Pathophysiological mechanisms of nitrogen metabolism dysregulation under the influence of ionizing radiation

Abstract

The purpose of the study was to investigate the pathophysiological mechanisms of dysregulation of nitrogen metabolism in animals after exposure to different doses of ionizing radiation. Male Wistar rats were exposed to ionizing radiation. Alanineand aspartate aminotransferase activities were determined in the animals’ liver, blood, skeletal and cardiac muscles. The total nitrogen and its components content was determined in the urine and blood of rats. Data obrained demonstrated that ionizing radiation induces a pronounced, dose-dependent suppression of alanine- and aspartate aminotransferase activities in mitochondrial and cytoplasmic fractions of liver and cardiac muscle tissues, with the most severe impairments observed at 5.82 Gy, indicating significant depletion of cellular functional capacity and energy failure. In skeletal muscle, the decrease was mainly limited to mitochondrial fractions, while cytoplasmic enzyme activity remained relatively stable, suggesting higher tissue resistance to radiation injury. Blood analysis revealed a significant increase in transaminase activity, indicating systemic cytolysis, which may serve as a biomarker of radiation injury severity. In addition, radiation exposure led to a marked reduction in daily urine output, along with a significant increase in urinary nitrogen excretion and a dramatic rise in protein catabolism. These findings highlight the complex metabolic and functional impairments in vital organs and systems caused by ionizing radiation. The identified biochemical alterations may be utilized as informative biomarkers for early diagnosis, severity assessment, and monitoring of radiation injury, as well as for evaluating the effectiveness of radioprotective interventions.

Метою дослідження було вивчення патофізіологічних механізмів порушення регуляції азотного обміну у тварин після впливу різних доз іонізуючого випромінювання. Щурів-самців лінії Вістар піддавали впливу іонізуючого опромінення. В печінці, крові, скелетному та серцевому м’язах тварин визначали активність аланін- та аспартатамінотрансферази. У сечі та у крові щурів визначали вміст загального азоту та його компонентів. Отримані дані свідчать, що іонізуюче опромінення викликає виражене дозо-залежне пригнічення активності аланін- та аспартатамінотрансферази у мітохондріальних і цитоплазматичних фракціях печінки та серцевого м’яза. Найбільш помітні порушення спостерігались при дозі 5,82 Гр, що свідчить про значне виснаження функціонального потенціалу клітин і розвиток енергетичної недостатності. У скелетному м’язі зниження активності стосувалося переважно мітохондріальної фракції, тоді як цитоплазматичні показники залишалися відносно стабільними, що свідчить про більшу стійкість цієї тканини до радіаційного впливу. У крові відмічалося достовірне підвищення активності трансаміназ, що свідчить про розвиток системного цитолізу і може бути використане як маркер тяжкості радіаційного ураження. Окрім цього, опромінення супроводжувалося зниженням добового діурезу на фоні значного підвищення екскреції загального азоту з сечею та різким зростанням інтенсивності білкового розпаду. Отримані дані свідчать про комплексне ураження обміну речовин і функціонального стану життєво важливих органів під впливом іонізуючого випромінювання. Виявлені зміни можуть бути використані як інформативні біомаркери для ранньої діагностики, прогнозування і моніторингу тяжкості радіаційного ураження та ефективності радіопротекторних заходів.