ПАРЦІАЛЬНИЙ ТИСК ГАЗІВ ТА РІВЕНЬ ЛАКТАТУ В КРОВІ ЩУРІВ З ЧУТЛИВИМИ ТА РЕЗИСТЕНТНИМИ ДО ЦИТОСТАТИКІВ ЗЛОЯКІСНИМИ ПУХЛИНАМИ

DOI: 10.32471/oncology.2663-7928.t-23-3-2021-g.9710

Процес біологічного окислення, у результаті якого відбувається вивільнення енергії хімічних сполук шляхом донорно-акцепторних взаємодій, є одним із важливих елементів енергетичного забезпечення клітин, включаючи пухлинні, і організму в цілому. Донорами електронів слугує велика кількість сполук, а в ролі акцептора електронів виступають, як правило, молекули вільного кисню. Кисневий гомео­стаз забезпечує підтримання на заданому рівні усіх показників життєздатності організму.

Відомо, що у збереженні кисневого гомеостазу беруть участь усі функціональні системи організму, які забезпечують підтримання парціального тиску кисню (рО₂) в клітинах та тканинах на необхідному рівні. Величина рО₂ в середовищі, яке оточує клітину, є однією з найважливіших характеристик та визначає тканинну оксигенацію.

Оксигенація пухлин та ураженого злоякісним процесом організму досліджена недостатньо. Оскільки для вивчення оксигенації в різних системах застосовують різні методи, співставлення та інтерпретація отриманих результатів має бути дуже обережною. Крім того, з оксигенацією пухлини та організму пов’язаний рівень лактату як у пухлині, так і в крові. рО₂ та рівень лактату є дуже важливими (інформативними) показниками стану організму. Слід зазначити, що зниження рО₂ викликає зниження активності «дихальних» ферментів та дегідрогеназ циклу Кребса [1–3].

Пухлинний процес призводить до гіпоксії організму. У свою чергу, гіпоксія впливає на ключові ланки прогресії злоякісного процесу: проліферацію, інвазію та метастазування [4, 5]. Реалізація цього впливу здійснюється за участю родини гіпоксія-індуцибельних факторів (Hypoxia-Inducible Factor — HIF) [6]. Крім того, знижений парціальний тиск О₂ у пухлині та в організмі є вагомим чинником резистентності злоякісних клітин до радіо- та медикаментозної терапії [5, 7, 8]. Також є дані щодо впливу рівня рО₂ на процеси епітеліально-мезенхімального переходу в нормальних та злоякісно трансформованих клітинах [9].

Тому в даній роботі ми дослідили показники парціального тиску газів, у першу чергу рО₂, та рівня лактату в суцільній крові щурів з чутливими та резистентними до цитостатиків злоякісними пухлинами.

ОБ’ЄКТ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

Дослідження було проведено на щурах-самицях лінії Wistar масою 230–250 г розведення віварію Інституту експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р.Є. Кавецького Національної академії наук України. Утримання тварин і роботу з ними здійснювали відповідно до загальноприйнятих міжнародних правил проведення досліджень на експериментальних тваринах.

У якості моделей пухлинного росту було використано карциному Герена та карциносаркому Уокер-256 (Walker-256). Для обох модельних пухлин характерна наявність двох штамів, що відрізняються за чутливістю до цитостатиків. Для карциноми Герена в якості цитостатика використаний цисплатин, для карциносаркоми Walker-256 — доксорубіцин. Пухлинні клітини обох штамів одержували з Банку клітинних ліній з тканин людини та тварин Інституту експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р.Є. Кавецького Національної академії наук України.

Щурам перещеплювали під шкіру спини клітини карциноми Герена (чутливої та резистентної до цис­платину) або карциносаркоми Walker-256 (чутливої та резистентної до доксорубіцину) по 0,4 мл 23,0% суспензії пухлинної тканини в середовищі 199. Гальмування росту цисплатином чутливої карциноми Герена становило 92,0–94,0%, резистентної — 0,0–3,0%. Гальмування росту доксорубіцином чутливої карциносаркоми Walker-256 становило 72,0–77,0%, резистентної — 3,0–5,0%.

У межах досліджень кожної з модельних пухлин (карциноми Герена та карциносаркоми Walker-256) тварин розділяли на три експериментальні групи: інтактні щурі (n=10), щурі з чутливою пухлиною (n=10), щурі з резистентною пухлиною (n=10). В експоненційній фазі росту (9-та доба після перещеплення карциносаркоми Walker-256 та 13-та доба після перещеплення карциноми Герена) у суцільній крові визначали показники рН, рО₂, рСО₂ та рівень лактату. Їх визначення проводили за допомогою газоаналізатора крові ABL800FLEX («Radiometer», Данія) згідно з інструкцією з використання приладу.

Статистичну обробку даних проводили за допомогою стандартних методик. Для визначення достовірності результатів використовували коефіцієнт Ст’юдента t.

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

У ході проведених досліджень встановлено, що у тварин з резистентними до хіміотерапії пухлинами рН крові не відрізнявся від такого показника у щурів з чутливою пухлиною та інтактних щурів. Також не зафіксовано відмінностей між експериментальними групами стосовно показника рСО₂. Проте парціальний тиск кисню (рО₂) у периферичній крові тварин з резистентними до цитостатиків пухлинами був статистично достовірно нижчим (p <0,05), ніж у щурів з чутливими пухлинами. Так, у щурів з резистентною до цисплатину карциномою Герена показник рО₂ був нижчим на 13,0% (табл. 1), а у тварин з резистентною до доксорубіцину карциносаркомою Walker-256 — на 14,0% (табл. 2), при порівнянні з відповідними показниками в чутливих новоутвореннях. Рівень лактату в периферичній крові тварин з пухлинами незалежно від їх чутливості до цитостатика був достовірно вищим порівняно з показниками інтактних щурів.

Примітки: *р <0,05 порівняно з показниками інтактних тварин; **р <0,05 порівняно з показниками щурів з чутливою пухлиною та інтактними тваринами.

Примітки: *р <0,05 порівняно з показниками інтактних тварин; **р <0,05 порівняно з показниками щурів з чутливою пухлиною та інтактними тваринами.

Відомо, що рО₂ — це парціальний тиск кисню у газовій фазі, яка знаходиться у рівновазі з кров’ю та головним чином відображає поглинання кисню в легенях. рО₂ відображає лише невелику частину (1,0–2,0%) всього кисню крові, який розчинений у плазмі. Значно більша кількість кисню (98,0–99,0%) зв’язана з гемоглобіном в еритроцитах. Тобто рО₂ є головним параметром для оцінки адекватності оксигенації крові. Яким би не був механізм гіпоксії, у складних ситуаціях вона може призвести до аноксії (повного порушення доставки кисню).

Лактат — аніон молочної кислоти, внутрішньоклітинного продукту метаболізму глюкози. Відомо, що перетворення глюкози на піруват відбувається шляхом 13 послідовних ферментативних реакцій (процес гліколізу). При нормальній оксигенації клітин піруват дифундує в мітохондрії і метаболізується в циклі лимонної кислоти та окисного фосфорилювання до СО₂ та Н₂О. При цьому одночасно відбувається синтез аденозинтрифосфату, головного джерела енергії в організмі. Рівень лактату відображає рівновагу між швидкістю надходження лактату в кров з еритроцитів та інших клітин і швидкістю видалення лактату з крові. Тобто лактат слугує маркером дисбалансу між потребою клітин (тканин) у кисні та його доставкою. Підвищення рівня лактату в суцільній крові є раннім чутливим індикатором порушення оксигенації клітин.

Продемонстровані в наших дослідженнях суттєві відмінності показників парціального тиску кисню та рівнів лактату в периферичній крові між тваринами з чутливими та резистентними до хіміотерапії пухлинами, можливо, є наслідком вищої злоякісності нечутливих до медикаментозної терапії новоутворень у порівнянні з чутливими. Вищевикладене вказує на те, що рівні рО₂ та лактату в периферичній крові є важливими загальними прогностичними показниками оксигенації та стану організму і за умови розвитку злоякісного процесу.

ВИСНОВКИ

1. Показники рН крові та парціального тиску СО₂ у тварин з резистентними до цитостатиків пухлинами не відрізнялися від таких у щурів з чутливими пухлинами та інтактних тварин.

2. Встановлено, що у щурів з резистентними до цитостатиків пухлинами парціальний тиск кисню у крові достовірно нижчий, ніж у щурів з чутливими пухлинами та інтактних тварин.

3. Виявлено, що рівень лактату в суцільній крові тварин з резистентними новоутвореннями достовірно вищий за показники інтактних щурів.

4. Різниця в досліджуваних показниках (рО₂ та рівень лактату) між тваринами з чутливими та резистентними до хіміотерапії пухлинами вірогідно зумовлена більшою злоякісністю нечутливих до медикаментозної терапії новоутворень у порівнянні з чутливими.

5. Встановлено, що резистентні до медикаментозної терапії пухлини зумовлюють більш негативний вплив на оксигенацію організму, ніж чутливі.

Робота виконувалася в рамках НДР «Молекулярно-біологічні фактори гетерогенності злоякісних клітин та варіабельність клінічного перебігу гормонозалежних пухлин» (0117U002034) за фінансової підтримки Цільової програми наукових досліджень Відділення біохімії, фізіології і молекулярної біології Національної академії наук України «Молекулярно-генетичні і біохімічні механізми регуляції клітинних та системних взаємодій за фізіологічних та патологічних станів» (2017–2021).

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Lundholm K, Sylund A, Holm G. Skeletal muscle metabolism in patients with malignant tumor. Eur J Cancer 1976; 12 (6): 465–73.
2. Waterhouse C. Lactate metabolism in patients with cancer. Cancer 1974; 33 (1): 66–71.
3. Weber G, Kizaki H, Shiotani T. Biochemical strategy of hepatomas. J Toxicol Environ Health 1979; 5 (2–3): 371–86.
4. Rundqvist H, Johnson RS. Tumour oxygenation: implications for breast cancer prognosis. J Intern Med 2013; 274: 105–11.
5. Muz B, de la Puente P, Azab F. The role of hypoxia in cancer progression, angiogenesis, metastasis, and resistance to therapy. Hypoxia 2015; 3: 83–92.
6. Bertout JA, Patel SA, Simon MS. The impact of O2 availability on human cancer. Nat Rev Cancer 2008; 8 (12): 467–75.
7. Sorensen BS, Horsman MR. Tumor hypoxia: impact on radiation therapy and molecular pathways. Front Oncol 2020; 10: 562. doi:10.3389/2020.00562.
8. Cao X, Allu RS, Jiang S, et al. Tissue pO2 distributions in xenograft tumors dynamically imaged by Cherenkov-excited phosphorescence during fractionated radiation therapy. Nature Com 2020; 11: 573. doi.org/10.1038/s41467–020–14415–9.
9. Barcellos-Hoff MH, Nguyen DH. Radiation canrcinogenesis in context: how do irradiated tissues become tumors? Health Phys 2009; 97 (5): 446–57. doi:10.1097/HP.0b.013e3181b08a10.

Адреса для листування:
Тодор І.М.
Інститут експериментальної патології, онкології і радіобіології
iм. Р.Є. Кавецького НАН України
03022, Київ, вул. Васильківська, 45
E-mail: igor_todor@ukr.net

Одержано: 29.09.2021