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-in-chief: 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. 2010; 56(1): 13-21


The functional state of the rat heartduring ischemia-reperfusion, the sensi-tivity of calcium-induced mitochond-rial permeability transition poreopening and the uncoupling protein 3expression following long exercisetraining

S.V. Chorna, S.O. Talanov, N.A. Strutynska,G.L. Vavilova, A.V. Kotsuruba, N.M. Gaidai,V.F. Sagach.

    О.О. Bogomoletz Institute of Physiology, National Academyof Sciences of Ukraine, Kyiv


Abstract

The effect of long exercise training on the indexes of the func­tional state isolated by Lanhendorf rat hearts during ischemia-reperfusion, the sensitivity of calcium-induced mitochondrial permeability transition pore (MPTP) opening as well as the mitochondrial uncoupling protein 3 (UCP3) expression were investigated. The obtained results indicate the positive effect of long exercise training on the heart functional state. Reperfusion injurings of the heart contractile function and its myocardial oxygen metabolism were less pronounced in adapted to exercise loading rats (trained rats). It was shown that the sensitivity of mitochondrial permeability transition pore open­ing to its inductor Ca2+ in the trained rats heart decreased compared with control animals. Thus, in the trained rat heart mitochondria had a significant increase in cNOS activity (al­most twice), slight increase in the iNOS activity compared with control, and a slight increase in the hydrogen peroxide level. Under adaptation to the long exercise training, the ex­pression level of UCP3 in rat heart mitochondria was reduced by 65 % compared with the control. These results suggest that the decrease in the expression level of UCP3 in the adaptation of animals to exercise training may play the certain role in the complex mechanism of adaptive response of the heart, that may be aimed mainly on the efficiency of oxidative phospho­rylation in mitochondria and, consequently, to increase in the ATP synthesis. Thus, long exercise training contributes to the improvement of the heart functional state, namely, its contrac­tile function, and also increases the resistance to reperfusion injury, reducing the sensitivity of the MPTP opening to the action of calcium ions by increasing the activity of mitochond­rial constitutive NOS and synthesis of nitric oxide, an endog­enous inhibitor of MPTP opening.

References

  1. Гошовська Ю.В., Лісовий О.О., Шиманська Т.В., Сагач В.Ф. Зміни експресії генів UCP2 та UCP3, функціонального стану і кисневої вартості роботи міокарда в умовах старіння та ішемії–реперфузії // Фізіол. журн. - 2009. - 55, №3 - С.26-36.
  2. Сагач В.Ф., Вавілова Г.Л., Рудик О.В. та ін. Інгібування мітохондріальної пори як один із механізмів кардіопротекторної дії коензиму Q // Там само. - 2007. - 53, №4. - С 35-42.
  3. Сагач В.Ф., Рудик О.В., Вавілова Г.Л. та ін. Мелатонін відновлює ішемічну толерантність та зменшує чутливість відкриття мітохондріальної пори в серці старих щурів // Там само. - 2006. - 52, №3. - С.3-14.
  4. Сагач. В.Ф., Вавілова Г.Л., Рудик О.В., СтрутинськаН.А. Вивільнення не ідентифікованих речовин мітохондріального походження - показників відкриття мітохондріальної пори серці щурів // Там само. - 2003. - 49,№5 -С.3-12.
  5. Сагач. В.Ф., Шиманская Т.В., Надточій С.М. Фактор, який вивільнюється під час репрфузії ішемізованого серця може бути маркером відкриття мітохонд­ріальної пори // Там само. - №4 - С.6-12.
  6. Струтинська Н.А., Тімощук СВ., Вавілова Г.Л. та ін. Експресія UCP3 і чутливість мітохондріальної пори до індуктора Са2+ у серці старих щурів за умов активації біосинтезу коензиму Q // Там само. - 2009. -55,№3. -С44-54.
  7. Таланов С.А., Бурый В.А., Сагач В.Ф. Влияние адаптации к дозированным физическим нагрузкам на функцию миокарда крыс // Нейрофизиология. -2009. - 41,№1 -С41-47.
  8. Шиманская ТВ., Добровольский Ф.В., Вавилова Г.Л. и др. NO-зависимая модуляция чувствительности открытия митохондриальной поры при ишемии/ реперфузии изолированного сердца // Рос. физиол. журн. - 2009. - 95, № 1 - С.28-37.
  9. 9. Barazzoni R., Nair K.S. Changes in uncoupling pro-tein-2 and -3 expression in aging rat skeletal muscle, liver, and heart // Amer. J. Physiol. Endocrimol. Met. -2001. - 280, №3. -P.413-419.
  10. 10. Bo H., Jiang N., Ma G. et al. Regulation of mitochon­drial uncoupling respiration during exercise in rat heart: Role of reactive oxygen species (ROS) and uncoupling protein 2 // Free Radic. Biol. and Med. - 2008. - 44, №7. - 1373-1381.
  11. Brookes P.S., Salinas E.P., Darley-Usmar K. et al. Concentration-dependent effects of nitric oxide on mito­chondrial permeability transition and cytochrome c release // J. Biol. Chem. - 2000. - 275, № 27. - P. 20474-20479.
  12. Dedkova E.N., Blatter L.A. Characteristics and func­tion of cardiac mitochondrial nitric oxide synthase // J Physiol. - 2009. - 587. - P. 851-872.
  13. Doring H.J. The isolated perfused heart according to Langendorff technique-function-application // Physiol. Bohemoslov. - 1990. - 39, №6. - P.481-504.
  14. Fernstrrm M., TonkonogiM., Sahlin K. Effects of acute and chronic endurance exercise on mitochondrial un­coupling in human skeletal muscle // J. Physiol. - 2003. -554,№3. -P.755-763.
  15. Hausenloy D., Wynne A., Duchen M., Yellon D. Tran­sient mitochondrial permeability transition pore open­ing mediates preconditioning-induced protection // Cir­culation. - 2004. - 109, №14. - P.1714-1717.
  16. Holloszy J.O. Regulation by exercise of skeletal muscle content of mitochondria and GLUT4// J. Physiol. Pharmacol. - 2008. - 59. Supl. 7. - P.5-18.
  17. Jiang N., Zhang G., Bo H., Qu J. et al. Upregulation of uncoupling protein-3 in skeletal muscle during exer­cise: a potential antioxidant function // Free Radic. Biol. and Med. - 2009. - 46 - P. 138-145.
  18. Jones T. E., Baar K., Ojuka E. et al. Exercise induces an increase in muscle UCP3 as a component of the increase in mitochondrial biogenesis // Amer. J. Physiol. Endocrinol. and Metabol. - 2003. -284. - P. E96-E101.
  19. 19. Juhaszova M., Zorov D. B., Kim S.H. et al. Glycogen syn­thase kinase-3в mediates convergence of protection signal­ing to inhibit the mitochondrial permeability transition pore // J. Clin. Invest. - 2004. - 113, №11 - P.1535-1549.
  20. 20. Juhaszova M., Zorov D. B., Yaniv Y. et al. Role of glycogen synthase kinase-3в in cardioprotection // Circul. Res. - 2009. - 104. №11 - P.1240-1252.
  21. Kemi O.J., Ellingsen O., Smith G.L., Wisloff U. Exercise-induced changes in calcium handling in left ventricular cardiomyocytes // Front Biosci. - 2008. - 13. - P.356-368.
  22. Ljubicic V., Adhihetty P.J., Hood D.A. Role of UCP3 in state 4 respiration during contractile activity-induced mitochondrial biogenesis // J. Appl. Physiol. - 2004. -97. – P. 976-983.
  23. McConnell G.K., Wadley G.D. Potential role of nitric oxide in contraction-stimulated glucose uptake and mitochondrial biogenesis in skeletal muscle // Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. - 2008. - 35. - P.1488-1492.
  24. McLeod C.J., Aziz A., Hoyt R.F. et al. Uncoupling proteins 2 and 3 function in concert to augment toler­ance to cardiac ischemia // J. Biol. Chem. - 2005. -280, №39. - P.33470-33476.
  25. Moran M., Delgado J., Gonzalez B. et al. Responses of rat myocardial antioxidant defences and heat shock pro­tein HSP72 induced by 12 and 24-week treadmill training // Acta Physiol. Scand. - 2004. - 180, №2. - P.157-166.
  26. Murray A.J., Cole M.A., Lygate C.A. et al. Increased mitochondrial uncoupling proteins, respiratory uncou­pling and decreased efficiency in the chronically inf-arcted rat heart // J. Mol. and Cell. Cardiol. - 2008. -44. -P.694-700.
  27. Nabben M., Hoeks J. Mitochondrial uncoupling pro­tein 3 and its role in cardiac- and skeletal muscle me­tabolism // Physiol. and Behavior - 2008. - 94. -P. 259-269.
  28. Rimbaud S., Garnier A., Ventura-Clapier R. Mitochon­drial biogenesis in cardiac pathology // Pharmacol. Rep. -2009. - 61. - P.131-138.

© National Academy of Sciences of Ukraine, Bogomoletz Institute of Physiology, 2014-2019.