CC BY
25
мых изменений основных показателей деятельности сердечно-сосудистой системы, что делает ее безопасной для пациентов. Применение ЛКТ позволяет своевременно купировать скелетно-мышечную боль и может успешно применяться у пациентов с лекарственной непереносимостью.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Исследование выполнено без привлечения спонсорских средств.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гришина, Л.П. Результаты переосвидетельствования инвалидов с различной патологией опорно-двигательной системы после консервативного или хирургического лечения // Медико-социальные проблемы инвалидности. 2011; 2: 68-70.
2. Болтенко, Ж.В., Чикинова Ж.В. Анализ показателей первичной инвалидности вследствие болезней костно-мышечной системы и соединительной ткани в РФ // Вестник Всероссийского общества специали-
стов по медико-социальной экспертизе, реабилитации и реабилитационной индустрии. 2015; 1: 38-42.
3. Пономаренко Г.Н. Физические методы лечения 4-е изд. перераб. - СПб: ВМедА; 2011; - 320 с.
4. Общая и локальная воздушная криотерапия. Под ред. В.В. Портнова. - М: 2005; - 36 с.
5. Назаренко Г.И., Героева И.Б., Глушков В.П., Сайковская Т.В. Повышение качества жизни больных ревматоидным артритом методом общей воздушной криотерапии // Физиотерапевт. 2008; 3: 47-48.
6. Купеев Ч.Т., Горячева Н.Я., Торбин О.Н. Криотерапия в современном аспекте санаторно-курортного лечения для реабилитации работников производственной сферы // Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. 2015; 3: 25-28.
7. Гвозденко Т.А., Черпак Н.А., Кривелевич Е.Б. Реабилитация и восстановительное лечение в учреждениях здравоохранения Приморского края // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2013; 51(1): 7-12.
8. Huskisson E.C. Measurement of pain. Lancet. 1974, 2: 1127-31.
Сведения об авторах
Ришко Елена Юрьевна, к.м.н., врач невролог высшей категории, заведующая отделением медицинской реабилитации и диспансеризации ученых Медицинского объединения ДВО РАН, Телефоны: (423)2313325, 8(914)7927873, e-mail: [email protected];
Распевина Марина Петровна, врач невролог высшей категории, заведующая отделением медицинской реабилитации и неврологии Медицинского объединения ДВО РАН, e-mail: [email protected];
Ершова Евгения Николаевна, врач физиотерапевт высшей категории, отделения медицинской реабилитации и диспансеризации ученых Медицинского объединения ДВО РАН, e-mail: [email protected];
Сергеева Наталья Владимировна, врач КЛД первой категории, заведующая лабораторией клинико-диагностической лаборатории Медицинского объединения ДВО РАН, e-mail: [email protected];
Богданович Лариса Николаевна, д.б.н., врач КЛД высшей категории, заместитель главного врача по научной работе Медицинского объединения ДВО РАН, Тел. 8(985) 851-25-92, e-mail: [email protected].
© Коллектив авторов, 2017 г doi: 10.5281/zenodo.817851
Удк 612.35:577.3
К.В. Шадрин12, В.Г. Пахомова1, О.В. Крюкова1, А.П. Рупенко1
выявление универсального параметра для оценки особенностей энергетического метаболизма изолированного перфузируемого органа при гипоксии
1 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», Красноярск
2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого» МЗ РФ, Красноярск
Работа посвящена выявлению универсального параметра, отражающего уровень обеспеченности энергетическими ресурсами клеток изолированного органа при гипоксии. Предлагается использовать модель распределения ресурсов, основанную на уравнениях Ципфа-Парето и Ципфа-Парето-Мандельброта. Коэффициент детерминации, полученный для этих уравнений, может являться таким параметром оценки особенностей энергетического метаболизма изолированного перфузируемого органа. В модели распределения ресурсов использовали результаты стехиометрического моделирования метаболизма изолированной перфузируемой печени крысы.
Ключевые слова: транспорт кислорода, поверхность печени, метаболическая регуляция.
HEALTH. MEDICAL ECOLOGY. SCiENCE 3 (70) - 2017 99
K.V. Shadrin1'2, V.G. Pakhomova1, O.V. Kryukova1, A.P. Rupenko1
ELICITATION OF THE PARAMETER FOR ESTIMATION OF THE CHARACTERISTIC
OF ENERGY METABOLISM OF THE ISOLATED PERFUSED ORGAN IN HYPOXIA
1 Krasnoyarsk Science Centre of the Siberian Branch of Russian Academy of Science, Krasnoyarsk, Russia
2 Prof. V.F. Voino-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University, Krasnoyarsk, Russia
The work is devoted to the identification of the parameter reflecting the level of energy resources provision of an isolated organ during hypoxia. It is proposed to use the model of resource distribution based on the Zipf-Pareto and Zipf-Pareto-Mandelbrot equations. The coefficient of determination obtained for these equations can be a parameter for assessing the characteristics of the energy metabolism of an isolated perfused organ. The results of stoichiometric modeling of the metabolism of isolated perfused liver of the rat were used for the model of resource distribution develop.
Keywords: oxygen transport, liver surface, metabolic regulation.
Введение
Перфузия изолированных органов применяется в трансплантационной медицине для поддержания жизнедеятельности органа. При перфузии возможно определение качества функционирования органа по ряду измеряемых параметров, что, однако, не позволяет сделать вывод о жизнеспособности органа в целом. Процесс трансплантации органа сопровождается гипоксическим состоянием, при котором особенности регуляции клеточного метаболизма во многом определяются уровнем обеспечения клеток энергетическими субстратами. Целью работы являлось выявление универсального параметра, отражающего уровень обеспеченности энергетическими ресурсами клеток изолированного органа при гипоксии [1, 2, 3, 4].
Материалы и методы
Определение согласованности распределения метаболических ресурсов в изолированной перфузи-руемой печени крысы проводили с использованием методологии Ципфа-Парето об оптимальном распределении ресурсов [5].
Для построения модели распределения ресурсов в изолированной перфузируемой печени использовали величины субстратных потоков, полученные в результате многокритериальной оптимизации, как описано нами в [6].
Перфузию изолированной печени проводили на крысах-самцах Wistar массой 200-250 г с использованием уникальной научной установки «Комплекс оборудования для управляемого культивирования изолированных органов» (УНУ) [7]. Моделирование ги-поксического состояния органа осуществляли путем снижения парциального давления кислорода в перфу-зионной среде, а также введением хлорида кобальта ([СоС12]=10-4 мМ, 0.25 мл/мин). Выделили следующие группы: Группа 95% О Группа 14% О Группа 95% О2 + СоС12. Группа 95% О2 (контрольная группа) - перфу-зионную среду оксигенировали смесью О2-СО2 (95:5); Группа 14% О2 - перфузионную среду оксигенировали смесью О2-СО2-^ (14:5:81); Группа 95% О2 + СоС12 -
в перфузионную среду, оксигенированную смесью О2-СО2 (95:5), добавляли CoCl2.
В ходе экспериментов измеряли концентрации глюкозы (мМ), молочной кислоты (мМ), мочевины (мМ) в перфузионной среде, напряжение углекислого газа (mmHg), напряжение кислорода (mmHg) в перфузионной среде и в атмосфере камеры на ABL 800 FLEX. Затем по полученным данным рассчитывали удельные скорости потребления кислорода и выделения углекислого газа, скорости продукции глюкозы молочной кислоты и мочевины (мкмоль^мин-1^г-1). Далее по указанным значениям скоростей вычисляли распределение стационарных метаболических потоков для каждой экспериментальной группы с использованием Flux Balance Analysis [6].
Полученные нами распределения метаболических потоков далее использовали для построения модели распределения ресурсов. Модель строили отдельно для каждого органа всех экспериментальных групп. Из всех значений субстратных потоков, полученных путем оптимизационного моделирования выбраны те, для протекания которых необходимо присутствие макроэргических соединений (АТФ, АДФ). Это такие потоки как: глюкокиназная реакция, цепочка реакций превращения глюкозо-6-фосфата в пируват, цепочка реакций превращений пирувата в глюкозо-6-фосфат, синтез гликогена, цикл Кребса, орнитино-вый цикл, цепь переноса электронов, гидролиз АТФ, транспорт кислорода через поверхность печени.
Закон Ципфа-Парето для метаболической системы клетки с учетом работ Суховольского В.Г. и Хлебопроса Р.Г. [5, 8] был сформулирован следующим образом: если в метаболической системе присутствует «свободная конкурентная борьба» между субстратными потоками за распределение конечного количества какого-либо субстрата (метаболита), то распределение потребителей может быть описано распределением Ципфа-Парето.
Самому большому по величине субстратному потоку присваивали ранг 1, следующему по величине потоку присваивали ранг 2, самому маленькому
маленького по величине потоку присваивали ранг п. Связь между рангом субстратного потока и величиной этого потока выражали уравнением прямой в двойных логарифмических координатах (логарифм ранга - логарифм величины субстратного потока).
Математически уравнение рангового распределения Ципфа-Парето записывали как:
(1)
где р1 - величина субстратного потока ранга 1, а -параметр, определяющий наклон прямой, 7 - ранг потребителя, п - количество субстратных потоков.
Если в системе существует несколько ресурсов, за которые идет конкуренция или же на систему оказывают воздействие внешние факторы, то такое ранговое распределение должно описываться уравнением Ципфа-Парето-Мандельброта:
(2)
Согласованность распределения метаболических ресурсов определяли по величине коэффициента детерминации R2 для метаболической системы каждо-
го органа. Чем ближе он к 1, тем более согласованно распределяются энергетические ресурсы и тем выше степень регуляции.
Результаты были статистически обработаны с использованием t-критерия Стьюдента в программе Microsoft Excel.
Полученные результаты
В таблице представлены статистические характеристики коэффициента детерминации R2 прямых, описываемых уравнениями Ципфа-Парето и Ципфа-Парето-Мандельброта, для каждой экспериментальной группы. Из таблицы видно, что ранговое распределение энергозависимых метаболических потоков хорошо аппроксимируется линейной функцией. Эмпирически было получено, что состояние гипоксии (Группа 95% О2 + СоС12 и Группа 14% О2) лучше описываются уравнением Ципфа-Парето-Мандельброта. Коэффициенты детерминации для Группы 95% О2 + СоС12 составляет 0,91, а для Группы 14% О2 - 0,94. Для Группы 95% О2 он равен 0,96. Коэффициент вариации в Группе 95% О2 менее 2%, в то время как в группах, где орган находился в состоянии гипоксии эти значения несколько выше: 2,2% для Группы 95% О2 + СоС12 и 5.7% для Группы 14% О2.
Статистические характеристики коэффициента детерминации (R2) для каждой экспериментальной группы
Таблица
Название группы и используемое распределение
Статистическая Гоуппа 95% О2 Гоуппа 14% О2 Гоуппа 95% О2 + СоС12
характеристика Ципфа-Парето Ципфа-Парето-Мандельброта Ципфа-Парето-Мандельброта
Среднее арифметическое 0,96 0,94 0,91
Медиана 0,96 0,94 0,90
Стандартная ошибка 0,01 0,03 0,01
Доверительный интервал, при p<0.05 0,02 0,06 0,03
Коэффициент вариации, % 1,7 5,7 2,2
Обсуждение и выводы
Экспериментальные результаты показали хорошую аппроксимацию рангового распределения уравнениями Ципфа-Парето и Ципфа-Парето-Ман-дельброта. Первое уравнение используется в случае, если конкуренция между метаболическими потоками (потребителями) идет за один ресурс, а второе, -если за несколько или имеются внешние факторы, оказывающие воздействие на систему. В данном исследовании таким фактором являлась гипоксия.
Высокие значения коэффициента детерминации уравнения Ципфа-Парето для Группы 95% О2 свидетельствует о том, что при нормальном снабжении кислородом изолированного органа его метаболическая система работает оптимально и энергетический ресурс распределяется наиболее эффективно и конкуренция идет только за один энергетический ресурс.
При снижении концентрации кислорода в подаваемой в орган перфузионной среде (Группа 14% О2)
и при введении хлорида кобальта (Группа 95% О2 + СоС12) коэффициент детерминации также высок, однако ранговое распределение метаболических потоков описывается уравнением Ципфа-Парето-Ман-дельброта, что можно объяснить присутствием внешнего экстремального воздействия - гипоксии. При этом природа ее возникновения не имеет значения.
Таким образом, можно заключить, что коэффициент детерминации прямых Ципфа-Парето и Ципфа-Парето-Мандельброта, может быть использован в качестве универсального параметра оценки особенностей регуляции метаболизма изолированного пер-фузируемого органа, а также для выявления того, в нормоксии или гипоксии находится орган.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Исследование выполнено без привлечения спонсорских средств.
HEALTH. MEDiCAL ECOLOGY. SCiENCE 3 (70) - 2017 101
ЛИТЕРАТУРА
1. Инжеваткин Е.В., Савченко А.А. Неспецифическая метаболическая реакция клеток на экстремальные условия // Известия РАН. Серия биологическая. 2016; 1: 6-16.
2. Шадрин КВ., Моргулис И.И., Пахомова В.Г., Рупенко А.П., Хлебопрос Р.Г. Особенности транспорта кислорода через поверхность изолированной перфузируемой печени крысы // Доклады академии наук. 2015; 464(3): 369-372. doi: 10.7868/ S0869565215270250.
3. Shimokawa K., Wakasugi K., Tomonaga R., Utsu-nomiya K., Miyamoto H., Fumoto S., Nishida K. Effect of Metabolic Inhibitors on the Hepatic Disposition of 5-Fluorouracil after Application to the Rat Liver Surface. Biological and Pharmaceutical Bulletin. 2016; 39(3): 361-367. doi: 10.1248/bpb.b15-00757.
4. Tolboom H., Milwid J.M., Izamis M.L., Uygun K., Berthiaume F., Yarmush M.L. Sequential Cold Storage and Normothermic Perfusion of the Ischemic Rat Liver. Trans-
plantation Proceedings. 2008; 40(5): 1306-1309. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.transproceed.2008.03.100.
5. Суховольский В. Г. Экономика живого: Оптимизационный подход к описанию процессов в экологических сообществах. - Новосибирск: Наука, 2004. - 140 с.
6. Шадрин К В., Пахомова В.Г., Рупенко А.П., Крюкова О.В., Хлебопрос Р.Г. Стехиометрическое моделирование безэритроцитного транспорта кислорода через поверхность изолированной перфузируемой печени крысы // Математическая биология и биоинформатика. 2016; 11(2): 263-277. doi: https:// doi.org/10.17537/2016.11.263.
7. Шадрин КВ., Пахомова В.Г., Крюкова О.В., Рупенко А.П. Устройство и способ определения скорости потребления кислорода изолированной перфузируемой печенью крысы // Медицинская техника. 2017; 1 (301): 38-40.
8. Khlebopros R.G., Okhonin V.A., Fet A.I. Catastrophes in nature and society: mathematical modeling of complex systems. - Singapore: World Scientific, 2007. - 320 p.
Сведения об авторах
Шадрин Константин Викторович - младший научный сотрудник Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» (ФИЦ КНЦ СО РАН); старший преподаватель кафедры медицинской кибернетики Красноярского государственного медицинского университета имени профессора В.Ф.Войно-Ясенецкого Минздрава России (ФГБОУ ВО КрасГМУ им. проф. В.Ф.Войно-Ясенецкого Минздрава России); e-mail: [email protected];
Пахомова Вера Геннадьевна - инженер-исследователь Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» (ФИЦ КНЦ СО РАН); e-mail: [email protected];
Крюкова Ольга Витальевна - к.б.н., старший научный сотрудник Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» (ФИЦ КНЦ СО РАН); e-mail: [email protected];
Рупенко Александр Петрович - научный сотрудник Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» (ФИЦ КНЦ СО РАН).
© Коллектив авторов, 2017 г. doi: 10.5281/zenodo.821792
Удк 616-001.26+582.272.119
А.Л. Шутикова1, Л.А. Иванушко1, О.С. Маляренко2, С.П. Ермакова2
влияние фукоидана на показатели кроветворения облученных мышей
1 «НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова», Владивосток, Россия
2 Тихоокеанский институт биоорганической химии имени Г.Б. Елякова ДВО РАН, Владивосток
Проведена оценка радиозащитного действия фукоидана, выделенного из бурой водоросли Fucus evanescens, по восстановлению супрессированного кроветворения. Установлено, что введение мышам фукоидана через 1 час после облучения в сублетальной дозе способствует более раннему восстановлению кроветворения на уровне селезенки. Отмечено статистически значимое увеличение количества эндогенных колоний в селезенке и ее массы на 9 сутки после облучения.
Ключевые слова: острая лучевая болезнь, фукоидан, сульфатированные полисахариды.
A.L. Shutikova1, L.A Ivanushko1, O.S. Malyarenko2, S.P. Ermakova2
THE EFFECT oF FUCoiDAN on THE PARAMETERS oF HEMATOPoiESIS
of irradiated mice
