Effect of free fatty acids on oxygen consumption by isolated rat cardiomyocytes in ischemic or diabetic heart disease
Authors: Афанасьев С.А. , Егорова М.В. , Куцыкова Т.В. , Попов С.В. 
Published: December 2020

Цель исследования - оценка влияния свободных полиненасыщенных и насыщенных жирных кислот (ЖК) на поглощение кислорода изолированными кардиомиоцитами интактных крыс и крыс с ишемическим или диабетическим поражением сердца. Методика. Опыты проведены на крысах-самцах Вистар (250-300 г). Инфаркт миокарда вызывали перевязкой левой коронарной артерии, сахарный диабет (СД) - однократной инъекцией стрептозотоцина в дозе 60 мг/кг, внутрибрюшинно. Изолированные кардиомиоциты получали ферментативным способом. Потребление кислорода оценивали полярографически при разной насыщенности инкубационной среды кислородом ([O] <8 мг/л и ([O] >16 мг/л). В качестве жирных кислот, добавляемых в инкубационную среду, использовали арахидоновую и пальмитиновую кислоты (20 мкМ/л). Результаты. Установлено, что в среде инкубации с высоким содержанием кислорода скорость его потребления изолированными кардиомиоцитами, из сердец крыс с ишемическим или диабетическим поражением сердца, в 2-2,5 раза превышает таковую в кардиомиоцитах из сердца интактных крыс. Введение в среду инкубации 20 мкМ арахидоновой или пальмитиновой ЖК статистически значимо увеличивало потребление кислорода кардиомиоцитами интактных крыс. При моделируемых патологиях был получен прямо противоположный результат. В среде инкубации с низким содержанием кислорода была зафиксирована более низкая исходная скорость дыхания кардиомиоцитов, независимо от того, из сердец крыс какой группы они были выделены. Присутствие жирных кислот приводило к еще большему снижению скорости потребления кислорода кардиомиоцитами интактных крыс. В кардиомиоцитах из сердец с ишемическим поражением жирные кислоты снижали скорость потребления кислорода практически до значений, полученных для кардиомиоцитов интактных крыс. Напротив, жирные кислоты не оказывали заметного влияния на дыхание кардиомиоцитов из сердца крыс с диабетическим поражением. Заключение. Полученные результаты свидетельствуют, что и насыщенные, и ненасыщенные свободные ЖК, на клеточном уровне, способны поддерживать баланс между поступлением и расходом кислорода. Действие ЖК определяется функциональным состоянием кардиомиоцитов и содержанием кислорода во внеклеточном пространстве. Это обстоятельство, вероятно, влияет на состояние энергетического метаболизма кардиомиоцитов и при реальном ишемическом или диабетическом поражении сердца пациентов.

Aim. To evaluate the effect of free polyunsaturated and saturated fatty acids on oxygen uptake by isolated cardiomyocytes in intact rats and animals with ischemic or diabetic heart disease. Methods. This was a non-randomized, controlled study on three groups of male Wistar rats each containing 10 rats weighing 250-300 g. Myocardial infarction («heart attack») was produced by ligation of the left coronary artery; diabetes mellitus («diabetes») - by a single injection of streptozotocin 60 mg/kg, i.p. The control group consisted of intact animals. Cardomyocytes were isolated by an enzymatic method. Oxygen consumption was assessed polarographically at different saturation of the incubation medium with oxygen ([O] <8 mg/l and ([O] >16 mg/l). Arachidonic and palmitic acid were used as fatty acids to be added to the incubation medium. Results. In the high-oxygen incubation medium, the rate of O consumption by isolated cardiomyocytes from hearts of rats with ischemic or diabetic heart lesions was 2-2.5 times higher than in cardiomyocytes from heart of intact rats. Supplementing the incubation medium with 20 mkM arachidonic or palmitic acid statistically significantly increased oxygen consumption by cardiomyocytes of intact rats. An opposite result was obtained in models of diseases. In the low-oxygen incubation medium, the baseline rate of cardiomyocyte respiration was lower, no matter from which group of rats they had been isolated. The presence of fatty acids led to an even greater decrease in the rate of oxygen consumption by cardiomyocytes of intact rats. In cardiomyocytes from hearts with ischemic injury, fatty acids reduced the rate of oxygen consumption practically to the values observed for cardiomyocytes of intact rats. In contrast, fatty acids did not exert a noticeable effect on respiration of cardiomyocytes from the heart rats with diabetic lesions. Conclusion. The results suggested that saturated and unsaturated free fatty acids are able to maintain a balance between O supply and utilization. The effect of fatty acids is determined by functional state of cardiomyocytes and oxygen content in the extracellular space. This fact apparently influences cardiomyocyte energy metabolism in patients with ischemic or diabetic heart disease.