Intracellular energy deficit and connective tissue breakdown as the leading pathophysiological mechanism of postradiation energymatrix dysintegration

Abstract

The purpose of the study was to investigate the pathogenetic significance of the correlation between disturbances in the energy balance of connective and muscle tissue cells and changes in collagenolysis after γ-irradiation. Male sexually mature Wistar rats were exposed to ionizing radiation at doses of 1.0 Gy and 4.0 Gy. The content of total oxyproline and its fractions, total glycosaminoglycans, adenyl nucleotides, and alanine- and aspartate aminotransferase activity were determined in animals’ skin, blood, skeletal, and cardiac muscles. The data obtained indicated activation of collagen breakdown and structural destabilization of the matrix in response to γ-radiation. Both alanine- and aspartate aminotransferase activities decreased in muscle tissue, paralleled by decreased blood levels in these conditions, indicating membrane damage and enzyme release into the extracellular space. The post-radiation decrease in ATP concentration and the accumulation of ADP and AMP in cardiac and skeletal muscles outline the cellular energy deficit. The authors declare that γ-radiation initiates a complex, dose-dependent set of changes in the “energy metabolism – extracellular matrix” system, manifested by simultaneous disruption of collagen and mitochondrial metabolism, interpreted as post- radiation energy-matrix disintegration and considered a universal mechanism. The data obtained confirm the reasonability of the integral index of energy-matrix condition creation for early diagnosis of radiation-induced tissue damage.

Метою дослідження було визначення патогенетичної важливості взаємозв’язку порушення енергетичного балансу клітин сполучної та м’язової тканин та змін процесів колагенолізу після γ-опромінення. Експеримент проведено на статевозрілих щурах після γ-опромінювання дозами 1.0 та 4.0 Гр. У шкірі, в скелетному і серцевому м’язах і у крові тварин визначали вміст загального оксипроліну та його фракцій, загальних глікозаміногліканів, аденілових нуклеотидів, активність аланін- та аспартатамінотрансферази. Отримані дані свідчать, що γ-опромінення спричиняє активацію процесів руйнування колагену та структурну дестабілізацію матриксу. Зниження активності аланін- та аспартатамінотрансферази у м’язових тканинах при підвищенні їх рівня в крові за вказаних умов свідчить про мембранне пошкодження й вихід ферментів у позаклітинний простір. Пострадіаційне зменшення концентрації АТФ і накопичення АДФ та АМФ у серцевому та скелетному м’язах висвітлює формування енергетичного дефіциту клітин. Автори стверджують, що вплив γ-опромінення ініціює комплекс дозозалежних змін у системі «енергетичний обмін – позаклітинний матрикс» що визначається як постпроменева енергетико-матрична дезінтеграція і розглядається в якості універсального механізму пошкодження тканин при іонізуючому впливі. Отримані результати обґрунтовують доцільність створення інтегрального показника енерго-матричного стану, який може бути використаний для ранньої діагностики ступеня тканинного ушкодження при радіаційному впливі.