Влияние ожирения на тонус гладких мышц бронхов крыс

Обоснование. Избыточная масса тела и ожирение являются ключевыми факторами для возникновения множества морфофункциональных нарушений в различных органах и тканях, в том числе в бронхолёгочной системе.
Цель исследования. Изучить влияние метаболических нарушений, возникающих на фоне ожирения, на состояние тонуса воздухоносных путей крыс.
Материалы и методы. Ожирение у крыс-самцов Wistar индуцировали с использованием высокожировой и высокоуглеводной диеты (ВЖВУД). У животных измеряли массу тела и жировой ткани, извлекали комплекс сердце-лёгкие. В сыворотке крови оценивали содержание глюкозы, инсулина, лептина, триглицеридов, холестерола. Открытым способом получали бронхоальвеолярную лаважную жидкость, в которой определяли концентрацию белка, интерлейкина (IL) 6 и IL-10. Сократительную активность изолированных гладкомышечных сегментов бронхов изучали механографическим методом. Оценивали влияние ацетилхолина (10–7–10–4 М), индометацина (10–5 М), форсколина (10–7–10–5 М) на изменение тонуса гладких мышц воздухоносных путей.
Результаты. ВЖВУД приводила к увеличению массы тела, висцеральному ожирению, гипергликемии, инсулинорезистентности, лептинемии, дислипидемии у крыс опытной группы. В бронхоальвеолярной лаважной жидкости экспериментальных животных обнаружено повышение содержания белка и IL-6, которое положительно коррелировало с уровнем лептина и массой жировой ткани. У крыс с ожирением происходило усиление сократительных ответов гладкомышечных сегментов бронхов в ответ на действие холиномиметика ацетилхолина. Бронхоконстрикторное действие ацетилхолина снижалось при воздействии ингибитора циклооксигеназы индометацина. В свою очередь, активатор аденилатциклазы форсколин вызывал расслабление гладких мышц сегментов воздухоносных путей крыс обеих групп, более выраженное в опытной группе.
Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о том, что изменение реактивности дыхательных путей может являться причиной бронхоспастических состояний при ожирении и индуцируемой им воспалительной реакции в респираторной системе.

1. Будневский А.В., Овсянников Е.С., Лабжания Н.Б. Сочетание хронической обструктивной болезни легких и метаболического синдрома: патофизиологические и клинические особенности. Терапевтический архив. 2017; 89(1): 123-127. doi: 10.17116/terarkh2017891123-127

2. Xie M, Liu X, Cao X, Guo M, Li X. Trends in prevalence and incidence of chronic respiratory diseases from 1990 to 2017. Respir Res. 2020; 21(1): 49. doi: 10.1186/s12931-020-1291-8

3. Mafort TT, Rufino R, Costa CH, Lopes AJ. Obesity: Systemic and pulmonary complications, biochemical abnormalities, and impairment of lung function. Multidiscip Respir Med. 2016; 11: 28. doi: 10.1186/s40248-016-0066-z

4. Shailesh H, Janahi IA. Role of obesity in inflammation and remodeling of asthmatic airway. Life (Basel). 2022; 12(7): 948. doi: 10.3390/life12070948

5. Karczewski J, Śledzińska E, Baturo A, Jończyk I, Maleszko A, Samborski P, et al. Obesity and inflammation. Eur Cytokine Netw. 2018; 29(3): 83-94. doi: 10.1684/ecn.2018.0415

6. Luthe SK, Hirayama A, Goto T, Faridi MK, Camargo CA Jr, Hasegawa K. Association between obesity and acute severity among patients hospitalized for asthma exacerbation. J Allergy Clin Immunol Pract. 2018; 6(6): 1936-1941.e4. doi: 10.1016/j.jaip.2018.02.001

7. Saheb Sharif-Askari N, Sharif HA, Saheb Sharif-Askari F, Hamid Q, Abusnana S, Hamoudi R. Association between body mass index and asthma severity in Arab pediatric population: A retrospective study. PLoS One. 2019; 14: e0226957. doi: 10.1371/journal.pone.0226957

8. Kurokawa A, Kondo M, Arimura K, Ashino S, Tagaya E. Less airway inflammation and goblet cell metaplasia in an IL-33-induced asthma model of leptin-deficient obese mice. Respir Res. 2021; 22(1): 166. doi: 10.1186/s12931-021-01763-3

9. Orfanos S, Jude J, Deeney BT, Cao G, Rastogi D, van Zee M, et al. Obesity increases airway smooth muscle responses to contractile agonists. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2018; 315(5): L673-L681. doi: 10.1152/ajplung.00459.2017

10. Xu S, Karmacharya N, Cao G, Guo C, Gow A, Panettieri RA Jr, et al. Obesity elicits a unique metabolomic signature in human airway smooth muscle cells. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2022;323(3): L297-L307. doi: 10.1152/ajplung.00132.2022

11. Hough KP, Curtiss ML, Blain TJ, Liu RM, Trevor J, Deshane JS, et al. Airway remodeling in asthma. Front Med (Lausanne). 2020; 7: 191. doi: 10.3389/fmed.2020.00191

12. Silva FMC, Oliveira EE, Gouveia ACC, Brugiolo ASS, Alves CC, Correa JOA, et al. Obesity promotes prolonged ovalbumin-induced airway inflammation modulating T helper type 1 (Th1), Th2 and Th17 immune responses in BALB/c mice. Clin Exp Immunol. 2017; 189(1): 47-59. doi: 10.1111/cei.12958

13. Saidullah B, Muralidhar K, Fahim M. Onset of diabetes modulates the airway smooth muscle reactivity of guinea pigs: Role of epithelial mediators. J Smooth Muscle Res. 2014; 50: 29-38. doi: 10.1540/jsmr.50.29

14. Бирулина Ю.Г., Иванов В.В., Буйко Е.Е., Быков В.В., Смаглий Л.В., Носарев А.В., и др. Экспериментальная модель метаболического синдрома у крыс на основе высокожировой и высокоуглеводной диеты. Бюллетень сибирской медицины. 2020; 19(4): 14-20. doi: 10.20538/1682-0363-2020-4-14-20

15. Матичин А.А., Кательникова А.Е., Крышень К.Л. Особенности отбора бронхоальвеолярного лаважа у лабораторных животных. Лабораторные животные для научных исследований. 2019; 4. doi: 10.29296/2618723X-2019-04-06

16. Watanabe K, Suzukawa M, Arakawa S, Kobayashi K, Igarashi S, Tashimo H, et al. Leptin enhances cytokine/chemokine production by normal lung fibroblasts by binding to leptin receptor. Allergol Int. 2019; 68S: S3-S8. doi: 10.1016/j.alit.2019.04.002

17. Suzukawa M, Koketsu R, Baba S, Igarashi S, Nagase H, Yamaguchi M, et al. Leptin enhances ICAM-1 expression, induces migration and cytokine synthesis, and prolongs survival of human airway epithelial cells. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2015; 309: L801-L811. doi: 10.1152/ajplung.00365.2014

18. Elliot JG, Donovan GM, Wang KCW, Green FHY, James AL, Noble PB. Fatty airways: Implications for obstructive disease. Eur Respir J. 2019 12; 54(6): 1900857. doi: 10.1183/13993003.00857-2019

19. Damera G, Panettieri RA Jr. Does airway smooth muscle express an inflammatory phenotype in asthma? Br J Pharmacol. 2011; 163: 68-80. doi: 10.1111/j.1476-5381.2010.01165.x

20. Matoba A, Matsuyama N, Shibata S, Masaki E, Emala CW Sr, Mizuta K. The free fatty acid receptor 1 promotes airway smooth muscle cell proliferation through MEK/ERK and PI3K/Akt signaling pathways. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2018; 314(3): L333-L348. doi: 10.1152/ajplung.00129.2017

21. Calixto MC, Lintomen L, Schenka A, Saad MJ, Zanesco A, Antunes E. Obesity enhances eosinophilic inflammation in a murine model of allergic asthma. Br J Pharmacol. 2010; 159(3): 617-625. doi: 10.1111/j.1476-5381.2009.00560.x

22. Benyahia C, Gomez I, Kanyinda L, Boukais K, Danel C, Leséche G, et al. PGE(2) receptor (EP(4)) agonists: Potent dilators of human bronchi and future asthma therapy? Pulm Pharmacol Ther. 2012; 25(1): 115-118. doi: 10.1016/j.pupt.2011.12.012

23. Proskocil BJ, Calco GN, Nie Z. Insulin acutely increases agonist-induced airway smooth muscle contraction in humans and rats. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2021; 320(4): L545-L556. doi: 10.1152/ajplung.00232.2020

24. Dholia N, Sethi GS, Naura AS, Yadav UCS. Cysteinyl leukotriene D4 (LTD4) promotes airway epithelial cell inflammation and remodelling. Inflamm Res. 2021; 70(1): 109-126. doi: 10.1007/s00011-020-01416-z

25. Usta C, Sadan G, Tuncel B. The effect of the indomethacin on phosphodiesterase inhibitors mediated responses in isolated trachea preparations. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids. 2004; 71(3): 137-141. doi: 10.1016/j.plefa.2004.01.006