PHOTOPERIOD-INDUCED ALTERATIONS IN BIOMARKERS OF OXIDATIVE STRESS IN RATS OF DIFFERENT AGES AND INDIVIDUAL PHYSIOLOGICAL REACTIVITY
DOI: 10.32999/ksu2524-0838/2022-32-7
DOI:
https://doi.org/10.32999/ksu2524-0838/2022-32-7Ключові слова:
щурі, стійкість до гіпоксії, печінка, сезони року, гідроперекиси ліпідів, ТБК-продукти, загальна антиоксидантна активністьАнотація
Дане дослідження виконано для вивчення індукованих фотоперіодом змін біомаркерів окиснювального стресу у щурів різного віку та різною фізіологічної реактивністі, що
оцінюється за різною стійкістю до гіпоксії. Дослідження проведено на 96 щурах-самцях лінії Вістар, розділених на 16 груп залежно від стійкості до гіпоксії (НР, низькорезистентні, ВР, високорезистентні) та віку (6 та 21 міс.). Дослідження проводилися в чотири фотоперіоди: зима (січень), весна (березень), літо (липень) та осінь (жовтень). Нижчі рівні біомаркерів окиснювального стресу (p < 0,05) спостерігалося у молодших щурів у порівнянні зі старшими щурів, а також у високорезистентних щурів порівняно з низькорезистентними продуктів як основних індикаторів окиснювального стресу – збільшуються з віком, а влітку це призводить до подальшого підвищення в порівнянні з іншими сезонами. Крім того, біомаркери окиснювального стресу були нижчими (p < 0,05) взимку, ніж в інші сезони, особливо у високорезистентних щурів. Рівень загальної антиокиснювальної активності (ОАА) у тканині печінки 6-місячних щурів був достовірно вищим (p < 0,05) порівняно зі значеннями у щурів старшого віку. Подібно, більш високий рівень ОАА було виявлено в тканині печінки високорезистентних щурів порівняно з низькорезистентними. У дорослих високорезистентних щурів зберігався високий рівень ОАА із мінімальними змінами протягом року. Слід зазначити, що різниця в ОАА була вищою для груп дорослих тварин з високою резистентністю до гіпоксії взимку, навесні та влітку, що може свідчити про ефективні механізми, що перешкоджають утворенню активних форм кисню, та системи їх елімінації.
щурами. Було виявлено, що рівні кінцевого продукту перекисного окиснення ліпідів – ТБК
Посилання
Altamirano FG, Castro-Pascual IC, Ferramola ML, Tula ML, Delgado SM, Anzulovich AC, Lacoste MG. Aging disrupts the temporal organization of antioxidant defenses in the heart of male rats and phase shifts circadian rhythms of systolic blood pressure. Biogerontology. 2021;22(6):603-621. doi: 10.1007/s10522-021-09938-7
Bartke A, Amador AG, Chandrashekar V, Klemcke HG. Seasonal differences in testicular receptors and steroidogenesis. J Steroid Biochem. 1987;27(1-3):581-7. doi: 10.1016/0022-4731(87)90357-8
Bartman CM, Eckle T. Circadian-Hypoxia Link and its Potential for Treatment of Cardiovascular Disease. Curr Pharm Des. 2019;25(10):1075-1090. doi: 10.2174/1381612825666190516081612
Bartosz G. Total antioxidant capacity. Adv Clin Chem. 2003;37:219-92. doi: 10.1016/s0065-2423(03)37010-6
Biondo-Simões Mde L, Matias JE, Montibeller GR, Siqueira LC, Nunes Eda S, Grassi CA. Effect of aging on liver regeneration in rats. Acta Cir Bras. 2006;21(4):197-202. doi: 10.1590/s0102-86502006000400002
Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem. 1976;72:248-54. doi: 10.1006/abio.1976.9999
Buijs RM, Scheer FA, Kreier F, Yi C, Bos N, Goncharuk VD, Kalsbeek A. Organization of circadian functions: interaction with the body. Prog Brain Res. 2006;153:341-60. doi: 10.1016/S0079-6123(06)53020-1
Dzhalilova D, Makarova O. Differences in Tolerance to Hypoxia: Physiological, Biochemical, and Molecular-Biological Characteristics. Biomedicines. 2020;8(10):428. doi: 10.3390/biomedicines8100428
Dzhalilova DS, Diatroptov ME, Tsvetkov IS, Makarova OV, Kuznetsov SL. Expression of Hif-1α, Nf-κb, and Vegf Genes in the Liver and Blood Serum Levels of HIF-1α, Erythropoietin, VEGF, TGF-β, 8-Isoprostane, and Corticosterone in Wistar Rats with High and Low Resistance to Hypoxia. Bull Exp Biol Med. 2018;165(6):781-785. doi: 10.1007/s10517-018-4264-x
Emens JS, Burgess HJ. Effect of Light and Melatonin and Other Melatonin Receptor Agonists on Human Circadian Physiology. Sleep Med Clin. 2015;10(4):435-53. doi:10.1016/j.jsmc.2015.08.001
Fang YZ, Yang S, Wu G. Free radicals, antioxidants, and nutrition. Nutrition. 2002;18(10):872-9. doi:10.1016/s0899-9007(02)00916-4
Galaktionova LP, Molchanov AV, El'chaninova SA, Varshavskiĭ BIa. Sostoianie perekisnogo okisleniia u bol'nykh s iazvennoĭ bolezn'iu zheludka i dvenadtsatiperstnoĭ kishki [Lipid peroxidation in patients with gastric and duodenal peptic ulcers]. Klin. Lab. Diagn., 1998;(6):10-14.
Grek OR, Pupyshev AB, Tikhonova EV. Effect of transitory ischemia on liver lysosomal apparatus in rats with different resistance to hypoxia. Bull Exp Biol Med. 2003;136(1):11-3. doi: 10.1023/a:1026016224694
Halliwell B, Chirico S. Lipid peroxidation: its mechanism, measurement, and significance. Am J Clin Nutr. 1993;57(5 Suppl):715S-724S; discussion 724S-725S. doi: 10.1093/ajcn/57.5.715S
Hardeland R, Coto-Montes A, Poeggeler B. Circadian rhythms, oxidative stress, and antioxidative defense mechanisms. Chronobiol Int. 2003;20(6):921-62. doi: 10.1081/cbi-120025245
Höller Y, Gudjónsdottir BE, Valgeirsdóttir SK, Heimisson GT. The effect of age and chronotype on seasonality, sleep problems, and mood. Psychiatry Res. 2021;297:113722. doi:10.1016/j.psychres.2021.113722
Jain K, Suryakumar G, Prasad R, Ganju L. Differential activation of myocardial ER stress response: a possible role in hypoxic tolerance. Int J Cardiol. 2013;168(5):4667-77. doi:10.1016/j.ijcard.2013.07.180
Kamyshnikov, V. 2004. A reference book on the clinic and biochemical researches and laboratory diagnostics. MEDpress-inform, Moscow. (In Russian).
Kurgaliuk, N.N. Oksid azota kak faktor adaptatsionnoĭ zashchity pri gipoksii [Nitric oxide as an adaptive protection factor in hypoxia]. Usp. Fiziol. Nauk, 2002;33(4), 65-79. [In Russian].
Kurhaluk N, Lukash O, Nosar V, Portnychenko A, Portnichenko V, Wszedybyl-Winklewska M, Winklewski PJ. Liver mitochondrial respiratory plasticity and oxygen uptake evoked by cobalt chloride in rats with low and high resistance to extreme hypobaric hypoxia. Can J Physiol Pharmacol. 2019;97(5):392-399. doi: 10.1139/cjpp-2018-0642
Kurhaluk N, Tkachenko H, Lukash O. Melatonin modulates oxidative phosphorylation, hepatic and kidney autophagy-caused subclinical endotoxemia and acute ethanol-induced oxidative stress. Chronobiol Int. 2020;37(12):1709-1724. doi: 10.1080/07420528.2020.1830792
Kurhaluk N, Tkachenko H. Melatonin and alcohol-related disorders. Chronobiol Int. 2020;37(6):781-803. doi: 10.1080/07420528.2020.1761372.
Kurhaluk N, Zaitseva OV, Sliuta A, Kyriienko S, Winklewski PJ. Melatonin diminishes oxidative stress in plasma, retains erythrocyte resistance and restores white blood cell count after low dose lipopolysaccharide exposure in mice. Gen Physiol Biophys. 2018;37(5):571-580. doi: 10.4149/gpb_2018010
Kurhalyuk N, Tkachenko H. L-arginine modulates mitochondrial function in rat liver during physical training. J Vet Res. 2007;51:641–647.
Kurhalyuk NM, Serebrovskaya TV, Kolesnikova EE. Role of cholino- and adrenoreceptors in regulation of rat antioxidant defense system and lipid peroxidation during adaptation to intermittent hypoxia. Probl Eco. Med Genet Cell Immunol. 2001;7:126-137. [In Ukrainian].
Lacoste MG, Ponce IT, Golini RL, Delgado SM, Anzulovich AC. Aging modifies daily variation of antioxidant enzymes and oxidative status in the hippocampus. Exp Gerontol. 2017;88:42-50. doi: 10.1016/j.exger.2016.12.002
Luk'ianova LD Molekuliarnye mekhanizmy tkanevoĭ gipoksii i adaptatsii organizma [Molecular mechanisms of tissue hypoxia and organism adaptation]. Fiziol Zh, 2003;49(3):17-35. (In Russian).
Lukyanova LD, Kirova YI, Germanova EL. The Role of Succinate in Regulation of Immediate HIF-1α Expression in Hypoxia. Bull Exp Biol Med. 2018;164(3):298-303. doi:10.1007/s10517-018-3976-2
Lukyanova LD, Kirova YI. Mitochondria-controlled signaling mechanisms of brain protection in hypoxia. Front Neurosci. 2015;9:320. doi: 10.3389/fnins.2015.00320
Lukyanova LD, Kirova YI. Effect of hypoxic preconditioning on free radical processes in tissues of rats with different resistance to hypoxia. Bull Exp Biol Med. 2011;151(3):292-6. English, Russian. doi: 10.1007/s10517-011-1312-1
Mármol F, Sánchez J, López D, Martínez N, Mitjavila MT, Puig-Parellada P. Oxidative stress, nitric oxide and prostaglandin E2 levels in the gastrointestinal tract of aging rats. J Pharm Pharmacol. 2009;61(2):201-6. doi: 10.1211/jpp/61.02.0009
Mármol F, Sánchez J, López D, Martínez N, Xaus C, Peralta C, Roselló-Catafau J, Mitjavila MT, Puig-Parellada P. Role of oxidative stress and adenosine nucleotides in the liver of aging rats. Physiol Res. 2010;59(4):553-560. doi: 10.33549/physiolres.931768
McClung CA. Circadian rhythms and mood regulation: insights from pre-clinical models. Eureuropsychopharmacol. 2011;21 Suppl 4(Suppl 4):S683-93. doi:10.1016/j.euroneuro.2011.07.008
Miyazawa T. Lipid hydroperoxides in nutrition, health, and diseases. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 2021;97(4):161-196. doi: 10.2183/pjab.97.010
Mortola JP. Gender and the circadian pattern of body temperature in normoxia and hypoxia. Respir Physiol Neurobiol. 2017;245:4-12. doi: 10.1016/j.resp.2016.11.002
Mortola JP. Hypoxia and circadian patterns. Respir Physiol Neurobiol. 2007;158(2-3):274-9. doi:10.1016/j.resp.2007.02.005
Niki E. Lipid peroxidation products as oxidative stress biomarkers. Biofactors. 2008;34(2):171-80. doi:10.1002/biof.5520340208
Padhy G, Sethy NK, Ganju L, Bhargava K. Abundance of plasma antioxidant proteins confers tolerance to acute hypobaric hypoxia exposure. High Alt Med Biol. 2013;14(3):289-97. doi:10.1089/ham.2012.1095
Peek CB, Levine DC, Cedernaes J, Taguchi A, Kobayashi Y, Tsai SJ, Bonar NA, McNulty MR, Ramsey KM, Bass J. Circadian Clock Interaction with HIF1α Mediates Oxygenic Metabolism and Anaerobic Glycolysis in Skeletal Muscle. Cell Metab. 2017;25(1):86-92. doi: 10.1016/j.cmet.2016.09.010
Pré J. La lipopéroxydation [Lipid peroxidation]. Pathol Biol (Paris), 1991;39(7):716-736. [In French].
Reiter RJ, Tan DX, Terron MP, Flores LJ, Czarnocki Z. Melatonin and its metabolites: new findings regarding their production and their radical scavenging actions. Acta Biochim Pol. 2007;54(1):1-9. Epub 2007 Mar 9. PMID: 17351668
Rubio C, Lizárraga E, Álvarez-Cilleros D, Pérez-Pardo P, Sanmartín-Salinas P, Toledo-Lobo MV, Alvarez C, Escrivá F, Fernández-Lobato M, Guijarro LG, Valverde AM, Carrascosa JM. Aging in Male Wistar Rats Associates With Changes in Intestinal Microbiota, Gut Structure, and Cholecystokinin-Mediated Gut-Brain Axis Function. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2021;76(11):1915-1921. doi: 10.1093/gerona/glaa313
Serebrovskaya TV, Xi L. (2012). Individualized intermittent hypoxia training: principles and practices. In: Intermittent Hypoxia and Human Diseases, L. Xi and T. Serebrovskaya, Eds., Springer: London, UK.
Strauss E, Waliszewski K, Oszkinis G, Staniszewski R. Polymorphisms of genes involved in the hypoxia signaling pathway and the development of abdominal aortic aneurysms or largeartery atherosclerosis. J Vasc Surg. 2015;61(5):1105-13.e3. doi: 10.1016/j.jvs.2014.02.007
Tian L, Cai Q, Wei H. Alterations of antioxidant enzymes and oxidative damage to macromolecules in different organs of rats during aging. Free Radic Biol Med. 1998;24(9):1477-84. doi: 10.1016/s0891-5849(98)00025-2
Tkachenko H, Kurhalyuk N, Khabrovska L, Kamiński P. Effect of L-arginine on lead induced oxidative stress in the blood of rats with different resistance to hypoxia. Pol J Food Nutr Sci. 2007;57(3):387-394.
Travaglio M, Ebling FJP. Role of hypothalamic tanycytes in nutrient sensing and energy balance. Proc Nutr Soc. 2019;78(3):272-278. doi: 10.1017/S0029665118002665
Ubuka T, Bentle GE. (2011). Neuroendocrine control of reproduction in birds. In: D.O. Norris, K.H. Lopez (Eds.), Hormones and Reproduction of Vertebrates. Academic Press, London, p. 1-25.
Urbanski HF, Sorwell KG. Age-related changes in neuroendocrine rhythmic function in the rhesus macaque. Age (Dordr). 2012;34(5):1111-21. doi: 10.1007/s11357-011-9352-z
van der Klein SAS, Zuidhof MJ, Bédécarrats GY. Diurnal and seasonal dynamics affecting egg production in meat chickens: A review of mechanisms associated with reproductive dysregulation. Anim Reprod Sci. 2020;213:106257. doi: 10.1016/j.anireprosci.2019.106257
Yan L, Lonstein JS, Nunez AA. Light as a modulator of emotion and cognition: Lessons learned from studying a diurnal rodent. Horm Behav. 2019;111:78-86. doi: 10.1016/j.yhbeh.2018.09.003
Zar, J.H. (1999). Biostatistical Analysis. 4th ed., Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, New Jersey.
Zhang HJ, Xu L, Drake VJ, Xie L, Oberley LW, Kregel KC. Heat-induced liver injury in old rats is associated with exaggerated oxidative stress and altered transcription factor activation. FASEB J. 2003;17(15):2293-5. doi: 10.1096/fj.03-0139fje
