zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2020-60-5-344-348zurniimtpe-2462Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯBRIEF REPORTSВлияние общей вибрации на функции дыхательной цепи митохондрий почки кроликов в экспериментеInfluence of general vibration on the functions of the kidney mitochondrial respiratory chain of rabbits in the experimentВоробьеваВ. В.VorobevV. V.

Воробьева Виктория Владимировна - старший преподаватель кафедры фармакологии доктор медицинских наук.

Ул. Академика Павлова, 12, Санкт-Петербург, 197376

Viktoriya V. Vorobyova - senior teacher of Department of pharmacology of the Kirov Military Medical Academy, Dr. of Sci. (Med.).

12, Academika Pavlova Str., St. Petersburg, 197376

v.v.vorobeva@mail.ruШабановП. Д.ShabanovP. D.

Ул. Академика Павлова, 12, Санкт-Петербург, 197376

12, Academika Pavlova Str., St. Petersburg, 197376

ФГБНУ Институт экспериментальной медициныРоссияInstitute of Experimental MedicineRussian Federation20202305202005344348Copyright © Воробьева В.В., Шабанов П.Д., 20202020Воробьева В.В., Шабанов П.Д.Vorobev V.V., Shabanov P.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-irioh.ru/jour/article/view/2462

Проведено экспериментальное изучение энергозависимых реакций нативных митохондрий почки кролика при неблагоприятном действии различных режимов общей вертикальной вибрации.

Энергозависимые реакции нативных митохондрий коркового слоя почки кролика до и после воздействия общей вибрации с частотой 8 и 44 Гц на протяжении 7, 21 и 56 сеансов по 60 мин. изучены полярографическим методом с помощью закрытого мембранного электрода типа Кларка. Различные метаболические состояния митохондрий моделировали in vitro, вводя в полярографическую ячейку с гомогенатом ткани экзогенные энергетические субстраты (янтарная, глутаминовая и яблочная кислоты) до и после добавления разобщителя окислительного фосфорилирования 2,4-динитрофенола. Вклад в эндогенную дыхательную активность митохондрий NАD- и FАD-зависимых субстратов оценивался по данным ингибиторного анализа с амиталом или малонатом.

Скорость эндогенного дыхания на фоне вибрации 8 Гц колебалась от 8,13±1,4 до 14,1±1,8 (нг-атом О) мин-1мг-1 белка достоверно отличаясь от аналогичного показателя контрольных животных после 56 сеансов вибрации. Ингибиторный анализ показал, что вибрация с частотой 44 Гц в те же сроки вызвала подъем малонатчувствительности на 40% (р <0,05) с последующим ее уменьшением ниже уровня контроля, свидетельствуя о начале угнетения сукцинатзави-симой биоэнергетики.

Окисление экзогенных NAD-зависимых субстратов (яблочной и глутаминовой кислот) угнетается независимо от частоты вибрации, тогда как скорость окисления экзогенной янтарной кислоты возрастает на 45% (р<0,05) после 21 сеанса вибрации 44 Гц, снижаясь к завершению 56 сеансов вибрации. Аналогичные изменения наблюдались в разобщенном состоянии дыхательной цепи митохондрий, о чем свидетельствуют разнонаправленные высокоамплитудные колебания показателя Уяк-р в диапазоне 50-60% относительно уровня контроля после 7, 21 и 56 сеансов вибрационного воздействия. Выявлено, что нарушение баланса между функциональной активностью FAD- и NAD-зависимых звеньев дыхательной цепи митохондрий зависит от частоты и длительности вибрации, свидетельствует о развитии биоэнергетической гипоксии и сопровождается морфогистологическими признаками гломерулопатии экссудативного интра- и экстракапиллярного типа.

An experimental study of energy-dependent reactions of native rabbit kidney mitochondria under the adverse effect of various modes of general vertical vibration was conducted.

Energy-dependent reactions of native mitochondria of the cortical layer of the rabbit kidney before and after exposure to general vibration with a frequency of 8 and 44 Hz for 7, 21 and 56 sessions of 60 minutes, they were studied by polarographic method using a closed Clark-type membrane electrode. Various metabolic states of mitochondria were modeled in vitro by introducing exogenous energy substrates (succinic, glutamic, and malic acids) into the polarographic cell with tissue homogenate before and after the addition of the oxidative phosphorylation disconnector 2,4-dinitrophenol. The contribution to the endogenous respiratory activity of mitochondria of NAD — and FAD-dependent substrates was evaluated according to inhibitory analysis with amital or malonate.

The rate of endogenous respiration on the background of 8 Hz vibration ranged from 8.13±1.4 to 14.1±1.8 (ng-atom o) min-1mg-1, significantly differing from the same indicator of control animals after 56 sessions of vibration. Inhibitor analysis showed that vibration with a frequency of 44 Hz in the same time period caused an increase in malonatosensitivity by 40% (p<0.05) with its subsequent decrease below the control level, indicating the beginning of suppression of succinate-dependent bioenergetics.

The oxidation of exogenous NAD-dependent substrates (malic and glutamic acids) is suppressed regardless of the frequency of vibration, while the rate of oxidation of exogenous succinic acid increases by 45% (p<0.05) after 21 sessions of 44 Hz vibration, decreasing to the end of 56 sessions of vibration. Similar changes were observed in the disconnected state of the respiratory chain of mitochondria, as evidenced by multidirectional high-amplitude fluctuations of the VJ-p index in the range of 50-60% relative to the control level after 7, 21 and 56 sessions of vibration exposure.

It was found that the imbalance between the functional activity of FAD-and NAD-dependent links of the respiratory chain of mitochondria depends on the frequency and duration of vibration, indicates the development of bioenergetic hypoxia and is accompanied by morphohistological signs of glomerulopathy of exudative intra- and extra-capillary type.

вибрациямитохондрииполярографияэнергетический обмен почкигипоксиядистрофияvibrationmitochondriapolarographyenergy metabolism of the kidneyhypoxiadegenerationГрант Российского фонда фундаментальных исследований при РАН (РФФИ №10-04-00473, №13-04-00186)Grant from the Russian foundation of basic research at the Russian Academy of Sciences (RFFI No 10-04-00473, No 13-04-00186)ReferencesИзмеров Н.Ф., Бухтияров И.В., Прокопенко Л.В., Шиган Е.Е. Реализация глобального плана действий ВОЗ по охране здоровья работающих в Российской Федерации. Мед. труда и пром. экол. 2015; (9) : 4-10.Izmerov N.F., Buhtiyarov I.V., Prokopenko L.V., Shigan E.E. Implementation of the WHO global action plan for the health of workers in the Russian Federation. Med. truda i prom. ekol. 2015; 9: 4-10 (in Russian).Ando H., Noguchi R., Ishitake Т. Frequency dependence of hand-arm vibration on palmar sweating response. Scand. J. Work Environ. Health. 2002; 28 (5): 324-27.Ando H., Noguchi R., Ishitake T. Frequency dependence of hand-arm vibration on palmar sweating response. Scand. J. Work Environ. Health. 2002; 28 (5): 324-7.Рахимов Я.А., Сапин М.Р., Белкин В.Ш., Этинген Л.Е. Морфология внутренних органов при действии вибрации. Душанбе, Высшая школа; 1979.Rahimov Ya.A., Sapin M.R., Belkin V.Sh., Etingen L.E. Morphology of internal organs under the action of vibration. Dushanbe, Vysshaya shkola; 1979 (in Russian).Сааркоппель Л.М., Кирьяков В.А., Ошкодеров О.А. Роль современных биомаркеров в диагностике вибрационной болезни. Мед. труда и пром. экол. 2017; (2): 6-10.Saarkoppel’ L.M., Kir’yakov V.A., Oshkoderov O.A. The role of modern biomarkers in the diagnosis of vibrational disease. Med. truda i prom. ekol. 2017; 2: 6-10 (in Russian).Saxton J.M. A review of current literature on physiological tests and soft tissue biomarkers applicable to work-related upper limb disorders. Occup. Med. 2000; 50 (2): 121-30.Saxton J.M. A review of current literature on physiological tests and soft tissue biomarkers applicable to work-related upper limb disorders. Occup. Med. 2000; 50 (2): 121-30.Зуева М.А., Шпагина Л.А., Герасименко О.Н., Зюбина Л.Ю. Михно И.П. Гемодинамические и микроциркуляторные механизмы формирования поражения печени при вибрационной болезни. Мед. труда и пром. экол. 2010; (8): 14-9.Zueva M.A., Shpagina L.A., Gerasimenko O.N., Zyubina L.Yu. Mihno I.P. Hemodynamic and microcirculatory mechanisms of the formation of liver damage in vibratory disease. Med. truda i prom. ekol. 2010; 8: 14-9 (in Russian).Сухаревская Т.М., Ефремов А.В., Непомнящих Г.И., Лосева М.И. и др. Микроангио- и висцеропатии при вибрационной болезни. Новосибирск; 2000.Suharevskaya T.M., Efremov A.V., Nepomnyashchih G.I., Loseva M.I. et al. Microangiopathy and visceropathy with vibrational disease. Novosibirsk; 2000 (in Russian).Смирнова Е.Л., Потеряева Е.Л., Никифорова Н.Г. Индивидуальные особенности перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты у лиц с вибрационной болезнью в послеконтактном периоде. Мед. труда и пром. экол. 2010; (8): 36-40.Smirnova E.L., Poteryaeva E.L., Nikiforova N.G. Individual characteristics of lipid peroxidation and antioxidant protection in individuals with vibrational disease in the post-exposure period. Med. truda i prom. ekol. 2010; 8: 36-40 (in Russian).Корзенева Е.В., Синева Е.Л. Заболевания сердечно-сосудистой системы у рабочих ведущих профессий горнорудной и машиностроительной промышленности. Мед. труда и пром. экол. 2007; (10): 27-31.Korzeneva E.V., Sineva E.L. Diseases of the cardiovascular system in workers of leading professions in the mining and engineering industries. Med. truda i prom. ekol. 2007; 10: 27-31 (in Russian).Гарипова Р.В., Стрижаков А.А., Архипов Е.В. Профессиональные поражения почек от воздействия физических и биологических факторов. Мед. труда и пром. экол. 2019; 1: 38-44.Garipova R.V., Strizhakov A.A., Arhipov E.V. Occupational kidney damage from exposure to physical and biological factors. Med. truda i prom. ekol. 2019; 1: 38-44 (in Russian).Захарченко М.В., Хундерякова Н.В., Кондрашова М.Н. Важность сохранения биофизической организации выделенных митохондрий для выявления физиологической регуляции их функции. Биофизика. 2011; 56 (5): 840-47.Zaharchenko M.V., Hunderyakova N.V., Kondrashova M.N. The importance of preserving the biophysical organization of the isolated mitochondria to identify the physiological regulation of their function. Biofizika. 2011; 56 (5): 840-47 (in Russian).Кондрашова М.Н. Аппаратура и порядок работы при полярографическом измерении дыхания митохондрий. Руководство по изучению биологического окисления полярографическим методом. Под ред. М.Н. Кондрашовой. М.: Наука; 1973.Kondrashova M.N. Instrumentation and procedure for po-larographic measurement of mitochondrial respiration. Guide to the study of biological oxidation by the polarographic method. Ed. M.N. Kondrashova. M.: Nauka; 1973 (in Russian).Воробьева В.В., Шабанов П.Д. Вибрационная модель гипоксического типа клеточного метаболизма, оцененная на кардиомиоцитах кролика. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2009; 147 (6): 712-5.Vorob’eva VV, Shabanov P.D. A vibrational model of the hypoxic type of cell metabolism evaluated on rabbit cardiomyo-cytes. Byulleten eksperimental'noj biologii i mediciny. 2009; 147 (6): 712-5 (in Russian).Никольс Д. Биоэнергетика. Введение в хемиосмотиче-скую теорию. Мир; М.; 1985.Nikol’s D. Bioenergy. Introduction to chemosmotic theory. Mir; Moskva; 1985 (in Russian).Goa J. A micro biuret method for protein determination. Determination of total protein in cerebrospinal fluid. Scand. J. Clin. Lab. Invest. 1953; 5: 218-22.Goa J. A micro biuret method for protein determination. Determination of total protein in cerebrospinal fluid. Scand. J. Clin. Lab. Invest. 1953; 5: 218-22.Маевский Е.И., Гришина Е.В., Розенфельд А.С., Зякун А.М. Анаэробное образование сукцината и облегчение его окисления — возможные механизмы адаптации клетки к кислородному голоданию. Биофизика. 2000; 45 (3): 509-13.Maevskij E.I., Grishina E.V., Rozenfel’d A.S., Zyakun A.M. Anaerobic formation of succinate and facilitation of its oxidation are possible mechanisms of cell adaptation to oxygen starvation. Biofizika. 2000; 45 (3): 509-13 (in Russian).Лукьянова Л.Д. Проблемы гипоксии: молекулярные, физиологические и медицинские аспекты. М.: Медицина; 2004.Luk’yanova L.D. Problems of hypoxia: molecular, physiological and medical aspects. M.: Meditsina; 2004 (in Russian).Воробьева В.В., Шабанов П.Д. Воздействие общей вибрации нарушает функциональную активность системы энергопродукции миокарда кролика. Биофизика. 2019; 64 (2): 337-42. DOI: 10.1134/S000630919020210.Vorob’eva V.V., Shabanov P.D. Morphofunctional changes in the rabbit myocardium when exposed to general vibration and after pharmacological protection with succinic acid. Biofizika. 2019; 64 (2): 337-42. DOI: 10.1134/S000630919020210 (in Russian).Воробьева В.В., Шабанов П.Д. Морфофункциональные изменения миокарда кролика при воздействии общей вибрации и после фармакологической защиты янтарной кислотой. Вестник СПбГУ, сер. 11. 2010; (3): 201-07.Vorob’eva V.V., Shabanov P.D. Morphofunctional changes in the rabbit myocardium when exposed to general vibration and after pharmacological protection with succinic acid. Vestnik SPbGU. 2010; (3): 201-7 (in Russian).Matoba T. Pathophysiology and clinical pucture of hand-arm vibration syndrome in Japanes workers. Nagoya J. Med. Sci. 1994; 57: 19-26.Matoba T. Pathophysiology and clinical pucture of hand-arm vibration syndrome in Japanes workers. Nagoya J. Med. Sci. 1994; 57: 19-26.Griffin M.J., Bovenzi М. Dose-responte patterns for vibration-induced white figner. Occup. Environ. Med. 2003; 60 (1): 16-26.Griffin M.J., Bovenzi M. Dose-responte patterns for vibration-induced white figner. Occup. Environ. Med. 2003; 60 (1): 16-26.Григорьев А.И., Тоневицкий А.Г. Молекулярные механизмы адаптации к стрессу: гены раннего ответа. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2009; 95 (10) : 1041-57.Grigor’ev A.I., Tonevickij A.G. Molecular mechanisms of stress adaptation: early response genes. Rossijskij fizio-logicheskij zhurnal im. I.M. Sechenova. 2009; 95 (10): 1041-57 (in Russian).Stroka D.M., Burkhardt T., Desballerts I. HIF — 1 is expressed in normoxia tissue and displays an organ — specific regulation under systemic hypoxia. FASEB J. 2001; 15: 2445- 53.Stroka D.M., Burkhardt T., Desballerts I. HIF — 1 is expressed in normoxia tissue and displays an organ — specific regulation under systemic hypoxia. FASEB J. 2001; 15: 2445- 53.Semenza G.L. Expression of hypoxia-inducible factor 1: mechanisms and consequences. Bioch. Pharmacol. 2000; (59): 47-53.Semenza G.L. Expression of hypoxia-inducible factor 1: mechanisms and consequences. Bioch. Pharmacol. 2000; (59): 47-53.Воробьева В.В., Шабанов П.Д. Защитные свойства реамберина при остром сочетанном действии холода, вибрации и иммобилизации в эксперименте. Мед. труда и пром. экол. 2018; (4): 47-50.Vorob’eva VV., Shabanov P.D. The protective properties of reamberin in the acute combined action of cold, vibration and immobilization in the experiment. Med. truda iprom. ekol. 2018; (4): 47-50 (in Russian).

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