References

microcirculation

Регионарное кровообращение и микроциркуляция

Regional blood circulation and microcirculation

1682-66552712-9756

Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University

10.24884/1682-6655-2013-12-2-64-73

microcirculation-801

Research Article

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS

Возможности создания экспериментальной модели для изучения влияния табакокурения на β-адренорецепторы и М-холинорецепторы сосудов и бронхов

The possibility of creating an experimental model to study the effects of smoking on the β1-, β2-adrenergic receptors, M-cholinergic receptors of blood vessels and bronchi

Сафьянова

Н. В.

Safyanova

N. V.

nsafyanova@yandex.ru

Чухловин

А. Б.

Chukhlovin

A. B.

alexei.chukh@mail.ru

Шапорова

Н. Л.

Shaporova

N. L.

shapnl@mail.ru

Звартау

Э. Э.

Zvartau

E. E.

zvartau@spb-gmu.ru

Драволина

О. А.

Dravolina

O. A.

olga.dravolina@gmail.com

Кашкин

В. А.

Kashkin

V. A.

kashkinv@gmail.com

Камаев

А. В.

Kamaev

A. B.

andykkam@yandex.ru

Ситникова

М. Ю.

Sitnikova

M. U.

drsitnikova@mail.ru

Федотов

П. А.

Fedotov

P. A.

drheart@mail.ru

Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. ПавловаРоссияSt.-Petersburg State Medical University named after I. P. PavlovRussian Federation

Федеральный центр сердца, крови и эндокринологии им. акад. В. А. АлмазоваРоссияV. A. Almazov Federal Heart, Blood and Endocrinology CentreRussian Federation

2013

30062013

1226473

2013

Сафьянова Н.В., Чухловин А.Б., Шапорова Н.Л., Звартау Э.Э., Драволина О.А., Кашкин В.А., Камаев А.В., Ситникова М.Ю., Федотов П.А.

Safyanova N.V., Chukhlovin A.B., Shaporova N.L., Zvartau E.E., Dravolina O.A., Kashkin V.A., Kamaev A.B., Sitnikova M.U., Fedotov P.A.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.microcirc.ru/jour/article/view/801

Обзор посвящен проблемам выбора оптимальной экспериментальной модели хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) на животных для дальнейшего изучения влияния табакокурения и хронического воспаления на β1-, β2-адренорецепторы, М-холинорецепторы, экспрессию мРНК β2-адренорецепторов и оценке их чувствительности к лекарственному воздействию. Практическая значимость планируемой работы заключается в доклинической апробации альтернативных схем терапии, требующих длительного применения β2-агонистов и кардиоселективных β1-адреноблокаторов, в экспериментальной модели ХОБЛ на животных перед их клиническим внедрением в практику ведения пациентов с сочетанной кардиопульмональной патологией, которым показан прием как селективных β2-агонистов, так и кардиоселективных β1-адреноблокаторов.

The purpose of this review is to choose the best experimental animal model of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) in order to investigate the effects of smoking and chronic inflammation on the β-adrenergic receptors, M-cholinergic receptors, the mRNA expression of β2-adrenergic receptors and their sensitivity to the drug effects. The practical significance of the proposed work is in preclinical testing of alternative regimens, requiring prolonged use of β2-agonists and cardio selective β1-blockers, in an experimental animal model of COPD before clinical application of the management of patients with concomitant cardiopulmonary pathology, which is shown receiving a selective β2-agonists and cardioselective β1-blockers.

экспериментальное моделированиетабакокурениесердечно-сосудистые заболеванияхроническая обструктивная болезнь легкихbeta1-адренорецепторыbeta2-адренорецепторыМ-холинорецепторыexperimental animal modelsmokingcardiovascular diseasechronic obstructive pulmonary diseasebeta1-adrenergic receptorsbeta2-adrenergic receptorsM-cholinergic receptors

References1

Бродская Т. А. и др. Экспериментальное моделирование хронической обструктивной болезни легких с табакокурением и проявления сосудистой дисфункции // Бюллетень с РАМН. 2009. № 1 (135). С. 60-65.

ГОСТИСО 3308-2003. Машина обычная лабораторная для прокуривания сигарет (курительная машина). Определения и стандартные условия. 01.01.2005.

Данилов Л. Н. и др. Способ моделирования ХОБЛ: патент от 25.03.08. Заяв. 2008111053/14МПК G09B23/28 (2006.01).

Жила О. В. и др. Эндотелиальная дисфункция в патогенезе хронической обструктивной болезни легких на фоне курения и отказа от него // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2012. № 1 (41). С. 15-20.

Золотницкая В. П. и др. Определение нарушений кровообращения в легких у крыс при моделировании хронической обструктивной болезни // Росс. физиолог. журн. им. И. М. Сеченова. 2012. Т. 98. № 2. С. 242-249.

Зыков К. А., Агапова О. Ю. Ингаляционные бета-агонисты и М-холинолитики при бронхиальной астме с позиций рецепторных взаимодействий // Трудный пациент. 2011. № 11. С. 16-20.

Кузубова Н. А. Патофизиологические механизмы формирования ХОБЛ: клинико-эксперимент. исслед.: автореф. дисс. д-ра мед. наук. 2009.

Масленникова Г. Я., Оганов Р. Г. Влияние курения на здоровье населения: место России в Европе // Профилактика заболеваний и укрепление здоровья. 2002. № 6. С. 17-20.

Монгирдиене А., Виежелиене Д., Куршветене Л. Воздействие никотина и смол, находящихся в табачном дыме, на процесс атерогенеза // Кардиология. 2012. № 9. С. 87-93.

Морозова Т. Е., Вартанова О. А., Михайлова Н. В. Дисфункция эндотелия при ишемической болезни сердца и возможности ее фармакологической коррекции // Клин. фармакол. и терапия. 2009. Т. 18. № 3. С. 45-49.

Петрищев Н. Н., Васина Л. В., Власов Т. Д., Гавришева Н. А., Меншутина М. А. Типовые формы дисфункции эндотелия // Клинико-лабораторный консилиум. 2007. № 18. С. 31-36.

Петров В. И., Гаевый М. Д., Гаевая Л. М. Фармакология: учеб. для вузов. 2008.

Татарский А. Р. И др. Хроническая обструктивная болезнь легких // Consilium Medicum. 2004. Т. 6. № 4.

Торшин В. А. Клинически значимые дисгемоглобины. Карбоксигемоглобин // Лаборатория. 2007. № 1. С. 17-18.

Aoshiba K., Yokohori N., Nagai A. Alveolar wall apoptosis causes lung destruction and emphysematous changes // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 2003. № 28. Р. 555-562.

Braber S. et al. Cigarette smoke-induced lung emphysema in mice is associated with prolyl endopeptidase, an enzyme involved in collagen breakdown // Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2011. № 300. Р. 255-265.

Bracke K. R. Role of proteases chemokine receptors in a murine model of chronic obstructive pulmonary disease // Thesis submitted to fulfill the requirements for the degree of « Doctor in Medical Sciences». 2007.

Brusselle G. G. et al. Murine models of COPD // Pulmonary Pharmacology & Therapeutics. 2006. № 19. Р 155-165.

Cahn Z., Siegel M. Electronic cigarettes as a harm reduction strategy for tobacco control: a step forward or a repeat of past mistakes? // J. Public Health Policy. 2011. № 32. Р. 16-31.

Canning B. J. Modeling asthma and COPD in animals: a pointless exercise? // Curr. Opin. Pharmacol. 2003. № 3. Р. 244-250.

Cavarra E. et al. Effects of cigarette smoke in mice with different levels of a1-proteinase inhibitor and sensitivity to oxidants // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2001. № 164. Р. 886-890.

Chen L. et al. Toll-like receptor 4 relates to lipopolysaccharide-induced mucus hypersecretion in rat airway // Arch. Med. Res. 2009. № 40. Р. 10-17.

Churg A. et al. Acute cigarette smoke-induced connective tissue breakdown requires both neutrophils and macrophage metalloelastase in mice // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 2002. № 27. Р. 368-374.

Churg A. et al. Effect of an MMP-9/MMP-12 inhibitor on smoke-induced emphysema and airway remodelling in guinea pigs // Thorax. 2007. № 62. Р. 706-713.

Churg A. et al. Cigarette smoke drives small airway remodeling by induction of growth factors in the airway wall // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2006. № 174. Р. 1327-1334.

Churg A., Cosio M., Wright J. L. Mechanisms of cigarette smoke-induced COPD: insights from animal models // Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2008. № 294. Р. 612-631.

Coggins C. R. A review of chronic inhalation studies with mainstream cigarette smoke in rats and mice // Toxicol. Pathol. 1998. № 26. Р. 307-314.

D'Armiento J. et al. Collagenase expression in the lungs of transgenic mice causes pulmonary emphysema // Cell. 1992. № 71. Р. 955-961.

Das R. M. The Effects of Intermittent Starvation on Lung Development in Suckling Rats //Am. J. Pathol. 1984. № 117 (2). Р. 326-332.

Edwards R. The problem of tobacco smoking // BMJ. 2004. № 328. Р. 217-219.

Finlay G. A. et al. Matrix metalloproteinase expression and production by alveolar macrophages in emphysema // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1997. № 156. Р. 240-247.

Foronjy R. F. et al. Superoxide dismutase expression attenuates cigarette smoke- or elastase-generated emphysema in mice // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2006. № 173. Р. 623-631.

Fukuda Y. et al. Matrix metalloproteinases and tissue inhibitor of metalloproteinase-2 in fetal rabbit lung // Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2000. № 279. Р. 555-561.

Goldklang M. P., Marks S. M., D'Armiento J. M. Second hand smoke and COPD: lessons from animal studies // Front. Physiol. 2013.

Golovatch P. et al. Role for cathepsin K in emphysema in smoke-exposed guinea pigs // Exp. Lung Res. 2009. № 35. Р. 631-645.

Groneberg D. A., Chung K. F. Models of chronic obstructive pulmonary disease // Respir Res. 2004. № 5. Р. 18.

Gross P. et al. Experimental emphysema: its production in normal and silicotic rats // Arch. Environ. Health. 1965. № 11. Р. 50-58.

Guerassimov A. et al. The development of emphysema in cigarette smoke-exposed mice is strain dependent // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2004. № 170. Р. 974-980.

Halbert R. J. et al. Global burden of COPD: systematic review and meta-analysis // Eur. Respir. J. 2006. № 28. Р. 523-532.

Harris J. E. Cigarette Smoke Components and Disease: Cigarette Smoke Is More Thana Triad of Tar, Nicotine, and Carbon Monoxide // Smoking and Tobacco Control Monograph. № 7. Chapter 5. 1996.

Hautamaki R. D. et al. Requirementfor macrophage elastase for cigarette smoke-induced emphysema in mice // Science. 1997. № 277. Р. 2002-2004.

He J. et al. Passive smoking and the risk of coronary heart disease - a meta-analysis of epidemiologic studies // N. Engl. J. Med. 1999. № 340. Р. 920-926.

Houghton A. M. et al. Elastin fragments drive disease progression in a murine model of emphysema // J. Clin. Invest. 2006. № 116. Р. 753-759.

Hurd S. S. et al. Global Strategy for Diagnosis, Management, and Prevention of COPD // Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD). 2011.

Imai K. et al. Human collagenase (matrix metalloproteinase-1) expression in the lungs of patients with emphysema // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2001. № 163. Р. 786-791.

Joos G. F. Cigarette smoke in mice, rats and guinea-pigs: value to the study of pathogenic factors involved in COPD // Experimental Models for COPD and Asthma. 15 ERC. Copenhagen. 2005. Р. 9-38.

Kasahara Y. et al. Inhibition of VEGF receptors causes lung cell apoptosis and emphysema // J. Clin. Invest. 2000. № 106. Р. 1311-1319.

Kenfield S. A. Smoking and smoking cessation in relation to mortality in women // JAMA. 2008. № 299. Р 2037-2047.

Khan M. A. et al. Kinetics of in vitro bronchoconstriction in an elastolytic mouse model of emphysema // Eur. Respir. J. 2007. № 30. Р. 691-700.

Laurell C. B., Eriksson S. The electrophoretic a1-globulinpattern of serum in a1-antitrypsin deficiency // Scand. J. Clin. Lab. 1963. № 15. Р. 132-140.

Law M. R. et al. Environmental tobacco smoke exposure and ischaemic heart disease: an evaluation of the evidence // BMJ. 1997. № 315. P. 973-980.

Lawrence M. All You Really Need to Know to Interpret Arterial Blood Gases. 2nd ed. Lippincott: Williams&Wilkins, 1999. P. 91-92.

Lee E. J. et al. Proteomic analysis in lung tissue of smokers and COPD patients // Chest. 2009. № 135. Р. 344-352.

Lipworth B. J., Williamson PA. Think the impossible: beta-blockers for treating asthma // Clinical Science. 2010. № 118. Р. 115-120.

Lucey E. C. et al. Remodeling of alveolar walls after elastase treatment of hamsters. Results of elastin and collagen mRNA in situ hybridization // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1998. № 158. Р. 555-564.

Marwick J. A. et al. Cigarette smoke disrupts the VEGF165-VEGFR2 receptor signaling complex in rat lungs and patients with COPD: morphological impact of VEGFR2 inhibition // Am. J. Physiol. Lung. Cell Mol. Physiol. 2006. № 290. Р. 897-908.

Massaro D., Massaro G. D. Developmental alveologenesis: longer, differential regulation and perhaps more danger // Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2007. № 293. Р. 568-569.

Mauderly J. L. et al. Comparison of 3 methods of exposing rats to cigarette smoke // Exp. Pathol. 1989. № 37. Р. 194-197.

McNeill A. Tobacco use and effects on health. Ch. 1 // Tobacco or health in the European Union. 2004. Р. 25-68.

Mercer B. A. et al. Extracellular regulated kinase/mitogen activated protein kinase is up-regulated in pulmonary emphysema and mediates matrix metalloproteinase-1 induction by cigarette smoke // J. Biol. Chem. 2004. № 279. Р. 17690-17696.

Meshi B. et al. Emphysematous lung destruction by cigarette smoke: the effects of latent adenoviral infection on the lung inflammatory response // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2002. № 26. Р. 52-57.

Nagai H. et al. Participation of collagenase and elastase in LPS-induced airway hyperresponsiveness in guinea pigs // Inflammation. 1991. № 15. P. 317-330.

Neas L. M. et al. Association of indoor nitrogen dioxide with respiratory symptoms and pulmonary function in children // Am. J. Epidemiol. 1991. № 134. P 204-219.

Ohnishi K. et al. Matrix metalloproteinase-mediated extracellular matrix protein degradation in human pulmonary emphysema // Lab. Invest. 1998. № 78. P. 1077-1087.

Perk-Chairperson J. et al. European Guidelines on cardiovascular disease prevention in clinical practice (version 2012) // Eur. Heart Journal. 2012. № 33. Р. 1635-1701.

Peto R. et al. Mortality from smoking in developed countries 1950-2000. URL: www.deathsfromsmoking.net. 2006.

Roffel A. F. et al. Muscarinic M2-receptors in bovine tracheal smooth muscle: discrepancies between binding and function // Eur. J. Pharmacol. 1988. № 153. Р. 73-82.

Saetta M. Airway inflammation in chronic obstructive pulmonary disease // Am. J. Respir. Crit Care Med. 1999. № 160. Р. 17-20.

Sahebjami H., J. MacGee J. Changes in connective tissue composition of the lung in starvation and refeeding // Am. Rev. Respir. Dis. 1983. № 128. Р. 644-647.

Sahebjami H. Effects of postnatal starvation and refeeding on rat lungs during adulthood // Am. Rev. Respir. Dis. 1986. № 133. Р. 769-772.

Sahebjami H., Domino M. Effects of repeated cycles of starvation and refeeding on lungs of growing rats // J. Appl. Physiol. 1992. № 73. Р. 2349-2354.

Sahebjami H., MacGee J. Effects of starvation and refeeding on lung biochemistry in rats // Am. Rev. Respir. Dis. 1982. № 126. Р. 483-487.

Sahebjami H., Vassallo C. L. Effects of starvation and refeeding on lung mechanics and morphometry // Am. Rev. Respir. Dis. 1979. № 119. Р. 443-451.

Sahebjami H., Wirman J. A. Emphysema-like changes in the lungs of starved rats // Am. Rev. Respir. Dis. 1981. № 124. Р. 619-624.

Sahebjami H., Vassallo C. L., Wirman J. A. Lung mechanics and ultrastructure in prolonged starvation // Am. Rev. Respir. Dis. 1978. № 117. Р. 77-83.

Salpeter S. R. Cardiovascular safety of b-adrenoreceptor agonist use in patients with obstructive airway disease: a systematic review // Drugs Aging. 2004. № 21 (6). Р. 405-414.

Sauerbeck G. et al. Nitrogen dioxide and particle pollution near trunk roads and in towns of the south Midlands in England // J. R. Soc. Health. 2000. № 120. Р. 183-187.

Seagrave J. et al. Effects of cigarette smoke exposure and cessation on inflammatory cells and matrix metalloproteinase activity in mice // Exp. Lung Res. 2004. № 30. Р. 1-15.

Silverman E. K. Progress in chronic obstructive pulmonary disease genetics // Proc. Am. Thorac. Soc. 2006. № 3. Р. 405-408.

Spond J. et al. Inhibition of experimental acute pulmonary inflammation by pirfenidone // Pulm. Pharmacol. Ther. 2003. № 16. Р. 207-214.

Stang P. et al. The prevalence of COPD: using smoking rates to estimate disease frequency in the general population // Chest. 2000. № 117. Р. 354-359.

Steenland K. Risk assessment for heart disease and workplace ETS exposure among nonsmokers // Environ Health Perspect. 1999. № 107. Suppl. 6. Р. 859-863.

Taraseviciene-Stewart L. et al. An animal model of autoimmune emphysema // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2005. № 171. Р. 734-742.

Thiesse J. et al. Lung structure phenotype variation in inbred mouse strains revealed through in vivo micro-CT imaging // Journal of Applied Physiology. 2010. Vol. 109. № 6. Р. 1960-1968.

Toward T. J., Broadley K. J. Airway reactivity, inflammatory cell influx and nitric oxide in guinea-pig airways after lipopolysaccharide inhalation // Br. J. Pharmacol. 2000. № 131. Р. 271-281.

Valenca S. S. et al. Emphysema and metalloelastase expression in mouse lung induced by cigarette smoke // Toxicol. Pathol. 2004. № 32. Р. 351-356.

Vernooy J. H. et al. Intratracheal instillation of lipopolysaccharide in mice induces apoptosis in bronchial epithelial cells. No role for tumor necrosis factor-a and infiltrating neutrophils // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 2001. № 24. Р. 569-576.

Vernooy J. H. et al. Long-term intratracheal lipopolysaccharide exposure in mice results in chronic lung inflammation and persistent pathology // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 2002. № 26. Р. 152-159.

Vincent D. et al. Intratracheal E. coli lipopolysaccharide induces platelet-dependent bronchial hyper reactivity // J. Appl. Physiol. 1993. № 74. Р. 1027-1038.

Wagner U. et al. Analysis of airway secretions in a model of sulfur dioxide induced chronic obstructive pulmonary disease (COPD) // J. Occup. Med. Toxicol. 2006. Vol. 1:12. doi: 10.1186/1745-6673-1-12.

Wright J. L., Cosio M., Churg A. Animal models of chronic obstructive pulmonary disease // Am. J. Physiol. Lung. Cell. Mol. Physiol. 2008. № 295. Р. 1-15.

Wright J. L., Churg A. Cigarette smoke causes physiologic and morphologic changes of emphysema in the guinea pig // Am. Rev. Respir. Dis. 1990. № 142. Р. 1422-1428.

Wright J. L., Tai H., Churg A. Vasoactive mediators and pulmonary hypertension after cigarette smoke exposure in the guinea pig // J. Appl. Physiol. 2006. № 100. Р. 672-678.

Xu J., Zhao M., Liao S. Establishment and pathological study of models of chronic obstructive pulmonary disease by SO2 inhalation method // Chin. Med. J. (Engl). 2000. Vol. 113 (30). Р. 213-216.

Yao H. et al. Cigarette smoke-mediated inflammatory and oxidative responses are strain-dependent in mice // Am. J. Physiol. Lung. Cell Mol. Physiol. 2008. № 294. Р. 1174-1186.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.