Влияние ксенона на фосфорилирование киназы гликогенсинтазы-3ẞ и антиоксидантные ферменты в мозге крыс

Relevance. The increase in the number of severe brain injuries due to stroke and traumatic brain injury determines the need to study and develop effective strategies for neuroprotection. The article highlights new mechanisms of the neuroprotective action of the inhalation anesthetic xenon based on the data of our own experimental studies.Aim of study. To assess the effect of anesthesia with xenon at a concentration of 0.5 MAC (minimum alveolar concentration) on the phosphorylation of glycogen synthase kinase 3β (GSK-3β) and the content of antioxidant defense enzymes in the rat brain.Material and methods. The effect of inhalation anesthesia with xenon on the phosphorylation of the GSK-3β enzyme in comparison with lithium chloride, as well as on the content of heme oxygenase, catalase, and Mn-superoxide dismutase in rat brain homogenates was studied by immunoblotting.Results. The use of xenon at a concentration of 0.5 MAA causes an almost twofold increase in the content of the phosphorylated form of the GSK-3β enzyme in comparison with the control (p<0.05) and significantly increases the pool of antioxidant defense enzymes: heme oxygenase by 50% (p <0.05) and Mn-superoxide dismutase by 60% (p<0.05).Conclusion. The conducted experimental study revealed new molecular mechanisms of action of the inhalation anesthetic xenon. The effect of xenon on the pool of enzymes involved in the protection of the brain from oxidative distress was found. The data obtained indicate the prospects for using xenon and require further research in this direction. The use of xenon at a concentration of 50 vol.% (0.5 MAA) for 30 minutes does not affect the content of the glycogen synthase-3β enzyme, at the same time causing an almost twofold increase in its phosphorylated form, the glycogen synthase-3β enzyme, and is accompanied by a significant increase the content of heme oxygenase, Mn-superoxide dismutase and a slight increase in the content of catalase in rat brain homogenates. Thus, the results of the study suggest that one of the possible mechanisms of the neuroprotective effect of xenon is the phosphorylation of glycogen synthase-3β, which prevents the opening of the mitochondrial pore, inhibiting the death of mitochondria-mediated apoptosis of neurons and increasing the level of antioxidant protection in them.Актуальность. Увеличение числа тяжелых повреждений головного мозга вследствие инсульта и черепно-мозговой травмы определяет необходимость изучения и разработки эффективных стратегий нейропротекции. В статье освещены новые механизмы нейропротекторного действия ингаляционного анестетика ксенона по данным собственных экспериментальных исследований.Цель исследования. Оценить влияние наркоза ксеноном в концентрации 0,5 МАК (минимальная альвеолярная концентрация) на фосфорилирование киназы гликогенсинтазы-3β (ГСК-3β) и содержание ферментов антиоксидантной защиты в головном мозге крыс.Материал и методы. Проведено изучение влияния ингаляционного наркоза ксеноном на фосфорилирование фермента ГСК-3β в сравнении с таковым хлорида лития, а также на содержание гемоксигеназы, каталазы и Mn-супероксиддисмутазы в гомогенатах головного мозга крыс методом иммуноблоттинга.Результаты. Применение ксенона в концентрации 0,5 МАК вызывает почти двукратный рост содержания фосфорилированной формы фермента ГСК-3β по сравнению с контролем (р<0,05) и значимо увеличивает пул ферментов антиоксидантной защиты: гемоксигеназы на 50% (р<0,05) и Mn-супероксиддисмутазы на 60% (р<0,05).Заключение. Проведенное экспериментальное исследование выявило новые молекулярные механизмы действия ингаляционного анестетика ксенона. Обнаружено влияние ксенона на пул ферментов, участвующих в защите мозга от окислительного дистресса. Полученные данные указывают на перспективность использования ксенона и требуют дальнейших исследований в данном направлении. выводы Применение ксенона в концентрации 50 об.% (0,5 МАК) в течение 30 минут не влияет на содержание фермента гликогенсинтазы-3β, в то же время вызывая почти двукратный рост его фосфорилированной формы — фермента гликогенсинтазы-3β, и сопровождается значимым увеличением содержания гемоксигеназы, Mn-супероксиддисмутазы и незначительным увеличением содержания каталазы в гомогенатах головного мозга крыс. Таким образом, результаты исследования позволяют предположить, что одним из возможных механизмов нейропротекторного действия ксенона является фосфорилирование гликогенсинтазы-3β, которое препятствует открытию митохондриальной поры, тормозя опосредованный гибелью митохондрий апоптоз нейронов и увеличивая в них уровень антиоксидантной защиты

Новая стратегия лечения пациентов с длительным нарушением сознания с применением ксенона. Проспективное пилотное исследование

In addition to high mortality, craniocerebral injuries have another danger, a long rehabilitation period and a high percentage of disability with the development of cognitive impairment. This is primarily associated with the processes of neuroinflammation, which development, according to recent data, leads to a long-term impairment of consciousness. The anti-inflammatory effects of xenon inhalation anesthetic, which have been repeatedly shown in previous studies, have the potential to beneficially affect the level of consciousness in these patients by targeting key links of neuroinflammation.AIM OF STUDY To evaluate the effect of oxygen-xenon mixture inhalation on the level of consciousness recovery and the severity of spastic activity in patients after traumatic brain injury.MATERIAL AND METHODS A prospective randomized clinical trial of the effect of inhaled xenon sedation on the level of consciousness and spastic activity in patients with post-coma long-term impairment of consciousness was conducted. Patients were randomized into two equal groups. In group I (comparisons, n=15) (in addition to the standard treatment after a traumatic brain injury), each patient included in the study underwent 7 sessions of inhalation of an air-oxygen mixture with an oxygen content of at least 30 vol% for 30 minutes. In group II (study, n=15) (in addition to standard treatment), each patient included in the study inhaled an oxygen-xenon gas mixture (xenon content 30 vol%) for 7 days 1 time per day. Before and after the course of treatment (on the 7th day), patients were assessed using the CRS-R scale and the modified Ashworth scale.RESULTS The final evaluation included 12 patients from the comparison group and 12 patients from the study group. Three patients were excluded from each group as a result of critical incidents not related to the type of the therapy. In the comparison group on the 7th day, the level of consciousness was score 9 [7; 11] and did not differ statistically significantly from the baseline (p>0.05), which was score 8 [6; 10]. Spastic activity also did not change statistically significantly. In group II, the initial level of consciousness was 9 [7; 10], and on the 7th day — score 15 [12; 17], which was statistically significantly higher both in relation to the level of consciousness by the 1st day (p=0.021) within the group, and in relation to it on the 7th day in group I (p=0.038). When comparing spastic activity on the 1st and 7th days, we did not obtain a statistically significant difference in any of the groups.CONCLUSION Our method of xenon inhalation made it possible to have a beneficial effect on the level of consciousness of patients after traumatic brain injury, but this did not affect the final level of spastic activity in any way.ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ Помимо высокой летальности черепно-мозговые травмы (ЧМТ) таят еще одну опасность — длительный реабилитационный период и высокий процент инвалидизации с развитием когнитивных нарушений. Связано это, прежде всего, с процессами нейровоспаления, развитие которого, согласно последним данным, и приводит к длительному нарушению сознания. Противовоспалительные эффекты ингаляционного анестетика ксенона, которые были неоднократно показаны в ранее проводимых исследованиях, потенциально способны благотворно повлиять на уровень сознания у пациентов с ЧМТ за счет таргетного воздействия на ключевые звенья нейровоспаления.ЦЕЛЬ Оценить влияние ингаляции кислородно-ксеноновой смеси на уровень восстановления сознания и выраженность спастической активности у пациентов после ЧМТ.МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ Было проведено проспективное рандомизированное клиническое исследование влияния ингаляционной седации ксеноном на уровень сознания и спастической активности у пациентов с посткоматозными длительными нарушениями сознания. Пациенты были рандомизированы на две равные по числу участников группы. В группе I (сравнения, n=15) (помимо стандартного лечения после ЧМТ) каждому включенному в исследование пациенту были проведены 7 сеансов ингаляций воздушно-кислородной смесью с содержанием кислорода не менее 30 об% в течение 30 минут. В группе II (исследования, n=15) (помимо стандартного лечения) каждому включенному в исследование пациенту проводили ингаляцию кислородно-ксеноновой газовой смесью (содержание ксенона — 30 об%) на протяжении 7 дней 1 раз в сутки. До и после проведения курса лечения (на 7-е сутки) пациенты были оценены по шкале CRS-R и модифицированной шкале Эшворта.РЕЗУЛЬТАТЫ В итоговую оценку вошли 12 пациентов из группы I (сравнения) и 12 пациентов из группы II (исследования). Из каждой группы были исключены по 3 пациента в результате критических инцидентов, не связанных с характером проводимой терапии. В группе I (сравнения) на 7-е сутки уровень сознания составлял 9 [7; 11] баллов и статистически значимо не отличался от исходного (p>0,05), составлявшего 8 [6; 10] баллов. Спастическая активность также статистически значимо не изменялась. В группе II (исследования) исходный уровень сознания составлял 9 [7; 10], а на 7-е сутки — 15 [12; 17] баллов, что было статистически значимо выше как по отношению к уровню сознания к 1-м суткам (p=0,021) внутри группы, так и по отношению к нему на 7-е сутки в группе I (p=0,038). При сравнении спастической активности на 1-е и 7-е сутки нами не было получено статистически значимой разницы ни в одной из групп.ВЫВОД Ингаляция ксеноном по предложенной нами методике позволила благотворно повлиять на уровень сознания пациентов после черепно-мозговой травмы, однако это никак не влияло на конечный уровень спастической активности

Влияние ксенона на провоспалительную активацию и апоптоз нейтрофилов человека в условиях ex vivo

Background. The syndrome of systemic inflammatory response, which underlies the damaging effect of factors of infectious and non-infectious genesis, may cause multiple organ failure. The degree of its severity is determined, among other things, by the activation of neutrophils. The paper highlights new mechanisms of the anti-inflammatory action of the inhalation anesthetic xenon, mediated by a decrease in the ability of neutrophils to pro-inflammatory response.Aim of study. To evaluate the effect of xenon on the activation of human neutrophils under ex vivo conditions.Material AND methods. We studied the effect of xenon inhalation on reduction of the ability of neutrophils to be activated proinflammatory by reduced expression of adhesion molecules CD11b and CD66b on the surface of neutrophils and on the phosphorylation of proinflammatory kinases: ERK 1/2 and kinase — p38 in neutrophils of healthy volunteers.Results. The use of xenon at a dose of 30 vol. % within 60 minutes in healthy volunteers statistically significantly reduces the ability of neutrophils to proinflammatory activation. The addition of lipopolysaccharide (LPS) to the incubation medium of neutrophils causes their pronounced activation, statistically significantly increasing the phosphorylation of key proinflammatory neutrophil kinases ERK1/2 and kinase p38. Inhalation of xenon in volunteers (30% within 60 minutes) has a pronounced anti-inflammatory effect on LPS-stimulated neutrophils, decreasing their activation by inhibiting pro-inflammatory kinase ERK1/2 and pro-inflammatory MAP kinase p38.Conclusion. The actual study, performed on isolated neutrophils from volunteers who underwent xenon inhalation, revealed the anti-inflammatory properties of the inert gas xenon, which, in our opinion, may have a direct relationship to the identification of the mechanism of its neuroprotective properties. Thus, the research results available today suggest that xenon has a pronounced pleiotropic mechanism of brain protection. This is a partial blockade of NMDA receptors, and phosphorylation of the enzyme glycogen synthase-3β, and limitation of the inflammatory activation of neutrophils.Findings. Inhalation of xenon in volunteers (30% within 60 minutes) has a pronounced anti-inflammatory effect on neutrophils stimulated by lipopolysaccharides, decreasing their activation by inhibiting proinflammatory ERK 1/2 kinase and proinflammatory MAP kinase p38, as well as reducing the expression of markers of activation and degranulation CD11b and CD66b on the surface of neutrophils. Stimulation by lipopolysaccharides statistically significantly reduces spontaneous apoptosis of neutrophils, while xenon increases the ability of neutrophils to apoptosis, which is likely to contribute to the resolution of inflammation.Актуальность. Синдром системного воспалительного ответа, лежащий в основе повреждающего действия факторов инфекционного и неинфекционного генеза, может стать причиной полиорганной недостаточности. Степень его выраженности определяется в том числе активацией нейтрофилов. В работе освещены новые механизмы противовоспалительного действия ингаляционного анестетика ксенона, опосредованные снижением способности нейтрофилов к провоспалительной реакции.Цель исследования. Оценить влияние ксенона на активацию нейтрофилов человека в условиях ex vivo.Материал и методы. Проведено изучение влияния ингаляции ксенона на снижение способности нейтрофилов к провоспалительной активации путем снижения экспрессии молекул адгезии CD11b и CD66b на поверхности нейтрофилов и на фосфорилирование провоспалительных киназ: ERK1/2 и киназы — р38 в нейтрофилах здоровых добровольцев.Результаты. Применение ксенона в дозе 30 об. % в течение 60 минут у здоровых добровольцев статистически значимо снижает способность нейтрофилов к провоспалительной активации. Добавление к среде инкубации нейтрофилов липополисахарида (ЛПС) вызывает их выраженную активацию, статистически значимо увеличивая фосфорилирование ключевых провоспалительных киназ нейтрофилов ERK1/2 и киназы — р38. Ингаляция ксенона у добровольцев (30% в течение 60 минут) обладает выраженным противовоспалительным эффектом на нейтрофилы, стимулированные ЛПС, уменьшая их активацию путем ингибирования провоспалительной киназы ERK1/2 и провоспалительной МАР-киназы р38.Заключение. Настоящее исследование, выполненное на выделенных нейтрофилах добровольцев, которым была проведена ингаляция ксенона, выявило противовоспалительные свойства инертного газа ксенона, что, на наш взгляд, может иметь прямое отношение к выявлению механизма его нейропротекторных свойств. Таким образом, имеющиеся на сегодняшний день результаты исследований позволяют предположить, что ксенон имеет выраженный плейотропный механизм защиты головного мозга. Это и частичная блокада NMDA-рецепторов, и фосфорилирование фермента гликогенсинтазы-3β, и ограничение воспалительной активации нейтрофилов.Выводы. Ингаляция ксенона у добровольцев (30% в течение 60 минут) обладает выраженным противовоспалительным эффектом на нейтрофилы, стимулированные липополисахаридами, уменьшая их активацию путем ингибирования провоспалительной киназы ERK1/2 и провоспалительной МАРкиназы р38, а также снижая экспрессию маркеров активации и дегрануляции CD11b и CD66b на поверхности нейтрофилов. Стимуляция липополисахаридами статистически значимо уменьшает спонтанный апоптоз нейтрофилов, в то время как ксенон увеличивает способность нейтрофилов к апоптозу, что, вероятно, будет способствовать разрешению воспаления

Эффекты ксенона в отношении маркеров нейровоспаления. Проспективное пилотное исследование

The leading role of neuroinflammation as the culprit of a long-term impairment of consciousness in patients after injuries to the central nervous system forces us to look for new effective strategies for resolving this pathological process. Xenon reducing the intensity of the inflammatory response due to the impact on several links is potentially able to have a beneficial effect on this category of patients. Using laboratory equipment, we evaluated the effect of half-hour daily inhalations of a 30% air mixture with 30% xenon for 7 days on the level of markers of neuronal damage and regeneration of nervous tissue.AIM To study the effect of inhalation of an air-xenon mixture on the dynamics of markers of neuroinflammation and restoration of nervous tissue in patients after traumatic brain injury (TBI).MATERIAL AND METHODS We conducted a prospective randomized clinical trial evaluating the effect of inhaled xenon for sedation on the level of consciousness and spasticity in patients with prolonged post-coma impairment of consciousness. Patients were randomized into 2 equal groups. In Group I (Comparison, n=15) in addition to the standard treatment for TBI, each patient included in the study underwent 7 sessions of inhalation of an air mixture with an oxygen content of at least 30 vol.% for 30 minutes. In Group II (Xenon, n=15) in addition to the standard treatment, each patient included in the study underwent a half-hour inhalation with an air-xenon gas mixture (with a xenon content of 30 vol.% and oxygen — 30 vol.%) for 7 days, 1 time per day. The levels of interleukin-6, α-1 acid glycoprotein (AGP), S100 b protein and brain-derived neurotrophic factor were assessed before the first treatment and then once a day for 6 days.RESULTS The final evaluation included 12 patients from the Comparison Group and 12 patients from the Xenon Group. The greatest difference in the concentration of interleukin-6 between the Comparison and Xenon Groups was noted on the 5th day - 12.31 (10.21; 15.43) pg/ml vs. 7.93 (3.61; 9.27) pg/ml, respectively; however, the findings only tended to be statistically significant (p=0.07). When assessing the AGP level, the maximum difference was noted on the 4th day. In the Comparison Group, the AGP level was 0.81 (0.74; 0.92) pg/ml versus 0.614 (0.4; 0.79) pg/ml in the Xenon Group. And again, the data showed only a trend towards statistical significance (p=0.09). The highest level of brain-derived neurotrophic factor in the Xenon Group was observed on the 3th day — 0.1271 (0.046; 0.2695) pg/ml, which was statistically significantly higher than the one in the Comparison Group — 0.062 (0.036; 0.121) pg/ml (p=0.04). The concentration of S100 b protein during the entire observation period in both groups did not exceed 0.005 pg/ml.CONCLUSION Xenon inhalation according to the method proposed by the authors had a beneficial effect on the processes of neural tissue regeneration, however, with regard to neuroinflammation, its effects were not so pronounced.Ведущая роль нейровоспаления как виновника длительного нарушения сознания у пациентов после травм центральной нервной системы вынуждает искать новые эффективные стратегии разрешения данного патологического процесса. Эффекты ксенона, позволяющие снизить интенсивность воспалительной реакции за счет воздействия на несколько звеньев, потенциально способны оказать благотворное влияние на данную категорию пациентов. В рамках лабораторной диагностики мы оценили влияние получасовых ежедневных ингаляций 30% воздушной смеси с 30% содержанием ксенона в течение 7 дней на уровень маркеров нейронального повреждения и регенерации нервной ткани.ЦЕЛЬ Изучить влияние ингаляции воздушно-ксеноновой смеси на динамику маркеров нейровоспаления и восстановления нервной ткани у пациентов после черепно-мозговой травмы (ЧМТ).МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ Было проведено проспективное рандомизированное клиническое исследование влияния ингаляционной седации ксеноном на уровень сознания и спастической активности у пациентов с посткоматозными длительными нарушениями сознания. Пациенты были рандомизированы на 2 равные по числу участников группы. В группе I (сравнения, n=15) — помимо стандартного лечения после ЧМТ, каждому включенному в исследование пациенту были проведены 7 сеансов ингаляций воздушной смеси с содержанием кислорода не менее 30 об% в течение 30 минут. Группе II (исследования, n=15) — помимо стандартного лечения каждому включенному в исследование пациенту проводилась получасовая ингаляция воздушно-ксеноновой газовой смесью (с содержанием ксенона 30 об% и кислорода 30 об%) на протяжении 7 дней 1 раз в сутки. Оценка уровней интерлейкина-6, α-1 кислого гликопротеина (AGP), белка S100 b и нейротрофического фактора мозга производилась до начала первой процедуры и далее 1 раз в сутки на протяжении 6 дней.РЕЗУЛЬТАТЫ В конечную оценку вошли 12 пациентов из группы сравнения и 12 пациентов из исследовательской группы. Наибольшая разница в концентрации интерлейкина-6 между группами сравнения и ксенона отмечалась на 5-е сутки — 12,31 (10,21; 15,43) против 7,93 (3,61; 9,27) пг/мл соответ­ственно, однако полученные данные обладали только тенденцией к статистической значимости (p=0,07). При оценке уровня AGP максимальная разница отмечалась на 4-е сутки. В группе сравнения уровень AGP составлял 0,81 (0,74; 0,92) пг/мл против 0,614 (0,4; 0,79) в группе ксенона. Данные также демонстрировали только тенденцию к статистической значимости (p=0,09). Наиболее высокий уровень нейротрофического фактора мозга в группе ксенона отмечался на 3-и сутки — 0,1271 (0,046; 0,2695) пг/мл, что было статистически значимо выше уровня в группе сравнения — 0,062 (0,036; 0,121) пг/мл (p=0,04). Концентрация белка S100 b на протяжении всего периода наблюдения в обеих группах на превышала 0,005 пг/мл.ЗАКЛЮЧЕНИЕ Ингаляция ксеноном по предложенной нами методике оказала благотворное влияние на процессы регенерации нервной ткани, однако в отношении нейровоспаления эффекты были не столь выраженными

Cardioprotective Properties Of Xenon

Abstract The review presents the main aspects of the cardioprotective properties of the xenon inhalation anesthetic. Based on the analysis of publications, the article discusses modern views on the mechanisms of the protective action of xenon, realized using pre- and post-conditioning mechanisms, shows major molecular targets and their effects. The article presents the results of experimental studies in vivo and in vitro, which showed the protective effect of xenon on the myocardium and the results of recent randomized clinical trials. The analysis of studies demonstrates the ability of xenon to increase myocardial resistance to ischemia and reperfusion and opens up good prospects for its use in clinical practice in patients with a high risk of cardiac complications

Кардиопротективные свойства ксенона

Abstract The review presents the main aspects of the cardioprotective properties of the xenon inhalation anesthetic. Based on the analysis of publications, the article discusses modern views on the mechanisms of the protective action of xenon, realized using pre- and post-conditioning mechanisms, shows major molecular targets and their effects. The article presents the results of experimental studies in vivo and in vitro, which showed the protective effect of xenon on the myocardium and the results of recent randomized clinical trials. The analysis of studies demonstrates the ability of xenon to increase myocardial resistance to ischemia and reperfusion and opens up good prospects for its use in clinical practice in patients with a high risk of cardiac complications.Резюме В обзоре представлены основные аспекты кардиопротективных свойств ингаляционного анестетика ксенона. На основании анализа публикаций в статье обсуждаются современные взгляды на механизмы защитного действия ксенона, реализуемые с помощью механизмов пре- и посткондиционирования, показаны основные молекулярные мишени и опосредованные ими эффекты. В статье представлены результаты экспериментальных исследований in vivo и in vitro, в которых было показано защитное действие ксенона на миокард и результаты недавних рандомизированных клинических исследований. Проведенный анализ исследований демонстрирует способность  ксенона повышать устойчивость миокарда к ишемии и реперфузии и открывает хорошие перспективы его применения в клинической практике у пациентов с высоким риском кардиальных осложнений

Neuroprotective Properties of Xenon According to Experimental Studies

ABSTRACT. An increase in the number of patients with severe brain damage of various etiologies determines the need to improve neuroprotection technologies. The review is devoted to modern views on the mechanisms of brain protection, as well as the basic processes underlying damage to neurons. The article discusses the results of the most important experimental studies in this area using inert xenon gas. The authors analyzed a number of works highlighting neurotective properties of the xenon inhalation anesthetic in studies performed in vitro and in vivo. The main mechanisms of neuronal death depending on the type of damage are shown, the points of application of the protective effect of xenon on the brain and the prospects for further research in this area are demonstrated in the article

Нейропротективные свойства ксенона по данным экспериментальных исследований

ABSTRACT. An increase in the number of patients with severe brain damage of various etiologies determines the need to improve neuroprotection technologies. The review is devoted to modern views on the mechanisms of brain protection, as well as the basic processes underlying damage to neurons. The article discusses the results of the most important experimental studies in this area using inert xenon gas. The authors analyzed a number of works highlighting neurotective properties of the xenon inhalation anesthetic in studies performed in vitro and in vivo. The main mechanisms of neuronal death depending on the type of damage are shown, the points of application of the protective effect of xenon on the brain and the prospects for further research in this area are demonstrated in the article.АННОТАЦИЯ. Увеличение числа пациентов с тяжелым повреждением мозга различной этиологии определяет необходимость совершенствования технологий нейропротекции. Обзор посвящен современным взглядам на механизмы защиты головного мозга, а также основным процессам, лежащим в основе повреждения нейронов. В статье обсуждаются результаты наиболее важных экспериментальных исследований в этой области с использованием инертного газа ксенона. Авторами про- веден анализ ряда работ, освещающих нейропротективные свойства ингаляционного анестетика ксенона в исследованиях in vitro и in vivo. Показаны основные механизмы гибели нейронов в зависимости от типа повреждения, продемонстрированы точки приложения защитного эффекта ксенона на головной мозг и перспективы дальнейших исследований в этой области