Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 83240 10.29039/rusjbpc.2023.0611 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ POSSIBLE MECHANISM OF INFLUENCE OF SHORT-TERM HYPOXIA ON OLFACTORY SENSITIVITY ПРЕДПОЛАГАЕМЫЙ МЕХАНИЗМ ВЛИЯНИЯ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ГИПОКСИИ НА ОБОНЯТЕЛЬНУЮ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ Безгачева Е. А. Bezgacheva E. A. Бигдай Е. В. Bigdaj E. V. bigday50@mail.ru Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова Санкт-Петербург Россия Kirov Military medical academy Saint Petersburg Russian Federation Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет Санкт-Петербург Россия Saint-Petersburg State Pediatric Medical University Saint Petersburg Russian Federation Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН Санкт-Петербург Россия Pavlov Institute of Physiology RAS Saint Petersburg Russian Federation 21 05 2024 21 05 2024 8 2 207 211 18 07 2023 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/83240/view

Данная статья посвящена изучению влияния кратковременной гипоксии на обонятельную чувствительность крысы и человека. Влияние кратковременной гипоксии на обонятельную чувствительность человека исследовали посредством выявления порогов обнаружения н-бутанола. Было показано, что при уменьшении содержания кислорода во вдыхаемой газовой смеси обонятельная чувствительность снижалась. Как известно, пороги обнаружения одорантов характеризуют функциональное состояние рецепторных клеток. Можно предположить, ослабление их чувствительности может обусловливаться недостатком энергоснабжения процесса обонятельного восприятия в условиях гипоксии. Для проверки этого предположения методом прижизненной люминесцентной микроскопии исследовалось клеточное дыхание обонятельных сенсорных нейронов крыс при стимуляции н-бутанолом на модели ротеноновой тканевой гипоксии. Реакцию клеточного дыхания обонятельных сенсорных нейронов оценивали по изменению интенсивности собственной флуоресценции восстановленных пиридиннуклеотидов (НАДН) по методу Б. Чанса. Анализ полученных результатов показал, что в условиях нормоксии стимуляция обонятельных нейронов пахучим раздражителем вызывала повышение интенсивности флуоресценции НАДН, что свидетельствует о накоплении восстановленной формы пиридиннуклеотидов в митохондриях, а, следовательно, об активации клеточного дыхания под действием одорантов. При гипоксии, вызванной ротеноном, повышения интенсивности флуоресценции НАДН под действием н-бутанола либо не регистрировалось, либо амплитуда реакции снижалась вдвое. Это означает, что восстановления НАДН под действием одоранта либо совсем не происходило, либо эта реакция на запах была значительно ниже, чем в контроле, что указывает на ослабление клеточного дыхания при гипоксии. Это приводит к уменьшению синтеза АТФ, влияющего на эффективность процесса обонятельной трансдукции и чувствительность обонятельных сенсорных нейронов. Следовательно, на основе полученных результатов можно сделать вывод, что ослабление обонятельной чувствительности у млекопитающих и человека при гипоксии может быть обусловлено ослаблением клеточного дыхания в обонятельных сенсорных нейронах.

The article is focused on the effect of short-term hypoxia on the olfactory sensitivity. The effect of short-term hypoxia on the olfactory sensitivity in human and rats were studied by determination thresholds for n-butanol. We have shown that reduced oxygen partial pressure leads to reduction of olfactory sensitivity. As known, odorant detection thresholds characterize the functional state of receptor cells. It can be assumed that the weakening of their sensitivity may be caused by a lack of energy supply to the olfactory perception process in hypoxia. To test this hypothesis, we stimulated rat olfactory sensory neurons with n-butanol in rotenone model. The reaction of cellular respiration of olfactory sensory neurons was evaluated by changing the intensity of intrinsic fluorescence of reduced pyridine nucleotides (NADH) according to the B. Chance method. Analysis of the results showed that under normoxia, stimulation of olfactory neurons by odorant caused an increase in the intensity of NADH fluorescence, which indicates the accumulation of the reduced form of pyridine nucleotides in mitochondria, and, consequently, the activation of cellular respiration due to exposure to odorant. In hypoxia caused by rotenone, an increase in the induced change of fluorescence of NADH was either not registered or the amplitude of the reaction was halved. This means that the recovery of NADH due to the odorant either did not occur at all, or this reaction to the smell was significantly lower than with normoxia, which indicates a weakening of cellular respiration during hypoxia. This is the reason for the decrease in ATP synthesis, which affects the efficiency of the olfactory transduction process and the sensitivity of olfactory sensory neurons. Therefore, based on our results, it can be concluded that the weakening of olfactory sensitivity in rats and humans with hypoxia may be due to a weakening of cellular respiration in olfactory sensory neurons.

 обонятельная чувствительность обонятельный эпителий кратковременная гипоксия одоранты обонятельные сенсорные нейроны olfactory sensitivity olfactory epithelium short-term hypoxia odorants olfactory sensory neuron

Son G. et al. Olfactory neuropathology in Alzheimer’s disease: A sign of ongoing neurodegeneration. BMB reports, 2021, vol. 54, no. 6, p. 295, doi: 10.5483/BMBRep.2021.54.6.055. Son G. et al. Olfactory neuropathology in Alzheimer’s disease: A sign of ongoing neurodegeneration. BMB reports, 2021, vol. 54, no. 6, p. 295, doi: 10.5483/BMBRep.2021.54.6.055. Hawkes C. Olfaction in neurodegenerative disorder. Taste and Smell, 2006, vol. 63, pp. 133-151. Hawkes C. Olfaction in neurodegenerative disorder. Taste and Smell, 2006, vol. 63, pp. 133-151. Hawkes C.H., Shephard B.C. Selective anosmia in Parkinson's disease? The Lancet, 1993, vol. 341, no. 8842, pp. 435-436. Hawkes C.H., Shephard B.C. Selective anosmia in Parkinson's disease? The Lancet, 1993, vol. 341, no. 8842, pp. 435-436. Peers C., Pearson H.A., Boyle J.P. Hypoxia and Alzheimer’s disease. Essays in biochemistry, 2007, vol. 43, pp. 153-164. Peers C., Pearson H.A., Boyle J.P. Hypoxia and Alzheimer’s disease. Essays in biochemistry, 2007, vol. 43, pp. 153-164. Chen G.J. et al. Transient hypoxia causes Alzheimer-type molecular and biochemical abnormalities in cortical neurons: potential strategies for neuroprotection. Journal of Alzheimer's Disease, 2003, vol. 5, no. 3, pp. 209-228. Chen G.J. et al. Transient hypoxia causes Alzheimer-type molecular and biochemical abnormalities in cortical neurons: potential strategies for neuroprotection. Journal of Alzheimer's Disease, 2003, vol. 5, no. 3, pp. 209-228. Zhang X., Le W. Pathological role of hypoxia in Alzheimer's disease. Experimental neurology, 2010, vol. 223, no. 2, pp. 299-303. Zhang X., Le W. Pathological role of hypoxia in Alzheimer's disease. Experimental neurology, 2010, vol. 223, no. 2, pp. 299-303. Saramago I., Franceschi A.M. Olfactory dysfunction in neurodegenerative disease. Topics in Magnetic Resonance Imaging, 2021, vol. 30, no. 3, pp. 167-172, doi: 10.1097/RMR.0000000000000271. Saramago I., Franceschi A.M. Olfactory dysfunction in neurodegenerative disease. Topics in Magnetic Resonance Imaging, 2021, vol. 30, no. 3, pp. 167-172, doi: 10.1097/RMR.0000000000000271. Turetsky B.I., Moberg P.J. An odor-specific threshold deficit implicates abnormal intracellular cyclic AMP signaling in schizophrenia. American Journal of Psychiatry, 2009, vol. 166, no. 2, pp. 226-233. Turetsky B.I., Moberg P.J. An odor-specific threshold deficit implicates abnormal intracellular cyclic AMP signaling in schizophrenia. American Journal of Psychiatry, 2009, vol. 166, no. 2, pp. 226-233. Ruffini R. et al. Adaptation of olfactory threshold at high altitude. Neurotransmitter Interactions and Cognitive Function, Springer, Cham, 2014, pp. 19-22. Ruffini R. et al. Adaptation of olfactory threshold at high altitude. Neurotransmitter Interactions and Cognitive Function, Springer, Cham, 2014, pp. 19-22. Hummel T. et al. “Sniffin’sticks”: olfactory performance assessed by the combined testing of odor identification, odor discrimination and olfactory threshold. Chemical senses, 1997, vol. 22, no. 1, pp. 39-52. Hummel T. et al. “Sniffin’sticks”: olfactory performance assessed by the combined testing of odor identification, odor discrimination and olfactory threshold. Chemical senses, 1997, vol. 22, no. 1, pp. 39-52. Cain W.S., Rabin M.D. Comparability of two tests of olfactory functioning. Chemical Senses, 1989, vol. 14, no. 4, pp. 479-485. Cain W.S., Rabin M.D. Comparability of two tests of olfactory functioning. Chemical Senses, 1989, vol. 14, no. 4, pp. 479-485. Бигдай Е.В. и др. Изменение напряжения кислорода в обонятельном эпителии крысы при воздействии одорантов. Биофизика, 2019, № 4, с. 772-777. Bigdai E.V. et al. The change in oxygen tension in the olfactory epithelium of the rat when exposed to odorants. Biophysics, 2019, no. 4, pp. 772-777 (In Russ.). Chance B., Connelly C.M. A method for the estimation of the increase in concentration of adenosine diphosphate in muscle sarcosomes following a contraction. Nature, 1957, vol. 179, no. 4572, pp. 1235-1237. Chance B., Connelly C.M. A method for the estimation of the increase in concentration of adenosine diphosphate in muscle sarcosomes following a contraction. Nature, 1957, vol. 179, no. 4572, pp. 1235-1237. Карнаухов В.Н. Люминесцентный спектральный анализ клетки. Наука, 1978. Karnaukhov V.N. Luminescent spectral analysis of a cell. Science, 1978 (In Russ.). Doane M.J. J. Gen. Physiol., 1967, vol. 50, 2603 p. Doane M.J. J. Gen. Physiol., 1967, vol. 50, 2603 p. Divakaruni A.S. et al. Analysis and interpretation of microplate-based oxygen consumption and pH data. Methods in enzymology, Academic Press, 2014, vol. 547, pp. 309-354. Divakaruni A.S. et al. Analysis and interpretation of microplate-based oxygen consumption and pH data. Methods in enzymology, Academic Press, 2014, vol. 547, pp. 309-354. Archer S., Michelakis E. The mechanism (s) of hypoxic pulmonary vasoconstriction: potassium channels, redox O2 sensors, and controversies. Physiology, 2002, vol. 17, no. 4, pp. 131-137. Archer S., Michelakis E. The mechanism (s) of hypoxic pulmonary vasoconstriction: potassium channels, redox O2 sensors, and controversies. Physiology, 2002, vol. 17, no. 4, pp. 131-137. Бигдай Е.В. и др. Влияние одорантов на митохондриальное дыхание обонятельных клеток. Вестник Российской Военно-медицинской академии, 2004, т. 11, № 1, с. 29. Bigdai E.V. et al. The effect of odorants on mitochondrial respiration of olfactory cells. Bulletin of the Russian Military Medical Academy, 2004, vol. 11, no. 1, p. 29 (In Russ.). Yu C.R. et al. Spontaneous neural activity is required for the establishment and maintenance of the olfactory sensory map. Neuron, 2004, vol. 42, no. 4, pp. 553-566. Yu C.R. et al. Spontaneous neural activity is required for the establishment and maintenance of the olfactory sensory map. Neuron, 2004, vol. 42, no. 4, pp. 553-566.