I.                   АДАПТАЦИЯ ЧЕЛОВЕКА В ГОРАХ И РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

УДК [612.223.12:615.834]:612.127]-092.4

 

МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ОЗОНА

 

Володина А.А., Билецкая Е.С., Зинчук В.В.

Гродненский государственный медицинский университет, Гродно, Беларусь

nastiavolodina.2003@gmail.com, biletskaya.e@inbox.ru, zinchuk@grsmu.by

 

Аннотация: Целью работы было оценить особенности влияния O3 на КТФ крови в условиях различных значений pO2 и pCO2.  Были проведены опыты in vitro, в которых озон инкубировался с цельной кровью предварительно подвергнутой воздействию гипоксической смесью. Затем проводилось определение показателей КТФ крови на газоанализаторе. Данный эффект этого газа в условиях различных значениий парциального давления кислорода и углекислого газа проявляется различным образом. Действие озона реализуется при участии газотрансмиттеров, реализующих свое действие через внутриэритроцитарные механизмы формирования сродства гемоглобина к кислороду, что обосновывает его использование в качестве средства улучшающего адаптационные и антигипоксические возможности организма.

Ключевые слова: озон, кровь, кислород, газотрансмиттеры, монооксид азота, сероводород.

 

ОЗОНДУН ИШТӨӨ МЕХАНИЗМДЕРИ

 

Володина А.А., Билецкая Е.С., Зинчук В.В.

Гродно мамлекеттик медициналык университети, Гродно ш., Беларусь

nastiavolodina.2003@gmail.com, biletskaya.e@inbox.ru, zinchuk@grsmu.by

 

Аннотация: Иштин максаты ар кандай маанилери боюнча O3 кан КТФГА тийгизген таасиринин өзгөчөлүктөрүн баалоо болуп саналат pO2 жана pCO2.  in vitro эксперименттери жүргүзүлүп, анда озон мурда гипоксиялык аралашмага дуушар болгон бүт кан менен инкубацияланган. Андан кийин газ анализатордогу КТФ канынын көрсөткүчтөрүн аныктоо жүргүзүлдү. Бул таасир кычкылтек жана көмүр кычкыл газы жарым-жартылай басым ар кандай баалуулуктар шартында бул газ ар кандай жолдор менен пайда болот. Озондун аракети гемоглобиндин кычкылтекке жакындыгын калыптандыруунун интраитроциттик механизмдери аркылуу ишке ашыруучу газтрансмиттерлердин катышуусу менен ишке ашырылат, бул аны организмдин адаптациялык жана антигипоксикалык мүмкүнчүлүктөрүн жакшыртуучу каражат катары колдонууну негиздейт.

Негизги сөздөр: озон, кан, кычкылтек, газ өткөргүчтөр, азот оксиди, күкүрттүү суутек.

 

MECHANISMS OF OZONE ACTION

 

Volodina A.A., Biletskaya E.S., Zinchuk V.V.

Grodno State Medical University, Grodno, Belarus

nastiavolodina.2003@gmail.com, biletskaya.e@inbox.ru, zinchuk@grsmu.by

 

Abstract: The purpose of the work was to evaluate the features of the influence of O3 on blood CTF under conditions of different values ​​of pO2 and pCO2.  In vitro experiments were carried out in which ozone was incubated with whole blood previously exposed to a hypoxic mixture. Then the blood CTF indicators were determined using a gas analyzer. This effect of this gas under conditions of different values ​​of the partial pressure of oxygen and carbon dioxide manifests itself in different ways. The action of ozone is realized with the participation of gas transmitters, which realize their action through intraerythrocyte mechanisms of formation of the affinity of hemoglobin for oxygen, which justifies its use as a means of improving the adaptive and antihypoxic capabilities of the body.

Key words: ozone, blood, oxygen, gas transmitters, nitrogen monoxide, hydrogen sulfide.

 

Введение

Широко распространён вариант использования озона в качестве аутогемотерапии, основанной на заборе крови у пациента, насыщении её озоном и последующем обратном введении в организм, однако механизмы действия данного газа в этих условиях (in vitro) остаются не раскрытыми [13]. В организме  сдвиг кривой диссоциации (СГК) в значительной степени определяет диффузию кислорода из альвеолярного воздуха в кровь, а затем на уровне капилляров в ткань. Сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина (КДО) вправо направлен на компенсирование кислородной недостаточности, а в условиях окислительного стресса, когда нарушена утилизация кислорода тканями влияет на активность процессов свободнорадикального окисления [10]. Имеются единичные работы о непосредственном эффекте О3 на СГК [3].

Цель исследования: оценить особенности влияния O3 на КТФ крови в условиях различных значений pO2 и pCO2.

Материалы и методы исследования

Были проведены опыты in vitro, в которых озон инкубировался с цельной кровью предварительно подвергнутой воздействию гипоксической смесью. Затем проводилось определение показателей КТФ крови на газоанализаторе.

Результаты исследования и их обсуждение

Нами показано, что оксигенация усиливает влияние озона на КТФ крови. Гидросульфид натрия и нитроглицерин увеличивают данный эффект, особенно последний, а именно увеличиваются рО2 и SO2 на 25,95 % (p<0,05) и 23,17% (p<0,05) соответственно (показатель р50реал возрастает на 24,54% (p<0,05)). Отмечается участие газотранмиттеров в изменениях КТФ крови при воздействии озоном при оксигенации. Гипероксия в условиях действия озона способствует росту содержания NO3-/NO2- и H2S, а добавление нитроглицерина и гидросульфида натрия увеличивают эти показатели. Предварительная оксигенация под действием О3 приводит к увеличению содержания NO3-/NO2- и H2S в плазме крови на 24,73% (p<0,05) и на 38,11% (p<0,05) соответственно по сравнению с группой, в которую вводили только озон. Нитроглицерин в условиях оксигенации способствует возрастанию концентрации NO3-/NO2- на 97,9% (p<0,05) и H2S на 59,99% (p<0,05).

Предварительная оксигенация существенно не меняет состояния прооксидантно-антиоксидантного баланса, а добавление нитроглицерина и гидросульфида натрия в данных условиях способствует увеличению диеновых конъюгатов, малонового диальдегида, активности каталазы. Озон может оказывать, как про-, так и антиоксидантный эффект в зависимости от используемых концентраций. Так в образцах крови, подвергнутых воздействию О3 в дозе 160 мг/мл, наблюдается рост МДА [9], а у пациентов с бессонницей и ишемической болезнью сердца озонотерапия способствует росту каталазы. В условиях оксигенации при воздействии озона и добавлении нитроглицерина наблюдается рост МДА и ДК, а гидросульфид натрия подобного эффекта не оказывает. Изоформы NO рассматривают как динамические датчики клеточного окислительного стресса и регуляторы редокс-гомеостаза. Механизм положительного влияния озонотерапии проявляется в повышении активности антиоксидантных ферментов сыворотки крови [7]. В нашем эксперименте добавление нитроглицерина и гидросульфида натрия в условиях оксигенации приводит к росту активности каталазы.

Предварительная дезоксигенация ослабляет влияние озона на КТФ крови, а нитроглицерин препятствует проявлению данного эффекта [2]. Дезоксигенация снижает эффект О3 на показатели рО2 и SO2 в сравнении с группой в которой выполнялось только озонирование, р50реал при этом уменьшается на 14,57% (p<0,05). При гипоксии наблюдается ухудшение процессов тканевого транскапиллярного обмена кислорода, снижение возможностей микроциркуляторного русла для доставки кислорода в ткани. Выявлены функциональные взаимосвязи различных компонентов регуляции микрогемодинамики и показателей КТФ крови при проведении гипоксического теста [1]. Озон значительно улучшает микроциркуляцию за счет повышения функциональной активности капилляров, изменения физико-химических характеристик крови и, в частности, кислородсвязывающих свойств крови [11]. Как видим из проведенных опытов, отмечаются изменения КТФ крови под влиянием озона в гипоксических условиях и при добавлении доноров газотрансмиттеров.

Предварительная обработка гипокапнической газовой смесью существенно увеличивает эффект озона на КТФ крови. Нитроглицерин в этих условиях приводит к усилению эффекта данного газа и характеризуется ростом рО2 на 17,81 % (p<0,05), SO2 на 9,83% (p<0,05), р50реал возрастает на 3,23% (p<0,05), в сравнении с группой, которая подвергалась предварительной гипокапнии и обработке озоном [5]. Можно было предположить по характеру изменения рН и рСО2, что вследствие эффекта Бора произойдет сдвиг КДО влево, однако, полученные нами результаты свидетельствуют об обратном.

Снижение концентрации ионов водорода и парциального давления углекислого газа (pCO2) существенно уменьшает афинность крови к кислороду, что затрудняет поступление кислорода в ткани на уровне капилляров большого круга кровообращения, и наоборот при увеличении этих параметров (эффект Бора). В ряде работ было показано, что гипокапния содействует увеличению концентрации 2,3-дифосфоглицерата в эритроцитах [12]. Кроме того, известно, что гипокапнические условия усиливают генерацию синтеза озона [8], эффекты которого, в свою очередь, проявляются дозозависимо. Следует отметить, что способность пероксинитрита в гипокапнической среде увеличивать значения показателей СГК р50реал и р50станд в сравнении с контрольной группой [6], что свидетельствует о существенном вкладе газотрансмиттера монооксида азота в регуляцию транспорта кислорода кровью. Вероятно, перечисленные факты приводят к усилению эффекта О3 в заданных условиях.

Гиперкапния усиливает эффект озона на КТФ крови и характеризуется сдвигом КДО вправо, однако в этих условиях нитроглицерин и гидросульфид натрия не изменяют параметры газотранспортной функции крови, а гиперкапния усиливает эффект О3 [4]. Повышение концентрации ионов водорода и pСO2 существенно снижает аффинность крови к кислороду, что изменяет поступление его в ткани на уровне капилляров большого круга кровообращения. В проведенных нами исследованиях снижение pH и рост pСO2, возникающие через реализацию механизмов эффекта Бора, приводят к усилению влияния озона на показатели КТФ крови, проявляющемуся в более выраженном сдвиге КДО вправо.

Механизмы внутриэритроцитарной регуляции СГК реализуются на различных уровнях: изменение структурной организации эритроцитов, моделирующее действие аллостерических эффекторов на молекулу гемоглобина. В ответ на действие озона в эритроцитах происходит изменение образования газотрансмиттеров NO и H2S, которое влияет непосредственно, как на модификацию свойств гемоглобина, так и опосредованно – через гемоглобин-независимые механизмы – на изменение структурной организации эритроцитарной мембраны. Как видим, в этот процесс вовлекается и молекула углекислого газа, а именно, при повышении его парциального давления.

            Проведенные нами исследования демонстрируют эффект озона на КТФ крови на уровне эритроцитрарного звена системы крови, который реализуется за счёт модификации внутриэритроцитарной системы регуляции СГК, что позволяет обеспечивать потребности аэробного обмена на регионарном и системном уровнях. Модификация СГК достигается в результате перестроек в мембранной организации эритроцитов (Band-3), изменения их метаболизма, ионного состава, действия ряда модуляторов (2,3-ДФГ, глутатион и др.), а также эффекты Бора и Холдейна. Согласно полученным нами данным, которые подробно изложены выше, в адаптивных изменениях функциональных свойств гемоглобина при действии О3 и в условиях различных значений pO2 и pСO2 участвует система газотрансмиттеров (NO, H2S), обеспечивая локальные потребности ткани в кислороде.

Заключение. Таким образом, действие озоном оказывает существенное влияние на системные механизмы крови, ответственных за формирование кислородного гомеостаза организма.

 

Литература:

1.   Глазачев О.С., Дудник О.С. Особенности реактивности сосудов микроциркуляторного русла практически здоровых людей при моделировании острой умеренной гипоксии и гипероксии // Физиология человека. – 2013. – Т. 39, № 4. – С.400-406.

2.   Зинчук В.В., Билецкая Е.С. Особенности влияния озона на кислородзависимые процессы крови при гипоксических условиях // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. – 2021. – Т. 20, № 3. – С. 70-76.

3.   Зинчук В.В., Билецкая Е.С. Эффект озона на кислородтранспортную функцию крови при различных режимах воздействия в опытах in vitro // Биофизика. – 2020. – Т. 65, № 5. – С. 915-919.

4.   Зинчук В.В., Билецкая Е.С., Гуляй И.Э. Особенности действия озона на кислородзависимые процессы крови в условиях гиперкапнии // Биомедицинская химия. – 2022. – № 3. –  С. 212-217.

5.   Зинчук В.В., Муравьев А.В., Билецкая Е.С. и др. Влияние газотрансмиттеров и озона на микрореологию эритроцитов и кислородтранспортную функцию крови // Тромбоз, гемостаз и реология. – 2022. – № 2. – С. 73-83.

6.   Зинчук В.В., Степуро Т.Л. NO-зависимые механизмы внутриэритроцитарной регуляции сродства гемоглобина к кислороду: монография / под ред. В. В. Зинчука; М-во здравоохранения Респ. Беларусь, УО "Гродн. гос. мед. ун-т", Каф. нормальной физиологии. – Гродно: ГрГМУ, 2016. – 175 с

7.   Осиков М.В., Давыдова Е.В., Абрамов К.С. Процессы свободнорадикального окисления и перспективные направления коррекции редокс-статуса при изолированных переломах бедренной кости // Современные проблемы науки и образования. – 2019. – № 1. – С. 1-4.

8.   Торбин А.П., Першин, А.А., Азязов, В.Н. Регенерация озона в смеси O-O2-О3. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2014. – Т. 16, № 4-1. – С. 17-21.

9.   Gao T., Wang Z., Cao J. et al. Melatonin alleviates oxidative stress in sleep deprived mice: Involvement of small intestinal mucosa injury // Int Immunopharmacol. – 2020. – Vol. 78. – Р. 1-11.

10.             Giunta R., Coppola A., Luongo C. et al. Ozonized autohemotransfusion improves hemorheological parameters and oxygen delivery to tissues in patients with peripheral occlusive arterial disease // Ann. Hematol. – 2001. – Vol. 80, № 12. – P. 745-748.

11.             He S., Chen W., Xia J. et al. Effects of ozone autohemotherapy on blood VEGF, TGF-β and PDGF levels after finger replantation // Ann Palliat Med. – 2020. Vol. 9, № 5. – Р. 3332-3339.

12.             Madsen H., Ditzel J. Red cell 2,3-diphosphoglycerate and hemoglobin--oxygen affinity during normal pregnancy // Acta Obstet Gynecol Scand. –1984. – Vol. 63, № 5. – Р. 399-402.

13.             Moreno-Fernαndez A., Macνas-Garcνa L, Valverde-Moreno R. et al. Autohemotherapy with ozone as a possible effective treatment for Fibromyalgia // Acta Reumatol Port. – 2019. – Vol. 44, № 3. – P. 244-249.