Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.



СІМЕЙНІ ЛІКАРІ ТА ТЕРАПЕВТИ

НЕВРОЛОГИ, НЕЙРОХІРУРГИ, ЛІКАРІ ЗАГАЛЬНОЇ ПРАКТИКИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

КАРДІОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, РЕВМАТОЛОГИ, НЕВРОЛОГИ, ЕНДОКРИНОЛОГИ

СТОМАТОЛОГИ

ІНФЕКЦІОНІСТИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, ГАСТРОЕНТЕРОЛОГИ, ГЕПАТОЛОГИ

ТРАВМАТОЛОГИ

ОНКОЛОГИ, (ОНКО-ГЕМАТОЛОГИ, ХІМІОТЕРАПЕВТИ, МАМОЛОГИ, ОНКО-ХІРУРГИ)

ЕНДОКРИНОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, КАРДІОЛОГИ ТА ІНШІ СПЕЦІАЛІСТИ

ПЕДІАТРИ ТА СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

АНЕСТЕЗІОЛОГИ, ХІРУРГИ

"Kidneys" Том 11, №1, 2022

Back to issue

Influence of oxidative, carbonyl, and nitrosative stresses on the course of chronic kidney disease (analytical review)

Authors: L.D. Denova, D.D. Ivanov
Shupyk National Healthcare University of Ukraine, Kyiv, Ukraine

Categories: Nephrology

Sections: Specialist manual

print version


Summary

Оксидантний стрес — це явище, викликане дисбалансом пероксидного гомеостазу. Поняття оксидантного стресу введено в 1985 році та має чіткий зв’язок з окисно-відновними процесами. У статті детально описані молекулярні редокс-перемикачі, що керують реакцією на оксидантний стрес. Розглянуто чотири рівні захисту клітини ферментними антиоксидантами від дії активних форм кисню. Показано, що саме антиоксидантні ферменти, а не низькомолекулярні антиоксидантні сполуки відіграють головну роль в антиоксидантному захисті. Описано чотири стадії перекисного окиснення ліпідів. Оксидантний стрес відіграє важливу роль у патогенезі хронічної хвороби нирок. Уремія посилює оксидантний стрес. Мітохондріальна дисфункція є найважливішою причиною оксидантного стресу при гострих і хронічних захворюваннях нирок. Описано вплив молекулярного стресу на нирки та перебіг хронічної хвороби нирок. Деяка інформація для зручності читачів представлена у вигляді таблиць.

Oxidative stress is a phenomenon caused by an imbalance of peroxide homeostasis. The concept of oxidative stress was introduced in 1985 and has a clear connection with redox chemistry. The article provides a detailed description of molecular redox switches that control the response to oxidative stress. Four levels of protection of the cell by enzymatic antioxidants from the action of reactive oxygen species are described. It has been shown that antioxidant enzymes play a major role in antioxidant protection rather than low molecular weight antioxidant compounds. Four stages of lipid peroxidation are considered. Oxidative stress plays an important role in the pathogenesis of chronic kidney disease. Uraemia increases oxidative stress. Mitochondrial dysfunction is the most important cause of oxidative stress in acute and chronic kidney disease. The effect of molecular stress on the kidneys and the course of chronic kidney disease is described. Some information is presented in the form of tables for the readers’ convenience.


Keywords

оксидантний стрес; нітрозативний стрес; карбонільний стрес; хронічна хвороба нирок; діабетична нефропатія; активні форми кисню; перекис водню; супероксиддисмутаза; каталаза; огляд

oxidative stress; nitrosative stress; carboxyl stress; chronic kidney disease; diabetic nephropathy; reactive oxygen species; hydrogen peroxide; superoxide dismutase; catalase; review


For the full article you need to subscribe to the magazine.


Bibliography

1. Оксенюк О.С., Калмыкова Ю.А., Смирнова О.Б., Пасечник Д.Г. Роль окислительного стресса в развитии хронической болезни почек и способы его оценки. Журнал фундаментальной медицины и биологии. 2016. 1. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/rol-okislitelnogo-stressa-v-razvitii-hronicheskoy-bolezni-pochek-i-sposoby-ego-otsenki.
2. Биохимия оксидативного стресса: учебно-методическое пособие. ФГБОУ ВО РНИМУ имени Н.И. Пирогова Минздрава России. Москва: Издательство ХХ, 2018.
3. Chu Y., Lan R.S., Huang R., Feng H., Kumar R., Dayal S., Chan K.S., Dai D.F. Glutathione peroxidase-1 overexpression reduces oxidative stress, and improves pathology and proteome remodeling in the kidneys of old mice. Aging Cell. 2020 Jun. 19(6). e13154. doi: 10.1111/acel.13154.
4. Stokman G., Kors L., Bakker P.J., Rampanelli E., Claessen N., Teske G.J.D., Butter L., van Andel H., van den Bergh Weerman M.A., Larsen P.W.B., Dessing M.C., Zuurbier C.J., Girardin S.E., Florquin S., Leemans J.C. NLRX1 dampens oxidative stress and apoptosis in tissue injury via control of mitochondrial activity. J. Exp. Med. 2017 Aug 7. 214(8). 2405-2420. doi: 10.1084/jem.20161031.
5. Seraphim D.C.C., Punaro G.R., Fernandes T.O., Ginoza M., Lopes G.S., Higa E.M.S. Assessment of fructose overload in the metabolic profile and oxidative/nitrosative stress in the kidney of senescent female rats. Exp. Gerontol. 2017 Dec 1. 99. 53-60. doi: 10.1016/j.exger.2017.09.011.
6. Csiszar A., Toth J., Peti-Peterdi J., Ungvari Z. The aging kidney: role of endothelial oxidative stress and inflammation. Acta Physiol. Hung. 2007 Mar. 94(1–2). 107-15. doi: 10.1556/APhysiol.94.2007.1-2.10.
7. Hirakawa Y., Inagi R. Glycative stress and its defense machinery glyoxalase 1 in renal pathogenesis. Int. J. Mol. Sci. 2017 Jan 17. 18(1). 174. doi: 10.3390/ijms18010174.
8. Melchioretto E.F., Zeni M., Veronez D.A.D.L., Filipak Neto F., Digner I.S., Fraga R. Stereological study and analysis of oxidative stress during renal aging in rats. Acta Cir. Bras. 2020 Dec 18. 35(11). e351106. doi: 10.1590/ACTA351106.
9. Нетюхайло Л.Г., Харченко С.В. Aктивні форми кисню (огляд літератури). Молодий вчений. 2014. 9(12). 131-135.
10. Kuma A., Mafune K., Uchino B. et al. Alteration of normal level of serum urate may contribute to decrease in estimated glomerular filtration rate decline in healthy Japanese men. Renal Failure. 2021 Dec. 43(1). 1408-1415. doi: 10.1080/0886022x.2021.1988969.
11. Остапченко Л.І., Компанець І.В., Скопенко О.В. та ін. Біохімія. Практикум. Київ: Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2018.
12. Оксидативный стресс и воспаление: патогенетическое партнерство: Монография. Под ред. О.Г. Хурцилавы, Н.Н. Плужникова, Я.А. Накатиса. Санкт-Петербург: Издательство СЗГМУ им. И.И. Мечникова, 2012. 340 с.
13. Семчишин Г.М., Лущак В.І. Oксидативний стрес і регуляція активності каталаз у Escherichia coli. Укр. біохім. журн. 2004. 76(2). 31-42.
14. Ghosh M., Das J., Sil P.C. D(+) galactosamine induced oxidative and nitrosative stress-mediated renal damage in rats via NF-κB and inducible nitric oxide synthase (iNOS) pathways is ameliorated by a polyphenol xanthone, mangiferin. Free Radic. Res. 2012 Feb. 46(2). 116-32. doi: 10.3109/10715762.2011.644240.
15. Han Q., Zhang J., Sun Q., Xu Y., Teng X. Oxidative stress and mitochondrial dysfunction involved in ammonia-induced nephrocyte necroptosis in chickens. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2020 Oct 15. 203. 110974. doi: 10.1016/j.ecoenv.2020.110974.
16. Mattace Raso G., Simeoli R., Russo R., Santoro A., Pirozzi C., d’Emmanuele di Villa Bianca R., Mitidieri E., Paciello O., Pagano T.B., Orefice N.S., Meli R., Calignano A. N-palmitoylethanolamide protects the kidney from hypertensive injury in spontaneously hypertensive rats via inhibition of oxidative stress. Pharmacol. Res. 2013 Oct. 76. 67-76. doi: 10.1016/j.phrs.2013.07.007.
17. Aoki K., Yanazawa K., Tokinoya K., Sugasawa T., Suzuki T., Yoshida Y., Nakano T., Omi N., Kawakami Y., Takekoshi K. Renalase is localized to the small intestine crypt and expressed upon the activation of NF-κB p65 in mice model of fasting-induced oxidative stress. Life Sci. 2021 Feb 15. 267. 118904. doi: 10.1016/j.lfs.2020.118904.
18. Zhang F., Lu Z., Wang F. Advances in the pathogenesis and prevention of contrast-induced nephropathy. Life Sci. 2020 Oct 15. 259. 118379. doi: 10.1016/j.lfs.2020.118379.
19. Просоленко К.О. Показники оксидативного стресу та антиоксидантної активності при коморбідності неалкогольної жирової хвороби печінки та артеріальної гіпертензії. Український журнал медицини, біології та спорту. 2020. 5. 1(23). 179-186. doi: 10.26693/jmbs05.01.179.
20. Rabbani N., Thornalley P.J. Advanced glycation end products in the pathogenesis of chronic kidney disease. Kidney Int. 2018 Apr. 93(4). 803-813. doi: 10.1016/j.kint.2017.11.034.
21. Ara C., Dirican A., Unal B., Bay Karabulut A., Piskin T. The effect of melatonin against FK506-induced renal oxidative stress in rats. Surg. Innov. 2011 Mar. 18(1). 34-8. doi: 10.1177/1553350610381088.
22. Suzuki D., Miyata T. Carbonyl stress in the pathogenesis of diabetic nephropathy. Intern. Med. 1999 Apr. 38(4). 309-14. doi: 10.2169/internalmedicine.38.309.
23. Fatih Aydın A., Küçükgergin C., Bingül İ., Doğan-Ekici I., Doğru-Abbasoğlu S., Uysal M. Effect of carnosine on renal function, oxidation and glycation products in the kidneys of high-fat diet/streptozotocin-induced diabetic rats. Exp. Clin. Endocrinol. Diabetes. 2017 May. 125(5). 282-289. doi: 10.1055/s-0043-100117.
24. Samarghandian S., Azimi-Nezhad M., Farkhondeh T., Samini F. Anti-oxidative effects of curcumin on immobilization-induced oxidative stress in rat brain, liver and kidney. Biomed. Pharmacother. 2017 Mar. 87. 223-229. doi: 10.1016/j.biopha.2016.12.105.
25. Dar M.A., Khan A.M., Raina R., Verma P.K., Wani N.M. Effect of bifenthrin on oxidative stress parameters in the liver, kidneys, and lungs of rats. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2019 Mar. 26(9). 9365-9370. doi: 10.1007/s11356-019-04362-4.
26. Farías J.G., Zepeda A.B., Calaf G.M. Melatonin protects the heart, lungs and kidneys from oxidative stress under intermittent hypobaric hypoxia in rats. Biol. Res. 2012. 45(1). 81-5. doi: 10.4067/S0716-97602012000100011.
27. Othmène Y.B., Hamdi H., Salem I.B., Annabi E., Amara I., Neffati F., Najjar M.F., Abid-Essefi S. Oxidative stress, DNA damage and apoptosis induced by tebuconazole in the kidney of male Wistar rat. Chem. Biol. Interact. 2020 Oct 1. 330. 109114. doi: 10.1016/j.cbi.2020.109114.
28. Song Y.R., Kim J.K., Lee H.S., Kim S.G., Choi E.K. Serum levels of protein carbonyl, a marker of oxidative stress, are associated with overhydration, sarcopenia and mortality in hemodialysis patients. BMC Nephrol. 2020 Jul 16. 21(1). 281. doi: 10.1186/s12882-020-01937-z.
29. Caimi G., Hopps E., Montana M., Carollo C., Calandrino V., Gallà E., Canino B., Lo Presti R. Behaviour of carbonyl groups in several clinical conditions: analysis of our survey. Clin. Hemorheol. Microcirc. 2020. 74(3). 299-313. doi: 10.3233/CH-190689.
30. Colombo G., Reggiani F., Angelini C., Finazzi S., Astori E., Garavaglia M.L., Landoni L., Portinaro N.M., Giustarini D., Rossi R., Santucci A., Milzani A., Badalamenti S., Dalle-Donne I. Plasma protein carbonyls as biomarkers of oxidative stress in chronic kidney disease, dialysis, and transplantation. Oxid. Med. Cell. Longev. 2020 Nov 24. 2020. 2975256. doi: 10.1155/2020/2975256.
31. Mukhopadhyay P., Pan H., Rajesh M., Bátkai S., Patel V., Harvey-White J., Mukhopadhyay B., Haskó G., Gao B., Mackie K., Pacher P. CB1 cannabinoid receptors promote oxidative/nitrosative stress, inflammation and cell death in a murine nephropathy model. Br. J. Pharmacol. 2010 Jun. 160(3). 657-68. doi: 10.1111/j.1476-5381.2010.00769.x.
32. Jia Y., Wang L., Zhao G.Y., Wang Z.Q., Chen S., Chen G. Carbon monoxide inhibits the nuclear-cytoplasmic translocation of HMGB1 in an in vitro oxidative stress injury model of mouse renal tubular epithelial cells. J. Huazhong Univ. Sci. Technolog. Med. Sci. 2016 Dec. 36(6). 791-795. doi: 10.1007/s11596-016-1663-y.
33. Kumar A., Hammad A., Sharma A.K., Mc-Cardle F., Rustom R., Christmas S.E. Oxidative stress in kidney transplant biopsies. Exp. Clin. Transplant. 2015 Apr. 13 Suppl. 1. 207-13.
34. Guzmán-Guillén R., Prieto A.I., Vázquez C.M., Vasconcelos V., Cameán A.M. The protective role of l-carnitine against cylindrospermopsin-induced oxidative stress in tilapia (Oreochromis niloticus). Aquat. Toxicol. 2013 May 15. 132-133. 141-50. doi: 10.1016/j.aquatox.2013.02.011.
35. Yan J., Wang D., Miao J., Liu C., Wang Y., Teng M., Zhou Z., Zhu W. Discrepant effects of α-endosulfan, β-endosulfan, and endosulfan sulfate on oxidative stress and energy metabolism in the livers and kidneys of mice. Chemosphere. 2018 Aug. 205. 223-233. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.04.101.
36. Ishimoto Y., Tanaka T., Yoshida Y., Inagi R. Physiological and pathophysiological role of reactive oxygen species and reactive nitrogen species in the kidney. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 2018 Nov. 45(11). 1097-1105. doi: 10.1111/1440-1681.13018.
37. Santos E.B., Koff W.J., Grezzana Filho T. de J.M., De Rossi S.D., Treis L., Bona S.R., Pêgas K.L., Katz B., Meyer F.S., Marroni N.A., Corso C.O. Oxidative stress evaluation of ischemia and reperfusion in kidneys under various degrees of hypothermia in rats. Acta Cir. Bras. 2013 Aug. 28(8). 568-73. doi: 10.1590/s0102-86502013000800003.
38. Hua W., Huang H.Z., Tan L.T., Wan J.M., Gui H.B., Zhao L., Ruan X.Z., Chen X.M., Du X.G. CD36 mediated fatty acid-induced podocyte apoptosis via oxidative stress. PLoS One. 2015 May 22. 10(5). e0127507. doi: 10.1371/journal.pone.0127507.
39. Ossani G.P., Uceda A.M., Acosta J.M., Lago N.R., Repetto M.G., Martino D.J., Toblli J.E. Role of oxidative stress in lithium-induced nephropathy. Biol. Trace Elem. Res. 2019 Oct. 191(2). 412-418. doi: 10.1007/s12011-018-1617-2.
40. Tanaka S., Sugiura Y., Saito H., Sugahara M., Higashijima Y., Yamaguchi J., Inagi R., Suematsu M., Nangaku M., Tanaka T. Sodium-glucose cotransporter 2 inhibition normalizes glucose metabolism and suppresses oxidative stress in the kidneys of diabetic mice. Kidney Int. 2018 Nov. 94(5). 912-925. doi: 10.1016/j.kint.2018.04.025.
41. Добреля Н.В., Хромов О.С. Цукровий діабет та мале коло кровообігу (частина 1). Фізіол. журн. 2019. 65(2). 97-107.
42. Hara M., Torisu K., Tomita K., Kawai Y., Tsuruya K., Nakano T., Kitazono T. Arginase 2 is a mediator of ischemia-reperfusion injury in the kidney through regulation of nitrosative stress. Kidney Int. 2020 Sep. 98(3). 673-685. doi: 10.1016/j.kint.2020.03.032.
43. Punaro G.R., Lima D.Y., Rodrigues A.M., Pugliero S., Mouro M.G., Rogero M.M., Higa E.M.S. Cupuaçu extract reduces nitrosative stress and modulates inflammatory mediators in the kidneys of experimental diabetes. Clin. Nutr. 2019 Feb. 38(1). 364-371. doi: 10.1016/j.clnu.2017.12.016.
44. Pessoa E.A., Convento M.B., Castino B., Leme A.M., de Oliveira A.S., Aragão A., Fernandes S.M., Carbonel A., Dezoti C., Vattimo M.F., Schor N., Borges F.T. Beneficial effects of isoflavones in the kidney of obese rats are mediated by PPAR-gamma expression. Nutrients. 2020 Jun 1. 12(6). 1624. doi: 10.3390/nu12061624.
45. Sheehan D., Rainville L.C., Tyther R., McDonagh B. Redox proteomics in study of kidney-associated hypertension: new insights to old diseases. Antioxid. Redox Signal. 2012 Dec 1. 17(11). 1560-70. doi: 10.1089/ars.2012.4705.
46. Mohebbati R., Abbasnezhad A., Havakhah S., Mousavi M. The effect of Nigella sativa on renal oxidative injury in diabetic rats. Saudi J. Kidney Dis. Transpl. 2020 Jul-Aug. 31(4). 775-786. doi: 10.4103/1319-2442.292311.
47. Arany I., Hall S., Reed D.K., Reed C.T., Dixit M. Nicotine enhances high-fat diet-induced oxidative stress in the kidney. Nicotine Tob. Res. 2016 Jul. 18(7). 1628-34. doi: 10.1093/ntr/ntw029.
48. Ueno Y., Horio F., Uchida K., Naito M., Nomura H., Kato Y., Tsuda T., Toyokuni S., Osawa T. Increase in oxidative stress in kidneys of diabetic Akita mice. Biosci. Biotechnol. Biochem. 2002 Apr. 66(4). 869-72. doi: 10.1271/bbb.66.869.
49. Жариков А.Ю., Филинова С.О., Мазко О.Н., Макарова О.Г., Бобров И.П., Брюханов В.М. Роль свободнорадикального окисления в почках в нефропротекторном действии блокатора минералокортикоидных рецепторов эплеренона при экспериментальном сахарном диабете. Бюллетень сибирской медицины. 2021. 2. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/rol-svobodnoradikalnogo-okisleniya-v-pochkah-v-nefroprotektornom-deystvii-blokatora-mineralokortikoidnyh-retseptorov-eplerenona-pri.
50. Nezu M., Suzuki N. Roles of Nrf2 in protecting the kidney from oxidative damage. Int. J. Mol. Sci. 2020 Apr 22. 21(8). 2951. doi: 10.3390/ijms21082951.
51. Su H., Wan C., Song A., Qiu Y., Xiong W., Zhang C. Oxidative stress and renal fibrosis: mechanisms and therapies. Adv. Exp. Med. Biol. 2019. 1165. 585-604. doi: 10.1007/978-981-13-8871-2_29.
52. Stryjak I., Warmuzińska N., Bogusiewicz J., Łuczykowski K., Bojko B. Monitoring of the influence of long-term oxidative stress and ischemia on the condition of kidneys using solid-phase microextraction chemical biopsy coupled with liquid chromatography-high-resolution mass spectrometry. J. Sep. Sci. 2020 May. 43(9–10). 1867-1878. doi: 10.1002/jssc.202000032.
53. Zhang Y., Wang J., Liu X., Ding L., Wu X., He M., Hou H., Ruan G., Lai J., Chen C. An investigation into the effects of long-term 50-Hz power-frequency electromagnetic field exposure on hematogram, blood chemistry, fibrosis, and oxidant stress status in the liver and the kidney from Sprague-Dawley rats. Bioelectromagnetics. 2020 Oct. 41(7). 511-525. doi: 10.1002/bem.22291.
54. Martínez-Lara E., Peña A., Calahorra J., Cañuelo A., Siles E. Hydroxytyrosol decreases the oxidative and nitrosative stress levels and promotes angiogenesis through HIF-1 independent mechanisms in renal hypoxic cells. Food Funct. 2016 Jan. 7(1). 540-8. doi: 10.1039/c5fo00928f.
55. Caliskan B., Guven A., Ozler M., Cayci T., Ozcan A., Bedir O., Surer I., Korkmaz A. Ozone therapy prevents renal inflammation and fibrosis in a rat model of acute pyelonephritis. Scand. J. Clin. Lab. Invest. 2011 Oct. 71(6). 473-80. doi: 10.3109/00365513.2011.587022.
56. Mendonca P., Soliman K.F.A. Flavonoids activation of the transcription factor Nrf2 as a hypothesis approach for the prevention and modulation of SARS-CoV-2 infection severity. Antioxidants (Basel). 2020 Jul 24. 9(8). 659. doi: 10.3390/antiox9080659.
57. Ivanova M.D., Gozhenko A.I., Crestanello T., Dmytro D. Ivanov. Early coaching to increase water intake in CKD. Ann. Nutr. Metab. 2021. doi: 10.1159/000515276.

Back to issue