Українська Русский English

ISSN 2522-9028 (Print)
ISSN 2522-9036 (Online)
DOI: https://doi.org/10.15407/fz

Fiziologichnyi Zhurnal

is a scientific journal issued by the

Bogomoletz Institute of Physiology
National Academy of Sciences of Ukraine

Editor: V.F. Sagach

The journal was founded in 1955 as
1955 – 1977 "Fiziolohichnyi zhurnal" (ISSN 0015 – 3311)
1978 – 1993 "Fiziologicheskii zhurnal" (ISSN 0201 – 8489)
1994 – 2016 "Fiziolohichnyi zhurnal" (ISSN 0201 – 8489)
2017 – "Fiziolohichnyi zhurnal" (ISSN 2522-9028)

Fiziol. Zh. 2003; 49(3): 17-35


Molecular mechanisms of tissue hypoxia and organism adaptation

L.D.Lukianova

    Research Institute for general pathology and pathophysiology,RAS, Moskow


Abstract

The mechanism for participation of aerobic energy metabolism in formation of urgent and long-term adaptation to hypoxia is under consideration. It is stated that changes in kinetic properties of mitochondrial enzyme complexes (MEC), primarily enzymes of the respiratory chain substrate region (MEC I), in response to oxygen shortage underlie diverse stages of bioenergetic (tissue) hypoxia. It was shown that economization of energy metabolism in adaptation to hypoxia occurs due to formation of a new mitochondrial population. The mitochondria possess lesser size and decreased content of cytochromes; however, they are characterized by higher activities of enzymes and lower affinity of the enzymes to their substrates as well as high efficiency of oxidative phosphorylation. Furthermore the amount of mitochondria increases in the cell. It was demon-strated that oxygen shortage can both directly affect the bioenergetic apparatus of cell and indirectly influence it via stress activation of the neuro-humoral system. The latter triggers a non-specific cascade of functional and metabolic responses and eventually disturbs oxygen delivery to cells, which also promotes bioenergetic hypoxia. Genotypically determined differences in kinetic properties of MEC are established, which play a leading role in formation of the functional and metabolic “portrait” of resistant and non-resistant to hypoxia animals and also in development of urgent and long-term mechanisms of adaptation to hypoxia. It was shown that these mechanisms can be used not only for development of the tactics and strategy for pharmacological correction of hypoxic states, but also for optimization of non-drug methods for enhancing the non-specific resistance of the organism.

References

  1. Береговская Н.Н. Электронтранспортное фосфорилирование. Биофизические аспекты. – В кн.:Нарушения биоэнергетики в патологиях и пути их восстановления. – М., 1993. – C.11 – 20.
  2. Березовский В.А. Гипоксия – К.: Наук. думка,1978.
  3. Богомолов В.И., Лукьянова Л.Д. Сравнительный анализ белков КГМ крыс с разной чувствительностью к гипоксии // Бюл. эксперим. биологии и медицины. – 1992. – 114, № 2. – С.657 – 659.
  4. Горячева Т.В., Дудченко А.М., Глебов Г.Д. Различия гормонального статуса у высоко – и низкорезистентных к гипоксии крыс //Там же. – 1993. – № 7. – С.46 – 48.
  5. Долиба Н.М., Кургалюк Н.Н., Локаль Абдула и др. Реципрокное сукцинату и катехоламинам действие введенных кетоглутарата натрия и ацетилхолина на окисление субстратов в митохондриях сердца и нейрогуморальный статус организма.: Янтарная кислота в медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве / Под ред. Кондрашовой М.Н., Каминского Ю.Г., Маевского Е.И.. – Пущино, 1996. – С. 21 – 27.
  6. Дудченко А.М. Сравнение дегидрогеназ митохондпий коры головного мозга крыс, обладающих различной чувствительностью к гипоксии. – В кн.: Митохондрии. – М.: Наука, 1976. – С.177 – 182.
  7. Дудченко А.М., Белоусова В.В., Лукьянова Л.Д. Взаимоотношения энергопотребляющих и энергосинтезирующих процессов в гепатоцитах при различных концентрациях кислорода // Бюл. эксперим. биологии и медицины. – 1992, № 12. – С.588– 590.
  8. Дудченко А.М., Белоусова В.В., Лукьянова Л.Д. Действие концентрации кислорода на уровень АТФ в изолированных гепатоцитах адаптированных и неадаптированных к гипоксии крыс // Там же. – 1994. – 118, № 12. – С.1268 – 1272.
  9. 9. Дудченко А.М., Белоусова В.В., Лукьянова Л.Д. Действие адаптации к периодической гипоксии на кинетические параметры дыхательной цепи мозга //Там же. – 1996. – № 3. – С.252 – 255.
  10. 10. Дудченко А.М., Лукьянова Л.Д. Действие адаптации к периодической гипоксии на содержание цитохромов в мозгу и печени крыс // Там же. – 1995. – 120, № 3. – С.576 – 579.
  11. ченко А.М., Чернобаева Г.Н., Белоусова В.В. и др. Биоэнергетические параметры мозга крыс с различной резистентностью к гипоксии //Там же. – 1993. – 115. – С.251 – 254.
  12. Кондрашова М.Н., Маевский Е.И., Бабаян И.Р. и др. Адаптация к гипоксии посредством переключения метаболизма на превращения янтарной кислоты. – В кн.: Митохондрии. – М.: Наука, 1973. – С.112 – 128.
  13. Кондрашова М.Н. Трансаминазный цикл окисления субстратов в клетке как механизм адаптации к гипокси. – В кн.: Фармакологическая коррекция гипоксических состояний. – М., 1989. – С. 51 – 66.
  14. Кондрашова М. Н. Реципрокная регуляция дыхания и структурного состояний митохондрий гормонально-субстратной системой. – В кн.: Митохондрии, клетки и активные формы кислорода. – Пущино, 2000. – С.71 – 74.
  15. Корнеев А.А., Лукьянова Л.Д. Особенности энергетического обмена и сократительной способности миокарда крыс с разной чувствительностью к кислородной недостаточности // Патол. физиол. и эксперим. терапия. – 1987.– №3. – С.53 – 57.
  16. Корнеев А.А., Попова О.А., Замула С.В. и др. // Бюл.эксперим.биологии и.медицины.. – 1990. – №7. – С.60 – 63.
  17. Лукьянова Л.Д. Биоэнергетические механизмы формирования гипоксических состояний и подходы к их фармакологической коррекции. – В кн.: Фармакологическая коррекция гипоксических состояний. – М., 1989. – С.5 – 44.
  18. Лукьянова Л.Д. Механизмы действия антигипоксантов. – В кн.: Антигипоксанты – новый класс фармакологических веществ / Под ред. Лукьяновой Л.Д. – М., 1991. – С.5 – 25.
  19. 19. Лукьянова Л.Д. Биоэнергетическая гипоксия: понятие, механизмы, коррекция // 1997, 124, № 9. – С.244 – 254.
  20. 20. Лукьянова Л.Д. Современные проблемы гипоксии // Вестн. РАМН. – 2000. – № 9. – С.3 – 12.
  21. Лукьянова Л.Д. Новые подходы к созданию антигипоксантов метаболического действия // Там же. – 1999. – № 3. – С.18 – 25.
  22. Лукьянова Л.Д. Митохондриальные дисфункции при гипоксии – типовой патологический процесс. – В кн.: Митохондрии в патологии. – Пущино, 2001. – С.66 – 67.
  23. Лукьянова Л.Д. Гипоксия при патологиях. Молекулярные механизмы и принципы коррекции. – В кн.: Перфторорганические соединения в биологии и медицине. – Пущино, 2001. – С.56 – 69.
  24. Лукьянова Л.Д., Власова И.Г. Нейрональная модель – система для отбора антигипоксантов // Итоги науки и техники. – М., 1991. – Т. 27. – С.164 – 176.
  25. Лукьянова Л.Д., Дудченко А.М., Белоусова В.В. Влияние различных концентраций кислорода на содержание АТФ в изолированных гепатоцитах адаптированных и неадаптированных к гипоксии крвыс // Бюл.эксперим.биологии и медицины. – 1994. – № 12. – С.1268 – 1272.
  26. Лукьянова Л.Д., Дудченко А.М., Чернобаева Г.Н. О прогностической роли адениннизкоустойчивыхклеотидного пула при гипоксии. – В кн.: Митохондрии, клетки и активные формы кислорода. – Пущино, 2000. – С.99 – 102.
  27. Лукьянова Л.Д., Дудченко А.М., Чернобаева Г.Н. и др. Энергетический обмен – триггерный механизм в формировании срочных и длительных механизмов адаптации к гипоксии. – В кн.: Прерывистая нормобарическая гипоксия. – М, 1999. – С.139 – 153.
  28. Лукьянова Л.Д., Коробков А.В. Физиологические и метаболические особенности индивидуальной резистентности к гипоксии. – В кн.: Физиологические и клинические проблемы адаптации к гипоксии, гиподинамии, гипертермии/ Под ред. Коробкова А.В. – М.: Медицина, 1981. –Т. 2. – С.73 – 76.
  29. 29. Лукьянова Л.Д., Уголев А.Т., Харадуров С.В. и др. Роль янтарной кислоты во взаимодействии работы дыхательной цепи и системы микросомального окисления ксенобиотиков при различных значениях рО2. – В кн.: Митохондриальные процессы во временной организации жизнедеятельности/ Под ред. Кондрашовой М.Н. – Пущино: Наука, 1978. – С.14 – 20.
  30. 30. Маевский Е.И., Розенфельд А.С., Гришина Е.В. и др. Экспериментальное доказательство преимущественного образования и окисления янтарной кислоты при гипоксии. – В кн.: Митохондрии, клетки и активные формы кислорода.. – Пущино, 2000. – С.102 – 194.
  31. Маевский Е.И., Розенфельд А.С., Гришина Е.В. и др. Коррекция метаболического ацидоза путем поддержания функций митохондрий. – Пущино, 2001. – 155 с.
  32. Малышев А.Л Лукьянова Л.Д.,., Крапивин С.В. Действие гипоксии нарастающей тяжести на ЭЭГ коры головного мозга крыс с разной резистентносью к острому дефициту кислорода // Бюл. эксперим.биологии и.медицины. – 1996. – №7. – С.262 – 275.
  33. Махновский В.П. Прогностическая оценка и коррекция резистентности организма человека к высокогорной гипоксии. – Бишкек, 1999. – 213 с.
  34. Попова О.А., Замула С.В. Фармакологическая коррекция нарушений энергетического метаболизма миокарда при гипоксии. – В кн.: Фармакологическая коррекция гипоксических состояний. – М., 1989. – С.155 – 159.
  35. Романова В.Е., Чернобаева Г.Н., Лукьянова Л.Д. Особенности окислительного фосфорилирования в митохондриях мозга крыс с различной резистентностью к кислородной недостаточности // Бюл.эксперим.биологии и.медицины. – 1991. – 112, № 7. – С.49 – 51.
  36. Хазанов В.А., Панина О.П., Кобзева Е.А. и др. Ишемический каскад повреждений мозга и система кисления янтарной кислоты. – В кн.: Фармакологическая коррекция гипоксических состояний. – М., 1989. – С.71 – 79.
  37. Чернобаева Г.Н., Белоусова В.В., Власова И.Г. и др. Биоэнергетические параметры мозга крыс с различной резистентносью к гипоксии //Бюл. эксперим. биологии и.медицины. – 1993. – 115, № 3. – С.251 – 254.
  38. Чернобаева Г.Н., Лукьянова Л.Д. Роль индивидуальной резистентности к гипоксическому фактору при поиске антигипоксантов и оценке эффективности их действия. – В кн.: Фармакологическая коррекция гипоксических состояний. – М., 1989. – С.160 – 165.
  39. 39. Чернобаева Г.Н., Романова В.Е., Лукьянова Л.Д. Влияние периодической адаптации к гипоксии на процессы окислительного фосфорилирования в митохондриях мозга крыс с различной резистентностьбю к кислородной недостаточности // Бюл. эксперим.биологии и.медицины. – 1994. – № 23. – С.572 – 575.
  40. 40. Jennings R.B., Gannote C.E. Mitochondrial structure and function in acute ischemic injury // Circul. Res. – 1976. – Supp. I. – Р. 80 – 91.
  41. Livanova L., Sarkisova K., Lukyanova L.D. et all. Respiration and oxidative phosphorylation of the mitochondria of the brain of the rats with various types of behavior // Neurosci. Behav. Physiol. – 1992, 22, № 6. – Р. 519 – 525.
  42. Lukyanova L.D. Limiting steps of energy metabolism in brain in hypoxia // Neurochem. Intern. – 1988. – 13, S.I. – Р. 146.
  43. Lukyanova L.D. Molecular, metabolic and functional medhanisms of individual resistance to hypoxia // Adaptation biology and med. – 1996. – 1. – Р. 261 – 279.
  44. Lukyanova L.D, Dudtchenko .A.M. Regulatory role of the adenilate pool in the formation of hepatocyte resistance to hypoxia // Adaptation biol. and med. – 1999. – 2. – Р. 139 – 150.
  45. Mela L., Goodwin C.W., Miller L.D. In vivo control of mitochondrial enzyme concentrations and activity by oxygen // Amer. J. Physiol. – 1976. – 231. – Р. 1811 – 1816.
  46. Rouslin W., Millard R.W. Canine Myocardial Ischemia: Defect in Mitochondrial Electron Transfer Complex I // J. Mol. Cell. Cardiol. – 1980. – 12. – Р. 639 – 645.
  47. Veitch K., Hombroeck A., Caucheteux D. et al. Global ischemia induces a biphasic response of the mitochondrial respiratory chain // Bioch. J. – 1992. – 281. – Р. 709 – 715.

© National Academy of Sciences of Ukraine, Bogomoletz Institute of Physiology, 2014-2018.