Ulyanovsk Medico-biological Journal

PHYSIOLOGY

Download article

DOI 10.34014/2227-1848-2022-1-125-134

IMPACT OF LIPID PEROXIDATION ON COLLAGEN FIBRIL DEGRADATION IN EXPERIMENTAL PERIODONTITIS

A.N. Zakhvatov1, D.A. Khaydar2, T.V. Tarasova1, A.Yu. Parshina1, V.O. Timoshkin1

1 Ogarev Mordovia State University, Saransk, Russia;

2 Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), Moscow, Russia

 

Lipid peroxidation analysis and identification of the main damage predictors lead to introduction of new diagnostic and treatment technologies into medical practice.

The aim of the study was to evaluate the activity of free radical damage processes and identify their association with collagen metabolism disorders in the disease dynamics in experimental periodontitis.

Materials and Methods. An experimental study was carried out on 60 white non-linear rats. A rat model of periodontitis was reproduced according to K.D. Shkolnaya and V.G. Atrushkevich method (Patent RU No. 2625295, December 07, 2017). The overall activity of free radical oxidation and antioxidant potential was assessed according to biochemiluminescence parameters. Lipid peroxidation activity was assessed according to the parameters of primary and secondary peroxidation products. Collagen metabolism was assessed by P.N. Sharaev method.

Results. The rat model of periodontitis demonstrated a high level of free radical oxidation parameters. At the same time decrease in the antioxidant potential was observed throughout the experiment. It proved a significant inhibition of the antioxidant system ability to neutralize bioradical oxidation reactions. The resulting free radicals caused the collagen destruction, which formed the frame of the periodontal connective tissue structures. It was confirmed by hydroxyproline increase due to its free and peptide-bound fractions throughout the experiment. Finally, an increase in protein-bound hydroxyproline was determined against the background of high levels of free hydroxyproline, which was explained by the formation of pathological granulations and fibrillar collagen with an inferior short-chain structure.

Conclusion. Chronic periodontitis is characterized by disturbances in the bioradical balance followed by the oxidative stress development, which induces the dystrophy of periodontal collagen structures. The data obtained substantiate the use of collagen peroxidation and metabolism markers as diagnostic criteria to predict the course of periodontitis, and also prove the importance of antioxidants.

Key words: periodontitis, inflammation, oxidative stress, collagen destruction, antioxidants.

 

References

  1. Sinev I.I., Nesterov A.M., Sadykov M.I., Khaykin M.B. Sovremennyy vzglyad na kompleksnoe lechenie patsientov s khronicheskim lokalizovannym parodontitom sredney stepeni tyazhesti (obzor literatury) [Modern view on integrated treatment of patients with chronic localized periodontitis of medium severity (literature review)]. Aspirantskiy vestnik Povolzh'ya. 2020; 20 (1-2): 108–121. DOI: 0.17816/2072-2354.2020.20.1.108-121 (in Russian).

  2. Pereira Valerie Anithra, Pai B.S. Jagadish, Pattanshetty Rashmi S. A review on models of pathogenesis in periodontitis. International Journal of Advanced Research. 2017; 5: 1115–1124. DOI: 10.21474/IJAR01/6065.

  3. Baňasová L., Kamodyová N., Janšáková K. Salivary DNA and markers of oxidative stress in patients with chronic periodontitis. Clin. Oral Invest. 2015; 19: 201–207. DOI: 10.1007/s00784-014-1236-z.

  4. Usui M., Onizuka S., Sato T., Kokabu S., Ariyoshi W., Nakashima K. Mechanism of alveolar bone destruction in periodontitis – Periodontal bacteria and inflammation. Jpn. Dent. Sci. Rev. 2021; 57: 201–208. DOI: 10.1016/j.jdsr.2021.09.005.

  5. Mira A., Simon-Soro A., Curtis M.A. Role of microbial communities in the pathogenesis of periodontal diseases and caries. Journal of Clinical Periodontology. 2017; 44 (18): 23–38. DOI: 10.1111/jcpe.12671.

  6. Grigorkevich O.S., Mokrov G.V., Kosova L.Yu. Matriksnye metalloproteinazy i ikh ingibitory [Matrix metalloproteinases and their inhibitors]. Farmakokinetika i farmakodinamika. 2019; 2: 3–16. DOI: 10.24411/2587-7836-2019-10040 (in Russian).

  7. Kang W., Hu Z., Ge S. Healthy and Inflamed Gingival Fibroblasts Differ in Their Inflammatory Response to Porphyromonas gingivalis Lipopolysaccharide. Inflammation. 2016; 39 (5): 1842–1852. DOI: 10.1007/s10753-016-0421-4.

  8. Bazarnyy V.V., Polushina L.G., Maksimova A.Yu., Svetlakova E.N., Mandra Yu.V. Kliniko-diagnosticheskie kharakteristiki salivarnykh matriksnykh metalloproteinaz kak potentsial'nykh biomarkerov pri khronicheskom parodontite [Clinical and diagnostic characteristics of salivary matrix metalloproteinases as potential biomarkers in chronic periodontitis]. Laboratornaya sluzhba. 2020; 9 (4): 54–58. DOI: 10.17116/labs2020904154 (in Russian).

  9. Almubarak A., Tanagala K.K.K., Papapanou P.N., Lalla E., Momen-Heravi F. Disruption of Monocyte and Macrophage Homeostasis in Periodontitis. Front. Immunol. 2020; 11: 330. DOI: 10.3389/fimmu.2020.00330.

  10. Novikov V.E., Levchenkova O.S., Pozhilova E.V. Rol' aktivnykh form kisloroda v fiziologii i patologii kletki i ikh farmakologicheskaya regulyatsiya [Role of reactive oxygen species in cell physiology and pathology and their pharmacological regulation]. Obzory po klinicheskoy farmakologii i lekarstvennoy terapii. 2014; 12 (4): 13–21. DOI: 10.17816/RCF12413-21 (in Russian).

  11. Hajishengallis G., Korostoff J.M. Revisiting the Page & Schroeder model: The good, the bad and the unknowns in the periodontal host response 40 years later. Periodontology. 2000. 2017; 75 (1): 116–151. DOI: 10.1111/prd.12181.

  12. Fang C., Wu L., Zhao M.J. Periodontitis Exacerbates Benign Prostatic Hyperplasia through Regulation of Oxidative Stress and Inflammation. Oxid. Med. Cell Longev. 2021; 2021: 2094665. DOI: 10.1155/2021/2094665.

  13. Kang W., Hu Z., Ge S. Healthy and inflamed gingival fibroblasts differ in their inflammatory response to Porphyromlonas gingivalis lipopolysaccharide. Inflammation. 2016; 39 (5): 1842–1852. DOI: 10.1007/s10753-016-0421-4.

  14. Zakhvatov A.N., Kozlov S.A., Atkina N.A., Dudorov I.I. Dinamika urovnya tsitokinov pri eksperimental'nom posttravmaticheskom artrite [Dynamics of the cytokine level in experimental post-traumatic arthritis]. Meditsinskaya immunologiya. 2016; 18 (1): 91–96. DOI: 10.15789/1563-0625-2016-1-91-96 (in Russian).

  15. Callaway D.A., Jiang J.X. Reactive oxygen species and oxidative stress in osteoclastogenesis, skeletal aging and bone diseases. Journal of Bone and Mineral Metabolism. 2015; 33 (4): 359–370. DOI: 10.1007/s00774-015-0656-4.

  16. Kondyurova E.V., Prytkov V.A., Vlasov A.P. Metabolicheskie narusheniya pri khronicheskom generalizovannom parodontite [Metabolic disorders in chronic generalized periodontitis]. Rossiyskiy stomatologicheskiy zhurnal. 2016; 20 (5): 251–256. DOI: 10.18821/1728-28022016 (in Russian).

  17. Malanotte J.A., Ribeiro L.F.C., Peretti A.L. Low-Level Laser Effect on Peripheral Sciatic Regeneration Under the Systemic Inflammatory Condition of Periodontal Disease. J. Lasers Med. Sci. 2020; 11 (1): 56–64. DOI: 10.15171/jlms.2020.10.

  18. Chatterjee D., Chatterjee A., Kalra D., Kapoor A., Vijay S., Jain S. Role of adjunct use of omega 3 fatty acids in periodontal therapy of periodontitis. A systematic review and meta-analysis. J. Oral. Biol. Craniofac. Res. 2022; 12 (1): 55–62. DOI: 10.1016/j.jobcr.2021.10.005.

  19. Shkol'naya K.D., Atrushkevich V.G., Berchenko G.N. Patent RF № 2625295; 2017 (in Russian).

  20. Sharaev P.N. Metody issledovaniya obmena kollagena v klinike [Methods for studying collagen metabolism in the clinic]. Aktual'nye problemy teoreticheskoy i prikladnoy biokhimii: materialy konferentsii biokhimikov Urala, Povolzh'ya i Zapadnoy Sibiri. Izhevsk; 2001: 150–153 (in Russian).

Received 25 November 2021; accepted 07 February 2022.

 

Information about the authors

Zakhvatov Aleksey Nikolaevich, Doctor of Sciences (Medicine), Professor, Chair of General Surgery named after professor N.I. Atyasov, Ogarev Mordovia State University. 430005, Russia, Saransk, Bol'shevistskaya St., 68; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0003-1433-0337 

Khaydar Dalila Ali, Teaching Assistant, Chair of General and Clinical Dentistry, Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University). 117198, Russia, Moscow, Miklukho-Maklay St., 6; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-8519-3408 

Tarasova Tat'yana Viktorovna, Doctor of Sciences (Biology), Professor, Chair of Normal and Pathological Physiology, Ogarev Mordovia State University. 430005, Russia, Saransk, Bol'shevistskaya St., 68; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0001-9745-9739 

Parshina Alina Yur'evna, 5th-year Student, Medical Institute, Ogarev Mordovia State University. 430005, Russia, Saransk, Bol'shevistskaya St., 68; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0003-0415-1132 

Timoshkin Vladislav Olegovich, 6th -year Student, Medical Institute, Ogarev Mordovia State University. 430005, Russia, Saransk, Bol'shevistskaya St., 68; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2490-9353

 

For citation

Zakhvatov A.N., Khaydar D.A., Tarasova T.V., Parshina A.Yu., Timoshkin V.O. Znachimost' svobodnoradikal'nykh protsessov v degradatsii kollagenovykh fibrill pri eksperimental'nom parodontite [Impact of lipid peroxidation on collagen fibril degradation in experimental periodontitis]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2022; 1: 125–134. DOI: 10.34014/2227-1848-2022-1-125-134 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 616.314.17-008.1

DOI 10.34014/2227-1848-2022-1-125-134

ЗНАЧИМОСТЬ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ДЕГРАДАЦИИ КОЛЛАГЕНОВЫХ ФИБРИЛЛ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ПАРОДОНТИТЕ

А.Н. Захватов1, Д.А. Хайдар2, Т.В. Тарасова1, А.Ю. Паршина1, В.О. Тимошкин1

1 ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева», г. Саранск, Россия;

2 ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов», г. Москва, Россия

 

Определение роли процессов свободнорадикального окисления липидов, выявление основных предикторов повреждения открывают возможности применения и внедрения новых лечебно-диагностических технологий в лечебную практику.

Цель. Оценка активности свободнорадикальных процессов повреждения и выявление их сопряженности с нарушениями обмена коллагена в динамике заболевания на модели экспериментального пародонтита.

Материалы и методы. Экспериментальное исследование проведено на 60 белых нелинейных крысах путем воспроизведения модели пародонтита по методике К.Д. Школьной, В.Г. Атрушкевич (патент RU №2625295 от 12.07.2017). Производилась оценка общей активности свободнорадикального окисления, антиоксидантного потенциала по параметрам биохемилюминесценции. Активность процессов свободнорадикального окисления липидов оценивалась по показателям первичных и вторичных продуктов пероксидации. Оценка метаболизма коллагена производилась посредством использования методики П.Н. Шараева.

Результаты. При моделировании пародонтита определялся высокий уровень показателей свободнорадикального окисления при одновременном снижении антиоксидантного потенциала на протяжении всего эксперимента, что свидетельствовало о значительном угнетении способности антиоксидантной системы организма к нейтрализации реакций биорадикального окисления. Образующиеся свободные радикалы вызывали деструкцию коллагена, формирующего каркас соединительнотканных структур пародонта, что подтверждалось повышением содержания оксипролина за счет его свободной и пептидосвязанной фракций на протяжении всего эксперимента. На конечных этапах исследования определялось повышение концентрации белковосвязанного оксипролина на фоне сохраняющихся высоких показателей свободного оксипролина, что объяснялось образованием патологических грануляций и фибриллярного коллагена, имеющего неполноценную короткоцепочечную структуру.

Выводы. Хронический пародонтит характеризуется нарушениями биорадикального баланса с последующим развитием оксидативного стресса, индуцирующего дегенерацию коллагеновых структур пародонта. Полученные данные обосновывают применение маркеров пероксидации и метаболизма коллагена как диагностических критериев, позволяющих прогнозировать течение пародонтита, а также определяют необходимость включения в терапию препаратов антиоксидантного типа действия.

Ключевые слова: пародонтит, воспаление, оксидативный стресс, деструкция коллагена, антиоксиданты.

 

Литература

  1. Синев И.И., Нестеров А.М., Садыков М.И., Хайкин М.Б. Современный взгляд на комплексное лечение пациентов с хроническим локализованным пародонтитом средней степени тяжести (обзор литературы). Аспирантский вестник Поволжья. 2020; 20 (1-2): 108–121. DOI: 0.17816/2072-2354.2020.20.1.108-121.

  2. Pereira Valerie Anithra, Pai B.S. Jagadish, Pattanshetty Rashmi S. A review on models of pathogenesis in periodontitis. International Journal of Advanced Research. 2017; 5: 1115–1124. DOI: 10.21474/ IJAR01/6065.

  3. Baňasová L., Kamodyová N., Janšáková K. Salivary DNA and markers of oxidative stress in patients with chronic periodontitis. Clin. Oral Invest. 2015; 19: 201–207. DOI: 10.1007/s00784-014-1236-z.

  4. Usui M., Onizuka S., Sato T., Kokabu S., Ariyoshi W., Nakashima K. Mechanism of alveolar bone destruction in periodontitis – Periodontal bacteria and inflammation. Jpn. Dent. Sci. Rev. 2021; 57: 201–208. DOI: 10.1016/j.jdsr.2021.09.005.

  5. Mira A., Simon-Soro A., Curtis M.A. Role of microbial communities in the pathogenesis of periodontal diseases and caries. Journal of Clinical Periodontology. 2017; 44 (18): 23–38. DOI: 10.1111/jcpe.12671.

  6. Григоркевич О.С., Мокров Г.В., Косова Л.Ю. Матриксные металлопротеиназы и их ингибиторы. Фармакокинетика и фармакодинамика. 2019; 2: 3–16. DOI: 10.24411/2587-7836-2019-10040.

  7. Kang W., Hu Z., Ge S. Healthy and Inflamed Gingival Fibroblasts Differ in Their Inflammatory Response to Porphyromonas gingivalis Lipopolysaccharide. Inflammation. 2016; 39 (5): 1842–1852. DOI: 10.1007/s10753-016-0421-4.

  8. Базарный В.В., Полушина Л.Г., Максимова А.Ю., Светлакова Е.Н., Мандра Ю.В. Клинико-диагностические характеристики саливарных матриксных металлопротеиназ как потенциальных биомаркеров при хроническом пародонтите. Лабораторная служба. 2020; 9 (4): 54–58. DOI: 10.17116/ labs2020904154.

  9. Almubarak A., Tanagala K.K.K., Papapanou P.N., Lalla E., Momen-Heravi F. Disruption of Monocyte and Macrophage Homeostasis in Periodontitis. Front. Immunol. 2020; 11: 330. DOI: 10.3389/ fimmu.2020.00330.

  10. Новиков В.Е., Левченкова О.С., Пожилова Е.В. Роль активных форм кислорода в физиологии и патологии клетки и их фармакологическая регуляция. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2014; 12 (4): 13–21. DOI: 10.17816/RCF12413-21.

  11. Hajishengallis G., Korostoff J.M. Revisiting the Page & Schroeder model: The good, the bad and the unknowns in the periodontal host response 40 years later. Periodontology. 2000. 2017; 75 (1): 116–151. DOI: 10.1111/prd.12181.

  12. Fang C., Wu L., Zhao M.J. Periodontitis Exacerbates Benign Prostatic Hyperplasia through Regulation of Oxidative Stress and Inflammation. Oxid. Med. Cell Longev. 2021; 2021: 2094665. DOI: 10.1155/2021/2094665.

  13. Kang W., Hu Z., Ge S. Healthy and inflamed gingival fibroblasts differ in their inflammatory response to Porphyromlonas gingivalis lipopolysaccharide. Inflammation. 2016; 39 (5): 1842–1852. DOI: 10.1007/s10753-016-0421-4.

  14. Захватов А.Н., Козлов С.А., Аткина Н.А., Дудоров И.И. Динамика уровня цитокинов при экспериментальном посттравматическом артрите. Медицинская иммунология. 2016; 18 (1): 91–96. DOI: 10.15789/1563-0625-2016-1-91-96.

  15. Callaway D.A., Jiang J.X. Reactive oxygen species and oxidative stress in osteoclastogenesis, skeletal aging and bone diseases. Journal of Bone and Mineral Metabolism. 2015; 33 (4): 359–370. DOI: 10.1007/s00774-015-0656-4.

  16. Кондюрова Е.В., Прытков В.А., Власов А.П. Метаболические нарушения при хроническом генерализованном пародонтите. Российский стоматологический журнал. 2016; 20 (5): 251–256. DOI: 10.18821/1728-28022016.

  17. Malanotte J.A., Ribeiro L.F.C., Peretti A.L. Low-Level Laser Effect on Peripheral Sciatic Regeneration Under the Systemic Inflammatory Condition of Periodontal Disease. J. Lasers Med. Sci. 2020; 11 (1): 56–64. DOI: 10.15171/jlms.2020.10.

  18. Chatterjee D., Chatterjee A., Kalra D., Kapoor A., Vijay S., Jain S. Role of adjunct use of omega 3 fatty acids in periodontal therapy of periodontitis. A systematic review and meta-analysis. J. Oral. Biol. Craniofac. Res. 2022; 12 (1): 55–62. DOI: 10.1016/j.jobcr.2021.10.005.

  19. Школьная К.Д., Атрушкевич В.Г., Берченко Г.Н. Патент РФ № 2625295; 2017.

  20. Шараев П.Н. Методы исследования обмена коллагена в клинике. Актуальные проблемы теоретической и прикладной биохимии: материалы конференции биохимиков Урала, Поволжья и Западной Сибири. Ижевск; 2001: 150–153.

Поступила в редакцию 25.11.2021; принята 07.02.2022.

 

Авторский коллектив

Захватов Алексей Николаевич – доктор медицинских наук, профессор кафедры общей хирургии им. профессора Н.И. Атясова, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева». 430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0003-1433-0337 

Хайдар Далила Али – ассистент кафедры общей и клинической стоматологии, ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов». 117198, Россия, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-8519-3408 

Тарасова Татьяна Викторовна – доктор биологических наук, профессор кафедры нормальной и патологической физиологии, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева». 430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0001-9745-9739 

Паршина Алина Юрьевна – студентка 5 курса Медицинского института, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева». 430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0003-0415-1132 

Тимошкин Владислав Олегович – студент 6 курса Медицинского института, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева». 430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2490-9353 

 

Образец цитирования

Захватов А.Н., Хайдар Д.А., Тарасова Т.В., Паршина А.Ю., Тимошкин В.О. Значимость свободнорадикальных процессов в деградации коллагеновых фибрилл при экспериментальном пародонтите. Ульяновский медико-биологический журнал. 2022; 1: 125–134. DOI: 10.34014/2227-1848-2022-1-125-134.