Correlation analysis between oxidative stress in living erythrocytes and human aging by two-photon microscopy

Abstract

Human aging is the accelerating lesion of tissue and organ functions during a time. Simultaneously, progressive and irreversible accumulation of oxidative damage can be caused by reactive oxygen species (ROS). ROS are produced by various exogenous and endogenous factors, and their negative effects are neutralized by antioxidant defenses. The imbalance between ROS production and antioxidant defense mechanisms leads to oxidative stress which, in its turn, causes different age-related diseases. The goal of this study was to find and analyze the correlation between oxidative stress in red blood cells (RBCs) and human aging. For this purpose, two-photon laser scanning microscopy technique was applied. For determination of the superoxide dismutase, catalase, as well as ceruloplasmin ferroxidase activities, spectrophotometric analyze was carried out. Three main human aging groups were involved –young, middle and aged. The results showed that the two-photon fluorescence of carboxy-DCFDA, which specifies the oxidative stress intensity, was notably increased in RBCs with the increase of age (p < 0.05), and these intensities are in statistically essential positive correlation with age (p < 0.001) and a strong negative correlation (p < 0.05) with the catalase activity in RBCs and ceruloplasmin ferroxidase activity in plasma. Thereby, the analysis of oxidative stress in human living RBCs by two-photon microscopy can be proposed as a modern and brilliant tool for definition of human aging. Մարդու ծերացումը հյուսվածքների և օրգանների գործառույթների` ժամանակի հետ արագացող խախտումն է: Միաժամանակ, օքսիդատիվ վնասվածքի զարգացող և անդարձելի կուտակումը կարող է հարուցվել թթվածնի ակտիվ ձևերով (ԹԱՁ): ԹԱՁ-ն արտադրվում են զանազան էկզոգեն և էնդոգեն գործոններով, իսկ նրանց բացասական ազդեցությունները չեզոքացվում են հակաօքսիդանտային պաշտպանությամբ: ԹԱՁ-ի արտադրության և հակաօքսիդանտային պաշտպանության միջև անհավասարակշռությունը հանգեցնում է օքսիդատիվ սթրեսի, որն էլ իր հերթին հարուցում է զանազան տարիքային հիվանդություններ: Տվյալ հետազոտության նպատակն էր գտնել և վերլուծել արյան կարմիր բջիջներում (ԱԿԲ) օքսիդատիվ սթրեսի և մարդու ծերացման միջև հարաբերակցությունը: Այդ նպատակով կիրառվել է երկֆոտոն լազերային սկանավորող մանրադիտակման մեթոդը: Սուպերօքսիդ դիսմուտազի, կատալազի, ինչպես նաև ցերուլոպլազմին ֆերօքսիդազի ակտիվության որոշման համար իրականացվել է սպեկտրալուսաչափական վերլուծություն: Ներառված են եղել մարդկանց երեք հիմնական տարիքային խմբեր` երիտասարդ, միջահասակ և ծեր: Արդյունքները ցույց տվեցին, որ կարբօքսի-DCFDA-ի երկֆոտոն լուսարձակումը, որը բնութագրում է օքսիդատիվ սթրեսի ուժգնությունը, նկատելիորեն ավելանում էր էրիթրոցիտներում տարիքի հետ (p < 0,05), և այդ ուժգնությունները տարիքի հետ վիճակագրական զգալի դրական հարաբերակցության մեջ են (p < 0,001), ուժգին բացասական հարաբերակցության մեջ են ԱԿԲ-ում կատալազի ակտիվության հետ և պլազմայում ցերուլոպլազմին ֆերօքսիդազի ակտիվության հետ (p < 0,05): Այսպիսով, մարդու կենդանի էրիթրոցիտներում օքսիդատիվ սթրեսի ուսումնասիրությունը երկֆոտոն մանրադիտակման միջոցով կարող է առաջարկվել որպես ժամանակակից և հրաշալի գործիք մարդու ծերացման որոշման համար: Старение человека – это ускоряющееся во времени нарушение функций тканей и органов. Одновременно прогрессирующее и необратимое накопление окислительного повреждения может быть вызвано активными формами кислорода (АФК). АФК продуцируются различными экзогенными и эндогенными факторами, а их негативные эффекты нейтрализуются антиоксидантной защитой. Дисбаланс между продукцией АФК и механизмами антиоксидантной защиты приводит к окислительному стрессу, который, в свою очередь, вызывает различные возрастные заболевания. Целью данного исследования было найти и проанализировать корреляцию между окислительным стрессом в красных кровяных тельцах (ККТ) и старением человека. Для этой цели был применен метод двухфотонной лазерной сканирующей микроскопии. Для определения активности супероксиддисмутазы, каталазы, а также церулоплазминфероксидазы был проведен спектрофотометрический анализ. Были задействованы три основные возрастные группы людей – молодой, средний и пожилой. Результаты показали, что двухфотонная флуоресценция карбокси-DCFDA, характеризующая интенсивность окислительного стресса, заметно увеличивалась в эритроцитах с возрастом (p < 0,05), причем эти интенсивности находятся в статистически значимой положительной корреляции с возрастом (p < 0,001) и сильной отрицательной корреляции (p < 0,05) с активностью каталазы в ККТ и активностью церулоплазминфероксидазы в плазме. Таким образом, анализ окислительного стресса в живых эритроцитах человека с помощью двухфотонной микроскопии может быть предложен в качестве современного и блестящего инструмента для определения старения человека.