Проблема аллергических заболеваний является актуальной в современной биологии и медицине. Одно из ее проявлений - изменение реактивности мышечной системы. Если механизмы функциональной вариабельности гладкомышечных органов при аллергии изучены достаточно подробно, то вопросы пластичности поперечно-полосатых мышц в этих условиях остаются совершенно неисследованными. Актуальность же данной проблемы определяется в том числе и запросами спортивной биологии и медицины, а именно влиянием белковой сенсибилизации (БС) на функцию двигательных мышц при обязательной вакцинации спортсменов перед соревнованиями. Очевидно, что при аллергической перестройке ткань скелетных мышц (СМ) не может оставаться нечувствительной к гуморальным факторам, появляющимся в организме в ходе формирования аллергической реакции [8]. В патогенезе аллергических заболеваний важную роль играет оксидативный стресс, одним из ключевых маркеров которого является малоновый диальдегид (МДА) [7]. Ранее было показано, что БС изменяет сократительные свойства «быстрых» и «медленных» скелетных мышц (СМ) голени in vitro [3, 8], причем в динамике этих изменений обнаружены существенные различия. В механизмах изменения силы сокращения существенную роль играют как процессы возбуждения мембраны мышечных волокон (МВ) [3], так и последующие этапы системы электромеханического сопряжения (ЭМС) [2]. Для изучения возможного влияния МДА на механизмы изменчивости сократительной функции изолированных скелетных мышц мыши при БС нами было проведено комплексное исследование.
Цель. Изучить изменение в условиях БС:
1) сократительной функции различных поперечно-полосатых мышц мыши («медленной» - m.soleus и «быстрой» - m.EDL);
2) содержания в ткани этих мышц МДА.
Материалы и методы. Эксперименты проводились на мышах обоего пола, массой тела 17-22 г. Животные сенсибилизировались яичным альбумином (ОА) с гелем гидроокиси алюминия («Sigma», США) [8]. Контрольным животным вместо ОА вводили стерильный физиологический раствор в том же объеме и тем же способом.
Количественное определение малонового диальдегида проводилось в сыворотке крови и в гомогенатах мышц контрольных и сенсибилизированных мышей. Определение МДА в сыворотке проводили по Рахмановой Т.И. и др. 2009 [1], в мышцах - реакцией с тиобарбитуровой кислотой (ТБК) при высокой температуре в кислой среде. Навеска ткани мышцы замораживалась в фарфоровой ступке жидким азотом и тщательно растиралась. Гомогенат растворялся в буферном растворе (pH 7,4) и после добавления трихлоруксусной кислоты (ТХУ) центрифугировался 15 мин при 5000 об/мин в ОПН-8 («Лабтех», Россия). Супернатант смешивался с ТБК и помещался в кипящую водяную баню на 10 мин. Измерение оптической плотности велся после охлаждения на СФ-103 при длине волны 532 нм против контроля на реактивы [1].
Механомиографические исследования проводились на препарате изолированной мышцы в условиях изометрии, которая достигалась растяжением СМ в течение 20 мин с силой 0,5 г при постоянной перфузии раствором Кребса. Сокращение регистрировалось датчиком силы. Агонист - карбахолин (Кх) - исследовался в субмаксимальных концентрациях, которые составляли: для m.EDL - 7х10-4М, m.soleus - 5х10-4 М. Сократительная функция мышцы анализировалась по силе сокращения на КХ, которая соотносилась с массой мышечного препарата. Эвтаназия животного производилась введением летальной дозы этаминала натрия. Данные подвергались статистической обработке с использованием t-критерия Стьюдента.
Результаты. Если уровень содержания в сыворотке крови молекулярного продукта ПОЛ - МДА при БС снизился с 2,65 ±0,88 до 1,65±0,4 мкМ/л (n=8, p<0,05), то в ткани различных поперечно-полосатых мышц его изменение имело разнонаправленный характер: в m.soleus МДА снизился с 237,36±73,67 мкМ/кг до 119,46±24,65 мкМ/кг (р<0,05), в m.EDL незначительно увеличился с 111,02±25,61 мкМ/кг до 127,99±8,93 мкМ/кг.
Механомиографические исследования показали, что «медленная» m.soleus несенсибилизированной мыши сокращалась на Кх с силой 35,61±1,67 мг/мм3. БС приводила к увеличению этого показателя до 54,18±4,99 мг/мм3 (p<0,01). «Быстрая» m.EDL несенсибилизированной мыши сокращалась на Кх с силой 9,94±0,39 мг/мм3. БС уменьшала эту характеристику до 5,65±0,82 мг/мм3 (p<0,01).
Обсуждение. Результаты экспериментов свидетельствуют, что БС изменяет содержание молекулярного продукта ПОЛ - МДА как в сыворотке крови, так и в ткани изучаемых мышц мыши. Снижение МДА в сыворотке крови свидетельствует об отсутствии воспалительного процесса, который, как правило, сопровождается повышением этого показателя [6, 7] и может наблюдаться при развитии аллергии. МДА является одним из ключевых маркеров перекисного окисления липидов при оксидативном стрессе и характеризует состояние внутриклеточной среды миоцитов, демонстрируя степень ее повреждения вследствие изменения уровня свободных радикалов. Определяясь балансом про- и антиоксидантных систем, он является одним из факторов (показателей), обеспечивающих работу механизмов ЭМС в мышечных волокнах [7]. В наших экспериментах изменение МДА в ткани различных поперечно-полосатых мышц было неоднозначным. Если у m.soleus он снижался, то у m.EDL изменение не носило достоверного характера.
Мышь - классический объект иммунологических и аллергических исследований [2]. Динамика сократительных свойств изучаемых мышц в условиях БС указывает на процессы, происходящие в этих тканях при аллергической перестройке организма. Морфофункциональные изменения при БС способны затрагивать как поверхностную мембрану МВ [3], так и последующие этапы ЭМС [2]. Направленность векторов изменения силы «быстрой» и «медленной» мышц свидетельствует о принципиальных различиях в механизмах, определяющих эти изменения [8]. Снижение силы карбахолинового сокращения у «быстрой» мышцы и возрастание этого показателя у «медленной» подтверждают тот факт, что при БС различия в изменениях затрагивают в первую очередь процессы возбуждения МВ и носят у обеих мышц разнонаправленный характер. Противоположное влияние БС на силовые характеристики разных СМ отражают коренные различия в их функциональной организации, что является следствием развития механизмов компенсации к возможным моторным нарушениям в ходе формирования аллергической реакции. Вклад в это различных мышечных волокон неоднозначен. Причины кроются как в исходном морфофункциональном статусе исследуемых объектов, так и в вариантах его изменения в процессе БС. Необходимо отметить, что у мышей нет двигательных мышц, состоящих исключительно из «медленных» МВ, что определяется в первую очередь подвижным образом жизни этих животных. Как известно, m.soleus мыши содержит 50-60% «медленных» МВ, m.EDL на 97-100% состоит из «быстрых» [5].
Ранее нами была показана роль АТФ в динамике сократительной функции различных СМ в условиях БС [8]. Мы предположили участие АТФ в двух взаимодополняющих механизмах. Меняющаяся интенсивность секреции АТФ как кофактора синаптической передачи, определенная в качестве одной из причин вариабельности силы карбахолинового сокращения наглядно демонстрирует роль пуринов в механизмах пластичности при аллергии [3]. Кроме того, из литературы известно, что АТФ участвует в генерации иммунного ответа [9]. Одновременное участие АТФ в регуляции неквантовой секреции ацетилхолина и в развитии аллергической реакции позволяет предполагать вариабельность концентрации внеклеточной АТФ в качестве одной из причин изменения возбудимости миоцитов, определяющих функциональное состояние СМ при БС. Однако способность БС у различных СМ по-разному менять механизмы внутриклеточного гомеостаза подтверждается сопоставлением динамики силы сокращения с изменением уровня МДА. У «медленной» мышцы увеличение силы коррелирует со снижением МДА, что, очевидно, является проявлением работы механизмов компенсации и выражается как увеличением чувствительности мембраны МВ к агонисту, так и изменениями в системе последующих этапов ЭМС. У «быстрой» мышцы снижение силы не связано с уровнем МДА. Динамика альдегида в «медленной» мышце при БС может опосредованно являться причиной функциональных сдвигов как на мембране МВ, так и в последующих этапах ЭМС.
Показанная ранее способность АТФ-зависимых механизмов регулировать сокращение СМ посредством воздействия на систему внутриклеточных посредников [4] подвергается возможным функциональным изменениям в условиях БС вследствие нарушения баланса систем про- и антиоксидантного равновесия. Данное предположение подтверждается корреляцией изменений уровня малонового альдегида с активностью АТФ-синтазы, показанной Yarian CS et all. [10] на поперечно-полосатых (сердечной и скелетных) мышцах мыши. МДА, являясь маркером окислительного стресса, характеризует состояние ряда мембранных и митохондриальных белков и, очевидно, опосредованно определяет динамику механизмов электромеханического сопряжения в двигательных мышцах при аллергической перестройке организма.
Заключение. Пластичность двигательных мышц в условиях БС определяется динамикой комплекса механизмов ЭМС, локализованных как на холиновозбудимой постсинаптической мембране, так и в цитоплазме МВ. При этом изменение чувствительности постсинапса к Ах у различных типов мышц является причиной разнонаправленной динамики силы сокращения на холиномиметик. В настоящем исследовании показана корреляция силы сокращения различных СМ при БС с изменением одного из ключевых маркеров перекисного окисления липидов, каким является МДА. В «медленной» мышце рост силы сокращения совпадает с изменением диальдегида. «Быстрая» мышца оказывается более устойчивой к оксидативному стрессу, что, очевидно, достигается работой компенсаторных механизмов и определяется крайне незначительными изменениями в динамике факторов про- и антиоксидантного равновесия.
Вывод
Пластичность поперечно-полосатых мышц мыши в условиях аллергической перестройки определяется изменением функциональных свойств, которые затрагивают как возбуждение мышечной мембраны, так и внутриклеточные механизмы ЭМС. Этот процесс в значительной степени зависит от баланса систем про- и антиоксидантного равновесия, и в характере этих изменений у «быстрых» и «медленных» мышц имеются существенные различия.
Рецензенты:Сайфутдинов М.С., д.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории патологии осевого скелета и нейрохирургии ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. Академика Г.А. Елизарова» Минздрава России, г. Курган;
Ерохин А.Н., д.м.н., доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории патологии осевого скелета и нейрохирургии ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. Академика Г.А. Елизарова» Минздрава России, г. Курган.