CC BY
20
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
УДК 616.127-02:613.641]-092.9 г ' •;■■.
В.В.Воробьева
АКТИВНОСТЬ СИСТЕМ ЭНЕРГОПРОДУКЦИИ МИОКАРДА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ОБЩЕЙ ВИБРАЦИИ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
Известно, что вибрация посредством передачи энергии колебания оказывает прямое действие на биологические структуры [6]. Это действие ведет к нарушению структурной организации клеток, тканей, в том числе мышц и миокарда, объективными индикаторами которого служат так называемые тканевые биомаркеры [143.
Ультраструктурными мишенями для воздействия вибрации являются все орга-неллы клетки, но наиболее чувствительны мембраны и митохондрии (Мх) [8]. Нарушение энергетического обмена на фоне вибрационного воздействия ведет к энергодефициту, гипоксии и генерализованной дис-регуляции гомеостаза [1, 7, 10-12]. Однако целостное представление о механизмах перестройки энергетического обмена, в том числе на уровне систем энергопродукции миокарда, под действием вибрации до сих пор отсутствует.
Исхода из вышесказанного, целью работы явилось экспериментальное изучение активности систем энергопродукции миокарда кролика при неблагоприятном действии различных режимов общей вибрации.
Материалы и методы исследования
Эксперименты проведены на 145 кроликах-самцах породы шиншилла весом 2,5-3
кг, в возрасте 3-4месяца. Сертифицированные животные получены из вивария КГМА. Эксперименты выполняли в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных». Действие общей вертикальной вибрации с амплитудой 0,5мм осуществляли с помощью промышленной установки УВ 70/200. Ежедневно в течение 7, 21 и 56 дней проводили сеансы вибрации с частотой 8 Гц и 44Гц по 60 минут в утренние часы с 9.00 до 11.00 в осенне-зимний период.
Изучение энергозависимых реакций нативных Мх [9] сердца кроликов осуществляли полярографическим методом [3]. Скорость дыхания Мх (V) в зависимости от добавок в среду инкубации выражали в (нг-атом О мин 'мг1 белка]. Метаболические состояния Мх «покоя» и «активности» моделировали in vitro при варьировании экзогенных энергетических субстратов (до и после введения в ячейку 2,4-ДНФ).
Вклад в эндогенную дыхательную активность Мх НАД - и ФАД - зависимых субстратов (НАД-ЗС, ФАД-ЗС) оценивали по данным ингибиторного анализа [3] с амита-лом или малонатом по 2мМ. В качестве экзогенных субстратов использовали ФАД-ЗС -янтарную кислоту (ЯК), 1мМ или смесь НАД-ЗС - яблочной и глутаминовой кислот
(Мал+Глу) по ЗмМ. Введением в ячейку разобщителя 2,4-динитрофенола (2,4-ДНФ) [10] до 20 мкМ имитировали состояние АТФ-азной «активности» Мх.
Отклик Мх на неблагоприятный фактор in vivo оценивали по совокупности кинетических (VJ и расчетных параметров. В метаболических состояниях Мх рассчитывали коэффициенты приращения сукцинат-зависимого дыхания (КП9) в состоянии покоя (КП„) и разобщения (КПР). «Регулятор-ные» параметры количественно характеризовали переход Мх в разные состояния (от эндогенного - в состояние «покоя»; от покоя - в «активное» состояние). Рассчитывали коэффициенты стимуляции - КС„к ,и КСглу+(Ш, или разобщения КРглу+мм, КР,В которые выражали в относительных единицах измерения.
Повреждающее действие вибрации подтверждали морфогистологическим анализом. Статистическую обработку данных выполняли с помощью пакета прикладных программ «Ехе1-2002» (MS Office 2002), «STATISTICAL 6,0.
Результаты исследования
В наших экспериментах значения большинства кинетических показателей активности Мх в разных метаболических состояниях статистически значимы, но нелинейно зависели от частоты и длительности общей вибрации. Зависимость изменчивости К, от различных параметров вибрации представлена в таблице.
Сходство V3 не означало идентичности Мх миокарда животных, подвергнутых юз-действию различных режимов вибрации. Ингибиторный анализ показал, что вклад основных парциальных реакций эндогенного дыхания существенно изменялся в зави-
симости от частоты и длительности вибрации. Под основными парциальными реакциями эндогенного дыхания понимали потоки электронов при окислении ФАД - и НАД-3 эндогенных субстратов в ДЦ Мх.
Параметры эндогенного дыхания Мх сердца кролика при варьировании характеристик общей вибрации
Характеристики вибрационного воздействия N V,
частота, Гц количество сеансов вибрации
0* 8 8 8 0 7 21 56 15 10 10 10 16,3+4,3 16,3±3,2 18,8±5,2 23,4±5,7
44 7 10 22,6±5,2
44 21 10 25,9±6,7
44 56 10 17,9±5,8
Примечание: * - группа интактных животных; N -количество животных в исследуемой группе, указаны средние значения показателей с их 95%-ными доверительными интервалами.
На фоне вибрации 8 Гц чувствительность К, к амиталу через 21 сеанс снижалась на 40% (р<0,05), а через 56 сеансов - на 50,6% (р<0,05) относительно интактных животных. Малонатчувствительное эндогенное дыхание через 21 сеанс достигало 2-кратного увеличения (р<0,01), однако после 56 сеансов различий с показателями интактных животных не отмечалось.
При вибрации 44 Гц уже после 7 сеансов наблюдалось снижение чувствительности эндогенного дыхания Мх к амиталу на 51% (рй0,05); к 56-му сеансу уровень ами-талчувствительности не отличался от исходных показателей группы интактных животных. Малонатчувствительное дыхание через 21сеанс увеличивалось на 101 % (/><0,01) и сохранялось без изменений до 56-го сеанса,
а
0 12 3
— * — контроль —■—КП мал.ч. б
Рос. 1. Изменчивость реакции Уэ Ш КМЦ при вибрации 8Гц(а)и44Гц(б}:1-7 сеансов вибрации; 2-21 сеанс; 3-56 сеансов. Звездочками обозначены статистически значимые различия между группами интактных и еибрированных животных -*- рй0,05, **-рй0,01
Сопоставление динамики амитал- и ма-лонатчувствитель ности показывает, что, независимо от частоты, пролонгация общей вибрации приводила к повышению чувстви-
тельности V, к малонату в гораздо большей степени, чем к амиталу. Коэффициент приращения (КП) на фоне воздействия вибрации 8 Гц (рис. 1, а) через 21 сеанс увеличился в 2,6 раза (¿><0,01); через 56 сеансов - в 1,8 раза ф<0,05) относительно показателей интактного контроля (ИК).
Через 7 сеансов вибрации 44 Гц (рис. 1, б) КП^ увеличился в 1,5 раза (¿><0,05) по отношению к показателю интактной контрольной группы; через 21 сеанс - в 1,8 раза (р<0,05), оставаясь без существенных изменений к 56-му сеансу.
Таким образом, приращение малонат-чувствительности (КПМ1Л.,.) при 8 Гц и 44 Гц существенно превышало темпы усиления амитал чувствительности. Это отражало доминирование метаболизма эндогенной ЯК в энергообеспечении адаптивных перестроек миокарда. Однако темпы приращения мало-натчувствительности при 44 Гц оказались ниже, чем при 8 Гц. Вероятно, при более жестком режиме вибрации в системе сукцинат-зависимой биоэнергетики развивались напряжение, деэнергизация и накапливались эффекты повреждения.
Моделирование градаций метаболических состояний Мх с помощью экзогенных субстратов окисления и разобщителя подтвердило преимущественную активацию сукцинат-зависимой энергетики миокарда в условиях пролонгации вибрационного воздействия.
В Мх миокарда скорости окисления Глу+Мал в состоянии «покоя» и «активности» независимо от частоты и длительности вибрации были ниже, чем скорости окисления ЯК. Окисление НАД-ЗС в состоянии «покоя» на фоне вибрации 8 Гц снижалось на 38% (р<0,01) от уровня интактных животных
через 7 сеансов и уменьшалось в 1,8 раза (р<0,01) к 56-му сеансу (рис. 2, а). Динамика Клу+ии под влиянием вибрации 44 Гц была несколько более сглаженной, но ее депрессия через 56 сеансов отчетливо прослеживалась и составляла 43% (р<0,05).
В условиях «активности» Мх Кглу+(1ад.р через 56 сеансов вибрации 8 Гц уменьшалась на 77% ф<0,01) относительно интакт-ных животных, тогда как в более ранние сроки достоверных изменений показателя не наблюдалось (рис. 2, в). При 44 Гц динамика окисления НАД-ЗС в «активном» метаболическом состоянии Мх КМЦ оказалась иной; депрессия значений показателя через 21 сеанс составила 21% (р<0,05), а через 56 сеансов - 30% (р<0,01). Следовательно, при суммации эффектов вибрации происходило угнетение окисления НАД-ЗС в «активном» разобщенном состоянии Мх. Таким образом, выраженное снижение глутамат-малатоксидазной активности наблюдалось на обеих частотах, но с разным характером динамики.
Сукцинатоксидазная активность в состоянии покоя Мх при 8 Гц через 7 сеансов вибрации уменьшилась на 38% (/>¿0,05), к 56-му сеансу возвратилась к уровню ИК кроликов (рис. 2, б); При 44 Гц достигла максимума к 21-му сеансу, возрастая на 77% (р<0,05), и снизилась к 56-му сеансу, тем не менее оставаясь выше показателей интакт-ных животных на 38,5% ф<0,05).
В «активном» состоянии (рис. 2, г) Мх КМЦ окисляли ЯК через 21 сеанс вибрации 44 и 8 Гц интенсивнее на 22% и 55% (р<0,05) по сравнению с интакгной группой. Но через 56 сеансов вибрации 8 Гц наблюдалось уменьшение V, ниже уровня интакт-ной группы, тогда как на фоне 44 Гц У3 оста-
валась на 33% выше показателя интактных животных.
Следовательно, скорости окисления НАД-ЗС в Мх в состоянии «покоя» и ♦активности», независимо от частоты и длительности вибрации, существенно уступали скоростям окисления ЯК Изменчивость градаций метаболических состояний Мх «покоя» и ♦активности» свидетельствовала о преимущественном усилении сукцинат-зависимой энергетики миокарда в условиях пролонгированной вибрации и о суммации неблагоприятных эффектов этого воздействия.
Регулирующее действие НАД-ЗС в состоянии «покоя» и «активности* более ярко проявлялось на фоне 8 Гц в течение 7 и 21 сеансов, но резко снижалось к 56-му сеансу. Регулирующая роль НАД-ЗС при 44 Гц была менее выражена, что свидетельствовало о снижении активности этого участка ДЦ и уменьшении его вклада в энергообеспечение ответной реакции миокарда на вибрацию. Регулирующее действие ФАД-ЗС при 8 Гц было менее заметно, чем НАД-ЗС, однако его роль поступательно возрастала по мере суммации эффектов вибрации 44 Гц и в наибольшей мере проявилась в состоянии «покоя» через 56 сеансов.
Таким образом, на уровне Мх миокарда вектор неблагоприятного действия общей вибрации in vivo был направлен от 8 Гц к 44 Гц по частоте и от 7 сеансов к 21-56 - по длительности. Роль ФАД-зависимого звена Мх, обеспечивающего парциальные реакции дыхательной цепи (ДЦ) Мх миокарда с участием эндогенной и экзогенной ЯК in vitro, повышалась, свидетельствуя о ведущей роли быстрого метаболического кластера (БМК) [13] в поддержании функции ДЦ в неблагоприятных условиях [4]. Гиперактивация сис-
темы окисления ЯК сопровождалась явле- вибрации частотой 44 Гц на протяжении 21-
ниями торможения и разобщения. Это сви- 56 сеансов и подтверждается комплексным
детельствует о формировании низкоэнерге- анализом морфогистологических признаков
тического сдвига [2) в системах энергообес- и клеточно-популяционных характеристик
печения миокарда при суммации общей ЭСЛ при вибрации.
а б
Рис. 2. влияние частоты и длительности вибрации на окисление НАД-ЗС (а,в) и ФАД -ЗС (6,г) Мх КМЦ в состоянии «покоя» и я активности»: 1-7 сеансов вибрации; 2-21 сеанс; 3-56 сеансов. Звездочками обозначены статистически значимые различия между группами цитатных и вибрированных животных - * - р<0,05, " - рй0,01
Длительная вибрация 44 Гц оказывала повреждающее действие на разных уровнях биологической интеграции. На уровне Мх миокарда сначала происходила активация сукцинат-зависимой биоэнергетики, ослаблялись функции НАД-зависимого звена (7-
21 сеанс). При дальнейшей пролонгации (56 сеансов) развивались напряжение и деэнер-гизация ФАД-зависимой фракции Мх миокарда. Неблагоприятные эффекты пролонгированной вибрации сопровождались морфологическими изменениями: нарасга-
нием дистрофии КМЦ, уменьшением капиллярной сети, спазмом артериол, увеличением межклеточного и межпучкового отека, постепенным расширением очагов кровоизлияний и некроза.
Отсутствие специфических черт в структуре функциональной перестройки
системы энергопродукции Мх КМЦ в отве на вибрационное воздействие позволило дальнейшем использовать данный физиче ский фактор в качестве неинвазивной моде ли дисрегуляционного воздействия, вызы вающего низкоэнергетический сдвиг в вид Мх дисфункции [5].
а б
Рис.3. Микрофото миокарда после 56 сеансов вибрации 8 Гц (а): 1 - сформировавшаяся гипертрофия КМЦ; 2 - зональная вакуольная дистрофия; 3 - слабый межклеточный отек; 44 Гц (б): 1 - сформировавшаяся гипертрофия КМЦ; 2 - вакуольная дистрофия; 3 - отек интерстиция межпучкового характера. Окраска гематоксилин - эозин, X 320
Информативность данной модели способствовала не только изучению биологических феноменов вибрации и углублению сведений о патогенезе вибрационно-обусловленной патологии, но и исследованию возможностей фармакологической виброзащиты миокарда.
Библиографический список
1. Гоголева 011. Вибрационная болезнь у рабочих угольных шахт (клинико-гомеостатические и терапевтические аспекты): Автореф. дис.... д-ра мед. наук / ОН. Гоголева. - Пермь, 2000. - 39с.
2. Гомеостазирование физиологиче ских функций на уровне митохондрий , МЯ. Кондрашова, ЕВ. Григоренко, АМ. Баб ский, ВА. Хазанов // Молекулярные меха низмы клеточного гомеостаза. - Новоси бирск Наука СО, 1987. - С40-66.
3. Кондрашова МИ. Обследование со-стояния выделенных митохондрий: Руководство по изучению биологического окисле ния полярографическим методом / МЛ. Кондрашова, АА Ананенко. - М.: Наука 1973. - С.94-106.
4. Коррекция метаболического ацидоза путем поддержания функций митохонд-
рий / ЕЛ Маевский, АС. Розенфемд, ЕВ. Гришина, МЛ. Кондрашова. - Пущино. -
2001,- 155с.
5. Лукьянова ЛД. Митохондриальные дисфункции при гипоксии - типовой патологический процесс / ЛД. Лукьянова // Митохондрии в патологии: Материалы Всерос. раб. сов. - Пущино, 2001. - С.66-68.
6. Лытаев САЧ Шангин АВ. Физиологические механизмы действия на организм инфра- и низкочастотной вибрации / СА Лытаев, АВ. Шангин // Вестник новых медицинских технологий. - 1999- - Т.6. -№2. - С.11-14.
7. Микроангио - и висцеропатии при вибрационной болезни / ТМ. Сухаревская, АВ. Ефремов, ГЛ. Непомнящих и др. ~ Новосибирск, 2000. - 238с.
8. Некоторые современные аспекты патогенеза вибрационной болезни / ВГ. Артамонова, ЕВ. Колесова, ЛВ. Кускова, ОВ. Швалев // Медицина труда и пром. экология. - 1999- - №2. - С. 1-4.
9. Обратимая организация митохондрий в ассоциаты как фактор регуляции дыхания / МЛ. Кондрашова, ТВ. Сирота, АВ. Темнова и др. // Биохимия. - 1997. -Т.62. - №2. - С. 154-163.
ШЛотеряева ЕЛ. Вибрационные висцеропатии в контексте системных микроан-гиопатий: (патоморфогенез, особенности клиники, вопросы терапии): Автореф. дис.... д-ра мед. наук / ЕЛ. Потеряева. - Новосибирск, 1999. - 52с,
11.Физические факторы и стресс / ГА Суворов, ЮЛ. Пальцев, ЛВ. Прокопенко и др. // Медицина труда и пром. экология. -
2002. - №8,- С. 1-4.
12. Физические факторы. Эколого-гигиеническая оценка и контроль. (Практическое руководство) Т.2 / Н.Ф. Измеров, ГА. Суворов, НА. Куралесин и др. - М.: Медицина. - 1999. - С.250-355.
13.Хазанов ВА. Роль системы окисления янтарной кислоты в энергетическом обмене головного мозга: Автореф. дис,... д-ра мед. наук / ВА Хазанов. - Томск, 1993- -35с.
H.tefon ]М. A review of current literature on physiological tests and soft tissue bio-markers applicable to work-related upper limd disonders / JM. Saxton // Occup. Med - 2000. - VoL50. - №2. - P. 121 -130.
VS. Vorobyova
ACTIVITY OF MYOCARDIAL
ENERGY-PRODUCING SYSTEMS UNDER EFFECT OF EXPERIMENTAL GENERAL VIBRATION
Hie present investigation was aimed at experimental study of activity of rabbit's myocardial energy-producing systems under the effect of various rates of general vibration. One hundred and forty five rabbits were studied. Investigation of energy-dependent reactions of rabbits' heart native Mx was conducted with closed membrane electrode of Clark type. It has been established that vibration induces low-energetic shift at the level of myocardial energy-producing systems.
Keywords: vibration, mitochondria, energy metabolism of myocardium.
Кировская государственная медицинская
академия
Материал поступил в редакцию 10.06.06
