Изучение пластичности поперечнополосатых мышц при аллергической перестройке организма выявило в ее механизмах у разных мышц существенные различия. Ранее на «быстрых» и «медленных» двигательных мышцах мыши в условиях белковой сенсибилизации (БС) нами было изучено участие АТФ-зависимых механизмов возбуждения постсинаптической мембраны. Показано, что влияние экзогенной АТФ на динамику силы карбахолинового сокращения in vitro интактных и сенсибилизированных мышей способно изменять работу этих механизмов лишь у «медленной» мышцы [4, 6]. Причиной изменения сократительной функции «быстрой» мышцы при БС, очевидно, являются иные, не связанные с АТФ механизмы [4]. Было высказано предположение, что пластичность скелетных мышц (СМ) не ограничивается участием в ней синапса, и адаптация мышечной системы при аллергии осуществляется на иных этапах электромеханического сопряжения (ЭМС). В качестве последних мы предположили калийзависимые процессы сокращения, которые в свою очередь находятся в зависимости от состояния гомеостаза миоцитов. В патогенезе аллергических заболеваний важную роль играет оксидативный стресс, одним из ключевых маркеров которого является малоновый диальдегид (МДА) [8].
Цель
Изучить механизмы пластичности различных поперечнополосатых мышц мыши («медленной» - m.soleus и «быстрой» - m.EDL) в условиях белковой сенсибилизации (БС): 1) изменение соотношений максимальных сил сокращения на карбахолин и хлористый калий и 2) изменение малонового диальдегида в ткани этих мышц.
Материалы и методы
Эксперименты проводились на мышах, которые сенсибилизировались яичным альбумином [1]. В эксперимент животные забирались на пике сенсибилизации. Механомиографические исследования осуществлялись на препаратах изолированных мышц (m.soleus и m.EDL) в изометрических условиях. Сокращение регистрировалось датчиком силы. Сократительная функция анализировалась по силе сокращения in vitro на КХ и KCl в максимальных концентрациях.
Малоновый диальдегид (МДА) определялся в гомогенатах мышц (m.soleus и m.EDL) контрольных и сенсибилизированных мышей по реакции с тиобарбитуровой кислотой (ТБК) при высокой температуре в кислой среде [2].
Результаты
Показано, что для m.soleus соотношение силы сократительных ответов на максимальные концентрации агониста (2х10-3М) и KCl (150 ммоль/л) (РКХmax/PKClmax) в контроле составляло 50,1% при БС 32,3%), т.е. показатель РКХmax/PKClmax снизился до 64,5% от контроля.
Соотношение силы сократительных ответов m.EDL на максимальные концентрации агониста (4х10-3М) и KCl (250 ммоль/л) (РКХmax/PKClmax) в контроле составляло 75,9%, при БС - 36,5%, т.е. соотношение РКХmax/PKClmax в условиях БС снизилось до 48,1% от контроля.
В ткани m.soleus уровень МДА снизился с 237,36±73,67 мкМ/кг до 119,46±24,65 мкМ/кг (р<0,05), в m.EDL значение МДА при БС не менялось: 111,02±25,61 мкМ/кг в контроле и 127,99±8,93 мкМ/кг при БС (р>0,05).
Обсуждение
Результаты экспериментов показывают, что двигательная мускулатура в период аллергической перестройки организма изменяет свою сократительную функцию. Причем характер этих изменений для «быстрых» и «медленных» мышц имеет существенные отличия. Ранее было показано, что в условиях сенсибилизации у «быстрой» мышцы сила сокращения на карбахолин снижается, а у «медленной» увеличивает [4, 6]. В основе динамики силы «медленной» мышцы лежат АТФ-зависимые механизмы [4]. Следовательно, у «медленных» фазных мышц устойчивость к внешним нагрузкам, обеспечивающая работоспособность при продолжительной физической деятельности в условиях экспериментальной аллергии, определяется динамикой чувствительности к ацетилхолину. Гипотетическое участие АТФ-зависимых механизмов в регуляции пластичности скелетных мышц подтверждается показанной нами ранее способностью экзогенной АТФ регулировать сокращение изолированной СМ на холиномиметик через протеинкиназу С [5].
В настоящей работе показано, что в «медленной» мышце, в отличие от «быстрой», в условиях БС изменяется МДА. Корреляция изменения уровня альдегида с активностью АТФ-синтазы [8], показанная на сердечной и скелетных поперечнополосатых мышцах мыши, характеризует изменение баланса систем про- и антиоксидантного равновесия, чем определяются функциональные изменения в СМ при БС. Следовательно, уровень МДА характеризует состояние ряда мембранных и митохондриальных белков и как маркер окислительного стресса опосредованно определяет динамику механизмов ЭМС в двигательных мышцах при аллергической перестройке.
Изменения, возникающие в СМ при сенсибилизации, гипотетически, могут затрагивать различные этапы ЭМС - как поверхностную мембрану мышечных клеток, включая постсинаптическую мембрану, так и систему работы сократительных белков. Представленные в статье результаты позволяют отделять в пластичности СМ при БС АТФ-зависимые процессы от иных.
Можно предположить следующую степень участия АТФ в механизмах пластичности СМ на различных этапах генерации иммунного ответа. В литературе показано, что АТФ увеличивает продукцию интерлейкина-1 (ИЛ-1), чем способствует усилению специфического звена иммунитета [7]. Помогая образованию активной каспазы-1, находящаяся во внеклеточном пространстве АТФ обеспечивает секрецию биологически активных форм ИЛ-1. Гиперэкспрессия пуриновых рецепторов (Р2Х7) приводит к секреции интерлейкина-1ß. Однако в ходе генерации аллергической реакции в тканях, окружающих мышцу, появляется внеклеточная, эндогенная АТФ. Аденозинтрифосфат, который выделяется макрофагами и дендритными клетками при стимуляции выработки ими ИЛ-1, является одним из факторов, обеспечивающих развитие аллергической реакции [7]. Одновременно АТФ регулирует интенсивность неквантовой секреции ацетилхолина, т.е. выступает в роли кофактора синаптической передачи.
Обнаруженная совокупность изменений физиологических показателей свидетельствует, что они затрагивают различные этапы сокращения мышцы. Динамика силы сокращения, характеризующая холиноопосредованные процессы возбуждения мышечных волокон (МВ), носит для «быстрых» и «медленных» мышц разнонаправленный характер.
Однако МДА является при оксидативном стрессе одним из ключевых маркеров перекисного окисления липидов и характеризует состояние внутриклеточной среды миоцитов, демонстрируя уровень свободных радикалов. Определяясь балансом про- и антиоксидантных систем, он является одним из показателей, который обеспечивает работу механизмов ЭМС в мышечных волокнах [8]. В наших экспериментах уровень альдегида в ткани m.soleus снижался, у m.EDL его изменение не носило достоверного характера.
Сопоставление динамики силы сокращения с изменением уровня МДА показало, что у «медленной» мышцы увеличение силы коррелирует со снижением альдегида. Очевидно, что это 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 при БС в «медленной» мышце может опосредованно являться причиной изменения как на мембране, так и в цитоплазме ее МВ.
В противоположность «медленной», «быстрая» мышца обладает бóльшей устойчивостью динамики сократительных свойств при БС. Являясь удобным «тестом» для изучения процессов ЭМС, сокращение изолированной СМ на повышение концентрации ионов К+ [3] многократно повышает свою информативность при сравнении с карбахолиновым сокращением. Отношение максимальной силы, которую способна развивать мышца 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 последующих этапов в механизмах ЭМС. В наших исследованиях динамика этого показателя при БС - угнетение, более выраженное для «быстрой» мышцы (до 48,1% от исходной), чем для «медленной» (до 64,5%), свидетельствует, что механизмы пластичности у первой в большей степени определяются внутриклеточными механизмами сокращения миоцита.
Выводы
1. Пластичность скелетных мышц в условиях БС определяется динамикой комплекса механизмов ЭМС, локализованных как на холиновозбудимой постсинаптической мембране, так и в цитоплазме МВ.
2. Пластичность «медленной» мышцы при БС в значительной степени определяется АТФ-зависимыми механизмами. Механизмы пластичности «быстрой» мышцы в условиях БС опосредуются динамикой калийзависимых процессов сокращения.
Рецензенты:
Сайфутдинов М.С., д.б.н., в.н.с. лаборатории патологии осевого скелета и нейрохирургии ФГБУ «РНЦ ВТО им. Академика Г.А. Елизарова» Минздрава России, г. Курган;
Долганова Т.И., д.м.н., в.н.с. лаборатории коррекции, деформации и удаления конечностей ФГБУ «РНЦ ВТО им. Академика Г.А. Елизарова» Минздрава России, г. Курган.