Kazan medical journalKazan medical journalКазанский медицинский журнал0368-48142587-9359Eco-Vector6355910.17816/KMJ2021-654Experimental medicineЭкспериментальная медицинаResearch ArticleStudy of metabolic disorders in rats under exposure to hypobaric hypoxia and development of ­correction approaches by simultaneous action on different elements of pathogenesisИсследование метаболических нарушений у крыс при воздействии гипобарической гипоксии и разработка подходов коррекции путём одновременного воздействия на разные звенья патогенезаSeminaI IСёминаИрина Ивановна
Russian Federation
seminai@mail.ruBaychurinaA ZБайчуринаАфрида Загитовна
Russian Federation
seminai@mail.ruShilovskayaE VШиловскаяЕлена Владимировна
Russian Federation
seminai@mail.ruTikhonovaN EТихоноваНадия Анверовна
Russian Federation
seminai@mail.ruNikitinD OНикитинДмитрий Олегович
Russian Federation
seminai@mail.ruBegichevE VБегичеваЕкатерина Владимировна
Russian Federation
seminai@mail.ruOvchinnikovaA GОвчинниковаАмина Гаязовна
Russian Federation
seminai@mail.ruKazan State Medical UniversityКазанский государственный медицинский университетHospital for War VeteransГоспиталь для ветеранов войнRepublican Clinical HospitalРеспубликанская клиническая больница1310202110256546621703202118082021Copyright ©; 2021, Eco-VectorCopyright ©; 2021, Эко-Вектор2021Eco-VectorЭко-Векторhttps://kazanmedjournal.ru/kazanmedj/article/view/63559

Aim. To study the indicators of metabolic changes in the blood and brain structures of rats after exposure to hypobaric hypoxia and to determine possible pharmacological approaches to correction these changes.

Methods. Hypobaric hypoxia in rats was simulated for 30 minutes in a pressure chamber, simulating an ascent to 8500 m. 3 and 24 hours after hypoxia, the activity of alanine aminotransferase, aspartic aminotransferases, alkaline phosphatase, creatine phosphokinase, lactate dehydrogenase, the content of glucose, total protein, triglycerides, cholesterol, β-lipoproteins, iron and uric acid were determined in the blood serum. The level of malondialdehyde in the hippocampus and frontal cortex was examined. The studies of the effect of 2-chloroethoxy-aryl-dimethyl-aminophenylphosphorylacetohydrazide (CAPAH) (1 mg/kg) and Рiracetam (100 mg/kg) after intraperitoneal injection 40 minutes before hypoxia and 1 hour after removing the rats from the pressure chamber were carried out. Statistical analysis was carried out using the GraphPad Prism software version 8.0.1, and the Student's t-test was used to test statistical significance.

Results. After 3 hours of hypobaric hypoxia, rats showed hyperenzymemia and dyslipidemia, the activity of almost all studied enzymes in the blood serum of rats was increased, the content of triglycerides was decreased, and the concentration of cholesterol was increased, the content of malondialdehyde in the hippocampus and frontal cortex was increased. In 24 hours after hypoxia, an increased level of creatine phosphokinase in the blood serum and malondialdehyde in the brain structures were noted. The use of 2-chloroethoxy-aryl-dimethyl-aminophenylphosphorylacetohydrazide prevented the development of hyperenzymemia, dyslipidemia and corrected the increased level of creatine phosphokinase after 24 hours; in both modes of administration, it reduced the serum level of malondialdehyde. Piracetam showed little effect only when administered prophylactically, preventing an increase in serum alkaline phosphatase activity and cholesterol levels.

Сonclusion. The revealed efficacy of 2-chloroethoxy-aryl-dimethyl-aminophenylphosphorylacetohydrazide and its previously studied complex mechanism of action suggest that 2-chloroethoxy-aryl-dimethyl-aminophenylphosphorylacetohydrazide is a potential drug for the prevention of hypoxic disorders and acceleration of adaptation to high-altitude hypoxia.

Цель. Исследовать показатели метаболических изменений в крови и структурах мозга крыс после воздействия гипобарической гипоксии и определить возможные фармакологические пути коррекции этих изменений.

Методы. Гипобарическую гипоксию у крыс моделировали в течение 30 мин в барокамере, имитируя ­подъём на высоту 8500 м. Через 3 и 24 ч после гипоксии в сыворотке крови определяли активность аланинаминотрансферазы, аспартатаминотрансферазы, щелочной фосфатазы, креатинфосфокиназы, лактатдегидрогеназы, содержание глюкозы, общего белка, триглицеридов, холестерина, β-липопротеидов, железа, мочевой кислоты. В гиппокампе и фронтальной коре мозга исследовали уровень малонового диальдегида. Изучение влияния на эти показатели 2-хлорэтокси-арил-диметил-аминофенилфосфорил-ацетогидразида (1 мг/кг) и пирацетама (100 мг/кг) осуществляли при их внутрибрюшинном введении за 40 мин до гипоксии и через 1 ч после извлечения крыс из барокамеры. Статистическую обработку проводили с использованием программы GraphPad prism 8.0.1 с вычислением t-критерия Стьюдента.

Результаты. Гипобарическая гипоксия вызывала у крыс развитие гиперферментемии и дисдипидемии — через 3 ч в сыворотке крови крыс повышалась активность практически всех исследуемых ферментов, уменьшалось содержание триглицеридов и увеличивалась концентрация холестерина; в гиппокампе и фронтальной коре мозга возрастало содержание малонового диальдегида. Через 24 ч после гипоксии был отмечен повышенный уровень креатинфосфокиназы в сыворотке крови и малонового диальдегида в структурах мозга. Применение 2-хлорэтокси-арил-диметил-аминофенилфосфорил-ацетогидразида предупреждало развитие гиперферментемии, дислипидемии и корригировало повышенный через 24 ч уровень креатинфосфокиназы; при обоих режимах введения снижало содержание малонового диальдегида. Пирацетам проявил небольшой эффект только при профилактическом введении, предотвращая повышение в крови активности щелочной фосфатазы и уровня холестерина.

Вывод. Выявленная эффективность 2-хлорэтокси-арил-диметил-аминофенилфосфорил-ацетогидразида и изученный ранее его комплексный механизм действия дают основание рассматривать этот препарат как потенциальное лекарственное средство для профилактики гипоксических нарушений и ускорения адаптации к высотной гипоксии.

hypobaric hypoxiahyperenzymemiadyslepidemiamalondialdehydecomplex mechanism of drug action2-chloroethoxy-aryl-dimethyl-aminophenylphosphorylacetohydrazide(CAPAH)гипобарическая гипоксиягиперферментемиядислипидемиямалоновый диальдегидкомплексный механизм действия лекарств2-хлорэтокси-арил-диметил-аминофенилфосфорил-ацетогидразидИсследования выполнены в рамах государственного задания МЗ РФ «Соединения на основе четырёхкоординированного атома фосфора — оптимальная платформа для создания лекарственных препаратов с комплексным механизмом действия для лечения когнитивных нарушений» (2021–2023).Zarubina I.V. Modern view on pathogenesis of hypoxia and its pharmacological corection. Оbzory po klinicheskoy farmakologii i lekarstvennoy terapii. 2011; 9 (3): 31–48. (In Russ.)Зарубина И.В. Современные представления о патогенезе гипоксии и её фармакологической коррекции. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2011; 9 (3): 31–48.Chen P.S., Chiu W.T., Hsu P.L., Lin S.C., Peng I.C., Wang C.Y., Tsai S.J. Pathophysiological implications of hypoxia in human diseases. J. Biomed. Sci. 2020; 27 (1): 63–81. DOI: 10.1186/s12929-020-00658-7.Woods D.R., O’Hara J.P., Boos C.J., Hodkinson P.D., Tsakirides C., Hill N.E., Jose D., Hawkins A., Phillipson K., Hazlerigg A., Arjomandkhah N., Gallagher L., Holdsworth D., Cooke M., Donald N., Green C., Mellor A. Markers of physiological stress during exercise under conditions of normoxia, normobaric hypoxia, HH, and genuine high altitude. Eur. J. Appl. Physiol. 2017; 117 (5): 893–900. DOI: 10.1007/s00421-017-3573-5.Wang X.B., Hou Y., Li Q.Y., Li X., Wang W., Ai X., Kuang T., Chen X., Zhang Y., Zhang J., Hu Y., Meng X. Rhodiola crenulata attenuates apoptosis and mitochondrial energy metabolism disorder in rats with HH-induced brain injury by regulating the HIF-1α/microRNA 210/­ISCU1/2(COX10) signaling pathway. J. Ethnopharmacol. 2019; 241: 111801. DOI: 10.1016/j.jep.2019.03.028.Hernández R., Blanco S., Peragón J., Pedrosa J.Á., Peinado M.Á. Hypobaric hypoxia and reoxygenation induce proteomic profile changes in the rat brain cortex. Neur. Mol. Med. 2013; 15 (1): 82–94. DOI: 10.1007/s12017-012-8197-7.Li N., Li Q., Bai J., Chen K., Yang H., Wang W., Fan F., Zhang Y., Meng X., Kuang T., Fan G. The multiple organs insult and compensation mechanism in mice exposed to hypobaric hypoxia. Cell. Stres. Chaperon. 2020; 25: 779–791. DOI: 10.1007/s12192-020-01117-w.Voronina T.A. Antioxidants/antihypoxants: the missing puzzle piece in effective pathogenetic therapy for COVID-19. Infektsionnye bolezni. 2020; 18 (2): 97–103. (In Russ.) DOI: 10.20953/1729-9225-2020-2-97-102.Воронина Т.А. Антиоксиданты/антигипоксанты — недостающий пазл эффективной патогенетической терапии пациентов с COVID-19. Инфекц. бол. 2020; 18 (2): 97–103. DOI: 10.20953/1729-9225-2020-2-97-102.Semina I.I., Tihonova N.A., Baichurina A.Z., Tarasova R.I., Pavlov V.A., Garaev R.S., Shilovskaya E.V. The neuroprotective effect of CAPAH, a representative of a new class of nootropics — non-anticholinesterase organophosphorus compounds. Vestnik RAMN. 1999; (3): 32–36. (In Russ.)Сёмина И.И., Тихонова Н.А., Байчурина А.З., Тарасова Р.И., Павлов В.А., Гараев Р.С., Шиловская Е.В. Нейропротективное действие КАПАХ, представителя нового класса ноотропов — неантихолинэстеразных фосфорорганических соединений. Вест. РАМН. 1999; (3): 32–36.Semina I.I., Baychurina A.Z. Development of new potential drugs with psychotropic activity among phosphorylacetohydrazides and other phosphorylated carboxylic acids derivatives - priority area of Kazan school of psychopharmacologists. Kazan Medical Journal. 2016; 97 (1): 148–155. (In Russ.) DOI: 10.17750/KMJ2016-148.Сёмина И.И., Байчурина А.З. Разработка новых потенциальных лекарственных средств с психотропной активностью среди фосфорилацетогидразидов и других производных фосфорилированных карбоновых кислот — приоритетное направление казанской школы психофармакологов. Казанский мед. ж. 2016; 97 (1): 148–155. DOI: 10.17750/KMJ2016-148.Losev A.S., Alybaev A.M., Karpova T.D. Vosstanovlenie posle ostroj gipobaricheskoj gipoksii kak metod izucheniya antigipoksicheskoj aktivnosti himicheskih soe­dinenij. In: Farmakologicheskaya regulyaciya sosto­yanij dezadaptacii. (Pharmacological regulation of maladjustment states.) M.: AMN SSSR. 1986; 54–67. (In Russ.)Лосев А.С., Алыбаев А.М., Карпова Т.Д. Восстановление после острой гипобарической гипоксии как метод изучения антигипоксической активности химических соединений. В сб.: Фармакологическая регуляция состояний дезадаптации. М.: АМН СССР. 1986; 54–67.Stal'naya I.D., Garshvili T.G. Opredelenie malonovogo dial'degida (MDA) v biohimii. M.: Medicina. 1977; 66–68. (In Russ.)Стальная И.Д., Гаршвили Т.Г. Определение малонового диальдегида (МДА) в биохимии. М.: Медицина. 1977; 66–68.Liu P., Zou D., Chen K., Zhou Q., Gao Y., Huang Y., Zhu J., Zhang Q., Mi M. dihydromyricetin improves hypobaric hypoxia-induced memory impairment via modulation of SIRT3 signaling. Mol. Neurobiol. 2016; 53: 7200–7212. DOI: 10.1007/s12035-017-0399-4.Bärtsch P., Swenson E.R. Acute high-altitude illnesses. N. Engl. J. Med. 2013; 368 (24): 2294–2302. DOI: 10.1056/NEJMcp1214870.Xi D., Zhang R., Ye S., Liu F., Jiang P., Yu X., Xu J., Ma L., Cao H., Shen Y., Lin F., Wang Z., Li C. Alterations of human plasma proteome profile on adaptation to high-­altitude. J. Proteome Res. 2019; 18 (5): 2021–2031. DOI: 10.1021/acs.jproteome.8b00911.Karkishchenko N.N., Karkishchenko V.N., Shustov E.B., Kapanadze G.D., Revyakin A.O., Semenov H.H., Bolotova V.C., Dulya M.S. Teoreticheskie osnovy farmakologicheskih effektov antigipoksantov. In: Biomedicinskoe (doklinicheskoe) izuchenie antigipoksi­cheskoj aktivnosti lekarstvennyh sredstv. (Biomedical (preclinical) study of the antihypoxic activity of drugs.) M.: NCBT FMBA. 2017; 97 p. (In Russ.)Каркищенко Н.Н., Каркищенко В.Н., Шустов Е.Б., Капанадзе Г.Д., Ревякин А.О., Семёнов Х.Х., Болотова В.Ц., Дуля М.С. Теоретические основы фармакологических эффектов антигипоксантов. В кн.: Биомедицинское (доклиническое) изучение антигипоксической активности лекарственных средств. М.: НЦБТ ФМБА. 2017; 97 c.Gangwar A., Sharma M., Singh K., Patyal A., Bhaumik G., Bhargava K., Sethy N.K. Intermittent normobaric hypoxia facilitates high altitude acclimatization by curtai­ling hypoxia-induced inflammation and dyslipidemia. Eur. J. Physiol. 2019; 471 (7): 949–959. DOI: 10.1007/s00424-019-02273-4.Mylonis I., Simos G., Paraskeva E. Hypoxia-indu­cible factors and the regulation of lipid Metab. Cells. 2019; 8 (3): 214–240. DOI: 10.3390/cells8030214.Hou Y., Wang X., Chen X., Zhang J., Ai X., ­Liang Y., Yu Y., Zhang Y., Meng X., Kuang T., Hu Y. Establishment and evaluation of a simulated high-altitude hypoxic brain injury model in SD rats. Mol. Med. Rep. 2019; 19: 2758–2766. DOI: 10.3892/mmr.2019.9939.Bong S.M., Moon J.H., Nam K.H., Lee K.S., Chi Y.M., Hwang K.Y. Structural studies of human brain-type creatine kinase complexed with the ADP-Mg2+-NO3 — creatine transition-state analogue complex. FEBS lett. 2008; 582 (28): 3959–3965. DOI: 10.1016/j.febslet.2008.10.039.Semina I.G., Semina I.I., Azancheev N.M., Shilovskaya E.V., Tarasova R.I., Pavlov V.A., Il'yasov A.V., Fedotov V.D. On the issue and membrane mechanisms of action of nootropic drugs. Biol. Membr. 2001; 18 (5): 363–369. (In Russ.)Сёмина И.Г., Сёмина И.И., Азанчеев Н.М., Шиловская Е.В., Тарасова Р.И., Павлов В.А., Ильясов А.В., Федотов В.Д. К вопросу и мембранных механизмах действия ноотропных препаратов. Биол. мембр. 2001; 18 (5): 363–369.Li Y., Zhang Y., Zhang Y. Research advances in pathogenesis and prophylactic measures of acute high altitude illness. Resp. Med. 2018; 145: 145–152. DOI: 10.1016/­j.rmed.2018.11.004.Singh A., Kukreti R., Saso L., Kukreti S. Oxidative stress: a key modulator in neurodegenerative disea­ses. Mole­cules. 2019; 24 (8): 1583–1603. DOI: 10.3390/molecules24081583.Vostrikov V.V. Place of piracetam in the modern practice of medicine. Оbzory po klinicheskoy farmakologii i lekarstvennoy terapii. 2017; 15 (1): 14–25. (In Russ.) DOI: 10.17816/RCF15114-25.Востриков В.В. Место пирацетама в современной клинической практике. Обзор. клин. фарм. лек. терап. 2017; 15 (1): 14–25. DOI: 10.17816/RCF15114-25.