Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ПЛАСТИЧНОСТЬ «БЫСТРЫХ» И «МЕДЛЕННЫХ» СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ МЫШИ В УСЛОВИЯХ БЕЛКОВОЙ СЕНСИБИЛИЗАЦИИ. СОКРАЩЕНИЕ IN VITRO НА ХОЛИНОМИМЕТИК И KCl

Митрофанов М.С. 1 Фархутдинов А.М. 1 Теплов А.Ю. 1
1 ГБОУ ВПО «Казанский государственный медицинский университет» Минздрава России
В представленной работе исследовано влияние аллергической перестройки организма на сократительную функцию изолированных скелетных мышц (СМ) голени мыши. Показано, что при белковой сенсибилизации (БС) как «быстрая» (m. EDL), так и «медленная» (m.soleus) СМ изменяют свои сократительные свойства. Вектор этих изменений для мышц с различным фенотипом носит разнонаправленный характер. Сила сокращения, вызванного агонистом холиномиметиком карбахолином (КХ) у «медленной» мышцы повышается, у «быстрой» – убывает. Скорость сокращения на гуморальный агент KCl при БС у m.EDL снижается, у m.soleus возрастает. Высказывается предположение, что изменения сократительной функции СМ обусловлены как изменениями холиноопосредованных процессов возбуждения мембраны мышечных волокон (МВ), так и изменениями в системе электромеханического сопряжения (ЭМС).
скелетная мышца
сократительные свойства
белковая сенсибилизация
1. Адо А.Д., Стомахина Н.В., Тулуевская Л.М., Федосеева В.Н. Белковые спектры и фосфолипидный состав мембран, обогащенных холинорецепторами из скелетных мышц крыс в условиях сенсибилизации. Бюл. эксперим. биол. медицины. – 1984. – Т. 99, № 7. – С. 84–86.
2. Гущин И.С. Анафилаксия гладкой и сердечной мускулатуры. – М.: Медицина, 1973. – 175 с.
3. Гущин И.С., Зебрева А.И., Богуш Н.Л. и др. Экспериментальная модель для разработки и оценки способов контроля немедленной аллергии. Патол. физиол. и эксперимент. терапия. – 1986 – № 4. – С. 18–23.
4. Жуков Е.К. Очерки по нервно-мышечной физиологии. – Л: Наука, 1969. – 288 с.
5. Наследов Г.А. Тоническая мышечная система позвоночных. – Л: Наука; 1981. –187 с.
6. Dulhunty A.F. Slow potassium contractures in mouse limb muscles. J. Physiol. 1981. – № 314. – С. 91–105.
7. Fahim M.A., Holley J.A., Robbins N. Topographic comparison of neuromuscular junctions in mouse slow and fast twitch muscles. Neuroscience. – 1984. Sep. – № 13(1). Р. 227–35.
8. Florendo J.A., Reger J.F., Law P.K. Electrophysiologic differences between mouse extensor digitorum longus and soleus. Exp Neurol. – 1983. Nov. – № 82(2). – Р. 404–12.
9. Lawler J.M., Hu Z., Barnes W.S. Effect of reactive oxygen species on K+- contractures in the rat diaphragm. J. Appl. Physiol. – 1998. – V. 84, № 3. – Р. 948–953.
10. Lorcovich H Potassium contractures in mouse limb muscles. J. Physiol. – 1983. – № 343. – Р. 569–576.
11. Teplov A.Y., Grishin S.N., Mukhamedyarov M.A., Ziganshin A.U., Zefirov A.L., Palotas A. Ovalbumin-induced sensitization affects non-quantal acetylcholine release from motor nerve terminals and alters contractility of skeletal muscles in mice. Experimental Physiology. – 2009. – № 94 (2). – Р. 264–268.
12. Yuan P., Leonetti M.D., Hsiung Y., MacKinnon R. Open Structure of the Ca2+ Gating Ring in the High-Conductance Ca2+-Activated K+ Channel. Nature. – 2011. – № 481(7379). – Р. 94–97.

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.


Библиографическая ссылка

Митрофанов М.С., Фархутдинов А.М., Теплов А.Ю. ПЛАСТИЧНОСТЬ «БЫСТРЫХ» И «МЕДЛЕННЫХ» СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ МЫШИ В УСЛОВИЯХ БЕЛКОВОЙ СЕНСИБИЛИЗАЦИИ. СОКРАЩЕНИЕ IN VITRO НА ХОЛИНОМИМЕТИК И KCl // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12-10. – С. 2150-2153;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36542 (дата обращения: 08.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074