scbmtБИОМЕДИЦИНАJournal Biomed2074-59822713-0428Scientific center of biomedical technologies of Federal Medical and Biological Agency10.33647/2074-5982-15-1-102-112scbmt-128Research ArticleМЕТОДЫ БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF BIOMEDICAL RESEARCHESЭлектрофоретическая оценка состояния мембран эритроцитов при действии активных форм кислорода и оксида азотаElectrophoretic study of erythrocyte membranes under the action of reactive oxygen species and nitric oxideМартусевичА. К.MartusevichA. K.

д.б.н., 603155, Нижний Новгород, Верхне-Волжская наб., д. 18/1;

зав. лаб. биокристалломики и свободнорадикальной медицины, 610027, Киров, ул. Карла Маркса, д. 112;

ученый секретарь, 603089, Нижний Новгород, ул. Бориса Панина, д. 9

Dr. Sci. (Biology), 603155, Nizhny Novgorod, Verhne-Volzhskaya enbankment, 18/1;

Head of Laboratory of Biocrystallomica and Free Radical Medicine, 610027, Kirov, Karla Marksa str., 112 

Scientific Secretary, 603089, Nizhny Novgorod, Borisa Panina str., 9

cryst-mart@yandex.ruМартусевичА. А.MartusevichA. A.

603022, Нижний Новгород, просп. Гагарина, д. 23;

603089, Нижний Новгород, ул. Бориса Панина, д. 9

60360023, Nizhny Novgorod, Gagarina avenue, 23;

603089, Nizhny Novgorod, Borisa Panina str., 9

ДерюгинаА. В.DeriuginaA. V.

д.б.н., доц.,

603022, Нижний Новгород, просп. Гагарина, д. 23

Dr. Sci. (Biology), Associate Professor,

60360023, Nizhny Novgorod, Gagarina avenue, 23

ПеретягинС. П.PeretyaginS. P.

д.м.н., проф.,

603089, Нижний Новгород, ул. Бориса Панина, д. 9

Dr. Sci. (Med.), Professor,

603089, Nizhny Novgorod, Borisa Panina str., 9

Университетская клиника ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России; ФГБОУ ВО «Кировский государственный медицинский университет» Минздрава России; Ассоциация российских озонотерапевтовРоссияUniversity Clinic of the Privolzhsky Research Medical University; Kirov State Medical University; Russian Association of Ozone TherapyRussian FederationФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»; Ассоциация российских озонотерапевтовРоссияLobachevsky State University of Nizhni Novgorod; Russian Association of Ozone TherapyRussian FederationФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»РоссияLobachevsky State University of Nizhni NovgorodRussian FederationАссоциация российских озонотерапевтовРоссияRussian Association of Ozone TherapyRussian Federation20192503201901102112Copyright © Мартусевич А.К., Мартусевич А.А., Дерюгина А.В., Перетягин С.П., 20192019Мартусевич А.К., Мартусевич А.А., Дерюгина А.В., Перетягин С.П.Martusevich A.K., Martusevich A.A., Deriugina A.V., Peretyagin S.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.scbmt.ru/jour/article/view/128

Целью работы служило изучение электрофоретической подвижности эритроцитов при действии экзогенных активных форм кислорода и оксида азота на образцы крови и организм здоровых крыс. Первый этап эксперимента (in vitro) выполнен на образцах крови 15 здоровых доноров. Каждый образец был разделен на 5 равных порций по 5 мл, первая из которых являлась контрольной (в ней не проводили никаких манипуляций), остальные барботировали различными газовыми смесями (озоно-кислородной смесью с концентрацией озона 60 мг/л; синглетно-кислородной воздушной смесью; NO-содержащей газовой смесью с концентрацией оксида азота 20 и 100 ppm). Второй этап эксперимента (in vivo) выполнен на 40 половозрелых крысах-самцах популяции линий Wistar, разделенных на 7 групп. Первая группа животных (n=10) являлась контрольной. Животные второй группы (n=5) на протяжении 10 дней получали ежедневные ингаляции озоно-кислородной смеси. Крысам третьей и четвертой групп (n=5 в каждой) в течение 10 дней осуществляли ежедневные ингаляции синглетно-кислородной газовой смеси (50 и 100% мощности генератора), а пятой-седьмой групп (n=5 в каждой) — NO (концентрация соединения — 20, 50 и 100 ppm соответственно). На основании проведенных исследований обнаружен единый характер реагирования биосистем на непосредственное (при обработке крови) и опосредованное (в форме ингаляций) воздействие данных соединений в изучаемых условиях. Так, озоно-кислородная смесь и высокие концентрации оксида азота (100 ppm) обеспечивают снижение электрофоретической подвижности эритроцитов. Напротив, более низкие дозы NO (20 ppm) и синглетный кислород оказывают стабилизирующее влияние на состояние мембран красных клеток крови, повышая антиоксидантный потенциал биосреды. Подобный эффект указанных факторов способствует стимуляции электрокинетических свойств эритроцитов в эксперименте in vivo (при курсовых ингаляциях).

This study was aimed at estimating the erythrocyte electrophoretic mobility by investigating the effect of exogenous reactive oxygen species and nitric oxide on the blood specimens and organism of healthy rats. In the first (in vitro) experimental stage, blood specimens taken from 15 healthy people were analyzed. Each specimen was divided into 5 portions (5 ml.). One portion was used a as control (without any manipulations), with the rest being treated with different gas mixtures, including an ozone-oxygen mixture with the ozone dose of 60 mg/l; singlet oxygen and an NO-containing gas mixture with 20 and 100 ppm of NO. The second (in vivo) experimental stage was performed on 40 male Wistar rats divided into 7 groups. The first group (n=10) was considered to be a control group. Animals in the second group (n=5) were given daily inhalations with the ozone-oxygen mixture. Rats in the third and fourth groups (n=5 in each) received inhalations with singlet oxygen (under the power of the generator of 50 and 100%, respectively). Animals in the fifth, sixth and eleventh groups (n=5 in each) were given daily inhalations with nitric oxide (under the NO concentration of 20, 50 and 100 ppm, respectively). Our study has demonstrated the biosystems under study to exhibit identical response patterns both to direct (blood treatment) and indirect (inhalations) action of the investigated substances. Thus, the ozone-oxygen mixture and high doses of nitric oxide (100 ppm) are shown to result in a decrease in the electrophoretic mobility of erythrocytes. Alternatively, both low NO doses (20 ppm) and singlet oxygen stabilize erythrocyte membranes by elevating the antioxidant potential of the biofluid. These effects contribute to the activation of erythrocyte electrokinetic properties in vivo experiments (after a course of inhalations).

эритроцитыэлектрофоретическая подвижностьозонсинглетный кислородоксид азотаerythrocyteelectrophoretic motilityozonesinglet oxygennitric oxideReferencesВанин А.Ф., Чазов Е.И., Капелько В.И., Писаренко О.И., Шумаев К.Б., Максименко А.В., Рууге Э.К., Тимошин А.А., Лакомкин В.Л., Цкитишвили О.В., Серебрякова Л.И., Мох В.П. Участие активных форм кислорода в модуляции гипотензивного эффекта динитрозильных комплексов железа // Кардиологический вестник. — 2007. — № 2. — С. 31–37.Vanin A.F., Chazov E.I., Kapel’ko V.I., Pisarenko O.I., Shumaev K.B., Maksimenko A.V., Ruuge Eh.K., Timoshin A.A., Lakomkin V.L., Ckitishvili O.V., Serebryakova L.I., Moh V.P. Uchastie aktivnyh form kisloroda v modulyacii gipotenzivnogo ehffekta dinitrozil’nyh kompleksov zheleza [Role of reactive oxygen species in modulation of hypotensive effect of dinitrosyl iron complexes]. Kardiologicheskij vestnik [Cardiol. Gerald]. 2007. No. 2. Pp. 31–37. (In Russian).Власова М.А., Смирин Б.В., Покидышев Д.А., Машина С.Ю., Ванин А.Ф., Малышев И.Ю., Манухина Е.Б. Механизм адаптации сосудистой системы к хроническому изменению уровня оксида азота в организме // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. — 2006. — № 12. — С. 626–630.Vlasova M.A., Smirin B.V., Pokidyshev D.A., Mashina S.Yu., Vanin A.F., Malyshev I.Yu., Manuhina E.B. Mekhanizm adaptacii sosudistoj sistemy k hronicheskomu izmeneniyu urovnya oksida azota v organizme [Mechanism of adaptation of cardiovascular system tochronic shift of nitric oxide level in organism]. Byulleten’ ehksperimental’noj biologii i mediciny [Bull. Exp. Biol. and Med.]. 2006. V. 12. Pp. 626–630. (In Russian).Граник В.Г., Григорьев Н.Б. Оксид азота (NO). Новый путь к поиску лекарств. — М.: Вузовская книга, 2004.Granik V.G., Grigor’ev N.B. Oksid azota (NO). Novyj put’ k poisku lekarstv [Nitric oxide (NO). New way to drug discovery]. Moscow: Vuzovskaya kniga, 2004. (In Russian).Гусакова С.В., Ковалев И.В., Смаглий Л.В., Бирулина Ю.Г., Носарев А.В., Петрова И.В., Медведев М.А., Орлов С.Н., Реутов В.П. Газовая сигнализация в клетках млекопитающих // Успехи физиологических наук. — 2015. — Т. 46, № 4. — С. 53–73.Gusakova S.V., Kovalev I.V., Smaglij L.V., Birulina Yu.G., Nosarev A.V., Petrova I.V., Medvedev M.A., Orlov S.N., Reutov V.P. Gazovaya signalizaciya v kletkah mlekopitayushchih [Gas signaling in mammalian cells]. Uspekhi fiziologicheskih nauk [Advances in physiological sciences]. 2015. V. 46, No. 4. Pp. 53–73. (In Russian).Дерюгина А.В., Ошевенский Л.В., Таламанова М.Н., Цветков А.И., Шабалин М.А., Глявин М.Ю., Крылов В.Н. Изменение электрокинетических и биохимических характеристик эритроцитов при действии электромагнитных волн терагерцового диапазона // Биофизика. — 2017. — Т. 62, № 6. — С. 1108–1113.Deryugina A.V., Oshevenskij L.V., Talamanova M.N., Cvetkov A.I., Shabalin M.A., GlyavinM.Yu., KrylovV.N. Izmenenie ehlektrokineticheskih i biohimicheskih harakteristik ehritrocitov pri dejstvii ehlektromagnitnyh voln teragercovogo diapazona [Changes of electrokinetic and biochemical characteristics of erythrocytes under action of electromagnetic waves of terahertz mode]. Biophysics. 2017. V. 62, No. 6. Pp. 1108–1113. (In Russian).Заворотная Р.М. Синглетный кислород при лечении ряда патологических процессов: физико-химические аспекты // Украинский ревматологический журнал. — 2002. — № 1. — С. 35–37.Zavorotnaya R.M. Singletnyj kislorod pri lechenii ryada patologicheskih processov: fiziko-himicheskie aspekty [Singlet oxygen in treatment of some pathological processes: physical and chemical aspects]. Ukrainskiy revmatologicheskiy zhurnal [Ukrainian Rheumatology J.]. 2002. No. 1. Pp. 35–37. (In Russian).Карелин В.И., Буранов С.Н., Пименов О.А. и др. Плазмохимическая установка для NO-терапии // Медиаль. — 2013. — № 4. — С. 46.Karelin V.I., Buranov S.N., Pimenov O.A., et al. Plazmohimicheskaya ustanovka dlya NO-terapii [Plasmo chemical device for NO-therapy]. Medial. 2013. No. 4. P. 46. (In Russian).Костюк В.А., Потапович А.И. Биорадикалы и биоантиоксиданты. — Минск: БГУ, 2004.Kostyuk V.A., Potapovich A.I. Bioradikaly i bioantioksidanty [Bioadicals and antioxidants]. Minsk: BGU, 2004. (In Russian).Крылов В.Н., Дерюгина А.В., Плескова С.Н. Электрофоретическая подвижность и морфометрия эритроцитов крыс при стрессовых воздействиях // Современные технологии в медицине. — 2010. — № 4. — С. 23–26.Krylov V.N., Deryugina A.V., Pleskova S.N. Ehlektroforeticheskaya podvizhnost i morfometriya ehritrocitov krys pri stressovyh vozdejstviyah [Electrophorhetic motility and morphometry of rats erythrocytes under stress conditions]. Sovremennye tekhnologii v medicine [Modern technology in medicine]. 2010. No. 4. Pp. 23–26. (In Russian).Мартусевич А.А., Перетягин С.П., Мартусевич А.К. Молекулярные и клеточные механизмы действия синглетного кислорода на биосистемы // Современные технологии в медицине. — 2012. — №2. — С. 128–134.Martusevich A.A., Peretyagin S.P., Martusevich A.K. Molekulyarnye i kletochnye mekhanizmy dejstviya singletnogo kisloroda na biosistemy [Molecular and cellular mechanism of the action of singlet oxygen on biological systems]. Sovremennye tekhnologii v medicine [Modern technology in medicine]. 2012. No. 2. Pp. 128–134. (In Russian).Мартусевич А.К., Соловьева А.Г., Ашихмин С.П., Перетягин С.П. Влияние ингаляций оксида азота на состояние окислительного и энергетического метаболизма крови крыс // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. — 2015. — Т. 101, № 2. — С. 180–188.Martusevich A.K., Solov`eva A.G., Ashikhmin S.P., Peretyagin S.P. Vliyanie ingalyacij oksida azota na sostoyanie okislitelnogo i ehnergeticheskogo metabolizma krovi krys [The influence of nitric oxide inhalations on the state of oxidative and energy metabolism in rats blood]. Ros. fiziol. zhurn. im. I.M. Sechenova [Russ. J. of Physiol. Russian named after I.M. Sechenov]. 2015. V. 101, No. 2. Pp. 180–188. (In Russian).Мартусевич А.К., Соловьева А.Г., Перетягин С.П. Влияние свободного и депонированного оксида азота на энергетический метаболизм крови // Современные технологии в медицине. — 2013. — Т. 5, № 4. — С. 33–38.Martusevich A.K., Solov`eva A.G., Peretyagin S.P. Vliyanie svobodnogo i deponirovannogo oksida azota na ehnergeticheskij metabolizm krovi [The influence of bound nitric oxide on blood energy metabolism. Sovremennye tekhnologii v medicine [Modern technology in medicine]. 2013. V. 5. No. 4. Pp. 33–38. (In Russian).Мартусевич А.К., Соловьева А.Г., Перетягин С.П., Митрофанов В.Н. Оценка влияния некоторых физических факторов на энергетический метаболизм крови in vitro // Биомедицина. — 2013. — № 1. — С. 103–108.Martusevich A.K., Solov’eva A.G., Peretyagin S.P., Mitrofanov V.N. Ocenka vliyaniya nekotoryh fizicheskih faktorov na ehnergeticheskij metabolizm krovi in vitro [Estimation of the influence of some physical factors on blood energy metabolism in vitro]. Biomedicine. 2013. No. 1. Pp. 103–108. (In Russian).Перетягин С.П., Стручков А.А., Мартусевич А.К., Костина О.В., Лузан А.С. Применение озона как средства детоксикации в раннем периоде ожоговой болезни // Скорая медицинская помощь. — 2011. — Т. 12, № 3. — С. 39–43.Peretyagin S.P., Struchkov A.A., Martusevich A.K., Kostina O.V., Luzan A.S. Primenenie ozona kak sredstva detoksikacii v rannem periode ozhogovoj bolezni [Use of the ozone as a detoxication remedy in early period of burn disease]. Skoraya meditsinskaya pomosch [Emergency]. 2011. V. 12, No. 3. Pp. 39–43. (In Russian).Реутов В.П., Охотин В.Е., Шуклин А.В. Оксид азота (NO) и цикл NO в миокарде: молекулярные, биохимические и физиологические аспекты // Успехи физиологических наук. — 2007. — Т. 38, № 4. — С. 39–58.Reutov V.P., Ohotin V.E., Shuklin A.V. Oksid azota NO i cikl NO v miokarde: molekulyarnye, biohimicheskie i fiziologicheskie aspekty [Nitric oxide (NO) and NO cycle in the myocardium: molecular, biochemical and physiological aspects]. Uspekhi fiziologicheskih nauk [Advances in physiological sciences]. 2007. V. 38, No. 4. Pp. 39–58. (In Russian).Самосюк И.З., Фисенко Л.И. (ред.) Синглетно-кислородная терапия. — Киев, 2007.Samosyuk I.Z., Fisenko L.I. (edited). Singletno-kislorodnaya terapiya [Singlet-oxygen therapy]. Kiev, 2007. (In Russian).Симутис И.С. Дерюгина А.В., Бояринов Г.А. и др. Изменение электрофоретической подвижности и формы эритроцитов при действии озона на эритроцитарную массу // Медиаль. — 2013. — № 4. — С. 20–21.Simutis I.S., Deriugina A.V., Boyarinov G.A., et al. Izmenenie ehlektroforeticheskoj podvizhnosti i formy ehritrocitov pri dejstvii ozona na ehritrocitarnuyu massu [Changes of electrophorhetic motility and share of erythrocytes under ozone action on erythrocyte mass]. Medial. 2013. No. 4. Pp. 20–21. (In Russian).Halliwell B., Gutteridge J.M.C. Free radicals in biology and medicine. — Oxford, UK: Oxford University Press, 1999.Halliwell B., Gutteridge J.M.C. Free radicals in biology and medicine. Oxford, UK: Oxford University Press, 1999.Ignarro L.J., Buga G.M., Wood K.S., Byrns R.E., Chaudhuri G. Endothelium-derived relaxing factor produced and released from artery and vein is nitric oxide // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1987. — Vol. 84. — P. 9265–9269.Ignarro L.J., Buga G.M., Wood K.S., Byrns R.E., Chaudhuri G. Endothelium-derived relaxing factor produced and released from artery and vein is nitric oxide. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1987. V. 84. Pp. 9265–9269.Nihei Y., Asai H., Ukai T., Marimoto H., Nakajima Y., Hanajiri T., Maekawa T. Detection of surface immunoreactions on individual cells by electrophoretic mobility measurement in a micro-channel // Sensors and actuators. — 2008. — Vol. 131. — P. 285–289.Nihei Y., Asai H., Ukai T., Marimoto H., Nakajima Y., Hanajiri T., Maekawa T. Detection of surface immunoreactions on individual cells by electrophoretic mobility measurement in a micro-channel. Sensors and actuators. 2008. V. 131. Pp. 285–289.Shumaev K.B., Gubkin A.A., Serezhenkov V.A., et al. Interaction of reactive oxygen and nitrogen species with albumin- and hemoglobin bound dinitrosyl iron complexes // Nitric Oxide Biol. Chem. — 2008. — Vol. 18. — P. 37–46.Shumaev K.B., Gubkin A.A., Serezhenkov V.A., et al. Interaction of reactive oxygen and nitrogen species with albumin- and hemoglobin bound dinitrosyl iron complexes. Nitric Oxide Biol. Chem. 2008. V. 18. Pp. 37–46.Titov V.Yu., Ivanova A.V., Petrov V.A., Serezhenkov V.A., Mikoyan V.D., Vanin A.F., Osipov A.N. Can Summary Nitrite+Nitrate Content Serve as an Indicator of NO Synthesis Intensity in Body Tissues? // Bull. Exp. Biol. Med. — 2012. — Vol. 153, No. 6. — P. 840–843.Titov V.Yu., Ivanova A.V., Petrov V.A., Serezhenkov V.A., Mikoyan V.D., Vanin A.F., Osipov A.N. Can Summary Nitrite+Nitrate Content Serve as an Indicator of NO Synthesis Intensity in Body Tissues? Bull. Exp. Biol. Med. 2012. V. 153. No. 6. Pp. 840–843.van der Vliet A., Eiserich J.P., Halliwell B., Cross C.E. Formation of reactive nitrogen species during peroxidase-catalyzed oxidation of nitrite. A potential additional mechanism of nitric oxide-dependent toxicity // J. Biol. Chem. — 1997. — Vol. 272. — P. 7617–7625.van der Vliet A.., Eiserich J.P., Halliwell B., Cross C.E. Formation of reactive nitrogen species during peroxidase-catalyzed oxidation of nitrite. A potential additional mechanism of nitric oxide-dependent toxicity. J. Biol. Chem. 1997. V. 272. Pp. 7617–7625.Vanin A.F. Dinitrosyl-iron complexes with thiolate ligands: physico-chemistry, biochemistry and physiology // Nitric Oxide Biol. Chem. — 2009. — Vol. 21. — P. 136–149.Vanin A.F. Dinitrosyl-iron complexes with thiolate ligands: physico-chemistry, biochemistry and physiology. Nitric Oxide Biol. Chem. 2009. V. 21. Pp. 136–149.Xie L., Sun D., Yao W., Wen Z. Microrheological characteristics of reticulocyte in vivo // Science in China. — 2002. — Vol. 45, No. 1. — P. 50–55.Xie L., Sun D., Yao W., Wen Z. Microrheological characteristics of reticulocyte in vivo. Science in China. 2002. V. 45. No. 1. Pp. 50–55.

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