Patterns of changes in the fluorescence of nadh and fad coenzymes and their relationship in skeletal muscle in the early post-mortem period (an experimental study)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. The paper presents changes and mathematical models of autofluorescence of reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and flavin adenine dinucleotide (FAD) and their redox ratio (RR) in rat skeletal muscle during the first 24 hours after death. Aim. To establish a pattern of change in the fluorescence intensity of NADH and FAD coenzymes, as well as their relationship in skeletal muscle during the first 24 hours after death using mathematical modeling. Material and methods. The experiment was performed on Sprague Dawley rats. The fluorescence intensity of FAD and NADH coenzymes in skeletal muscle was measured in situ in living rats under general anesthesia, 5 minutes after euthanasia, and at intervals of 1.5–3 h during the 24-hour postmortem period. To estimate the fluorescence intensity of NADH and FAD coenzymes and to calculate the RR, a Lasma MC-3 fluorescence measuring device with special software was used. The obtained data were analyzed by non-linear regression analysis. The summary, accuracy estimation, and significance of the regression equation coefficients were assessed using SigmaPlot 10.0 software. The significance of the regression model was tested using the Fisher F-criterion. Results. During the first 3 hours of the postmortem period, an increase in the mean values of RR and NADH fluorescence was detected; starting from 4.5 and lasting until 24 hours post mortem, their gradual decrease was observed. The relationship between NADH, RR, and time since death is characterized by the Weibull equation. The statistical significance of the NADH and RR models, based on the obtained equations, was considered high. Conclusion. The analysis of the obtained data allowed us to create mathematical models describing the relationship between RR and NADH fluorescence intensity and time after death, which confirms the non-randomness and regularity of the discovered patterns.

About the authors

Anastasia S. Babkina

Department of Forensic Medicine, Medical Institute, Peoples’ Friendship University of Russia; V.A. Negovsky Scientific Research Institute of General Reanimatology

Author for correspondence.
Email: asbabkina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1780-9829

a post-graduate student of the Department of Forensic Medicine of Peoples’ Friendship University, researcher of the Cell Pathology Laboratory at the Critical Conditions of the V. A. Negovsky Scientific Research Institute of General Reanimatology

Russian Federation, Moscow

Dmitriy V. Sundukov

Department of Forensic Medicine, Medical Institute, Peoples’ Friendship University of Russia

Email: sundukov.1958@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8173-8944

Dr. Sci. (Med.), Associate Professor, Head of Forensic Medicine Department of Peoples’ Friendship University

Russian Federation, Moscow

Arkady M. Golubev

Department of Forensic Medicine, Medical Institute, Peoples’ Friendship University of Russia; V.A. Negovsky Scientific Research Institute of General Reanimatology

Email: arkadygolubev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3165-0378

Dr. Sci. (Med.), Professor at the Department of Forensic Medicine of Peoples’ Friendship University, Head of the Laboratory of Cell Pathology in Critical Conditions of the V. A. Negovsky Scientific Research Institute of General Reanimatology

Russian Federation, Moscow

References

  1. Пашинян Г.А., Назаров Г.Н. Биофизические методы исследования в судебной медицине. Ижевск: Экспертиза, 1999. [Pashinyan G.A., Nazarov G.N. Biofizicheskie metody issledovaniya v sudebnoi meditsine. Izhevsk: Ekspertiza, 1999. (In Russ.)]
  2. Крюков В.Н., Бедрин Л.М., Томилин В.В. и др.; под ред. В.Н. Крюкова. Судебная медицина: Учебник; 3-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина, 1990. [Krjukov V.N., Bedrin L.M., Tomilin V.V. i dr.; pod red. V.N. Krjukova. Sudebnaja meditsina: Uchebnik; 3-e izd., pererab. i dop. M.: Meditsina, 1990. (In Russ.)]
  3. Schaefer P.M., Kalinina S., Rueck A., von Arnim C.A.F., von Einem B. NADH Autofluorescence-A Marker on its Way to Boost Bioenergetic Research. Cytometry A. 2019;95(1):34–46. PMID: 30211978. https://doi.org/10.1002/cyto.a.23597
  4. Raghushaker C.R., Chandra S., Chakrabarty S., Kabekkodu S.P., Satyamoorthy K., Mahato K.K. Detection of mitochondrial dysfunction in vitro by laser-induced autofluorescence. J. Biophotonics. 2019;28:e201900056. PMID: 31251452. https://doi.org/ 10.1002/jbio.201900056
  5. Heikal A.A. Intracellular coenzymes as natural biomarkers for metabolic activities and mitochondrial anomalies. Biomark. Med. 2010;4(2):241–263. https://doi.org/10.2217/bmm.10.1
  6. Бабкина А.С., Сундуков Д.В., Голубев А.М., Рыжков И.А., Цоколаева З.И., Заржецкий Ю.В. Определение интенсивности флуоресценции коферментов НАДН и ФАД в скелетной мышце крысы в зависимости от давности наступления смерти. Судебно-медицинская экспертиза. 2020;63(1): 31–35. [Babkina A.S., Sundukov D.V., Golubev A.M., Ryzhkov I.A., Tsokolaeva Z.I., Zarzhetskiy Yu.V. Determination of the fluorescence intensity of coenzymes NADH and FAD in the skeletal muscle of the rat depending on the post-mortem interval. Sudebno-meditsinskaya ekspertiza. 2020;63(1):31–35. (In Russ.)]. https://doi.org/10.17116/sudmed20206301131
  7. Shehada R.E., Marmarelis V.Z., Mansour H.N, Grundfest W.S. Laser-induced fluorescence attenuation spectroscopy: detection of hypoxia. IEEE Trans. Biomed. Eng. 2000;47(3):301–312. PMID: 10743771 https://doi.org/10.1109/10.827290
  8. Салмин В.В., Салмина А.Б., Фурсов А.А., Фролова О.В., Лалетин Д.И., Фурсов М.А., Юдин Г.В., Малиновская Н.А., Зыкова Л.Д., Проворова А.С. Использование флуоресцентной спектроскопии для оценки ишемического повреждения миокарда. Journal of Siberian Federal University 2011;2(4): 142–157. [Salmin V.V., Salmina A.B., Fursov A.A., Frolova O.V., Laletin D.I., Fursov M.A., Yudin G.V., Malinovskaya N.A., Zykova L.D., Provorova A.S. Application of fluorescence spectroscopy for assesment of myocardial ischemic injury. Journal of Siberian Federal University. 2011;4(2):142–157. (In Russ.)]. https://doi.org/10.17516/1997-1389-0177
  9. Polesskaya O., Sun A., Salahura G., Silva J.N., Dewhurst S., Kasischke K. Detection of microregional hypoxia in mouse cerebral cortex by two-photon imaging of endogenous NADH fluorescence. J. Vis. Exp. 2012; (60). pii: 3466. https://doi.org/ 10.3791/3466
  10. Horvath K.A., Schomacker K.T., Lee C.C., Cohn L.H. Intraoperative myocardial ischemia detection with laser-induced fluorescence. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 1994;107(1):220–225. PMID: 8283889
  11. Monici M. Cell and tissue autofluorescence research and diagnostic applications. Biotechnol. Annu. Rev. 2005;11: 227–256. PMID: 16216779. https://doi.org/10.1016/S1387-2656(05)11007-2
  12. Векшин Н.Л. Флуоресцентная спектроскопия полимеров. Пущино: ООО «Фотон век», 2014. [Vekshin N.L. Fluorestsentnaya spektroskopiya polimerov. Pushchino: OOO «Foton vek», 2014. (In Russ.)]
  13. Лукина М.М., Ширманова М.В., Сергеева Т.Ф., Загайнова Е.В. Метаболический имиджинг в исследовании онкологических процессов (обзор). Современные технологии в медицине. 2016;8(4):113–128. [Lukina M.M., Shirmanova M.V., Sergeeva T.F., Zagaynova Е.V. Metabolical imaging for the study of oncological processes (review). Sovremennye tekhnologii v meditsine. 2016;8(4):113–121. (In Russ.)]. https://doi.org/10.17691/stm2016.8.4.16

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The relationship between NADH, FAD and time after death

Download (653KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. A mathematical model of the dynamics of NADH fluorescence intensity during the first 24 hours after death

Download (603KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The relationship between RR and time after death

Download (585KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. A mathematical model of the dynamics of RR during the first 24 hours after death

Download (601KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2020 Babkina A.S., Sundukov D.V., Golubev A.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».