Прекондиционирование умеренной гипоксией повышает толерантность к последующей тяжелой гипоксии у крыс с ЛПС-индуцированной эндотоксемией

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Гиперпродукция медиаторов ЛПС-индуцированного воспалительного процесса (эндотоксикоз, сепсис) инициирует развитие острой дыхательной недостаточности (ОДН), нарушение газообмена, прогрессирующую гипоксемию и гиперкапнию, гипотонию, остановку дыхания и летальный исход. Тяжелый сепсис, ассоциированный с гипоксемией, остается основной причиной смертности, в связи с этим актуальной задачей является разработка методов повышения резистентности к острой гипоксии у септических пациентов. Целью работы явилось исследование эффективности прекондиционирования кратковременной интервальной умеренной гипоксией для повышения толерантности к последующей тяжелой гипоксии у крыс с ЛПС-индуцированным эндотоксикозом. Эксперименты проведены на наркотизированных и трахеостомированных крысах-самцах Wistar. Эндотоксикоз моделировали введением раствора ЛПС (Escherichia coli) в количестве 7 мг/кг. Для оценки устойчивости к тяжелой гипоксии использовали метод возвратного дыхания с постепенным убыванием кислорода в ребризере от 21% до наступления апноэ. Гипоксическое прекондиционирование (гипоксическая тренировка создавали также методом возвратного дыхания в режиме 3 циклов: снижение фракции кислорода в ребризере до 12% – 3 мин, 5 мин – нормоксия. Исследованы 3 группы животных: I – контроль – NaCl, II – ЛПС, III – ЛПС+ГТ. Регистрировали: показатели внешнего дыхания, среднее артериальное давление (АДср.), сатурацию (SpO2), фракцию вдыхаемого O2, время наступления апноэ, количество спонтанного восстановления дыхания (аутореанимация) в постгипоксическом периоде. Показано, что введение ЛПС в нормоксических условиях сопровождалось гипервентиляцией, гипоксемией и гипотонией. Максимальное ухудшение устойчивости к тяжелой гипоксии наблюдалось у крыс с ЛПС, что проявлялось падением АДср., SpO2 и снижением возможности аутореанимации после гипоксического апноэ. Влияние гипоксической тренировки предотвращало снижение АДср., SpO2 повысилась в 1.4 раза, выживаемость возросла в 2 раза, что сопоставимо с уровнем нормоксии до введения ЛПС. Предполагается, что эффективность гипоксического прекондиционирования обусловлена ингибированием воспалительной реакции.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ж. А. Донина

Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: zdonina@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Черкасова МН (2021) К проблеме экспериментального моделирования сепсиса. Успехи совр биол 141(4): 368–381. [Cherkasova MN (2021) On the problem of experimental modeling of sepsis. The successes of modern biol 141(4): 368–381. (In Russ)].
  2. Корнеев КВ (2019) Мышиные модели сепсиса и септического шока. Мол Биол 53(5): 799–814. [Korneev KV (2019) Mouse Models of Sepsis and Septic Shock. Mol Biol 53(5): 799–814. (In Russ)]. https://doi.org/10.1134/S0026898419050100
  3. Симбирцев АС, Тотолян АА (2015) Цитокины в лабораторной диагностике. Инфекц болезни: новости, мнение, обучение 2: 82–98. [Simbirtsev AS, Totolyan AA (2015) Cytokines in laboratory diagnostics. Infect diseases: news, opinion, education 2: 82–98. (In Russ)].
  4. Jacono FJ, Mayer CA, Hsieh Y-H, Wilson G, Dick T (2011) Lung and brainstem cytokine levels are associated with breathing pattern changes in a rodent model of acute lung injury. Resp Physiol Neurobiol 178(3): 429–438. https://doi.org/10.1016/j.resp.2011.04.022
  5. Трушина ЕЮ, Костина ЕМ, Молотилов БА, Типикин ВА, Баранова НИ (2019) Роль цитокинов IL-4, IL-6, IL-8, IL-10 в иммунопатогенезе хронической обструктивной болезни легких. Мед иммунол 21(1): 89–98. [Trushina IM, Kostina EM, Molotilov BA, Tipikin VA, Baranova NI (2019) The role of cytokines IL-4, IL-6, IL-8, IL-10 in the immunopathogenesis of chronic obstructive pulmonary disease. Med Immunol 21(1): 89–98. (In Russ)]. https://doi.org/10.15789/1563–0625–2019–1–89–98
  6. Hocker AD, Stokes AJ, Powell FL, Huxtable AG (2017) The impact of inflammation on respiratory plasticity. Exp Neurol 287: 243–253. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2016.07.022
  7. Spinelli E, Mauri T, Beitler JR, Pesenti A, Brodie D (2020) Respiratory drive in the acute respiratory distress syndrome: pathophysiology, monitoring, and therapeutic interventions. Intensive Care Med 46(4): 606–618. https://doi.org/10.1007/s00134–020–05942–6
  8. Yıldırım F, Karaman İ, Kaya A (2021) Current situation in ARDS in the light of recent studies: Classification, epidemiology and pharmacotherapeutics. Tuberk Toraks 69(4): 535–546. https://doi.org/10.5578/tt.20219611
  9. Srzic I, Adam N, Pejak T (2022) Sepsis definition: wat’s new in the treatment guidelines. Acta Clin Croatica 61(Suppl 1): 67–72. https://doi.org/10.20471/acc.2022.61.s1.11
  10. Saas P, Fan G-C (2023) Editorial: Hypoxia and inflammation: A two-way street. Front Immunol 8: 14:1171116. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1171116
  11. Angus DC, van der Poll T (2013) Severe sepsis and septic chock. New Engl J Med 69: 840–851. https://doi.org/10.1056/NEJMra1208623
  12. Vuichard D, Ganter M, Schimmer R, Suter D, Booy C, Reyes L, Pasch T, Beck-Schimmer B (2005) Hypoxia aggravates lypopolysaccaride-induced lung injury. Clin Exp Immunol 141: 248–260. https://doi.org/10.1111/j.1365–2249.2005.02835.x
  13. Lorea-Hernández J-J, Morales T, Rivera-Angulo A-J, Alcantara-Gonzalez D, Pena-Ortega F (2016) Microglia modulate respiratory rhythm generation and autoresuscitation. Glia 64: 603–619. https://doi.org/10.1002/glia.22951
  14. Mirchandani AS, Jenkins SJ, Bain CC,, Sanchez-Garcia MA, Lawson H, Coelho P, Murphy F, Griffith DM, Zhang A, Morrison T, Ly T, Arienti S, Sadiku P, Watts ER, Dickinson RS, Reyes L, Cooper G, Clark S, Lewis D, Kelly V, Spanos C, Musgrave KM, Delaney L, Harper I, Scott J, Parkinson NJ, Rostron AJ, Baillie JK, Clohisey S, Pridans C, Campana L, Lewis PS, Simpson AJ, Dockrell DH, Schwarze J, Hirani N, Ratcliffe PJ, Pugh CW, Kranc K, Forbes SJ, Whyte MKB, Walmsley SR (2022) Hypoxia shapes the immune landscape in lung injury and promotes the persistence of inflammation. Nature Immunol 23(6): 927–939. https://doi.org/10.1038/s41590–022–01216-z
  15. Solaimanzadeh I (2020) Acetazolamide, nifedipine and phosphodiesterase inhibitors: rationale for their utilization as adjunctive countermeasures in the treatment of coronavirus disease 2019 (COVID‐19). Cureus 12(3): e7343. https://doi.org/10.7759/cureus.7343
  16. Geier MR, Geier DA (2020) Respiratory conditions in coronavirus disease 2019 (COVID‐19): Important considerations regarding novel treatment strategies to reduce mortality. Med Hypotheses 140: 109760. https://doi.org/10.1016/j.mehy
  17. Semenza GL (2011) Oxygen sensing, homeostasis, and disease. New Engl J Med 36(6): 537–547. https://doi.org/10.1056/NEJMra1011165
  18. Verges S, Chacaroun S, Godin-Ribuot D, Baillieul S (2015) Hypoxic conditioning as a new therapeutic modality. Front Pediatr 3: 58. https://doi.org/10.3389/fped.2015.00058
  19. Cai M, Chen X, Shan J, Xu P, Shi X, Chu L, Wang L (2021) Intermittent hypoxic preconditioning: A potential new powerful strategy for COVID-19. Front Pharmacol 12: 643619. https://doi.org/10.3389/fphar.2021.643619
  20. Supriya R, Singh K, Gao Y, Tao D, Cheour S, Dutheil F, Baker J (2023) Mimicking gene–environment interaction of higher altitude dwellers by intermittent hypoxia training: COVID-19 Preventive strategies. Biology (Basel) 12(1): 6. https://doi.org/10.3390/biology12010006
  21. Zhang Q, Zhao W, Li S, Ding Y, Wang Y, Ji X (2023) Intermittent hypoxia conditioning: A potential multi-organ protective therapeutic strategy. Int J Med Sci 20(12): 1551–1561. https://doi.org/10.7150/ijms.86622
  22. Millet GP, Chapman RF, Girard O, Brocherie F (2019) Is live high‐train low altitude training relevant for elite athletes? Flawed analysis from inaccurate data. Br J Sports Med 53: 923–925. https://doi.org/10.1136/bjsports-2017–098083
  23. Martin A, Millet G, Osredkar D, Mramor M, Faes C, Gouraud E, Debevec T, Pialoux V (2020) Effect of pre‐term birth on oxidative stress responses to normoxic and hypoxic exercise. Redox Biol (32): 101497. https://doi.org/10.1016/j.redox.2020.101497
  24. DeClue F, Williams K, Sharp C, Haak C, Lechner E, Reinero C (2009) Systemic response to low-dose endotoxin infusion in cats. Veter Immunol Immunopathol 132: 167–174. https://doi.org/10.1016/j.vetimm.2009.06.002
  25. Kumar S, Adhikari A (2017) Dose-dependent immunomodulating effects of endotoxin in allergic airway inflammation. Innate Immun 23: 249–257. https://doi.org/10.1177/1753425917690443
  26. Донина ЖА, Баранова ЕВ, Александрова НП (2016) Влияние провоспалительного цитокина интерлейкина 1-β на резистентность организма к острой гипоксии. Рос физиол журн им ИМ Сеченова 102(11): 1333–1342, [Donina ZA, Baranova EV, Aleksandrova NP (2016) Effects of proinflammatory cytokine interleukin 1β on resistance to acute hypoxia. Russ J Physiol 102 (11): 1333–1342. (In Russ)].
  27. Donina ZA, Baranova EV, Aleksandrova NP (2021) A comparative assessment of effects of major mediators of acute phase response (IL-1, TNF-α, IL-6) on breathing pattern and survival rate in rats with acute progressive hypoxia. J Evol Biochem Physiol 57(4): 936–944. https://doi.org/10.1134/S0022093021040177
  28. Gangwar A, Paul S, Ahmad Y, Bhargava K (2020) Intermittent hypoxia modulates redox homeostasis, lipid metabolism associated inflammatory processes and redox post-translational modifications: benefits at high altitude. Scient Rep 10(1): 7899. https://doi.org/10.1038/s41598–020–64848-x
  29. Huang L, Wu S, Li H, Dang Z, Wu Y, Dang Y (2019) Hypoxic preconditioning relieved ischemic cerebral injury by promoting immunomodulation and microglia polarization after middle cerebral artery occlusion in rats. Brain Res 15: 1723:146388. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2019.146388
  30. Li G, Guan Y, Gu Y, Guo M, Ma W, Shao Q, Liu L, Ji X (2023) Intermittent hypoxic conditioning restores neurological dysfunction of mice induced by long-term hypoxia. CNS Neurosci Therap 29: 202–217. https://doi.org/10.1111/cns.13996
  31. Song M, Zwemer C, Whitesall S, D’Alecy L (2007) Acute and conditioned hypoxic tolerance augmented by endothelial nitric oxide synthase inhibition in mice. J Appl Physiol 102(2): 610–615. https://doi.org/10.1152/japplphysicalol.00894
  32. McGettrick AF, O’Neill LAJ (2020) The role of HIF in immunity and inflammation. Cell Metabol 32(4): 524–536. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2020.08.002
  33. KiersD, Wielockx B, PetersE, van Eijk LT, Gerretsen J, John A, Janssen E, Groeneveld R, Peters M, Damen L, Meneses AM, Krüger A, Langereis JD, Zomer AL, Blackburn MR, Joosten LA, Netea MG, Riksen NP, van der Hoeven JG, Scheffer GJ, Eltzschig HK, Pickkers P, Kox M (2018) Short-term hypoxia dampens inflammation in vivo via enhanced adenosine release and adenosine 2B receptor stimulation. eBioMedicine 33: 144–156. https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2018.06.021
  34. Wang X, Wong K, Ouyang W et al. (2019) Targeting IL-10 family cytokines for the treatment of human diseases. Cold Spring Harbor Perspect Biol 11(2): a028548. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a028548
  35. Santiago A, Madeira M, Boia R, Aires ID Rodrigues-Neves A, Santos P (2020) Keep an eye on adenosine: Its role in retinal inflammation. Pharmacol Therap 210: 107513. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2020.107513
  36. Zhang T, Yu-Jing L, Ma T (2022) The immunomodulatory function of adenosine in sepsis. Front Immunol 13: 936547. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.936547
  37. Baze MM, Hunter K, Hayes JP (2011) Chronic hypoxia stimulates an enhanced response to immune challenge without evidence of an energetic tradeoff. J Exp Biol 214: 3255–3268. https://doi.org/10.1242/jeb.054544
  38. Hams E, Sauners S, Cummins E, O'Connor A, Tambuwala M, Gallagher W, Byrne A, Campos-Torres A, Moynagh P, Jobin C, Taylor C, Fallon P (2011) The hydroxylase inhibitor dimethyloxallyl glycine attenuates endotoxic shock via alternative activation of macrophages and IL-10 production by B1 cells. Shock 36: 295–302. https://doi.org/10.1097/SHK.0b013e318225ad7e
  39. Takahashi T, Otsuguro K, Ohta T, Ito S (2010) Adenosine and inosine release during hypoxia in the isolated spinal cord of neonatal rats. Br J Pharmacol 161: 1806–1816. https://doi.org/10.1111/j.1476–5381.2010.01002.x

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Среднее артериальное давление у крыс с ЛПС-индуцированной эндотоксемией в точке гипоксического апноэ до и после гипоксической тренировки. По оси абсцисс – экспериментальные группы, по оси ординат – среднее артериальное давление. ** p < 00.1

Скачать (79KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сатурация у крыс с ЛПС-индуцированной эндотоксемией в точке гипоксического апноэ до и после гипоксической тренировки. ** p < 0.01.

Скачать (80KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Постгипоксическое восстановление дыхания у крыс с ЛПС-индуцированной эндотоксемией до и после гипоксической тренировки. По оси абсцисс – экспериментальные группы, по оси ординат – восстановление в%. ** – p < 0.01.

Скачать (76KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024