CC BY
21
ФИЗИОЛОГИЯ
УДК 612.821.6
ВЛИЯНИЕ НИТРАТА НАТРИЯ НА РАЗВИТИЕ
НЕВРОЛОГИЧЕСКОГО ДЕФИЦИТА У КРЫС
ПРИ НЕПОЛНОЙ ГЛОБАЛЬНОЙ ИШЕМИИ МОЗГА
В.С. Кузенков, А.Л. Крушинский, В.П. Реутов1
(кафедра физиологии человека и животных; кафедра высшей нервной деятельности)
Было изучено дозозависимое влияние нитрата натрия (NaNO3) на динамику неврологических нарушений и смертность крыс в результате ишемии мозга, вызванной одномоментной двусторонней перевязкой общих сонных артерий. NaNO3 в дозах 50 мг/1000 г и 500 мг/1000 г уменьшал тяжесть неврологических нарушений и смертность крыс. NaNO3 в дозе 5 мг/1000 г не оказывал достоверного эффекта.
Ключевые слова: нитраты, оксид азота, ишемия мозга.
В настоящее время проблема воздействия нитритов и нитратов на организм человека и животных приобретает все большее значение. Это связано прежде всего с увеличением использования данных соединений в промышленности, сельском хозяйстве, фармакологии и медицине. С продуктами питания, водой, воздухом и медицинскими препаратами эти вещества поступают в живые организмы. Нитриты и нитраты способны эндогенно синтезироваться в организме из Ь-аргинина с образованием в качестве промежуточного соединения оксида азота [1—3]. Оксид азота (N0) является важным регулятором физиологических функций у человека и животных в норме и патологии [3—7]. Интерес к N0 в большой степени обусловлен разнообразием его физиологических функций. Оксид азота участвует в синап-тической передаче и способствует выделению ней-ромедиаторов, выполняет роль активного вазодиля-татора, ингибирует агрегацию тромбоцитов [8—11]. Наряду с регуляторными функциями N0 обладает нейротоксическими свойствами, которые проявляются в условиях избыточного синтеза [12]. Основным субстратом синтеза этого вещества является Ь-аргинин. Синтез N0 происходит под действием N0-синтазы. Оксид азота и продукты его метаболизма способны участвовать в циклических взаимопревращениях [1]. Поэтому N0 может образовываться не только из Ь-аргинина, но и из ионов N02, которые восстанавливаются в N0 при участии гем-содержащих белков. Ионы N02 в свою очередь могут образовываться путем восстановления ионов N03 под действием нитратредуктаз [13—15]. Особенно интенсивно такой ряд трансформации N03 ^ ^ N02 ^ N0 протекает в условиях дефицита кислорода [16—19].
В предыдущих исследованиях нами было показано протекторное влияние N0-генерирующих соединений и Ь-аргинина на действие стрессирую-щего фактора, приводящего к сердечно-сосудистым нарушениям и внутричерепным кровоизлияниям [20—22].
Целью настоящей работы явилось изучение влияния нитрата натрия (NN03) на динамику неврологических нарушений и смертность животных в результате ишемии мозга, вызванной одномоментной двусторонней перевязкой общих сонных артерий.
Материалы и методы
В опытах использовали 84 самца крыс линии Вистар массой 120—150 г. Были проведены три серии экспериментов.
Опытную группу животных в каждой серии составляли крысы с ишемией мозга. Для создания дефицита кровоснабжения мозга применяли классическую модель неполной глобальной ишемии, вызванной одномоментной двусторонней перевязкой общих сонных артерий [23—24]. Крысам под эфирным наркозом отсепаровывали и перевязывали общие сонные артерии. За 60 мин до перевязки сонных артерий животным вводили нитрат натрия в дозах 5 мг/1000 г (1-я серия), 50 мг/1000 г (2-я серия) и 500 мг/1000 г (3-я серия). Контрольную группу в каждой серии составляли ложнооперирован-ные крысы, которым под эфирным наркозом от-сепаровывали и перевязывали общие сонные артерии. За 60 мин до окончания операции животным вводили физиологический раствор в эквивалентном количестве. Длительность операции в обеих группах составляла не более 10 мин, затем крысы быст-
1 Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, г. Москва.
2 ВМУ, биология, № 1
ро восстанавливались после эфирного наркоза. После этого животных помещали в отдельные клетки и визуально оценивали динамику развития неврологического дефицита в баллах по методике балльной оценки неврологического состояния крыс после двухсторонней перевязки общих сонных артерий [25]. Основные признаки неврологического дефицита включали ограничение подвижности животного, птоз, гиперактивное поведение, насильственные движения (вращения, прыжки, судорожные и вращательные припадки), парезы конечностей, кому и смерть. По шкале балльной оценки легкая степень неврологической симптоматики составляет от 0 до 3 баллов (состояние, близкое к норме); средняя степень — от 3 до 6 баллов; тяжелая степень — от 7 до 24 баллов; 25 баллов — смерть. Неврологический дефицит отдельно взятого животного оценивали через каждые 30 мин в течение 8 ч. Суммарный балл неврологического дефицита по каждому промежутку времени усредняли для всех животных в группе. На основе полученных данных строили графики динамики неврологических нарушений, отложив по оси ординат баллы, по оси ординат — время. Оценку летальности проводили по гистограммам, отражающим процент выживших и умерших животных. Для статистического анализа полученных данных по динамике неврологического дефицита использовали дисперсионный факторный анализ А№0УА. Для оценки летальности неврологических проявлений применяли критерий Фишера.
группы крыс ниже, чем у контрольной группы (рис. 1). Смертность в опытной группе животных была также достоверно ниже, чем в контрольной группе (рис. 3, а).
В третьей серии экспериментов нитрат натрия в дозе 500 мг/кг оказал наибольшее протекторное действие на крыс с окклюзией двух сонных артерий, о чем свидетельствует наименее интенсивное нарастание неврологических нарушений в опытной группе животных по сравнению с контрольными крысами (рис. 2). Снижение нарастания неврологического дефицита у опытных животных по сравнению с контрольными начинается с 60 мин и продолжается до конца эксперимента. Смертность у крыс, которым вводили нитрат натрия в дозе 500 мг/кг, была достоверно ниже (р < 0,01), чем у контрольных животных (рис. 3, б).
Таким образом, нами было показано дозозави-симое влияние нитрата натрия на развитие неврологических нарушений и смертность животных, вы-
Результаты и обсуждение
В первой серии опытов (№N03 в дозе 5 мг/1000 г) при оценке динамики неврологического дефицита и смертности у крыс статистически достоверных различий между опытными и контрольными животными выявлено не было.
Во второй серии экспериментов нитрат натрия в дозе 50 мг/1000 г оказал некоторое протекторное влияние на неврологический дефицит у крыс линии Вистар. Это проявилось в менее интенсивном развитии тяжелой неврологической симптоматики и смертности у опытных животных по сравнению с контрольными. Так, на временном интервале 210—420 мин видно, что интенсивность нарастания неврологического дефицита у опытной
Рис. 1. Влияние NN03 в дозе 50 мг/1000 г на развитие неврологического дефицита при неполной глобальной ишемии мозга: 1 — контроль, п = 14; 2 — опыт,
п = 14; *р < 0,05
Рис. 2. Влияние NN03 в дозе 500 мг/1000 г на развитие неврологического дефицита при неполной глобальной ишемии мозга: 1 — контроль, п = 14; 2 — опыт,
п = 14; *р < 0,05
Рис. 3. Влияние NaNO3 на смертность крыс при неполной глобальной ишемии мозга: а) 1 — контроль, n = 14; 2 — NaNO3 в дозе 50 мг/1000 г, n = 14; *p < 0,05; б) 1 — контроль, n = 14; 2 — NaNO3 в дозе 500 мг/1000 г, n = 14; **p < 0,01
званных одномоментной двусторонней перевязкой общих сонныгх артерий. Известно, что окклюзия двух сонныгх артерий выгзытает развитие острой церебральной ишемии и запускает каскад патобиохимических реакций в головном мозге, вызывая повреждения нейронов и глии [23]. Протекторный эффект нитрата натрия в дозах 50 и 500 мг/1000 г можно объяснить тем, что нитраты трансформируются в нитриты, которые в свою очередь становятся источником N0. Известно, что в условиях гипоксии/ишемии мозга возрастает ферментативная активность нитратредуктаз и нитритредуктаз, которые осуществляют цепь превращений N03 ^N0 ^ N0 [1, 15].
Оксид азота, являясь сильным ва-зодилятатором, способен увеличивать скорость кровотока в мозге [3, 26], ингибировать агрегацию тромбоцитов [5, 8]. Поэтому оксид азота может уменьшать гипоксию/ишемию мозга, возникающие в результате перевязки сонныгх артерий. Этим можно объяснить меньшее проявление неврологических нарушений и снижение смертности в опыгтныгх группах. Кроме того, умеренное повышение содержание оксида азота и продуктов его метаболизма индуцирует пространственное перераспределение белков из растворимого в мембранно-связанное состояние. При этом может значительно увеличиваться как стабильность этих белков, так и стабильность мембран. Также могут активироваться многие ферментные системы, включая ферменты гликолиза, участвующие в синтезе АТФ [1], что также может снижать последствия ишемии и гипоксии мозга, возникающие в результате перевязки сонных артерий. Отсутствие протекторного влияния нитрата натрия в дозе 5 мг/1000 г, вероятно, связано с недостаточным уровнем синтеза N0 из-за низкой концентрации нитрата натрия.
СПИСОК ЛИТЕРТУРЫ
1. Реутов В.П., Сорокина Е.Г., Охотин В.Е., Коси-цин Н.С. Циклические превращения оксида азота в организме млекопитающих. М.: Наука, 1997. 156 с.
2. Раевский К.С, Башкатова В.Г., Ванин А.Ф. Роль оксида азота в глутаматергической патологии мозга // Вестн. РАМН. 2000. № 4. С. 11-15.
3. Каменский А.А, Савельева К.В. Оксид азота и поведение. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2002. C. 156.
4. Moneada S, Palmer R.M.J, Higgs E.A. Nitric oxide: phisiology, patophisiology, and pharmacology // Pharmacol. Rev. 1992. Vol.43. P. 109-142.
5. Марков X.M. Окись азота и окись углерода — новый класс сигнальных молекул // Усп. физиол. наук. 1996. Т. 27. № 4. С. 30—43.
6. Реутов В.П, Сорокина Е.Г. NO-синтазная и нит-ритредуктазная компоненты цикла оксида азота // Биохимия. 1998. Т. 63. № 7. С. 1029—1040.
7. Ванин А.Ф. Оксид азота в биомедицинских исследованиях // Вестн. Рос. акад. мед. наук. 2000. № 4. С. 3—5.
8. Radomski M.W, Palmer R.M.J, Moneada S. Comparative pharmacology of endotelium-derived relaxing factor // Nature. 1987. Vol. 327. P. 524—527.
9. Турин А.В. Функциональная роль оксида азота в центральной нервной системе // Усп. физиол. наук. 1997. Т. 28. № 1. С. 53—60.
10. Дьяконова Т.Л., Реутов В.П. Влияние нитрита на возбудимость нейронов мозга виноградной улитки // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 1998. Т. 84. № 11. С. 1264—1272.
11. Ситдикова Г.Ф., Зефиров А.Л. Газообразные посредники в нервной системе // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2006. Т. 92. № 7. C. 872—882.
12. Башкатова В.Г., Раевский К.С. Оксид азота в механизмах повреждения мозга, обусловленных нейроток-сическим действием глутамата // Биохимия. 1998. Т. 63. № 7. С. 1020—1028.
13. Реутов В.П, Сорокина Е.Г, Косицин Н.С, Охотин В.Е. Проблема оксида азота в биологии и медицине и принцип цикличности. М.: Изд-во УРСС, 2003. C. 94.
14. Lundberg J.O, Weitzberg E. NO Generation from nitrite and its role in vascular control // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2005. Vol. 25. P. 915—922.
15. Marietta M.A., Yoon P.S., Iyengar R.T., Leaf C.D., Wishnok J.S. Macrophage oxidation of L-arginine to nitrite and nitrate: nitric oxide is an intermediate // Biochemistry. 1988. Vol. 27. P. 8706—8711.
16. Millar T.M., Stevens C.R., Blake D.R. Xantine oxidase can generate nitric oxide from nitrate in ishaemia // Biochem. Soc. Trans. 1997. Vol. 25. N 3. P. 528—531.
17. Samouilov A., Li H, Liu X., Zweier J.L. Characterization of the magnitude and kinetics of xanthine oxidase-catalyzed nitrate reduction: evaluation of its role in nitrite and nitric oxide generation in anoxic tissues // Biochemistry. 2003. Vol. 2. P. 1150—1159.
18. Martin H.M., Hancock J.T., Salisbury V., Harrison R. Role of xantine oxireductase as an antimicrobical agent // Infection and Immunity. 2004. Vol. 72. N 9. P. 4933—4939.
3 ВМУ, биология, № 1
19. Gladwin M.T. Hemoglobin as nitrite reductase regulating red cell-dependent hypoxic vasodilatation // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 2005. Vol. 32. N 5. P. 363-366.
20. Крушинский А.Л., Рясина T.B., Кошелев В.Б., Со-тская М.Н., Бебинов Е.М., Белых А.Г., Стрелков Р.Б., Коршунова Т.С., Ларский Э.Г. Протекторное действие разных видов и режимов адаптации к гипоксии на развитие стрессорных повреждений у крыс линии КМ // Фи-зиол. журн. СССР. 1989. Т. 75. № 11. С. 1576-1584.
21. Реутов В.П., Кузенков B.C., Крушинский АЛ, Кошелев В.Б., Рясина Т.В., Левшина И.П., Шуйкин Н.Н., Ко-сицин Н.С., Айрапетянц М.Г. Развитие стрессорных повреждений у крыс линии Крушинского—Молодкиной, генетически предрасположенных к судорожным припадкам, при действии NO-генерирующего соединения // Вести НАН Беларуси. Сер. мед.-биол. наук. 2002. № 1. С. 5—10.
22. Крушинский А.Л, Кузенков B.C., Реутов В.П., Кошелев В.Б., Алексеенко А.А., Сорокина Е.Г., Косицин Н.С.
Влияние L-аргинина на развитие стрессорных повреждений у крыс линии Крушинского—Молодкиной // Новости медико-биологических наук. 2004. № 1. С. 61—64.
23. Hossman K.-A. Experemental models for the investigation of brain ischemia // Cariovasc. Res. 1988. Vol. 39. P. 106—120.
24. Кошелев В.Б. Структурная перестройка кровеносного русла при экспериментальной гипертензии и адаптации к гипоксии: механизмы и регуляторные последствия: Дис. ... докт. биол. наук. М., 1990.
25. Саркисов К.Ю., Опиц Б., Оеме П. Влияние фрагмента субстанции Р (3—4) на течение ишемии мозга у крыс с разным типом поведения // Бюл. эксперимент. биол. и мед. 1996. Т. 121. № 4. С. 399—403.
26. Zhang F., Iadecola C. Nitroprusside improves blood flow and reduces brain damage after local ishemia // NeuroReport. 1993. Vol. 4. N 5. P. 559—562.
Поступила в редакцию 28.10.09
SODIUM NITRATE EFFECT ON DEVELOPMENT OF NEUROLOGICAL
DEFICIENCY IN RATS AFTER SEMI-GLOBAL BRAIN ISHEMIA
V.S. Kouzenkov, A.L. Krushinsky, V.P. Reutov
Dose-dependent effects of sodium nitrate (NaNO3) on the dynamic of neurological disorders after brain ischemia induced by bilateral occlussion of common carotid artery were investigated in rats of Wistar line. NaNO3 at 50 and 500 mg/1000 g decreased the death-rate and neurological disorders. NaNO3 at 5 mg/1000 g had no effect.
Key words: nitric oxide, sodium nitrate, brain ischemia.
Сведения об авторах
Кузенков Виктор Сергеевич — канд. биол. наук, ст. лаб. кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ. Тел. (495)303-81-17; е-mail: [email protected]
Крушинский Алексей Леонидович — канд. биол. наук, науч. сотр. кафедры высшей нервной деятельности биологического факультета МГУ. Тел. (499)238-32-81; е-mail: [email protected]
Реутов Валентин Палладиевич — докт. биол. наук, вед. науч. сотр. Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН. Тел. (495)390-85-96; е-mail: [email protected]
