cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2023-38-4-236-242cardiotomsk-2073Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL STUDIESВозможная роль митохондриальной дисфункции в аритмогенезе при ишемической болезни сердцаPotential role of mitochondrial dysfunction in arrhythmogenesis in coronary artery diseasehttps://orcid.org/0000-0002-2818-1419КорепановВ. А.KorepanovV. A.

Корепанов Вячеслав Андреевич, аспирант, младший научный сотрудник, лаборатория молекулярно-клеточной патологии и генодиагностики

634027, Томск, ул. Киевская, 111а

 

Viacheslav A. Korepanov, Graduate Student, Junior Research Scientist, Laboratory of Molecular and cell Pathology and Gene Diagnostics

111a, Kievskaya str., 634027, Tomsk

vakorep41811@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3667-9599РеброваТ. Ю.RebrovaT. Y.

Реброва Татьяна Юрьевна, канд. мед. наук, научный сотрудник, лаборатория молекулярно-клеточной патологии и генодиагностики

634027, Томск, ул. Киевская, 111а

 

Tatiana Y. Rebrova, Cand. Sci. (Med.), Research Scientist, Laboratory of Molecular and cell Pathology and Gene Diagnostics

111a, Kievskaya str., 634027, Tomsk

rebrova@cardio-tomsk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2645-4142АтабековТ. А.AtabekovT. A.

Атабеков Тариель Абдилазимович, канд. мед. наук, врач сердечно-сосудистый хирург, отделение хирургического лечения сложных нарушений ритма сердца и электрокардиостимуляции

634027, Томск, ул. Киевская, 111а

 

 

Tariel A. Atabekov, Cand. Sci. (Med.), Cardiovascular Surgeon, Department of Surgical Arrhythmology and Cardiac Pacing

111a, Kievskaya str., 634027, Tomsk

kgma1011@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6066-3998АфанасьевС. А.AfanasievS. A.

Афанасьев Сергей Александрович, д-р мед. наук, профессор, заведующий лабораторией молекулярно-клеточной патологии и генодиагностики, Научно-исследовательский институт кардиологии

634027, Томск, ул. Киевская, 111а

 

Sergey A. Afanasiev, Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of the Laboratory of Molecular and Cell Pathology and Gene Diagnostics

111a, Kievskaya str., 634027, Tomsk

tursky@cardio-tomsk.ruНаучно-исследовательский институт кардиологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наукРоссияCardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of SciencesRussian Federation202330122023384236242Copyright © Корепанов В.А., Реброва Т.Ю., Атабеков Т.А., Афанасьев С.А., 20232023Корепанов В.А., Реброва Т.Ю., Атабеков Т.А., Афанасьев С.А.Korepanov V.A., Rebrova T.Y., Atabekov T.A., Afanasiev S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/2073Введение

Введение. Ишемическая болезнь сердца (ИБС) остается наиболее распространенным сердечно-сосудистым заболеванием (ССЗ) как в России, так и в мире. Хроническое течение ИБС ведет к нарушению электрической стабильности миокарда и развитию аритмий, в том числе жизнеугрожающих, неблагоприятным исходом которых может стать наступление внезапной сердечной смерти. Сократительная активность кардиомиоцитов поддерживается за счет работы митохондрий, синтезирующих аденозинтрифосфат (АТФ), необходимый для работы сократительных белков и ион-транспортных систем клетки. В норме митохондрии всех клеток организма имеют одинаковые функциональные возможности ввиду носительства одинакового генома. Следовательно, можно оценить активность дыхания митохондрий кардиомиоцитов по дыханию митохондрий из лейкоцитов периферической крови.

Цель

Цель: сравнить дыхательную активность митохондрий лейкоцитов периферической крови у пациентов с диагнозом ИБС и ИБС с развившимися нарушениями ритма сердца (НРС).

Материал и методы

Материал и методы. В исследованные группы вошли 45 пациентов с ИБС без НРС и 39 пациентов с ИБС, осложненной НРС. Митохондрии выделяли из лейкоцитов периферической крови дифференциальным центрифугированием. Измеряли скорость убыли кислорода в пируват-малатном и сукцинатном инкубационных буферах при внесении изолированных митохондрий, а также при внесении в среду пальмитиновой кислоты. Определяли скорость потребления кислорода (СПК) для метаболических состояний V3 (активное фосфорилирующее) и V4 (нефосфорилирующее), и на их основе производили расчет коэффициента дыхательного контроля по формуле V3/V4.

Результаты

Результаты. СПК у митохондрий пациентов с неосложненной ИБС и ИБС с НРС не имела достоверных различий в обоих инкубационных буферах. При внесении пальмитиновой кислоты у митохондрии больных ИБС без НРС значительно повышались СПК в обеих средах инкубации. Митохондрии больных ИБС с НРС на фоне добавления пальмитиновой кислоты не изменяли СПК в обоих метаболических состояниях.

Заключение

Заключение. На основании полученных данных можно заключить, что функциональные возможности митохондрий при осложненном течении ИБС исчерпаны, что проявляется в неспособности увеличить синтез АТФ в ответ на внесение дополнительных субстратов.

Introduction

Introduction. Coronary artery disease (CAD) continues to be the most common pathology in the structure of cardiovascular diseases over the past decades, both in Russia and around the world. In the normal condition, the mitochondria of all body cells have the same function capabilities due to the carriage of the same genome. Therefore, it is possible to assess the respiration activity of cardiomyocyte mitochondria by the respiration of mitochondria from peripheral blood leukocytes.

Aim

Aim: To compare respiratory activity of mitochondria of peripheral blood leukocytes in patients diagnosed with coronary artery disease and coronary artery disease with developed cardiac rhythm disorders (CRD).

Material and methods

Material and methods. The studied groups included 45 patients with CAD without CRD and 39 patients with CAD complicated by CRD. Mitochondria were isolated from peripheral blood leukocytes by differential centrifugation. The rate of oxygen loss in pyruvate-malate and succinate incubation buffers was measured when isolated mitochondria were introduced, as well as when palmitic acid was added to the medium. Oxygen consumption rate for the V3 (active phosphorylating) and V4 (nonphosphorylating) metabolic sates was determined, and on their basis respiratory control coefficient was calculating using the formula V3/V4. Statistical data processing was carried out using STATISTICA 13.0 software.

Results

Results. Oxygen consumption rate in mitochondria of patients with uncomplicated CAD and CAD with CRD had no significant differences in either pyruvate-malate or succinate buffers. When palmitic acid was added to the incubation medium, the mitochondria of CAD patients without CRD significantly increased oxygen consumption rate in both incubation media. Mitochondria of CAD patients with CRD did not change oxygen consumption rate in both metabolic states after the addition of palmitic acid in incubation media.

Conclusion

Conclusion. On the basis of the data obtained, it can be concluded that the function capabilities of mitochondria in the complicated course of CAD has been exhausted, which manifests itself in the inability to increase ATP synthesis in response to the introduction of additional substrates.

ишемическая болезнь сердцанарушение ритма сердцамитохондриипальмитиновая кислотапотребление кислородаактивность дыханияcoronary artery diseasecardiac rhythm disordermitochondriapalmitic acidoxygen consumptionrespiratory activityReferencesБойцов С.А., Зайратьянц О.В., Андреев Е.М., Самородская И.В. Сравнение показателей смертности от ишемической болезни сердца среди мужчин и женщин старше 50 лет в России и США. Российский кардиологический журнал. 2017;(6):100–107. DOI: 10.15829/1560-4071-2017-6-100-107.Boytsov S.A., Zayratiants O.V., Andreev E.M., Samorodskaya I.V. Comparison of coronary heart disease mortality in men and women age 50 years and older in Russia and USA. Russian Journal of Cardiology. 2017;(6):100–107. (In Russ.). DOI: 10.15829/1560-4071-2017-6-100-107.Байдюк Е.В., Сакута Г.А., Кислякова Л.П., Кисляков Ю.Я., Оковитый С.В., Кудрявцев Б.Н. Структурно-функциональные характеристики сердца и параметры газообмена у крыс после экспериментального инфаркта миокарда. Цитология. 2014;56(10):735–740.Baidiuk E.V., Sakuta G.A., Kisliakova L.P., Kisliakov Iu.Ia., Okovityi S.V., Kudriavtsev B.N. Rat heart structural and functional characteristics and gas exchange parameters after experimental myocardial infarction. Tsitologiia. 2014;56(10):735–740. (In Russ.).van Bilsen M., van Nieuwenhoven F.A., van der Vusse G.J. Metabolic remodelling of the failing heart: beneficial or detrimental? Cardiovasc. Res. 2009;81(3):420–428. DOI: 10.1093/cvr/cvn282.van Bilsen M., van Nieuwenhoven F.A., van der Vusse G.J. Metabolic remodelling of the failing heart: beneficial or detrimental? Cardiovasc. Res. 2009;81(3):420–428. DOI: 10.1093/cvr/cvn282.Liang F., Wang Y. Coronary heart disease and atrial fibrillation: a vicious cycle. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2021;320(1):H1–H12. DOI: 10.1152/ajpheart.00702.2020.Liang F., Wang Y. Coronary heart disease and atrial fibrillation: a vicious cycle. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2021;320(1):H1–H12. DOI: 10.1152/ajpheart.00702.2020.Сотников О.С., Васягина Т.И. Митохондрии кардиомиоцитов после избыточной физической нагрузки. Кардиологический вестник. 2022;17(3):44–50.. DOI: 10.17116/Cardiobulletin20221703144.Сотников О.С., Васягина Т.И. Митохондрии кардиомиоцитов после избыточной физической нагрузки. Кардиологический вестник. 2022;17(3):44–50.Pascual F., Coleman R.A. Fuel availability and fate in cardiac metabolism: A tale of two substrates. Biochim. Biophys. Acta. 2016;1861(10):1425– 1433. DOI: 10.1016/j.bbalip.2016.03.014.Sotnikov O.S., Vasyagina T.I. Mitochondria of cardiomyocytes after excessive physical activity. Russian Cardiology Bulletin. 2022;17(3):44–50. (In Russ.). DOI: 10.17116/Cardiobulletin20221703144.Jiang M., Xie X., Cao F., Wang Y. Mitochondrial metabolism in myocardial remodeling and mechanical unloading: Implications for ischemic heart disease. Front. Cardiovasc. Med. 2021;8:789267. DOI: 10.3389/ fcvm.2021.789267.Pascual F., Coleman R.A. Fuel availability and fate in cardiac metabolism: A tale of two substrates. Biochim. Biophys. Acta. 2016;1861(10):1425– 1433. DOI: 10.1016/j.bbalip.2016.03.014.Бокерия Л.А., Неминущий Н.М., Постол А.С. Имплантируемые кардиовертеры-дефибрилляторы – основное звено в современной концепции профилактики внезапной сердечной смерти: проблемы и перспективы развития метода. Кардиология. 2018;58(12):76–84. DOI: 10.18087/cardio.2018.12.10197.Jiang M., Xie X., Cao F., Wang Y. Mitochondrial metabolism in myocardial remodeling and mechanical unloading: Implications for ischemic heart disease. Front. Cardiovasc. Med. 2021;8:789267. DOI: 10.3389/ fcvm.2021.789267.Филиппов Е.В., Якушин С.С. Внезапная сердечная смерть: проблема стратификации риска и выбора лекарственного препарата. Рациональная фармакотерапия в кардиологии. 2011;7(2):212–218. DOI: 10.20996/1819-6446-2011-7-2212-218.Bokeria L.A., Neminushchiy N.M., Postol A.S. Implantable cardioverter-defibrillators are the main link in the modern concept of sudden cardiac death prevention. problems and prospects of the development of the method. Kardiologiia. 2018;58(12):76–84. (In Russ.). DOI: 10.18087/cardio.2018.12.10197.Rose S., Carvalho E., Diaz E.C., Cotter M., Bennuri S.C., Azhar G., Frye R.E., Adams S.H., Børsheim E. A comparative study of mitochondrial respiration in circulating blood cells and skeletal muscle fibers in women. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2019;317:E503–E512. DOI: 10.1152/ajpendo.00084.2019.Filippov E.V., Yakushin S.S. Sudden cardiac death: problem of risk stratification and choice of therapy. Rational Pharmacotherapy in Cardiology. 2011;7(2):212–218. (In Russ.). DOI: 10.20996/1819-6446-2011-7-2212-218.Ost M., Doerrier C., Gama-Perez P., Moreno-Gomez S. Analysis of mitochondrial respiratory function in tissue biopsies and blood cells. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 2018;21:336–342. DOI: 10.1097/MCO.0000000000000486.Rose S., Carvalho E., Diaz E.C., Cotter M., Bennuri S.C., Azhar G., Frye R.E., Adams S.H., Børsheim E. A comparative study of mitochondrial respiration in circulating blood cells and skeletal muscle fibers in women. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2019;317:E503–E512. DOI: 10.1152/ajpendo.00084.2019.Li P., Wang B., Sun F., Li Y., Li Q., Lang H. et al. Mitochondrial respiratory dysfunctions of blood mononuclear cells link with cardiac disturbance in patients with early-stage heart failure. Sci. Rep. 2015;5:10229. DOI: 10.1038/srep10229.Ost M., Doerrier C., Gama-Perez P., Moreno-Gomez S. Analysis of mitochondrial respiratory function in tissue biopsies and blood cells. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 2018;21:336–342. DOI: 10.1097/MCO.0000000000000486.Coluccia R., Raffa S., Ranieri D., Micaloni A., Valente S., Salerno G. et al. Chronic heart failure is characterized by altered mitochondrial function and structure in circulating leucocytes. Oncotarget. 2018;9(80):35028– 35040. DOI: 10.18632/oncotarget.26164.Li P., Wang B., Sun F., Li Y., Li Q., Lang H. et al. Mitochondrial respiratory dysfunctions of blood mononuclear cells link with cardiac disturbance in patients with early-stage heart failure. Sci. Rep. 2015;5:10229. DOI: 10.1038/srep10229.Афанасьев С.А., Егорова М.В., Кондратьева Д.С., Реброва Т.Ю., Козлов Б.Н., Попов С.В. К вопросу о возможной метаболической составляющей аритмогенной резистентности миокарда при сочетанном развитии постинфарктного ремоделирования сердечной мышцы и сахарного диабета. Вестник аритмол. 2010;60:65–69.Coluccia R., Raffa S., Ranieri D., Micaloni A., Valente S., Salerno G. et al. Chronic heart failure is characterized by altered mitochondrial function and structure in circulating leucocytes. Oncotarget. 2018;9(80):35028– 35040. DOI: 10.18632/oncotarget.26164.Афанасьев С.А., Муслимова Э.Ф., Реброва Т.Ю., Цапко Л.П., Керчева М.А., Голубенко М.В. Особенности функционального состояния митохондрий лейкоцитов периферической крови пациентов с острым инфарктом миокарда. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2020;169(4):416–418. DOI: 10.1007/s10517-020-04903-9.Afanasiev S.A., Egorova M.V., Kondratieva D.S., Rebrova T.Y., Kozlov B.N., Popov S.V. Contribution to a potential metabolic component of arrhythmogenic ressitance of myocardium in simultaneous development of post-infarction myocardial remodeling and diabetes mellitus. Journal of Arrhythmology. 2010;60:65–69. (In Russ.).Егорова М.В., Афанасьев С.А. Выделение митохондрий из клеток и тканей животных и человека: современные методические приемы. Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины. 2011;26(1–1):22–28.Afanasiev S.A., Muslimova E.F., Rebrova T.Y., Tsapko L.P., Kercheva M.A., Golubenko M.V. Features of the functional state of the mitochondria of peripheral blood leukocytes in patients with acute myocardial infarction. Bull. Exp. Biol. Med. 2020;169(4):435–437. (In Russ.). DOI: 10.1007/s10517-020-04903-9.Rebrova T.Y., Korepanov V.A., Afanasiev S.A. Age peculiarities of respiratory activity and membrane microviscosity of mitochondria from rat cardiomyocytes. Bull. Exp. Biol. Med. 2021;170(3):368–370. DOI: 10.1007/s10517-021-05069-8.Egorova M.V., Afanasiev S.A. Isolation of mitochondria from cells and tissues of animals and human: modern methodical approaches. The Siberian Journal of Clinical and Experimental Medicine. 2011;26(1–1):22–28. (In Russ.).Carta G., Murru E., Banni S., Manca C. Palmitic acid: physiological role, metabolism and nutritional implications. Front. Physiol. 2017;8:902. DOI: 10.3389/fphys.2017.00902.Rebrova T.Y., Korepanov V.A., Afanasiev S.A. Age peculiarities of respiratory activity and membrane microviscosity of mitochondria from rat cardiomyocytes. Bull. Exp. Biol. Med. 2021;170(3):368–370. DOI: 10.1007/s10517-021-05069-8.Егорова М.В., Афанасьев С.А. Регуляторная роль свободных жирных кислот в поддержании мембранного гомеостаза митохондрий сердца при экспериментальной ишемии миокарда. Бюллетень сибирской медицины. 2012;11(3):31–37. DOI: 10.20538/1682-0363-2012-3-31-37.Carta G., Murru E., Banni S., Manca C. Palmitic acid: physiological role, metabolism and nutritional implications. Front. Physiol. 2017;8:902. DOI: 10.3389/fphys.2017.00902.Hadrava Vanova K., Kraus M., Neuzil J., Rohlena J. Mitochondrial complex II and reactive oxygen species in disease and therapy. Redox Rep. 2020;25(1):26–32. DOI: 10.1080/13510002.2020.1752002.Egorova M.V., Afanasiyev S.A. Regulatory role of free fatty acids in maintain of membrane homeostasis in heart mitochondria at experimental myocardial ischaemia. Bulletin of Siberian Medicine. 2012;11(3):31–37. (In Russ.). DOI: 10.20538/1682-0363-2012-3-31-37.Мохова Е.Н., Хайлова Л.С. Участие анионных переносчиков внутренней мембраны митохондрий в разобщающем действии жирных кислот. Биохимия. 2005;70(2):197–202.Hadrava Vanova K., Kraus M., Neuzil J., Rohlena J. Mitochondrial complex II and reactive oxygen species in disease and therapy. Redox Rep. 2020;25(1):26–32. DOI: 10.1080/13510002.2020.1752002.Sharpe M.A., Cooper C.E., Wrigglesworth J.M. Transport of K + and cations across phospholipid membranes by nonesterified fatty acids. J. Membr. Biol. 1994;41:21–28.Mokhova E.N., Khailova L.S. Involvement of mitochondrial inner membrane anion carriers in the uncoulpling effect of fatty acids. Biochemistry (Moscow). 2005;70(2):159–163. (In Russ.).Habbane M., Montoya J., Rhouda T., Sbaoui Y., Radallah D., Emperador S. Human mitochondrial DNA: Particularities and diseases. Biomedicines. 2021;9(10):1364. DOI: 10.3390/biomedicines9101364.Sharpe M.A., Cooper C.E., Wrigglesworth J.M. Transport of K + and cations across phospholipid membranes by nonesterified fatty acids. J. Membr. Biol. 1994;41:21–28.Wang F., Zhang D., Zhang D., Li P., Gao Y. Mitochondrial protein translation: emerging roles and clinical significance in disease. Front. Cell. Dev. Biol. 2021;9:675465. DOI: 10.3389/fcell.2021.675465.Habbane M., Montoya J., Rhouda T., Sbaoui Y., Radallah D., Emperador S. Human mitochondrial DNA: Particularities and diseases. Biomedicines. 2021;9(10):1364. DOI: 10.3390/biomedicines9101364.Wang F., Zhang D., Zhang D., Li P., Gao Y. Mitochondrial protein translation: emerging roles and clinical significance in disease. Front. Cell. Dev. Biol. 2021;9:675465. DOI: 10.3389/fcell.2021.675465.Wang F., Zhang D., Zhang D., Li P., Gao Y. Mitochondrial protein translation: emerging roles and clinical significance in disease. Front. Cell. Dev. Biol. 2021;9:675465. DOI: 10.3389/fcell.2021.675465.

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