Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54530 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Role of Na+, K+, 2Cl- cotransport in the regulation of contractile reactions of vascular smooth muscles in metabolic syndrome Роль NA+, K+, 2Cl--котранспорта в регуляции сократительных реакций гладких мышц сосудов при метаболическом синдроме Бирулина Ю Г Birulina J G birulina20@yandex.ru Буйко Е Е Buyko E E Габитова И О Gabitova I O Иванов В В Ivanov V V Смаглий Л В Smagliy L V Носарев А В Nosarev A V Ковалев И В Kovalev I V Гусакова С В Gusakova S V Сибирский государственный медицинский университет ru Siberian State Medical University ru Сибирский государственный медицинский университет; Томский политехнический университет ru Siberian State Medical University; Tomsk Polytechnic University ru Сибирский государственный медицинский университет ru Siberian State Medical University ru Сибирский государственный медицинский университет ru Siberian State Medical University ru Сибирский государственный медицинский университет ru Siberian State Medical University ru Сибирский государственный медицинский университет ru Siberian State Medical University ru Сибирский государственный медицинский университет ru Siberian State Medical University ru Сибирский государственный медицинский университет ru Siberian State Medical University ru 25 06 2020 25 06 2020 5 2 321 325 20 06 2020 20 06 2020 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54530/view

Регуляция сосудистого тонуса обеспечивается констрикторной активностью гладкомышечных клеток (ГМК), находящихся в стенках кровеносных сосудов. Изменение сократительных ответов ГМК может происходить при различных патологических состояниях, в том числе и при метаболическом синдроме (МС). Наряду с кальциевой и калиевой проводимостью мембраны ГМК, особое значение в развитии сосудистой дисфункции имеет Na+,K+,2Cl--котранспортер (NKCC), обеспечивающий симпорт ионов натрия, калия и хлора. Модель МС выполнена на крысах-самцах Wistar, которые были распределены на контрольную и опытную группу. Крысы контрольной группы получали стандартный корм. Крыс экспериментальной группы в течение 12 недель содержали на высокожировой и высокоуглеводной диете, обогащенной животным жиром и фруктозой. Сократительную активность гладкомышечных сегментов аорты крыс контрольной и экспериментальной групп исследовали механографическим методом, электрические свойства изучали методом двойного сахарозного моста. Установлено, что при стимуляции сокращений гладких мышц аорты агонистом адренорецепторов фенилэфрином происходило снижение амплитуды контрактуры сегментов крыс экспериментальной группы. Подавление сократительных ответов и чувствительности ГМК аорты крыс с МС сопряжено со снижением вода ионов Са2+ через кальциевые каналы. У животных, содержавшихся на высокожировой и высокоуглеводной диете, наблюдалось снижение вазорелаксирующего действия ацетилхолина, что доказывает развитие эндотелиальной дисфункции при МС. Предобработка кольцевых сегментов буметанидом, ингибитором NKCC, вызывала снижение сократительной активности и мембранного потенциала ГМК аорты крыс экспериментальной группы. Полученные данные свидетельствуют о вовлеченности трансмембранных ионных токов, в том числе обусловленных оперированием NKCC, в регуляцию сокращений гладких мышц сосудов при МС.

The vascular tone regulation is provided by contractile activity of smooth muscle cells (SMC) located in the vessel wall. Change in SMC contractile responses may occur in case of various pathological conditions, including metabolic syndrome (MS). Along with the calcium and potassium conductance in the SMC membrane, Na+,K+,2Cl- cotransporter (NKCC), which provides a symport of sodium, potassium and chlorine ions, is of great importance in the vascular dysfunction’s development. Male Wistar rats were used for MS modeling. Rats were divided into control and experimental groups. The rats from the control group were fed with standard laboratory diet. The rats from the experimental group were fed with a high-fat, high-carbohydrate diet rich in lard and fructose for 12 weeks. The contractile activity of the smooth muscle segments in the aorta of control rats and animals of experimental groups was studied by the mechanographic method. Its electrical properties were studied by the double sucrose-gap technique. It was found that stimulation of aortic smooth muscle contractile activity by an adrenoreceptor agonist phenylephrine leads to the decrease in the amplitude of experimental rats’ segments contracture. The suppression of the contractile responses and aorta SMC sensitivity in rats with MS is associated with a decrease in the Ca2+ ions input through calcium channels. Animals fed with high-fat, high-carbohydrate diet had demonstrated a decreased vasorelaxing effect of acetylcholine, which proves the development of endothelial dysfunction in MS. The pretreatment of the ring segments with bumetanide, an NKCC inhibitor, had led to a decrease in the contractile activity and membrane potential in aortic SMC of experimental rats. The data obtained indicate the involvement of transmembrane ion currents in the vascular smooth muscle contractions regulation in the state of MS, including the NKCC-cooperated ones.

 Na+ K+ 2Cl--котранспорт гладкомышечные клетки метаболический синдром Na+ K+ 2Cl- cotransport smooth muscle cells metabolic syndrome Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Томской области в рамках научного проекта №19-415-703015.

Ройтберг Г.Е. Метаболический синдром. М.: МЕД-М54 пресс-информ, 2007, 224 с. @@[Roytberg G.E. Metabolic Syndrome. M.: MED-M54 press-inform, 2007, 224 p. (In Russ.)] Roytberg G.E. Metabolicheskiy sindrom. M.: MED-M54 press-inform, 2007, 224 s. @@[Roytberg G.E. Metabolic Syndrome. M.: MED-M54 press-inform, 2007, 224 p. (In Russ.)] Potenza M.V., Mechanick J.I. The metabolic syndrome: definition, global impact, and pathophysiology. Nutr. Clin. Pract., 2009, vol. 24, no. 5, pp. 560-577. DOI: 10.1177/0884533609342436. Potenza M.V., Mechanick J.I. The metabolic syndrome: definition, global impact, and pathophysiology. Nutr. Clin. Pract., 2009, vol. 24, no. 5, pp. 560-577. DOI: 10.1177/0884533609342436. Aydin S., Aksoy A., Aydin S., Kalayci M., Yilmaz M., Kuloglu T., Citil C., Catak Z. Today's and yesterday's of pathophysiology: biochemistry of metabolic syndrome and animal models. Nutrition, 2014, vol. 30, no. 1, pp. 1-9. DOI: 10.1016/j.nut.2013.05.013. Aydin S., Aksoy A., Aydin S., Kalayci M., Yilmaz M., Kuloglu T., Citil C., Catak Z. Today's and yesterday's of pathophysiology: biochemistry of metabolic syndrome and animal models. Nutrition, 2014, vol. 30, no. 1, pp. 1-9. DOI: 10.1016/j.nut.2013.05.013. Moore J.X., Chaudhary N., Akinyemiju T. Metabolic Syndrome Prevalence by Race/Ethnicity and Sex in the United States, National Health and Nutrition Examination Survey, 1988-2012. Prev. Chronic. Dis., 2017, vol. 14, p. E24. DOI: 10.5888/pcd14.160287. Moore J.X., Chaudhary N., Akinyemiju T. Metabolic Syndrome Prevalence by Race/Ethnicity and Sex in the United States, National Health and Nutrition Examination Survey, 1988-2012. Prev. Chronic. Dis., 2017, vol. 14, p. E24. DOI: 10.5888/pcd14.160287. Ranasinghe P., Jayawardena R., Katulanda P., Constantine G.R., Ramanayake V., Galappatthy P. Translation and Validation of the Sinhalese Version of the Brief Medication Questionnaire in Patients with Diabetes Mellitus. Diabetes Res., 2018, vol. 2018, p. 62. DOI: 10.1155/2018/7519462. Ranasinghe P., Jayawardena R., Katulanda P., Constantine G.R., Ramanayake V., Galappatthy P. Translation and Validation of the Sinhalese Version of the Brief Medication Questionnaire in Patients with Diabetes Mellitus. Diabetes Res., 2018, vol. 2018, p. 62. DOI: 10.1155/2018/7519462. Hossain P., Kawar B., Nahas M.El Obesity and diabetes in the developing world - a growing challenge. N. Engl. J. Med., 2007, vol. 356, no. 3, pp. 213-215. DOI: 10.1056/NEJMp068177. Hossain P., Kawar B., Nahas M.El Obesity and diabetes in the developing world - a growing challenge. N. Engl. J. Med., 2007, vol. 356, no. 3, pp. 213-215. DOI: 10.1056/NEJMp068177. Furukawa S., Fujita T., Shimabukuro M., Iwaki M., Yamada Y., Nakajima Y., Nakayama O., Makishima M., Matsuda M., Shimomura I. Increased oxidative stress in obesity and its impact on metabolic syndrome. J. Clin. Invest., 2004, vol. 114, no. 12, pp. 1752-1761. DOI: 10.1172/JCI21625. Furukawa S., Fujita T., Shimabukuro M., Iwaki M., Yamada Y., Nakajima Y., Nakayama O., Makishima M., Matsuda M., Shimomura I. Increased oxidative stress in obesity and its impact on metabolic syndrome. J. Clin. Invest., 2004, vol. 114, no. 12, pp. 1752-1761. DOI: 10.1172/JCI21625. Kobayasi R., Akamine E.H., Davel A.P., Rodrigues M.A., Carvalho C.R., Rossoni L.V. Oxidative stress and inflammatory mediators contribute to endothelial dysfunction in high-fat diet-induced obesity in mice. J. Hypertens., 2010, vol. 28, no. 10, p. 2111-2119. DOI: 10.1097/HJH.0b013e32833ca68c. Kobayasi R., Akamine E.H., Davel A.P., Rodrigues M.A., Carvalho C.R., Rossoni L.V. Oxidative stress and inflammatory mediators contribute to endothelial dysfunction in high-fat diet-induced obesity in mice. J. Hypertens., 2010, vol. 28, no. 10, p. 2111-2119. DOI: 10.1097/HJH.0b013e32833ca68c. Bondia-Pons I., Ryan L., Martinez J.A. Oxidative stress and inflammation interactions in human obesity. J. Physiol. Biochem., 2012, vol. 68, no. 4, pp. 701-711. DOI: 10.1007/s13105-012-0154-2. Bondia-Pons I., Ryan L., Martinez J.A. Oxidative stress and inflammation interactions in human obesity. J. Physiol. Biochem., 2012, vol. 68, no. 4, pp. 701-711. DOI: 10.1007/s13105-012-0154-2. Berg A.H., Scherer P.E. Adipose tissue, inflammation, and cardiovascular disease. Circ. Res., 2005, vol. 96, no. 9, pp. 939-949. DOI: 10.1161/01.RES.0000163635.62927.34. Berg A.H., Scherer P.E. Adipose tissue, inflammation, and cardiovascular disease. Circ. Res., 2005, vol. 96, no. 9, pp. 939-949. DOI: 10.1161/01.RES.0000163635.62927.34. Hartge M.M., Unger T., Kintscher U. The endothelium and vascular inflammation in diabetes. Diab. Vasc. Dis. Res., 2007, vol. 4, no. 2, pp. 84-88. DOI: 10.3132/dvdr.2007.025. Hartge M.M., Unger T., Kintscher U. The endothelium and vascular inflammation in diabetes. Diab. Vasc. Dis. Res., 2007, vol. 4, no. 2, pp. 84-88. DOI: 10.3132/dvdr.2007.025. Navedo M.F., Amberg G.C., Votaw V.S., Santana L.F. Constitutively active L-type Ca2+ channels. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2005, vol. 102, no. 31, pp. 11112-11117. DOI: 10.1073/pnas.0500360102. Navedo M.F., Amberg G.C., Votaw V.S., Santana L.F. Constitutively active L-type Ca2+ channels. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2005, vol. 102, no. 31, pp. 11112-11117. DOI: 10.1073/pnas.0500360102. Tykocki N.R., Boerman E.M., Jackson W.F. Smooth Muscle Ion Channels and Regulation of Vascular Tone in Resistance Arteries and Arterioles. Compr. Physiol., 2017, vol. 7, no. 2, pp. 485-581. DOI: 10.1002/cphy.c160011. Tykocki N.R., Boerman E.M., Jackson W.F. Smooth Muscle Ion Channels and Regulation of Vascular Tone in Resistance Arteries and Arterioles. Compr. Physiol., 2017, vol. 7, no. 2, pp. 485-581. DOI: 10.1002/cphy.c160011. Носарев А.В., Бирулина Ю.Г., Ковалев И.В., Смаглий Л.В., Гусакова С.В., Петрова И.В., Рыдченко В.С., Поливщикова В.А., Медведев М.А. Роль Na+,K+,2Cl-котранспорта в H2S-опосредованной регуляции сократительной активности гладкомышечных клеток легочной артерии крыс. Артериальная гипертензия, 2017, т. 23, № 5, с. 395-402. @@[Nosarev A.V., Birulina Yu.G., Kovalev I.V., Smaglii L.V., Gusakova S.V., Petrova I.V., Rydchenko V.S., Polivshchikova V.A., Medvedev M.A. The role of Na+, K+, 2Cl- -cotransport in the H2S-dependent regulation of contractile activity of smooth muscle cells from rat pulmonary artery. Arterial Hypertension, 2017, vol. 23, no. 5, pp. 395-402. (In Russ.)]. DOI: 10.18705/1607-419X2017-23-5-395-402. Nosarev A.V., Birulina Yu.G., Kovalev I.V., Smagliy L.V., Gusakova S.V., Petrova I.V., Rydchenko V.S., Polivschikova V.A., Medvedev M.A. Rol' Na+,K+,2Cl-kotransporta v H2S-oposredovannoy regulyacii sokratitel'noy aktivnosti gladkomyshechnyh kletok legochnoy arterii krys. Arterial'naya gipertenziya, 2017, t. 23, № 5, s. 395-402. @@[Nosarev A.V., Birulina Yu.G., Kovalev I.V., Smaglii L.V., Gusakova S.V., Petrova I.V., Rydchenko V.S., Polivshchikova V.A., Medvedev M.A. The role of Na+, K+, 2Cl- -cotransport in the H2S-dependent regulation of contractile activity of smooth muscle cells from rat pulmonary artery. Arterial Hypertension, 2017, vol. 23, no. 5, pp. 395-402. (In Russ.)]. DOI: 10.18705/1607-419X2017-23-5-395-402. Lu T., Ye D., He T., Wang X.L., Wang H.L., Lee H.C. Impaired Ca2+-dependent activation of large-conductance Ca2+-activated K+ channels in the coronary artery smooth muscle cells of Zucker Diabetic Fatty rats. Biophys. J., 2008, vol. 95, no. 11, pp. 5165-5177. DOI: 10.1529/biophysj.108.138339. Lu T., Ye D., He T., Wang X.L., Wang H.L., Lee H.C. Impaired Ca2+-dependent activation of large-conductance Ca2+-activated K+ channels in the coronary artery smooth muscle cells of Zucker Diabetic Fatty rats. Biophys. J., 2008, vol. 95, no. 11, pp. 5165-5177. DOI: 10.1529/biophysj.108.138339. Носарев А.В., Бирулина Ю.Г., Петрова И.В., Ковалев И.В., Гусакова С.В., Смаглий Л.В., Тесля Е.С., Шаманаев А.Ю., Пушкина Е.В., Медведев М.А. Особенности ион-транспортных процессов в модели артериальной гипертензии. Бюллетень сибирской медицины, 2018, т. 17, № 4, с. 103-109. @@[Nosarev A.V., Birulina Yu. G., Petrova I.V., Kovalev I.V., Gusakova S.V., Smagliy L.V., Teslya E.S., Shamanaev A. Yu., Pushkina E.V., Medvedev M.A. Features of ionic transport processes in a model of arterial hypertension. Bulletin of Siberian Medicine, 2018, vol. 17, no. 4, pp. 103-109. (In Russ.)]. DOI: 10.20538/1682-0363-2018-4-103-109. Nosarev A.V., Birulina Yu.G., Petrova I.V., Kovalev I.V., Gusakova S.V., Smagliy L.V., Teslya E.S., Shamanaev A.Yu., Pushkina E.V., Medvedev M.A. Osobennosti ion-transportnyh processov v modeli arterial'noy gipertenzii. Byulleten' sibirskoy mediciny, 2018, t. 17, № 4, s. 103-109. @@[Nosarev A.V., Birulina Yu. G., Petrova I.V., Kovalev I.V., Gusakova S.V., Smagliy L.V., Teslya E.S., Shamanaev A. Yu., Pushkina E.V., Medvedev M.A. Features of ionic transport processes in a model of arterial hypertension. Bulletin of Siberian Medicine, 2018, vol. 17, no. 4, pp. 103-109. (In Russ.)]. DOI: 10.20538/1682-0363-2018-4-103-109. Orlov S.N., Koltsova S.V., Kapilevich L.V., Gusakova S.V., Dulin N.O. NKCC1 and NKCC2: The pathogenetic role of cation-chloride cotransporters in hypertension. Genes Dis., 2015, vol. 2, no. 2, pр. 186-196. DOI: 10.1016/j.gendis.2015.02.007. Orlov S.N., Koltsova S.V., Kapilevich L.V., Gusakova S.V., Dulin N.O. NKCC1 and NKCC2: The pathogenetic role of cation-chloride cotransporters in hypertension. Genes Dis., 2015, vol. 2, no. 2, pr. 186-196. DOI: 10.1016/j.gendis.2015.02.007.