Ukr.Biochem.J. 2023; Том 95, № 2, березень-квітень, c. 58-67

doi: https://doi.org/10.15407/ubj95.02.058

Біохімічні показники крові і тканини м’яза gastrocnemius після хронічної алкоголізації щурів за перорального введення водного розчину C(60) фулерену

14.07.2023   Uncategorized   No comments

O. Мотузюк1,2, Д. Ноздренко2, С. Прилуцька3,
К. Богуцька2, О. Короткий2, Ю. Прилуцький2*

1Волинський національний університет імені Лесі Українки, Луцьк, Україна;
2Київський національній університет імені Тараса Шевченка, Україна;
*e-mail: prylut@ukr.net;
3Національний університет біоресурсів і природокористування України, Київ

Отримано: 17 березня 2022; Виправлено: 01 травня 2023;
Затверджено: 05 червня 2023; Доступно онлайн: 20 червня 2023

Досліджено біохімічні показники крові та тканини м’яза gastrocnemius після хронічної алкоголізації щурів упродовж 3, 6 і 9 місяців. Як фармакологічний агент використовували пероральне введення водного розчину С60 фулерену (C60ВРФ) у дозі 1 мг/кг упродовж усього експерименту у трьох схемах застосування: за 1 год до введення алкоголю (профілактична схема), разом із алкоголем (терапевтична схема I) та через 1 год після прийому алкоголю (терапевтична схема II). Встановлено, що C60ВРФ зменшував рівень патологічних станів у м’язовому апараті за тривалого розвитку алкогольної міопатії, пригнічуючи окислювальні процеси у ньому та запобігаючи, таким чином, його деградації. У всіх проведених тестах відзначено позитивну зміну досліджуваних біохімічних показників приблизно на (15–30) ± 3% за терапевтичної схеми I введення C60ВРФ. У разі застосування двох інших схем введення C60ВРФ його ефективність знижувалась на (7–10) ± 3% порівняно з терапевтичною схемою I. Отримані результати свідчать про здатність фулерену С60 коригувати патологічний стан м’язової системи, що виникає внаслідок алкогольної інтоксикації.

Ключові слова: , , , , ,

Посилання:

  1. Halliwell B, Whiteman M. Measuring reactive species and oxidative damage in vivo and in cell culture: how should you do it and what do the results mean? Br J Pharmacol. 2004;142(2):231-255. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  2. Cederbaum AI. Introduction-serial review: alcohol, oxidative stress and cell injury. Free Radic Biol Med. 2001;31(12):1524-1526.
    PubMed, CrossRef
  3. Otis JS, Brown LA, Guidot DM. Oxidant-induced atrogin-1 and transforming growth factor-beta1 precede alcohol-related myopathy in rats. Muscle Nerve. 2007;36(6):842-848. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Dekeyser GJ, Clary CR, Otis JS. Chronic alcohol ingestion delays skeletal muscle regeneration following injury. Regen Med Res. 2013;1(1):2. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. Gomes-Marcondes MC, Tisdale MJ. Induction of protein catabolism and the ubiquitin-proteasome pathway by mild oxidative stress. Cancer Lett. 2002;180(1):69-74. PubMed, CrossRef
  6. Aberle NS 2nd, Ren J. Short-term acetaldehyde exposure depresses ventricular myocyte contraction: role of cytochrome P450 oxidase, xanthine oxidase, and lipid peroxidation. Alcohol Clin Exp Res. 2003;27(4):577-583. PubMed, CrossRef
  7. Wilkens KA, Jensen JE, Nordgaard-Lassen I, Almdal T, Kondrup J, Becker U. Nutritional intake and status in persons with alcohol dependency: data from an outpatient treatment programme. Eur J Nutr. 2014;53(7):1483-1492. PubMed, CrossRef
  8. Levitt DE, Molina PE, Simon L. Pathophysiological mechanisms of alcoholic myopathy – Lessons from rodent models. J Vet Ani Sci. 2021;52(2):107-116. CrossRef
  9. Suter PM. Alcohol: the role in nutrition and health. Chapter 25. Marriott BP, Birt DF, Stallings VA, Yates AA, еds. Present Knowledge in Nutrition (Eleventh Edition). Academic Press, 2020. р. 451-482. CrossRef
  10. González-Reimers E, Quintero-Platt G, González-Arnay G, Martín-González C, Romero-Acevedo L, Santolaria-Fernández F. Alcoholic Myopathy. In book: Nutrition and Skeletal Muscle. 2019. р. 529-547. CrossRef
  11. Vila L, Ferrando A, Voces J, Cabral de Oliveira C, Prieto JG, Alvarez AI. Effect of chronic ethanol ingestion and exercise training on skeletal muscle in rat. Drug Alcohol Depend. 2001;64(1):27-33. PubMed, CrossRef
  12. Caceres-Ayala C, Pautassi RM, Acuсa MJ, Cerpa W, Rebolledo DL. The functional and molecular effects of problematic alcohol consumption on skeletal muscle: a focus on athletic performance. Am J Drug Alcohol Abuse. 2022;48(2):133-147. PubMed, CrossRef
  13. Heikkonen E, Ylikahri R, Roine R, Välimäki M, Härkönen M, Salaspuro M. Effect of alcohol on exercise-induced changes in serum glucose and serum free fatty acids. Alcohol Clin Exp Res. 1998;22(2):437-443. PubMed, CrossRef
  14. Siler SQ, Neese RA, Christiansen MP, Hellerstein MK. The inhibition of gluconeogenesis following alcohol in humans. Am J Physiol. 1998;275(5):E897-E907. PubMed, CrossRef
  15. Barnes MJ. Alcohol: impact on sports performance and recovery in male athletes. Sports Med. 2014;44(7):909-919. PubMed, CrossRef
  16. Guo R, Ren J. Alcohol dehydrogenase accentuates ethanol-induced myocardial dysfunction and mitochondrial damage in mice: role of mitochondrial death pathway. PLoS One. 2010;5(1):e8757. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  17. Ismaeel A, Laudato JA, Fletcher E, Papoutsi E, Tice A, Hwa LS, Miserlis D, Jamurtas AZ, Steiner J, Koutakis P. High-Fat Diet Augments the Effect of Alcohol on Skeletal Muscle Mitochondrial Dysfunction in Mice. Nutrients. 2022;14(5):1016. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  18. Kumar A, Davuluri G, Welch N, Kim A, Gangadhariah M, Allawy A, Priyadarshini A, McMullen MR, Sandlers Y, Willard B, Hoppel CL, Nagy LE, Dasarathy S. Oxidative stress mediates ethanol-induced skeletal muscle mitochondrial dysfunction and dysregulated protein synthesis and autophagy. Free Radic Biol Med. 2019;145:284-299. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  19. Otis JS, Guidot DM. Procysteine increases alcohol-depleted glutathione stores in rat plantaris following a period of abstinence. Alcohol Alcohol. 2010; 45(6): 495-500. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  20. Nozdrenko DN, Shut AN, Prylutskyy YuI. The possible molecular mechanism of the nonlinearity muscle contraction and its experimental substantiation. Biopolym Cell. 2005;21(1):80-83. CrossRef
  21. Goodarzi S, Da Ros T, Conde J, Sefat F, Mozafari M. Fullerene: biomedical engineers get to revisit an old friend. Mater Today. 2017;20(8):460-480. CrossRef
  22. Moussa F. [60]Fullerene and derivatives for biomedical applications. Nanobiomater. 2018:113-136. CrossRef
  23. Kepley C. Fullerenes in medicine; will it ever occur? J Nanomed Nanotechol. 2012;3(6):1000e111. CrossRef
  24. Zhang X, Cong H, Yu B, Chen Q. Recent advances of water-soluble fullerene derivatives in biomedical applications. Mini-Rev Org Chem. 2019;16(1): 92-99. CrossRef
  25. Gharbi N, Pressac M, Hadchouel M, Szwarc H, Wilson SR, Moussa F. [60]fullerene is a powerful antioxidant in vivo with no acute or subacute toxicity. Nano Lett. 2005;5(12):2578-2585. PubMed, CrossRef
  26. Eswaran SV. Water soluble nanocarbon materials: А panacea for all? Curr Sci. 2018;114(9):1846-1850. CrossRef
  27. Wang IC, Tai LA, Lee DD, Kanakamma PP, Shen CK, Luh TY, Cheng CH, Hwang KC. C(60) and water-soluble fullerene derivatives as antioxidants against radical-initiated lipid peroxidation. J Med Chem. 1999;42(22):4614-4620. PubMed, CrossRef
  28. Yudoh K, Karasawa R, Masuko K, Kato T. Water-soluble fullerene (C60) inhibits the development of arthritis in the rat model of arthritis. Int J Nanomedicine. 2009;4:217-225. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  29. Dragojevic-Simic V, Jacevic V, Dobric S, Djordjevic A, Bokonjic D, Bajcetic M, Injac R. Anti-inflammatory activity of fullerenol C60(OH)24 nanoparticles in a model of acute inflammation in rats. Dig J Nanomater Biostruct. 2011;6(2):819-827.
  30. Grebinyk A, Prylutska S, Buchelnikov A, Tverdokhleb N, Grebinyk S, Evstigneev M, Matyshevska O, Cherepanov V, Prylutskyy Yu, Yashchuk V, Naumovets A, Ritter U, Dandekar T, Frohme M. C60 Fullerene as an Effective Nanoplatform of Alkaloid Berberine Delivery into Leukemic Cells. Pharmaceutics. 2019;11(11):586. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  31. Grebinyk A, Prylutska S, Grebinyk S, Prylutskyy Yu, Ritter U, Matyshevska O, Dandekar T, Frohme M. Complexation with C60 Fullerene Increases Doxorubicin Efficiency against Leukemic Cells In Vitro. Nanoscale Res Lett. 2019;14(1):61. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  32. Foley S, Crowley C, Smaihi M, Bonfils C, Erlanger BF, Seta P, Larroque C. Cellular localisation of a water-soluble fullerene derivative. Biochem Biophys Res Commun. 2002;294(1):116-119. PubMed, CrossRef
  33. Prylutskyy YuI, Durov SS, Bulavin LA, Adamenko II, Moroz KO, Geru II, Dihor IN, Scharff P, Eklund PC, Grigorian L. Structure and thermophysical properties of fullerene C60 aqueous solutions. Int J Thermophys. 2001;22(3):943-956. CrossRef
  34. Gonchar OO, Maznychenko AV, Bulgakova NV, Vereschaka IV, Tomiak T, Ritter U, Prylutskyy YI, Mankovska IM, Kostyukov AI. C60 Fullerene Prevents Restraint Stress-Induced Oxidative Disorders in Rat Tissues: Possible Involvement of the Nrf2/ARE-Antioxidant Pathway. Oxid Med Cell Longev. 2018;2018:2518676. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  35. Halenova TI, Vareniuk IM, Roslova NM, Dzerzhynsky ME, Savchuk OM, Ostapchenko LI, Prylutskyy YuI, Ritter U, Scharff P. Hepatoprotective effect of orally applied water-soluble pristine C60 fullerene against CCl4-induced acute liver injury in rats. RSC Adv. 2016;6(102):100046-100055. CrossRef
  36. Nozdrenko DM, Bogutska KI, Pampuha IV, Gonchar OO, Abramchuk OM, Prylutskyy YuI. Biochemical and tensometric analysis of C(60) fullerenes protective effect on the development of skeletal muscle fatigue. Ukr Biochem J. 2021;93(4):93-102. CrossRef
  37. Nozdrenko D, Prylutska S, Bogutska K, Cherepanov V, Senenko A, Vygovska O, Khrapatyi S, Ritter U, Prylutskyy Yu, Piosik J. Analysis of Biomechanical and Biochemical Markers of Rat Muscle Soleus Fatigue Processes Development during Long-Term Use of C60 Fullerene and N-Acetylcysteine. Nanomaterials (Basel). 2022;12(9):1552. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  38. Nozdrenko D, Prylutska S, Bogutska K, Nurishchenko N, Abramchuk O, Motuziuk O, Prylutskyy Y, Scharff P, Ritter U. Effect of C60 Fullerene on Recovery of Muscle Soleus in Rats after Atrophy Induced by Achillotenotomy. Life (Basel). 2022;12(3):332. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  39. Zavodovskyi DO, Zay SYu, Matvienko TYu, Prylutskyy YuI, Nurishchenko NY, Paradizova SS, Bezuh LL, Ritter U, Scharff P. Influence of C60 fullerenes on the ischemia-reperfusion injury in the skeletal muscle of rat limb: mechanokinetic and biochemical analysis. Ukr Biochem J. 2018;90(6):70-81. CrossRef
  40. Nozdrenko D, Matvienko T, Vygovska O, Soroca V, Bogutska K, Zholos А, Scharff P, Ritter U, Prylutskyy Yu. Post-traumatic recovery of muscle soleus in rats is improved via synergistic effect of C60 fullerene and TRPM8 agonist menthol. Appl Nanosci. 2022;12(3):467-478. CrossRef
  41. Song K, Coleman RA, Xiaoyan Z, Alber C, Ballas ZK, Waldschmidt TJ. Cook RT. Chronic ethanol consumption by mice results in activated splenic T cells. J Leukoc Biol. 2002;72(6):1109-1116. PubMed
  42. D’Souza El-Guindy NB, Kovacs EJ, De Witte P, Spies C, Littleton JM, De Villiers WJS, Lott AJ, Plackett TP, Lanzke N, Meadows GG. Laboratory models available to study alcohol-induced organ damage and immune variations: choosing the appropriate model. Alcohol Clin Exp Res. 2010;34(9):1489-1511. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  43. Collins MA, Neafsey EJ. Alcohol, Excitotoxicity and Adult Brain Damage: An Experimentally Unproven Chain-of-Events. Front Mol Neurosci. 2016;9:8. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  44. Prylutskyy YuI, Yashchuk VM, Kushnir KM, Golub AA, Kudrenko VA, Prylutska SV, Grynyuk II, Buzaneva EV, Scharff P, Braun T, Matyshevska OP. Biophysical studies of fullerene-based composite for bio-nanotechnology. Mater Sci Engineer C. 2003;23(1-2):109-111. CrossRef
  45. Prylutska SV, Grynyuk II, Palyvoda KO, Matyshevska OP. Photoinduced cytotoxic effect of fullerenes C60 on transformed T-lymphocytes. Exp Oncol. 2010;32(1):29-32. PubMed
  46. Brancaccio P, Lippi G, Maffulli N. Biochemical markers of muscular damage. Clin Chem Lab Med. 2010;48(6):757-767. PubMed, CrossRef
  47. Sen CK. Antioxidant and redox regulation of cellular signaling: introduction. Med Sci Sports Exerc. 2001;33(3):368-370. PubMed, CrossRef
  48. Suzuki K, Ohno H, Oh-ishi S, Kizaki T, Ookawara T, Fukii J, Radak A, Taniguchi, N. Superoxide dismutases in exercise and disease. In: Sen CK, Packer L, Hanninen O, eds. Handbook of oxidants and antioxidants and exercise. Elsevier: Amsterdam, 2000. p. 243-295. CrossRef
  49. Hollander J, Fiebig R, Gore M, Bejma J, Ookawara T, Ohno H, Ji LL. Superoxide dismutase gene expression in skeletal muscle: fiber-specific adaptation to endurance training. Am J Physiol. 1999;277(3):R856-R862. PubMed, CrossRef
  50. Ji LL. Modulation of skeletal muscle antioxidant defense by exercise: Role of redox signaling. Free Radic Biol Med. 2008;44(2):142-152. PubMed, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.