THE CHANGE IN THE CONTRACTILE ACTIVITY OF GUINEA-PIG AIRWAYS IN RESPONSE TO NANOPARTICLE INHALATION

Зайцева Т.Н.¹, Носарев А.В.²

¹Ассистент,

²профессор,

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации»

ИЗМЕНЕНИЕ СОКРАТИТЕЛЬНЫХ ОТВЕТОВ ВОЗДУХОНОСНЫХ ПУТЕЙ МОРСКИХ СВИНОК ПРИ ИНГАЛЯЦИИ НАНОЧАСТИЦАМИ

Аннотация

В результате поступления в организм наноразмерных частиц регистрировали изменение сократительной активности гладких мышц воздухоносных путей. Для определения подходов к коррекции подобных патологических процессов, необходимо выявление звеньев определяющих модуляцию сократительных ответов бронхов.  Предположили, что одним из  факторов воспалительной реакции, формирующейся при ингаляционном поступлении наночастиц, выступают активные формы кислорода.

Ключевые слова: гладкомышечные клетки, воздухоносные пути, наночастицы, активные формы кислорода.

Zaytceva T.N.¹, Nosarev A.V.²

¹Assistent,

²Professor,

Siberian State Medical University

THE CHANGE IN THE CONTRACTILE ACTIVITY OF GUINEA-PIG AIRWAYS IN RESPONSE TO NANOPARTICLE INHALATION

Abstract

As a result of exposure nanoparticles recorded change of contractile activity of smooth muscle of the airways. To determine the approaches to the correction of pathological processes necessary to identify links is determined by the modulation of contractile responses of the airways. We suppose that  reactive oxygen species is one of the  factors affecting the inflammatory response following inhalation exposure to nanoparticles.

Keywords: smooth muscle cells, airway, nanoparticles, Reactive Oxygen Species.

Исследования показывают, что при длительном воздействии наночастиц на систему органов дыхания формируется неспецифическое воспаление легких [1]. При этом воздухоносный тракт становится одним из первых органов-мишеней на пути воздействия наночастиц. Участвуя в защитных реакциях, макрофаги и гранулоциты многократно усиливают продукцию активных форм кислорода (АФК). В очаге воспаления в результате разрушения клеток появляются АФК, которые являются основными факторами в кислород-зависимой цитотоксичности фагоцитов [2]. Метаболиты и сами активные формы кислорода оказывают влияние на функционирование эпителия и гладких мышц воздухоносных путей, что может приводить к различным патологическим состояниям.

Материал и методы

Использовали половозрелых морских свинок-самцов. Животных экспериментальной группы подвергали воздействию аэрозоля взвеси наноразмерных частиц Fe₃O_4, CoFe₂O₄ (концентрация 0,025мг/мл), курс ингаляций проводили ежедневно в течение 14 дней по 60 минут, контрольную группу животных ингалировали дистиллированной водой. Методом механографии исследовали сократительную активность деэпителизированных изолированных кольцевых сегментов воздухоносных путей. Эффект тестирующих препаратов оценивали в процентах от амплитуды контрольного сокращения на гиперкалиевый раствор Кребса (40 мМ KCl), последнюю принимали за 100%.

Результаты

Для исследования сократительной активности гладких мышц воздухоносных путей использовали гистамин в концентрации 1нМ - 10мкМ. Действие гистамина на исследуемые сегменты приводило к дозозависимому сокращению, максимальная амплитуда которого достигалась при добавлении его в концентрации 10мкМ. Деэпителизированные сегменты контрольной группы развивали сокращение с максимальной амплитудой 41,7±5,4%, амплитуда максимального сокращения гладкомышечных сегментов, полученных от животных ингалированных магнетитом составила 48,4±6,4% и ингалированных ферритом кобальта - 82,2±4,7%.  Статистически значимые различия наблюдались при использовании гистамина в концентрации 10мкМ. Наноразмерные частицы феррита кобальта и, в меньшей степени, наночастицы магнетита потенцируют сократительный ответ на гистамин, что может иметь значение для формирования гиперреактивности воздухоносного тракта и отягощать течение бронхиальной астмы.

Для выяснения роли активных форм кислорода в модуляции сократительных ответов гладкомышечных сегментов воздухоносных путей, использовали наиболее устойчивую форму АФК – перекись водорода. Сегменты предобрабатывали в течение 30 минут раствором Кребса с Н₂О₂ в концентрации 5*10^-4 Моль/л, после чего добавляли гистамин в концентрации 1нМ - 10мкМ. В ответ на данное воздействие сегменты развивали максимальное сокращение амплитудой 51,3±7,7%. Увеличение максимальной амплитуды сократительного ответа на действие гистамина согласуется с подобным потенцирующим эффектом продолжительной ингаляции наночастиц, однако не может в полной мере объяснить действие наноразмерных частиц магнетита и феррита кобальта.

Заключение

Ингаляция наноразмерным магнетитом и ферритом кобальта потенцирует сократительный ответ гладких мышц на гистамин. Одним из возможных механизмов потенцирования сократительного ответа на гистамин выступает повышение внутри- и внеклеточной концентрации АФК, в частности супероксид анион радикала и перекиси водорода. Активные формы кислорода могут образовываться на поверхности наночастиц как в самих клетках-мишенях, так и в результате активации клеток микроокружения при захвате ими наноразмерных частиц и их агломаретов. Предобработка сегментов перекисью водорода потенцирует гистаминэргический сократительный  ответ. Полученные нами данные подтверждают выдвинутую гипотезу о вкладе АФК в формирование гиперчувствительности к гистамину в условиях ингаляционного введения наночастиц, однако не исключают и других механизмов потенцирования сократительных ответов наночастицами.  Таким образом, активация противооксидантной системы организма может уменьшить последствия неспецифического воспаления, вызванного ингаляционным поступлением наночастиц в организм, и может помочь в поиске методов и подходов лечения таких заболеваний, как бронхиальная астма и легочная гипертензия.

Литература

1. André E. Inhalation of ultrafine carbon particles triggers biphasic pro-inflammatory response in the mouse lung / André E., Stoeger T., Takenaka S., et all // Eur. Respir. J. – 2006. – Vol. 28, N2 . – Р. 275-285
2. Rosanna D.P. Reactive oxygen species, inflammation, and lung diseases / Rosanna D.P., Salvatore C. // Curr. Pharm. Des. – 2012.– Vol. 18, N26. – P.3889-3900.