БИОФИЗИКА, 2021, том 66, № 5, с. 964-971

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

УДК 577.3

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ

МОНООКСИД УГЛЕРОДА, КИСЛОРОД И АРГОН, НА СОХРАННОСТЬ

ТКАНЕЙ СЕРДЦА КРЫСЫ ПРИ ГИПОТЕРМИЧЕСКОЙ КОНСЕРВАЦИИ

Институт биофизики клетки РАН - обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических

исследований РАН», 142290, Пущино Московской области, ул. Институтская, 3

E-mail: gurinae@pbcras.ru

Поступила в редакцию 25.01.2021 г.

После доработки 12.07.2021 г.

Принята к публикации 08.07.2021 г.

Проведена оценка влияния различных уровней давления газовой смеси монооксида углерода и кис-

лорода на сохранность ткани сердца крысы при пролонгированной гипотермической (4°С) газовой

консервации с продолжительностью хранения образцов в течение 24, 36 и 48 ч. При 24-часовой кон-

сервации снижение давления газовой смеси СО/О₂ (в соотношении 1:1) с 6.5 до 1.5 атм привело к

появлению инфарктных зон (17.74 ± 3.5% от всей площади образца) и нарушению сократительной

функции желудочков. При этом показатели сохранности сердца после хранения под давлением 3.5

и 6.5 атм достоверно не различались. При 36- и 48-часовой консервации выявлено преимущество

давления величиной 6.5 атм по сравнению с давлением 3.5 атм. Уровни инфарктной зоны после 48 ч

консервации составили 33.65 ± 11.96% и 61.92 ± 6.38% соответственно. Поисковое введение в газо-

вую смесь аргона (СО:О₂:Ar = 2:2:1) для синергического увеличения уровня органопротекции в экс-

периментах по консервации сердца под давлением 3.5 атм не выявило значимого улучшения пока-

зателя сохранности сердечной ткани. Рассмотрены потенциальные механизмы защитного действия

смеси монооксида углерода и кислорода в условиях гипотермической консервации.

Ключевые слова: монооксид углерода, кислород, аргон, сердце, консервация, гипотермия.

DOI: 10.31857/S0006302921050148

Трансплантация органов для многих людей

такого тканевого газового мессенджера, как мо-

остается единственно возможной процедурой для

нооксид углерода (CO). Последний легко прони-

продления жизни и улучшения ее качества. Не-

кает через клеточную мембрану, обладает высо-

смотря на то что в настоящий момент в мире еже-

кой скоростью диффузии в тканях как при

годно выполняется порядка 154000 транспланта-

физиологических температурах, так и при гипо-

ций [1] (из них в России - порядка 2400 транс-

термии и обладает широким спектром биологи-

плантаций

[2]), число пациентов в листах

ческих эффектов [3]. В частности, эндогенный

ожидания в четыре-пять раз превосходит число

CO играет существенную роль в регулировании

проводимых операций. Сердце является органом,

сосудистого тонуса, функции тромбоцитов и эн-

имеющим наименьшее время хранения при ис-

дотелиальных клеток, апоптоза. Значительное

пользовании стандартных методов статической

количество доклинических данных указывает на

холодовой консервации (4-6 ч), в отличие от пе-

то, что экзогенно введенный CO способен умень-

чени (12 ч) и почки (24 ч). Столь малый срок хра-

шить ишемически-реперфузионное поврежде-

нения сердца накладывает существенные ограни-

ние, связанное с консервацией и последующей

чения на возможность забора данного органа в

трансплантацией органов [4, 5]. В отдельное на-

правление можно выделить сочетанное исполь-

населенных пунктах, удаленных от крупных ме-

дицинских центров, выполняющих пересадки

зование для консервации органов высоких кон-

органов. Учитывая, что число таких центров в

центраций монооксида углерода и кислорода. В

серии работ на моделях сердца крысы и кролика

России ограничено, часть ценного донорского

продемонстрировано существенное преимуще-

ресурса безвозвратно теряется.

ство газовой консервации под давлением 4-7 атм

С целью пролонгации сроков гипотермиче-

[6-10] по критерию предельных сроков консерва-

ского хранения трансплантатов в последние годы

ции (24-72 ч) по сравнению со статической холо-

активно развивается направление использования

довой консервацией в консервирующих раство-

964

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

965

Рис. 1. Камера на основе химического реактора Vivor для гипотермической консервации сердца крысы под

давлением газовой смеси: (а) - схема работы, (б) - фотографическое изображение камеры.

рах Кустодиола и Виаспана (4-6 ч). В нашей ла-

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

боратории впервые газовая консервация смесью

Исследование выполнено на половозрелых

СО и O₂под давлением 6 атм была успешно ис-

самцах крыс линии Вистар массой 230 ± 25 г

пользована для сердца барана (масса животных

(n = 57).

30-40 кг) [11]. Полученные результаты на модели

сердца крупного лабораторного животного под-

После наркотизации крыс смесью, состоящей

из 80 мкл препарата «Золетил 100» и 20 мкл препа-

твердили перспективность данного подхода для

рата «Ксила», животных фиксировали на столике

пролонгации хранения сердца человека.

и проводили продольную срединную лапарото-

Вместе с тем используемые сегодня режимы

мию. Далее в нижнюю полую вену вводили рас-

газовой консервации, вероятно, не являются оп-

твор гепарина объемом 1 мл из расчета 50 МЕ/мл.

тимальными. Так, в работе [12] приводятся экспе-

Спустя 5 мин проводили продольную срединную

риментальные данные, указывающие на то, что

стернотомию и выделяли сердце с частью аорты

снижение давление до 3.5 атм может улучшить со-

длиной не менее 1 см. Сердце помещали в охла-

хранность тканей сердца при консервации. Од-

жденный до 4°С раствор Тироде, вводили в аорту

ной из целей настоящей работы являлась провер-

канюлю и фиксировали ее лигатурой. Далее серд-

ка влияния величины давления газовой смеси в

це вместе с канюлей помещали в подготовленную

процессе консервации на сохранность тканей

для последующей консервации камеру.

сердца крысы.

Экспериментальную газовую смесь готовили

Другой целью являлась оценка перспектив

путем смешивания отдельных компонентов в

введения в газовую смесь иных газов с органопро-

кислородном баллоне объемом 5 л. С помощью

текторными свойствами, в частности аргона, для

газовой магистрали, состоящей из манометра,

синергического усиления защитного действия. В

кранов регуляции подачи газа и крана сброса из-

отношении данного газа накоплен значительный

быточного давления, последовательно нагнетали

объем данных, свидетельствующих о его способ-

до требуемого давления каждый из компонентов

ности оказывать анестезирующие (при давлениях

смеси (О₂, СО, Ar). В работе использовали газы

свыше 10 атм) и нейропротекторные эффекты, а

чистотой не менее 4.0. Все работы с СО проводи-

также снижать зону поражения при инсультах и

ли в присутствие детекторов угарного газа.

инфарктах миокарда [13-15]. Консервация почек

в аргоносодержащем растворе продемонстриро-

Камеру на основе химического реактора Vivor

вала преимущества по сравнению с контролем по

(Premex, Швейцария) (материал - сталь, см.

критериям восстановления диуреза, клиренса

рис. 1) предварительно охлаждали до температу-

креатинина и др. [16, 17]. Аналогичные исследо-

ры 4°С. Для поддержания влажности в камере во

вания проводятся и в отношении трансплантации

время консервации на дно камеры наливали ди-

легких [15].

стиллированную воду до уровня в 1 см. После по-

БИОФИЗИКА том 66

№ 5

2021

966

ГУРИН и др.

мещения сердца в камеру проводили продувку

20 мин. Затем помещали срезы в 10%-й формалин

последней экспериментальной газовой смесью, с

на 20 мин для усиления контраста между окра-

целью вытеснения воздуха. Далее камеру плотно

шенными и неокрашенными участками сердеч-

закрывали и нагнетали газовую смесь до достиже-

ной ткани. Фото срезов получали при помощи

ния требуемого избыточного давления. Камеру

стереомикроскопа Leica MZ16A (Leica Microsys-

помещали в емкость, наполненную водой (4°С)

tems, Германия). Зоны инфаркта в образцах ткани

для стабилизации температуры и убирали на хра-

сердца измеряли с использованием программно-

нение в холодильник (4°С). После хранения ка-

го обеспечения ImageJ (разработчик W. Rasband)

меру извлекали из холодильника и проводили де-

и выражали в процентах от общей площади ис-

газацию в течение 15 мин, плавно в ручном режи-

следуемого образца.

ме сбрасывая давление до атмосферного. Все

Анализ данных проводили с помощью про-

работы с газом выполняли под вытяжной си-

граммного обеспечения SigmaPlot 12.5 (Systat

стемой.

Software Inc, США); данные выражали в виде

В рамках исследования был проведен анализ

среднего значения ± стандартное отклонение.

следующих групп:

Значимость различий определяли с использова-

1. Группа «Контроль» (6 крыс) - нативное

нием U-критерия Манна-Уитни. Значения с

сердце, не подвергавшееся хранению.

p < 0.05 считали статистически значимыми. Так-

же cтатистическую обработку проводили с ис-

2. Группа «Кустодиол» (12 крыс) - хранение в

пользованием линейного регрессионного анали-

консервирующем растворе Кустодиола при 4°С.

за с построением 95%-го доверительного интер-

Время хранения: 24, 36 и 48 часов.

вала.

3. Группа «6.5 АТМ» (12 крыс) - хранение под

давлением газовой смеси 6.5 атм, состоящей из

СO и O₂в соотношении 1/1 при 4°С. Время хра-

РЕЗУЛЬТАТЫ

нения: 24, 36 и 48 часов.

Оценка сохранности изолированного сердца

4. Группа «3.5 АТМ» (12 крыс) - хранение под

крысы после 24-часовой консервации при различ-

давлением газовой смеси 3.5 атм, состоящей из

ных давлениях газовой смеси СО/О₂. Анализ пяти

СO и O₂в соотношении 1:1 при 4°С. Время хране-

экспериментальных групп - контрольной с нуле-

ния: 24, 36 и 48 часов.

вым временем хранения, группы «Кустодиол»,

5. Группа «1.5 АТМ» (6 крыс) - хранение под

хранившейся в стандартном консервирующем

давлением газовой смеси 1.5 атм, состоящей из

растворе Кустодиола 24 ч и трех опытных групп с

СO и O₂в соотношении 1:1 при 4°С Время хране-

временем хранения 24 ч под давлением газовой

ния - 24 часа.

смеси 6.5, 3.5 и 1.5 атм - показал, что общее время

работы органа после помещения на стенд и про-

6. Группа «Ar 3.5 АТМ» (9 крыс) - хранение

ведения ретроградной перфузии оксигенирован-

под давлением газовой смеси 3.5 атм, состоящей

ным раствором Тироде в группах «Контроль»,

из СO, O₂и аргона в соотношении 2:2:1 при 4°С.

«6.5 АТМ» и «3.5 АТМ» составило 245 ± 62,

Время хранения: 24, 36 и 48 часов.

340 ± 34 и 280 ± 60 мин соответственно. Сократи-

Сердца крыс после консервации подключали к

тельную активность сердца регистрировали по

установке ретроградной перфузии по Лангендорфу.

работе желудочков до их полной остановки

Перфузию осуществляли оксигенированным рас-

(рис. 2а). Показатели частоты сердечных сокра-

твором Тироде (37°С) со скоростью 8 ± 2 мл/мин.

щений в контрольной и опытных группах

Функциональную активность сердца оценива-

«6.5 АТМ» и «3.5 АТМ» не имели достоверных раз-

ли по максимальному времени работы желудоч-

личий, составив 140 ± 27 уд/мин, 117 ± 40 уд/мин и

ков сердца на перфузионном стенде до полной

153 ± 23 уд/мин соответственно (рис. 2б). В груп-

остановки сокращений и показателю частоты

пе «1.5 АТМ» не наблюдалось выраженной сокра-

сердечных сокращений, регистрируемому каж-

тительной активности желудочков. Сокращения

дые 15 мин.

фиксировали только в области предсердий. В

группе «Кустодиол» сокращения отсутствовали.

Зоны (или очаги) инфаркта миокарда опреде-

Сердце выглядело сжатым, цвет тканей визуально

ляли с помощью окрашивания тканей сердца хло-

был темнее, чем в контрольной и опытных груп-

ридом трифенилтетразолия. Сердце после кон-

пах.

сервации реперфузировали на установке для пер-

фузии по Лангендорфу; далее, после 15 мин

Анализ инфарктных зон миокарда в группах

работы снимали со стенда и охлаждали в течение

«6.5 АТМ» и «3.5 АТМ» практически не выявил

2 ч при температуре -10°С; затем получали срезы

пораженных участков (группа

«6.5 АТМ»

сердца толщиной 2 мм. Полученные срезы выдер-

2.75 ± 0.5% и группа «3.5 АТМ» - 1.17 ± 0.3%). В

живали в 1%-м растворе хлорида трифенилтетра-

группах «Кустодиол» и «1.5 АТМ», напротив, бы-

золия в фосфатном буфере при 37°С в течение

ли отмечены инфарктные зоны, составившие

БИОФИЗИКА том 66

№ 5

2021

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

967

60.36

± 8.76% и 17.74 ± 3.5% соответственно

(рис. 2в).

Оценка сохранности изолированного сердца

крысы при пролонгированной до 48 ч гипотермиче-

ской консервации под давлением 3.5 и 6.5 атм газо-

вой смеси СО/О₂. Для оценки влияния давления

газовой смеси на сохранность тканей сердца мы

пролонгировали сроки гипотермической консер-

вации, составившие 24, 36 и 48 ч (с шагом 12 ч).

Оценку сохранности тканей сердца проводили

только методом окрашивания трифенилтетразо-

лия хлоридом.

Анализ трех экспериментальных групп - «Ку-

стодиол», «6.5 АТМ» и «3.5 АТМ» выявил следую-

щее (рис. 3): в группах «6.5 АТМ» и «3.5 АТМ» при

24-часовом хранении доля инфарктных зон была

минимальной, составив 2.75 ± 0.5% и 1.17 ± 0.3%

соответственно. В группе «Кустодиол», напротив,

были отмечены обширные инфарктные зоны на

уровне 60.36 ± 8.76%.

После 36 ч консервации показатель поврежде-

ния тканей сердца в группе «6.5 АТМ» почти не

изменился, составив 1.15 ± 0.62%, а в группе

«3.5 АТМ» резко возрос до 68.76 ± 16.30%. Уро-

вень инфарктных зон в группе «Кустодиол» фик-

сировали на уровне 69.53 ± 15.09%.

При продлении срока консервации до 48 ч на-

блюдали значительные инфарктные зоны во всех

экспериментальных группах: 33.65 ± 11.96% в

группе

«6.5 АТМ»,

61.92

± 6.38% в группе

«3.5 АТМ» и 75.27 ± 12.29% в группе «Кустодиол».

Влияние аргона в составе газовой смеси СО/О₂

на сохранность изолированного сердца крысы в

условиях пролонгированной гипотермической кон-

сервации. Основываясь на данных об органопро-

текторных свойствах инертного газа аргона, мы

провели сравнительный анализ сохранности тка-

ней сердца при гипотермической консервации

под давлением смесей СО/О2 и СО/О₂/Ar. Соот-

ношение газов в смеси СО/О₂составило 1:1, в

смеси СО/О₂/Ar - 2:2:1; рабочее давление соста-

вило 3.5 атм.

Анализ экспериментальных групп «3.5 АТМ» и

«Ar 3.5 АТМ» выявил следующее: в группах

«3.5 АТМ» и «Ar 3.5 АТМ» при 24-часовом хране-

Рис. 2. Анализ сохранности изолированного сердца

нии доля инфарктных зон достоверно различа-

крысы после 24-часовой консервации при 4°С в

лась, составив 1.17 ± 0.3% и 22.93 ± 6.08% соответ-

группах (n = 3) «Кустодиол» - хранение в растворе

ственно (рис. 4).

Кустодиола, «6.5 АТМ», «3.5 АТМ» и «1.5 АТМ» -

хранение под давлением 6.5, 3.5 и 1.5 атм газовой

При продлении срока консервации до 36 и 48 ч

смеси СО/О₂. «Контроль» (n = 3) - нативное сердце,

наблюдали значительные инфарктные зоны во

не подвергнутое процедуре консервации. (а) - Мак-

симальное время работы желудочков сердца до их

всех экспериментальных группах: 68.76 ± 16.30%

полной остановки, (б) - частота сердечных сокра-

и 61.92 ± 6.38% в группе «3.5 АТМ», 47.91 ± 7.51%

щений, (в) - площадь инфарктных зон сердца при

и 59.18 ± 16.34% в группе «Ar 3.5 АТМ». Однако

окрашивании трифенилтетразолия хлоридом. Дан-

достоверные различия между эти группами не

ные представлены в виде «среднее ± стандартное от-

клонение».

были отмечены.

БИОФИЗИКА том 66

№ 5

2021

968

ГУРИН и др.

Рис. 3. Анализ сохранности изолированного сердца крысы после 24, 36 и 48 ч консервации при 4°С в группах (n = 3)

«Кустодиол» - хранение в растворе Кустодиола, «6.5 АТМ» и «3.5 АТМ» - хранение под давлением 6.5 и 3.5 атм га-

зовой смеси СО/О₂. (а) - Площадь зоны инфаркта, данные представлены в виде «среднее ± стандартное отклоне-

ние»; (б) - регрессионный анализ групп «Кустодиол» и «6.5 АТМ»; (в) - регрессионный анализ групп «Кустодиол»

и «3.5 АТМ»; (г) - регрессионный анализ групп «6.5 АТМ» и «3.5 АТМ». Для построенных линий регрессии указан

95%-й доверительный интервал.

ОБСУЖДЕНИЕ

мишеней на уровне клетки, представляет собой

нетривиальную задачу. С учетом этого замечания

В настоящее время число исследований, под-

значительную ценность представляет эмпириче-

тверждающих перспективность применения мо-

ский подбор оптимальных условий для достиже-

нооксида углерода как защитного агента для ги-

ния наибольшего защитного эффекта, по крите-

потермической консервации различных органов

риям состава и уровня давления газовой смеси.

и прежде всего сердца, увеличивается [18-20].

Такой подход помимо практической пользы поз-

Можно выделить два основных направления ис-

волит сузить направление поисков механизмов,

следований: первое направление связано с изуче-

лежащих в основе рассматриваемого феномена.

нием протективных эффектов низких концентра-

ций СО, близких к эндогенным уровням этого

В нашем исследовании показано, что при ги-

газа, обеспечиваемым работой клеточных гемок-

потермической газовой консервации в течение

сигеназ; второе направление предусматривает со-

24 ч понижение уровня давления газовой смеси

четанное использование высокого давления (до

СО/О₂ 1:1 с 6.5 до 1.5 атм привело к появлению

7 атм) газовых смесей монооксида углерода и

инфарктных зон и нарушению сократительной

кислорода, что обеспечивает сохранность сердеч-

функции желудочков. При этом показатели сер-

ной ткани при гипотермическом хранении от 24

дец, которые хранили под давлением 3.5 и 6.5 атм,

до 72 ч (для сердца) [6-12]. Достигаемые сроки

достоверно не различались. Таким образом, уро-

хранения при втором подходе в разы превышают

вень давления 3.5 атм был признан пороговым,

4-6 ч, обеспечиваемые стандартной статической

ниже которого не имеет смысла опускаться в

холодовой консервацией. Раскрытие механизмов

дальнейших экспериментах. Отрицательные дан-

защитного действия, обеспечиваемого сочетан-

ные, полученные при хранении сердца в консер-

ным применением этих двух газов, каждый из ко-

вирующем растворе Кустодиола, были ожидаемы

торых обладает широким спектром возможных

с учетом того, что данные сроки хранения в четы-

БИОФИЗИКА том 66

№ 5

2021

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

969

Рис. 4. Анализ сохранности изолированного сердца крысы после 24, 36 и 48 ч консервации при 4°С в группах (n = 3)

«3.5 АТМ» - хранение под давлением 3.5 атм газовой смеси СО/О2 (1:1) и «Ar 3.5 АТМ» - хранение под давлением

3.5 атм газовой смеси СО/О₂/Ar (2:2:1). (а) - Площадь зоны инфаркта, данные представлены в виде «среднее ± стан-

дартное отклонение»; (б) - регрессионный анализ групп «3.5 АТМ» и «Ar 3.5 АТМ». Для построенных линий регрес-

сии указан 95%-й доверительный интервал.

ре раза превышают допустимые для данного рас-

ло значимых улучшений сохранности сердечной

твора.

ткани. Однако это может быть обусловлено как

низким уровнем положительного влияния самого

Мы изначально предполагали, что уровень ин-

аргона, так и снижением количеств ключевых

фарктной зоны при пролонгации гипотермиче-

компонентов смеси - монооксида углерода и

ского хранения с 24 до 36 и 48 ч также окажется

кислорода - ниже оптимального уровня. Для

сходным в условиях давления 3.5 и 6.5 атм. Одна-

окончательного исключения аргона как перспек-

ко результаты оказались иными. Уровень ин-

тивного компонента консервирующих газовых

фарктной зоны при 36-часовой консервации под

смесей запланированы эксперименты под повы-

избыточным давлением 6.5 атм был приближен к

шенным давлением.

показателям интактного контроля, тогда как под

давлением 3.5 атм - резко возрос до показателей

Обсуждая перспективы применения газовых

группы «Кустодиол». Из этого можно сделать вы-

смесей в области трансплантации органов, нельзя

вод, что при пролонгации времени хранения с од-

не затронуть потенциальные механизмы сочетан-

новременным понижением избыточного давле-

ного действия СО и О₂, ведь раскрытие этих меха-

ния до 3.5 атм органопротекторные свойства га-

низмов в перспективе позволит «проектировать»

зовой смеси снижаются. При увеличении срока

оптимальные условия консервации. Основными

хранения до 48 ч наблюдали увеличение площади

молекулярными мишенями высоких концентра-

инфарктной зоны в группе «6.5 АТМ» до 20-40%

ций СО вероятнее всего являются металлосодер-

от всей площади образца, а также одинаково вы-

жащие (железо, медь, цинк и др.) белки. Железо -

сокий уровень повреждений - 50-70% в группах

самый распространенный элемент переходных

«Кустодиол» и «3.5 АТМ». Полученный результат

металлов в организме, и содержится в гемоглоби-

отличается от данных, приведенных в работе [12],

не (66%), миоглобине (3%), гемсодержащих фер-

где было показано незначительное преимущество

ментах (0.1%), накоплениях в виде внутриклеточ-

аналогичной смеси под давлением 3.5 атм при

ного ферритина (30%) и внеклеточного транс-

48-часовом хранении по сравнению с давлением

феррина (0.1%) [21]. Гемсодержащие ферменты

7 атм. Различия в результатах могут быть обуслов-

играют решающую роль в регулировании клеточ-

лены применением разных методик постановки

ной функции и включают каталазу, циклооксиге-

консервации (промывка сердца, камера, время

назу, цитохром с, цитохром P450, цитохром-с-ок-

дегазации и др.) и/или способом анализа сохран-

сидазу, гуанилатциклазу, НАДФН-оксидазу,

ности сердец (гетеротопическая транспланта-

NO-синтазы и ряд других ферментов. Показано,

ция). Для окончательной верификации опти-

что монооксид углерода ингибирует цитохром-с-

мальных значений давления могут потребоваться

оксидазу [22] и цитохром с [23]. Было показано,

дополнительные исследования на большей вы-

что прогрессирующее ингибирование активности

борке.

цитохром-с-оксидазы повышенным воздействи-

Следует отметить, что поисковое введение в

ем концентраций CO может привести к общему

газовую смесь аргона для увеличения уровня ор-

снижению функции дыхательной цепи митохон-

ганопротекции [14, 15] в экспериментах по кон-

дрий [24]. Таким образом, функция СО in vivo мо-

сервации сердца под давлением 3.5 атм не выяви-

жет быть опосредована связыванием с гемсодер-

БИОФИЗИКА том 66

№ 5

2021

970

ГУРИН и др.

жащими ферментами. При этом в условиях, когда

сердец, хранившейся в консервирующем растворе

орган отмыт от крови и лишен пула гемоглобина,

Виаспана (≈5.0×10^-6 ммоль/г), и не уступает пока-

связывание с последними может протекать эф-

зателям интактного контроля. В то же время анализ

фективнее. Ключевыми органеллами клетки, на

метаболической карты выявил накопление молоч-

которые воздействует СО, являются митохон-

ной кислоты в контроле (Виаспан) по сравнению с

дрии [25], так как значительная часть гемсодер-

опытом. В целом в работе делается вывод о сохране-

жащих ферментов сосредоточена именно там.

нии тканями в процессе газовой консервации

Также косвенное наблюдение говорит о том, что

аэробного метаболизма, продукции АТФ и сниже-

защитное действие СО лучше реализуется в тка-

нии окислительного стресса. В рамках сформулиро-

нях с высоким содержанием митохондрий. Так,

ванной гипотезы, снижение эффективности кон-

количественное содержание белковых комплек-

сервации при понижении давления может быть свя-

сов электрон-транспортной цепи митохондрий

зано с расходованием кислорода в процессе

снижается в ряду сердце > почки > легкие [26].

консервации и постепенным изменением соотно-

Для цитохром-с-оксидазы количественное со-

шения газов в смеси. Мы планируем проверить это

держание в этих тканях составляет соответствен-

предположение в ближайшем будущем.

но 90, 60 и 30% от максимального. При этом от-

меченное увеличение предельных сроков консер-

вации с использованием газовой смеси СО и О₂

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

оказалось максимальным для сердца и менее вы-

Исследование выполнено при финансовой

раженным для почек [27] или печени (данные не

поддержке Российского фонда фундаментальных

опубликованы). Связывание и ингибирование

исследований в рамках научного проекта № 20-

ряда ключевых митохондриальных ферментов

34-90132/20 от 18 августа 2020 г.

монооксидом углерода теоретически должно

приводить к снижению энергетической функции

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

митохондрий и падению продукции АТФ.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

Кислород, с другой стороны, является важней-

интересов.

шим элементом биоэнергетики клетки. Митохон-

дрии принято называть внутриклеточными «энерге-

тическими станциями», так как их функцией явля-

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

ется извлечение энергии из органических

Исследования проводили в соответствии с

соединений (субстратов) и кислорода, который их

требованиями Европейской конвенции по защи-

окисляет. Нужно подчеркнуть, что энергия извлека-

те животных 2010/63/EU.

ется не только из субстратов, но и непосредственно

из кислорода, который, присоединяя протоны и

электроны, дает в итоге воду с высвобождением за-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

метной энергии [28]. При анаэробных процессах

1. Global Observatory on Donation and Transplantation.

высвобождается гораздо меньше энергии, чем при

URL: http://www.transplant-observatory.org

аэробных. Перфузия органов газообразным кисло-

2. С. В. Готье и C. М. Хомяков, Вестн. транспланто-

родом (персуфляция) как метод снижения повре-

логии и искусственных органов 22 (2), 8 (2020).

ждений при тепловой и холодовой ишемии имеет

3. Е. Г. Старикова, Дис. … докт. мед. наук (Сибир-

длительную историю [29]. Недавно Университетом

ский государственный медицинский университет,

Ньюкасла был представлен прототип аппарата, ис-

Томск, 2014).

пользующего метод кислородной персуфляции для

4. S. Ozaki, I. Kawase, H. Yamashita, et al., Interact. Car-

сохранения жизнеспособности трансплантатов [30].

diovasc. Thorac. Surg. 12 (4), 550 (2011).

Таким образом, можно предположить два разнона-

5. C. Steiger, J. Wollborn, M. Gutmann, et al., Eur. J.

правленных действия, оказываемых смесью газов на

Pharm. Biopharm. 97, 96 (2015).

клеточное дыхание, что в итоге приводит к поддер-

6. A. Nakao, J. S. Neto, S. Kanno, et al., Am. J. Trans-

жанию определенного предположительно снижен-

plant. 5 (2), 282 (2005).

ного, но стабильного уровня аэробного метаболизма

7. N. Hatayama, M. Naito, S. Hirai, et al., Cell Trans-

в процессе консервации. Поддержание последнего

plant. 21 (2), 609 (2012).

не дает клеткам переключиться на анаэробный тип

8. N. Hatayama, M. Inubushi, M Naito, et al., Sci. Rep.

дыхания, сопровождающийся накоплением молоч-

6, 32120 (2016).

ной кислоты, снижением продукции АТФ и далее

9. C. Suzuki, N. Hatayama, T. Ogawa, et al., Int. J. Mol.

каскадом гипоксических нарушений. В недавней

Sci. 21 (22), 8858 (2020).

работе [10] было показано, что уровень АТФ в тка-

10. P. Y. Zhou, Z. Zhang, Y. L. Guo, et al., Transplant.

нях сердца, подвергнутых

24-часовой газовой

Proc. 47 (9), 2746 (2015).

консервации смесью СО/О₂ (≈1.5×10^-5 ммоль/г),

11. Е. Е. Фесенко, Е. Л. Гагаринский, А. С. Аверин

превышает уровень АТФ контрольной группы

и др. Биофизика 65 (4), 1 (2020).

БИОФИЗИКА том 66

№ 5

2021

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

971

12. N. Hatayama, S. Hirai, K. Fukushige, et al., Sci. Rep.

22. B. S. Zuckerbraun, B. Y. Chin, M. Bilban, et al.,

9 (1), 7480 (2019).

FASEB J. 21, 1099 (2007).

13. D. S. Nowrangi, J. Tang, and J. H. Zhang, Med. Gas

23. T. Leemann, P. Bonnabry, and P. Dayer, Life Sci. 54,

Res. 4 (1), 3 (2014).

95 (1994).

14. S. G. Nair, Ann. Card. Anaesth. 22 (2), 111 (2019).

24. J. R. Alonso, F. Cardellach, and S. López, Pharmacol-

ogy & Toxicology 93, 142 (2003).

15. F. Nespoli, S. Redaelli, L. Ruggeri, et al., Ann. Card.

25. A. S. Almeida, C. Figueiredo-Pereira, and H. L. Vieira,

Anaesth. 22, 122 (2019).

Front. Physiol. 6, 33 (2015).

16. Y. Irani, J. L. Pype, A. R. Martin, et al., Nephron Extra

26. K. L. McLaughlin, J. T. Hagen, H. S. Coalson, et al.,

1 (1), 272 (2011).

Sci. Rep. 10, 17599 (2020).

17. A. Faure, L. Bruzzese, J. G. Steinberg, et al., J. Transl.

27. T. Abe, K. Yazawa, M. Fujino, et al., Lab. Invest. 97

Med. 14, 40 (2016).

(4), 468 (2017).

18. A. Nakao and Y. Toyoda, Curr. Pharm. Biotechnol. 13

28. Н. Л. Векшин, Биофизика митохондрий («Фотон-

(6), 827 (2012).

Век», Пущино, 2019).

19. S. Ozaki, I. Kawase, H. Yamashita, et al., Circ. J. 79

29. T. M. Suszynski, M. D. Rizzari, W. E. Scott, et al., J.

(7), 1504 (2015).

Cardiothorac. Surg. 8, 105 (2013).

20. V. L. Mahan, Med. Gas Res. 10 (1), 37 (2020).

30. Novel organ preservation device to reduce transplant wait-

21. K. S. Ozaki, S. Kimura, and N. Murase, Transplant.

ing list. URL: https://www.ncl.ac.uk/press/articles/lat-

Rev. 26 (2), 125 (2012).

est/2020/08/scubatxorganpreservationdevice/

Effects of Pressures of Gas Mixtures Containing Carbon Monoxide, Oxygen and Argon

on the Preservation of Rat Heart Tissues in Hypothermic Conditions

A.E. Gurin, E.L. Gagarinsky, and E.Е. Fesenko (Jr.)

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences, Institutskaya ul. 3, Pushchino, Moscow Region, 142290 Russia

The effects of different pressures of carbon monoxide-oxygen gas mixtures on the preservation of the rat heart

tissue after prolonged hypothermia throughout 24-, 36- and 48-hour storage period at 4°C were evaluated.

During 24-hour storage, a decrease in the pressure of the CO/O₂ gas mixture (1:1) from 6.5 to 1.5 atm resulted

in the appearance of infarct zones (17.74 ± 3.5% of the sample mass), and impaired ventricular contractile

function. At the same time, preservation rates of hearts stored at 3.5 and 6.5 atm did not differ significantly.

During 36- and 48-hour storage, it was found that a pressure of 6.5 atm had a predominant effect over that of

3.5 atm. After 48-hour storage, the infarct sizes were 33.65 ± 11.96% and 61.92 ± 6.38%, respectively. The

exploratory introduction of argon into the CO/O₂ gas mixture (the CO/O₂/Ar ratio = 2:2:1) aimed to syner-

gistically increase the level of myocardial protection in experimental studies at 3.5 atm did not significantly

improve cardiac tissue preservation. The potential mechanisms of the protective action of the mixture of car-

bon monoxide and oxygen in hypothermic conditions were considered.

Keywords: carbon monoxide, oxygen, argon, heart, preservation, hypothermia

БИОФИЗИКА том 66

№ 5

2021