Pathogenetic correction of oxidative stress by a new 3-hydroxypyridine derivative in experimental periodontitis
Pathogenetic correction of oxidative stress by a new 3-hydroxypyridine derivative in experimental periodontitis
Abstract
The increasing worldwide prevalence of chronic periodontitis is associated with low efficiency of the therapeutic process. In this regard, the development of new treatment methods combining the effects on various pathogenetic links of the pathogenetic process becomes the most urgent.
Objective: to study the effectiveness of a new complex compound LHT-2-20 in the correction of oxidative stress in experimental periodontitis.
Materials and methods: the research was carried out on the model of experimental periodontitis reproduced on 137 white mongrel rats. The efficiency of the new complex compound was evaluated by the indices of primary and secondary metabolites of lipoperoxidation, antioxidant cell potential, the changes of which were confirmed by the data of biochemiluminescence.
Research results. The new complex compound LHT-2-20 contributed to the reduction of the increased levels of free-radical oxidation indicators (diene conjugates, malonic dialdehyde in plasma and in erythrocytes during spontaneous and iron-induced oxidation), bringing them closer to the reference values. In addition, there was a recovery of enzyme antioxidant potential (catalase and superoxide dismutase), leading to normalization of their concentration by the end of the experiment.
Conclusion. The data obtained during the experiment allowed to confirm the important role of peroxidation processes in the progression of experimental periodontitis. The results of evaluation of the analysed parameters against the background of LHT-2-20 application indicate a pronounced decrease in the intensity of peroxidative processes and restoration of the antioxidant system.
1. Введение
Проблемы модернизации стратегий лечения воспалительных заболеваний пародонта и реализации новых методов терапии вызывают всё больший интерес, что обусловлено глобальной распространённостью данной нозологии , , . Развитие осложнений пародонтита, в том числе на фоне неэффективности проводимого лечения, приводит к ограничению качества жизни и трудоспособности больных , .
С учётом современных представлений о патогенетическом механизме прогрессирования пародонтита, одним из ключевых движущих факторов является дисбаланс прооксидантной и антиоксидантной систем. Активация перекисного окисления липидов (ПОЛ), интенсификация свободнорадикальных процессов, с одной стороны, и снижение активности антиоксидантной системы (АОС), с другой, способствуют прогрессированию воспалительно-деструктивных процессов в пародонтальных тканях , .
Согласно разработанным стандартам лечения хронического пародонтита основное место занимают нестероидные противовоспалительные средства (НПВС) . Кетопрофен, имеющий широкое применение в схемах терапии данной нозологии, не имеет антиоксидантной и антигипоксантной активности и не способен корригировать происходящие патологические сдвиги окислительного гомеостаза в пораженных тканях. В связи с данными недостатками возникает необходимость применения в терапии пародонтита препаратов комплексного антиоксидантного и противовоспалительного действия, синергизм составляющих которых позволит взаимно потенцировать лечебные эффекты, а также нивелировать нежелательные лекарственные реакции.
Целью исследования. Исследование эффективности нового комплексного соединения ЛХТ-2-20 в коррекции оксидативного стресса при экспериментальном пародонтите.
2. Материалы и методы
Экспериментальное исследование осуществляли на 137 белых обоеполых крысах массой 180-220 г. Исследование проводили по ранее отработанной методике путем воспроизведения экспериментальной модели пародонтита . Проведение эксперимента было одобрено решением локального этического комитета Медицинского института (протокол №102 от 31.01.2021 г.).
Все животные были разделены на 5 групп: интактная (n=15), контрольная (n=30), серия внутрижелудочного (в/ж) введения кетопрофена в дозе, соответствующей 2% показателя LD50 (n=30), серия в/ж введения 2-этил-6метил-3-гидроксипиридина сукцината (мексидола) в дозе, соответствующей 5 % показателя LD50 (n=30), серия в/ж введения нового комплексного соединения 2-этил-6-метил-3-гидроксипиридиния-2-(3-бензоилфенил)-пропаноата (лабораторное название ЛХТ-2-20) в дозе, соответствующей 2 % показателя LD50 (n=32). В контрольной серии лечение не проводилось. Синтез нового поликомпонентного соединения ЛХТ-2-20 был осуществлен в АО «ВНЦ БАВ», г. Старая Купавна (патент РФ на изобретение №2793537) . Курс лечения составил 10 дней. Контрольные исследования выполнены на 25 сутки после снятия лигатуры.
Оценка степени интенсивности биорадикальных механизмов повреждения проводилась по концентрациям первичных и вторичных продуктов липопероксидации - диеновых конъюгатов (DK), малонового диальдегида (MDA) плазмы и эритроцитов при спонтанном и железоиндуцированном (Fe-MDA) окислении. Исследование антиоксидантного клеточного потенциала проводилось по уровню основных ферментов – каталазы (CAT) плазмы и эритроцитов, супероксиддисмутазы (SOD). Для подтверждения определяемых изменений давалась оценка общей активности свободнорадикального окисления по параметрам биохемилюминесценции: максимальной интенсивности свечения (Imax), светосуммы хемилюминесценции (S).
Результаты исследования представлены в виде M±Ϭ, где M – среднее арифметическое, Ϭ – стандартное отклонение. Статистический анализ проводился с использованием однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) и параметрического критерия Тьюки. Изменения считались достоверными при вероятности ошибки меньше 1% (p<0,001). Данные расчеты проводили с использованием компьютерной программы IBM SPSS Statistics версии 20.0.
3. Основные результаты
При моделировании пародонтита определялось значительное повышение уровня DK в плазме на 126,7% (p<0,001), MDA в плазме и эритроцитах – на 84,8 % (p<0,001) и 61,9 % (p<0,001), Fe-MDA в плазме – на 106,3% (p<0,001), Fe-MDA в эритроцитах – на 73,4 % (p<0,001) соответственно относительно интактной серии. Наблюдалось угнетение активности CAT в плазме и эритроцитах относительно нормативных значений в 2,4 (p<0,001) и 1,8 (p<0,001) раза, SOD – в 2,5 раза (p<0,001) (табл. 1). Величина Imax преобладала над референсным значением на 97,2% (p<0,001), S - на 74,2 % (p<0,001). Полученные результаты подчёркивают неспособность нивелирования оксидативного стресса эндогенной антиоксидантной системой (см. табл. 1).
Таблица 1 - Активность свободнорадикального окисления и антиоксидатного потенциала при экспериментальном пародонтите
Показатель | Интактные животные (n=15) | Опытные серии | |||
Контроль (n=30) | Кетопрофен (n=30) | Мексидол (n=30) | ЛХТ-2-20 (n=32) | ||
DC, ед/мл | 0,15±0,02 | 0,34±0,05* | 0,29±0,05* | 0,22±0,04*^ | 0,18±0,04*^А |
MDA плазмы, мкмоль/л | 4,89±0,21 | 9,12±0,71* | 8,25±0,54* | 6,58±0,52*^ | 6,15±0,53*^А |
Fe-MDA плазмы, мкмоль/л | 9,56±0,44 | 19,80±1,52* | 17,68±0,69*^ | 14,53±0,63*^ | 12,36±0,51*^АВ |
MDA эритроцитов, мкмоль/л | 8,05±0,49 | 13,36±0,71* | 12,34±0,88* | 10,18±0,59*^ | 9,60±0,58*^А |
Fe-MDA эритроцитов, мкмоль/л | 17,49±1,42 | 30,26±1,01* | 28,41±0,86*^ | 24,28±0,87*^ | 21,33±0,82*^АВ |
CAT в плазме, ккат/с∙л | 1,17±0,13 | 0,51±0,08* | 0,62±0,07*^ | 0,77±0,08*^ | 0,89±0,06*^А |
CAT в эритроцитах, мккат/с∙л | 2,27±0,13 | 1,29±0,11* | 1,59±0,13*^ | 1,79±0,10*^ | 1,97±0,14*^А |
SOD, ед. акт. | 1,31±0,12 | 0,52±0,08* | 0,65±0,08* | 0,88±0,07*^A | 1,17±0,06*^АВ |
I max, mv/sec | 1,85±0,14 | 3,53±0,23* | 3,16±0,17*^ | 2,68±0,17*^ | 2,57±0,14*^А |
S, mv/sec | 26,77±1,06 | 48,80±1,76* | 40,18±1,73*^ | 33,39±1,29*^ | 30,66±1,63*^А |
Примечание: * – значимость различий по отношению к показателям интактных животных (p<0,001); ^ – значимость различий по отношению к показателям контрольной серии (p1<0,001); А – значимость различий по отношению к показателям серии применения кетопрофена (p2<0,001); В – значимость различий по отношению к показателям серии применения мексидола (p3<0,001) (однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA), критерий Тьюки)
При интрагастральном введении кетопрофена наметилась тенденция к ограничению увеличения концентраций первичных и вторичных продуктов липопероксидации на системном уровне, однако они все также превышали норму: DC – на 93,3% (р<0,001), MDA плазмы и эритроцитов на 68,7% (р<0,001) и 53,3% (р<0,001). Уровень Fe-MDA плазмы и эритроцитов оставался повышенным на 84,9% (р<0,001) и 62,4% (р<0,001) соответственно. Активность CAT в плазме и эритроцитах относительно референсных значений сохранялась сниженной на 47% (р<0,001) и 30% (р<0,001), активность SOD – на 50,4% (р<0,001). Биохемилюминесцентный анализ подтверждал преимущественную направленность окислительно-восстановительного баланса в пользу окислительных реакций, что подтверждалось преобладанием над нормой Imax на 70,8% (р<0,001) и ростом S на 50% (р<0,001) (см. табл. 1).
При применении мексидола также отмечалось снижение интенсивности свободнорадикальных механизмов повреждения. Так, уровень DC в плазме был ниже показателей контрольной серии на 35,3% (р1<0,001), однако все также превышал норму на 46,7% (р<0,001). Уровни MDA в плазме и эритроцитах были ниже аналогичных показателей опытной серии без лечения на 27,9% (р1<0,001) и 23,8% (р1<0,001), а Fe-MDA – на 26,6% (р1<0,001) и 19,8% (р1<0,001) соответственно. Концентрации показателей антиоксидантного потенциала сохранялись сниженными по отношению к аналогичным показателям интактной серии: CAT в плазме и эритроцитах – на 34,2% (р<0,001) и 21,1% (р<0,001), SOD – на 32,8% (р<0,001). Показатели биохемилюминесценции также были выше значений контрольной серии: Imax – на 44,9% (р<0,001), S – на 24,7% (р<0,001) (см. табл. 1).
При применении ЛХТ-2-20 уровень DC снизился на 50% (p1<0,001) относительно соответствующих значений контрольной серии, стремясь к значениям интактной серии. Также отмечалось снижение показателей MDA в плазме и в эритроцитах на 32,6% (p=0,46) и 28,1% (p=0,002) соответственно, Fe-MDA в плазме и в эритроцитах – на 37,6% (p<0,001) и 29,5% (p=0,124) соответственно относительно аналогичных значений серии контроля. Кроме того, уровень CAT в плазме и эритроцитах увеличился на 74,5 (p<0,001) и 52,7% (p<0,001) соответственно, SOD – на 125% (p<0,001) в сравнении с серией контроля. Также отмечалось снижение Imax и S на 27,2 (p<0,001) и 37,2% (p<0,001) соответственно (см. табл. 1).
Сравнительный анализ данных, характеризующих интенсивность свободнорадикальных процессов на фоне курса в/ж введения ЛХТ-2-20, с аналогичными данными курсов в/ж введения кетопрофена и мексидола выявил преимущество ЛХТ-2-20 в виде более значимого угнетения интенсивности процессов свободнорадикального окисления. Уровень DC при интрагастральном введении ЛХТ-2-20 в сравнении с сериями кетопрофена и мексидола снизился на 73,3% (р2<0,001) и 26,7% (р3=0,344) соответственно. Величины MDA в плазме снизились на 42,9% (р2<0,001) и 8,8% (р3=0,417) относительно серий применения кетопрофена и мексидола, MDA в эритроцитах – на 34% (р2<0,001) и 17,5% (р3=0,328) соответственно, Fe-MDA в плазме – на 55,6% (р2<0,001) и 22,7% (р3<0,001) соответственно, Fe-MDA в эритроцитах – на 40,4% (р2<0,001) и 16,8% (р3<0,001) соответственно (табл. 1). Вместе с тем, внутрижелудочное введение ЛХТ-2-20 обеспечило более эффективное восстановление антиоксидантного ферментного потенциала: активность CAT в плазме возросла на 23,9% (р2<0,001) и 10,3% (р3=0,035), в эритроцитах – на 16,8% (р2<0,001) и 7,9% (р3=0,026), соответственно относительно применения кетопрофена и мексидола. Значения SOD при терапии ЛХТ-2-20 были выше аналогичных данных на фоне эндогастрального введения кетопрофена и мексидола на 39,7% (р2<0,001) и 22,1% (р3<0,001). Показатели биохемилюминисценции подтверждали более выраженное подавление процессов свободнорадикального окисления: зафиксировано уменьшение Imax на 31,9% (р2<0,001) и 6,0% (р3=0,596), S – на 35,5% (р2<0,001) и 10,2% (р3=0,001) соответственно относительно курсов применения кетопрофена и мексидола (см. табл. 1).
4. Обсуждение
При моделировании экспериментального пародонтита определяется деструктивное действие свободных радикалов на соединительнотканный каркас пародонта, что подтверждается зафиксированным в ходе эксперимента значимым ростом маркеров процессов свободнорадикального окисления.
Курс терапии кетопрофеном позволил ограничить процессы биорадикального повреждения пародонтальных тканей, о чём говорит тенденция к снижению показателей липопероксидации, однако оцениваемые показатели оставались на высоком уровне относительно референсных значений, следовательно, коррекция биорадикальных процессов на системном уровне была недостаточной.
Применение мексидола обеспечило более эффективное ингибирование пероксидативных механизмов повреждения относительно аналогичных показателей группы контроля, но в сравнении с серией курсовой терапии кетопрофеном достоверных различий оцениваемых показателей не выявлено.
Курсовое применение нового комплексного соединения ЛХТ-2-20 способствовало выраженному уменьшению интенсивности процессов перекисного окисления и росту уровня антиоксидантных энзимов, превосходящее по эффективности в сериях с кетопрофеном и мексидолом, приближая определяемые показатели к интактным значениям.
5. Заключение
Экспериментальное моделирование пародонтита позволило подтвердить возникающие нарушения биорадикального гомеостаза, проявляющиеся выраженной активизацией процессов свободнорадикального окисления и истощением антиоксидантного клеточного потенциала с последующим развитием оксидативного стресса.
Новое соединение ЛХТ-2-20 при экспериментальном пародонтите ингибировало интенсивность свободнорадикальных процессов, приближая оцениваемые маркёры к референсным значениям, и восстановлению антиоксидантного потенциала, превосходя по эффективности кетопрофен и мексидол, что способствовало ограничению деструкции тканей пародонта.