Збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду титану
Дослiджено дiю наночастинок TiO₂ (середнiй розмiр (21±5) нм) на процеси збудженнягальмування в кiльцевих гладеньких м’язах шлунка щура. Кумулятивне збiльшення концентрацiї TiO₂ (10⁻⁶–10⁻³ мг/мл) супроводжувалося дозозалежним iнгiбуванням спонтанних скорочень. Наночастинки TiO₂ у концентрацiях 10⁻³,...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97743 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду титану / О.В. Цимбалюк, А.М. Науменко, О.Ю. Нипорко, Т.Л. Давидовська, В.А. Скришевський // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 10. — С. 85-93. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859723550361911296 |
|---|---|
| author | Цимбалюк, О.В. Науменко, А.М. Нипорко, О.Ю. Давидовська, Т.Л. Скришевський, В.А. |
| author_facet | Цимбалюк, О.В. Науменко, А.М. Нипорко, О.Ю. Давидовська, Т.Л. Скришевський, В.А. |
| citation_txt | Збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду титану / О.В. Цимбалюк, А.М. Науменко, О.Ю. Нипорко, Т.Л. Давидовська, В.А. Скришевський // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 10. — С. 85-93. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Дослiджено дiю наночастинок TiO₂ (середнiй розмiр (21±5) нм) на процеси збудженнягальмування в кiльцевих гладеньких м’язах шлунка щура. Кумулятивне збiльшення концентрацiї TiO₂ (10⁻⁶–10⁻³ мг/мл) супроводжувалося дозозалежним iнгiбуванням спонтанних скорочень. Наночастинки TiO₂ у концентрацiях 10⁻³, 2,5 · 10⁻² i 5 · 10⁻² мг/мл
викликали збiльшення ацетилхолiн- й K⁺-iндукованих скорочень. Активацiя наночастинками TiO₂ ацетилхолiнiндукованих скорочень усувалась у присутностi D-600, i нав
паки, наявнiсть атропiну не впливала на TiO₂-викликану стимуляцiю K⁺-iндукованих
скорочень. Наночастинки не впливали на скорочення, викликанi виходом Ca²⁺ з саркоплазматичного ретикулума, але їх ефекти зникали в присутностi iнгiбiтора дихального ланцюга мiтохондрiй азиду натрiю.
Исследованы эффекты наночастиц TiO₂ (средний размер (21±5) нм) на процессы возбужде-
ния–торможения в кольцевых гладких мышцах желудка крысы. Кумулятивное увеличе-
ние концентрации TiO₂ (10⁻⁶–10⁻³ мг/мл) сопровождалось дозозависимым ингибированием
спонтанных сокращений. Наночастицы TiO₂ в концентрациях 10⁻³, 2,5 · 10⁻² и 5 · 10⁻² мг/мл
вызывали увеличение ацетилхолин- и K⁺-индуцированных сокращений. Активация наноча-
стицами TiO₂ ацетилхолининдуцированных сокращений устранялась в присутствии D-600,
и наоборот, наличие атропина не влияло на TiO₂-вызванную стимуляцию K⁺-индуциро-
ванных сокращений. Наночастицы не влияли на сокращения, вызванные выходом Ca²⁺ из
саркоплазматического ретикулума, но их эффекты исчезали в присутствии ингибитора
дыхательной цепи митохондрий азида натрия.
The aim of our work consisted in the investigation of the effects of TiO₂ nanoparticles (average
size of 21 ± 5 nm) on the contractile activity of circular smooth muscles from rat’s stomach.
The cumulative increase in the concentration of TiO₂ (10⁻⁶–10⁻³ mg/ml) is accompanied by a
dose-dependent inhibition of spontaneous contractions. When using TiO₂ concentrations 10⁻³, 2,5 · 10⁻², and 5 · 10⁻² mg/ml, the significant increase, of acetylcholine- and K⁺-induced contractions
are observed. The activation of acetylcholine-induced contractions is essentially inhibited by
D-600. Vice versa, the atropine presence didn’t eliminate the TiO₂-stimulated activation of high-
K⁺-induced contractions. Nanoparticles didn’t affect the contractions caused by the release of Ca²⁺
from sarcoplasmic reticulum, but their effects are essentially eliminated via the previous inhibition
of the mitochondria function by sodium azide.
|
| first_indexed | 2025-12-01T10:39:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
10 • 2015
БIОФIЗИКА
УДК 577.3
О.В. Цимбалюк, А. М. Науменко, О.Ю. Нипорко,
Т.Л. Давидовська, В. А. Скришевський
Збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка
при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду
титану
(Представлено членом-кореспондентом НАН України Д.М. Говоруном)
Дослiджено дiю наночастинок TiO2 (середнiй розмiр (21±5) нм) на процеси збудження–
гальмування в кiльцевих гладеньких м’язах шлунка щура. Кумулятивне збiльшення кон-
центрацiї TiO2 (10−6–10−3 мг/мл) супроводжувалося дозозалежним iнгiбуванням спон-
танних скорочень. Наночастинки TiO2 у концентрацiях 10−3, 2,5 · 10−2 i 5 · 10−2 мг/мл
викликали збiльшення ацетилхолiн- й K+-iндукованих скорочень. Активацiя наноча-
стинками TiO2 ацетилхолiнiндукованих скорочень усувалась у присутностi D-600, i нав-
паки, наявнiсть атропiну не впливала на TiO2-викликану стимуляцiю K+-iндукованих
скорочень. Наночастинки не впливали на скорочення, викликанi виходом Ca2+ з сарко-
плазматичного ретикулума, але їх ефекти зникали в присутностi iнгiбiтора дихально-
го ланцюга мiтохондрiй азиду натрiю.
Ключовi слова: наночастинки TiO2, гладенькi м’язи шлунка, спонтаннi та iндукованi
скорочення.
Серед штучно синтезованих наноматерiалiв нанорозмiрний дiоксид титану (ТiО2) займає
одне з перших мiсць за обсягом виробництва. Iснуючи в кiлькох модифiкацiях, ТiО2 са-
ме в рутильнiй формi є безальтернативним бiлим пiгментом, суспензiя наночастинок якого
широко застосовується в рiзних секторах свiтової економiки, особливо в харчовiй проми-
словостi, обсяг обробки продукцiї якої дiоксидом титану становить близько 70% [1]. До-
слiдженнями останнiх рокiв встановлено [2], що TiO2 нанорозмiрної форми (дiаметр части-
нок < 100 нм, особливо 5–50 нм) здатний у виглядi аерозолiв проникати через мембрани епi-
телiоцитiв, зокрема дихальних шляхiв, i спричиняти генотоксичнi ефекти та апоптоз клiтин.
Показано [3], що за цих умов при надходженнi наночастинок TiO2 в органiзм вiдбувається
також спрямоване їх транспортування по нюховому нерву в центральну нервову систему
i нагромадження в окремих зонах мозку, головним чином у нюховiй цибулинi, мозочку
© О.В. Цимбалюк, А. М. Науменко, О. Ю. Нипорко, Т.Л. Давидовська, В. А. Скришевський, 2015
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №10 85
i гiпокампi, що супроводжується пiдвищенням рiвня нейромедiаторiв, в основному оксиду
азоту та глутамату [4]. Пiдвищене ж вивiльнення останнього супроводжується розвитком
ряду патологiчних станiв, пов’язаних з транспортом у нейрони надлишкової кiлькостi iонiв
Ca2+ через канали NMDA-рецепторiв до цього агонiста [5, 6].
Одним з головних шляхiв надходження TiO2 у нанорозмiрнiй формi в органiзм людини
є шлунково-кишковий тракт [1, 7, 8], проте на сьогоднi вiдкритим залишається питання
щодо стану регуляторних механiзмiв збудження–гальмування його гладеньких м’язiв (ГМ)
за дiї цих наночастинок, це й стало метою наших дослiджень.
Матерiали та методи дослiдження. Дослiди проводили на iзольованих препаратах
кiльцевих ГМ антрального вiддiлу шлунка щурiв. Вiдведення спонтанної ритмоактивностi
викликаних екзогенною аплiкацiєю нейромедiаторiв збудження та гальмування скорочень
ГМ, проводили тензометричним методом в iзометричному режимi з подальшим аналiзом їх
механокiнетики. У дослiдах використовували нормальний розчин Кребса (НРК) з концен-
трацiєю складових, ммоль/л: NaCl 120,4, KCl 5,9, NaHCO3 15,5, NaH2PO4 1,2, MgCl2 1,2,
CaCl2 2,5, глюкоза — 11,5; pH 7,4. Номiнально безкальцiєвий розчин Кребса (НБРК) готу-
вали шляхом замiни СаСl2 на еквiмолярну кiлькiсть MgCl2. Гiперкалiєвий розчин Кребса
готували шляхом замiни у вихiдному розчинi Кребса необхiдної частини iонiв Na+ на еквi-
молярну кiлькiсть iонiв К+. У дослiдах використовували: кофеїн, атропiн, азид натрiю,
вератридин, ацетилхолiн.
Наночастинки TiO2 (PlasmaChem GmbH, Нiмеччина) використовували у формi нанопо-
рошку (сумiш рутилу й анатазу), середнiй розмiр частинок (21± 5) нм. Нанопорошок TiO2
попередньо ресуспендували в диметилсульфоксидi (ДМСО) з розрахунку присутностi 0,25%
ДМСО в кiнцевому об’ємi. Аналогiчно всi контрольнi розчини мiстили 0,25% ДМСО. Для
руйнування агрегатiв у суспензiї наночастинок ТiО2 здiйснювали її ультразвукову обробку
протягом 2 хв при ν = 37 кГц. Дзета-потенцiал суспензiї наночастинок TiO2, вимiряний
за допомогою пристрою “Zetasizer nano” (люб’язно наданий компанiєю “НаноМедТех”), ста-
новив −7,93 мВ. Дослiдження механокiнетики викликаних скорочень та розслаблень ГМ
проводили за методом, описаним у роботi [9]. Скорочувальну активнiсть ГМ шлунка щура
оцiнювали в одиницях Монтевiдео (МU) та Олександрiйських одиницях (АU) [10].
Експериментальнi данi обробляли методами варiацiйної статистики (парний t-тест Стью-
дента) iз використанням програми OriginPro 8. Достовiрними вважали результати за умови
p < 0,05. Результати наведенi як середнє арифметичне ± стандартна похибка середнього,
n — кiлькiсть дослiдiв.
Результати та їхнє обговорення. В роботi дослiджували дiю наночастинок ТiО2 на
спонтанну скорочувальну активнiсть гладеньком’язових смужок (ГМС) кiльцевих ГМ
шлунка. Встановлено (рис. 1, а, б ), що за наявностi в НРК TiO2 в концентрацiях 10−6–
10−3 мг/мл вiдбувалось у порiвняннi з контролем статистично достовiрне (p < 0,01) до-
зозалежне пригнiчення спонтанної скорочувальної активностi м’язових препаратiв вiдпо-
вiдно на (21,2 ± 6,8)%, n = 5; (34,2 ± 7,4)%, n = 5; (65,2 ± 4,4)%, n = 5; (80,4 ± 18,6)%,
n = 5, тодi як їх частота залишалась на рiвнi контролю. За всiх умов експерименту рi-
вень тонусу м’язiв залишався без змiн, а їх вiдмивання НРК супроводжувалось вiднов-
ленням частоти та амплiтуди спонтанних скорочень. Аналiз окремих циклiв спонтанних
скорочень–розслаблень та кiнетичних закономiрностей їх перебiгу в контролi за дiї ТiО2
показав (див. рис. 1), що наночастинки змiнюють структуру скоротливого циклу. Так, при
вiдсутностi вiрогiдних змiн тривалостi скорочень (при дiї наночастинок у концентрацiях
10−4 й 10−3 мг/мл) тривалiсть пауз мiж скороченнями зменшувалась, за рахунок чого вiд-
86 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №10
Рис. 1. Спонтанна скорочувальна активнiсть (а) та її показники (б – г) ГМ шлунка в контролi та за умов
кумулятивного збiльшення концентрацiї (10−6–10−3) мг/мл наночастинок TiO2.
За 100% прийнято вiдповiднi показники спонтанної активностi в контролi (вiсь ординат); ∗ — p < 0,05.
Умовнi позначення: МU — одиницi Монтевiдео; АU — Олександрiйськi одиницi; fmax/t — середня швидкiсть
наростання фази скорочення; Vmax, c — максимальна швидкiсть наростання сили скорочення; Vmax, r —
максимальна швидкiсть спаду сили розслаблення
бувалось збiльшення їх частоти. В дослiдах (див. рис. 1, б ) мало мiсце дозозалежне збiльше-
ння спiввiдношення тривалостi скорочень ГМС та пауз мiж ними (iндексу скорочувальної
активностi). Незважаючи на те що за наявностi ТiО2 тривалiсть окремих скорочень не
вiдрiзнялась вiд контролю, вiдбувався перерозподiл часу розвитку фаз скорочення та роз-
слаблення (див. рис. 1, в): тривалiсть фази скорочення зменшувалась, а розслаблення —
збiльшувалась. За цих умов зростала потужнiсть окремих скорочень, про що свiдчить зни-
ження коефiцiєнта асиметрiї (зокрема, за наявностi TiO2 в концентрацiї 10−3 мг/мл бiльше
нiж у два рази).
Загалом, сумарна ефективнiсть скорочувальної активностi м’язових препаратiв за
наявностi наночастинок у порiвняннi з контролем знижувалась, про що свiдчить зна-
чне зменшення iндексiв MU й АU (див. рис. 1, б ). Порiвняно з контрольними значе-
ннями показник середньої швидкостi наростання сили скорочення ГМ (fmax/t) за на-
явностi ТiО2 у концентрацiях 10−4 й 10−3 мг/мл знижувався в середньому до (41,3 ±
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №10 87
Рис. 2. Викликанi К+-iндукованою деполяризацiєю (80 ммоль/л) скорочення ГМ шлунка: а — контроль (1 ),
за наявностi 5 · 10−2 мг/мл ТiО2 (2 ); б — механокiнетичнi параметри К+-iндукованих скорочень за дiї
ТiО2 у зазначенiй концентрацiї; в — гiперкалiєва контрактура атропiнiзованих (10 мкмоль/л) ГМ (при
вiдсутностi (1 ) i за наявностi 5·10−2 мг/мл ТiО2 (2 )). Тут i на рис. 3: за 100% прийнято вiдповiднi показники
скорочень у контролi (вiсь ординат); * — p < 0,05.
Умовнi позначення: ФС — фазове скорочення; ТС — тонiчне скорочення; Vc — нормована максимальна
швидкiсть фази скорочення; Vr — нормована максимальна швидкiсть фази розслаблення
± 16,1)% й (27,3 ± 14,4)% (p < 0,01) вiдповiдно. За наявностi ТiО2 вiдбувалось
зниження максимальних швидкостей як фази скорочення, так i розслаблення (Vmax, c
й Vmax, r вiдповiдно) з переважанням останнього (див. рис. 1, г), що дає пiдставу,
враховуючи данi лiтературних джерел [11], думати про змiни за даних умов взає-
мопов’язаних процесiв трансмембранного енергозалежного та енергонезалежного транс-
порту iонiв Ca2+ в iнтерстицiальних клiтинах. Пейсмекерна активнiсть останнiх ви-
значається вивiльненням цих катiонiв з саркоплазматичного ретикулума та їх погли-
нанням мiтохондрiями, частота коливання концентрацiї яких такого ж порядку, що
й пейсмекерних струмiв та амплiтудно-частотних характеристик спонтанних скоро-
чень ГМ.
Дослiджували також вплив суспензiї ТiО2 на збудження ГМС, викликане гiперкалiєвим
(80 ммоль/л) розчином Кребса (рис. 2). У дослiдах пiсля контрольних вимiрiв до НРК вно-
сили суспензiю наночастинок ТiО2 у концентрацiї 10−3 мг/мл. Встановлено, що на 30-ту хв
88 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №10
аплiкацiї суспензiї вiдбувалось зменшення у порiвняннi з контролем фазового компонента гi-
перкалiєвої контрактури, величина якої на вказаний момент часу становила (69,7± 14,4)%
(n = 5, p < 0,05), тодi як тонiчний компонент залишався без змiн. Збiльшення у порiв-
няннi з контролем як фазового, так i тонiчного компонентiв гiперкалiєвої контрактури
((120,8±5,6)% та (139,3±18,3)% (n = 5, p < 0,05)) вiдбувалось при пiдвищеннi концентрацiї
ТiО2 до 5 · 10−2 мг/мл, тодi як їх вiдношення не зазнавало статистично достовiрних змiн
(див. рис. 2, а). Вiдмивання ГМС нормальним розчином Кребса протягом години супрово-
джувалось частковим вiдновленням гiперкалiєвих скорочень. При пiдвищеннi концентрацiї
ТiО2 до 5 · 10−2 мг/мл вiдбувалось збiльшення у порiвняннi з контролем як фазового, так
i тонiчного компонентiв гiперкалiєвої контрактури, значення яких становило вiдповiдно
(120,8 ± 5,6)% та (139,3 ± 18,3)% (n = 5, p < 0,05), тодi як їх вiдношення у порiвняннi
з контролем не виявляло статистично достовiрних змiн.
Кiнетичний аналiз К+-iндукованих скорочень м’язових препаратiв показав, що за цих
умов змiнювалась швидкiсть наростання скорочувальних вiдповiдей: нормована максималь-
на швидкiсть фази скорочення (Vnc) збiльшувалась в порiвняннi з контролем i становила
(143,7 ± 20,5)%, n = 5, p < 0,05, тодi як нормована максимальна швидкiсть розслаблення
(Vnr) практично не вiдрiзнялась вiд контрольних показникiв (див. рис. 2, б ). Попередня
атропiнiзацiя (10−5 моль/л) ГМС не усувала активацiйного впливу ТiО2 на гiперкалiєву
контрактуру: фазове та тонiчне скорочення за цих умов збiльшувались i становили вiдпо-
вiдно (143,8±5,9)% й (158,4±8,9)%, n = 5, p < 0,05 (див. рис. 2, в). Дозозалежне пригнiчення
ТiО2 гiперкалiєвих скорочень ГМС вiдбувалось за умов його кумулятивної дiї у концентра-
цiях, мг/мл: 2·10−4, 10−3, 5 · 10−3 й 5·10−2. Вiдмивання ГМ нормальним розчином Креб-
са протягом години супроводжувалось частковим вiдновленням параметрiв гiперкалiєвої
контрактури. Враховуючи те, що вхiд позаклiтинних iонiв Ca2+ через вiдкритi К+-iндуко-
ваною деполяризацiєю потенцiалкерованi Ca2+-канали (ПКК) L-типу плазматичної мемб-
рани гладеньком’язових клiтин (ГМК) активує механiзм Ca2+-iндукованого вивiльнення
Ca2+ з рiанодинчутливого депо, дослiджували дiю ТiО2 на кофеїн-викликанi (20 ммоль/л)
скорочення м’язових препаратiв у НБРК. Встановлено, що за дiї ТiО2 у зазначених ви-
ще концентрацiях амплiтуда кофеїн-викликаних скорочень залишалась на рiвнi контролю.
Отриманi данi дають пiдставу вважати, що зареєстрованi в дослiдах змiни гiперкалiєвої
контрактури за наявностi ТiО2, вiрогiдно, пов’язанi з безпосереднiм його впливом на ПКК
гладеньком’язових клiтин.
У процесi роботи також дослiджували дiю ТiО2 на холiнергiчне збудження кiльцевих
ГМ шлунка. В контролi (рис. 3, а (1 )) внесення до НРК ацетилхолiну (10−5 моль/л) супро-
воджувалось скороченням–розслабленням м’язових препаратiв. Далi ГМС вiдмивали НРК.
Встановлено, що на 30-ту хв дiї ТiО2 в концентрацiї 10−3 мг/л вiдбувалось зниження ви-
кликаного ацетилхолiном фазового компонента скорочення ГМ до (78,8 ± 8,3)% (n = 5,
p < 0,05), тодi як тонiчний компонент залишався без змiн. Збiльшення у порiвняннi з кон-
тролем величини фазового компонента АХ скорочень вiдбувалось при пiдвищеннi в суспен-
зiї концентрацiї наночастинок до 2,5 · 10−2 та 5 · 10−2 мг/мл. За цих самих умов тонiчний
компонент скорочення в обох випадках не змiнювався (див. рис. 3, а, б ). Також не змi-
нювались кiнетичнi характеристики АХ-викликаних скорочень (Vnc й Vnr). Вiдомо [12], що
у формуваннi фазового компонента таких скорочень важлива роль належить iонам Ca2+,
що вивiльняються з iнозитолтрифосфат (IP3)-чутливого депо саркоплазматичного ретику-
лума, а також надходять в мiоцити через ПКК L-типу. В наших дослiдах за наявностi
ТiО2 не вiдбувалось змiн викликаних ацетилхолiном скорочень у НБРК та за наявностi
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №10 89
Рис. 3. Викликанi ацетилхолiном (10−5 моль/л) скорочення кiльцевих гладеньких м’язiв шлунка: а — конт-
роль (1 ), за наявностi 5 · 10−2 мг/мл ТiО2 (2 ); б — механокiнетичнi параметри таких скорочень за дiї
ТiО2 у зазначенiй концентрацiї; в — ацетилхолiновi скорочення за умов попередньої iнкубацiї м’язових
смужок в нормальному розчинi Кребса з вмiстом NaN3 (100 мкмоль/л) (при вiдсутностi (1 ) й за наявно-
стi 5 · 10−2 мг/мл ТiО2 (2 ))
блокатора ПКК L-типу D-600 (10−5 моль/л). Вiдомо [13], що у пiдтриманнi базального
рiвня iонiв Ca2+ у ГМК разом з саркоплазматичним ретикулумом беруть участь також
мiтохондрiї. Останнi, нагромаджуючи з цитоплазми надлишок цих катiонiв, спрямовано
вивiльняють їх поблизу мембран компартментiв саркоплазматичного ретикулума. Врахо-
вуючи, що механiзм транспортування iонiв Ca2+ у мiтохондрiальне депо є енергозалежним,
нами дослiджено вплив TiO2 (5 ·10−2 мг/мл) на ГМ шлунка за умов блокування дихального
ланцюга мiтохондрiй азидом натрiю (NaN3). Як видно з рис. 3, преiнкубацiя ГМС протя-
гом 30 хв у розчинi Кребса, до складу якого входив NaN3 (0,1 ммоль/л), усувала ефект
активацiї ТiО2 (5 · 10−2 мг/мл) фазового компонента скорочень ГМ, викликаних ацетил-
холiном. NaN3 усував також викликаний ТiО2 прирiст фазового компонента гiперкалiєвої
контрактури.
Таким чином, результати проведених дослiджень свiдчать про те, що ТiО2 в наноро-
змiрнiй формi є ефективним модулятором кiнетики, амплiтуди та частоти спонтанної ско-
рочувальної активностi ГМ шлунка. Змiнюючи провiднiсть плазматичної мембрани до iонiв
Ca2+ та енергетичний i кальцiєвий гомеостази мiтохондрiй, вiдзначимо, що ТiО2 впливає на
збудження–гальмування ГМ, викликане ацетилхолiном й К+-iндукованою деполяризацiєю
мембрани ГМК. Механiзми вивiльнення Ca2+ з рiанодин- й IP3-чутливого депо саркопла-
90 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №10
зматичного ретикулума ГМК не чутливi до дiї ТiО2.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №10 91
Цитована лiтература
1. Warheit D.B. How to measure hazards/risks following exposures to nanoscale or pigment-grade titanium
dioxide particles // Toxicol. Lett. – 2013. – 220, No 2. –P. 193–204.
2. Giovanni M., Tay C.Y., Setyawati M. I., Xie J., Ong C.N., Fan R., Yue J., Zhang L., Leong D.T.
Toxicity profiling of water contextual zinc oxide, silver, and titanium dioxide nanoparticles in human oral
and gastrointestinal cell systems // Environ. Toxicol. – 2014. – doi:10.1002/tox.22015.
3. Oberdörster G., Sharp Z., Atudorei V., Elder A., Gelein R., Kreyling W., Cox C. Translocation of inhaled
ultrafine particles to the brain // Inhal. Toxicol. – 2004. – 16, No 6–7. – P. 437–445.
4. Wang J., Chen C., Liu Y., Jiao F., Li W., Lao F., Li Y., Li B., Ge C., Zhou G., Gao Y., Zhao Y., Chai Z.
Potential neurological lesion after nasal instillation of TiO2 nanoparticles in the anatase and rutile crystal
phases // Toxicol. Lett. – 2008. – 183, No 1–3. – P. 72–80.
5. Мeldrum B. S. Glutamate as a neurotransmitter in the brain: Review of physiology and pathology //
J. nutr. – 2000. – 130, № 4. – P. 1007S – 1015S.
6. Okubo Y., Sekiya H., Namiki S. Imaging extrasynaptic glutamate dynamics in the brain // Proc. Nat.
Acad. Sci. – 2010. – 107, No 14. – doi:10.1073/pnas.0913154107.
7. Shi H., Magaye R., Castranova V., Zhao J. Titanium dioxide nanoparticles: a review of current toxicological
data // Part. Fibre Toxicol. – 2013. – 10, No 15. – doi:10.1186/1743-8977-10-15.
8. Cho W., Kang B., Lee J.K., Jeong J., Che J.H., Seok S.H. Comparative absorption, distribution, and
excretion of titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles after repeated oral administration Particle and
Fibre // Toxicol. – 2013. – 10, No 9. – P. 2–9.
9. Burdyga Th. V., Kosterin S.A. Kinetic analysis of smooth muscle relaxation // Gen. Physiol. Biophys. –
1991. – 10. – P. 589–598.
10. Насiбян Л.С., Фiлiппов I. Б. Модуляцiя скорочення мiометрiя щурiв пептидоглiканом клiтинної стiн-
ки золотистого стафiлокока // Фiзiол. журн. – 2014. – 60, № 5. – С. 62–72.
11. Ward S.M., McLaren G. J., Sanders K.M. Interstitial cells of Cajal in the deep muscular plexus mediate
enteric motor neurotransmission in the mouse small intestine // J. Physiol. – 2006. – 573, No 1. – P. 147–
159.
12. Horowitz B.M., Ward S.M., Sanders K.M. Cellular and molecular basis for electrical rhythmicty in gastroi-
ntestinal muscles // Annu. Rev. Physiol. – 1999. – 61. – P. 19–43.
13. Ehlert F. J., Pak K. J., Griffin M.T. Muscarinic agonists and antagonists: effects on gastrointestinal functi-
on // Handb. Exp. Pharmacol. – 2012. – 208. – P. 343–374.
References
1. Warheit D.B. Toxicol. Lett., 2013, 220, No 2: 193–204.
2. Giovanni M., Tay C.Y., Setyawati M. I., Xie J., Ong C.N., Fan R., Yue J., Zhang L., Leong D.T. Environ.
Toxicol., 2014, doi: 10.1002/tox.22015.
3. Oberdörster G., Sharp Z., Atudorei V., Elder A., Gelein R., Kreyling W., Cox C. Inhal. Toxicol., 2004, 16,
No 6–7: 437–445.
4. Wang J., Chen C., Liu Y., Jiao F., Li W., Lao F., Li Y., Li B., Ge C., Zhou G., Gao Y., Zhao Y., Chai Z.
Toxicol. Lett., 2008, 183, No 1–3: 72–80.
5. Мeldrum B. S. J. Nutr., 2000, 130, No 4: 1007S–1015S.
6. Okubo Y., Sekiya H., Namiki S. Proc. Nat. Acad. Sci., 2010, 107, No 14, doi: 10.1073/pnas.0913154107.
7. Shi H., Magaye R., Castranova V., Zhao J. Part. Fibre Toxicol., 2013, 10, No 15, doi: 10.1186/1743-8977-
10-15.
8. Cho W., Kang B., Lee J. K., Jeong J., Che J. H., Seok S.H. Toxicol., 2013, 10, No 9: 2–9.
9. Burdyga Th.V., Kosterin S.A. Gen. Physiol. Biophys., 1991, 10: 589–598.
10. Nasibian L. S., Filippov I. B. Fiziol. Zh., 2014, 60, No 5: 62–72 (in Ukrainian).
11. Ward S.M., McLaren G. J., Sanders K.M. J. Physiol., 2006, 573, No 1: 147–159.
12. Horowitz B.M., Ward S.M., Sanders K.M. Annu. Rev. Physiol., 1999, 61: 19–43.
13. Ehlert F. J., Pak K. J., Griffin M.T. Handb. Exp. Pharmacol., 2012, 208: 343–374.
Надiйшло до редакцiї 14.05.2015Iнститут високих технологiй
Київського нацiонального унiверситету
iм. Тараса Шевченка
92 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №10
О.В. Цимбалюк, А.М. Науменко, А.Ю. Нипорко, Т.Л. Давидовская,
В.А. Скрышевский
Возбуждение–торможение гладких мышц желудка при
взаимодействии с наноразмерным материалом диоксида титана
Институт высоких технологий Киевского национального университета им. Тараса
Шевченко
Исследованы эффекты наночастиц TiO2 (средний размер (21±5) нм) на процессы возбужде-
ния–торможения в кольцевых гладких мышцах желудка крысы. Кумулятивное увеличе-
ние концентрации TiO2 (10−6–10−3 мг/мл) сопровождалось дозозависимым ингибированием
спонтанных сокращений. Наночастицы TiO2 в концентрациях 10−3, 2.5·10−2 и 5·10−2 мг/мл
вызывали увеличение ацетилхолин- и K+-индуцированных сокращений. Активация наноча-
стицами TiO2 ацетилхолининдуцированных сокращений устранялась в присутствии D-600,
и наоборот, наличие атропина не влияло на TiO2-вызванную стимуляцию K+-индуциро-
ванных сокращений. Наночастицы не влияли на сокращения, вызванные выходом Ca2+ из
саркоплазматического ретикулума, но их эффекты исчезали в присутствии ингибитора
дыхательной цепи митохондрий азида натрия.
Ключевые слова: наночастицы TiO2, гладкие мышцы желудка, спонтанные и индуциро-
ванные сокращения.
О. V. Tsymbalyuk, А. М. Naumenko, A.Yu. Nyporko, Т. L. Davidovska,
V.A. Skryshevsky
Excitation-inhibition of stomach smooth muscles by the nano-sized
titanium dioxide materials
Institute of High Technology, Taras Shevchenko National University of Kiev
The aim of our work consisted in the investigation of the effects of TiO2 nanoparticles (average
size of 21 ± 5 nm) on the contractile activity of circular smooth muscles from rat’s stomach.
The cumulative increase in the concentration of TiO2 (10−6–10−3 mg/ml) is accompanied by a
dose-dependent inhibition of spontaneous contractions. When using TiO2 concentrations 10−3,
2.5 ·10−2, and 5 ·10−2 mg/ml, the significant increase, of acetylcholine- and K+-induced contracti-
ons are observed. The activation of acetylcholine-induced contractions is essentially inhibited by
D-600. Vice versa, the atropine presence didn’t eliminate the TiO2-stimulated activation of high-
K+-induced contractions. Nanoparticles didn’t affect the contractions caused by the release of Ca2+
from sarcoplasmic reticulum, but their effects are essentially eliminated via the previous inhibition
of the mitochondria function by sodium azide.
Keywords: TiO2 nanoparticles, gastric smooth muscles, spontaneous and induced contractions.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2015, №10 93
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-97743 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-01T10:39:42Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Цимбалюк, О.В. Науменко, А.М. Нипорко, О.Ю. Давидовська, Т.Л. Скришевський, В.А. 2016-04-01T13:46:05Z 2016-04-01T13:46:05Z 2015 Збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду титану / О.В. Цимбалюк, А.М. Науменко, О.Ю. Нипорко, Т.Л. Давидовська, В.А. Скришевський // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2015. — № 10. — С. 85-93. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97743 577.3 Дослiджено дiю наночастинок TiO₂ (середнiй розмiр (21±5) нм) на процеси збудженнягальмування в кiльцевих гладеньких м’язах шлунка щура. Кумулятивне збiльшення концентрацiї TiO₂ (10⁻⁶–10⁻³ мг/мл) супроводжувалося дозозалежним iнгiбуванням спонтанних скорочень. Наночастинки TiO₂ у концентрацiях 10⁻³, 2,5 · 10⁻² i 5 · 10⁻² мг/мл викликали збiльшення ацетилхолiн- й K⁺-iндукованих скорочень. Активацiя наночастинками TiO₂ ацетилхолiнiндукованих скорочень усувалась у присутностi D-600, i нав паки, наявнiсть атропiну не впливала на TiO₂-викликану стимуляцiю K⁺-iндукованих скорочень. Наночастинки не впливали на скорочення, викликанi виходом Ca²⁺ з саркоплазматичного ретикулума, але їх ефекти зникали в присутностi iнгiбiтора дихального ланцюга мiтохондрiй азиду натрiю. Исследованы эффекты наночастиц TiO₂ (средний размер (21±5) нм) на процессы возбужде- ния–торможения в кольцевых гладких мышцах желудка крысы. Кумулятивное увеличе- ние концентрации TiO₂ (10⁻⁶–10⁻³ мг/мл) сопровождалось дозозависимым ингибированием спонтанных сокращений. Наночастицы TiO₂ в концентрациях 10⁻³, 2,5 · 10⁻² и 5 · 10⁻² мг/мл вызывали увеличение ацетилхолин- и K⁺-индуцированных сокращений. Активация наноча- стицами TiO₂ ацетилхолининдуцированных сокращений устранялась в присутствии D-600, и наоборот, наличие атропина не влияло на TiO₂-вызванную стимуляцию K⁺-индуциро- ванных сокращений. Наночастицы не влияли на сокращения, вызванные выходом Ca²⁺ из саркоплазматического ретикулума, но их эффекты исчезали в присутствии ингибитора дыхательной цепи митохондрий азида натрия. The aim of our work consisted in the investigation of the effects of TiO₂ nanoparticles (average size of 21 ± 5 nm) on the contractile activity of circular smooth muscles from rat’s stomach. The cumulative increase in the concentration of TiO₂ (10⁻⁶–10⁻³ mg/ml) is accompanied by a dose-dependent inhibition of spontaneous contractions. When using TiO₂ concentrations 10⁻³, 2,5 · 10⁻², and 5 · 10⁻² mg/ml, the significant increase, of acetylcholine- and K⁺-induced contractions are observed. The activation of acetylcholine-induced contractions is essentially inhibited by D-600. Vice versa, the atropine presence didn’t eliminate the TiO₂-stimulated activation of high- K⁺-induced contractions. Nanoparticles didn’t affect the contractions caused by the release of Ca²⁺ from sarcoplasmic reticulum, but their effects are essentially eliminated via the previous inhibition of the mitochondria function by sodium azide. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Біофізика Збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду титану Возбуждение–торможение гладких мышц желудка при взаимодействии с наноразмерным материалом диоксида титана Excitation-inhibition of stomach smooth muscles by the nano-sized titanium dioxide materials Article published earlier |
| spellingShingle | Збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду титану Цимбалюк, О.В. Науменко, А.М. Нипорко, О.Ю. Давидовська, Т.Л. Скришевський, В.А. Біофізика |
| title | Збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду титану |
| title_alt | Возбуждение–торможение гладких мышц желудка при взаимодействии с наноразмерным материалом диоксида титана Excitation-inhibition of stomach smooth muscles by the nano-sized titanium dioxide materials |
| title_full | Збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду титану |
| title_fullStr | Збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду титану |
| title_full_unstemmed | Збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду титану |
| title_short | Збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду титану |
| title_sort | збудження–гальмування гладеньких м’язiв шлунка при взаємодiї з нанорозмiрним матерiалом дiоксиду титану |
| topic | Біофізика |
| topic_facet | Біофізика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97743 |
| work_keys_str_mv | AT cimbalûkov zbudžennâgalʹmuvannâgladenʹkihmâzivšlunkaprivzaêmodiíznanorozmirnimmaterialomdioksidutitanu AT naumenkoam zbudžennâgalʹmuvannâgladenʹkihmâzivšlunkaprivzaêmodiíznanorozmirnimmaterialomdioksidutitanu AT niporkooû zbudžennâgalʹmuvannâgladenʹkihmâzivšlunkaprivzaêmodiíznanorozmirnimmaterialomdioksidutitanu AT davidovsʹkatl zbudžennâgalʹmuvannâgladenʹkihmâzivšlunkaprivzaêmodiíznanorozmirnimmaterialomdioksidutitanu AT skriševsʹkiiva zbudžennâgalʹmuvannâgladenʹkihmâzivšlunkaprivzaêmodiíznanorozmirnimmaterialomdioksidutitanu AT cimbalûkov vozbuždenietormoženiegladkihmyšcželudkaprivzaimodeistviisnanorazmernymmaterialomdioksidatitana AT naumenkoam vozbuždenietormoženiegladkihmyšcželudkaprivzaimodeistviisnanorazmernymmaterialomdioksidatitana AT niporkooû vozbuždenietormoženiegladkihmyšcželudkaprivzaimodeistviisnanorazmernymmaterialomdioksidatitana AT davidovsʹkatl vozbuždenietormoženiegladkihmyšcželudkaprivzaimodeistviisnanorazmernymmaterialomdioksidatitana AT skriševsʹkiiva vozbuždenietormoženiegladkihmyšcželudkaprivzaimodeistviisnanorazmernymmaterialomdioksidatitana AT cimbalûkov excitationinhibitionofstomachsmoothmusclesbythenanosizedtitaniumdioxidematerials AT naumenkoam excitationinhibitionofstomachsmoothmusclesbythenanosizedtitaniumdioxidematerials AT niporkooû excitationinhibitionofstomachsmoothmusclesbythenanosizedtitaniumdioxidematerials AT davidovsʹkatl excitationinhibitionofstomachsmoothmusclesbythenanosizedtitaniumdioxidematerials AT skriševsʹkiiva excitationinhibitionofstomachsmoothmusclesbythenanosizedtitaniumdioxidematerials |