АКТИВНОСТЬ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МАНДИБУЛЯРНЫХ КОСТНЫХ ТКАНЯХ БЕЛЫХ КРЫС ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЦИНКА (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ,ЭТАП 1) | Опубликовать статью РИНЦ

АКТИВНОСТЬ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МАНДИБУЛЯРНЫХ КОСТНЫХ ТКАНЯХ БЕЛЫХ КРЫС ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЦИНКА (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ,ЭТАП 1)

Научная статья

Гранчук А.¹, Гранчук Г.^2, *, Гудумак В.С.³

¹ ORCID: 0000-0001-8938-4511;

² ORCID: 0000-0002-1298-6757;

³ ORCID: 0000-0001-9773-1878;

¹ Общественная академия стоматологии Республики Молдова, Кишинев, Молдова;

^{2, 3} Государственный университет медицины и фармации им. Н. Тестемицану, Кишинёв, Молдова

* Корреспондирующий автор (granciuc[at]gmail.com)

Аннотация

Для определения функционального состояния минерализованных тканей при моделировании экспериментального пародонтита(ЭП) были исследованны маркеры формирования и костного рассасывания, лизоцимная активность энзимов, показатели метаболизма аденилических нуклеотидов, глюкозы и активность дегидрогеназы цикла Krebs , а также содержание дезоксирибонулеиновой кислоты, кальция и фосфора. Исследование влияния 11 координационных соединений цинка на  остеорегенеративные про­це­ссы в нормальных физиологических условиях  было проведено на 96 крысах с массой тела 180-220г. Самым биологически активным  оказалось координационное соединение цинка – аддукт  трифторацеттата цинка с у-пиколином с общей формулой Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂. Оптимальная доза для введения Аддукта трифторацетата Zn с γ-пиколином была проанализирована в опыте на 36 крысах, разделенных на 5 групп, и контрольная  (0,25 мг; 0,5 мг; 0,75 мг; 1 мг; 1,25 мг Цинк в весе 100 г).  Биохимические результаты показали, что наиболее оптимальным был 1,0 мг Zn / 100 г корп. вес). Применение аддукта трифторацетата цинка с у-пиколином животным, которым был моделирован экспериментальный пародонтит, положительно влияет на интенсивность процессов формирования и расасывания костной ткани альвеолярных апофизов нижней челюсти, что проявляется в снижении количества секторов альвеолярных апофизов с резорбцией по отношению к контрольной группе при радиовизиографической оценке нижней челюсти животных, включенных в исследовании. В экспериментальном пародонтите имеют место существенные из­ме­нения в системе переокисления  липидов – антиокислительная защита, которая характеризуется ростом уровня липидных гидропереоксидантов и малонического диальдегида, снижение общей антиокислительной активности и каталазы. Чрез­мерная разработка реактивных видов  кислорода и явный дефицит антиокислительных факторов является солидной поддержкой предположения, что окислительный стресс играет важную роль в патогенезе эксперементаль­ного пародонтита.

Ключевые слова: координационные соединения, цинк, парадонтит, остеорегенеративные про­це­ссы, титановые имплантаты.

THE ACTIVITY OF METABOLIC PROCESSES IN THE MANDIBULAR BONE TISSUE OF WHITE RATS USING COORDINATION COMPOUNDS OF ZINC (EXPERIMENTAL STUDY, STAGE 1)

Research article

Granciuc A.¹, Granciuc G.^2, *, Gudumac V.S.³

¹ ORCID: 0000-0001-8938-4511;

² ORCID: 0000-0002-1298-6757;

³ ORCID: 0000-0001-9773-1878;

¹ Public academy of dentistry of the Republic of Moldova, Chisinau, Moldova;

^{2, 3} State University of Medicine and Pharmacy “Nicolae Testemitanu”, Chisinau, Moldova

* Corresponding author (granciuc[at]gmail.com)

Abstract

To determine the functional state of mineralized tissues in the simulation of experimental periodontitis, markers of formation and resorption were studied, lysozyme activity of enzymes, indicators of adenylic nucleotide metabolicity, glucose and dehydrogenase activity of the Krebs cycle, as well as the content of deoxyribonuleric acid, calcium and phosphorus. The study of the effect of 11 coordination compounds of zinc on osteoregenerative processes under normal physiological conditions was conducted on 96 rats weighing 180–220 g. The most biologically active was the coordination compound of zinc — an adduct of zinc trifluoroacetate with y-picoline with the general formula Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂. The optimal dose for administering Zn trifluoroacetate Adduct with γ-picoline was analyzed on 36 rats, divided into 5 groups, and control (0.25 mg; 0.5 mg; 0.75 mg; 1 mg; 1.25 mg Zinc in weight 100 g) Biochemical results showed that the most optimal was 1.0 mg Zn / 100 g corp. weight). The use of zinc trifluoroacetate adduct with y-picoline in animals that were used to simulate experimental periodontitis has a positive effect on the intensity of the formation and resorption of bone tissue of alveolar apophysis, which is manifested in a decrease in the number of sectors of alveolar apophysis of the lower jaw with resorption relative to the control group for radiovisiographic of the lower jaw of the animals included in the study. In experimental periodontitis, there are significant changes in the lipid peroxidation system – antioxidant protection, which is characterized by an increase in the level of lipid hydroperoxidants and malonic dialdehyde, a decrease in the overall antioxidant activity and ca-talase. Excessive development of reactive oxygen species and the apparent lack of anti-acidic factors is a solid support for the suggestion that oxidative stress plays an important role in the pathogenesis of experimental periodontitis.

Keywords: coordinative compounds, zinc, paradontitis,  bone regeneration processes, titanium implants.

Введение

Исследования последних лет по изучению этиологии и физиопатологии пародонтальных поражений определили роль различных изменений в системе го­меостаза и эволюции болезни, были созданы новые классификации, диагнос­тические прог­раммы и тесты для определения эволюции и прогноза заболевания, были предложены  новые лечебные программы [1], [3], [4]. Для разработки эффективных методов профилактики и лечения заболеваний пародонта необходимо глубокое знание биохимии костной ткани. В специальной доступной литературе мы не нашли исследований об использовании координационных соединений цинка при стимуляции регенеративных процессов и коррекции метаболических  процессов в случае патологии пародонтальных тканей.

Цель исследования

Определение эффективности метаболических процессов в па­ро­дон­тальных и костных тканях и значения в применении координационных соединений переходных металлов цинка, в нормальных физиологических условиях.

Материал

Исследование влияния 11 координационных соединений цинка на  остеорегенеративные процессы в нормальных физиологических условиях  было проведено на 96 крысах с массой тела 180-220 г. Эксперимент проводился с соблюдением «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных», 1977 г., Хельсинской декларации 1975 г. и ее пересмотренным вариантом 2000 г.”Крысы были разделены на 12 групп , распределив по 8 животных в каждой. Всем крысам, за исключением экспериментальной группы, ввели подкожно исследованные соединения цинка, разведенные в 10-ном растворе желатина  3 дня подряд. Оптимальная доза для введения Аддукта трифторацетата Zn с γ-пиколином была проанализирована на 36 крысах, разделенных на 5 групп, и контрольная  (0,25 мг; 0,5 мг; 0,75 мг; 1 мг; 1,25 мг Цинк в весе 100 г).  Биохимические результаты показали, что наиболее оптимальным был 1,0 мг Zn / 100 г корп. вес).   Через 24 часа после последней инъекции крысы были усыплены, а костные ткани  нижней челюсти, бедренная кость были извлечены и использованы для определения основных биохимических показателей   костной ткани.

Результаты

Оценка активности метаболических процессов в пародонтальных и костных тканях под влиянием соединений цинка. Анализ результатов проведенных исследований позволяет сделать вывод, что под влиянием  изученных соединений цинка (были  тестированы 11 соединений цинка) происходят существенные изменения основных  пока­за­те­лей  метаболизма в костных тканях нижней челюсти и в бедренной кости.Исследованные соединения цинка  по-разному влияют на активность ще­ло­чной фосфатазы, кислой фосфатазы, β-глюкуронидазы, аденозиндезаминазы, аленилатдезаминазы, аденилатдезаминазы в костной мандибулярной и бедренной ткани, а именно: ZnO, Zn (фенглитин) nH₂O, Zn (фталат) nH₂O отягощают в целом активность большинства  изученных энзимов, а соединения Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂, Zn(CF₃CO₂)₂nH₂O, Zn(CHO₂)₂2H₂O, Zn(C₆H₄NO₂)₂4H₂O, ZnSO₄7H₂O, Zn(C₆H₅CO₂)₂γ2Pic,  Zn(C₆H₅CO₂)₂ повышают в разной степени их действие. Самый активный из вышеперечисленных соединений  оказался  Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂,который способствует более явному росту исследованных энзимов а значит, именно это координационное соединение интенсифицирует биосинтетические процессы  белков в костных тканях.

Исследованное соединение Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂, с дозой вещества 1,0 мг Zn/100 г массы тела спо­со­бствует более явному усилению активности костной щелочной фосфатазы – маркера остеобластов и одонтобластов и, одновременно, развивает действие аденозиндезаминазы, основного энзима системы адени­ли­ческих  нуклеотидов, по сравнению с другими изученными дозами, следовательно эту дозу можно считать оптимальной. Стимулирование активности аденилатдезаминазы в костной ткани нижней челюсти также происходит под влиянием  исследованного соединения цинка, введенного во все исследованные дозы, но самый явный и вместе с тем  реальный  стимулирующий эффект можно получить тогда, когда соединение цинка  вводится в дозах 1,0 и 1,25 мг / 100 г массы тела. Интенсифи­кация процессов метаболизации аденилических  нуклеотидов составляет механизм компесации и адаптации, который должен интенсифицировать биосинтез нулеидных кислот и таким образом  ускорить процессы костного образования. Активность координационного соединения цинка Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂ проявляется более выраженной интенсификацией процессов биосинтеза белков в костной ткани нижней челюсти и бедренных костей благодаря интенсивной пролиферации  остеобластов/одонтобластов – основные факторы костного образования.

Эти исследования дали возможность установить  которое из координационных соединений цинка  является самым активным  с точки зрения физиологической , то есть оказывает более выраженное терапевтическое влияние на ткани нижней челюсти.

Анализ полученных результатов модификации метаболических процессов , происходящих в костной ткани  при введении соединений цинка, дают основание полагать, что самые выраженные эффекты стимулирования остео­регене­ративных процессов имеют место при использовании соединения  Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂.

Определение терапевтической дозы  при использовании аддукта –трифтоацетата цинка с пиколином в разных дозах. Для того, чтобы  определить в какой мере адукт трифторацетата цинка  с у- пиколинатом влияет на остеорегенеративные процессы при его использовании в разных дозах, мы исследовали в экспериментах на белых крысах влияние раз­личных доз препарата на активность щелочной фосфатазы, аденозинде­за­ми­назы и аденилатдезаминазы в тканях мандибулярной кости.

Анализ полученных результатов относительно модификаций метаболических процессов, происходящих в мандибулярных и бедренных костях при использовании соединений Zn(CF₃CO₂)₂(ƔPic)₂ в разных дозах,  позволил установить, что более выраженные процессы стимулирования остеорегенеративных процессов происходят в случае использования данного соединения цинка с дозой, содержащей 1,0 мг Zn/100 г массы тела.

Влияние координационношо соединения Zn(CF₃CO₂)₂(-Pic)₂ на регенеративные процессы в костных тканяхнижней челюсти  при моделировании экспериментального пародонтита. Определение степени атрофии альвеолярных отростков у белых крыс с экспериментальным пародонтитом. С целью исследования влияния самого эффективного координационного соединения  цинка на регенеративные процессы в пародонтальных тканях в усло­виях патологии, мы смоделировали пародонтит метаболического ацидоза.

Рис. 1 – Влияние соединений цинка на степень проявления изменений в костной альвеолярной ткани крыс с экспериментальным пародонтитом

 

Примечание: 1- контроль, 2- пародонтит, 3- пародонтит + ZnSO₄×7H₂O; пародонтит + Zn(CF3CO2)₂(γPic)₂.

В целях объективизации и большей вероятности полученных результатов при определении распространенных показателей и интенсивности атрофии описанных  альвеолярных апофизов, мы разработали и применили на практике некоторые изменения технологий определения вышеназванных показателей (изобретение №2526 от 30.01. 1992, ГУМФ «Николае Тестемицану»).Благодаря предложенной модификации по расчету атрофии альвеолярных апофизов , можно добиться объективизации и большей вероятности полученных результатов при моделировании экспериментального пародонтита и его лечения адуктом трифторацетата  цинка с у-пиколином.

Радиологические исследования (фото1) позволили установить локализацию, характер и степень проявления изменений в костной альвеолярной  ткани в партиях исследованных животных .На каждой пленке  дается изображение всех зубов и костных тканей одной части мандибулы.

Радиограмма 3  фото 1  характеризует группу №3 животных , для лечения которых был использован  ZnSO₄, и доказывает, что состояние тканей, окружающих зуб, почти одинаково с предыдущей группой. У крыс с экспе­ри­мен­тальным пародонтитом, которым нзначали Zn(CF₃CO₂)₂(γ Pic)₂ (радиограмма 4), было обнаружено более меньшее количество  альвеолярных участков с атрофией, по сравнению с партиями крыс  №2 и №3.

Метаболические процессы в мандибулярной костной ткани  и эффект в результате применения трифторацетата цинка с γ-пиколинатом. Был исследован возможный эффект от применения упомянутого соедине­ния цинка для улучшения функционального состояния костных тканей нижней челюсти и бедренной кости крыс, у которых моделировали  экспериментальный пародонтит. Результаты показывают, что при экспериментальном пародонтите  в тканях челюстей крыс значительно изменяются показатели основных энзимов, маркеров формирования и костного рассасывания – щелочной фосфатазы и кислой фосфатазы.Это влияние была замедленна до 42-63% по сравнению с контрольной группой. Вместе с тем, параллельно со снижением активности энзимов, было выявлено также снижение показателей самых основных анаболических дегидрогеназ цикла Krebs–малатдегидрогеназы NAD-зависимой  (MDH-NADP) и изоцитратдегидрогеназы NAD-зависимой (ICDH-NADP) в пародонтальных тканях крыс с экспериментальным пародонтитом. Это свидетельствует о сниженной интенсивности биосинтетических процессов в косных тканях нижней челюсти у животных выше­наз­ванной группы.

Под влиянием соединения Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂ происходит реальный рост содержания дезоксирибонуклеиновой кислоты в костной ткани нижней челюсти крыс с экспериментальным па­ро­дон­титом , по сравнению с животными групп с пародонтитом + ZnSO₄×7H₂O, что указывает на способность указанного вещества  стиму­ли­ро­вать  пролиферацию костных клеток  в нижней челюсти животных  с экспериментальным па­ро­дон­титом. Содержание кальция и фосфора в костной ткани нижней челюсти в группе с пародонтитом уменьшилось соответственно  на 11,3% и 8,6% по сравнению с контрольной группой.

Влияние соединения Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂ на параметры углеводного метаболизма бедренной кости. В целях выявления состояния углеводного метаболизма нами были  исследованны  показатели основных энзимов глюкозы в бедренной кости при моделировании метаболического экспериментального пародонтита и применении координационного соединения цинка  Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂. Экспериментальный пародонтит   был смоделирован  путем использования  хло­ри­сто­го аммония по Пахомовой В.А.[19].

Анализ полученных результатов показал, что на фоне экспериментального пародонтита в бедренной тка­ни активность гексокиназы  растет на 34%, а  пируваткиназы  сокращается на 21% (р <0,05) по сравнению с теми же  параметрами  исследованных животных. Одновременно соединение Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂ способствует восстановлению ак­тивности пируваткиназы, которая практически не отличалась от уровня контроля (р>0,05).

В экспериментальном пародонтите отмечается рост активности лактатдегидрогиназы (LDH) на 43% (р<0,01). Параллельно выявляетсяя высокая активность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (G-6-PDH) на 28% по сравнению с уровнем контроля. Вместе с тем вышеназванное координационное соединение цинка обладает качеством поддерживать на высоком  уровне активность ( LDH ) и (G-6-PDH ) .

Анализ полученных результатов доказывает, что у животных с экспериментальным пародонтитом акти­в­ность основных дегидрогеназ цикла Krebs растет достоверно  в 1,5-2,0 раза по сравнению с данными контрольной группы.

При использовании соединения цинка активность дегидрогеназ  цикла Krebs проявляет склонность к уменьшению по сравнению с зарегистрированными по­казателями у животных с ЭП. Так, лечение при администрации  Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂ способствует  снижению активности малатдегидрогеназы NAD- и  NADP-зависимыми на 67% и соответственно на 53% (р<0,01) и изоцитрат дегидрогеназы NADP  зависимыми на 13% ( р >0,5), которые все же  оставались высокими по сравнению с животными  контрольной группы.

Проведенное исследование выявило существенный рост в группе с ЭП активности сукчинатдегидрогеназы (SDH) на 57% (р,<  0,05) по сравнению с животными контрольной групппы. При применении соединения  Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂ активность энзимы остается высокой, как у животных с ЭП, превосходя исхо­дные показатели на 53% ( р <0.001).

Активность SDH в партии животных с ЭП объясняется, возможно,  увеличением  количества субстрата, уровень которого растет  в результате процессов катаболизации белков, что характерно для остеопороза. Активность SDH, возможно, в этом случае  предназначено аннулировать падение  рО2 в пользу  системы транспорта электронов и протонов, значит имеет компенсирующий и регулирующий характер  клеточного метаболизма.

Также отмеченный рост уровня MDH-NADP и ICDH-NADP-зависимых у животных с ЭП по сравнению с животными из партии контроля имеет, воможно, ком­пенсирющий и адаптирующий характер, направленный на снижение ин­тен­сивности катаболических процессов в костной ткани; NADPH₂, полученный в результате энзиматических реакций и имеющий анаболические функции, уча­ствует во многих  биоситетических процессах.

Влияние соединения  Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂ на лизозомальный аппарат.Мы исследовали и возможный эффект координационного соединения Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂  на лизозомальный аппарат костной бедренной ткани при моделировании метаболического ЭП . Было установлено, что у животных  с ЭП активность β -глукоранидазы  растет существенно  на 32% ( р< 0,05), а активность β -глуконидазы и арилсулфатазы А и В – несущественно по отношению к показателям контроля. Отмечается небольшое снижение, на 13%, функциональности β -галактозидазы (р  < 0,5).Разница в активности гидролитических энзимов является, наверное, следствием селективной индукции  изученных ферментов при моделировании ЭП. При­менение соединения Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂ ведет к росту уровня  арилсульфатазы  А и В, который превосходил на 40% показатели контроля. Вместе с тем, отмечается рост функционального уровня β -глукоронидазы  от 132% в ЭП до 119% когда β -глукоронидаза практически нормализовалась. Таким образом, соединение  Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂  снижает гиперактивность -глукоронидазы , растет уровень арилсулфатазы А и В и практически  не влияет на активность -глукозидазы и β -галактозидазы.

Функциональный уровень элактазы и катепсины D растет в группе с ЭП на 32% и соответственно на 39% (р < 0,05) по сравнению с контролем, что сви­детельс­твует об интенсификации процессов катаболизации белков, специ­фи­чес­кий феномен для остеопороза. Одновременно отмечается тенденция, статистически недоказанная, к уве­ли­чению лейкинаминопептидазы на 18% (р<0,05), энзим, который содержится в цитозолической фракции клеток и обеспечивает гидролиз большинства амидов аминокислот. Активность фермента после употребления координационного соединения растет существенно, превосходя  на 27% (р <  0,05) показатели контроля.

Так, координационное соединение исследованного цинка имеет поливалентное действие и способно изменить активность протеолитических гидролаз.

Изменение энзиматического спектра печени и селезенки у крыс с пародонтитом и эффект от применения трифтоацетата цинка с у-пиколинатом. Проведенные исследования показывают, чтосоединение Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂   способствует полному и существенному восстановлению фосфорной кислоты и  частичному восстановлению активности MDH-NADP. В селезенке животных с пародонтитом  существенно возросло, на 132%, активность GDH по сравнению с контрольной группой. Исследованное соединение цинка способствует явному восстановлению этого энзима, которые практически не отличались от уровня контрольной группы. Активность арилсульфатазы А и В, фор­мальдегидгидрогеназы и AMP имела тенденцию к росту в группе с пародонтитом  по сравнению с контролем. Соединение Zn(CF₃CO₂)₂(γPic)₂ несущественно повлияло на их активность. В группе с пародонтитом намного уменьшилось активность β-глукоронидазы, на 28% по сравнению с контролем. Соединение цинка способствовало существенному росту активности этого энзима на 33% по сравнению с показателями в  контрольной группе.

Результаты исследования показали различное влияние координационных соединений переходных металлов на маркеры костного формирования и рас­сасывания в уостных тканях нижней челюсти. Самым биологически активным  оказалось координационное соединение цинка – аддукт  трифторацеттата цинка с у-пиколином с общей формулой Zn(CF₃CO₂)₂(YРic)₂, который способствуют ощутимому росту активности костной щелочной фосфатазы  – маркера остеобластов и одонтобластов и одновременно усиливает активность аденозин-дезаминазы и аденилатдезаминазы, основных энзимов системы аденилических нуклео­тидов.

Заключение

Применение соединения Zn(CF₃CО₂)₂ (y-Pic )₂  ведет к реальному росту уровня маркеров костного формирования и рассасывания – щелочной и кислой фофатазы, показателей аденилического, углеводного метаболизма, содержания дезоксирибонуклеиновой кислоты в нижнечелюстной костной ткани животных с экспериментальным пародонтитом по сравнению с крысами группы с экспериментальным пародонтитом и пародонтитом с администрацией ZnSO₄ 7H₂O, что указывает на способность упомянутого координативного вещества стимулировать пролиферацию костных клеток, биоситетические про­цессы  в костных тканях челюстей животных с экспериментальным пародонтитом. Коорди­нативное соединение Zn(CF₃CО₂)₂(YРic)₂ способствует улучшению функционального состояния костной ткани, снижению гипоксических и деструктивных процессов  и может быть использован  в качестве патогенетического средства для коррекции дисметаболизма, вызванного экспериментальным пародонтитом. Администрация координативного соединения Zn(CF₃CO₂)₂(y-Piс)₂  способствует улучшению функционального состояния печёночных и селезеночных тканей у животных с экспериментальным пародонтитом , что проявляется в нормализации или интенсификации активности их энзиматического спектра на клеточном уровне.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.