cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2025-40-3-178-187cardiotomsk-2832Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL STUDIESВлияние оксида азота (II) на межклеточный матрикс легких в условиях искусственного кровообращения: экспериментальное исследованиеThe effect of nitric oxide (II) on the extracellular matrix of the lungs during cardiopulmonary bypass: an experimental studyhttps://orcid.org/0000-0001-7226-0328ГеренгЕ. А.GerengE. A.

Геренг Елена Андреевна - д-р мед. наук, доцент, профессор кафедры морфологии и общей патологии, СибГМУ Минздрава России.

634050, Томск, Московский тракт, 2

Elena A. Gereng - Dr. Sci. (Med.), Associate Professor, Professor of the

Department of Morphology and General Pathology, SSMU.

2, Moskovsky trakt, Tomsk, 634050

e-gereng@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9764-4392МильтоИ. В.MiltoI. V.

Мильто Иван Васильевич - д-р биол. наук, доцент, заведующий кафедрой морфологии и общей патологии, СибГМУ Минздрава России.

634050, Томск, Московский тракт, 2

Ivan V. Milto - Dr. Sci. (Biol.), Associate Professor, Head of the Department of Morphology and General Pathology, SSMU.

2, Moskovsky trakt, Tomsk, 634050

milto_bio@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2924-0724СеребряковаО. Н.SerebryakovaO. N.

Серебрякова Ольга Николаевна - ассистент кафедры морфологии и общей патологии, СибГМУ Минздрава России.

634050, Томск, Московский тракт, 2

Olga N. Serebryakova - Assistant, Department of Morphology and General Pathology, SSMU.

2, Moskovsky trakt, Tomsk, 634050

oserebryakovan@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0795-0987ДзюманА. Н.DzumanA. N.

Дзюман Анна Николаевна - канд. мед. наук, доцент кафедры морфологии и общей патологии, СибГМУ Минздрава России.

634050, Томск, Московский тракт, 2

Anna N. Dzyuman - Cand. Sci. (Med.), Associate Professor, Department of Morphology and General Pathology, SSMU.

2, Moskovsky trakt, Tomsk, 634050

dzyman@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0005-4632-7396БянкинаМ. А.ByankinaM. A.

Бянкина Мария Александровна - студент 6-го курса, медико-биологический факультет, СибГМУ Минздрава России.

634050, Томск, Московский тракт, 2

Maria A. Biankina - Sixth-year student, Faculty of Medicine and Biology, SSMU.

2, Moskovsky trakt, Tomsk, 634050

byankina_masha@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0468-3959ПотаповА. В.PotapovA. V.

Потапов Алексей Валерьевич - д-р мед. наук, профессор, кафедра гистологии, эмбриологии и цитологии, СибГМУ Минздрава России.

634050, Томск, Московский тракт, 2

Alex V. Potapov - Dr. Sci. (Med.), Professor, Department of Histology, Cytology and Embryology, SSMU.

2, Moskovsky trakt, Tomsk, 634050

potalex@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4289-4439КаменщиковН. О.KamenshikovN. O.

Каменщиков Николай Олегович - канд. мед. наук, заведующий лабораторией медицины критических состояний, НИИ кардиологии Томского НИМЦ.

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Nikolay O. Kamenshchikov - Cand. Sci. (Med.), Head of the Laboratory of Critical Condition Medicine, Cardiology Research Institute.

111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

Nikolajkamenof@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0841-4673КравченкоИ. В.KravchenkoI. V.

Кравченко Игорь Валерьевич - младший научный сотрудник, лаборатория медицины критических состояний, НИИ кардиологии Томского НИМЦ.

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Igor V. Kravchenko - Junior Research Scientist, Laboratory of Critical Care Medicine, Cardiology Research Institute.

111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

kravchenko27.10.94@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8939-2340ПодоксеновЮ. К.PodoksenovYu. K.

Подоксенов Юрий Кириллович - д-р мед. наук, ведущий научный сотрудник, отделение сердечно-сосудистой хирургии; ведущий научный сотрудник, лаборатория медицины критических состояний, НИИ кардиологии Томского НИМЦ.

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Yuri K. Podoksenov - Dr. Sci. (Med.), Senior Research Scientist, Department of Cardiovascular Surgery, Senior Research Scientist, Laboratory of Critical Care Medicine, Cardiology Research Institute.

111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

uk@cardio-tomsk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6593-0976АлямкинВ. Е.AlyamkinV. E.

Алямкин Вадим Евгеньевич - клинический ординатор, отделение сердечно-сосудистой хирургии, НИИ кардиологии Томского НИМЦ.

634012, Томск, ул. Киевская, 111а

Vadim E. Alyamkin - Clinical Resident, Department of Cardiovascular Surgery, Cardiology Research Institute, Tomsk NRMC.

111a, Kievskaya str., Tomsk, 634012

vea@cardio-tomsk.ruСибирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации (СибГМУ Минздрава России)РоссияSiberian State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (SSMU)Russian FederationНаучно-исследовательский институт кардиологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук (НИИ кардиологии Томского НИМЦ)РоссияCardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences (Cardiology Research Institute, Tomsk NRMC)Russian Federation202505102025403178187Copyright © Геренг Е.А., Мильто И.В., Серебрякова О.Н., Дзюман А.Н., Бянкина М.А., Потапов А.В., Каменщиков Н.О., Кравченко И.В., Подоксенов Ю.К., Алямкин В.Е., 20252025Геренг Е.А., Мильто И.В., Серебрякова О.Н., Дзюман А.Н., Бянкина М.А., Потапов А.В., Каменщиков Н.О., Кравченко И.В., Подоксенов Ю.К., Алямкин В.Е.Gereng E.A., Milto I.V., Serebryakova O.N., Dzuman A.N., Byankina M.A., Potapov A.V., Kamenshikov N.O., Kravchenko I.V., Podoksenov Y.K., Alyamkin V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/2832

Кардиохирургические операции с искусственным кровообращением приводят к существенным изменениям в морфофункциональном состоянии легких, что сопровождается формированием постперфузионного легочного синдрома. Реперфузия многократно усиливает повреждение легких за счет притока кислорода и ионов кальция, а также активированных контактом с материалом контура аппарата лейкоцитов и компонентов свертывающей системы крови. Клетки воспалительного инфильтрата повреждают матриксные белки, выделяя протеолитические ферменты, которые повреждают структуру коллагена и эластина и приводят к образованию их модифицированных форм с измененной пространственной организацией и механическими свойствами. Оксид азота (II) (NO) обладает потенциалом для воздействия на ключевые патогенетические механизмы ишемически-реперфузионного повреждения (ИРП). В условиях искусственного кровообращения (ИК) возникает дефицит эндогенного NO, поэтому периоперационная доставка экзогенного NO, вероятно, способна компенсировать его недостаток и ослаблять ИРП органов.

Цель исследования

Цель исследования: охарактеризовать изменения, происходящие в межклеточном матриксе легких в условиях моделирования операций с ИК, оценить влияние периоперационной доставки NO на их выраженность.

Материал и методы

Материал и методы. Исследование выполняли на 6 самцах овцы домашней. Животным группы «ИК» (n = 3) проводили ИК и ИВЛ по стандартной методике. В группе «ИК + NO» (n = 3) овцы дополнительно получали NO (II) в дозе 80 ppm через модифицированные контуры аппаратов искусственной вентиляции легких (ИВЛ) и ИК на протяжении всего эксперимента. Длительность ИК составила 90 мин. Методом иммуногистохимии оценивали содержание в легких матриксных металлопротеиназ-2 и -9. Коллагеновые волокна выявляли с помощью окрашивания по Ван – Гизону и иммуногистохимической реакции на коллаген I типа.

Результаты

Результаты. В легких овец, получавших NO на фоне ИК, отмечали снижение интенсивности иммунного окрашивания на MMP-2 (p < 0,001) и MMP-9 (p < 0,001), более высокий удельный объем (p < 0,001) и качественные характеристики коллагеновых волокон.

Заключение

Заключение. Применение NO при экспериментальном моделировании кардиохирургических вмешательств способствует ограничению повреждающего влияния ИК на межклеточный матрикс легких.

Cardiac surgeries with cardiopulmonary bypass (CBP) lead to significant changes in the morphofunctional state of the lungs, accompanied by the formation of post-perfusion pulmonary syndrome. Reperfusion significantly increases lung damage due to the influx of oxygen and calcium ions, as well as leukocytes and blood clotting system components activated by contact with the apparatus circuit material. Cells of the inflammatory infiltrate damage matrix proteins by releasing proteolytic enzymes that damage the structure of collagen and elastin and lead to the formation of their modified forms with altered spatial organization and mechanical properties. Nitric oxide (II) (NO) has the potential to affect the key pathogenic mechanisms of ischemic-reperfusion damage. Under cardiopulmonary bypass, there is a deficiency of endogenous nitric oxide, so perioperative delivery of exogenous NO is likely to compensate for this deficiency.

Aim

Aim: To characterize the changes occurring in the intercellular matrix of the lungs under the conditions of simulated surgeries with cardiopulmonary bypass and the effect of perioperative delivery of nitric oxide on their severity.

Material and Methods

Material and Methods. The study was conducted on 6 male domestic sheep. The animals of the “CBP” group (n = 3) underwent CBP and mechanical ventilation (MV) according to the standard procedure. In the “CBP + NO” group (n = 3), sheep additionally received nitric oxide (II) at a dose of 80 ppm through modified circuits of ventilators and cardiopulmonary bypass throughout the experiment. The duration of cardiopulmonary bypass was 90 minutes. The content of matrix metalloproteinases-2 and -9 in the lungs was assessed by immunohistochemistry. Collagen fibers were detected by Van – Gieson staining and an immunohistochemical reaction to type I collagen.

Results

Results. In the lungs of sheep treated with nitric oxide on the background of cardiopulmonary bypass, a decrease in the intensity of immune staining for MMP-2 (p < 0.001) and MMP-9 (p < 0.001), higher specific volume (p < 0.001) and qualitative characteristics of collagen fibers were noted.

Conclusion

Conclusion. The use of nitric oxide in experimental modeling of cardiac surgery helps to limit the damaging effect of cardiopulmonary bypass on the intercellular matrix of the lungs.

оксид азотаNOискусственное кровообращениеишемически-реперфузионное повреждение легкихматриксные металлопротеиназыnitric oxideNOcardiopulmonary bypassischemic-reperfusion injury of the lungsmatrix metalloproteinasesработа выполнялась в рамках финансирования лаборатории за 2024 г. (приказ № 76 от 08.02.24 г.), а также в составе государственного задания по фундаментальным научным исследованиям (тема № 122123000017-3)the work was carried out as part of the financing of the laboratory for 2024 (Order No. 76 dated 08.02.24), as well as part of the state assignment for basic scientific research (topic No. 122123000017-3)ReferencesFischer M.O., Brotons F., Briant A.R., Suehiro K., Gozdzik W., Sponholz C. et al. Postoperative pulmonary complications after cardiac surgery: The VENICE International Cohort Study. J. Cardiothorac. Vasc. Anesth. 2022;36(8):2344–2351. https://doi.org/10.1053/j.jvca.2021.12.024.Fischer M.O., Brotons F., Briant A.R., Suehiro K., Gozdzik W., Sponholz C. et al. Postoperative pulmonary complications after cardiac surgery: The VENICE International Cohort Study. J. Cardiothorac. Vasc. Anesth. 2022;36(8):2344–2351. https://doi.org/10.1053/j.jvca.2021.12.024.Yuan S.M. Postperfusion lung syndrome: physiopathology and therapeutic options. Rev. Bras. Cir. Cardiovasc. 2014;29(3):414–425. https://doi.org/10.5935/1678-9741.20140071.Yuan S.M. Postperfusion lung syndrome: physiopathology and therapeutic options. Rev. Bras. Cir. Cardiovasc. 2014;29(3):414–425. https://doi.org/10.5935/1678-9741.20140071.Ferrari R.S., Andrade C.F. Oxidative Stress and Lung Ischemia-Reperfusion Injury. Oxid. Med. Cell Longev. 2015;2015:590987. https://doi.org/10.1155/2015/590987.Ferrari R.S., Andrade C.F. Oxidative Stress and Lung IschemiaReperfusion Injury. Oxid. Med. Cell Longev. 2015;2015:590987. https://doi.org/10.1155/2015/590987.Giacinto O., Satriano U., Nenna A., Spadaccio C., Lusini M., Mastroianni C. et al. Inflammatory response and endothelial dysfunction following cardiopulmonary bypass: pathophysiology and pharmacological targets. Recent Pat. Inflamm. Allergy Drug. Discov. 2019;13(2):158–173. https://doi.org/10.2174/1872213X13666190724112644.Giacinto O., Satriano U., Nenna A., Spadaccio C., Lusini M., Mastroianni C. et al. Inflammatory response and endothelial dysfunction following cardiopulmonary bypass: pathophysiology and pharmacological targets. Recent Pat. Inflamm. Allergy Drug. Discov. 2019;13(2):158–173. https://doi.org/10.2174/1872213X13666190724112644.Wang S. Friffith B.P., B.P., Wu Z.J. Device-Induced Hemostatic Disorders in Mechanically Assisted Circulation. Clin. Appl. Thromb. Hemost. 2021;27:1076029620982374. https://doi.org/10.1177/1076029620982374.Wang S. Friffith B.P., B.P., Wu Z.J. Device-Induced Hemostatic Disorders in Mechanically Assisted Circulation. Clin. Appl. Thromb. Hemost. 2021;27:1076029620982374. https://doi.org/10.1177/1076029620982374.Ta H.Q., Kuppusamy M., Sonkusare S.K., Roeser M.E., Laubach V.E. The endothelium: gatekeeper to lung ischemia-reperfusion injury. Respir. Res. 2024;25(1):172. https://doi.org/10.1186/s12931-024-02776-4.Ta H.Q., Kuppusamy M., Sonkusare S.K., Roeser M.E., Laubach V.E. The endothelium: gatekeeper to lung ischemia-reperfusion injury. Respir. Res. 2024;25(1):172. https://doi.org/10.1186/s12931-024-02776-4.Куликов О.А., Балашов В.П., Агеев В.П., Семенова Е.В., Шляпкина В.И., Замышляев П.С. и др. Морфология легких при экспериментальном остром повреждении и его фармакокорекции. Морфологические ведомости. 2020;28(2):64–73. https://doi.org/10.20340/mv-mn.2020.28(2):64-73.Kulikov O.A., Balashov V.P., Ageev V.P., Semenova E.V., Shljapkina V.I., Zamyshljaev P.S. The morphology of the lungs at the experimental acute injury and its pharmacocorrection. Morfologicheskie Vedomosti – Morphological Newsletter. 2020;28(2):64–73. (In Russ.). https://doi.org/10.20340/mv-mn.2020.28(2):64-73.Kamenshchikov N.O., Podoksenov Y.K., Kozlov B.N., Maslov L.N., Mukhomedzyanov A.V., Tyo M.A. et al. Potential mechanisms for organoprotective effects of exogenous nitric oxide in an experimental study. Biomedicines. 2024;12(6):12. https://doi.org/10.3390/biomedicines12061298Kamenshchikov N.O., Podoksenov Y.K., Kozlov B.N., Maslov L.N., Mukhomedzyanov A.V., Tyo M.A. et al. Potential mechanisms for organoprotective effects of exogenous nitric oxide in an experimental study. Biomedicines. 2024;12(6):12. https://doi.org/10.3390/biomedicines12061298Yan Y., Kamenshchikov N., Zheng Z., Lei C. Inhaled nitric oxide and postoperative outcomes in cardiac surgery with cardiopulmonary bypass: A systematic review and meta-analysis. Nitric Oxide. 2024;146:64–74. https://doi.org/10.1016/j.niox.2024.03.004.Yan Y., Kamenshchikov N., Zheng Z., Lei C. Inhaled nitric oxide and postoperative outcomes in cardiac surgery with cardiopulmonary bypass: A systematic review and meta-analysis. Nitric Oxide. 2024;146:64–74. https://doi.org/10.1016/j.niox.2024.03.004.Andrabi S.M., Sharma N.S., Karan A., Shatil S.M., Cordon B., Ma B. et al. Nitric Oxide: Physiological Functions, Delivery, and Biomedical Applications. Adv. Sci. (Weinh). 2023;10(30):e2303259. https://doi.org/10.1002/advs.202303259.Andrabi S.M., Sharma N.S., Karan A., Shatil S.M., Cordon B., Ma B. et al. Nitric Oxide: Physiological Functions, Delivery, and Biomedical Applications. Adv. Sci. (Weinh). 2023;10(30):e2303259. https://doi.org/10.1002/advs.202303259.Bhirowo Y.P., Raksawardana Y.K., Setianto B.Y., Sudadi S., Tandean T.N., Zaharo A.F. et al. Hemolysis and cardiopulmonary bypass: meta-analysis and systematic review of contributing factors. J. Cardiothorac. Surg. 2023;18(1):291. https://doi.org/10.1186/s13019023-02406-y.Bhirowo Y.P., Raksawardana Y.K., Setianto B.Y., Sudadi S., Tandean T.N., Zaharo A.F. et al. Hemolysis and cardiopulmonary bypass: meta-analysis and systematic review of contributing factors. J. Cardiothorac. Surg. 2023;18(1):291. https://doi.org/10.1186/s13019023-02406-y.Baidoo N., Crawley E., Knowles C.H., Sanger G.J., Belai A. Total collagen content and distribution is increased in human colon during advancing age. PLoS One. 2022;17(6):e0269689. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0269689.Baidoo N., Crawley E., Knowles C.H., Sanger G.J., Belai A. Total collagen content and distribution is increased in human colon during advancing age. PLoS One. 2022;17(6):e0269689. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0269689.Пруткина Е.В., Сепп А.В., Цыбиков Н.Н. Особенности синтеза матриксной металлопротеиназы-9 в легких при развитии дистресс-синдрома в эксперименте. Acta Biomedica Scientifica. 2013;1(89):121–124. URL: https://www.actabiomedica.ru/jour/article/view/1417/1364 (08.09.2025).Prutkina E.V., Sepp A.V., Cybikov N.N. Peculiarities of synthesis of matrix metalloproteinase-9 in the lungs during experimental development of distress syndrome. Acta Biomedica Scientifica. 2013;1(89):121–124. (In Russ.). URL: https://www.actabiomedica.ru/jour/article/view/1417/1364 (08.09.2025).Kamenshchikov N.O., Safaee Fakhr B., Kravchenko I.V., Dish A.Y., Podoksenov Y.K., Kozlov B.N. et al. Assessment of continuous lowdose and high-dose burst of inhaled nitric oxide in spontaneously breathing COVID-19 patients: A randomized controlled trial. Nitric Oxide. 2024;149:41–48. https://doi.org/10.1016/j.niox.2024.06.003.Kamenshchikov N.O., Safaee Fakhr B., Kravchenko I.V., Dish A.Y., Podoksenov Y.K., Kozlov B.N. et al. Assessment of continuous lowdose and high-dose burst of inhaled nitric oxide in spontaneously breathing COVID-19 patients: A randomized controlled trial. Nitric Oxide. 2024;149:41–48. https://doi.org/10.1016/j.niox.2024.06.003.Zhou P., Song N.C., Zheng Z.K., Li Y.Q., Li J.S. MMP2 and MMP9 contribute to lung ischemia-reperfusion injury via promoting pyroptosis in mice. BMC Pulm. med. 2022;22(1):230. https://doi.org/10.1186/s12890022-02018-7.Zhou P., Song N.C., Zheng Z.K., Li Y.Q., Li J.S. MMP2 and MMP9 contribute to lung ischemia-reperfusion injury via promoting pyroptosis in mice. BMC Pulm. med. 2022;22(1):230. https://doi.org/10.1186/s12890022-02018-7.Григоркевич О.С., Мокров Г.В., Косова Л.Ю. Матриксные металлопротеиназы и их ингибиторы. Фармакокинетика и фармакодинамика. 2019;2:3–16. https://doi.org/10.24411/2587-7836-2019-10040.Grigorkevich O.S., Mokrov G.V., Kosova L.Ju. Matrix metalloproteinases and their inhibitors. Farmakokinetika i farmakodinamika. 2019;2:3–16. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/2587-7836-2019-10040.Qu L.C., Jiao Y., Jiang Z.J., Song Z.P., Kang L., Peng Q.H. Expression pattern of matrix metalloproteinase 9 in ischemia-reperfusion-induced acute lung injuries. Int. J. Clin. Exp. Med. 2018;11(11):12048–12058. ISSN:1940-5901/IJCEM0080064.Qu L.C., Jiao Y., Jiang Z.J., Song Z.P., Kang L., Peng Q.H. Expression pattern of matrix metalloproteinase 9 in ischemia-reperfusion-induced acute lung injuries. Int. J. Clin. Exp. Med. 2018;11(11):12048–12058. ISSN:1940-5901/IJCEM0080064.Smigiel K.S., Parks W.S. Matrix Metalloproteinases and Leukocyte Activation. Prog. Mol. Biol. Transl. Sci. 2017;147:167–195. https://doi.org/10.1016/bs.pmbts.2017.01.003.Smigiel K.S., Parks W.S. Matrix Metalloproteinases and Leukocyte Activation. Prog. Mol. Biol. Transl. Sci. 2017;147:167–195. https://doi.org/10.1016/bs.pmbts.2017.01.003.Waldow T., Witt W., Buzin A., Ulmer A., Matschke K. Prevention of ischemia/reperfusion-induced accumulation of matrix metalloproteinases in rat lung by preconditioning with nitric oxide. J. Surg. Res. 2009;152(2):198–208. https://doi.org/10.1016/j.jss.2008.03.014.Waldow T., Witt W., Buzin A., Ulmer A., Matschke K. Prevention of ischemia/reperfusion-induced accumulation of matrix metalloproteinases in rat lung by preconditioning with nitric oxide. J. Surg. Res. 2009;152(2):198–208. https://doi.org/10.1016/j.jss.2008.03.014.Prado A.F., Batista R.M., Tanus-Santos J.E., Gerlach R.F. Matrix Metalloproteinases and Arterial Hypertension: Role of Oxidative Stress and Nitric Oxide in Vascular Functional and Structural Alterations. Biomolecules. 2021;11(4):585. https://doi.org/10.3390/biom11040585.Prado A.F., Batista R.M., Tanus-Santos J.E., Gerlach R.F. Matrix Metalloproteinases and Arterial Hypertension: Role of Oxidative Stress and Nitric Oxide in Vascular Functional and Structural Alterations. Biomolecules. 2021;11(4):585. https://doi.org/10.3390/biom11040585.

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