«Ульяновский медико-биологический журнал»

Физиология

Скачать статью

https://doi.org/10.23648/UMBJ.2017.26.6227

УДК 612.273.2:612.172

 

ВЛИЯНИЕ ПРЕРЫВИСТОЙ ГИПОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ НА ЭКСПРЕССИЮ HIF-1Α И МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МИОКАРДЕ

М.В. Балыкин1, С.А. Сагидова2, А.С. Жарков1, Е.Д. Айзятулова1, Д.А. Павлов1, И.В. Антипов1

1ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет», г. Ульяновск, Россия;

2ФГБОУ ВО «Поволжская государственная академия физической культуры, спорта и туризма», г. Казань, Россия

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Цель – оценить экспрессию Hif-1α, активность свободнорадикального окисления и морфофункциональные изменения в миокарде на разных этапах адаптации к прерывистой гипобарической гипоксии.

Материалы и методы. Исследование проводилось на 96 крысах-самцах линии «Вистар». Прерывистую гипоксию (ПГГ) воспроизводили в барокамере (Рв – 330 мм рт. ст.) по схеме: 5 мин – снижение Рв, 10 мин – пребывание в гипобарии, 5 мин – повышение Рв, 5 мин – пребывание в условиях нормоксии (3 гипобарических цикла ежедневно, 6 раз в неделю на протяжении 30 сут). Во время ПГГ в миокарде определяли экспрессию Hif-1α (ПЦР), активность малонового диальдегида, супероксиддисмутазы, каталазы и глутатион-S-трансферазы (спектрофотометрия). Морфометрию капилляров и волокон миокарда проводили на гистологических препаратах после посмертной инъекции кровеносного русла контрастом (световая микроскопия).

Результаты. Установлено, что во время ПГГ возникает артериальная гипоксемия (PaO2 – 52,0–57,5 мм рт. ст.) на фоне смешанного метаболического и респираторного ацидоза (1-е сут) и компенсированного респираторного алкалоза (15–30-е сут). Во время сеансов ПГГ аккумуляция Hif-1α в миокарде возрастает в 11,6; 6,4 и 2,7 раза на 1, 15, 30-е сут адаптации. На 1–15-е сут ПГГ активируются процессы ПОЛ (увеличение МДА), повышается активность каталазы и глутатион-S-трансферазы. В последующий период (30-е сут) активность ПОЛ снижается,
а ферментов антиоксидантной защиты (СОД, МДА, глутатион-S-трансферазы) повышается. Адаптация к ПГГ приводит к повышению общего числа капилляров на единицу поверхности миокарда (14,0 и 19,8 %) на 15-е и 30-е сут эксперимента.

Заключение. ПГГ сопровождается экспрессией Hif-1α, активацией процессов ПОЛ, возникновением реактивных морфофункциональных изменений в миокарде во время первого гипоксического сеанса; на 15–30-е сут экспрессия Hif-1α и активность ПОЛ снижаются при повышении активности системы антиоксидантной защиты, увеличении васкуляризации сердца.

Ключевые слова: гипоксия, крысы, адаптация, миокард, Hif-1α, перекисное окисление липидов, капилляры.

 

Литература

  1. Eckle T., Köhler D., Lehmann R., El Kasmi K., Eltzschig H.K. Hypoxia-inducible factor-1 is central to cardioprotection: a new paradigm for ischemic preconditioning. Circulation. 2008;118:166–175.
  2. Лишманов Ю.Б., Маслов Л.Н., Семенцов А.С., Нарыжная Н.В., Цибульников С.Ю. Стресс- и инфаркт-лимитирующий эффекты раннего гипоксического прекондиционирования. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2015; 101 (9): 1013–1021.
  3. Heusch G. Molecular basis of cardioprotection signal transduction in ischemic pre-, post-, and remote conditioning. Circ. Res. 2015; 116 (4): 674–699.
  4. Heusch G. Molecular basis of cardioprotection signal transduction in ischemic pre-, post-, and remote conditioning. Circ. Res. 2015; 116 (4): 674–699.
  5. Колчинская А.З., Цыганова Т.Н., Остапенко Л.А. Нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка в медицине и спорте. М.; 2003. 407.
  6. Серебровская Т.В., Шатило В.Б. Опыт использования интервальной гипоксии для предупреждения и лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы. Обзор. Журн. кровообiг та гемостаз. 2014; 1–2: 16–33.
  7. Бочаров М.И. Реакция гемодинамики человека на разные по величине гипоксические воздействия. Ульяновский медико-биологический журнал. 2012; 3: 138–145.
  8. Балыкин М.В., Сагидова С.А., Макаева Р.Ш. Изменение газового состава крови и реакции сосудов микрогемоциркуляции в сердце под влиянием прерывистой гипобарической гипоксии. Вестник Тверского государственного университета. Сер. Биология и экология. 2012; 18 (14): 9–15.
  9. Серебровская Т.В. Новая стратегия в лечении болезней: гипоксия-индуцируемый фактор. Вестник Международной академии наук (Русская секция). 2006; 1: 29–31.
  10. Semenza G.L. Oxygen sensing, hypoxia-inducible factors, and disease pathophysiology. Ann. Rev. Pathol. 2014; 9: 47–71.
  11. Портниченко А.Г., Носарь В.И., Портниченко А.Г., Древицкая Т.И., Мидоренко А.М., Маньковская И.Н. Фазовые изменения энергетического метаболизма при периодической гипоксии. Фiзiол. журн. 2012; 58 (4): 3–12.
  12. Лукьянова Л.Д., Кирова Ю.И., Сукоян Г.В. Новое о сигнальных механизмах адаптации к гипоксии и их роли в системной регуляции. Патогенез. 2011; 9 (3): 4–14.
  13. Маслов Л.Н., Нарыжная Н.В., Подоксенов Ю.К., Прокудина Е.С., Горбунов А.С., Жанг И., Пей Ж.-М. Активные формы кислорода – триггеры и медиаторы повышения устойчивости сердца к действию ишемии – реперфузии. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2015; 101 (1): 3–24.
  14. Sеmenza G.L. HIF-1 and mechanisms of hypoxia sensing. Curr. Opin. Cell. Biol. 2001; 13: 167–171.
  15. Semenza G.L. Hypoxia-inducible factors in physiology and medicine. Cell. 2012; 148 (3): 399–408.
  16. Левина А.А., Макешова А.Б., Мамукова Ю.И., Романова Е.А., Сергеева А.И., Казюкова Т.В. Регуляция гомеостаза кислорода. Фактор, индуцированный гипоксией (HIF), и его значение в гомеостазе кислорода. Педиатрия. 2009; 87 (4): 92–97.
  17. Балыкин М.В., Каркобатов Х.Д.Системные и органные механизмы кислородного обеспечения организма в условиях высокогорья. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2012; 98 (1): 127–136.
  18. Карпищенко А.И. Медицинские и лабораторные технологии и диагностика. СПб.: Интермедика; 1999: 27–28.
  19. Holmes D.I., Zachary I. The vascular endothelial growth factor (VEGF) family: angiogenic factors in health and disease. GenomeBiol. 2005; 6 (2): 209.
  20. Новиков В.Е., Левченкова О.С. Гипоксией индуцированный фактор (HIF-1α) как мишень фармакологического воздействия. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2013; 11 (2): 8–16.
  21. Нефедова Н.А., Давыдова С.Ю. Роль сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF) и гипоксия-индуцибельного фактора (HIF) в опухолевом ангиогенезе. Современные проблемы науки и образования. 2015; 3: 51.
  22. Гончар О.А., Розова Е.В. Влияние разных режимов интервальных гипоксических тренировок на морфологические характеристики и антиоксидантный статус тканей сердца и легких. Бюл. экспер. биол. и мед. 2007; 144 (8): 216–220.

 

Download  article

EFFECT OF INTERMITTENT HYPOBARIC HYPOXIA ON HIF-1Α EXPRESSION AND MORPHOFUNCTIONAL CHANGES IN THE MYOCARDIUM

M.V. Balykin1, S.A. Sagidova2, A.S. Zharkov1, E.D. Ayzyatulova1, D.A. Pavlov1, I.V. Antipov1

1Ulyanovsk State University, Ulyanovsk, Russia;

2Volga Region State Academy of Physical Culture and Tourism, Kazan, Russia

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

The main study objective is to evaluate the expression of Hif-1α, free radical oxidation activity and morphofunctional changes in the myocardium at different adaptation stages to intermittent hypobaric hypoxia.

Materials and Methods. The study was conducted on 96 male Wistar rats. Intermittent hypoxia (IH) was reproduced in an altitude chamber (330 mm Hg) according to the following scheme: 5 min – decrease in Pb, 10 min – hypobaria, 5 min – increase in Pb, 5 min – normoxia. Rats underwent 3 hypobaric cycles daily, 6 days a week, for 30 days. IH was associated with the expression of Hif-1α in the myocardium (PCR), activity of malondialdehyde, superoxide dismutase, catalase and glutathione-S-transferase (spectrophotometry). Morphometry of capillaries and myocardial fibers was conducted on histologic specimen after injecting a postmortem contrast material into the bloodstream (light microscopy).

Results. It was established that arterial hypoxemia arises during IH (PaO2 – 52.0-57.5 mm/Hg). It appeared in association with mixed metabolic and respiratory acidosis (1st day) and compensated respiratory alkalosis (15–30 day). During IH the accumulation of Hif-1α in the myocardium increases by 11.6, 6.4 and 2.7 times on the 1st, 15th and 30th day of adaptation. During 1–15 days of IH lipid peroxidation (LPO) is activated (MDA increases). The activity of catalase and glutathione-S-transferase is also increased. During the next 30 days LPO activity decreases, while the activity of antioxidant defense enzymes (SOD, MDA, glutathione-S-transferase) increase. Adaptation to IH leads to an increase in the total number of capillaries per unit of the myocardium surface (14.0 and 19.8 %) on the 15th and 30th day of the study.

Keywords: hypoxia, rats, adaptation, myocardium, Hif-1α, lipid peroxidation, capillaries.

 

References

  1. Eckle T., Köhler D., Lehmann R., El Kasmi K., Eltzschig H.K. Hypoxia-inducible factor-1 is central to cardioprotection: a new paradigm for ischemic preconditioning. Circulation. 2008;118:166–175.
  2. Lishmanov Yu.B., Maslov L.N., Sementsov A.S., Naryzhnaya N.V., Tsibul'nikov S.Yu. Stress- i infarkt-limitiruyushchiy effekty rannego gipoksicheskogo prekonditsionirovaniya [Stress and infarct limiting effects of early hypoxic preconditioning]. Ros. fiziol. zhurn. im. I.M. Sechenova. 2015; 101 (9): 1013–1021 (in Russian).
  3. Heusch G. Molecular basis of cardioprotection signal transduction in ischemic pre-, post-, and remote conditioning. Circ. Res. 2015; 116 (4): 674–699.
  4. Heusch G. Molecular basis of cardioprotection signal transduction in ischemic pre-, post-, and remote conditioning. Circ. Res. 2015; 116 (4): 674–699.
  5. Kolchinskaya A.Z., Tsyganova T.N., Ostapenko L.A. Normobaricheskaya interval'naya gipoksicheskaya trenirovka v meditsine i sporte [Normobaric interval hypoxic training in medicine and sports]. Moscow; 2003. 407 (in Russian).
  6. Serebrovskaya T.V., Shatilo V.B. Opyt ispol'zovaniya interval'noy gipoksii dlya preduprezhdeniya i lecheniya zabolevaniy serdechno-sosudistoy sistemy. Obzor [Interval hypoxia for the prevention and treatment of cardiovascular diseases. Review]. Zhurn. krovoobig ta gemostaz. 2014; 1–2: 16–33
    (in Russian).
  7. Bocharov M.I. Reaktsiya gemodinamiki cheloveka na raznye po velichine gipoksicheskie vozdeystviya [Reaction of human hemodynamics on different values of hypoxia intervention]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2012; 3: 138–145 (in Russian).
  8. Balykin M.V., Sagidova S.A., Makaeva R.Sh. Izmenenie gazovogo sostava krovi i reaktsii sosudov mikrogemotsirkulyatsii v serdtse pod vliyaniem preryvistoy gipobaricheskoy gipoksii [Change in the blood gas composition and the reaction of the heart microhemocirculation vessels under intermittent hypobaric hypoxia]. Vestnik Tverskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Biologiya i ekologiya. 2012; 18 (14): 9–15 (in Russian).
  9. Serebrovskaya T.V. Novaya strategiya v lechenii bolezney: gipoksiya-indutsiruemyy factor [New strategy in the treatment: hypoxia-induced factor]. VestnikMezhdunarodnoyakademiinauk (Russkayasektsiya). 2006; 1: 29–31 (in Russian).
  10. Semenza G.L. Oxygen sensing, hypoxia-inducible factors, and disease pathophysiology. Ann. Rev. Pathol. 2014; 9: 47–71.
  11. Portnichenko A.G., Nosar' V.I., Portnichenko A.G., Drevitskaya T.I., Midorenko A.M., Man'kovskaya I.N. Fazovye izmeneniya energeticheskogo metabolizma pri periodicheskoy gipoksii [Constitutional changes in energy metabolism in periodic hypoxia]. Fiziol. zhurn. 2012; 58 (4): 3–12
    (in Russian).
  12. Luk'yanova L.D., Kirova Yu.I., Sukoyan G.V. Novoe o signal'nykh mekhanizmakh adaptatsii k gipoksii i ikh roli v sistemnoy regulyatsii [Novel approaches to the understanding of signaling mechanisms of adaptation to hypoxia and its role in the systemic regulation of the body]. Patogenez. 2011; 9 (3): 4–14 (in Russian).
  13. MaslovL.N., NaryzhnayaN.V., PodoksenovYu.K., ProkudinaE.S., GorbunovA.S., ZhangI., PeyZh.-M. Aktivnye formy kisloroda – triggery i mediatory povysheniya ustoychivosti serdtsa k deystviyu ishemii – reperfuzii [Reactive oxygen intermedicates as triggers and mediators of cardiac tolerance to ischemia – reperfusion]. Ros. fiziol. zhurn. im. I.M. Sechenova. 2015; 101 (1): 3–24 (in Russian).
  14. Sеmenza G.L. HIF-1 and mechanisms of hypoxia sensing. Curr. Opin. Cell. Biol. 2001; 13: 167–171.
  15. Semenza G.L. Hypoxia-inducible factors in physiology and medicine. Cell. 2012; 148 (3): 399–408.
  16. LevinaA.A., MakeshovaA.B., MamukovaYu.I., RomanovaE.A., SergeevaA.I., KazyukovaT.V. Regulyatsiyagomeostazakisloroda. Faktor, indutsirovannyy gipoksiey (HIF), i ego znachenie v gomeostaze kisloroda [Oxygen homeostasis regulation. Hypoxia induced factor (HIF) and its significance in oxygen homeostasis]. Pediatriya. 2009; 87 (4): 92–97 (in Russian).
  17. Balykin M.V., Karkobatov Kh.D. Sistemnye i organnye mekhanizmy kislorodnogo obespecheniya organizma v usloviyakh vysokogor'ya [Systemic and organ mechanisms of body oxygen supply in high altitude]. Ros. fiziol. zhurn. im. I.M. Sechenova. 2012; 98 (1): 127–136 (inRussian).
  18. Karpishchenko A.I. Meditsinskie i laboratornye tekhnologii i diagnostika [Medical and laboratory technologies and diagnostics.]. St. Petersburg: Intermedika; 1999: 27–28 (in Russian).
  19. Holmes D.I., Zachary I. The vascular endothelial growth factor (VEGF) family: angiogenic factors in health and disease. Genome Biol. 2005; 6 (2): 209.
  20. Novikov V.E., Levchenkova O.S. Gipoksiey indutsirovannyy faktor (HIF-1α) kak mishen' farmakologicheskogo vozdeystviya [Hypoxia induced factor (HIF-1α) as a pharmacological target]. Obzorypoklinicheskoyfarmakologiiilekarstvennoyterapii. 2013; 11 (2): 8–16 (inRussian).
  21. Nefedova N.A., Davydova S.Yu. Rol' sosudistogo endotelial'nogo faktora rosta (VEGF) i gipoksiya-indutsibel'nogo faktora (HIF) v opukholevom angiogeneze [Effect of vascular endothelial growth factor (VEGF) and HIV on tumor angiogenesis]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2015; 3: 51
    (in Russian).
  22. Gonchar O.A., Rozova E.V. Vliyanie raznykh rezhimov interval'nykh gipoksicheskikh trenirovok na morfologicheskie kharakteristiki i antioksidantnyy status tkaney serdtsa i legkikh [Influence of different interval hypoxic training regimes on the morphological characteristics and antioxidant status of heart and lung tissue]. Byul. eksper. biol. i med. 2007; 144 (8): 216–220 (in Russian).