«Ульяновский медико-биологический журнал»

PHYSIOLOGY

Download article

DOI 10.34014/2227-1848-2022-3-97-105

DISTURBANCE OF PRO-OXIDANT-ANTIOXIDANT BALANCE IN RATS WITH CEREBRAL ISCHEMIA

E.I. Bon', N.Ye. Maksimovich, I.K. Dremza, M.A. Nosovich, K.A. Khrapovitskaya

Grodno State Medical University, Grodno, Republic of Belarus

 

Excess of reactive oxygen can lead to membrane damage, accumulation of lipid, protein, and nucleic acid oxidation products, deficiency of reduced pyridine nucleotides and phospholipids of mitochondrial membranes, and then to electrolyte imbalance, mitochondrial swelling, uncoupling of oxidation and phosphorylation processes, and ischemic neuronal death. Thus, the study of oxidative stress and antioxidant system activity is relevant.

The aim of the study is to examine the changes in the pro-oxidant-antioxidant balance in rats with ischemic brain damage of different degrees of severity (subtotal and total cerebral ischemia).

Materials and Methods. The experiments were performed on 30 male outbred white rats weighing 260±20 g in compliance with the requirements of the Directive of the European Parliament and the Council of the European Union No. 2010/63/EU of September 22, 2010 on the protection of animals used for scientific purposes.

Results. A more significant decrease in the content of total SH-groups of proteins and glutathione(by 58 (51; 64) % (p<0.05)), and GSH concentration (by 29 (19; 35) % (p<0.05)) was observed under 24-hour subtotal brain ischemia (SBI) compared with 1-hour SBI. Changes in the glutathione peroxidase activity were multidirectional: in 1-hour SBI, the activity increased by 12 (9; 18) % (p<0.05compared to the control level, and in 24-hour SBI, it decreased by 74 (67; 81) % (p<0.05). In 1-hour SBI, the content of total SH-groups of proteins and glutathione was higher by 60 (54; 65) % (p<0.05), and GSH concentration was higher by 42 (39; 56) % (p<0.05) compared with 1-hour total brain ischemia (TBI). The content of products that react with thiobarbituric acid increased by 59 (51; 63) % (p<0.05). In 24-hout SBI, the content of total SH-groups of proteins and glutathione was higher by 36 (29; 45) % (p<0.05), and GSH concentration was higher by 63 (59; 75) % (p<0.05) compared with 24-hour TBI. The content of products that react with thiobarbituric acid increased by 83 (78; 91) % (p<0.05). The glutathione peroxidase activity in TBI was equal to zero.

Conclusions. Thus, the most pronounced disturbances in the pro-oxidant-antioxidant balance were observed in 24-hour TBI. Similar, but less pronounced disturbances were observed in 24-hour SBI.

Key words: cerebral ischemia, pro-oxidant-antioxidant balance, oxidative stress.

 

References

  1. Chen H., Sun D. The role of Na-K-Cl co-transporter in cerebral ischemia. Neurol. Res. 2005; 27 (3): 280–286.

  2. Maksimovich N.Ye., Bon' E.I., Zimatkin S.M. Golovnoy mozg krysy i ego reaktsiya na ishemiyu: monografiya [Rat brain and its response to ischemia: Monograph]. Grodno: GrGMU; 2020 (in Russian).

  3. Clemens J.A. Cerebral ischemia: gene activation, neuronal injury, and the protective role of antioxidants. Free Radic. Biol. Med. 2000; 28: 1526–1531.

  4. Réus G.Z. Relationship of Oxidative Stress as a Link between Diabetes Mellitus and Major Depressive Disorder. Oxid Med Cell Longev. Available at: https://www.hindawi.com/journals/omcl/2019/8637970/ (accessed: January 20, 2022). DOI: 10.1155/2019/8637970.

  5. H. Oxidative Stress and Renal Fibrosis: Mechanisms and Therapies. Adv Exp Med Biol. 2019; 1165: 585–604.

  6. Taysi S. Oxidative/Nitrosative Stress and Preeclampsia. Mini Rev Med Chem. 2019; 19 (3): 178–193.

  7. Bon' E.I., Maksimovich N.Ye. Sposoby modelirovaniya i morfofunktsional'nye markery ishemii golovnogo mozga [Methods of modeling and morphofunctional markers of cerebral ischemia]. Biomeditsina. 2018; 2 (in Russian).

  8. Romano A.D. Oxidative stress and aging. J. Nephrol. 2010; 15: 29–33.

  9. Saldmann F. The Naked Mole Rat: A Unique Example of Positive Oxidative Stress. Oxid Med Cell Longev. 2019; 2019: 5258–5265.

  10. Rebrova O.Yu. Statisticheskiy analiz meditsinskikh dannykh. Primenenie paketa prikladnykh programm Statistica [Statistical analysis of medical data. Application of the package Statistica]. Moscow: Media Sfera; 2003 (in Russian).

  11. Guo M.F., Yu J.Z., Ma C.G. Mechanisms related to neuron injury and death in cerebral hypoxic ischaemia. Folia Neuropathol. 2011; 49 (2): 78–87.

  12. Hauck A.K. Adipose oxidative stress and protein carbonylation. J. Biol Chem. 2019; 294 (4): 1083–1088.

  13. Kaliannan K., Li X.Y., Wang B. Multiomic analysis in transgenic mice implicates omega-6/omega-3 fatty acid imbalance as a risk factor for chronic disease. Commun Biology. 2019; 2 (1): 276–280.

  14. Khunt D., Shrivas M., Polaka S. Role of Omega-3 Fatty Acids and Butter Oil in Targeting Delivery of Donepezil Hydrochloride Microemulsion to Brain via the Intranasal Route: a Comparative Study. Pharmacology Sciencific Technology. 2020; 21 (2): 45–50.

  15. Gao Q. Oxidative Stress and Autophagy. Adv Exp Med Biol. 2019; 1206: 179–198.

  16. Bissinger R. Oxidative stress, eryptosis and anemia: a pivotal mechanistic nexus in systemic diseases. FEBS J. 2019; 286 (5): 826–854.

  17. Stevens J.L., Feelisch M., Martin D.S. Perioperative Oxidative Stress: The Unseen Enemy. Anesth Analg. 2019; 129 (6): 1749–1760.

  18. Butin A.A. Zakonomernosti izmeneniy sosudisto-kapillyarnoy seti kory bol'shogo mozga v otvet na ostruyu tserebral'nuyu ishemiyu [Patterns of changes in the vascular-capillary network of the cerebral cortex in response to acute cerebral ischemia]. Omskiy nauchnyy vestnik. 2004; 26: 46–57 (in Russian).

  19. Barkovskiy E.V. Sovremennye problemy biokhimii: metody issledovaniy [Modern problems of biochemistry: Research methods]. Minsk: Vysheyshaya shkola; 2013 (in Russian).

  20. Sofia Orellana-Urzua, Ignacio Rojas, Lucas Libano, Ramon Rodrigo. Pathophysiology of Ischemic Stroke: Role of Oxidative Stress. Curr Pharm Des. 2020; 26 (34): 4246–4260.

  21. Allen C.L., Bayraktutan U. Oxidative stress and its role in the pathogenesis of ischaemic stroke. Int. J. Stroke. 2009; 4 (6): 461–470.

  22. Ramon Rodrigo, Rodrigo Fernandez-Gajardo, Rodrigo Gutiérrez, Jose Manuel Matamala, Rodrigo Carrasco, Andres Miranda-Merchak, Walter Feuerhake. Oxidative stress and pathophysiology of ischemic stroke: novel therapeutic opportunities. CNS Neurol Disord Drug Targets. 2013; 12 (5): 698–714.

Received 11 April 2022; аccepted 14 August 2022.

 

Information about the authors

Bon' Elizaveta Igorevna, Candidate of Sciences (Biology), Associate Professor, Chair of Pathological Physiology named after D.A. Maslakov, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7189-0838

Maksimovich Nataliya Evgen'evna, Doctor of Sciences (Medicine), Professor, Head of the Chair of Pathological Physiology named after D.A. Maslakov, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-3181-9513

Dremza Iosif Karlovich, Candidate of Sciences (Biology), Associate Professor, Chair of Pathological Physiology named after D.A. Maslakov, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-2971-0167

Nosovich Miroslav Alekseevich, Student, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-0090-7254

Khrapovitskaya Kseniya Aleksandrovna, Student, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7580-7915

 

For citation

Bon' E.I., Maksimovich N.Ye., Dremza I.K., Nosovich M.A., Khrapovitskaya K.A. Kharakteristika narusheniy prooksidantno-antioksidantnogo balansa u krys s ishemiey golovnogo mozga [Disturbance of pro-oxidant-antioxidant balance in rats with cerebral ischemia]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2022; 3: 97–105. DOI: 10.34014/2227-1848-2022-3-97-105 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 616.831.31-005.4-092.913:618.33

DOI 10.34014/2227-1848-2022-3-97-105

ХАРАКТЕРИСТИКА НАРУШЕНИЙ ПРООКСИДАНТНО-АНТИОКСИДАНТНОГО БАЛАНСА У КРЫС С ИШЕМИЕЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА

Е.И. Бонь, Н.Е. Максимович, И.К. Дремза, М.А. Носович, К.А. Храповицкая

УО «Гродненский государственный медицинский университет», г. Гродно, Республика Беларусь

 

Избыток активных форм кислорода может приводить к повреждению мембран, накоплению продуктов окисления липидов, белков и нуклеиновых кислот, дефициту восстановленных пиридиннуклеотидов и фосфолипидов митохондриальных мембран, а затем – к электролитному дисбалансу, набуханию митохондрий, разобщению процессов окисления и фосфорилирования и гибели нейронов при ишемии. В связи с этим изучение окислительного стресса и активности антиоксидантной системы имеет большое значение.

Цель. Изучить изменения прооксидантно-антиоксидантного баланса у крыс с ишемическим повреждением головного мозга различной степени тяжести с субтотальной и тотальной ишемией головного мозга.

Материалы и методы. Эксперименты выполнены на 30 самцах беспородных белых крыс массой 260±20 г с соблюдением требований Директивы Европейского парламента и Совета Европейского союза № 2010/63/EU от 22.09.2010 о защите животных, использующихся для научных целей.

Результаты. В условиях 1-суточной СИГМ отмечено более значительное, чем при 1-часовой СИГМ, уменьшение содержания общих SH-групп белков и глутатиона – на 58 (51; 64) % (р<0,05), концентрации GSH – на 29 (19; 35) % (р<0,05). Изменения активности глутатионпероксидазы были разнонаправленными: при 1-часовой СИГМ она повышалась на 12 (9; 18) % (р<0,05) по отношению к уровню контроля, а при 1-суточной – снижалась на 74 (67; 81) % (р<0,05). По сравнению с показателями 1-часовой ТИГМ при 1-часовой СИГМ содержание общих SH-групп белков и глутатиона было больше на 60 (54; 65) % (р<0,05), концентрация GSH выше на 42 (39; 56) % (р<0,05). Повысилось содержание ТБКРС на 59 (51; 63) % (р<0,05). По сравнению с 1-суточной ТИГМ при 1-суточной СИГМ содержание общих SH-групп белков и глутатиона было больше на 36 (29; 45) % (р<0,05), концентрация GSH выше на 63 (59; 75) % (р<0,05). Возросло содержание ТБКРС на 83 (78; 91) % (р<0,05). Активность глутатионпероксидазы при ТИГМ была равна нулю.

Выводы. Наиболее выраженные нарушения прооксидантно-антиоксидантного баланса наблюдались при тотальной ишемии головного мозга продолжительностью 1 сут. Схожие, однако менее выраженные нарушения выявлены при суточной субтотальной ишемии.

Ключевые слова: ишемия головного мозга, прооксидантно-антиоксидантный баланс, окислительный стресс.

 

Литература

  1. Chen H., Sun D. The role of Na-K-Cl co-transporter in cerebral ischemia. Neurol. Res. 2005; 27 (3): 280–286.

  2. Максимович Н.Е., Бонь Е.И., Зиматкин С.М. Головной мозг крысы и его реакция на ишемию: монография. Гродно: ГрГМУ; 2020.

  3. Clemens J.A. Cerebral ischemia: gene activation, neuronal injury, and the protective role of antioxidants. Free Radic. Biol. Med. 2000; 28: 1526–1531.

  4. Réus G.Z. Relationship of Oxidative Stress as a Link between Diabetes Mellitus and Major Depressive Disorder. Oxid Med Cell Longev. URL: https://www.hindawi.com/journals/omcl/2019/8637970/ (дата обращения: 20.01.2022). DOI: 10.1155/2019/8637970.

  5. Su H. Oxidative Stress and Renal Fibrosis: Mechanisms and Therapies. Adv Exp Med Biol. 2019; 1165: 585–604.

  6. Taysi S. Oxidative/Nitrosative Stress and Preeclampsia. Mini Rev Med Chem. 2019; 19 (3): 178–193.

  7. Бонь Е.И., Максимович Н.Е. Способы моделирования и морфофункциональные маркеры ишемии головного мозга. Биомедицина. 2018; 2.

  8. Romano A.D. Oxidative stress and aging. J. Nephrol. 2010; 15: 29–33.

  9. Saldmann F. The Naked Mole Rat: A Unique Example of Positive Oxidative Stress. Oxid Med Cell Longev. 2019; 2019: 5258–5265.

  10. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ Statistica. Москва: Медиа Сфера; 2003.

  11. Guo M.F., Yu J.Z., Ma C.G. Mechanisms related to neuron injury and death in cerebral hypoxic ischaemia. Folia Neuropathol. 2011; 49 (2): 78–87.

  12. Hauck A.K. Adipose oxidative stress and protein carbonylation. J. Biol Chem. 2019; 294 (4): 1083–1088.

  13. Kaliannan K., Li X.Y., Wang B. Multiomic analysis in transgenic mice implicates omega-6/omega-3 fatty acid imbalance as a risk factor for chronic disease. Commun Biology. 2019; 2 (1): 276–280.

  14. Khunt D., Shrivas M., Polaka S. Role of Omega-3 Fatty Acids and Butter Oil in Targeting Delivery of Donepezil Hydrochloride Microemulsion to Brain via the Intranasal Route: a Comparative Study. Pharmacology Sciencific Technology. 2020; 21 (2): 45–50.

  15. Gao Q. Oxidative Stress and Autophagy. Adv Exp Med Biol. 2019; 1206: 179–198.

  16. Bissinger R. Oxidative stress, eryptosis and anemia: a pivotal mechanistic nexus in systemic diseases. FEBS J. 2019; 286 (5): 826–854.

  17. Stevens J.L., Feelisch M., Martin D.S. Perioperative Oxidative Stress: The Unseen Enemy. Anesth Analg. 2019; 129 (6): 1749–1760.

  18. Бутин А.А. Закономерности изменений сосудисто-капиллярной сети коры большого мозга в ответ на острую церебральную ишемию. Омский научный вестник. 2004; 26: 46–57.

  19. Барковский Е.В. Современные проблемы биохимии: методы исследований. Минск: Вышэйшая школа; 2013.

  20. Sofia Orellana-Urzua, Ignacio Rojas, Lucas Libano, Ramon Rodrigo. Pathophysiology of Ischemic Stroke: Role of Oxidative Stress. Curr Pharm Des. 2020; 26 (34): 4246–4260.

  21. Allen C.L., Bayraktutan U. Oxidative stress and its role in the pathogenesis of ischaemic stroke. Int J Stroke. 2009; 4 (6): 461–470.

  22. Ramon Rodrigo, Rodrigo Fernandez-Gajardo, Rodrigo Gutiérrez, Jose Manuel Matamala, Rodrigo Carrasco, Andres Miranda-Merchak, Walter Feuerhake. Oxidative stress and pathophysiology of ischemic stroke: novel therapeutic opportunities. CNS Neurol Disord Drug Targets. 2013; 12 (5): 698–714.

 Поступила в редакцию 11.04.2022; принята 14.08.2022.

 

Авторский коллектив

Бонь Елизавета Игоревна – кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры патологической физиологии им. Д.А. Маслакова, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7189-0838

Максимович Наталия Евгеньевна – доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой патологической физиологии им. Д.А. Маслакова, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-3181-9513

Дремза Иосиф Карлович – кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры патологической физиологии им. Д.А. Маслакова, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-2971-0167

Носович Мирослав Алексеевич – студент, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-0090-7254

Храповицкая Ксения Александровна – студентка, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7580-7915

 

Образец цитирования

Бонь Е.И., Максимович Н.Е., Дремза И.К., Носович М.А., Храповицкая К.А. Характеристика нарушений прооксидантно-антиоксидантного баланса у крыс с ишемией головного мозга. Ульяновский медико-биологический журнал. 2022; 3: 97–105. DOI: 10.34014/2227-1848-2022-3-97-105.