Роль NO-синтаз у механізмах структурно-функціональних порушень кісток при відтворенні глюкокортикоїдного остеопорозу за умов хронічної інтоксикації нітратом натрію

Abstract

В експерименті на 25 білих щурах лінії Вістар масою 180-230 г досліджена роль NO-синтаз у механізмах структурно-функціональних порушень кісток при відтворенні глюкокортикоїдного остеопорозу на тлі надлишкового утворення оксиду азоту із екзогенного попередника (модель хронічної інтоксикації нітратом натрію). Виявлено, що за умов досліду підвищується резорбція кісток, яка не компенсується процесом їх формування. При цьому знижується щільність великогомілкової кістки і поперекових хребців, їх міцність (збільшення індексу Simon), мінеральна насиченість поперекових хребців. Функціональна активність індуцибельної NO-синтази істотно впливає на зниження за цих умов маси великогомілкової кістки і поперекових хребців, їх щільності та міцності, що свідчить про розвиток дизрегуляторних розладів (порушення механізму авторегуляції кількості NO при його утворенні з екзогенного попередника).

В эксперименте на 25 белых крысах линии Вистар массой 180-230 г исследована роль NO - синтаз в механизмах структурно-функциональных нарушений костей при воспроизведении глюкокортикоидного остеопороза на фоне избыточного образования оксида азота из экзогенного предшественника (модель хронической интоксикации нитратом натрия). Обнаружено, что в условиях опыта повышается резорбция костей, которая не компенсируется процессом их формирования. При этом снижается плотность большеберцовой кости и поясничных позвонков, их прочностные характеристики (увеличение индекса Simon), минеральная насыщенность поясничных позвонков. Функциональная активность индуцибельной NO-синтазы существенно влияет на снижение в этих условиях массы большеберцовой кости и поясничных позвонков, их плотности и прочности, что свидетельствует о развитии дисрегуляторных расстройств (нарушения механизма ауторегуляции количества NO при его образовании из экзогенного предшественника).

Introduction. It is known the excessive formation of NO from exogenous precursors significantly alters the orientation of the physiological effects produced by NO that leads to consequences difficult to be predicted. Mechanisms of action of NO excess on bone, including those which depend on the functional activity of NOsynthases (NOS) systems, are still little known. Objective. The aim was to study the effect of NOS on the functional and metabolic changes in bone tissue of different skeletal areas (tibia, vertebrae) in modeled glucocorticoid osteoporosis (OP) and excess production of sodium nitrate induced exogenously (model of chronic sodium nitrate intoxication). Materials and Methods. The experiment involved 20 Wistar white rats weighed 180-230 g at 5 series of experiments. In the first series we studied required parameters in intact animals; in the second series we reproduced modeled glucocorticoid OP and chronic sodium nitrate intoxication (200 mg/kg daily, 60 days); in the third, fourth and fifth series animals were administered nitro -L-arginine methylester (L-NAME) as nonselective NOS inhibitor in a dose of 5 mg/kg, aminoguanidine as iNOS selective inhibitor in a dose of 20 mg/kg and L-arginine as NOS substrate in a dose of 100 mg/kg in the course of sodium nitrate chronic intoxication and modeled OP. All compounds were administered intraperitoneally 2 times a week for OP moddeling time. We determined the density, mineral saturation and Simon index (ratio of maximum length and cubic root of bone weight). Results. OP Simulation in the course of chronic toxicity of sodium nitrate leads to the changes in rates of bone resorption markers: increased activity of acid phosphatase and its bone isoform – tartrate resistant acid phosphatase - by 45.9% (p <0.01) and 44.3% (p <0.01) compared with the data of the first series. Introduction of NOS inhibitors and its substrate L-arginine did not significantly affect the changes in the activity of these enzymes. When assessing the osteometric indices of the bones in the course of modeled OP and sodium nitrate chronic intoxication we paid attention to the lowering of mass in native tibia and vertebrae - by 38.0% (p <0.015) and 26.7% (p <0.001) compared with the data intact group. These changes depended on the catalytic activity of iNOS. Introduction of selective iNOS inhibitor aminoguanidine significantly increased the mass of the native tibia and vertebrae - by 27.2% (p <0.05) and 20.8% (p <0.01) compared with the data of the second group. OP reproduction in the course of sodium nitrate chronic toxicity is accompanied by significant increase in the value of Simon index when calculating indices for tibia and vertebrae by 11.2% (p <0.001) and 7.1% (p <0.001) compared with the data obtained in the intact group. Administration of aminoguanidine significantly reduces the index for calculation of Simon index for tibia and vertebrae by 5.3% (p <0.05) and 3.3% (p <0.05) compared with the data of the second group. While studying the structural composition of bone parameters we found a significant decrease in the density of tibia and vertebrae by 23.8% (p <0.001) and 10.7% (p <0.02) compared with the data of the intact group. At that time the mineral saturation of bone was down respectively by 19.6% (p <0.02) and 22.1% (p <0.01) compared to this in the first series. Administration of aminoguanidine significantly increases the density of tibia and vertebrae - by 26.6% (p <0.01) and 16.7% (p <0.01) compared with the data of the second group. Conclusions. 1. Simulation of glucocorticoid osteoporosis in the course of sodium nitrate chronic toxicity is accompanied by high bone metabolism in which increased resorption is not compensated by bone formation process. This leads to the reduction in the density of the tibia and lumbar vertebrae, their strength characteristics (increasing Simon index), mineral saturation lumbar vertebrae. 2. Functional activity of iNOS significantly affects the decrease in mass of the tibia and lumbar vertebrae, their density and strength in the course of glucocorticoid osteoporosis and sodium nitrate chronic toxicity, which indicates the development of dysregulation disorders (disturbance in NO autoregulation during its formation from exogenous precursor).