NEUROPROTECTIVE ACTION OF BUTORPHANOL AND RU-1205 WITH EVALUATION OF THEIR EFFECT O N THE BIOELECTRICAL ACTIVITY OF THE BRAIN IN THE GLOBAL ISCHEMIA MODEL


Cite item

Abstract

Since ischemic stroke is an extremely common and dangerous pathology, it is important to use drugs with neuroprotective activity. The depth and degree of brain damage due to ischemia are reflected in its bioelectrical activity. This makes it possible to use the electrocorticography or intracranial electroencephalography (EEG) as a tool for evaluating the effectiveness of neuroprotective therapy. In the present study the neuroprotective properties of the experimental compound RU-1205 and the kappa-opioid agonist butorphanol were analyzed. The neuroprotective effect of the substances was assessed by measuring the extent of the neurological deficit and the changes in bioelectrical activity of the ischemic brain of rats. Compound RU-1205 (10 mg/kg, i.v.) as well as the reference drug butorphanol (2,5 mg/kg, i.v.) restored to normal neurological status and power of the EEG signal in delta and theta frequency bands.

Full Text

Ранее было установлено, что вещество РУ-1205 обладает агонистической активностью в отношении каппа-опиоидных рецепторов [1] (КОР), функция которых связана с нейропротекторным действием. Механизм нейропротекторной активности агонистов каппа-опиоидных рецепторов ассоциирован с активацией STAT-3 и ингибированием каспазы-3, а также с повышением продукции NO. Кроме того, сообщается о способности агонистов КОР снижать эксайто-токсичность глутамата и его высвобождение за счет подавляющего влияния на транзит ионов Са2+ [2]. В качестве препарата сравнения был выбран бутор-фанол, нейропротективные свойства которого подтверждаются исследованием [3]. Известно, что патологические нарушения в головном мозге на фоне инсульта отражаются на электроэнцефалограмме [4]. Степень изменений биоэлектрической нейрональной активности зависит от уровня кровоснабжения тканей головного мозга. Воздействие агонистов каппа-опиоидных рецепторов на ЭЭГ проявляется в виде характерных изменений, коррелирующих с поведенческими проявлениями. Так, наблюдается появление пиков на частоте в 4-7 Гц. Следовательно, представляется возможным изучение нейропротекторных эффектов биологически активных соединений по их влиянию на биоэлектрическую активность мозга. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Оценить влияние агонистов каппа-опиоидных рецепторов производного бензимидазола РУ-1205 и буторфанола на биоэлектрическую активность мозга крыс и неврологические нарушения, вызванные обратимой глобальной ишемией головного мозга. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ Исследование проведено на 40 беспородных крысах-самцах весом 220-240 г в условиях хлоралгидратного наркоза (400 мг/кг). В исследование были включены животные, выжившие в течение не менее 2 часов после 30-минутной ишемии. Животные содержались в стандартных условиях вивария при 12-часовом режиме со свободным доступом к пище и воде (ГОСТ 33215-2014), в соответствии с приказом министерства здравоохранения РФ от 01.04.2016 № 199н «Об утверждении правил надлежащей лабораторной практики» и требованиями директивы 2010/63/eu Европейского парламента и Совета Европейского союза от 22.09.2010 г. по охране животных. Эксперименты были одобрены региональным исследовательским этическим комитетом Волгоградской области (регистрационный номер IRB 00005839 IORG 0004900, протокол № 2022/096 от 21 января 2022 г.). Хлорсеребряные электроды (Ag/AgCL) имплантировали животным за 7 дней до проведения эксперимента. Животных вводили в наркоз и после исчезновения роговичного рефлекса фиксировали в стереотаксическом аппарате. Стоматологическим буром в черепе проделывались отверстия (1 мм в диаметре), в соответствии со стереотаксическими координатами электроды размещали на твердой мозговой оболочке в области префронтальной коры симметрично с обеих сторон относительно брегмы (-0,96 мм; ±1,0 мм), референс располагали над обонятельной луковицей (6,60; -2,00). После операции животные содержались в индивидуальных клетках. Обратимую глобальную ишемию головного мозга вызывали путем двусторонней электрокоагуляции позвоночных артерий и обратимой окклюзиии общих сонных артерий (ОСА) с использованием сосудистых микрозажимов. Время ишемии составляло 30 минут с последующей реперфузией путем снятия микро -зажимов с ОСА. Животных разделяли на 5 групп: 1 - «интактные» (п = 8), животные без оперативного вмешательства; 2 - «ложнооперированные» (ЛО) (п = 8), животным проводился весь комплекс оперативных манипуляций, кроме электрокоагуляции позвоночных артерий и окклюзии ОСА; 3 - «негативный контроль ишемия/ реперфузия (ИР)» (п = 8), животным вводили 0,9% раствор NaCl в количестве 0,1 мл/100 г веса; 4 - «ИР + буторфанол» (п = 8), животным внутривенно вводили буторфанол (ФГУП «Московский эндокринный завод») в дозе 2,5 мг/кг; 5 - «ИР+РУ-1205» (п = 8), животным внутривенно вводили РУ-1205 (10 мг/кг) (НИИ физической и органической химии Южного федерального университета, Россия). Вещества вводились однократно за 30 минут до ИР. Оценка повреждения мозга проводилась по неврологическим нарушениям и изменениям биоэлектрической активности головного мозга. Неврологический статус крыс оценивали, используя шкалу нейродефицита, предложенную R.G. Geocadin и соавт. [5], при этом регистрировали общие поведенческие отклонения, функции ствола головного мозга, двигательную активность, чувствительность, координацию движений, поведенческую активность, наличие судорог. Минимальное количество баллов - 0 (смерть мозга), максимальное - 80 (отсутствие нарушений). Тестирование проводили через 24 часа после операции. Запись ЭЭГ проводилась с использованием лабораторного электроэнцефалографа NVX-36 (МКС, Россия). ЭЭГ активность регистрировалась с частотой дискретизации 500 Гц, монополярным монтажом, импеданс электродов <5 кОм. Применялся фильтр низких частот 0,4 Гц и фильтр высоких частот 30 Гц, быстрое преобразование Фурье использовалось для вычисления мощности в 5- (0,4-4 Гц), 9- (4,8-8 Гц), а- (8-12 Гц) и р- (12-30 Гц) диапазонах. ЭЭГ регистрировали за 5 мин до и 15 мин после ишемии, а также с 60 мин после реперфузии. Статистическая обработка данных осуществлялась методом однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) с апостериорным тестом Данна в программе GraphPad Prism 9. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Данные о развитии неврологического дефицита представлены на рис. В результате исследования выраженные неврологические нарушения были выявлены в группе негативного контроля, средний балл в которой в 1,3 раза был меньше по сравнению с группой ложнооперированных животных (р < 0,05). В группах, которым вводили исследуемые вещества РУ-1205 и бутор-фанол, выраженного неврологического дефицита не наблюдалось. У животных, получавших соединение РУ-1205, результаты тестирования на наличие признаков нейродефицита статистически значимо отличались от группы негативного контроля в 1,17 раз (р < 0,05). Препарат сравнения буторфанол также снижал выраженность неврологических нарушений в 1,24 раза (р < 0,05). “Статистически значимые различия (р < 0,05) по сравнению с интактными животными; #статистически значимые различия (р < 0,05) по сравнению с группой негативного контроля. Рис. Влияние соединения РУ-1205 (10 мг/кг) и буторфанола (2,5 мг/кг) на средний балл неврологического дефицита (средний балл ± SEM) В результате развития обратимой глобальной ишемии наблюдались изменения биоэлектрической активности головного мозга у животных группы НК, что выражалось повышением спектральной плотности мощности в дельта-частотном диапазоне в 1,5 раза (р = 0,0002) на 15-й минуте ишемии, через 60 минут после начала реперфузии исследуемый параметр в дельта-спектре был выше в 1,26 раз (р = 0,0087) в сравнении с группой ложнооперированных животных. После введения исследуемого соединения РУ-1205 происходило снижение мощности дельта-активности и повышение тета-активности на 15-й минуте ишемии и 60-й минуте реперфузии. Средняя мощность дельта-активности на 15-й минуте ишемии была ниже в 1,32 раза (р = 0,0044), а на 60-й минуте реперфузии -в 1,2 раза (р = 0,04) соответственно относительно группы крыс, не получавших нейропротективные средства. Мощность тета-ритма была выше относительно группы НК в 1,8 раза (р = 0,0069) на 15-й минуте ишемии и в 1,56 раза (р = 0,0321) на 60-й минуте реперфузии. В результате введения препарата сравнения буторфанола наблюдалось снижение мощности в дельта -частотном диапазоне и повышение в диапазонах тета- и альфа-. На 15-й минуте ишемии показатели в дельта-частотном диапазоне были ниже в 1,27 раза (р = 0,015), а показатели тета- и альфа-диапазона были выше в 1,8 раза (р = 0,0029) и в 1,9 раза (р = 0,0033) в сравнении с группой негативного контроля. На 60-й минуте мощность дельта-диапазона была снижена в 1,2 раза (р = 0,04), тета- и альфа-диапазона повышена в 1,6 раза (р = 0,0196) и в 1,47 раза (р = 0,0443) соответственно, относительно особей из группы НК (табл.). Влияние соединения РУ-1205 (10 мг/кг) и буторфанола (2,5 мг/кг) на спектральную плотность мощности (рВ2/Гц) ЭЭГ Период Интактные Ложно оперированные Негативный контроль ИР + буторфанол ИР + РУ-1205 за 5 мин до ишемии 36,45 ± 1,02 36,78 ± 1,10 36,23 ± 1,40 34,05 ± 1,87 35,12 ± 1,10 5 15 мин ишемии 37,12 ± 0,64 36,34 ± 3,03 54,1 ± 3,1“ 42,35 ± 2,48" 40,75 ± 2,26" 60 мин реперфузии 36,76 ± 1,78 36,64 ± 1,86 46,23 ± 1,81“ 40,29 ± 1,92" 38,37 ± 2,10" за 5 мин до ишемии 12,95 ± 1,04 12,54 ± 0,96 13,12 ± 1,02 16,32 ± 1,17 15,87 ± 1,30 0 15 мин ишемии 13,04 ± 2,12 12,95 ± 1,23 10,16 ± 2,04 18,95 ± 1,14" 18,26 ± 1,96" 60 мин реперфузии 12,10 ± 1,78 12,08 ± 1,64 11,25 ± 1,16“ 17,97 ± 1,25" 17,56 ± 1,36" за 5 мин до ишемии 10,35 ± 1,12 10,67 ± 1,14 10,13 ± 1,09 13,21 ± 1,54 9,87 ± 1,12 а 15 мин ишемии 10,98 ± 1,17 11,26 ± 1,94 8,08 ± 1,36 15,57 ± 1,04" 10,17 ± 1,02 60 мин реперфузии 11,21 ± 1,34 11,41 ± 1,16 9,91 ± 1,03 14,65 ± 1,07" 11,02 ± 1,10 за 5 мин до ишемии 17,28 ± 1,54 18,32 ± 1,32 17,02 ± 1,04 18,17 ± 1,48 17,54 ± 1,46 р 15 мин ишемии 17,56 ± 1,87 18,27 ± 1,45 16,24 ± 2,14 18,92 ± 1,57 18,08 ± 1,64 60 мин реперфузии 18,43 ± 1,48 18,26 ± 1,64 16,29 ± 1,07 18,46 ± 1,76 18,13 ± 1,15 Примечание. Данные представлены в виде M ± SEM. “Статистически значимые различия (р < 0,05) по сравнению с группой ложнооперированных животных; "статистически значимые различия (р < 0,05) по сравнению с группой негативного контроля. В рамках выполненной работы динамику нейрофизиологических процессов в условиях глобальной ишемии оценивали по изменению спектральной плотности мощности, усредненной по 2 отведениям. Предварительное введение веществ с каппа-опиоидной активностью (буторфанола тартрата и соединения РУ-1205) способствовало повышению мощности сигнала в тета-диапазоне. Подобные изменения ЭЭГ были ранее установлены в отношении кетациклазо-цина и энандолина, которые повышали мощность в полосе частот 4-8 Гц с формированием характерного пика на частоте 5 Гц [6]. По фармакологическим свойствам буторфанол представляет собой смешанный агонист-антагонист опиоидных рецепторов, используемый для лечения умеренной и выраженной боли [7]. Буторфанол имеет структурное сходство с пентазоцином. Считается, что буторфанол обладает низким сродством к ц-опиоидным рецепторам и высоким сродством к к-рецепторам. Поскольку для него характерно слабое взаимодействие с ц-рецепторами, он вызывает меньшую физическую зависимость и угнетение дыхания, что может также проявляется и в изменениях биоэлектрической активности в пределах альфа-диапазона частот. Кроме того, имеется неоднозначная информация о влиянии каппа-опиоидных агонистов на дельта-активность. В некоторых источниках сообщается о развитии интермиттирующей высокоамплитудной дельта-активости [8], в других исследованиях наблюдали снижение мощности в дельтадиапазоне [9]. Наряду с этим было показано, что повыше -ние дельта-активности и подавление тета-активности в первые сутки после инсульта связано со снижением кровотока в нервной ткани и отеком головного мозга [10]. Клинические исследования пациентов с острым инсультом показали, что дельта-волны пораженного полушария являются чувствительным индикатором нейрональной дисфункции и связаны как с размером поражения, так и с острым неврологическим дефицитом. Принимая во внимание, что вещества с каппа-опиоидной агонистической активностью могут вызывать седацию, изменения двигательной и поисковой активности, оценка неврологического дефицита проводилась через 24 часа после введения исследуемых соединений. Полученные нами результаты согласуются с данными о наличии нейропротективного действия у каппа-опиоидных агонистов, что было подтверждено объективными показателями неврологического дефицита и по динамике изменений биоэлектрической активности в условиях преходящей глобальной ишемии. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, можно заключить, что каппа-опиоидный агонист буторфанол и соединение РУ-1205 обладают нейропротективным действием, которое было установлено в ходе комплексной оценки неврологического дефицита, а также при изучении спектрального состава электрокортикограмм крыс, подвергавшихся 30-минутной глобальной ишемии. Полученные данные указывают на перспективность дальнейшего изучения каппа-опиоидных агонистов в качестве соединений-нейропротекторов.
×

About the authors

K. Y Kalitin

Volgograd State Medical University; Volgograd Medical Research Center

Email: kkonst8@ya.ru
Volgograd, Russia

G. V Pridvorov

Volgograd State Medical University; Volgograd Medical Research Center

Email: gleb.pridvorov@gmail.com
Volgograd, Russia

A. A Spasov

Volgograd State Medical University; Volgograd Medical Research Center

Email: aaspasov@volgmed.ru
Volgograd, Russia

O. Y Mukha

Volgograd State Medical University

Email: olay.myha14@gmail.com
Volgograd, Russia

References

  1. Спасов А.А., Гречко О.Ю., Калитин К.Ю., Анисимова В.А. Рецептор-зависимые механизмы противосудорожного действия производного бензимидазола РУ-1205 в сравнении с диазепамом и U-50,488H // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2018. Т. 81, № 2. С. 3-6.
  2. Liu I.I., Yu J.J., Xu X.L. Kappa-opioid receptor agonist U50448H protects against renal ischemia-reperfusion injury in rats via activating the PI3K/Akt signaling pathway // Acta pharmacologica Sinica. 2018. No. 39 (1). P. 97-106.
  3. Butorphanol reduces the neuronal inflammatory response and apoptosis via inhibition of p38/JNK/ATF2/p53 signaling / Huang Yingsi, Suhua Li, Huaxin Chen [et al.] // Experimental and Therapeutic Medicine. 2022. No. 3 (23). P. 1-9.
  4. Quantitative EEG and functional outcome following acute ischemic stroke / C. Bentes, A.R. Peralta, P. Viana [et al.] // Clinical Neurophysiology. 2018. No. 129 (8). P. 1680-1687.
  5. A novel quantitative EEG injury measure of global cerebral ischemia / R.G. Geocadin, R. Ghodadra, T. Kimura [et al.] // Clinical Neurophysiology. 2000. No. 10 (111). P. 1779-1787.
  6. Campi C.C., Geoffrey D.C. Effects of highly selective к-opioid agonists on EEG power spectra and behavioural correlates in conscious rats // Pharmacology Biochemistry and Behavior. 1995. No. 4 (51). P. 611-616.
  7. Butorphanol in combination with dexmedetomidine provides efficient pain management in adult burn patients / Ding Xianchao Yi Luo, Lei Shi [et al.] // Burns. 2021. No. 7 (47). P. 1594-1601.
  8. Lemmens H.J.M., Egan T.D., Fiset P., Stanski D.R. Pharmacokinetic/dynamic assessment in drug development: application to the investigational opioid mirfentanil // Anesthesia & Analgesia. 1995. No. 6 (80). P. 1206-1211.
  9. EEG Spectral Analysis of the Neuroprotective Kappa Opioids Enadoline and PD117302 / Tortella F.C., Rose J., Robles L. [et al.] // Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 1997. No. 1 (282). P. 286-293.
  10. Litvinova S.A., Kutepova I.S., Voronina T.A., Petrunina А.А. Levetiracetam effect on behavioral and electrophysiological parameters in rat model of global brain ischemia // Epilepsy Research, 2020. No. 167. P. 106466.

Copyright (c) 2022 Kalitin K.Y., Pridvorov G.V., Spasov A.A., Mukha O.Y.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 79562 от 27.11.2020 г.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies