mesЭкстремальная биомедицинаExtreme Medicine3033-89643033-8972Centre for Strategic Planning of the Federal Medical and Biological Agency10.47183/mes.2024-247mes-247Research ArticleГЛАВНАЯ ТЕМА: ИЗУЧЕНИЕ ТОКСИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ КСЕНОБИОТИКОВ И ПРОДУКТОВ ИХ БИОТРАНСФОРМАЦИИMAIN TOPIC: STUDY OF TOXIC EFFECTS OF XENOBIOTICS AND THEIR BIOTRANSFORMATION PRODUCTSАнализ факторов, влияющих на процессы апоптоза в периоде отдаленных последствий тяжелых острых отравлений нейротропными токсикантамиAnalysis of factors influencing apoptotic processes during formation of long-term health effects of severe acute poisoning with neurotropic toxicantshttps://orcid.org/0000-0001-5895-688XШустовЕ. Б.ShustovE. B.

Шустов Евгений Борисович - д-р мед. наук

Санкт-Петербург

Evgeny B. Shustov

St. Petersburg

shustov-msk@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2996-5151МельниковаМ. В.MelnikovaM. V.

Мельникова Маргарита Викторовна

Санкт-Петербург

Margarita V. Melnikova

St. Petersburg

melnikova.m.v@toxicology.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5731-8146МастероваК. В.MasterovaK. V.

Мастерова Кристина Вячеславовна

Санкт-Петербург

Kristina V. Masterova

St. Petersburg

masterova.k.v@toxicology.ruhttps://orcid.org/0009-0008-1410-806XОстровВ. Ф.OstrovV. F.

Остров Владимир Федорович - канд. биол. наук.

Санкт-Петербург

Vladimir F. Ostrov

St. Petersburg

ostrov.v.f@toxicology.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9708-2596ЗолотоверхаяЕ. А.ZolotoverkhajaE. A.

Золотоверхая Екатерина Андреевна - канд. биол. наук.

Санкт-Петербург

Ekaterina A. Zolotoverkhaja

St. Petersburg

e.zolotoverkhaja@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7622-0390КубарскаяЛ. Г.KubarskayaL. G.

Кубарская Лариса Георгиевна - канд. биол. наук.

Санкт-Петербург

Larisa G. Kubarskaya

St. Petersburg

larkub@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0009-7594-0201ТанаянцК. О.TanayantsK. O.

Танаянц Ксения Олеговна

Санкт-Петербург

Ksenia O. Tanayants

St. Petersburg

tanayantsksenia@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4168-0658КозловА. А.KozlovA. A.

Козлов Александр Александрович

Санкт-Петербург

Alexander A. Kozlov

St. Petersburg

Alexandrk0zlov89@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0002-8748-8426СоколоваЮ. О.SokolovaYu. O.

Соколова Юлия Олеговна - канд. биол. наук.

Санкт-Петербург

Yulia O. Sokolova

St. Petersburg

yulya_sokolova91@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4602-4468ПотаповП. К.PotapovP. K.

Потапов Петр Кириллович - канд. мед. наук.

Санкт-Петербург

Petr K. Potapov

St. Petersburg

forwardspb@mail.ruНаучно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова Федерального медико-биологического агентстваРоссияGolikov Research Center of ToxicologyRussian FederationНаучно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова Федерального медико-биологического агентства; Военно-медицинская академия имени С.М. КироваРоссияGolikov Research Center of Toxicology; Military Medical AcademyRussian Federation202522032025271514Copyright © Шустов Е.Б., Мельникова М.В., Мастерова К.В., Остров В.Ф., Золотоверхая Е.А., Кубарская Л.Г., Танаянц К.О., Козлов А.А., Соколова Ю.О., Потапов П.К., 20252025Шустов Е.Б., Мельникова М.В., Мастерова К.В., Остров В.Ф., Золотоверхая Е.А., Кубарская Л.Г., Танаянц К.О., Козлов А.А., Соколова Ю.О., Потапов П.К.Shustov E.B., Melnikova M.V., Masterova K.V., Ostrov V.F., Zolotoverkhaja E.A., Kubarskaya L.G., Tanayants K.O., Kozlov A.A., Sokolova Y.O., Potapov P.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.extrememedicine.ru/jour/article/view/247Введение

Введение. Поражение нервной системы при действии нейротоксикантов характеризуется различными морфологическими изменениями, проявляющимися в основном дистрофическими и некротическими процессами. Ключевыми механизмами патогенеза постинтоксикационной астении, определяющимися спецификой токсиканта, являются активация апоптоза, нарушение трофики, активация перекисного окисления липидов (ПОЛ), недостаточность нейропептидного звена регуляции, нарушения ликвородинамики.

Цель

Цель. Количественная оценка вклада процессов апоптоза, оксидативного стресса и нейротрофиновой регуляции в формировании отдаленных последствий тяжелых острых отравлений нейротропными токсикантами.

Материалы и методы

Материалы и методы. Экспериментальное исследование выполнено на крысах-самцах. В качестве токсикантов использовались: фенилкарбамат (1,6 мг/кг м.т.), метанол (11,5 г/кг м.т.), ацетат свинца (300 мг/кг м.т.). Период формирования отдаленных последствий составил 30 суток. Уровень апоптоза нейронов височной коры головного мозга определяли методом TUNEL. Определение нейроспецифических белков в плазме крови осуществлялось ИФА-методом. Определение показателей ПОЛ и антиоксидантной системы проводили стандартными биохимическими методами.

Результаты

Результаты. Воздействие веществ вызывало признаки токсического действия у крыс на 1–2-е сутки, причем у фенилкарбамата с максимальной выраженностью в первые, а у метанола и ацетата свинца — на вторые. К 5–7-м суткам у выживших животных (независимо от токсиканта) состояние нормализовалось. На 30-е сутки были выявлены нарушения, совокупность которых позволила разделить выживших животных на подгруппы по уровню сформированности функциональных признаков отдаленных последствий острых отравлений.

Выводы

Выводы. Показано, что формирование отдаленных последствий тяжелых острых отравлений для исследуемых нейротоксикантов связано с повышением количества TUNEL-позитивных нейронов и снижением концентрации белка S100 в сыворотке. Процессы ПОЛ в тканях мозга в указанные сроки не играли существенной роли в активации апоптоза.

Background

Background. The nervous system damage caused by neurotoxicants is characterized by various morphological changes, manifested mainly by dystrophic and necrotic processes. The key mechanisms of post-intoxication asthenia pathogenesis, determined by the specifics of the toxicant, involve activation of apoptosis, trophic disorder, lipid peroxidation (LPO), neuropeptide regulatory insufficiency, as well as cerebrospinal fluid dynamics disorders.

Objective

Objective. Quantification of the contribution of apoptosis, oxidative stress, and neurotrophin regulation processes to the formation of long-term health consequences of severe acute poisoning with neurotropic toxicants.

Material and methods

Material and methods. Experimental studies were performed in male rats. The following toxicants were used: phenylcarbamate (1.6 mg/kg bw), methanol (11.5 g/kg bw), lead acetate (300 mg/kg bw). The period of formation of long-term health effects was 30 days. The level of apoptosis of the brain temporal cortex neurons was evaluated by the TUNEL method. The identification of blood plasma neurospecific proteins was carried out by the ELISA method. Evaluation of LPO and antioxidant system was carried out by standard biochemical methods.

Results

Results. Exposure to the substances caused the signs of toxic effects in rats on days 1–2. The maximum severity of poisoning with phenylcarbamate was on the first day, while the maximum severity of poisoning with methanol and lead acetate was manifested on the second day. By days 5–7, the survived animals showed a normalization in the status regardless of the toxicant. On day 30, violations were detected, the totality of which allowed the survived animals to be divided into subgroups according to the manifestation of functional signs of long-term health effects of acute poisoning.

Conclusions

Conclusions. The formation of long-term health effects of severe acute poisoning with the studied neurotoxicants was shown to be associated with an increase in the number of TUNEL positive neurons and a decrease in the S100 protein serum concentration. Lipid peroxidation in brain tissues during the specified period did not play a significant role in apoptosis activation.

психоорганический синдромантиоксидантная системаапоптознейроспецифические белкинейротоксикантыотдаленные последствия отравленийперекисное окисление липидовpsychoorganic syndromeantioxidant systemapoptosisneuron-specific proteinsneurotoxicantslate effect of intoxicationlipid peroxidationработа была выполнена в рамках Государственного задания Федерального медико-биологического агентства № 388-00071-24-00 (код темы 64.004.24.800)the research was carried out within the state assignment of Russia’s Federal Medical and Biological Agency No. 388-00071-24-00 (code 64.004.24.800)ReferencesКраснов ВН. Психоорганический синдром как предмет нейропсихиатрии. Доктор.Ру. 2011;(4):34–42. EDN: OYYBSXKrasnov VN. Psycho-organic syndrome as a subject of neuropsychiatry. Doktor.Ru. 2011;(4):34–42 (In Russ.). EDN: OYYBSXBrendan L. McNeish, Noah Kolb. Toxic Neuropathies. Continuum (Minneap Minn). 2023;29(5):1444–68. https://doi.org/10.1212/CON.0000000000001343Brendan L. McNeish, Noah Kolb. Toxic Neuropathies. Continuum (Minneap Minn). 2023;29(5):1444–68. https://doi.org/10.1212/CON.0000000000001343Гайкова ОН, Козлов, АА, Катрецкая, ГГ, Мельникова, МВ, Мелехова, АС, Бондаренко АА. Морфологические характеристики токсического поражения головного мозга. Медицина экстремальных ситуаций. 2024;26(2):13–9. https://doi.org/10.47183/mes.2024.025Gaikova ON, Kozlov AA, Katretskaya GG, Melnikova MV, Melekhova AS, Bondarenko AA, et al. Мorphological characteristics of toxic brain damage. Extreme medicine. 2024;26(2):13–9 (In Russ.). https://doi.org/10.47183/mes.2024.025Деев РВ, Билялов АИ, Жампеисов ТМ. Современные представления о клеточной гибели. Гены и Клетки. 2018;13(1):6–19. https://doi.org/10.23868/201805001Deev RV, Bilyalov AI, Zhampeisov TM. Modern concepts of cell death. Genes and Cells. 2018; 13(1):6–19 (In Russ.). https://doi.org/10.23868/201805001Кашуро ВА. Динамика содержания нейротрофических факторов головного мозга при экспериментальной коме у крыс. Казанский медицинский журнал. 2013;(94): 695–9. EDN: RSHIDVKashuro VA. Dynamics of the content of neurotrophic factors of the brain in experimental coma in rats. Kazan Medical Journal. 2013;(94):695–9 (In Russ.). EDN: RSHIDVКострова ТА. Экспериментальная оценка изменений нейротрофических и апоптотических факторов в реализации отдаленных последствий острого тяжелого отравления тиопенталом натрия. Токсикологический вестник. 2019;(5):49–53. https://doi.org/10.36946/0869-7922-2019-5-49-53Kostrova TA. Experimental assessment of changes in neurotrophic and apoptotic factors in the long-term effects of acute severe sodium thiopental poisoning. Toxicological bulletin. 2019;(5):49–53 (In Russ.). https://doi.org/10.36946/0869-7922-2019-5-49-53Лужников ЕА. Особенности формирования и течения токсикогипоксической энцефалопатии при острых отравлениях веществами нейротоксического действия. Анестезиология и реаниматология. 2005;6:4–8. EDN: HVKWSVLuzhnikov EA. The specific features of the development and course of toxicohypoxic encephalopathy in acute poisoning by neurotoxic agents. Anesthesiology and reanimatology. 2005;6:4–8 (In Russ.). EDN: HVKWSVПетров АН, Войцехович КО, Мелехова АС, Лисицкий ДС, Бельская АВ, Михайлова МВ, Гайкова ОН. Проблемы диагностики нейротоксических нарушений — последствий отравлений веществами судорожного действия. Вестник Российской военно-медицинской академии. 2017;3(59):211–7. EDN: ZOWOBDPetrov AN, Voytsekhovich KO, Melekhova AS, Lisitskiy DS, Bel’skaya AV, Mikhaylova MV, Gaykova ON. Problems of diagnostics of neurotoxic disorders — the effects of convulsive substances poisoning. Bulletin of the Russian Military Medical Academy. 2017;3(59):211–7 (In Russ.). EDN: ZOWOBDБеспалов АЯ, Прокопенко ЛИ, Горчакова ТЛ, Козлов ВК, Петров АН, Зайцева МА и др. Гидрохлориды замещенных 2-[(диметиламино)метил] арилдиметилкарбаматов, обладающие антихолинэстеразной активностью. Патент Российской Федерации № 2754133;2021.Bespalov AYa, Prokopenko LI, Gorchakova TL, Kozlov VK, Petrov AN, Zaytseva MA, et al. Hydrochlorides of substituted 2-[(dimethylamino)methyl] aryl dimethyl carbamates with anticholinesterase activity. Patent of the Russian Federation No. 2754133;2021 (In Russ.).Капанадзе ГД, Ревякин АО, Шустов ЕБ. Методика оценки системы детоксикации ксенобиотиков у лабораторных животных. Биомедицина. 2017;3:71–81. EDN: ZHYWKBKapanadze GD, Revyakin AO, Shustov EB. Methodology for evaluating the detoxification system of xenobiotics in laboratory animals. Biomedicine. 2017;3:71–81 (In Russ.).EDN: ZHYWKBКострова ТА, Батоцыренова ЕГ, Кашуро ВА, Долго-Сабуров ВБ, Степанов СВ, Золотоверхая ЕА. Оценка биохимических показателей в тканях головного мозга у крыс в отдаленный период после тяжелого отравления тиопенталом натрия. Медицина экстремальных ситуаций. 2019;21(3):429–35. EDN: GGIEFQKostrova TA, Batotsyrenova EG, Kashuro VA, Dolgo-Saburov VB, Stepanov SV, Zolotoverhaya EA, et al. Evaluation of biochemical parameters in the brain tissues of rats in the long-term period after severe sodium thiopental poisoning. Medicine of Extreme Situations, 2019;21(3):429–35 (In Russ.). EDN: GGIEFQМаксимова МЮ, Ионова ВГ, Сыскина АА, Шабалина АА, Костырева МА, Сенектутова ОА. Нейроспецифические белки в оценке состояния ткани мозга при атеротромботическом инсульте (клинико-биохимическое исследование). Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2011;5(3):4–10. EDN: OOKEFRMaksimova MYu, Ionova VG, Syskina AA, Shabalina AA, Kostyreva MA, Senektutova OA. Neurospecific peptides in the assessment of brain damage in patients with atherothrombotic stroke. Annals of Clinical and Experimental Neurology. 2011;5(3):4–10 (In Russ.). EDN: OOKEFRWunderlich MT, Lins H, Skalej M, Wallesch C-W, Goertler M. Neuron-specific enolase and tau protein as neurobiochemical markers of neuronal damage are related to early clinical course and long-term outcome in acute ischemic stroke. Clin Neurol Neurosurg.2006; 108(6):558–63. https://doi.org/10.1016/j.clineuro.2005.12.006Wunderlich MT, Lins H, Skalej M, Wallesch C-W, Goertler M. Neuron-specific enolase and tau protein as neurobiochemical markers of neuronal damage are related to early clinical course and long-term outcome in acute ischemic stroke. Clin Neurol Neurosurg.2006; 108(6):558–63. https://doi.org/10.1016/j.clineuro.2005.12.006Berger RP, Beers SR, Richichi R, Wiesman D, Adelson PD. Serum biomarker concentrations and outcome after pediatric traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 2007;(24):1793–1801. https://doi.org/10.1089/neu.2007.0316Berger RP, Beers SR, Richichi R, Wiesman D, Adelson PD. Serum biomarker concentrations and outcome after pediatric traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 2007;(24):1793–1801. https://doi.org/10.1089/neu.2007.0316Vlasakova K, Tsuchiya T, Garfinkel IN, et al. Performance of biomarkers NF-L, NSE, Tau and GFAP in blood and cerebrospinal fluid in rat for the detection of nervous system injury. Front Neurosci. 2024;(17):1285359. https://doi.org/10.3389/fnins.2023.1285359Vlasakova K, Tsuchiya T, Garfinkel IN, et al. Performance of biomarkers NF-L, NSE, Tau and GFAP in blood and cerebrospinal fluid in rat for the detection of nervous system injury. Front Neurosci. 2024;(17):1285359. https://doi.org/10.3389/fnins.2023.1285359Клименко АЛ, Деев АИ, Баскаков ИС, Богданова МН, Забирова АХ, Мазикина АН. Класс нейроспецифических белков S100 и металлолигандный гомеостаз в этиопатогенезе ишемического инсульта. Микроэлементы в медицине. 2019;20(1):3–13. https://doi.org/10.19112/2413-6174-2019-20-4-3-13Klimenko AL, Deev AI, Baskakov IS, Bogdanova MN, Zabirova AKh, Mazikina AN. Neurospecific proteins of s100 family and metal-ligand homeostasis in etiopathogenesis of ischemic stroke: a literature review. Trace elements in medicine. 2019;20(1):3–13(In Russ.). https://doi.org/10.19112/2413-6174-2019-20-4-3-13Левчук ЛА, Бохан НА, Иванова СА. Нейроспецифические белки как трансдиагностические маркеры аффективных расстройств. Нейрохимия. 2023;40(1):30–4. https://doi.org/10.31857/S1027813323010119Levchuk LA, Bokhan NA, Ivanova SA. Neurospecific Proteins as Transdiagnostic Markers of Affective Disorders. Neurochemistry. 2023;40(1):30–4 (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S1027813323010119Lima Giacobbo B, Doorduin J, Klein HC, Dierckx RAJO, Bromberg E, de Vries EFJ. Brain-Derived Neurotrophic Factor in Brain Disorders: Focus on Neuroinflammation. Mol Neurobiol. 2019;56(5):3295–3312. https://doi.org/10.1007/s12035-018-1283-6Lima Giacobbo B, Doorduin J, Klein HC, Dierckx RAJO, Bromberg E, de Vries EFJ. Brain-Derived Neurotrophic Factor in Brain Disorders: Focus on Neuroinflammation. Mol Neurobiol. 2019;56(5):3295–3312. https://doi.org/10.1007/s12035-018-1283-6

The authors declare that there are no conflicts of interest present.