scbmtБИОМЕДИЦИНАJournal Biomed2074-59822713-0428Scientific center of biomedical technologies of Federal Medical and Biological Agency10.33647/2074-5982-18-4-63-73scbmt-1431Research ArticleДОКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В БИОМЕДИЦИНЕNON-CLINICAL RESEARCH IN BIOMEDICINEБлокада кальциевых каналов кардиомиоцитов кролика восстанавливает активность фермент-субстратных комплексов дыхательной цепи в модели вибрационно-опосредованной гипоксииBlockade of Rabbit Cardiomyocyte Calcium Channels Restores the Activity of Enzyme-Substrate Complexes of the Respiratory Chain in a Model of Vibration-Mediated HypoxiaВоробьёваВ. В.VorobievaV. V.

Воробьёва Виктория Владимировна, д.м.н.

197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, 12;

194044, Санкт-Петербург, ул. Лебедева, 6

Viktoriya V. Vorobieva, Dr. Sci. (Med.)

197376, Saint-Petersburg, Academika Pavlova Str., 12;

194044, St. Petersburg, Lebedeva Str., 6

 

v.v.vorobeva@mail.ruЛевченковаО. С.LevchenkovaO. S.

Левченкова Ольга Сергеевна, к.м.н., доц.

214019, Смоленск, ул. Крупской, 28

Olga. S. Levchenkova, Cand. Sci. (Med.), Assoc. Prof.

214019, Smolensk, Krupskoy Str., 28

levchenkova-o@yandex.ruШабановП. Д.ShabanovP. D.

Шабанов Пётр Дмитриевич, д.м.н., проф.

197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, 12;

194044, Санкт-Петербург, ул. Лебедева, 6

Petr D. Shabanov, Dr. Sci. (Med.), Prof.

197376, Saint-Petersburg, Academika Pavlova Str., 12;

194044, St. Petersburg, Lebedeva Str., 6

pdshabanov@mail.ruФГБНУ «Институт экспериментальной медицины»; ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Минобороны РоссииРоссияInstitute of Experimental Medicine; Military Medical Academy named after S.M. Kirov of the Ministry of Defense of RussiaRussian FederationФГБОУ ВО «Смоленский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииРоссияSmolensk State Medical University of the Ministry of Health Care of RussiaRussian Federation2022111220221846373Copyright © Воробьёва В.В., Левченкова О.С., Шабанов П.Д., 20222022Воробьёва В.В., Левченкова О.С., Шабанов П.Д.Vorobieva 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://journal.scbmt.ru/jour/article/view/1431

Оценено действие блокатора кальциевых каналов (БКК) нифедипина в дозе 7,5 мг/кг на энергетический обмен кардиомиоцитов кролика в условиях вибрационно-опосредованной (56 сеансов вибрации 44 Гц, амплитудой 0,5 мм) модели клеточной гипоксии. Энергетический обмен нативных митохондрий сердца в 30%-ном гомогенате ткани изучали полярографическим методом, регистрируя скорости поглощения кислорода митохондриями при 37 °С в 1 мл солевой среды инкубации, уравновешенной с кислородом воздуха. У животных, подвергнутых вибрации на фоне БКК, скорость эндогенного дыхания (Vэ) оставалась на уровне интактных животных, амиталчувствительность повышалась на 39% (р<0,05), малонатчувствительность уменьшалась на 40% (р<0,05). Малатоксидазная активность в состоянии «покоя» увеличивалась, а гиперактивация системы окисления эндогенной янтарной кислоты снижалась по сравнению с показателями животных, подвергнутых вибрации без фармакологической защиты, свидетельствуя о кардиопротективном действии нифедипина, предотвратившем развитие некроза кардиомиоцитов.

The effect of nifedipine, a calcium channel blocker (CCB), at a dose of 7.5 mg/kg on the energy metabolism of rabbit cardiomyocytes was evaluated in a vibration-mediated model of cellular hypoxia (56 sessions of vibration 44 Hz, amplitude 0.5 mm). The energy metabolism of native heart mitochondria in a 30% tissue homogenate was assessed using a polarographic method, by recording the rate of oxygen uptake by mitochondria at 37°C in 1 ml of a saline incubation medium, equilibrated with atmospheric oxygen. In the animals exposed to vibration against the background of CCB, the rate of endogenous respiration (Ve) remained at the level of intact animals, with the amytal sensitivity increasing by 39% (p<0.05) and the malonate sensitivity decreasing by 40% (p<0.05). The malate oxidase activity at rest increased, and hyperactivation of the endogenous succinic acid oxidation system decreased as compared to the indices of the animals exposed to vibration without pharmacological protection. The observed results indicate the cardioprotective effect of nifedipine, which prevented the development of cardiomyocyte necrosis.

вибрацияэнергетический обмен кардиомиоцитамитохондриинифедипинтканевая гипоксияvibrationenergy metabolism of cardiomyocytesmitochondrianifedipinetissue hypoxiaReferencesБелослудцев К.Н., Дубинин М.В., Белослудцева Н.В., Миронова Г.Д. Транспорт ионов Са2+ митохондриями: механизмы, молекулярные структуры и значение для клетки. Биохимия. 2019;84(6):759–775.Belosludtsev K.N., Dubinin M.V., Belosludtseva N.V., Mironova G.D. Transport ionov Са2+ mitokhondriyami: mekhanizmy, molekulyarnye struktury i znachenie dlya kletki [Mitochondrial Са2+ transport: Mechanisms, molecular structures, and role in cells]. Biokhimiya [Biochemistry]. 2019;84(6):759–775. (In Russian). DOI: 10.1134/S0320972519060022.Волчегорский И.А., Долгушин И.И., Колесников О.А., Цейликман В.Э. Экспериментальное моделирование и лабораторная оценка адаптивных реакций организма. Челябинск: Изд-во Челябинского государственного педагогического университета, 2000:167.Volchegorskiy I.A., Dolgushin I.I., Kolesnikov O.A., Tseylikman V.E. Eksperimental’noe modelirovanie i laboratornaya otsenka adaptivnykh reaktsiy organizma [Experimental modeling and laboratory assessment of the adaptive reactions of the body]. Chelyabinsk:Chelyabinsk State Pedagogical University Publ., 2000:167. (In Russian).Воробьева В.В., Шабанов П.Д. Вибрационная модель гипоксического типа клеточного метаболизма, оценённая на кардиомиоцитах кролика. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2009;147(6):712–715.Vorob’eva V.V., Shabanov P.D. Vibratsionnaya model’ gipoksicheskogo tipa kletochnogo metabolizma, otsenennaya na kardio miotsitakh krolika [Vibration model for hypoxic type of cell metabolism evaluated on rabbit cardiomyocytes]. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2009;147(6):712–715. (In Russian).Каркищенко Н.Н. Основы биомоделирования. М.: ВПК, 2005:608.Karkishchenko N.N. Osnovy biomodelirovaniya [The basics of biomodelling]. Moscow: VPK Publ., 2005:608. (In Russian).Кирьяков В.А., Павловская Н.А., Лапко И.В., Богатырева И.А., Антошина Л.И., Ошкодеров О.А. Воздействие производственной вибрации на организм человека на молекулярно-клеточном уровне. Медицина труда и промышленная экология. 2018;9:34–43.Kiryakov V.A., Pavlovskaya N.A., Lapko I.V., Bogatyreva I.A., Antoshina L.I., Oshkoderov O.A. Vozdeystvie proizvodstvennoy vibratsii na organizm cheloveka na molekulyarnokletochnom urovne [Impact of occupational vibration on molecular and cell level of human body]. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya [Russian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology]. 2018;9:34–43. (In Russian). DOI: 10.31089/1026-9428-2018-9-34-43.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, 1973:50–59.Kondrashova M.N. Apparatura i poryadok raboty pri polyarografi cheskom izmerenii dykhaniya mitokhondriy. Rukovodstvo po izucheniyu biologicheskogo okisleniya polyarografi cheskim metodom [Equipment and procedure for polarographic measurement of mitochondrial respiration. Guidelines for the study of biological oxidation by the polarographic method]. Ed. by M.N. Kondrashova. Moscow: Nauka Publ., 1973:50–59. (In Russian).Коротенко О.Ю., Панев Н.И., Корчагина Ю.С., Панев Р.Н., Данилов И.П. Формирование патологии внутренних органов у шахтёров с вибрационной болезнью. Медицина труда и промышленная экология. 2020;60(6):399–403.Korotenko O.Yu., Panev N.I., Korchagina Yu.S., Panev R.N., Danilov I.P. Formirovanie patologii vnutrennikh organov u shakhterov s vibratsionnoy bolezn’yu [Formation of pathology of internal organs in miners with vibration disease]. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya [Russian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology]. 2020;60(6):399–403. (In Russian). DOI: 10.31089/1026-9428-2020-60-6-399-403.Костюк И.Ф., Капустник В.А. Роль внутриклеточного обмена кальция в развитии вазоспастических реакций при вибрационной болезни. Медицина труда и промышленная экология. 2004;7:14–18.Kostyuk I.F., Kapustnik V.A. Rol’ vnutrikletochnogo obmena kal’tsiya v razvitii vazospasticheskikh reaktsiy pri vibratsionnoy bolezni [Role of intracellular calcium metabolism in the development of vasospastic reactions in vibration disease]. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya [Russian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology]. 2004;7:14–18. (In Russian).Лукьянова Л.Д. Проблемы гипоксии: молекулярные, физиологические и медицинские аспекты. М.: Медицина, 2004:520.Luk’yanova L.D. Problemy gipoksii: molekulyarnye, fiziologicheskie i meditsinskie aspekty [Problems of hypoxia: molecular, physiological and medical aspects]. Moscow: Medicina Publ., 2004:520. (In Russian).Минкевич И.Г. Стехиометрия метаболических путей в динамике клеточных популяций. Компьютерные исследования и моделирование. 2011;3(4):455–475.Minkevich I.G. Stekhiometriya metabolicheskikh putey v dinamike kletochnykh populyatsiy [The stoichiometry of metabolic pathways in the dynamics of cellular populations]. Komp’yuternye issledovaniya i modelirovanie [Computer Research and Modeling]. 2011;3(4):455–475. (In Russian). DOI: 10.20537/2076-7633-2011-3-4-455-475.Никольс Д. Биоэнергетика. Введение в хемиосмотическую теорию. М.: Мир, 1985:190.Nikol’s D. Bioenergetika. Vvedenie v hemiosmoticheskuyu teoriyu [Bioenergetics. An Introduction to the chemiosmotic theory]. Moscow: Mir Publ., 1985:190. (In Russian).Скулачев В.П., Богачев А.В., Каспаринский Ф.О. Мембранная биоэнергетика. Уч. пособ. М.: Изд-во Московского университета, 2010:368.Skulachev V.P., Bogachev A.V., Kasparinskiy F.O. Mem brane bioenergetics. Textbook. Moscow: Moscow University Press, 2010:368. (In Russian).Тихонова Г.И., Пиктужанская Т.Е., Горчакова Г.Ю., Чуранова А.Н., Брылева А.С. Влияние длительности и интенсивности воздействия производственных факторов на уровни смертности шахтёров-угольщиков. Медицина труда и промышленная экология. 2018;7:16–21.Tikhonova G.I., Piktushanskaya T.E., Gorchakova T.Yu., Churanova A.N., Bryleva M.S. Vliyanie dlitel’nosti i intensivnosti vozdeystviya proizvodstvennykh faktorov na urovni smertnosti shakhterov-ugol’shchikov [Influence of duration and intensity of exposure to occupational hazards on mortality levels of coal miners]. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya [Russian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology]. 2018;7:16–21. (In Russian). DOI: 10.31089/1026-9428-2018-7-16-21.Третьяков С.В., Шпагина Л.А. Перспективы изучения структурно-функционального состояния сердечно-сосудистой системы у больных вибрационной болезнью в сочетании с артериальной гипертензией. Медицина труда и промышленная экология. 2017;12:30–34.Tret’yakov S.V., Shpagina L.A. Perspektivy izucheniya strukturno-funktsional’nogo sostoyaniya serdechno-sosudistoy sistemy u bol’nykh vibratsionnoy bolezn’yu v sochetanii s arterial’noy gipertenziey [Prospects of studying structural and functional state of cardiovascular system in vibration disease patients with arterial hypertension]. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya [Russian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology]. 2017;12:30–34. (In Russian).Abernethy D.R., Soldatov J. Structure-functional diversity of human L-type Ca2+ channel: Perspectives for new pharmacological targets. J. Pharmacol. Exp. Ther. 2002;300(3):724–728. DOI: 10.1124/jpet.300.3.724.Abernethy D.R., Soldatov J. Structure-functional diversity of human L-type Ca2+ channel: Perspectives for new pharmacological targets. J. Pharmacol. Exp. Ther. 2002;300(3):724–728. DOI: 10.1124/jpet.300.3.724.Chernorudskiy A.L., Zito E. Regulation of calcium homeostasis by ER redox: a close-up of the ER/mitochondria connection. J. Mol. Biol. 2017;429(5):620–632. DOI: 10.1016/j.jmb.2017.01.017.Chernorudskiy A.L., Zito E. Regulation of calcium homeostasis by ER redox: a close-up of the ER/mitochondria connection. J. Mol. Biol. 2017;429(5):620–632. DOI: 10.1016/j.jmb.2017.01.017.Hirabayashi Y., Kwon S.K., Paek H., Pernice W.M., Paul M.A., Lee J., Erfani P., Raczkowski A., Petrey D.S., Pon L.A., Polleux F. ER-mitochondria tethering by PDZD8 regulates Ca2+ dynamics in mammalian neuros. Science. 2017;358(6363):623–630. DOI: 10.1126/science.aan6009.Hirabayashi Y., Kwon S.K., Paek H., Pernice W.M., Paul M.A., Lee J., Erfani P., Raczkowski A., Petrey D.S., Pon L.A., Polleux F. ER-mitochondria tethering by PDZD8 regulates Ca2+ dynamics in mammalian neuros. Science. 2017;358(6363):623–630. DOI: 10.1126/science.aan6009.Hrynevich S.V., Waseem T.V., Fedorovich S.V. Estimation of the mitochondrial calcium pool in rat brain synaptosomes using Rhod-2 AM fl uorescent dye. Biophysics. 2017;62(1):75–78. DOI: 10.1134/S0006350917010079.Hrynevich S.V., Waseem T.V., Fedorovich S.V. Estimation of the mitochondrial calcium pool in rat brain synaptosomes using Rhod-2 AM fl uorescent dye. Biophysics. 2017;62(1):75–78. DOI: 10.1134/S0006350917010079.Leung A.W., Waranyuwatana P., Halestrap A.P. The mitochondrial phosphate carrier interacts with cyclophilin D and may play a key role in the permeability transition. J. Biol. Chem. 2008;283(39):26312–26323. DOI: 10.1074/jbc.M805235200.Leung A.W., Waranyuwatana P., Halestrap A.P. The mitochondrial phosphate carrier interacts with cyclophilin D and may play a key role in the permeability transition. J. Biol. Chem. 2008;283(39):26312–26323. DOI: 10.1074/jbc.M805235200.Pogzig H., Becher C. Voltage-dependent cooperative interactions between Сa-channel blocking drugs in intact cardiac cell. Annals N.Y. Acad. Sci. 1989;560(1):306–308. DOI: 10.1111/j.1749-6632.1989.tb24110.x.Pogzig H., Becher C. Voltage-dependent cooperative interactions between Сa-channel blocking drugs in intact cardiac cell. Annals N.Y. Acad. Sci. 1989;560(1):306–308. DOI: 10.1111/j.1749-6632.1989.tb24110.x.Raturi A., Simmen T. Where the endoplasmic reticulum and the mitochondrion tie the knot: The mitochondria-associated membrane (MAM). Biochim. Biophys. Acta. 2013;1833(1):213–224. DOI: 10.1016/j.bbamcr.2012.04.013.Raturi A., Simmen T. Where the endoplasmic reticulum and the mitochondrion tie the knot: The mitochondria-associated membrane (MAM). Biochim. Biophys. Acta. 2013;1833(1):213–224. DOI: 10.1016/j.bbamcr.2012.04.013.Tkachuk V.A., Avakian A.E. Molecular mechanisms of G-proteins with membrane receptors and second messenger systems. Russian Journal of Physiology. 2008;89(12):1478–1490.Tkachuk V.A., Avakian A.E. Molecular mechanisms of G-proteins with membrane receptors and second messenger systems. Russian Journal of Physiology. 2008;89(12):1478–1490.Vorobieva V.V., Shabanov P.D. Exposure to whole body vibration impairs the functional activity of the energy producing system in rabbit miocardium. Biophysics. 2019; 64(2):251–255. DOI: 10.1134/S0006350919020210.Vorobieva V.V., Shabanov P.D. Exposure to whole body vibration impairs the functional activity of the energy producing system in rabbit miocardium. Biophysics. 2019; 64(2):251–255. DOI: 10.1134/S0006350919020210.Wappl E., Mitterdorfer J., Glossmann H., Striessnig J. Mechanism of dihydropyridine interaction with critical binding residues of L-type Ca2+ channel alpha 1 subunits. J. Biol. Chem. 2001;276(16):12730–12735. DOI: 10.1074/jbc.M010164200.Wappl E., Mitterdorfer J., Glossmann H., Striessnig J. Mechanism of dihydropyridine interaction with critical binding residues of L-type Ca2+ channel alpha 1 subunits. J. Biol. Chem. 2001;276(16):12730–12735. DOI: 10.1074/jbc.M010164200.Widerberg А., Bergman S., Danielsen N., Lundborg G., Dahlin L.B. Nerve injury induced by vibration: prevention of the effect of a conditioning lesion by D 600, Сa2+ channel blocken. Occup. Environ. Med. 1997;54(5):312–315. DOI: 10.1136/oem.54.5.312.Widerberg А., Bergman S., Danielsen N., Lundborg G., Dahlin L.B. Nerve injury induced by vibration: prevention of the effect of a conditioning lesion by D 600, Сa2+ channel blocken. Occup. Environ. Med. 1997;54(5):312–315. DOI: 10.1136/oem.54.5.312.

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