БИОФИЗИКА, 2019, том 64, № 5, с. 994-998

БИОФИЗИКА CЛОЖНЫX CИCТЕМ

УДК 616.74-009.54-06:616.61-008.64-036.1:612.826.33.015.22

РАБДОМИОЛИЗ-ИНДУЦИРОВАННОЕ ОСТРОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ ПОЧЕК

И РЕНОПРОТЕКЦИЯ МЕЛАТОНИНОМ

Буковинский государственный медицинский университет, 58002, Черновцы, Театральная пл., 2, Украина

E-mail: igor.zamorskii@gmail.com

Поступила в редакцию 22.06.2019 г.

После доработки 22.06.2019 г.

Принята к публикации 08.07.2019 г.

Рабдомиолиз - клинический синдром, вызываемый повреждением скелетных мышц и часто

осложняющийся развитием острого повреждения почек. В экспериментах на лабораторных нели-

нейных белых половозрелых крысах изучен ренопротективный потенциал мелатонина (5 мг/кг) при

рабдомиолиз-индуцированном остром повреждении почек. Обнаружено, что однократное введе-

ние глицерола в дозе 8 мл/кг приводит к развитию олигурической формы острой почечной недоста-

точности, что сопровождается снижением скорости клубочковой фильтрации, увеличением кон-

центрации креатинина в плазме крови, гиперкалиемией, ацидурией, значительной протеинурией и

нарушением реабсорбционной функции нефронов. Установлено, что применение мелатонина ока-

зывает цитопротекторный эффект по отношению к эпителиоцитам почечных канальцев, значи-

тельно ограничивая степень повреждения, что предупреждает развитие олигурии, ретенционной

азотемии, значительные потери ионов натрия, способствует уменьшению протеинурии и повыше-

нию рН мочи. Протекторный эффект обеспечивается антиоксидантной активностью мелатонина,

что предупреждает индукцию окислительного стресса в почках. Полученные результаты исследова-

ний обосновывают перспективность дальнейшего изучения ренопротективного потенциала мела-

тонина в условиях почечной патологии различного генеза.

Ключевые слова: рабдомиолиз, острое повреждение почек, мелатонин, ренопротекция.

DOI: 10.1134/S0006302919050223

угрожающего жизни состояния, связанного с ост-

Рабдомиолиз - это нарушение целостности

рым повреждением почек (ОПП) и диссеминиро-

скелетных мышц, приводящее к попаданию со-

ванным внутрисосудистым свертыванием крови.

держимого мышечных клеток, включая электро-

ОПП является наиболее распространенным

литы, миоглобин, креатинкиназу, лактатдегидро-

опасным для жизни системным осложнением

геназу и другие внутриклеточные белки в систем-

рабдомиолиза, которое встречается с частотой от

ный кровоток и внеклеточное пространство [1].

10 до 55% и сопровождается неблагоприятным

Рабдомиолиз может быть вызван различными

прогнозом, особенно при наличии полиорганной

физическими или химическими повреждениями

недостаточности [3-5]. Развитие ОПП обуслов-

мышечной ткани. Наиболее часто к развитию

лено накоплением нефротоксического миогло-

рабдомиолиза приводят прямое травматическое

бина в почках, а также гипоперфузией почек в ре-

повреждение или компрессия мышц (краш-син-

зультате системной гиповолемии. В настоящее

дром), интенсивная физическая нагрузка или

время лечение рабдомиолиз-индуцированного

длительный постельный режим, мышечная ише-

ОПП основано на симптоматической поддержи-

мия, инфекции, электролитные и метаболиче-

вающей и заместительной терапии (внутривен-

ские расстройства, генетические заболевания,

ное введение жидкостей, бикарбоната, гемодиа-

токсины и лекарственные средства, а также тем-

лиз), при этом смертность остается высокой [4,5].

пературно-индуцированные состояния, такие

Гормон эпифиза мелатонин известен как ос-

как злокачественный нейролептический син-

новной регулятор биоритмов, обладающий орга-

дром и злокачественная гипертермия [1-3]. Кли-

нопротекторными свойствами в условиях различ-

нически рабдомиолиз варьирует от бессимптом-

ных патологий, что способствует его активному

ного, с повышением уровня креатинкиназы, до

изучению с целью расширения спектра клиниче-

Сокращения: ОПП - острое повреждение почек, γ-ГТП -

ского применения [6]. Безусловными преимуще-

гамма-глутамилтранспептидаза.

ствами мелатонина является его природное

994

РАБДОМИОЛИЗ-ИНДУЦИРОВАННОЕ ОСТРОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ ПОЧЕК

995

происхождение, доступность и относительная

по количеству восстановленного глутатиона, со-

безопасность как лекарственного вещества, бла-

держание конечных продуктов пероксидации ли-

годаря чему мелатонин является потенциальным

пидов - малонового диальдегида по реакции с

терапевтическим средством [7,8].

тиобарбитуровой кислотой и окислительно-мо-

дифицированных белков по количеству образо-

Целью данного исследования было изучение

ванных гидразонов в реакции с 2,4-динитрофе-

эффективности применения мелатонина с целью

нилгидразином [9-11].

патогенетической коррекции экспериментально-

го рабдомиолиз-индуцированного ОПП.

Статистическую обработку результатов прово-

дили с помощью программы SPSS Statistics 17.0.

Оценку различий между выборками проводили с

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

использованием параметрического t-критерия

Стьюдента (при нормальном распределении пе-

Эксперименты проведены на нелинейных бе-

ременных) и непараметрического U-критерия

лых крысах массой 150-200 г, которые находи-

Манна-Уитни. Критическим уровнем значения

лись в стандартных условиях вивария с поддержа-

был принят р < 0,05.

нием постоянной температуры и влажности, до-

ступом к воде и пище (комбикорм

полнорационный) ad libitum. Животные были

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

рандомизированы в три группы по семь особей в

каждой: группа I - контрольная, группа II - раб-

Патогенетический каскад, лежащий в основе

домиолиз-индуцированное ОПП (однократное

рабдомиолиза и его осложнений, обусловлен дву-

внутримышечное введение 50%-го раствора гли-

мя основными инициирующими механизмами -

церола в дозе 8 мл/кг), группа III - двукратное

снижением энергообеспечения миоцитов и обра-

введение мелатонина (Sigma-Aldrich, США) в до-

зованием активных форм кислорода, приводя-

зе 5 мг/кг через 1 ч и 24 ч после введения глице-

щими к митохондриальной дисфункции и акти-

рола.

вации апоптоза с последующей гибелью клеток.

Высвобождение внутриклеточного содержимого

Для оценки функционального состояния по-

вызывает локальное повреждение капилляров,

чек через 48 ч после введения глицерола в услови-

секвестрацию жидкости во внеклеточном про-

ях индуцированного водного диуреза (энтераль-

странстве поврежденных мышц с последующей

ное введение внутрижелудочным зондом подо-

системной гиповолемией, ишемией, метаболиче-

гретой до 37°С питьевой воды в объеме 5% от

ским ацидозом и различными осложнениями,

массы тела) у животных в течение 2 ч собирали

среди которых наиболее часто развивается ОПП

мочу. Эвтаназию крыс осуществляли декапита-

[1-3].

цией под барбитуровым наркозом (тиопентал на-

трия, 80 мг/кг), с последующим забором крови и

Развитие ОПП при рабдомиолизе связано

почек для биохимического исследования.

прежде всего со снижением почечного кровотока

вследствие уменьшения объема циркулирующей

Функцию почек оценивали по показателям

крови и активации ренин-ангиотензин-альдосте-

диуреза, клиренса креатинина, уровня креатини-

роновой системы, что приводит к ишемическому

на в плазме крови, экскреции белка с мочой, кон-

повреждению нефронов. Важнейшим почечным

центрации и экскреции ионов натрия и калия, рН

токсином при рабдомиолизе выступает высво-

мочи. Концентрацию креатинина определяли по

божденный из мышечных клеток белок миогло-

реакции Яффе, содержание белка в моче сульфо-

бин, выделяющий ионы железа, которые генери-

салициловым методом, для определения концен-

руют активные формы кислорода с последующим

трации ионов калия и натрия использовали метод

повреждением мембран клеток канальцев. В

пламенной фотометрии. Стандартизацию пока-

условиях ацидификации мочи в дистальных отде-

зателей функции почек проводили пересчетом их

лах нефрона происходит образование цилиндров

абсолютных величин на единицу массы тела или

из миоглобина и мочевой кислоты, что приводит

на 100 мкл клубочкового фильтрата. В моче

к канальцевой обструкции [4-5].

определяли активность маркерного фермента по-

вреждения почечных канальцев - гамма-глута-

В нашем исследовании во ІІ группе животных

милтранспептидазы (γ-ГТП) по реакции с L-γ-

с рабдомиолиз-индуцированным ОПП наблюда-

глутамил-п-нитроанилидом с использованием

лось значительное увеличение уровня γ-ГТП в

стандартного набора реактивов («Реагент», Укра-

моче, что указывает на повреждение и гибель кле-

ина). В ткани почек определяли активность клю-

ток почечных канальцев. ОПП проявлялось раз-

чевого фермента энергетического обмена сукци-

витием олигурии, двукратным повышением

натдегидрогеназы по интенсивности восстанов-

уровня креатинина и калия в плазме крови, зна-

ления феррицианида калия, ферментов

чительной протеинурией, гипернатриурией, ги-

антиоксидантной защиты - каталазы по реакции

перкалиурией и критическим снижением рН мо-

с молибдатом аммония и глутатионпероксидазы

чи по сравнению с данными контроля (табл. 1).

БИОФИЗИКА том 64

№ 5

2019

996

ЗАМОРСКИЙ и др.

Таблица 1. Показатели функционального состояния почек крыс при введении мелатонина на фоне развития

рабдомиолиз-индуцированного ОПП

Рабдомиолиз-

ОПП + Мелатонин

Показатель

Контроль

индуцированное ОПП

(5 мг/кг)

Диурез, мл/2 ч · 100 г

4.35 ± 0.15

2.26 ± 0.15*

3.54 ± 0.09**

Креатинин плазмы, мкмоль/л

62.27 ± 2.72

139.66 ± 7.27*

96.33 ± 5.77**

Клиренс креатинина, мкл/мин

57.42 ± 8.84

20.16 ± 2.38*

28.22 ± 1.83**

Экскреция белка, мг/100мкл

0.018 ± 0.003

0.108 ± 0.013*

0.073 ± 0.008**

Фракционная экскреция натрия, %

0.85 ± 0.05

4.10 ± 0.50*

2.13 ± 0.10**

Реабсорция ионов натрия, %

97.79 ± 0.17

93.02 ± 0.29*

95.19 ± 0.34**

Калий плазмы, ммоль/л

5.32 ± 0.30

10.16 ± 0.33*

6.07 ± 0.12**

рН мочи

7.45 ± 0.20

6.22 ± 0.10*

6.60 ± 0.15**

Активность ГГТП, ммоль/(ч · л)

0.10 ± 0.02

4.84 ± 0.58*

1.61 ± 0.22**

Примечание. * - р < 0.05 по сравнению с контролем; ** - р < 0.05 по сравнению с показателем при рабдомиолиз-индуциро-

ванном ОПП.

Ишемическое и токсическое повреждение

Широко известно, что мелатонин, благодаря

нефронов сопровождалось активацией процессов

своей прямой антирадикальной активности и

свободнорадикального окисления липидов и бел-

способности потенцировать антиоксидантную

ков, что подтверждается увеличением содержа-

систему, является важным антиоксидантом

ния малонового диальдегида и окислительно-мо-

[6,12]. Результаты ряда исследований [12-15] со-

дифицированных белков, наряду со снижением

общают о терапевтическом эффекте мелатонина

активности антиоксидантных ферментов глута-

при различных патологиях, связанных с окисли-

тионпероксидазы и каталазы в почках, и свиде-

тельным стрессом, в том числе при повреждении

тельствует о развитии окислительного стресса

почек различного генеза [16-18]. Кроме того,

(табл. 2). Уменьшение активности сукцинатде-

экспериментально подтвержден антиапоптоз-

гидрогеназы отображает прогрессирование мито-

ный, цитопротекторный, противовоспалитель-

хондриальной дисфункции нефронов с возник-

ный и иммуностимулирующий эффекты мелато-

новением локального энергодефицита, усугубле-

нина, что указывает на его способность влиять на

нием окислительного стресса и индукцией

основные патогенетические звенья развития

апоптоза.

острой почечной патологии [19-21].

Таблица 2. Показатели прооксидантно-антиоксидантного равновесия и активности СДГ в ткани почек крыс

при введении мелатонина на фоне развития рабдомиолиз-индуцированного ОПП

Рабдомиолиз-

ОПП + Мелатонин

Показатель

Контроль

индуцированное ОПП

(5 мг/кг)

Содержание малонового

17.06 ± 0.30

38.81 ± 1.55*

23.06 ± 1.25**

диальдегида, мкмоль/г

Содержание окислительно

8.24 ± 0.22

17.54 ± 0.74*

12.45 ± 0.57**

модифицированных белков, ед./г

Активность глутатионпероксидазы,

150.67 ± 9.15

96.32 ± 10.14*

140.60 ± 8.55**

нмоль/(мин · мг)

Активность каталазы,

10.35 ± 0.26

4.76 ± 0.86*

8.34 ± 0.73**

мкмоль/(мин · мг)

Активность сукцинатдегидрогеназы,

12.65 ± 0.15

3.95 ± 0.40*

10.75 ± 0.10**

нмоль сукцината/(мин×мг белка)

Примечание. * - р < 0.05 по сравнению с контролем; ** - р < 0.05 по сравнению с показателем при рабдомиолиз-индуциро-

ванном ОПП.

БИОФИЗИКА том 64

№ 5

2019

РАБДОМИОЛИЗ-ИНДУЦИРОВАННОЕ ОСТРОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ ПОЧЕК

997

В ходе проведенных исследований было уста-

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

новлено, что введение мелатонина значительно

Эксперименты проводили в соответствии с

улучшает функцию почек у крыс с ОПП. Цито-

положениями Директивы Европейского союза

протекторное действие мелатонина по отноше-

2010/63/EU о защите животных, используемых в

нию к проксимальным почечным канальцам

научных целях [27].

подтверждено трехкратным снижением уровня

γ-ГТП в моче и привело к увеличению клиренса

креатинина в 1,4 раза с соответствующим сниже-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

нием ретенционной азотемии, гиперкалиемии,

L. Chavez, M. Leon, S. Einav, et al., Crit. Care 20 (1),

уменьшением протеинурии в полтора раза,

135 (2016).

двухкратным снижением фракционной экскре-

P. A. Torres, J. A. Helmstetter, A. M. Kaye, et al.,

ции натрия и повышением рН мочи у животных

Ochsner J. 15 (1), 58 (2015).

ІІІ группы по сравнению с показателями во

J. Williams and C. Thorpe, Crit. Care & Pain 14 (4),

II группе.

163 (2014).

Можно предположить, что в основе ренопро-

N. Petejova and A. Martinek, Crit. Care 18, 224 (2014).

тективного действия мелатонина при ОПП лежит

его антиоксидантный эффект, обусловленный

X. Bosch, E. Poch, and J. M. Grau, N. Engl. J. Med.

способностью к прямому поглощению свобод-

361, 62 (2009).

ных радикалов кислорода и азота в клетках путем

E. Ahmadian, M. A. Eghbal, A. Eftekhari, et al., J.

донации свободных электронов и инактивации

Pharm. Reports 1, 1 (2016).

наиболее токсичных окислительных реактивных

L. Andersen, I. Gögenur, J. Rosenberg, et al., Clin.

агентов непосредственно во время их образова-

Drug Investig. 36 (3), 169 (2015).

ния [22], что эффективно защищает липиды, бел-

E. H. Sharman and S. C. Bondy, Nutraceuticals 501

(2016).

ки, митохондрии и ядерную ДНК от окислитель-

ного повреждения [23-25]. Более того, известно,

Методы клинических лабораторных исследований,

под ред.В. С. Камышникова (МЕДпресс, М., 2016).

что метаболиты мелатонина также являются

мощными скавенджерами свободных радикалов,

10.

А. В. Арутюнян, Е. Е. Дубинина и Н. Н. Зыбина.

Методы оценки свободнорадикального окисления и

что обуславливает функционирование «антиок-

антиоксидантной системы организма. Методиче-

сидантного каскада мелатонина» [23,26].

ские рекомендации (Фолиант, СПб., 2000).

В условиях развития экспериментального раб-

11.

И. И. Заморский и Т. С. Щудрова, Биофизика 59

домиолиз-индуцированного ОПП под действием

(5), 1023 (2014).

мелатонина у животных ІІІ группы выявлено зна-

12.

D. Bonnefont-Rousselot and F. Collin, Toxicology 278

чительное снижение содержания малонового ди-

(1), 55 (2010).

альдегида и окислительно-модифицированных

13.

J. Espino, A. Rodriguez, and J. Pariente, Curr. Med.

белков, увеличение активности глутатионперок-

Chem. 25, 1 (2018).

сидазы и каталазы, а также сохранение активно-

14.

M. Esrefoglu, A. Cetin, E. Taslidere, et al., Bratisl.

сти сукцинатдегидрогеназы в ткани почек крыс

Med. J. 118 (06), 347 (2017).

III группы, которым вводили мелатонин (табл. 2).

15.

S. Tordjman, S. Chokron, R. Delorme, et al., Curr.

Эффективное антиоксидантное действие мелато-

Neuropharmacol. 15 (3), 434 (2017).

нина связано не только с прямым антирадикаль-

16.

J. Hrenak, L. Paulis, K. Repova, et al., Curr. Pharm.

ным действием, но также и со способностью сти-

Des. 21, 936 (2015).

мулировать синтез и активацию антиоксидант-

17.

Y. Quiroz, A. Ferrebuz, F. Romero, et al., Am. J. Physi-

ных ферментов (каталазы, супероксиддисмутазы,

ol. Ren. Physiol. 294, F336 (2008).

глутатионпероксидазы,

глутатионредуктазы),

18.

J. P. Tsai, C. J. Lee, Y. M. Subeq, et al., Int. J. Clin.

улучшать митохондриальную функцию, обеспе-

Exp. Med. 10 (10), 14321 (2017).

чивая сохранение клеточного энергетического

19.

Y. Yang, M. Song, Y. Liu, et al., Pharmacol. Ther. 163,

баланса, противовоспалительный и антиапоптоз-

58 (2016).

ный эффекты [24,26].

20.

M. Tavakoli, J. Nephropharmacol. 3 (1), 7 (2014).

21.

N. Pacini and F. Borziani, Int. J. Mol. Sci. 17 (3), 341

(2016).

ВЫВОДЫ

22.

R. Hardeland, Aging Dis. 3, 194 (2012).

Полученные данные об эффективности мела-

23.

M. Majidinia, A. Sadeghpour, S. Mehrzadi, et al., J.

тонина в условиях рабдомиолиз-индуцированно-

Pineal. Res. 63, e12416 (2017).

го ОПП свидетельствуют о его ренопротективной

24.

R. Reiter, D. Tan, S. Rosales-Corral, et al., Molecules

активности, обусловленной влиянием на ключе-

23 (2), 509 (2018).

вые звенья патогенеза. Результаты исследования

25.

A. Galano, D. Tan, and R. Reiter, Molecules 23 (3),

подтверждают перспективы дальнейшего экспе-

530 (2018).

риментального изучения мелатонина в условиях

26.

R. Reiter, S. Rosales-Corral, D. Tan, et al., Cell. Mol.

почечной патологии различного генеза.

Life Sci. 74 (21), 3863 (2017).

БИОФИЗИКА том 64

№ 5

2019

998

ЗАМОРСКИЙ и др.

27. Directive 2010/63/EU of the European Parliament and

entific purposes, Official J. Europ. Union 276, 33

of the Council on the protection of animals used for sci-

(2010).

Rhabdomyolysis-Induced Acute Kidney Injury and Renal Protection with Melatonin

I.I. Zamorskii, T.S. Shchudrova, and Ye.A. Dudka

Bukovinian State Medical University, Teatral’naya pl. 2, Chernivtsi, 58002 Ukraine

Rhabdomyolysis is a clinical syndrome caused by damage to skeletal muscle, which is often followed by acute

kidney injury as a severe complication. In experiments on laboratory non-linear white mature rats, the reno-

protective potential of melatonin (5 mg/kg) in rhabdomyolysis-induced acute kidney injury was investigated.

It was shown that a single administration of glycerol at a dose of 8 ml/kg leads to the development of the oli-

guric form of acute renal failure, which is accompanied by a reduction in glomerular filtration rate, an in-

crease in plasma creatinine level, hyperkalemia, aciduria, significant proteinuria, and impaired nephron re-

absorption function. It has been established that the use of melatonin has a cytoprotective effect on renal tu-

bular epitheliocytes, significantly limiting the extent of the damage, which prevents the development of

oliguria, retention azotemia, and significant loss of sodium ions, reduces proteinuria and increases urine pH.

The protective effect is due to the antioxidant activity of melatonin, which prevents the induction of oxidative

stress in the kidneys. The research results prove the prospects of further studies to investigate the renoprotec-

tive potential of melatonin under the conditions of renal pathology of various geneses.

Keywords: rhabdomyolysis, acute kidney injury, melatonin, renoprotection

БИОФИЗИКА том 64

№ 5

2019