Russian Journal of Forensic MedicineRussian Journal of Forensic MedicineСудебная медицина2411-87292409-4161Eco-Vector31810.19048/fm318Original study articlesОригинальные исследования原创研究Research ArticlePatterns 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)Закономерности изменения показателей флуоресценции коферментов надн, фад и их отношения в скелетной мышце в раннем посмертном периоде (экспериментальное исследование)https://orcid.org/0000-0003-1780-9829BabkinaAnastasia S.БабкинаАнастасия Сергеевна
Russian Federation

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

аспирант кафедры судебной медицины ФГАОУ ВО РУДН, научный сотрудник лаборатории патологии клетки при критических состояниях НИИ общей реаниматологии им. В. А. Неговского ФНКЦ РР

asbabkina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8173-8944SundukovDmitriy V.СундуковДмитрий Вадимович
Russian Federation

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

д.м.н., доцент, заведующий кафедрой судебной медицины ФГАОУ ВО РУДН

sundukov.1958@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3165-0378GolubevArkady M.ГолубевАркадий Михайлович
Russian Federation

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

д.м.н., профессор, профессор кафедры судебной медицины ФГАОУ ВО РУДН, заведующий лабораторией патологии клетки при критических состояниях НИИ общей реаниматологии им. В. А. Неговского ФНКЦ РР

arkadygolubev@mail.ruDepartment of Forensic Medicine, Medical Institute, Peoples’ Friendship University of RussiaКафедра судебной медицины медицинского института Российского университета дружбы народовV.A. Negovsky Scientific Research Institute of General ReanimatologyНаучно-исследовательский институт общей реаниматологии имени В.А. Неговского Федерального научно-клинического центра реаниматологии и реабилитологии04102020231020206312190309202014092020Copyright ©; 2020, Babkina A.S., Sundukov D.V., Golubev A.M.Copyright ©; 2020, Бабкина А.С., Сундуков Д.В., Голубев А.М.2020Babkina A.S., Sundukov D.V., Golubev A.M.Бабкина А.С., Сундуков Д.В., Голубев А.М.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://for-medex.ru/jour/article/view/318

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.

Введение. В статье представили динамку и математические модели процессов аутофлуоресценции коферментов никотинамидадениндинуклетида (НАДН), флавинадениндинуклетида (ФАД) и редокс-отношения (РО) в скелетной мышце крысы в первые сутки после смерти. Цель — обоснование закономерности изменения интенсивности флуоресценции коферментов НАДН, ФАД и их отношения в скелетной мышце в первые сутки после смерти с помощью математического моделирования. Материал и методы. Эксперимент проводили на крысах линии Sprague Dawley. Интенсивность флуоресценции коферментов ФАД и НАДН в скелетной мышце измеряли in situ при жизни под общей анестезией, после эвтаназии через 5 минут после смерти, через интервалы 1,5–3 ч в течение 24 часов посмертного периода. Для оценки интенсивности флуоресценции коферментов НАДН и ФАД и расчета РО использовали аппарат «Лазма МЦ-3» с программным обеспечением. Полученные данные анализировали методом нелинейного регрессионного анализа. Вывод, оценку точности и значимость коэффициентов уравнения регрессии проводили с использованием программы SigmaPlot 10.0. Проверку значимости модели регрессии проводили с использованием F-критерия Фишера. Результаты. В первые 3 часа посмертного периода выявили возрастание средних значений РО и показателей флуоресценции НАДН, с 4,5 ч до 24 ч — постепенное их снижение. Зависимость НАДН и РО от времени после смерти наиболее точно характеризуется уравнением Вейбулла. Статистическая значимость моделей, построенных на основании полученных уравнений, высокая. Заключение. Анализ полученных данных позволил построить математические модели, описывающие зависимость РО и интенсивности флуоресценции НАДН от времени после смерти, что подтверждает неслучайность и закономерность выявленной динамики.

time of deathNADHFADauto-fluorescenceredox ratioearly post-mortem changesдавность наступления смертиНАДНФАДаутофлуоресценцияредокс-отношениеранние посмертные измененияПашинян 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.)]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.)]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.23597Raghushaker 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.201900056Heikal 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.10.1Бабкина 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/sudmed20206301131Shehada 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/10.1109/10.827290Салмин 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/10.17516/1997-1389-0177Polesskaya 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/ 10.3791/3466Horvath 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: 8283889Monici 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)11007-2Векшин Н.Л. Флуоресцентная спектроскопия полимеров. Пущино: ООО «Фотон век», 2014. [Vekshin N.L. Fluorestsentnaya spektroskopiya polimerov. Pushchino: OOO «Foton vek», 2014. (In Russ.)]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