Дыхание митохондрий и микровязкость их мембран в кардиомиоцитах крыс разного возраста при сердечной недостаточности

Основные положения. Хроническая сердечная недостаточность у лиц старших возрастных групп является актуальной медико-социальной проблемой. Митохондриальная дисфункция выступает ключевым звеном патогенеза хронической сердечной недостаточности. В эксперименте показано снижение дыхательной функции митохондрий у старых животных. Развитие сердечной недостаточности сопровождалось дальнейшим уменьшением дыхательного контроля в этой группе. Увеличение микровязкости мембран митохондрий старых животных может влиять на активность ферментов дыхательной цепи при сердечной недостаточности.

Цель. Изучить активность дыхания и микровязкость мембран митохондрий кардиомиоцитов крыс разных возрастов на фоне развития сердечной недостаточности.

Материалы и методы. Исследование выполнено на 2- и 15-месячных самцах крыс линии Wistar. Животные разделены на четыре группы: две группы интактных особей обоих возрастов (n = 12) и две группы крыс с изадриновой моделью хронической сердечной недостаточности (ХСН) (n = 10). ХСН моделировали двукратным подкожным введением изопротеренола гидрохлорида (изадрина) (170 мг/кг) с интервалом между введениями 24 ч. Дыхательную активность митохондрий оценивали по коэффициенту дыхательного контроля. Микровязкостные характеристики мембран митохондрий оценивали по коэффициенту эксимеризации флуоресцентного зонда пирен в зонах белок-липидных и липид-липидных контактов. Сравнительный статистический анализ независимых групп проводили с применением непараметрического критерия Манна – Уитни.

Результаты. Продемонстрировано снижение дыхательного контроля митохондрий старых интактных животных в сравнении с молодыми особями. На фоне ХСН межвозратная разница усиливалась, при этом у молодых крыс развитие ХСН не сопровождалось значимым изменением показателей дыхательного контроля митохондрий. Выявлено возраст-зависимое снижение микровязкости мембран митохондрий в области белок-липидных и липид-липидных взаимодействий. У молодых крыс развитие ХСН охарактеризовано значимым увеличением микровязкости в области белок-липидных и липид-липидных взаимодействий. У старых крыс развитие патологии отмечено значимым снижением микровязкости в области белок-липидных контактов.

Заключение. Выявлены разнонаправленные возрастные изменения митохондрий кардиомиоцитов крыс при развитии сердечной недостаточности. Показано, что   у молодых крыс митохондрии сохраняют функциональную активность на фоне ХСН в сравнении с таковыми у старых особей.

1. Макаров С.А., Максимов С.А., Шаповалова Э.Б., Стряпчев Д.В., Артамонова Г.В. Смертность от болезней системы кровообращения в Кемеровской области и Российской Федерации в 2000–2016 годах. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2019; 8 (2): 6-11. doI: 10.17802/2306-1278-2019-8-2-6-11

2. Поляков Д.С., Фомин И.В., Беленков Ю.Н., Мареев В.Ю., Агеев Ф.Т., Артемьева Е.Г., Бадин Ю.В., Бакулина Е.В., Виноградова Н.Г., Галявич А.С., Ионова Т.С., Камалов Г.М., Кечеджиева С.Г., Козиолова Н.А., Маленкова В.Ю., Мальчикова С.В., Мареев Ю.В., Смирнова Е.А., Тарловская Е.И., Щербинина Е.В., Якушин С.С. Хроническая сердечная недостаточность в Российской Федерации: что изменилось за 20 лет наблюдения? Результаты исследования ЭПО-ХА-ХСН. Кардиология. 2021;61(4):4-14. doi.org/10.18087/cardio.2021.4.n1628

3. Choi H., Park M., Youn J. Update on heart failure management and future directions. Korean J Intern Med. 2019; 34 (1): 11-43. doi: 10.3904/kjim.2018.428

4. Barasa A., Schaufelberger M., Lappas G., Swedberg K., Dellborg M., Rosengren A. Heart failure in young adults: 20-year trends in hospitalization, aetiology, and case fatality in Sweden. Eur Heart J. 2014; 35 (1): 25–32. doi: 10.1093/eurheartj/eht278

5. Christiansen M.N., Køber L., Weeke P., Vasan R.S., Jeppesen J.L., Smith J.G., Gislason G.H., Torp-Pedersen C., Andersson C. Age-Specific Trends in Incidence, Mortality, an.d Comorbidities of Heart Failure in Denmark, 1995 to 2012. Circulation. 2017; 135 (13): 1214-1223. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.116.025941

6. Sheeran F.L., Pepe S. Mitochondrial Bioenergetics and Dysfunction in Failing Heart. Advances in Experimental Medicine and Biology. 2017; 982: 65-80. doi: 10.1007/978-3-319-55330-6_4.

7. Teerlink J., Pfeffer J., Pfeffer M. Progressive Ventricular Remodeling in Response to Diffuse Isoproterenol-induced Myocardial Necrosis in Rats. Circulation Research. 1994; 75 (1): 105-113. doi: 10.1161/01.res.75.1.105

8. Rebrova, T.Y., Korepanov V.A., Afanasiev S.A. Age Peculiarities of Respiratory Activity and Membrane Microviscosity of Mitochondria from Rat Cardiomyocytes. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2021; 170 (3): 368-370. doi: 10.1007/s10517-021-05069-8

9. Добрецов. Г.Е. Флуоресцентные зонды в исследовании клеток, мембран и липопротеинов. М.: Наука, 1989:277

10. Еремеев С.А., Ягужинский Л.С. О локальном сопряжении систем электронного транспорта и синтеза АТФ в митохондриях. Биохимия. 2015; 80 (5): 682-688. doi: 10.1134/S0006297915050089]

11. Neubauer S. The failing heart--an engine out of fuel. N Engl J Med. 2007; 356 (11): 1140-51. doi: 10.1056/NEJMra063052.

12. Bisaccia G., Ricci F., Gallina S., Di Baldassarre A., Ghinassi B. Mitochondrial Dysfunction and Heart Disease: Critical Appraisal of an Overlooked Association. International Journal of Molecular Sciences. 2021; 22 (2): 614. doi: 10.3390/ijms22020614.

13. Roach C., Feller S.E., Ward J.A., Shaikh S.R., Zerouga M., Stillwell W. Comparison of cis and trans fatty acid containing phosphatidylcholines on membrane properties. Biochemistry. 2004; 43 (20): 6344–6351. doi: 10.1021/bi049917r.

14. Rebrova T.Y., Afanasiev S.A. State of the Antioxidant System and the Severity of Lipid-Peroxidation Processes in the Myocardium and Blood Plasma of Rats of Different Ages with Postinfarction Cardiosclerosis. Advances in Gerontology. 2021; 11 (2): 152–157. doi:10.1134/S2079057021020132

15. Yi S., Yi J., Ohrr H. Total cholesterol and all-cause mortality by sex and age: a prospective cohort study among 12.8 million adults. Scientific Reports. 2019; 9: 1596. doi:10.1038/s41598-018-38461-y

16. Афанасьев С.А., Кондратьева Д.С., Путрова О.Д., Перчаткин В.А., Репин А.Н. Возрастные особенности внутриклеточного гомеостаза кальция в кардиомиоцитах крыс при постинфарктном ремоделировании сердца. Успехи геронтологии. 2010. 23 (1): 59–63.