky I.V., Sidorov K.K. – M.,1977. [in Russian]
5. Biologicheskaya aktivnost soyedineniy. poluchennykh sinteticheskim putem[Biological activity of compounds obtained synthetically]. / M.N. Ivashev et al. // Fundamentalnyye issledovaniya [Fundamental research]. – 2012. – No. 7. Part 2. – pp. 441-444. [in Russian]
6. Vliyaniye butanolnoy fraktsii iz listyev forzitsii promezhutochnoy na mozgovoye krovoobrashcheniye [Influence of butanol fraction from leaves of forsythia intermediate on cerebral circulation] / A.V. Arlt, V.S. Davydov, M.N. Ivashev et al. // Kubanskiy nauchnyy meditsinskiy vestnik [Kuban Scientific Medical Bulletin]. – 2011. – No. 5. – pp. 10-12.[in Russian]
7. Tutelyan V.A. Biologicheski aktivnyye veshchestva rastitelnogo proiskhozhdeniya. Flavonoly i flavony: rasprostranennost. pishchevyye istochniki. potrebleniye [Biologically active substances of plant origin. Flavonols and flavones: prevalence, food sources, consumption] / V. A. Tutelian. N. V. Lashneva // Vopr. pitaniya [Vopr. 22. Nutrition]. – 2013. – Vol. 82,No. 1. – pp. 4-22. [in Russian]
8. Rukovodstvo po provedeniyu doklinicheskikh issledovaniy lekarstvennykh sredstv[Guidelines for conducting preclinical studies of medicines] /Mironov A.N., Bunatyan N.D. et al. – 2012. – 944 p.[in Russian]
9. Flavonoid intake and cardiovascular disease mortality in a prospective cohort of US adults / McCullough M.L., Peterson J.J., Patel R. et al // Am. J. Clin. Nutr. – 2012. – Vol. 95. – Pp. 454-464.[in Russian]
10. Zverev Ya.F. Flavonoidy kak perspektivnyye prirodnyye antioksidanty [Flavonoids as promising natural antioxidants] / Ya. F. Zverev, V. M. Bryukhanov // Byul. med. nauki. – 2017. – No 1. – pp. 20-27.[inRussian]