zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2021-61-2-84-89zurniimtpe-2642Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESАнализ чувствительности энергетического обмена тканей сердца, печени, почки и лимфоцитов крови крыс к воздействию локальной вибрации и фармакологической защите сукцинатсодержащим антигипоксантомAnalyzing sensitivity of the energy metabolism in the tissues of the heart, liver, kidney, and blood lymphocytes in rats to the effect of local vibration and pharmacological protection by a succinate-containing antihypoxanthВоробьёваВиктория ВладимировнаVorobyovaViktoriya V.

Ст. преподаватель каф. фармакологии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова, д-р мёд. наук.

e-mail: v.v.vorobeva@mail.ru

Senior lecturer of the Department of Pharmacology, Kirov Military Medical Academy, Dr. of (Sci.) Med.

e-mail: v.v.vorobeva@mail.ru

v.v.vorobeva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9595-6982ЛевченковаО. С.LevchenkovaOlga S.noemail@neicon.ruШабановП. Д.ShabanovPetr D.noemail@neicon.ruФГБНУ «Институт экспериментальной медицины»РоссияInstitute of experimental medicineRussian FederationФГБОУ ВО «Смоленский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииРоссияSmolensk state medical universityRussian Federation2021120320216128489Copyright © Воробьёва В.В., Левченкова О.С., Шабанов П.Д., 20212021Воробьёва В.В., Левченкова О.С., Шабанов П.Д.Vorobyova V.V., Levchenkova O.S., 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/2642Введение

Введение. Современные технологические процессы, генерирующие ультра- и инфразвуковое, электромагнитное, вибрационно-шумовое излучение, значительно превосходят фоновые воздействия и неизбежно создают неблагоприятную техногенную нагрузку на человеческий организм. Особое место занимает вибрация, с которой соприкасаются прежде всего такие профессиональные группы, как рабочие горнодобывающих предприятий, золото- и алмазообогатительных фабрик, авиационных заводов, ТЭЦ и ГЭС, предприятий алюминиевой промышленности. Вибрационное воздействие ведёт к целому ряду биохимических нарушений в системе гомеостаза. Митохондриальные дисфункции представляются одними из ведущих элементов в иерархии звеньев патогенеза многих патологических синдромов и заболеваний.

Цель исследования — экспериментальное изучение тканеспецифических особенностей активности системы энергопродукции миокарда, почек, печени и ферментного статуса лимфоцитов крыс по активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) на фоне действия 7 сеансов локальной вибрации с частотой 27–30 Гц по 90 мин ежедневно до и после защиты сукцинатсодержащим антигипоксантом «Янтарь-кардио» в дозе 100 мг/кг/сут.

Материалы и методы

Материалы и методы. Изучение энергозависимых реакций нативных митохондрий органов проводили полярографическим методом с помощью закрытого мембранного электрода типа Кларка. Активность СДГ лимфоцитов крови крыс исследовали модифицированным методом количественного цитохимического анализа.

Результаты

Результаты. Функциональная перестройка в дыхательной цепи (ДЦ) митохондрий тканей свидетельствовала о торможении NAD-зависимого звена и активации системы окисления эндогенной янтарной кислоты, наиболее выраженные в ткани миокарда. На фоне вибрации удельная СДГ-активность лимфоцитов (Q ) достоверно возрастала на 52%, вариабельность (V) — в 3 раза. Применение препарата «Янтарь-кардио» ограничивало прирост скорости эндогенного дыхания наиболее значимо в сердце (70%, р<0,05), восстанавливало окислительную и сопрягающую активность NАD-зависимого участка ДЦ, улучшало структуру и состояние клеточной популяции лимфоцитов по их энергетическому статусу и предупреждало рассогласованность ведущих параметров популяционной изменчивости клеточного пула лимфоцитов крови экспериментальных животных.

Заключение

Заключение. Выявлено, что выраженность вибрационно-опосредованной биоэнергетической гипоксии в виде торможения NAD-зависимого звена дыхательной цепи и активации системы окисления эндогенной янтарной кислоты носит тканеспецифический характер и наиболее ярко проявляется в ткани миокарда. Система окисления янтарной кислоты не только высоко чувствительна к вибрационному воздействию, но и к фармакологическому препарату, поддерживающему функцию ДЦ в условиях напряжения гомеостатических функций тканей, вовлечённых в патологический процесс.

Introduction

Introduction. Modern technological processes that generate ultra- and infrasound, electromagnetic, vibration-noise radiation significantly exceed the background effects and inevitably create an unfavorable technogenic load on the human body. A special place is occupied by vibration, primarily associated with such professional groups as mining enterprises, gold and diamond processing plants, aircraft plants, thermal power plants and hydroelectric power plants, and aluminum industry enterprises. Vibration exposure leads to a number of biochemical disorders in the homeostasis system. Mitochondrial dysfunctions are among the leading elements in the hierarchy of pathogenesis of many pathological syndromes and diseases.

The aim of the study was an experimental analysis of tissue-specific features of the myocardium, kidneys, liver energy production system activity as well as the enzyme status of rat lymphocytes in relation to the activity of succinate dehydrogenase (SDH) on the background of 7 episodes of local vibration with a frequency of 27–30 Hz for 90 minutes daily before and after protection with succinate-containing antihypoxant "Yantar-cardio" at a dose of 100 mg/kg/day.

Materials and methods

Materials and methods. The study of the energy-dependent reactions of the native mitochondria of the organs was carried out by the polarographic method using a closed Clark-type membrane electrode. The activity of SDH of rat blood lymphocytes was studied by a modified method of quantitative cytochemical analysis.

Results

Results. Functional rearrangement in the respiratory chain (RC) of the mitochondria confirmed the NAD-dependent site's inhibition and activation of the oxidation system of endogenous succinic acid, most pronounced in the myocardial tissue. On the vibration background, the specific SDH activity of lymphocytes (Q) significantly increased by 52%, and the variability (V) — by three times. The use of "Yantar-cardio" limited the growth rate of endogenous respiration of the most significant in the heart (70%, p<0.05), restored oxidative and conjugating activity NАD-dependent link of RC, improve the structure and condition of the cell population of lymphocytes based on their energy status and warned the mismatch of the leading parameters of the population variability of the cellular pool of blood lymphocytes in experimental animals.

Conclusions

Conclusions. The intensity of vibration-mediated bioenergetic hypoxia in the form of inhibition of the NAD-dependent link of the respiratory chain and activation of the endogenous succinic acid oxidation system is tissue-specific and is most pronounced in the myocardial tissue. The succinic acid oxidation system is highly sensitive to vibration effects and a pharmacological drug that supports the function of RC under conditions of the stress of the homeostatic functions of tissues involved in the pathological process.

локальная вибрациямитохондрииэнергетический обменмиокардпочкипеченьбиоэнергетическая гипоксиясукцинатдегидрогеназалимфоцитыантигипоксантlocal vibrationmitochondriaenergy metabolismmyocardiumkidneysliverbioenergetic hypoxiasuccinate dehydrogenaselymphocytesantihypoxantReferencesДымочка М.А., Чикинова Л.Н., Запарий Н.С. Инвалидность вследствие профессиональной заболеваемости в Российской Федерации в 2012-2016 гг. Мед. труда и пром. экология. 2018; (4): 10-3.Dymochka M.A., Chikinova L.N., Zapariy N.S. Disability of occupational morbidity in the Russian Federation in 2012–2016. Med. truda i prom. ekol. 2018; 4: 10–3 (in Russian).Воробьева В.В., Шабанов П.Д. Воздействие общей вибрации нарушает функциональную активность системы энергопродукции миокарда кроликов. Биофизика. 2019; 64 (2): 337-42.Vorobyova V.V., Shabanov P.D. Exposure to general vibration disrupts the functional activity of the energy production system of the rabbit myocardium. Biofizika. 2019; 64 (2): 337–342 (in Russian).Мелентьев А.В., Серебряков П.В., Жеглова А.В. Влияние шума и вибрации на нервную регуляцию сердца. Мед. труда и пром. экология. 2018; (9): 19-23.Melentev A.V., Serebryakov P.V., Zheglova A.V. Influence of noise and vibration on nervous regulation of heart. Med. truda i prom. ekol. 2018; 9: 19–23 (in Russian).Кирьяков В.А., Павловская Н.А., Сухова А.В. Критерии выбора информативных лабораторных биомаркеров в медицине труда (аналитический обзор литературы). Мед. труда и пром. экология. 2010; (12): 22-7.Kir'yakov V.A., Pavlovskaya N.A., Suhova A.V. Informativity of laboratory biomarkers in diagnosis of vibration disease. Med. truda i prom. ekol. 2010; 12: 22–7 (in Russian).Ильин И.И., Насибуллин Б.А., Жеребицкий В.А. Изменения структуры нейронов и активности некоторых окислительно-восстановительных ферментов в мозжечке при непрерывном длительном действии общей низкочастотной вибрации. Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. 1991; (2): 9-15.Il'in I.I., Nasibullin B.A., Zherebickij V.A. Changes in the structure of neurons and the activity of some redox enzymes in the cerebellum with continuous long-term action of general low-frequency vibration. Arhiv anatomii, gistologii i embriologii. 1991; 2: 9–15 (in Russian).Воробьева В.В., Шабанов П.Д. Тканеспецифические особенности вибрационно-опосредованной гипоксии сердца, печени и почки кролика. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2016; 14 (1): 46-62.Vorob'eva V.V., Shabanov P.D. Tissue-specific features of vibration-mediated hypoxia of the heart, liver and kidney of a rabbit. Obzory po klinicheskoj farmakologii i lekarstvennoj terapii. 2016; 14 (1): 46–62 (in Russian).Лукьянова Л.Д. Сигнальная функция митохондрий при гипоксии и адаптации. Патогенез. 2008; 6 (3): 4-12.Luk'yanova L.D. Signaling function of mitochondria during hypoxia and adaptation. Patogenez. 2008; 6 (3): 4–12 (in Russian).Кондрашова М.Н., Сирота Т.В., Темнов А.В., Белоусова Ж.В., Петруняка В.В. Обратимая организация митохондрий в ассоциаты как фактор регуляции дыхания. Биохимия. 1997; 62 (2): 154-163.Kondrashova M.N., Sirota T.V., Temnov A.V., Belousova Zh.V., Petrunyaka V.V. Reversible organization of mitochondria into associates as a factor in the regulation of respiration. Biohimiya. 1997; 62 (2): 154–63 (in Russian).Франк Г.М., Кондрашова М.Н. (ред.) Руководство по изучению биологического окисления полярографическим методом. Наука; М.; 1973.Frank G.M., Kondrashova M.N. (red.) Guidelines for the Study of Biological Oxidation by Polarographic Method. Nauka; M.; 1973 (in Russian).Никольс Д. Биоэнергетика. Введение в хемиосмотическую теорию. Мир; М.; 1985.Nikol's D. Bioenergy. Introduction to Chemiosmotic Theory. Mir; M.; 1985 (in Russian).Chance B., Williams G. Respiratory enzymes in oxidative phosphorylation. J. Biol Chem. 1955; 217 (1): 324-7.Chance B., Williams G. Respiratory enzymes in oxidative phosphorylation. J. Biol Chem. 1955; 217 (1): 324–327.Chance B., Hollunger G. The interaction of energy and electron transfer reactions in mitochondria. J. Biol Chem. 1961; 236 (5): 1534-84.Chance B., Hollunger G. The interaction of energy and electron transfer reactions in mitochondria. J. Biol Chem. 1961; 236 (5): 1534–84.Воробьева В.В., Шабанов П.Д. Влияние вибрации на функции дыхательной цепи митохондрий почки кроликов в эксперименте. Мед. труда и пром. экология. 2020; 60 (5): 344-8.Vorob'eva V.V., Shabanov P.D. Influence of general vibration on the functions of the kidney mitochondrial respiratory chain of rabbits in the experiment. Med. truda i prom. ekol. 2020; 60 (5): 344–8 (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 (3): 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 (3): 218–22.Нарциссов Р.П. Применение n-нитротетразолия фиолетового для количественной цитохимии дегидрогеназ лимфоцитов человека. Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. 1969; 56(5): 85-91Narcissov R.P. Application of n-nitrotetrazolium violet for quantitative cytochemistry of human lymphocyte dehydrogenases. Arhiv anatomii, gistologii i embriologii. 1969; 56 (5): 85–91 (in Russian).Лойда З., Госсрау Р., Шиблер Т. Гистохимия ферментов: лабораторные методы. Мир; М.; 1982.Lojda Z., Gossrau R., Shibler T. Enzyme histochemistry: laboratory methods. Mir; M.; 1982 (in Russian).Хундерякова Н.В., Захарченко А.В., Захарченко М.В., Мюллер Х., Федотчева Н.И., Кондрашова М.Н. Влияние светового излучения близкого инфракрасного диапазона на крыс, оцениваемое по активности сукцинатдегидрогеназы в лимфоцитах на мазке крови. Биофизика. 2015; 60 (6): 1104-08.Hunderyakova N.V., Zaharchenko A.V., Zaharchenko M.V., Myuller H., Fedotcheva N.I., Kondrashova M.N. Effect of near infrared light radiation on rats, assessed by the activity of succinate dehydrogenase in lymphocytes on a blood smear. Biofizika. 2015; 60 (6): 1104–08 (in Russian).Дудылина А.Л., Иванова М.В., Калатанова А.В., Каленикова Е.И., Макаpов В.Г., Макаpова М.Н., Шумаев К.Б., Pууге Э.К. Генерация супероксидных радикалов митохондриями сердца и антиоксидантное действие водорастворимой формы убихинона-10. Биофизика. 2019; 64 (2): 282-90.Dudylina A.L., Ivanova M.V., Kalatanova A.V., Kalenikova E.I., Makapov V.G., Makapova M.N., Shumaev K.B., Puuge E.K. Generation of superoxide radicals by heart mitochondria and antioxidant effect of water-soluble form of ubiquinone-10. Biofizika. 2019; 64 (2): 282–90 (in Russian).Ленинджер А.Л. Основы биохимии: пер. с англ. в 3-х тт. Мир; М.; 1985.Lenindzher A.L. Fundamentals of Biochemistry: trans. from English in 3 vols. Mir; M.; 1985 (in Russian).Сахаров Д.А., Шкурников М.Ю., Тоневицкий А.Г. Кратковременный высокоинтенсивный физиологический стресс вызывает увеличение экспрессии белка теплового шока в лейкоцитах человека. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2009; 147 (3): 335-40.Saharov D.A., Shkurnikov M.Yu., Tonevickij A.G. Short-term high-intensity physiological stress causes an increase in the expression of heat shock protein in human leukocytes. Byulleten' eksperimental'noj biologii i mediciny. 2009; 147 (3): 335–40 (in Russian).Semenza G.L. Expression of hypoxia-inducible factor 1: mechanisms and consequences. Biochem. Pharmacol. 2000; 59: 47-53.Semenza G.L. Expression of hypoxia-inducible factor 1: mechanisms and consequences. Biochem. Pharmacol. 2000; 59: 47–53.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.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.Ben-Dov C., Hartmann B., Lungren J., Valcarcel J. Genome-wide analysis of alternative pre-mRNA splicing. J. Biol. Chem. 2008; 283 (5): 1229-33.Ben-Dov C., Hartmann B., Lungren J., Valcarcel J. Genome-wide analysis of alternative pre-mRNA splicing. J. Biol. Chem. 2008; 283 (5): 1229–33.Маевский Е.И., Розенфельд А.С., Гришина Е.В., Кондрашова М.Н. Коррекция метаболического ацидоза путем поддержания функций митохондрий. Митохондрии в патологии. Наука, Пущино; 2001.Maevskij E.I., Rozenfel'd A.S., Grishina E.V., Kondrashova M.N. Correction of metabolic acidosis by maintaining mitochondrial function. Mitochondria in pathology. Nauka. Pushchino; 2001 (in Russian).Correa P.R., Kruglov E.A., Thompon M. Succinate is a paracrine signal for liver damage. J. Нepatology. 2007; 47 (2): 262-9.Correa P.R., Kruglov E.A., Thompon M. Succinate is a paracrine signal for liver damage. J. Nepatology. 2007; 47 (2): 262–9.Levchenkova O.S., Novikov V.E., Abramova E.S., Feoktistova Zh.A. Signal Mechanism of the Protective Effect of Combined Preconditioning by Amtizole and Moderate Hypoxia. Bull. Exp. Biol. Med. 2018; 164 (3): 320-23.Levchenkova O.S., Novikov V.E., Abramova E.S., Feoktistova Zh.A. Signal Mechanism of the Protective Effect of Combined Preconditioning by Amtizole and Moderate Hypoxia. Bull. Exp. Biol. Med. 2018; 164 (3): 320–3.

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