Радиозащитный эффект препаратов на основе куркумина при действии на животных гамма-излучения

Лысенко Николай Петрович, Поздеев Александр Владимирович, Василевич Фёдор Иванович, Чернецов Виктор Борисович, Рогожина Лариса Васильевна, Щукин Михаил Васильевич, Ковалев Иван Игоревич, Ромодин Леонид Александрович, Содбоев Цыдендамба Цырендашиевич

ФГБОУ ВО МГАВМиБ – МВА имени К.И. Скрябина, кафедра радиобиологии и вирусологии имени академиков РАСХН А.Д. Белова и В.Н. Сюрина, Москва, Россия

radbiomva@mail.ru

Ключевые слова:

Куркумин, куркума, активные формы кислорода, ионизирующая радиация, γ-изучение, внешнее облучение, радиопротекторы, летальные дозы ионизирующего излучения, мыши, перекисное окисление липидов, гематологическое исследование, фитопрепарат

Аннотация

В данной работе представлены результаты исследования свойств куркумина – полифенола, входящего в состав корня куркумы, как радиопротектора, защищающего от внешнего облучения γ-излучением. Источником γ-излучения выступал стандартизированный ¹³⁷Cs гамма-установки. В ходе исследования на мышах Mus musculus препарат вводился внутримышечно одним группам животных перед облучением, другим – после, третьим – и перед, и после облучения.

У мышей, подвергшихся действию препарата на основе куркумина, при действии γ-излучения в сравнении с контролем отмечено увеличение выживаемости животных при облучении дозами, значительно превосходящими летальные, наблюдалось нивелирование вызванных радиацией процессов перекисного окисления липидов, оцениваемого по концентрации малонового диальдегида, достоверно отмечено подавляющее действие куркумина на как аскорбат-зависимое, так и на НАДФH-зависимое окисление липидов, под действием исследуемого препарата наблюдалось восстановление к уровню нормы гематологических показателей: количества эритроцитов и лейкоцитов, содержания гемоглобина.

Таким образом, нами были получены достоверные данные касательно высоких радиозащитных свойств куркумина, что означает необходимость его широкого изучения на предмет защиты от ионизирующего излучения и внедрения в промышленное производство. Необходимо также отметить отсутствие токсичности данного вещества. Данные выводы актуальны в виду растущей опасности аварий на объектах радиационной промышленности, высокой вероятности загрязнения окружающей среды радиоактивными отходами и всё ещё имеющей место возможности боевого применения ядерного оружия.

Сокращения: МДА – малоновый диальдегид, НАДФH – восстановленный никотинамидадениндинукдеотидфосфат, ПОЛ – перекисное окисление липидов, ОЛС – острый лучевой синдром, ФИД – фактор изменения дозы.

ВВЕДЕНИЕ

Опасность радиационного поражения окружающей среды продолжает быть довольно высокой в современном мире. Исходит она не только от испытаний ядерного оружия или возможности его боевого применения, но и от возможных аварий на объектах радиационной промышленности, а также – от всё более растущего количества радиоактивных отходов, поэтому риск радиационного поражения человека и животных возрастает с каждым годом. Поэтому одной из главных задач мировой науки является разработка мероприятий, изобретение способов, направленных на устранение последствий радиационного загрязнения среды. С точки зрения медицины, то есть сохранения здоровья конкретных индивидов, актуальной темой является разработка новых радиопротектеров, а также исследование их механизма действия на различные системы органов, то есть оценка их безопасности на предмет токсичности. В данной статье представлены результаты исследования влияния препарата на основе куркумина на показатели, отражающие активность перекисного окисления липидов – концентрацию малонового диальдегида (МДА), интенсивность НАДФH-зависимого и аскорбат-зависимого перекисного окисления липидов (ПОЛ) в крови и печени при облучении; гематологические показатели (содержание гемоглобина, число эритроцитов и лейкоцитов).

Куркумин ((1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)hepta-1,6-diene-3,5-dione) – пигмент, получаемый из толчёного и высушенного корня куркумы (Curcuma longa L.), является полифенолом с химической формулой: C₂₁H₂₀O₆, также известен под названиями: diferuloylmethane, turmeric yellow. Сырая куркума содержит от 0,3% до 5,4% куркумина. Молярная масса 368,38 г. Температура плавления 178°С. Цвет куркумина оранжево–жёлтый. Куркумин нерастворим в воде, но легко растворим в спирте и эфире. В растворах минеральных кислот куркумин цвет не меняет, в щелочах растворяется с появлением красно-бурого цвета [1].

Рисунок 1. Структурная формула куркумина [1]

Куркумин известен своими противоопухолевыми, противоокислительными, противоамилоидными и противовоспалительными свойствами [7, 13, 14, 18]. Его противораковое действие заключается в возможности вызывать естественную смерть раковой клетки без цитотоксического воздействия на здоровые клетки [3, 4, 6, 7, 13, 14, 16]. Однако при этом имеются данные о том, что куркумин способен за счёт антиоксидантных свойств ингибировать апоптоз при жировой дистрофии печени [19]. Авторы [5] приводят данные о том, что водные экстракты куркумы и лавра проявляют сильную ингибирующую активность в отношении фруктоза-опосредованного гликозилирования с антиоксидантной способностью против окисления липопротеинов низкой плотности, ингибируют клеточное поглощение окисленных липопротеинов низкой плотности в макрофагах [5]. Имеются сообщения об исследованиях куркумина на предмет его использования в лечении шизофрении [8].

Целью представляемой работы было изучение защитного действия куркумина от эффектов, вызванных действием ионизирующего излучения на живой организм, – изучение указанного вещества как радиопротектора. Выбор куркумина на роль потенциального радиопротектора объясняется тем, что одним из механизмов действия ряда радиопротекторов является обрыв цепи свободно радикальных реакций, т.е. антиоксидантная функция [9, 11, 12, 17], а куркумин – достаточно сильный антиоксидант [2, 10, 15].

ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА

В качестве экспериментальной модели нами использовались беспородные мыши Mus musculus с массой тела 18 – 20 г. При проведении экспериментов применялся куркумин, произведённый фирмой ООО «Лимекс–Фарма» (г. Москва, Россия) из растительного сырья. Препарат 5% куркумина разводился с физраствором 1:2, 1:3, 1:8, 1:10. Перед применением куркумин разливали во флаконы ёмкостью 20 мл, для стерилизации добавляли стрептомицина сульфат.

Методика проведения исследования по влиянию препарата куркумина на выживаемость мышей, подверженных действию γ-излучения.

Методы определения перекисного окисления липидов (ПОЛ) и показателей крови при воздействии радиации на фоне применения препарата куркумина. 

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Оценка противолучевого действия растительного препарата куркумина на предмет увеличения выживаемости подопытных животных

Исследования радиозащитных свойств куркумина проводились на белых беспородных мышах. Были сформированы группы животных по 10 особей в каждой. Препарат вводили внутримышечно в дозе 0,2 мл до и после облучения.

Различные группы подопытных мышей получили дозы радиации 1400 Р и (12,18 Гр), 1500 Р (13,05 Гр), причём абсолютно смертельной дозой облучения для мышей является доза 900 Р (7,83 Гр) [35].

Таким образом, применяемый препарат куркумина достоверно снижает уровень НАДФH-зависимого ПОЛ в печени мышей, подвергаемых воздействию γ-излучения, при введении как до, так и после облучения. Введение данного препарата до облучения более эффективно снижает НАДФH-ПОЛ в печени, чем введение их после облучения.

Таким образом, введение препарата куркумина как до, так и после облучения, достоверно снижает уровень активности аскорбатзависимого ПОЛ в крови на всех этапах исследования. Введение препарата до облучения более эффективно снижает уровень аскорбат-ПОЛ в крови, чем введение после него.

При исследовании тканей печени отмечалось достоверное снижение показателей аскорбат-ПОЛ в группах с введением препарата по сравнению с группой «контроль радиации».

Таким образом, введение препарата куркумина достоверно снижает уровень аскорбатзависимого ПОЛ в печени по сравнению с группой «контроль радиации». Введение препарата до облучения в большей мере способствует снижению уровня активности аскорбат-зависимого ПОЛ, чем их введение после облучения.

Таким образом, введение препарата куркумина достоверно повышает количество лейкоцитов в крови облучённых мышей на всех этапах наблюдения и к концу эксперимента (30-е сутки) данный показатель нормализуется. Вместе с тем, введение препарата до облучения более эффективно повышает уровень лейкоцитов, чем введение после облучения.

Таким образом, применение препарата куркумина достоверно повышает количество нейтрофилов в крови облучённых мышей. При введении препарата до облучения количество нейтрофилов находится на более высоком уровне, чем при введении их после облучения. 

При введении препарата куркумина количество лимфоцитов достоверно выше, чем в группе «контроль радиации» на всех этапах исследования.   

Таким образом, введение препарата куркумина как до облучения, так и после него достоверно повышает уровень лимфоцитов относительно группы «контроль радиации». При введении препарата до облучения количество лимфоцитов достигает более высоких показателей, чем при введении после облучения.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследуемый препарат на основе растительного куркумина показал высокие радиопротекторные свойства: внутримышечное применение 0,74%-го препарата куркумина в дозе 0,2 мл (77,5 мг чистого вещества/кг живой массы) при введении его за 10-15 минут до радиационного облучения дозой 5 Гр, сразу после него и до и после облучения повышало выживаемость и продолжительность жизни мышей в сравнении с контролем при получении ими летальной и сверхлетальной дозы γ-излучения. Коэффициент фактора изменения дозы (ФИД) составляет 2.

В ходе исследований установлено, что применение препарата куркумина оказывает защитное действие на систему крови животных, снижает уровень активности процессов перекисного окисления липидов в крови тканях печени и нивелирует последствия влияния γ-излучения на общее состояние организма подопытных мышей, в том числе было отмечено возвращение к нормальным значениям гематологических показателей: содержания гемоглобина, числа лейкоцитов и эритроцитов.

Результаты экспериментов свидетельствуют о перспективности использования и дальнейшего изучения препарата куркумина в качестве радиозащитного средства. Препарат куркумина может быть использован в ветеринарной и медицинской практике как самостоятельно, в виде эмульсии, так и в комбинации друг с другими радиопротекторами в целях профилактических и лечебных мероприятий по защите млекопитающих от радиации.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.      Куркумин, информация о веществе на интернет-ресурсе PubChem. Curcumin, compound summary. Available from: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/969516.
2.      Abrahams S., Haylett W.L., Johnson G., Carr J.A., Bardien S. Antioxidant effects of curcumin in models of neurodegeneration, aging, oxidative and nitrosative stress: A review // Neuroscience / 406, 2019. 1-21.
3.      Chan M.M., Huang H.I., Fenton M.R., Fong D. . In vivo inhibition of nitric oxide synthase gene expression by curcumin, a cancer preventive natural product with antiinflamatory propierties // Biohem Pharmacol /, 55, 1998. 1955-1962.
4.      Cheng A.L., Hsu C.H., Lin J.K., et al. Phase I clinical trial of curcumin, a chemopreventive agent, in patients with high-risk or premalignant lesions // Anticancer Res / 21, 2, 2001. 895-900.
5.      Jin S., Hong J.H., Jung S., Cho K.H. Turmeric and laurel aqueous extracts exhibit in vitro anti-atherosclerotic activity and in vivo hypolipidemic effects in a zebrafish model // J Med Food / Mar, 14(3), 2011. 247-256.
6.      Kawamori T., Lubet R., Steele V.E., et. al. Chemopreventative effect of curcumin, a naturally occurring antiinflammatory agent, during the promotion: progression stages of colon cancer // Cancer Res /, 59, 1999. 597-601.7.      Kelloff G.J., Crowell J.A., Hawk E.T., et. al. Strategy and planning for chemopreventive drug devel-opment: clinical development plans II // J Cell Biochem /, 63, 1996. 54-71.
8.      Kucukgoncu S., Guloksuz S., Tek C. Effects of Curcumin on Cognitive Functioning and Inflammatory State in Schizophrenia: A Double-Blind, Placebo-Controlled Pilot Trial // J Clin Psychopharmacol / 39, 2, 2019. 182-184.
9.      Mathew D., Nair C.K., Jacob J.A., Biswas N., Mukherjee T., Kapoor S., Kagiya T.V. Ascorbic acid monoglucoside as antioxidant and radioprotector // J Radiat Res / 48, 5, 2007. 369-376.
10.    Momeni H.R., Eskandari N. Effect of curcumin on kidney histopathological changes, lipid peroxidation and total antioxidant capacity of serum in sodium arsenite-treated mice // Exp Toxicol Pathol / 69, 2, 2017. 93-97.
11.    Naik G.H., Priyadarsini K.I., Naik D.B., Gangabhagirathi R., Mohan H. Studies on the aqueous extract of Terminalia chebula as a potent antioxidant and a probable radioprotector // Phytomedicine / 11, 6, 2004. 530-538.
12.    Pan J., He H., Su Y., Zheng G., Wu J., Liu S., Rao P. GST-TAT-SOD: Cell Permeable Bifunctional Antioxidant Enzyme-A Potential Selective Radioprotector // Oxid Med Cell Longev / 2016, 2016. 5935080.
13.    Piper J.T., Singhal S.S., Salameh M., Torman R.T., Awasthi Y.C., Awasthi S. Mechanisms of anticarcinogenic properties of curcumin: the effect of curcumin on glutathione linked detoxification enzymes in rat liver // Int J Biochem Cell Biol 30, 1998. 445-456.
14.    Rao C.V., Rivenson A., Simi B., Reddy B.S. Chemoprevention of colon carcinogenesis by dietary curcumin, a naturally occurring plant phenolic compound // Cancer Res /55, 1995. 59-66.
15.    Shah B.R., Zhang C., Li Y., Li B. Bioaccessibility and antioxidant activity of curcumin after encapsulated by nano and Pickering emulsion based on chitosan-tripolyphosphate nanoparticles // Food Res Int / 89, Pt 1, 2016. 399-407.
16.    Sharma R.A., Ireson C.R., Verschoyle R.D., et. al. Effects of dietary curcumin on glutathione S-transferase and malondialdehyde-DNA adducts in rat liver and colon mucosa: Relationship with drug levels // Clin Cancer Res / 7, 2001. 1452-1461.
17.    Srinivasan M., Devipriya N., Kalpana K.B., Menon V.P. Lycopene: An antioxidant and radioprotector against gamma-radiation-induced cellular damages in cultured human lymphocytes // Toxicology / 262, 1, 2009. 43-49.
18.    Tabrizi R., Vakili S., Akbari M., Mirhosseini N., Lankarani K.B., Rahimi M., Mobini M., Jafarnejad S., et al. The effects of curcumin-containing supplements on biomarkers of inflammation and oxidative stress: A systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials // Phytother Res / 33, 2, 2019. 253-262.
19.    Tanrikulu-Kucuk S., Basaran-Kucukgergin C., Sogut I., Tuncdemir M., Dogru-Abbasoglu S., Seyithanoglu M., Kocak H., Oner-Iyidogan Y. Dietary curcumin and capsaicin: Relationship with hepatic oxidative stress and apoptosis in rats fed a high fat diet // Adv Clin Exp Med. 2019.
20.    Баранов А.Е. Оценка дозы и прогнозирование динамики количе-ства нейтрофилов периферической крови по гематологическим показателям γ-облучения человека // Мед радиология / № 8, 1981. 11-16.
21.    Белов А.Д., Киршин В.А. Ветеринарная радиобиология / – Москва: Агропромиздат,1987. - 287.
22.    Белоусова О.И., Горизонтов П.Д., Федотова М.И. Радиация и система крови / – Москва: Атомиздат, 1979. - 128 с.
23.    Гаврилов В.Б., Гаврилова А.Р., Мажуль Л.М. Анализ методов определения продуктов перекисного окисления липидов в сыворотке крови по тесту с тиобарбитуровой кислотой // Вопросы медицинской химии / № 1, 1987. 118-122.
24.    Гончаренко Е.Н., Кудряшов Ю.Б. Химическая защита от лучевого поражения / – Москва: Изд-во Моск. Ун-та, 1985. – 248 с.
25.    Жербин Е.А., Чухловин А.Б. Радиационная гематология / – Москва: Медицина,1989. – 176 с.
26.    Коггл Д. Биологические эффекты радиации: пер. с англ. / – Москва: Энергоатомиздат,1986. – 184 с.
27.    Коломийцева И.К. Радиационная биохимия мембранных липидов / - Москва: Наука,1989. – 181 с.
28.    Панченко Л.Ф., Арчаков А.И., Александрова Т.А. Изучение переокисления ненасыщенных жирных кислот липидов в микросомах печени крыс // Вопросы медицинской химии / Выпуск 5, 1969. 494 - 500.
29.    Смоляницкий А.Я. Лабораторные методы исследования в клинике: справ. / под ред. В.В. Меньшикова. – Москва: Медицина, 1987. – с.: 149 - 172.
30.    Стальная И.Д., Гаришвили Т.Г. Метод определения малонового диальдегида с помощью тиобарбитуровой кислоты // Современные методы в биохимии – Москва / 1977. 66-68.
31.    Строев Е.А., Макарова В.Г. Практикум по биологической химии / - Москва: Высшая школа,1986. - 232 с.
32.    Тарусов Б.Н. Первичные процессы при действии ионизирующих излучений // Первичные процессы лучевого поражения – Москва / 1957. 3 - 29.
33.    Щербова Е.Н., Груздев Г.П. Анализ динамики восстановления нейтрофилов периферической крови при радиационном поражении // Радиобиология / Вып. 2, 1977. 231-236.
34.    Ярмоненко С.П. Радиобиология человека и животных / – Москва: Высшая школа, 1988. – 424 с.
35.    Ярмоненко С.П., Вайнсон А.А. Радиобиология человека и животных / – Москва: Высшая школа, 2004. – 549 с.