Assessment of carbacetam effect with cerebral mitochondrial dysfunction of rats with type 2 diabetes mellitus

Abstract

Abstract. Neurodegenerative disorders in the cerebral cortex and hippocampus are one of the most common causes of disability and mortality in patients with diabetes. Excessive glucose concentration causes a toxic effect due to an increased amount of glycolysis products, lipid and protein peroxide oxidation, decreased membranous potential of the mitochondria and deficiency of neuron energy supply due to mitochondrial dysfunction. Gamma-amino butyric acid is known to localize to the mitochondria, and its functional cycle is closely linked to glucose metabolism. Objective of the study: experimental investigation of сarbacetam effect with cerebral mitochondrial dysfunction of rats with type 2 diabetes mellitus. The experiments were conducted on laboratory nonlinear albino male rats with the body weight 0.18-0.20 kg. Type 2 diabetes is modeled on streptozotocin and a high-fat diet. Carbacetam was administered intraperito-neally at a dose of 5 mg/kg, once daily for 14 days. Under conditions of central nervous system damage induced by type 2 diabetes mellitus, lipid and protein peroxide oxidation increases in the mitochondrial fraction of the cerebral cortex and hippocampus of rats; activity of superoxide dismutase, catalase, α-ketoglutarate dehydrogenase, succinate dehydrogenase decreases; a relative rate of mitochondrial swelling increases. After carbacetam administration during 14 days the content of products reacting with 2-thiobarbituric acid and protein oxidation modification decrease in the mitochondria of the brain and hippocampus of rats with type 2 diabetes mellitus; activity of catalase in the cerebral cortex and α-ketoglutarate dehydrogenase in the hippocampus increases, activity of succinate dehydrogenase increases in both structures examined which is indicative of its antioxidant properties. Decrease of a relative rate of mitochondrial swelling in the cerebral cortex and hippocampus of rats confirms a protective effect of carbacetam under conditions of mitochondrial dysfunction. Резюме. Одними з найбільш поширених причин інвалідизації та летальності хворих при діабеті є нейродегенеративні порушення у корі головного мозку та гіпокампі. Надмірна концентрація глюкози чинить токсичний вплив через зростання кількості продуктів гліколізу, пероксидного окислення ліпідів і білків, зниження мембранного потенціалу мітохондрій та дефіцит енергозабезпечення нейронів унаслідок мітохондріальної дисфункції. Відомо, що гама-аміномасляна кислота локалізується у мітохондріях, її функціональний цикл тісно пов’язаний із метаболізмом глюкози. Тому метою роботи було експериментальне вивчення впливу карбацетаму, модулятора ГАМК-ергічної системи, при мітохондріальній дисфункції головного мозку щурів із цукровим діабетом 2 типу. Експерименти проводили на нелінійних лабораторних білих щурах самцях масою 0,18-0,20 кг. Цукровий діабет 2 типу змодельовано стрептозотоцином і високожировою дієтою. Карбацетам вводили внутрішньоочеревинно дозою 5 мг/кг, один раз у день упродовж 14 днів. Встановлено, що за умов індукованого цукровим діабетом 2 типу пошкодження центральної нервової системи в мітохондріальній фракції кори головного мозку та гіпокампа щурів збільшується пероксидне окиснення ліпідів та білків; знижується активність супероксиддисмутази, каталази, α-кетоглутаратдегідрогенази та сукцинатдегідрогенази; зростає відносна швидкість набухання мітохондрій. Після введення 14 днів карбацетаму у щурів із цукровим діабетом 2 типу в мітохондріях головного мозку та гіпокампа знижується вміст продуктів, що реагують із 2-тіобарбітуровою кислотою та окисної модифікації білків; зростає активність каталази у корі, α-кетоглутаратдегідрогенази у гіпокампі, а сукцинатдегідрогенази – в обох досліджуваних структурах, що вказує на його антиоксидантні властивості. Зниження відносної швидкості набухання мітохондрій кори головного мозку та гіпокампа щурів підтверджує протективний вплив карбацетаму за умов мітохондріальної дисфункції.