Tissue oxidative metabolism and microhemodynamics of the skin in rats exposed to stress factors of different durations and combinations

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Changes in tissue oxidative metabolism under the action of stressors of different durations have not been studied. The relationship between NADH and FAD coenzymes and the microcirculatory bed remains unclear.

AIM: This study aimed to identify the features of the reaction of skin microhemodynamics and tissue oxidative metabolism in rats exposed to acute and chronic stress factors of different durations and their combinations.

MATERIALS AND METHODS: The experiment was performed on 100 male Wistar rats weighing 200–220 g. The animals were divided into five groups of 20 rats. The first control group and the second and third groups were exposed to acute stress (AS) and chronic hypokinetic stress (HS), respectively; the fourth group (AS-HS) was previously exposed to AS (on the first day) and then to HS (1–10 days); and the fifth group (for 10 days of the HS, then the effect of the AS on day 10). On day 10, the indicators of tissue oxidative metabolism and skin microhemodynamics were recorded.

RESULTS: AS and HS increased the requirement of cells for ATP and contributed to the predominance of oxidative phosphorylation over other processes, as indicated by an increase in FAD. AS-HS significantly changed oxidative metabolism, separating oxidative phosphorylation and activating glycolysis. HS-AS did not cause such changes. AS increased the microcirculation index and reduced the coefficient of variation, and HS reduced the microcirculation index and increased the mean square deviation. AS–HS significantly increased the microcirculation index, and HS-AS increased the mean square deviation and coefficient of variation but reduced the microcirculation index.

CONCLUSIONS: AS and HS increase the requirement of cells for ATP and contribute to the predominance of oxidative phosphorylation over other processes. AS-HS modifies oxidative metabolism by disconnecting oxidative phosphorylation and activating glycolysis. HS-AS depletes the metabolic reserves of the body. AS-HS rearranges metabolism along the path of glycolysis, protecting against stress factors and preventing the development of oxidative stress. AS leads to hyperemia and stasis of blood circulation in the microarray, reducing the vasomotor activity of the vessels. HS inhibits the level of tissue perfusion and reduces the inflow of arterial blood into the microcirculatory bed and the outflow of venous blood, leading to spastic, stagnant phenomena and stasis. AS-HS reduces vasoconstriction, preparing a microcirculatory bed for prolonged hypokinesia. HS-AS levels vasodilation and improves the parameters of skin microhemodynamics (mean square deviation and coefficient of variation).

About the authors

Marina Yu. Ravaeva

V.I. Vernadsky Crimean Federal University

Author for correspondence.
Email: ravaevam@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6081-1628
SPIN-code: 2398-3901
Scopus Author ID: 6505646236

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Simferopol

Igor V. Cheretaev

V.I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: cheretaev86@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1852-4323
SPIN-code: 4587-6492
Scopus Author ID: 57304417400

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Simferopol

Elena N. Chuyan

V.I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: elena-chuyan@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-6240-2732
SPIN-code: 8373-3871
Scopus Author ID: 9436061900

Dr. Sci. (Biology)

Russian Federation, Simferopol

Pavel A. Galenko-Yaroshevskii

Kuban State Medical University

Email: galenko.yarochevsky@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0873-284X
SPIN-code: 1575-6129
Scopus Author ID: 6603110151

Dr. Sci. (Biology), Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Krasnodar

Elviza R. Dzheldubaeva

V.I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: delviza@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9472-2597
SPIN-code: 2521-8511
Scopus Author ID: 16028256100

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Simferopol

Irina S. Mironyuk

V.I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: psevdoallelizm@mail.ru
SPIN-code: 2611-9225
Scopus Author ID: 57226821698

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Simferopol

References

  1. Kurganova LN. Lipid peroxidation — one of the possible components of a rapid response to stress. Bulletin of N.I. Lobachevsky Nizhny Novgorod University. Series Biology. 2001;(2):74–76.
  2. Moskvin SV, Antipov EV, Zarubina EG, Ryazanova EA. Oxygen exchange effectiveness after application of different gels based on hyaluronic acid laser-phoresis. Vestnik Jesteticheskoi Mediciny. 2011;10(3):48–55.
  3. Mayevsky A, Rogatsky GG. Mitochondrial function in vivo evaluated by NADH fiuorescence: from animal models to human studies. Am J Physiol Cell Phisiol. 2007;292(2):615–640. doi: 10.1152/ajpcell.00249.2006
  4. Mokry M, Gal P, Harakalova M, et al. Experimental study on predicting skin flap necrosis by fliorescence in the FAD and NADH bands during surgery. Photochem Photobiol. 2007;83(5):1193–1196. doi: 10.1111/j.1751-1097.2007.00132.x
  5. Krupatkin AI, Sidorov VV. Laser Doppler flowmetry of blood microcirculation: a guide for doctors. Moscow: Medicine; 2005. 254 p. (In Russ.)
  6. Lukina MM, Shirmanova MV, Sergeeva TF, Zagaynova ЕV. Metabolical imaging for the study of oncological processes (review). Modern Technologies in Medicine. 2016;8(4):113–121. doi: 10.17691/stm2016.8.4.16
  7. Xie N, Zhang L, Gao W, et al. NAD+ metabolism: pathophysiologic mechanisms and therapeutic potential. Sig Transduct Target Ther. 2020;5(1):227. doi: 10.1038/s41392-020-00311-7
  8. Georgakoudi I, Quinn KP. Optical imaging using endogenous contrast to assess metabolic state. Annu Rev Biomed Eng. 2012;14: 351–367. doi: 10.1146/annurev-bioeng-071811-150108
  9. Chance B, Schoener B, Oshino R, et al. Oxidation-reduction ratio studies of mitochondria in freeze-trapped samples. NADH and flavoprotein fluorescence signals. J Biol Chem. 1979;254(11):4764–4771.
  10. Chance B. Optical method. Annu Rev Biophys Biophys Chem. 1991;20(1):1–30. doi: 10.1146/annurev.bb.20.060191.000245
  11. Wouters BG, Koritzinsky M. Hypoxia signalling through mTOR and the unfolded protein response in cancer. Nat Rev Cancer. 2008;8(11):851–864. doi: 10.1038/nrc2501
  12. Solaini G, Baracca A, Lenaz G, Sgarbi G. Hypoxia and mitochondrial oxidative metabolism. Biochim Biophys Acta. 2010;1797(6–7): 1171–1177. doi: 10.1016/j.bbabio.2010.02.011
  13. Zhang H, Bosch-Marce M, Shimoda LA, et al. Mitochondrial autophagy is an HIF-1-dependent adaptive metabolic response to hypoxia. J Biol Chem. 2008;283(16):10892–10903. doi: 10.1074/jbc.M800102200
  14. Zhang H, Gao P, Fukuda R, et al. HIF-1 inhibits mitochondrial biogenesis and cellular respiration in VHL-deficient renal cell carcinoma by repression of C-MYC activity. Cancer Cell. 2007;11(5):407–420. doi: 10.1016/j.ccr.2007.04.001
  15. Brand KA, Hermfisse U. Aerobic glycolysis by proliferating cells: a protective strategy against reactive oxygen species. Faseb J. 1997;11(5):388–395. doi: 10.1096/fasebj.11.5.9141507
  16. Lunt SY, Vander Heiden MG. Aerobic glycolysis: meeting the metabolic requirements of cell proliferation. Annu Rev Cell Dev Biol. 2011;27:441–464. doi: 10.1146/annurev-cellbio-092910-154237

Copyright (c) 2023 ECO-vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».