Correction of destructive changes in connective tissues of different organs during chronic nitrate and fluoride intoxication by nanosized silica oxide

Akimov O. Ye., Kovalova I. O., Kostenko V. O. Correction of destructive changes in connective tissues of different organs during chronic nitrate and fluoride intoxication by nanosized silica oxide. Journal of Education, Health and Sport. 2019;9(5):547-555. eISNN 2391-8306. DOI http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.3238594 http://ojs.ukw.edu.pl/index.php/johs/article/view/6997 The journal has had 7 points in Ministry of Science and Higher Education parametric evaluation. Part B item 1223 (26/01/2017). 1223 Journal of Education, Health and Sport eISSN 2391-8306 7 © The Authors 2019; This article is published with open access at Licensee Open Journal Systems of Kazimierz Wielki University in Bydgoszcz, Poland Open Access. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Noncommercial License which permits any noncommercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author (s) and source are credited. This is an open access article licensed under the terms of the Creative Commons Attribution Non commercial license Share alike. (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/) which permits unrestricted, non commercial use, distribution and reproduction in any medium, provided the work is properly cited. The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this paper. Received: 29.04.2019. Revised: 15.05.2019. Accepted: 24.05.2019. "XVIII V. V. Podvysotskiy Readings" May, 21-22, Odessa Materials of conference CORRECTION OF DESTRUCTIVE CHANGES IN CONNECTIVE TISSUES OF DIFFERENT ORGANS DURING CHRONIC NITRATE AND FLUORIDE INTOXICATION BY NANOSIZED SILICA OXIDE O. Ye. Akimov, I. O. Kovalova, V. O. Kostenko Ukrainian Medical Stomatological Academy, Poltava, Ukraine Abstract This experiment carried on 35 white Wistar rats aimed at studying the markers of connective tissue destruction during chronic nitrate-fluoride intoxication and its correction by nanosized silica oxide. It has been found out that co-administration of sodium fluoride (10 mg/kg body weight) and sodium nitrate (500 mg/kg of body weight) for 30 days increases the total content of glycosaminoglycans (GAG), heparin/heparan and keratan/dermatan fractions, as well as content of chondroitin fraction and concentration of L-oxyproline in the gastric mucosa. The content of N-acetylneuraminic acid (NANA), free L-oxyproline and gexuronic acids are increased in femoral bone and lumbar vertebrae. These changes point to depolymerization of componets of organic connective tissues matrix (collagen, glycoproteins, proteoglycans). Application of nanosized silica oxide suspension under conditions of chronic nitrate-fluoride intoxication reduces the total GAG content, keratan / dermatane fraction ratio, chondroitin fraction and L-oxyproline concentration in the gastric mucosa. We also observed a decrease in free L-oxyproline concentration, gexuronic acids and NANA content in femoral bone and vertebrae. The results allowed us to conclude that chronic nitrate-fluoride intoxication leads to the destruction of connective tissue components in different organs (gastric mucous membrane, femoral bones and vertebrae). Usage of nanosized silica oxide under conditions of chronic nitrate-fluoride intoxication reduces the destruction of connective tissue in these structures. Key words: nitrates, fluorides, nanosized silica oxide, chronic intoxication, gastric mucosa, bone

SUPEROXIDE AND PEROXYNITRITE PRODUCTION IN GASTRIC MUCOSA OF RATS UNDER COMBINED NITRATE-FLUORIDE INTOXICATION

The aim of the research is to study influence of combined nitrate-fluoride intoxication on the production of peroxynitrite (ONOO-) and superoxide anion radical (O2•-) in gastric mucosa of rats. Material and methods. We carried out experiments on 52 mature rats. Intoxication was modeled by intragastric administration of sodium fluoride and nitrate in a dose of 10 mg/kg and 500 mg/kg respectively. Total production of O2•-, ONOO- and concentration of thiobarbituric acid reactants (TBA-reactants) was determined in 10% homogenate of gastric mucosa. Results. We observed the highest ONOO- production from fluoride intoxication, while O2•- production was the highest under combined intoxication. The TBA-reactant concentration was the highest in fluoride intoxication group. Conclusion. Combined nitrate-fluoride intoxication intensifies lipid peroxidation by increased production of both O2•- and ONOO-

Influence of corvitin and metformin on biochemical changes in lacrimal glands of rats during water avoidance stress modeling

Background. Dry eye disease is a multifactorial condition, which is characterized by impairment of tear film formation. Lacrimal glands metabolism plays a critical role in dry eye disease. Emotional stress may impair lacrimal glands function. Purpose. We aimed to study production of nitric oxide from constitutive and inducible NO-synthases, activity of arginases and oxidative stress markers in lacrimal glands of rats during modeling of water avoidance stress (WAS) and its correction by metformin and corvitin. Material and methods. We concluded our experiment on 36 adult male rats of Wistar line weighing 190-240 g. Animals were divided into 6 groups consisting from 6 animals each, namely: control group, WAS group, group of correction by metformin (200 mg/kg) and group of correction by corvitin (10 mg/kg) during WAS modeling. And two drug-control groups. Results. WAS leads to increased activity of inducible NO-synthase, superoxide dismutase, catalase and concentration of MDA by 1.59, 1.93, 1.97 and 1.28 times respectively. Metformin and corvitin decreased activity of inducible NO-synthase by 8.25 and 8.5 times respectively, concentration of MDA decreased by 1.35 and 1.26 times respectively. Activities of superoxide dismutase did not change after introduction of metformin and corvitin. Metformin decreased catalase activity by 1.47 and corvitin increased it by 1.55 times. Production of superoxide dropped during WAS by 1.59 times and was increased to level below or equal that of control animals with introduction of metformin and corvitin. Conclusion. Increased activity of inducible NO-synthase during WAS is a possible reason of tissue damage in lacrimal glands of rats. Introduction of metformin or corvitin during WAS are an effective means for correction of tissue damage in lacrimal glands of rats due to their ability to lower increased inducible NO-synthase activity

Role of AP-1 transcriptional factor in development of oxidative and nitrosative stress in periodontal tissues during systemic inflammatory response

Chronic systemic inflammatory response syndrome (SIRS) underlies many diseases (sepsis, atherosclerosis, diabetes mellitus). According to research data of recent years the key role in the development of SIRS is played by the activation of various nuclear transcription factors. The work was aimed at studying the role of such transcription factor as activator protein 1 (AP-1) in the development of oxidative and nitrosative stress in soft periodontal tissues during chronic systemic inflammatory response (SIRS). The experiment was carried out on 24 the Wistar rats. We induced SIRS by bacterial lipopolysaccharide of Salmonella typhi (0.4 μg/kg) intraperitoneal injection. We studied changes in the functioning of the nitric oxide (NO) cycle, the production of superoxide anion radical (O2•-) and the activity of antioxidant enzymes in soft periodontal tissues homogenate. We used SR11302 as an Ap-1 inhibitor (15 mg/kg) for 2 months. We established that during the SIRS modeling, the activity of antioxidant enzymes in soft periodontal tissues decreased with a simultaneous increase in the production of O2•-. SIRS elevated the production of NO by inducible NO-synthase (iNOS) and nitrite reductases. The nonoxidative cleavage of L-arginine under this condition was also increased. The concentration of peroxynitrite (ONOO–) was shown to be elevated more than 2-fold. The inhibition of AP-1 by SR11302 normalized the functional state of the NO cycle, reduced O2•- production and restored the activity of antioxidant enzymes. In this way, under SIRS conditions, “vicious circle” of ONOO– formation is formed. SIRS in soft periodontal tissues poses a threat of oxidative and nitrosative stress development. Usage of AP-1 activation inhibitor SR11302 breaks “vicious circle” of ONOO– formation

Особливості деградації сполучної тканини печінки щурів на ранніх термінах моделювання хронічного алкогольного гепатиту

The article deals with the peculiarities of connective tissue degradation in rat liver on early terms of chronic alcoholic hepatitis modelling. Modeling of chronic alcoholic hepatitis leads to the development of oxidative stress in rat liver tissues due to a decrease in the activity of antioxidant enzymes and an increase in the production of reactive oxygen species. As a result of the development of oxidative stress in the liver of rats in the first stages of modeling alcoholic hepatitis, the concentration of the anti-inflammatory heparin-heparan fraction of glycosaminoglycans decreases, the accumulation of keratan-dermatan and chondroitin fractions of glycosaminoglycans occurs. The processes of degradation of the fibrous components of the liver’s connective tissue increase and the concentration of the sulfide anion decreases.У статті розглядаються особливості деградації сполучної тканини печінки щурів на ранніх стадіях моделювання хронічного алкогольного гепатиту. Моделювання хронічного алкогольного гепатиту призводить до розвитку окисного стресу в тканинах печінки щурів внаслідок зменшення активності антиоксидантних ферментів та збільшення продукування активних форм кисню. В результаті розвитку окисного стресу в печінці щурів на перших етапах моделювання алкогольного гепатиту зменшується концентрація протизапальної гепарин-гепаранової фракції глікозаміногліканів, відбувається накопичення фракцій кератан-дерматану та хондроїтину глікозаміногліканів , процеси деградації волокнистих компонентів сполучної тканини печінки посилюються, а концентрація сульфідного аніона зменшується

Вплив тривалої центральної депривації синтезу тестостерону на продукцію реактивних киснево-азотних форм на морфологічну структуру сім'яників щурів

Some testicular diseases require long-term use of testosterone synthesis blockers. It is known that testosterone is a necessary component for the physiological cooperation of cell forms of the stroma and parenchyma of testes. The scientific literature contains a limited amount of data about the effect of long-term deprivation of testosterone synthesis on this cooperation. The aim of our study was to establish the effect of long-term (365 days) inhibition of hypothalamic-pituitary stimulation of spermatogenesis on morphological and biochemical parameters in rat testes. Central deprivation of testosterone synthesis leads to fibrosis with subsequent disruption of the structural organization of the convoluted seminiferous tubules, hemodynamic disorders, endothelial dysfunction, increased density of blood vessel walls and systemic congestion. A decrease in the activity of constitutive NO synthase isoforms plays a major role in the development of structural changes in the testes of rats.Деякі захворювання сім'яників у чоловіків вимагають тривалого використання блокаторів синтезу тестостерону. Як відомо, що тестостерон є необхідним компонентом для фізіологічної кооперації клітинних форм строми та паренхіми яєчка. У літературі наведено обмежена кількість даних про вплив тривалої депривації синтезу тестостерону на цю кооперацію. Метою нашого дослідження було встановлення впливу тривалої (365 днів) інгібіції гіпоталамо-гіпофізарної стимуляції сперматогенезу на морфологічні та біохімічні показники в сім'яниках щурів. Центральна депривація синтезу тестостерону призводить до фіброзу з подальшим порушенням структурної організації звивистих сім'яних канальців, порушень гемодинаміки, ендотеліальної дисфункції, збільшення щільності судинної стінки кровоносних судин і системному стазу. Зниження активності конституційних ізоформ NO-синтази відіграє основну роль у розвитку структурних змін в сім'яниках щурів

Influence of nanosized silica oxide suspension on free radical damage to testes in rats exposed to chronic nitrate-fluore intoxication

Целью исследования являлось изучение влияняе суспензии нанодисперсного оксида кремния на продукцию супероксидного анион-радикала, активность антиоксидантных ферментов, процессы перекисного окисления липидов в условиях 4 хронической нитратно-фторидной интоксикации в семенниках крыс. Опыты проведены на 15 половозрелых самцах линии Вистар. Хроническую интоксикацию воспроизводили путём интрагастрального введения нитрата натрия и фторида натрия в дозах 500 мг/кг и 10 мг/кг, соответственно. Было установлено, что хроническая нитратно-фторидная интоксикация увеличивает продукцию супероксидного анион-радикала, снижает активность антиоксидантных систем и увеличивает содержание продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой. В этих условиях снижается толщина сперматогенного эпителия и увеличивается толщина соединительно-тканных элементов. Применение суспензии нанодисперсного оксида кремния снижает продукцию супероксида, повышает активность антиоксидантных ферментов, снижает концентрацию продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой. Морфологически отмечается восстановление сперматогенного эпителия. Таким образом, суспензия нанодисперсного оксида кремния эффективна для коррекции изменений в семенниках крыс вызванных хронической нитратно-фторидной интоксикацией; The aim of the present work is to study the influence of a suspension of nanosized silica oxide on the production of superoxide anion radical, the activity of antioxidant enzymes, and the processes of lipid peroxidation in testes of rats exposured to chronic nitrate-fluoride intoxication. Experiments were carried out on 15 mature male rats of the Wistar line. Chronic intoxication was modelled by intragastric administration of sodium nitrate and sodium fluoride in doses of 500 mg/kg and 10 mg/kg respectively. It was found out that chronic nitrate-fluoride intoxication increases the production of superoxide anion radical, reduces the activity of antioxidant enzymes and increases the content of TBA-reactants. Under these conditions, the thickness of the spermatogenic epithelium becomes thinned, while the thickness of the connective tissue elements increases. The use of a suspension of nanosized silica oxide reduces the production of superoxide, increases the activity of antioxidant enzymes, lowers the concentration of TBA reactants. Morphologically, recovery of the spermatogenic epithelium is observed. The suspension of nanosized silica oxide is effective in correcting changes in testes of rats caused by chronic nitrate-fluoride intoxicatio

Correction of oxidative stress in the heart of rats during nitrate-fluoride intoxication by nanosized silica oxide suspension

Введение. Избыточное поступление с питьевой водой и продуктами питания нитратов и фторидов несёт в себе риск не только для органов желудочно-кишечного тракта, но для всего организма в целом. Целью данного исследования являлось изучение влияния суспензии нанодисперсного оксида кремния (НКО) на продукцию активных форм кислорода и азота, функционирование цикла NO, антиоксидантную защиту и процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ) в сердце крыс при сочетанном избыточном поступлении в организм нитратов и фторидов. Результаты. Нитратно-фторидная интоксикация приводит к усилению продукции активных форм кислорода и азота, снижению активности антиоксидантных ферментов, усилению интенсивности процессов ПОЛ. Введение НКО на фоне моделирования хронической нитратно-фторидной интоксикации снижает продукцию активных форм кислорода и азота, восстанавливает активность антиоксидантных ферментов, уменьшает интенсивность ПОЛ. Выводы. НКО эффективна для коррекции метаболических изменений в сердце крыс при хронической нитратно-фторидной интоксикации.Introduction. Excessive intake of drinking water and food polluted with nitrates and fluorides carries a risk not only for the organs of the gastrointestinal tract, but for the whole organism. The aim of this study was to evaluate the effect of a nanosized silicon oxide suspension (NKO) on the production of reactive oxygen and nitrogen species, the functioning of the NO cycle, antioxidant protection, and lipid peroxidation (LPO) processes in the heart of rats under combined excessive intake of nitrates and fluorides. Results. Nitrate-fluoride intoxication leads to an increase in the production of reactive oxygen and nitrogen species, a decrease in the activity of antioxidant enzymes, and an increase in the intensity of LPO processes. The introduction of NKO against the background of modeling chronic nitrate-fluoride intoxication reduces the production of reactive oxygen and nitrogen species, restores the activity of antioxidant enzymes, and reduces LPO intensity. Conclusions. NKO is effective for the correction of metabolic changes in the heart of rats during chronic nitrate-fluoride intoxication

Молекулярні механізми впливу фторидів на організм ссавців

У статті представлений огляд літератури з метою узагальнення сучасних даних про вплив йонів фтору на організм людини та ссавців. Зроблено висновки, що йони фтору можуть мати позитивний вплив на кісткову систему та зубну емаль, молекулярний механізм якого полягає в утворенні більш резистентних до кислот фтор-апатитів. Проте їх позитивний ефект можливий лише у мікромолярних дозах. У той же час навіть у цих концентраціях генерація вільних радикалів і, як наслі- док, активація МАРК-залежних шляхів апоптозу зростає у всіх інших органах та системах. Окрім апоптичних змін в різних органах та тканинах відбувається посилення процесів пероксидації ліпідів. Функціонування циклу оксиду азоту зміщується в бік активації індуцибельних форм NO-синтаз, зниження аргіназного шляху метаболізму L-аргініну. Фтор здатний викликати одночасний розвиток декількох видів гіпоксій. Розвиток деяких, найбільш загрозливих, ефектів фторидів є дозозалежним і вимагає мілімолярних концентрацій. Враховуючи дані останнього десятиліття постає питання ефективності фторування води як засобу профілактики стоматологічних захворювань. Тому дослідження молекулярних механізмів впливу фторидів, незважаючи на дослідження проведені до цього часу, є перспективним напрямком для розширення уявлень про загальні механізми розвитку фтор-асоційованих захворювань. В статье сделан обзор литературы с целью обобщения современных данных о влиянии фторид-ионов на организм человека и млекопитающих. Сделаны выводы о том, что ионы фтора могут иметь положительное влияние на костную систему и зубную эмаль, молекулярный механизм которого заключается в образовании более резистентного к кислотам фтор-апатита. Однако их положительный эффект возможен лишь в микромолярных дозах. В то же время даже в этих концентрациях генерация свободных радикалов и, как следствие, активация МАРК-зависимых путей апоптоза растет во всех других органах и истемах. Кроме апоптотических изменений в различных органах и тканях происхо- дит усиление процессов перекисного окисления липидов. Функционирование цикла оксида азота смещается в сторону активации индуцибельных форм NO-синтазы, снижения аргиназного пути метаболизма L-аргинина. Фтор способен вызвать одновременное развитие нескольких видов гипоксий. Развитие некоторых, наиболее угрожающих, эффектов фторидов является дозозависимым и требует милимолярных концентраций. Учитывая данные последнего десятилетия, возникает вопрос эффективности фторирования воды, как средства профилактики стоматологических заболеваний. Поэтому исследования молекулярных механизмов влияния фторидов, несмотря на исследования, проведенные до сих пор, является перспективным направлением для расширения представлений об общих механизмах развития фтор-ассоциированных заболеваний. The article reviews the literature in order to generalize current data on the effect of fluoride ions on the human and mammalian organism. We concluded that fluoride ions can have a positive effect on the bone system and tooth enamel, the molecular mechanism of which lies in the formation of a more acid-resistant fluoroapatite. However, their positive effect is possible only in micromolar doses. At the same time, even in these concentrations, the generation of free radicals and, as a consequence, activation of MAPK-dependent pathways of apoptosis grows in all other organs and systems. In addition to apoptotic changes in various organs and tissues, there is an intensification of the processes of lipid peroxidation. The functioning of nitric oxide cycle shifts towards the activation of inducible forms of NO-synthase, reducing the arginase dependent pathway of L-arginine metabolism. Fluoride can cause simultaneous development of several types of hypoxia. The development of some of the most threatening effects of fluoride is dose-dependent and requires millimolar concentrations. Taking into account the data of the last decade, the question of effectiveness of water fluoridation as a means of preventing dental diseases arises as discussible. Therefore, studies of the мmolecular mechanisms of fluorides effects, in spite of the investigations have been already conducted, are a promising direction for broadening the understanding of general mechanisms of fluoride-associated diseases development