Аллергическая перестройка организма сопровождается изменением морфофункционального состояния скелетных мышц (СМ) теплокровных животных [2]. Белковая сенсибилизация (БС) в качестве экспериментальной модели широко используется в медико-биологических исследованиях в практике изучения аллергии. Одним из ярких проявлений процессов адаптации является показанная ранее в условиях БС функциональная вариабельность мышечной системы [11]. Широкий спектр механизмов, обеспечивающих развитие приспособительных процессов при аллергии, включает как изменение поверхностной мембраны [1, 11], так и калий зависимые процессы возбуждения сократительных структур [12]. И, если механизмы, в том числе и калийопосредованные, функциональной вариабельности гладкомышечных органов при аллергии изучены достаточно подробно, то вопросы пластичности СМ в вышеназванных условиях остаются совершенно не исследованными. Актуальность же данной проблемы определяется нераскрытыми путями компенсаторных изменений в работе двигательных мышц при обязательной вакцинации спортсменов перед соревнованиями. Изучение механизмов участия калийзависимых процессов в адаптации различных скелетных мышц к условиям аллергической перестройки позволит предположить новые варианты коррекции их функции, а также наметить возможную стратегию медикаментозного воздействия на конкретные поперечнополосатые мышцы с учетом их волоконного состава.
Цель – изучить возможные различия во влиянии белковой сенсибилизации на сократительные ответы мышц голени мыши in vitro: «быстрой» (длинного разгибателя пальцев – m.EDL) и «медленной» (камбаловидной – m.soleus), вызываемые гуморальными агентами – холиномиметиком карбахолином (КХ) хлоридом калия (KCl).
Материалы и методы исследования
Эксперименты проводились на мышах, обоего пола, массой тела 17–22 г. Животные сенсибилизировались овальбумином (ОА) с гелем гидроокиси алюминия (2 мкг сухого вещества геля + 150 мкг ОА в 0,5 мл физиологического раствора) парентерально, дважды [3]. Вторая инъекция – через 14 дней после первой. В эксперимент животные забирались на пике сенсибилизации – на 7–10 день после второй сенсибилизирующей инъекции. Механомиографические исследования проводились на препарате изолированной мышцы в условиях изометрии, которая достигалась растяжением препарата мышцы в течение 20 минут с силой 0,5 г при постоянной перфузии раствором типа Кребса. Сокращение регистрировалось с помощью датчика силы. Агонист (КХ) исследовался в концентрациях от 2×10–5 М до 3×10–3 М. KCl – в концентрациях от 50 до 250 ммоль/л. Сократительная функция анализировалась по силе и скорости сокращения мышцы на КХ и KCl в субмаксимальной и максимальной концентрациях.
Сокращение изолированной СМ на повышение концентрации ионов К+ является удобным «тестом» для изучения процессов ЭМС [9]. Отношение максимальной силы, способной развивать мышцей при сокращении на КХ к максимальной силе, развиваемой мышцей при сокращении на KCl (РКХmax/PKClmax) позволяет количественно отделять роль холиноопосредованных процессов возбуждения мембраны МВ от механизмов ЭМС.
Результаты исследования и их обсуждение
Показано, что КХ в субмаксимальной концентрации (7×10-4 М) вызывал сократительный ответ m.EDL несенсибилизированной мыши с силой 76,6 + 6,1 мг и скоростью 14,3 + 1,6 мг/сек. При БС сила сокращения «быстрой» мышцы уменьшалась до 61,9 + 12,2 мг, скорость при этом практически не менялась – 13,6 + 4,1 мг/сек. Сокращение m.EDL мышцы несенсибилизированной мыши на максимальную концентрацию КХ (4×10–3 М) имела скорость – 11,15 ± 1,97 мг/сек. При БС этот показатель сокращения «быстрой» мышцы снижался – до 4,62 ± 1,68 мг/сек (p < 0,05).
У m.soleus несенсибилизированной мыши КХ в субмаксимальной концентрации (5×10–4 М) вызывал сокращение силой 237,8 + 20,6 мг и скоростью 13,1 + 1,0 мг/сек. БС приводила к увеличению силы – 353,2 + 23,1 мг (p < 0,01) и скорости – 16,6 + 1,5 мг/сек сокращения «медленной» мышцы. Максимальная концентрация КХ (2×10–3 М) вызывала сокращение «медленной» мышцы несенсибилизированной мыши со скоростью 24,64 ± 3,65 мг/сек. При БС этот показатель «медленной» мышцы снижался – до 13,44 ± 2,43 мг/сек (p < 0,05).
Сила сократительных ответов m.EDL на максимальные концентрации агониста (4×10–3 М) и KCl (250 ммоль/л) в контроле имела следующие значения: 103,83 + 15,70 мг и 136,69 + 6,73 мг (РКХmax/PKClmax – 75,9 %) при БС становилась соответственно 52,13 + 14,66 мг (p < 0,05) и 142,72 + 23,83 мг (РКХmax/PKClmax – 36,5 %), т.е. показатель РКХmax/PKClmax – при БС снизился до 48,1 % от контроля.
Для m.soleus сила сократительных ответов на агонист в максимальной концентрации (2×10–3М) и KCl (150 ммоль/л), которая в контроле имела значения: 322,32 + 30,18 мг и 643,23 + 69,59 мг (РКХmax/PKClmax – 50,1 %) при БС изменялась соответственно до 475,14 + 52,66 мг (p < 0,05) и 1470,49 + 186,05 мг (p < 0,01) (РКХmax/PKClmax – 32,3 %), т.е. показатель РКХmax/PKClmax при БС снизился до 64,5 % от контроля.
В ходе экспериментов получены сократительные ответы m.EDL и m.soleus мыши in vitro на гуморальные агенты. Для обеих мышц определены рабочие – субмаксимальные и максимальные – концентрации обоих инициаторов сокращения. Анализ карбахолинового сокращения позволяет оценивать как холиноопосредованные процессы возбуждения МВ, так и последующие этапы работы миоцита [5]. Калиевая контрактура является удобным «тестом» для изучения процессов ЭМС [6, 10]. Использование в анализе показателя РКХmax/PKClmax (соотношение силы сокращения на разные гуморальные его инициаторы) предоставляет возможность вычленять этапы, определяемые механизмами ЭМС от предшествующих.
Сокращения «быстрых» и «медленных» мышц голени мыши на КХ и KCl существенно различаются друг от друга. Вариабельность карбахолиновых ответов имеет морфологическую основу. Разница в силе напрямую связана с составом волокон. m.Soleus мыши содержит 50–60 % «медленных» волокон, а m.EDL на 97–100 % состоит из «быстрых» [8]. Размеры концевой пластинки у МВ «медленной» мышцы (m.soleus) в 3 раза протяженнее, чем у МВ «быстрой» (m.EDL) [7]. Соответственно большая сила сокращения «медленной» мышцы на КХ является следствием большей ее чувствительности к холиномиметику и обусловлена большим числом холинорецепторов (ХР) в области синапса.
Обнаруженные различия в сокращениях обеих мышц на KCl согласуются с данными Dulhunty A.F. [6] и Lorcovich H. [10]. Эти авторы, работая на различных мышцах мыши, подтвердили высказанное еще Жуковым Е.К. [4] и Наследовым Г.А. [5] предположение, что калиевая контрактура характеризует систему ЭМС и для каждого типа мышечных волокон (МВ) имеет свои особенности.
БС изменяет сократительные свойства СМ мыши. По данным литературы, изменения МВ при сенсибилизации затрагивают поверхностную мембрану [1, 11], механизмы ЭМС либо систему сократительных белков [2]. Нами показана вариабельность как силы, так и скорости сокращения обеих мышц на КХ в этих условиях. Разнонаправленность вектора динамики силы у m.soleus и m.EDL свидетельствует, что различия функциональных изменений двух мышц при БС обеспечиваются, в первую очередь, холиноопосредованными процессами возбуждения мембраны МВ. Угнетение скорости карбахолиновых ответов обеих мышц указывает на механизмы ЭМС как на участников процесса адаптации СМ в условиях БС.
Таблица 1
Параметры сокращения m.EDL и m.soleus in vitro на КХ в субмаксимальной и максимальной концентрации в норме (контроль) и при белковой сенсибилизации (опыт)
|
Мышца |
Концентрация |
Условия Эксперимента |
Параметры сокращения |
|
|
Рос, мг |
Vос,мг/с |
|||
|
m.EDL |
Субмаксимальная 7×10–4 М КХ |
Контроль n = 26 |
76,59 ± 6,51 |
14,26 ± 1,55 |
|
Опыт n = 5 |
61,92 ± 12,42 |
13,62 ± 4,09 |
||
|
Максимальная 4×10–3 М КХ |
Контроль n = 10 |
103,83 ± 15,70 |
11,15 ± 1,97 |
|
|
Опыт n = 5 |
52,13 ± 14,66 |
4,62 ± 1,68* |
||
|
m.soleus |
Субмаксимальная 5×10–4 М КХ |
Контроль n = 28 |
237,77 ± 20,61 |
13,10 ± 0,99 |
|
Опыт n = 11 |
353,24 ± 23,11** |
16,62 ± 1,50 |
||
|
Максимальная 2×10–3 М КХ |
Контроль n = 17 |
322,32 ± 30,18 |
24,64 ± 3,65 |
|
|
Опыт n = 12 |
475,14 ± 52,66* |
13,44 ± 2,43* |
||
Примечание. * – р < 0,05; ** – р < 0,01 ; *** – р < 0,001.
Таблица 2
Параметры сокращения m.EDL и m.soleus in vitro на KCl в субмаксимальной и максимальной концентрации в норме (контроль) и при белковой сенсибилизации (опыт)
|
Мышца |
Концентрация |
Условия Эксперимента |
Параметры сокращения |
|
|
Рос, мг |
Vос, мг/с |
|||
|
m.EDL |
Субмаксимальная 200 мМ КСl |
Контроль n = 33 |
95,86 ± 15,48 |
13,48 ± 1,25 |
|
Опыт n = 7 |
105,03 ± 29,06* |
13,25 ± 4,16 |
||
|
Максимальная 250 мМ КСl |
Контроль n = 26 |
136,69 ± 6,73 |
16,71 ± 2,27 |
|
|
Опыт n = 5 |
142,72 ± 23,83 |
7,86 ± 1,11** |
||
|
m.soleus |
Субмаксимальная 110 мМ КСl |
Контроль n = 26 |
478,10 ± 38,57 |
20,44 ± 1,74 |
|
Опыт n = 10 |
967,93 ± 222,05* |
29,44 ± 2,67* |
||
|
Максимальная 150 мМ КСl |
Контроль n = 22 |
643,23 ± 69,59 |
21,31 ± 2,33 |
|
|
Опыт n = 12 |
1470,49 ± 186,05** |
40,62 ± 3,20*** |
||
Примечание. * – р < 0,05; ** – р < 0,01 ; *** – р < 0,001.
Разнонаправленность изменений скорости калиевой контрактуры свидетельствует о неоднозначной способности Са2+ зависимых механизмов сокращения мышц с различным фенотипом к адаптации в условиях БС. Это подтверждается анализом РКХmax/PKClmax. В обоих случаях показатель снижается, однако, для «быстрой» мышцы более выраженно (до 48,1 % от исходной), чем для «медленной» (до 64,5 %). Очевидно, что оба факта разнонаправленного влияния БС на «медленную» и «быструю» мышцы: и на силу КХ-вызванного сокращения, и на скорость калиевой контрактуры являются проявлением механизмов адаптации, определяющих пластичность СМ.
Механизмы, обеспечивающие пластичность СМ при БС, включают как холиноопосредованные процессы возбуждения, так и этапы ЭМС, и для мышц с различным фенотипом имеют свои характерные особенности. Детальное раскрытие способностей СМ к адаптации при аллергической перестройке позволит предположить новые варианты коррекции их функции, а так же наметить возможную стратегию медикаментозного воздействия с учетом волоконного состава конкретной двигательной мышцы.
Выводы
Механизмы пластичности поперечнополосатых мышц мыши в условиях БС включают изменение функциональных свойств, затрагивающее как холиноопосредованные процессы возбуждения мембраны МВ, так и механизмы ЭМС, и в характере этих изменений у «быстрых» и «медленных» мышц имеются существенные различия.
Рецензенты:
Исламов Р.Р., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой медицинской биологии и генетики ГБОУ ВПО «Казанский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Казань;
Сайфутдинов М.С., д.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории патологии осевого скелета и нейрохирургии ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова Минздрава России, г. Курган.
Работа поступила в редакцию 29.12.2014.