Патофізіологічні механізми радіаційно-індукованого ремоделювання сполучнотканинного матриксу легенів та мітохондріальної дисфункції м’язової тканини за умов одноразового тотального гамаопромінення

Abstract

Вплив іонізуючого випромінювання на організм супроводжується розвиток системних метаболічних порушень, серед яких особливе місце посідають дезорганізація сполучної тканини та пригнічення енергетичного обміну. Легені, як орган із розвиненою стромою, є мішенню для радіаційного фіброгенезу, тоді як м’язова тканина страждає від гіпоксії та дефіциту макроергів. Розуміння взаємозв’язку цих процесів є критичним для розробки нових діагностичних критеріїв променевої хвороби. Мета роботи – дослідити міжорганні патофізіологічні взаємозв’язки між процесами ремоделювання сполучнотканинного матриксу легень та станом мітохондріального енергозабезпечення серцевого і скелетного м’язів у статевозрілих щурів після одноразового тотального γ-опромінення у дозах 4,0 та 6,0 Гр. Експериментальне дослідження виконано на статевозрілих білих щурах. Тварин піддавали одноразовому тотальному гамма-опроміненню. У тканині легень визначали стан колагену (вміст фракцій, рівень вільного оксипроліну) та активність колагенолізу. Енергетичний метаболізм міокарда та скелетних м’язів оцінювали за активністю ключових ферментів циклу Кребса (αкетоглутаратдегідрогенази та сукцинатдегідрогенази) та вмістом аденілових нуклеотидів (АТФ, АДФ, АМФ). Встановлено, що опромінення у дозі 4,0 Гр ініціює в легенях активацію металозалежного колагенолізу, що проявляється достовірним зростанням загальної колагенолітичної активності, підвищенням вмісту розчинної фракції колагену та накопиченням вільного оксипроліну, що свідчить про прискорення деградації матриксу. Синхронно в міокарді та скелетному м’язі зафіксовано пригнічення каталітичної активності α-кетоглутаратдегідрогенази і сукцинатдегідрогенази, зниження концентрації АТФ та компенсаторне зростання рівня АМФ. За умови дії дози 6,0 Гр патологічні зміни набували вираженого дозозалежного характеру. У легенях спостерігалося посилення катаболізму компонентів позаклітинного матриксу. Паралельно поглиблювалися порушення біоенергетики м’язової тканини: критичне зниження активності мітохондріальних дегідрогеназ і дефіцит АТФ супроводжувалися різким накопи-ченням АМФ. При цьому скелетна мускулатура демонструвала вищу радіочутливість порівняно з міокардом, що ймовірно пов’язано з особливостями її метаболічної пластичності. Отримані результати свідчать про формування системного патогенетичного механізму, що поєднує активацію металопротеїназного руйнування строми легень із мітохондріальною енергетичною недостатністю м’язової системи. Виявлені біохімічні показники (вільний оксипролін, активність дегідрогеназ, рівень АМФ) можуть розглядатися як ранні дозочутливі маркери радіаційного ураження та предиктори фіброремоделювання.

Exposure to ionizing radiation triggers complex systemic metabolic disorders, primarily affecting the connective tissue architecture and cellular energy metabolism. The lungs, with their extensive stromal network, are highly susceptible to radiation-induced remodeling, while muscle tissues are vulnerable to metabolic exhaustion. Investigating the correlation between pulmonary matrix degradation and muscle bioenergetics is essential for understanding the pathogenesis of acute radiation injury. Objective. The aim of the work was to investigate the inter-organ pathophysiological relationships between lung connective tissue matrix remodeling and mitochondrial energy supply in both cardiac and skeletal muscles of sexually mature rats following single total γ-irradiation at doses of 4.0 and 6.0 Gy. The study was conducted on sexually mature rats subjected to total body gamma irradiation. Biochemical assays were employed to evaluate collagen metabolism in lung tissue, specifically measuring collagenolytic activity, soluble collagen fractions, and free hydroxyproline levels. Mitochondrial function in the myocardium and skeletal muscles was assessed by analyzing the activity of Krebs cycle enzymes (-ketoglutarate dehydrogenase and succinate dehydrogenase) and the concentration of adenine nucleotides (ATP, ADP, AMP). Irradiation at a dose of 4.0 Gy resulted in the activation of metal-dependent collagenolysis in the lungs. This was evidenced by a significant increase in collagenolytic activity, elevated levels of the soluble collagen fraction and free hydroxyproline, indicating accelerated hydrolysis of the extracellular matrix. Concurrently, suppression of -ketoglutarate dehydrogenase and succinate dehydrogenase activities was observed in both the myocardium and skeletal muscle, accompanied by a decrease in ATP levels and an increase in AMP concentration. Following irradiation at 6.0 Gy, these changes became more pronounced and exhibited a dose-dependent pattern. Lung matrix catabolism intensified significantly. Furthermore, energy supply failure in muscle tissues worsened, characterized by a drastic reduction in mitochondrial dehydrogenase activity and ATP levels, alongside acute accumulation of AMP. Notably, skeletal muscle demonstrated greater sensitivity to radiation-induced metabolic stress compared to the myocardium. sThe obtained data indicate the development of a complex systemic pathogenetic mechanism that links the activation of metalloproteinase-mediated collagenolysis and lung matrix remodeling with mitochondria-induced energy insufficiency in muscle tissues. The author concludes that the identified biochemical indices can be considered early, dosesensitive biomarkers of lung fibro-remodeling and muscle energy depletion following total body irradiation.