CC BY
32
Доцент Н.К.Мазина, В.В. Воробьева СИСТЕМЫ ЭНЕРГОПРОДУКЦИИ МИОКАРДА КРОЛИКОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ
ФАКТОРОВ ОБЩЕЙ ВИБРАЦИИ. 1.АНАЛИЗ ИЗМЕНЧИВОСТИ КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
Кировская государственная медицинская академия
Скорость окисления эндогенных энергетических субстратов нативными митохондриями (Мх) миокарда и чувствительность эндогенного дыхания к ингибиторам явились параметрами отклика на действие независимых контролируемых факторов общей вибрации (длительности и частоты) [12,13]. На разных уровнях варьирования и в разных сочетаниях факторы влияли на соотношение активности FAD-и NAD-зависимых звеньев дыхательной цепи (ДЦ). Дифференцированная информативность и значимость ответа исследованных показателей позволили создать модель функциональной активности Мх
кардиомиоцитов при воздействии общей вибрации с учетом вклада разных фракций эндогенного дыхания [13]. Однако такой методический подход не позволил в полной мере оценить диапазоны ответной изменчивости градаций энергетических состояний Мх при изучаемом типе внешних воздействий. А это представляется важным для обоснования энерготропных фармакологических подходов к коррекции повреждающего действия вибрации с патогенетических позиций.
Цель настоящего исследования заключалась в анализе влияния факторов общей вибрации на изменчивость кинетических характеристик ДЦ миокарда при градациях функциональных состояний, моделируемых на нативных Мх in vitro - в условиях покоя и максимальной функциональной нагрузки.
Материалы и методы. Действие общей вертикальной вибрации с фиксированной амплитудой 0,5 мм и частотой 8 (средней) и 44 (высокой) Гц исследовали на кроликах-самцах весом 2,5-3 кг с использованием промышленной установки УВ 70\200. Ежедневные сеансы вибрации длительностью по 60 минут проводили в утренние часы (с 9 до 11) в течение 7, 21 и 56 дней.
Ассоциаты нативных митохондрий (Мх in situ) сердца получали в составе гомогената этой ткани по методологии, разработанной и обоснованной М.Н.Кондрашовой с соавторами [8,18,22]. Скорость
окисления эндогенных и экзогенных субстратов в тканевых препаратах регистрировали с помощью закрытого кислородного датчика типа Кларка в термостатируемой кювете (37° С), объемом 1 мл при постоянном перемешивании [16].
Среда инкубации имела состав 0,12 М KCl, 0,01 М KH2PO4, 0,01 М Mg SO4, 0,02 M ТРИС-HCl , рН 7,4.
Скорости окисления относили к 1 мг белка, оценивая их по поглощению кислорода после добавки в ячейку 50 мкл свежеполученного гомогената (соотношение «среда выделения»: «ткань» = 1:2) и выражали в [ нг-атом О мин" 'мг~ 1 белка]. Содержание белка (2,28+0,45 мг/мл) измеряли модифицированным микробиуретовым методом [27].
Градации метаболических состояний нативных митохондрий моделировали in vitro по B. Chance [26] и М.Н.Кондрашовой с сотр. [ 6-8,16] добавлением в ячейку экзогенных субстратов окисления (глутамата до 3 мМ или янтарнокислого натрия до 1 мМ) и разобщителя 2,4-динитрофенола (ДНФ) до универсальной общепринятой разобщающей концентрации 20 мкМ. В соответствии с этим различали состояние эндогенного дыхания (характеризовали кинетическим показателем Уэнд), состояние покоя при окислении экзогенных субстратов (показатели Углу, Уяк) и состояние активного субстратного дыхания (Углу-днф, Уяк-днф), отражающего окисление экзогенных субстратов в условиях максимальной функциональной нагрузки на ДЦ, которую имитировали добавлением 2,4-ДНФ.
Совокупность значений кинетических параметров Уэнд, У глу, Углу-днф, Уяк, Уяк-днф выдерживала тесты на нормальность распределения по критериям Колмогорова-Смирнова, Лиллиефорса и Шапиро-Уилка (p>0,05) [17]. Это позволило использовать дисперсионный анализ для множественных сравнений и количественной оценки вариаций активности систем энергопродукции миокарда по избранным параметрам-откликам.
Степень и значимость влияния независимых контролируемых факторов общей вибрации - частоты (А), длительности, как суммации (кумуляции эффектов) общего количества ежедневных сеансов (В), и их взаимодействия (А*В) оценивали по матрице полного факторного эксперимента (ПФЭ) 2*3 [1,17]. Факторы А и В варьировали на трех уровнях. Уровни фактора А : А1 - отсутствие вибрации, частота 0 Гц, А2 - общая вибрация 8 Гц, А3 - общая вибрация 44 Гц. Уровни фактора В: В1 - 7 сеансов общей вибрации; В2 - 21 сеанс; В3 - 56 сеансов. На различных уровнях сочетания А и В исследовали от 5 до 10 животных. Всего по матрице ПФЭ было проведено N=60 наблюдений. Массив, подвергнутый многомерному анализу, содержал 300 экспериментальных значений кинетических показателей.
При статистической обработке результатов использовали модуль ANOVA/ MANOVA в ППП STATISTICA 6,0 (Stat Soft, USA) [1,17] для неравного числа наблюдений в опытных точках.
Результаты и их обсуждение. Согласно результатам дисперсионного анализа контролируемые факторы общей вибрации дифференцированно и в разных сочетаниях значимо влияли на вариации кинетических параметров функциональной активности нативных Мх сердца кроликов (табл.1).
Частота вибрации (фактор А) на высоком уровне достоверности (p< 0,001) определяла вариацию скорости окисления экзогенных субстратов Уяк и Углу в состоянии «покоя». Взаимодействие факторов А и В оказалось весомым источником изменчивости для Уэнд и Углу-днф. Наряду с этим изменчивость
показателей субстратного дыхания Мх в состоянии максимальной функциональной нагрузки (Углу-днф и Уяк-днф) достоверно (p< 0,05) была подвержена влиянию длительности общей вибрации (фактор В), то есть, суммации эффектов, но не частоты. Таким образом, системы энергопродукции миокарда, находясь в состоянии «покож>, в наибольшей степени откликались на влияние частотного фактора, тогда как изменчивость состояния функциональной активности Мх чаще всего представлялась как обобщенный отклик на кумуляцию эффектов вибрации.
Следует отметить, что величина вклада контролируемых факторов общей вибрации (с учетом их взаимодействия) в дисперсию кинетических параметров-откликов при формальном анализе уступала вкладу неконтролируемых. Среди возможных объяснений мы выделим следующие.
Известно, что экзогенные субстраты при добавлении в ячейку к нативным Мх в состоянии эндогенного дыхания способны оказывать дополнительное энергизирующее воздействие [6-8,15]. Согласно литературным данным, в подобной модели in vitro межгрупповые отличия препаратов Мх от животных после разных экспериментальных воздействий могут «размываться» и создавать иллюзию либо о непричастности клеточных систем энергопродукции к формированию метаболического ответа, либо о наличии существенного экспериментального «шума» [6-8,15].
В нашем случае высокий уровень значимости (p< 0,001) отклика некоторых кинетических параметров на действие фиксированных факторов вибрации и достаточно большое количество наблюдений (n=60) по каждому из 5 кинетических показателей в матрице ПФЭ побудили искать основания, которые бы способствовали пониманию причин «неслучайной» разнородности действия факторов в условиях данного исследования.
Результирующую наиболее значимого (p< 0,05) и весомого влияния ( по величине К ,%, помеченной в табл.1 жирным шрифтом) совокупности контролируемых факторов общей вибрации на изменчивость параметров-откликов наблюдали со стороны эндогенного дыхания и окисления глутамата в состоянии покоя (Углу) и максимальной функциональной нагрузки (Углу-днф). Вариабельность откликов (по
совокупности межгрупповых различий) после добавки сукцината к нативным Мх кардиомиоцитов in vitro в состоянии «покоя» и «активности» оказалась менее выраженной.
Таблица 1
Влияние факторов общей вибрации и эффекты их взаимодействия на дисперсии кинетических параметров
активности систем энергопродукции миокарда кроликов
Параметр-от Факторы вибрации SS df MS F p K,%
клик
А 141,2 2 70,6 1,56 0,221 3,6
Уэнд В 13,1 2 6,6 0,14 0,866 0,3
А*В 1439,5 4 359,9 7,9 0,000.. 36,8
Контролируемые 1593,8 40,7
Неконтролируемые 2322,2 51 - - 59,3
А 975,3 2 487,6 13,86 0,000.. 30,5
Углу В 190,2 2 95,1 2,7 0,077 5,9
А*В 240,6 4 60,2 1,7 0,162 7,5
Контролируемые 1406,1 44,0
Неконтролируемые 1789,6 51 - - 56,0
А 1977,7 2 988,86 7,69 0,001 19,9
Уяк В 325,6 2 162,8 1,27 0,294 3,3
А*В 1077,6 4 269,4 2,09 0,095 10,9
Контролируемые 3380,9 34,1
Неконтролируемые 6533,7 51 - 65,9
У глу-днф А 1532,8 2 766,4 3,02 0,057 7,05
В 3495,6 2 1747,8 6,88 0,002 16,07
А*В 3769,4 4 942,3 3,71 0,010 17,33
Контролируемые 8797,8 40,5
Неконтролируемые 12925,2 51 59,5
У як-днф А 112,8 2 56,4 0,29 0,749 0,91
В 1212,3 2 606,2 3,12 0,05 9,80
А*В 1128,2 4 282,0 1,45 0,23 9,10
Контролируемые 2453,3 19,9
Неконтролируемые 9874,8 80,1
Примечание: 88- сумма квадратов отклонений параметра-отклика от среднего значения, обусловленная влиянием фактора; df - число степеней свободы; М8 - дисперсии; Г -критерий Фишера; р - уровень значимости; К- степень влияния факторов вибрации на параметры-отклики. Гомогенность дисперсий признаков, анализируемых в группах фиксированных факторов, проверяли по тестам Левена и
Брауна-Форсайта (p>0,05) [1,17].
Скорее всего обобщенный результат дисперсионного анализа явился отражением способности экзогенного сукцината оказывать мощное энергизирующее действие на Мх, и тем самым «поглощать» часть изменчивости, вибрационно обусловленными различиями между животными. Можно предположить также, что регулирующее действие именно сукцината проявлялось in vitro таким образом, что его следует интерпретировать не как «шум» из-за неучтенных (случайных) условий эксперимента , а как частичное нивелирование экзогенным субстратом дизрегуляционных эффектов вибрации на уровне функционирования систем энергопродукции миокарда. Возможно еще одно объяснение - нелинейность зависимости выходных эффектов от входных факторов и их сочетаний. Для проверки этих объяснений представлялось логичным сопоставление расчетных
данных о силе влияния факторов вибрации, полученных в результате первичного анализа матрицы ПФЭ 2*3, с общей картиной диапазона и направленности изменений средних значений кинетических параметров-откликов в их графическом представлении и достоверностью межгрупповых различий при множественных сравнениях.
Рис.1. Изменчивость значений кинетических параметров функциональной активности нативных Мх миокарда кроликов на разных уровнях фактора А. Средние значения абсолютных скоростей дыхания приведены с указанием 95% доверительных интервалов. Значимость различий между средними по LSD-тесту для множественных сравнений [1,17] составила: для Уэнд - А1 и А3 р=0,043; для Углу - А1 и А2 р=0,000..., А2 и А3 р =0,000.; Углу-днф - А1 и А2 р=0,0076; Уяк - А1 и А3 р=0,00025, А2 и А3 р=0,000176.
Варьирование фактора А на трех уровнях вызывало разнонаправленные и значимые эффекты на окисление энергетических субстратов Мх сердца кроликов (рис.1).
С увеличением частоты общей вибрации равномерно, монотонно и достоверно возрастала только скорость окисления эндогенных субстратов (на 24,8% при 44 Гц).
Как и следовало ожидать, окисление экзогенных субстратов (янтарной и глутаминовой кислоты) в состоянии покоя и функциональной активности не проявляло прямой зависимости от этого фактора, но характеризовалось достоверными различиями при межгрупповых сравнениях: Углу уменьшалась при 8 Гц на 40%, при 44 Гц - не отличалась от контроля; У як при 8 Гц не отличалась от контроля, но существенно , на 40%, возрастала при 44 Гц. У як-днф на разных частотах не претерпевала достоверных изменений (по абсолютным значениям однако явно преобладала над окислением глутамата в активном состоянии), тогда как Углу-днф при 8 Гц достоверно уменьшалась на 29,5% и мало отличалась от контроля при 44 Гц.
Таким образом, результаты множественного сравнения вариаций кинетических показателей и графическое интервальное оценивание их средних значений, представленное на рис.1, выявили высоко достоверный, но разнонаправленный эффект частоты вибрации на скорости окисления субстратов Мх сердца кроликов в разных метаболических состояниях. Сукцинат- и глутаматоксидазная активность Мх в состоянии покоя весомо и достоверно откликалась на частотный фактор. Отклики эндогенного дыхания и окисления субстратов в условиях максимальной функциональной нагрузки были не столь контрастны по сравнению с контрольными группами. Подтверждением этому послужило отсутствие достоверных межгрупповых различий по соответствующим признакам согласно тесту множественных сравнений LSD.
Варьирование длительности воздействия вибрации на трех уровнях, по сути, означало, что в организованном эксперименте мы поэтапно, направленно и контролируемо суммировали (накапливали) эффекты вибрации на уровне функционирования систем энергопродукции миокарда в течение 7, 21 и 56 сеансов. Результаты влияния такой суммации представлены на рис.2.
В этих условиях скорости окисления эндогенных субстратов и янтарной кислоты в состоянии покоя (Уэнд и Уяк) увеличивались по сравнению с контролем к 21-56 сеансу на 17% и 24,4%, соответственно, тогда как скорость окисления глутамата (Углу) уменьшалась к 56 сеансу на 24,5%. При окислении экзогенных субстратов в активном состоянии (после добавки 2,4-ДНФ) наблюдали возрастание темпов дыхания к 21 сеансу, но в дальнейшем - возврат к уровню контроля на янтарной кислоте и значительное снижение Углу-днф (на 35,6%) к 56 сеансу. Представляется существенным, что через 56 сеансов вибрации активное дыхание на сукцинате возвращалось к уровню контроля и 7 сеансов (в контроле оно составляло 51,9 + 4,5 нг-атом О мин"1 мг"1), а на глутамате явно угнеталось.
Согласно нашим данным, полученным ранее с помощью ингибиторного анализа, в эти сроки вибрационного воздействия многократно возрастала чувствительность эндогенного дыхания к малонату и снижалась чувствительность к амиталу [12,13] . Это можно объяснить активизацией FAD-зависимого звена дыхательной цепи кардиомиоцитов и увеличением вклада в эндогенное дыхание окисления эндогенной янтарной кислоты, а также - угнетением NAD-зависимого звена. Более выраженное уменьшение темпов окисления экзогенного глутамата на двух уровнях градации энергетических состояний Мх (покоя и функциональной активности) на только подтверждало торможение переноса электронов на NAD-зависимом участке ДЦ, но указывало на развитие весьма глубоких нарушений в системах сопряженности окисления и
фосфорилирования, связанных с преобразованием энергии в разные формы.
Видно, что зависимость скоростей окисления экзогенных субстратов в разных энергетических состояниях Мх от суммации вибрационно-опосредованного эффекта имела разнонаправленный и нелинейный характер. Соотношение интервальных оценок кинетических параметров и нелинейный характер их изменчивости на разных уровнях факторов А и В указывали на то, что преобладание влияния «неконтролируемых» факторов в анализе дисперсий не являлось следствием «экспериментального шума», а отражало специфику ответа систем энергопродукции кардиомиоцитов при экспериментальном варьировании самих факторов общей вибрации. Это подтверждалось высокой значимостью межгрупповых различий при множественных сравнениях параметров по критерию LSD и указывало на развитие глубоких нарушений в системе энергопродукции ткани миокарда, которые затрагивали не только кинетику процессов окисления (показатели дыхания в состоянии покоя), но и наработку и расходование энергетических эквивалентов (состояние активности).
Известно, что вибрация при определенных сочетаниях параметров частоты и длительности может оказывать как мощное благотворное действие, (это используется в лечебных целях) [11], так и повреждающее, которое вызывает тяжелое профессиональное инвалидизирующее заболевание - вибрационную болезнь (ВБ) [2,3,5]. В настоящее время специалисты-профпатологи склоняются к тому, что ВБ следует относить к дизрегуляционной патологии полиорганного типа [2,3,14,21,29-31 ].
Согласно современным теоретическим построениям развитие дизрегуляционной патологии может наблюдаться не только вследствие первичного повреждения ткани (органа) при воздействии неблагоприятных факторов, но и в результате первичных нарушений в аппарате регуляции [3,9,10,14].
Помимо универсальной энергопроизводящей функции в клетке Мх исполняют роль интегрирующих структур, регулирующих метаболические и энергетические потоки. Это вполне естественно, поскольку именно в этих органеллах идет не только конвертирование энергии окисления субстратов в разные формы -АТФ, ГТФ, ЛцН", теплоту и др. но и распределение этих форм энергии в зависимости от
текущих потребностей ткани, органа и всего организма [19].
0Y
09
05
0^
08
02
0Г
О
1°
о
о
о
л
о
в
CD
Рис.2. Изменчивость значений кинетических параметров функциональной активности нативных митохондрий Миокарда кроликов на разных уровнях фактора В. Остальные обозначения - как на рис.1. Значимость различий между средними по Ь8Б-тесту для множественных сравнений составила: Углу - В1 и В3 р =0,0289, ВТ и В3 р =0,034; Углу-днф - В1 и В3 р=0,0071, В2 и В3 р=0,0013; Уяк - В1 и В2 р=0, 027; Уяк-днф - В1§ В2 р =0,042, В2 и В3 р =0,012. О
о\
CD
л
Выявление способности Мх кумулировать последствия неблагоприятных воздействий [6,7,10,15,23] позволило не только четко представить в терминах биоэнергетической гипоксии этапы развития дизрегуляционной патологии, преломленные через системы клеточной энергопродукции [10,23], но и послужило основанием для разработки нового класса препаратов с Мх-направленным регулирующим энерготропным действием [23].
Имеющиеся в литературе данные показывают, что при непродолжительных воздействиях вибрации активизируются адаптивные энергетические механизмы, улучшается кислородное снабжение тканей, повышается адаптивный резерв организма, усиливаются процессы саногенеза [10]. Однако, при длительном воздействии вибрации естественные механизмы адаптации и процессы саногенеза истощаются, ослабляется противостояние процессам повреждения и развивается вибрационно - опосредованная патология [2,3,13,18,26-28].
Если интерпретировать полученные нами результаты в системе понятий энергетической регуляции и суммации эффектов, то при воздействии вибрации в течение, по крайней мере, 7 сеансов процессы саногенеза и адаптации в какой-то мере способны были противодействовать ее повреждающим эффектам, и изменчивость кинетических параметров окисления в своей совокупности не столь контрастировала с контролем. Но повреждения, накопленные через 21 и 56 сеансов, вероятно, ослабляли процессы адаптации и саногенеза, реализуемые на уровне ДЦ, что приводило в дальнейшем к торможению функций КЛБ-зависимого участка и его способности полноценно функционировать в активном метаболическом состоянии Мх.
При визуальном сопоставлении характера общей изменчивости кинетических параметров, обусловленной дифференцированным влиянием факторов А и В, с одной стороны (рис.1 и 2) , и влиянием сочетания факторов А*В на разных уровнях - с другой (рис.3), стало очевидным, что именно взаимодействие факторов вносило наиболее весомый и значимый вклад в межгрупповую изменчивость скоростей окисления эндогенных и экзогенных субстратов.
Действительно, через 7 сеансов при 8 Гц наблюдали достоверное уменьшение окисления глутамата (на 37,7% по сравнению с контролем), при 44 Гц - увеличение скоростей окисления глутамата в состоянии покоя и эндогенных субстратов (на 93-96 % по сравнению с частотой 8 Гц). Абсолютные скорости окисления экзогенных субстратов в других энергетических состояниях на этом уровне суммации воздействий колебались менее значительно.
При кумуляции эффектов вибрационного воздействия в течение 21 сеанса изменчивость темпов окисления эндогенных субстратов и глутамата в состоянии покоя при 8 Гц и 44 Гц практически не отличалась, от изменчивости после 7 сеансов, а активное окисление - незначительно (на 11 %) снижалось. Окисление янтарной кислоты в обоих метаболических состояниях (покоя и активности) возрастало с увеличением частоты на 62,4 и 27 %, соответственно.
Окисление глутамата при более длительном воздействии вибрации в течение 56 сеансов на 8 Гц в состоянии покоя уменьшилось по сравнению с контролем почти в 1,8 раза, а при функциональной активности - в 4,26 раза. Наряду с этим окисление эндогенных субстратов увеличилось на 62 %. Однако в эти же сроки на 44 Гц скорость окисления глутамата в активном энергетическом состоянии уменьшилась, а темпы окисления янтарной кислоты в состоянии покоя и активности нагрузки увеличились по сравнению с 8 Гц. Таким образом, по мере суммации вибрационно опосредованных эффектов на уровне дыхательной
цепи Мх сердца, окисление экзогенной янтарной кислоты в состоянии покоя и функциональной нагрузки усиливалось высокочастотной вибрацией (по сравнению с глутаматом), однако на 56 день и на этом субстрате проявлялись тенденции к торможению. В отношении утилизации экзогенного глутамата в разных энергетических состояниях Мх при длительной вибрации наблюдали явное снижение абсолютных скоростей дыхания.
Сравнительный анализ абсолютных скоростей окисления экзогенных субстратов так же показывал, что при взаимодействии факторов А*В активность и устойчивость ГЛБ-зависимого участка дыхательной цепи, отвечающего за утилизацию экзогенной янтарной кислоты более выражена, чем КЛБ-зависимого.
Подтверждением многогранности перестроек в системе энергопродукции сердца при действии общей вибрации явились результаты множественных сравнений по Ь8Б-тесту показателей скоростей дыхания Мх в разных энергетических состояниях между категорированными (на фиксированных сочетаниях уровней А*В) группами животных (табл.2). Видно, что наибольшее количество межгрупповых достоверных различий было присуще Уэнд и Углу, тогда как по позициям других показателей (Углу-днф, Уяк, Уяк-днф) достоверные межгрупповые различия встречались в 2-3 раза реже.
Очевидно, что многообразие эффектов вибрации на уровне функционирования систем энергопродукции сердца проявлялось ярче при анализе сочетания факторов, чем при их дифференцированной оценке. Это естественно, поскольку с физической точки зрения, количество передаваемой энергии от механических колебаний зависит от соотношения амплитуды (в наших экспериментах она была константна), частоты, длительности вибрации и площади соприкосновения с вибрирующей поверхностью [5,20,25,28,30]. Поэтому при интегральном рассмотрении сочетаний исследованных параметров общей вибрации возможна их количественная энергетическая оценка в виде рассчитанной дозы воздействия, направленного на целостный организм [5,28], а, следовательно, и системы энергопродукции тканей.
Динамика исследуемых параметров-откликов в их абсолютных выражениях (скоростях окисления) и поведение статистических характеристик, таких как дисперсии (внутригрупповые и межгрупповые), уровни
значимости различий, вклад и сила влияния факторов на общую картину изменчивости были призваны отразить разные стороны изучаемого нами явления во всем многообразии связей.
В сравнительном анализе абсолютных значений скоростей окисления субстратов в разных энергетических состояниях Мх с использованием интервальных (на уровне 95% доверительной вероятности) оценок, в многообразии межгрупповых различий глутаматзависимого дыхания и мнимой консервативности дисперсий сукцинатзависимого проявилась более высокая адаптивная роль ГЛБ-зависимого (окисляющего янтарную кислоту) звена дыхательной цепи миокарда при суммировании эффектов общей вибрации. Это отражалось в большей устойчивости сукцинатзависимого дыхания Мх кардиомиоцитов к суммации вибрационно-опосредованных эффектов.
Известно, что скорость окисления различных субстратов характеризует оксидазную активность соответствующего участка дыхательной цепи Мх. При эндогенном дыхании - это общий пул эндогенных энергетических субстратов в ткани, доступных для дыхательной цепи Мх (в сердце - это свободные жирные кислоты) [4,6,18,24;
при окислении экзогенной янтарной кислоты - это сукцинатоксидазная активность ГЛБ-зависимого участка, при окислении глутаминовой - оксидазная активность ^АО-зависимого участка дыхательной цепи [4,7,19,24].
Следует отметить, что активизация окисления глутамата при некоторых сочетаниях взаимодействующих факторов скорее всего является следствием дополнительного вклада эндогенной янтарной кислоты, образующейся из этого субстрата вследствие реакции переаминирования. Этот путь, как правило, реализуется при энергодефицитных состояниях, обусловленных либо повышенной функциональной активностью, либо
неблагоприятными воздействиями на организм, путем включения быстрого метаболического кластера ЦТК через аспартат-аминотрансферазный челнок [4,6,7].
А : ГА 2А £А А : ГА 2А £А А : ГА 2А
Рис.3. Значения кинетических параметров активности митохондрий миокарда кроликов при сочетаниях факторов А*В на различных уровнях варьирования. Обозначения - как на рис. 1 и 2.
Вероятно, наблюдаемая в наших экспериментах, небольшая (по сравнению с 8 гц) активизация окисления
глутамата на 44 гц при суммации эффектов вибрации в течение 7-21 сеансов, обусловлена постепенным нарастанием вклада окисления эндогенной янтарной кислоты, образующейся при переаминировании глутамата. Свидетельством этому является значительное усиление чувствительности эндогенного дыхания к малонату, обнаруженное нами именно в Мх миокарда кроликов в эти же сроки длительного воздействия вибрации на высокой частоте [12,13]. Следует отметить линейность отклика скорости эндогенного дыхания на разных уровнях факторов А и В при их дифференцированном анализе, но нелинейный характер изменений этого показателя при взаимодействии А*В.
Таблица 2
Уровни значимости (р) межгрупповых различий кинетических параметров активности нативных Мх сердца кроликов на разных уровнях* сочетания факторов вибрации А и В (согласно данным множественных
сравнений по LSD - тесту)
Уэнд Углу Углу-днф Уяк Уяк-днф
К/А2-В3, К/А2-В1, К/А2-В3, К/А3-В2, р =0,00036 К/А3-В2, р =0,045
р =0,043 р=0,018 р=0,00007
К/А3-В2, К/А2-В2, А2-В1/А2-В3, А2-В1/А3-В2, А2-В3/А3-В2,
р =0,023 р=0,013 р=0,0028 р=0,000073 р =0,0011
А2-В1/А2-В3, К/А2-В3, А2-В2/А2-В3, А3-В2/А2-В2, А3-В1/ А3-В2,
р=0,000284 р=0,0026 р=0, 00001 р=0,000084 р=0,0095
А2-В1/А3-В1, К/А3-В3, А2-В3/А3-В3, А3-В2/А2-В3,
р=0,0057 р=0,049 р=0,029 р=0,0039
А2-В1/А3-В2, А2-В1/А3-В1, А3-В2/А2-В1,
р =0,0015 р=0,001 р =0,0148
А2-В2/А2-В3, А3-В2/АА2-В1, А3-В2/А2-В3,
р =0,0014 р=0,0035 р=0,0244
А2-В2/А3-В1, А2-В2/А3-В1,
р=0,0229 р=0,00061
А2-В2/А3-В2, А2-В2/А3-В2,
р=0,00765 р=0,0021
А2-В3/А3-В3, А2-В3/А3-В1,
р =0,000196 р=0,0001
А3-В1/А3-В2, А2-В3/А3-В2,
р=0,0005 р=0,00025
А3-В2/А3-В3, А3-В1/А3-В3,
р =0,00108 р=0,0027
А3-В3/А3-В1, А3-В2/А3-В3,
р =0,005 р=0,01
Примечание: К- группы контроля со значениями нулевой частоты вибрации.
Таким образом, при суммации вибрационно-опосредованных эффектов на системы энергопродукции кардиомиоцитов проявлялись признаки формирования митохондриальной дисфункции по 1-11 типу биоэнергетической гипоксии, согласно классификации Л.Д.Лукьяновой, содержащие элементы торможения окислительных и энергопродуцирующих функций ^ТАБ-зависимого участка дыхательной цепи (первый ферментно-субстратный комплекс) [10].
Окисление экзогенной янтарной кислоты Мх миокарда, в состоянии покоя или максимальной функциональной нагрузки, на исследуемых этапах суммации эффектов общей вибрации, как правило, превалировало над глутаматным. На фоне усиления вибрационного воздействия процессы утилизации янтарной кислоты характеризовались большей устойчивостью и интенсивностью, что свидетельствовало о главенствующей адаптивной роли участка ДЦ Мх, ответственного за энергетический метаболизм этого субстрата (в том смысле, что он обеспечивал энергопродукцию для процессов гомеостазирования при действии данных факторов).
Полученные результаты побуждают говорить о том, что при длительном воздействии факторов вибрации необходимо фармакологически «удерживать» сукцинатное дыхание и соответствующий участок дыхательной цепи в оптимальном режиме деятельности с целью расширения адаптивных возможностей систем тканевой энергопродукции и поддержания на должном уровне процессов адаптации и саногенеза в миокарде. Предполагается, что это будет способствовать протекции кардиомиоцитов от вибрационно-опосредованных повреждений, и пролонгировать фазу резистентности стресса, вызываемого вибрацией.
Выводы. 1. Факторы А (частота) и В (длительность) общей вибрации и их сочетания на разных уровнях А* В оказались значимыми и информативными источниками вариации кинетических параметров биоэнергетики миокарда кроликов. Межгрупповые различия скоростей окисления экзогенных субстратов (обусловленные влиянием факторов вибрации) колебались в пределах от 10-15% до 420%.
2. Соотношение влияния контролируемых и неконтролируемых факторов в процессе суммирования эффектов вибрации по данным дисперсионного анализа отражало сложный нелинейный характер отклика
кардиомиоцитов на уровне систем энергопродукции.
3. Кинетические параметры дыхания нативных митохондрий на двух видах экзогенных субстратов (янтарной и глутаминовой кислоты) и в двух градациях энергетического состояния дыхательной цепи (покоя и активности) изменялись в зависимости от факторов общей вибрации и их сочетаний. По мере накопления эффектов вибрации активизировалась фракция митохондриального дыхания, ответственная за окисление янтарной кислоты, но тормозилась активность первого фермент-субстратного комплекса, через который окислялся глутамат. Согласно сравнительному анализу полученных данных через 56 сеансов общей вибрации в кардиомиоцитах кроликов проявлялась митохондриальная дисфункция I-II типа
биоэнергетической гипоксии.
Список литературы:
1. Боровиков В. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов. СПб.: Питер, 2003.- 688 с.
2. Гоголева О.И. Вибрационная болезнь у рабочих угольных шахт (клинико-гомеостатические и терапевтические аспекты).//Автореф.дис... .д-ра. мед. наук.-Пермь.-2000.-39с.
3. Гоголева О.И., Малютина Н.Н. Механизмы нарушения гомеостаза, индуцированного стресс-вибрационным повреждением (обзор литературы).// Медицина труда и промышленная экология.- 2000.-№ 4.- с.20-25.
4. Гришина Е.В. Энергетическая эффективность различных путей анаэробного образования сукцината в тканях животных.//Автореф. дисс.канд. биол. наук. - Пущино.-1997.-17с.
5. Измеров Н.Ф., Суворов Г.А., Куралесин Н.А. и др. Вибрация.//В кн.: Физические факторы. Эколого-гигиеническая оценка и контроль. Практическое руководство. Т.2.-М.:Медицина.-1999.-с.250-355.
6. Кондрашова М. Н. Взаимодействие процессов переаминирования и окисления карбоновых кислот при разных функциональных состояниях ткани.//Биохимия.-1991.-т.56.-№3. -с.328-405.
7. Кондрашова М.Н., Григоренко Е.В., Бабский А.М., Хазанов В.А. Гомеостазирование физиологических функций на уровне митохондрий.//Молекулярные механизмы клеточного гомеостаза.// Новосибирск: Наука.- 1987.-с.40-66.
8. Кондрашова М.Н., Евтодиенко Ю.В., Кудзина Л.Ю. Влияние обычных экспериментальных факторов на состояние митохондрий.// Руководство по изучению биологического окисления полярографическим методом. - М.:Наука.-1973.-с.93-105.
9. Крыжановский Г.Н. Дизрегуляционная патология.//В кн. Дизрегуляционная патология:Руководство для врачей и биологов. Под ред. Г.Н.Крыжановского.- М.Медицина.-2002.-с .18-78.
10. Лукьянова Л.Д. Дизрегуляция аэробного энергетического обмена - типовой патологический процесс.// Там же. - с.188-215.
11. Лытаев С.А., Шангин А.Б. Физиологические механизмы действия на организм инфра- и низкочастотной вибрации.// Вестник новых медицинских технологий.-1999.-т.У!-.№2.-сЛ 1-14.
12. Мазина Н.К. , Воробьева В.В., Булычева О.А., Вознесенский Н.К., Заугольников В.С. О соотношении FAD- и NAD- зависимых составляющих дыхательной цепи миокарда при экспериментальной вибрации.// Настоящее и будущее технологичной медицины. Материалы Всероссийской научно-практической конференции.- Ленинск-Кузнецкий.-2002.-с.329-330.
13. Мазина Н.К., Воробьева В.В. Системы энергопродукции миокарда при действии факторов общей вибрации.1. Анализ изменчивости кинетических параметров. - Вятский медицинский вестник 2003.-№2.- с. .
14. Миронова Т.Ф. Дизрегуляторные вегетативные расстройства кардиоваскулярной системы в клинике и патогенезе вибрационной болезни.//Автореф. дис....докт.мед.наук.-Челябинск.-1990.-37с.
15. Митохондрии в патологии.//Пущино.-2001.-258 с.
16. Руководство по изучению биологического окисления полярографическим методом.//М.:Наука.-1973.-221с.
17. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA.-М.:Медиа Сфера.-2002.-312с.
18. Саакян И.Р., Карапетян Т.Д., Аглинцян Т.С., Шердукалова Л.Ф. Функциональные и ультраструктурные особенности митохондрий сердечной мышцы у больных тетрадой Фалло.// Митохондрии в патологии. -Пущино.-2001.- с.56-61.
19. Скулачев В.П. Биоэнергетика. Мембранные преобразователи энергии. М.:Высш.школа.-1989.-272 с.
20. Суворов Г.А., Пальцев Ю.П., Прокопенко Л.В., Рубцова Н.В., Тихонова Г.Л. Физические факторы и стресс.//Мед. труда и пром.экол.-2002.-№8.-с.1-4.
21. Сухаревская Т.М., Ефремов А.В., Непомнящих Г.И., Лосева М.И., Потеряева Е.Л. - Микроангио- и висцеропатии при вибрационной болезни.- Новосибирск.-2000.-238с.
22. Темнов А.В., Сирота Т.В., Кондрашова М.Н. Экспериментальная модель структурных взаимодействий митохондрий в клетке. // Митохондрии, клетки и активные формы кислорода.-Пущино.-2000.-с.22-23.
23. Хазанов В.А. Регуляторы энергетического обмена - новый класс препаратов.//Регуляторы энергетического обмена. Материалы симпозиума X Российского национального конгресса «Человек и лекарство».-М.-Томск.-2003.-с.3-18.
24. Хазанов В.А., Сайфутдинов Р.Р., Смирнова Н.Б. Информативность оценки нелинейных процессов в митохондриях.//Митохондрии, клетки и активные формы кислорода. - Пущино.-2000.-с.156.
25. Ando H., Noguchi R., Ishitake T. Frequency dependence of hand-arm vibration on palmar sweating response.// Scand. J. Work Environ. Health. -2002. -Oct.28 (5). -P.324-327.
26. Chance B., Williams G. Respiratory enzymes in oxidative phosphorylation. - J.Biol. Chem., - 1955. -V.217. -N1. -P.383-451.
27. Goa J. A micro biuret method for protein determination. Determination of total protein in cerebrospinal fluid. // Scand.J.Clin.Lab.Invest. -1953.-vol.5.- P.218-222.
28. Griffin M.J., Bovenzi M. Dose-response patterns for vibration-induced white finger.//0ccup.Environ.Med.-2003.-Jan.60 (1).-p.16-26.
29. Issever H., Aksoy C., Sabuncu H., Karan A. Vibration and its effects on the body.// Med.Princ.Pract.-2003.-12(1).-p.34-38.
30. Matsumoto Y., Maeda S.,0ji Y. Influence of frequency thresholds for magnitude of vertical sinusoidal whole-body vibration.//Ind.Health.-2002.-0ct .40(4).-p.313-319.
31. Peproelska B., Szeszeia-Dabrowska N. Occupational diseases in Poland, 2001.//Int.J.0ccup.Med.Environ.Healht.-2002.-15(4).-p.337-340.
