Lipid peroxidation and the antioxidant system of the lungs during hyperbaric oxidation and its aftereffect: prospective study

OBJECTIVE. To study the state of lipid peroxidation (LP) and the antioxidant system in the lungs of a healthy organism with single and repeated use of HBO in the therapeutic regime and the dynamics of the detected changes in the posthyperoxic period.

MATERIALS AND METHODS. The experiments were conducted on a 100 mongrel white rats (males) weighing 180-220 g. Hyperbaric oxygenation (HBO) was performed in a therapeutic “soft” mode (2 ata, 50 min), 1 session per day. The studies were carried out immediately after the first and fifth sessions of HBO, as well as on the 5th day after a single application of HBO and on the 5th knock after the end of the five-day course of HBO. The content of extraerythrocytic hemoglobin (EEG), malondialdehyde (MDA), urea, uric acid (UC), activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase were studied in the lung tissue.

RESULTS. A five-day course of HBO does not lead to the accumulation of EEG in the lung tissue and causes an increase in the concentration of MDA in it only after the 5th session of HBO, whereas on the 5th day of the posthyperoxic period (PHP) it is within the normal range. Adapting to the selected HBO regimen, the lung tissue responds by increasing the activity of SOD and catalase, which normalize with an increase in the number of sessions to five. Unlike SOD, the increase in catalase activity on the 5th day of PHP depends on the number of HBO sessions. If the HBO-determined accumulation of urea by the lung tissue persists on the 5th day of the post-peroxic period, then the accumulation of UC is only with hyperoxic exposure.

DISCUSSION. The changes we have identified are a manifestation of the natural reaction of the LP and the antioxidant system of the lungs of a healthy organism to an over-saturation with oxygen carried out in a therapeutic “soft” mode of 2 ata, 50 min.

CONCLUSION. A five-day course of HBO in a therapeutic “soft” mode (2 ata, 50 min, 1 session per day) does not cause uncontrolled activation of POL and depletion of the antioxidant system in the lung tissue.

marine medicine, hyperoxia, lungs, adaptation, superoxide dismutase, catalase, urea, uric acid

1. Петриков С.С., Евсеев А.К., Левина О.А., Шабанов А.К., Кулабухов В.В., Кутровская Н.Ю., Боровкова Н.В., Клычникова Е.В., Горончаровская И.В., Тазина Е.В., Попугаев К.А., Косолапов Д.А., Слободенюк Д.С. Гипербарическая оксигенация в терапии пациентов с COVID-19 // Общая реаниматология. 2020. Т. 16, № 6. С. 4–18 [Petrikov S.S., Evseev A.K., Levina O.A., Shabanov A.K., Kulabukhov V.V., Kutrovskaya N.Yu., Borovkova V.N., Klychnikova E.V., Goroncharovskaya I.V., Tazina E.V., Popugaev K.A., Kosolapov D.A., Slobodeniuk D.S. Hyperbaric Oxygen Therapy in Patients with COVID-19. General Reanimatology. 2020, Vol. 16, № 6, pp. 4–18 (In Russ. and Engl.)]. doi:10.15360/1813-9779-2020-6-4-18.

2. Гринцова А.А., Ладария Е.Г., Боева И.А., Дмитриенко В.В., Денисенко А.Ф. Применение гипербарической оксигенации в комплексной терапии пациентов с профессиональным ХОЗЛ // Университетская клиника. 2015. Т. 11, № 2. С. 52–54 [Grintsova A.A., Ladaria E.G., Boeva I.A., Dmitrienko V.V., Denisenko A.F. The use of hyperbaric oxygenation in the complex therapy of patients with occupational chronic obstructive pulmonary diseases. Universitetskaya klinika. Donestk, 2015, Vol. 11, № 2, pp. 52–54 (in Russ.)].

3. Щуров А.Г. Применение гипербарической оксигенации для повышения работоспособности спортсменов // Теория и практика физической культуры. 2006. № 9. С. 28–29 [Shchurov A.G. The use of hyperbaric oxygenation to improve the performance of athletes. Theory and practice of physical culture, 2006, № 9, pp. 28–29 (in Russ.)].

4. Филипенков С.Н., Дедеш Л.М., Ёлкина Л.Г., Секунов Г.Г. Итоги, проблемы и перспективы применения ГБО в авиационной медицине для восстановления здоровья и реабилитации летного состава // Бюллетень гипербарической биологии и медицины. 2003. Т. 1, № 1–4. С.43–53 [Filipenkov S.N., Dedesh L.M., Elkina L.G., Sekunov G.G. Results, problems and prospects of the use of HBO in aviation medicine for the restoration of health and rehabilitation of flight personnel. Directory of hyperbaric biology and medicine, 2003, Vol. 11, № 1–4, pp. 43–53 (In Russ.)].

5. Поликарпочкин А.Н., Левшин И.В. Гипербарическая оксигенация при физической реабилитации и после перенесенной инфекции СОVID-19 // Актуальные проблемы физической и специальной подготовки силовых структур. 2021. № 1. С. 225–230. [Polikarpochkin A.N., Levshin I.V. Hyperbaric oxygenation during physical rehabilitation and after infection with COVID-19. Actual problems of physical and special training of power structures, 2021, №1, рр. 225–230 (In Russ.)].

6. Handbook of Hyperbaric Medicine / edited by D. Mathieu. Netherlands: Springer, 2006.

7. Кричевская А.А., Лукаш А.И., Броновицкая З.Г. Биохимические механизмы кислородной интоксикации. Ростов-н/Д: РГУ, 1980 [Krichevskaya A.A. Lukash A.I., Bronovitskaya Z.G. Biochemical mechanisms of oxygen intoxication. Rostov-on-Don: RSU, 1980 (in Russ.)].

8. Булгакова Я.В. Савилов П.Н., Яковлев В.Н., Дорохов Е.В Активность супероксиддисмутазы в филогенетически разных отделах головного мозга крыс при многократных сеансах гипербарической оксигенации // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2019. Т. 55, №5. С.76–78 [Bulgakova Ya.V., Savilov P.N., Yakovlev V.N., Dorokhov E.V. Superoxide Dismutase Activity in Phylogenetically Heterogeneous Regionsof the Rat Brain during Repetitive Sessions of Hyperbaric Oxygenation. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, 2019, Vol. 55, № 5, pp. 6–78 (in Russ.)]. doi: 10.1134/S0044452919050012

9. Савилов П.Н., Молчанов Д.В. Особенности диуреза здорового организма при адаптации к сверхнасыщению кислородом (Обзор проблемы) // Вестник российской академии естественных наук. 2018. Т. 18, № 2. С. 59–65. [Savilov P.N., Molchanov D.V. Features of diuresis of a healthy organism during adaptation to oxygen supersaturation (Review of the problem). Bulletin of the Russian Academy of Natural Sciences, 2018, Vol. 18, № 2, рр. 59–65 (In Russ.)].

10. Пашков А.Н., Романов А.Ю Применение хемилюминесцентного анализа для определения активности печеночного антикейлона и кейлона // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1990. № 7. С. 92–94 [Pashkov A.N., Romanov A.Yu. Application of chemiluminescent analysis to determine the activity of hepatic anticeylon and keylon. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 1990, № 7, рр. 92–94 (in Russ.)].

11. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы // Лабораторное дело. 1988. № 1. С. 16–19. [Korolyuk M.A., Ivanova L.I., Mayorova I.G., Tokarev V.E. Method for determining catalase activity. Laboratory work, 1988. № 1. рр. 16–19 (in Russ.)].

12. Андреева Л.И., Кожемякин Л.А., Кишкун А.А. Модификация метода определения перекисей липидов в тесте с тиобарбитуровой кислотой // Лабораторное дело. 1988. № 11. С. 41–43 [Andreeva L.I., Kozhemyakin L.A., Kishkun A.A. Modification of the method for determining lipid peroxides in a test with thiobarbituric acid. Laboratory work, 1988, № 11, pp. 41–43 (in Russ.)].

13. Идельсон Л.И., Бриллиант М.Д. Справочник по функциональной диагностике М.: Медицина. 1970. С. 398–399 [Idelson L.I., Brilliant M.D. Handbook of functional diagnostics Moscow: Medicine. 1970. C. 398–399 (In Russ.)].

14. Richterrich D. Clinical Chemistry. N.Y.: Academiа Press, 1962.

15. Орехович А.К. Современные методы в биохимии. М.: Наука. 1979. [Orekhovich A.K. Modern methods in biochemistry, Мoscow: Nauka, 1979 (in Russ.)].

16. Кричевская А.А., Лукаш А.И., Внуков В.В., Дудкин С.И. Железосодержащие белки плазмы крови и протеолитическая активность в сыворотки крови при гипербарической оксигенации и защитном действии мочевины // Биологические науки. 1986. № 9. С. 30–36 [Krichevskaya A.A., Lukash A.I., Vnukov V.V., Dudkin S.I. Iron-containing plasma proteins and proteolytic activity in blood serum during hyperbaric oxygenation and protective action of urea. Biological sciences, 1986, № 9, рр. 30–36 (in Russ.)].

17. Fridovich I. Superoxide dismutase. Adv. Enzymol, 1974, Vol. 41, pp. 35–97.

18. Савилов П.Н. Эффекты гипероксического последействия и постгипероксическое состояние организма // Бюллетень гипербарической биологии и медицины. Воронеж. 2006. Т. 14. № 1–4. С. 21–51 [Savilov P.N. Effects of hyperoxic aftereffect and posthyperoxic state of the organism. Directory of hyperbaric biology and Medicine, Voronezh, 2006, Vol. 14, № 1–4. pp. 21–51 (in Russ.)].

19. Eaton J.W. Catalases and peroxidases and glutathione and hydrogen peroxide: mysteries of the bestiary. J. Lab. Clin. Med, 1991, Vol. 118, № 1, pp. 7–16.

20. Savilov P.N. Forms of Adaptation to Hyperoxia. Norvegian Journal of development of the international Science, 2021, Vol. 1, № 65, pp. 26–32.

21. Савилов П.Н., Молчанов Д.В. Влияние гипербарической оксигенации на кругооборот мочевины в организме при частичной гепатэктомии в эксперименте // Общая реаниматология. 2018. Т. 14, № 4. С. 52–63. [The effect of hyperbaric oxygenation on the circulation of urea in rats following partial hepatectomy in experiment. General Reanimatology, 2018, Vol.14, № 4, pp. 52–63 (in Russ.)]. doi: 10.15360/1813-9779-2018-4-52-63.

22. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы и антиоксиданты // Вестник Российской академии медицинских наук. 1998. № 7. С. 43–51 [Vladimirov Iu.A. Free radicals and antioxidants Vestnik Ross. Akad. Med. Nauk, 1998, № 7, pp. 43–51 (in Russ.)].

23. Hille R. Structure and Function of Xanthine Oxidoreductase. European Journal of Inorganic Chemistry, 2006, Vol.10, pp. 1905–2095]. doi: 10.1002%2Fejic.200600087