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.
Библиографическая ссылка
Фархутдинов А.М., Теплов А.Ю., Митрофанов М.С., Валеева И.Х. ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ МАЛОНОВОГО ДИАЛЬДЕГИДА КАК ВОЗМОЖНАЯ ПРИЧИНА ИЗМЕНЧИВОСТИ СОКРАТИТЕЛЬНОЙ ФУНКЦИИ ДВИГАТЕЛЬНЫХ МЫШЦ МЫШИ IN VITRO В УСЛОВИЯХ БЕЛКОВОЙ СЕНСИБИЛИЗАЦИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 3. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=19210 (дата обращения: 24.04.2024).