Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

РАЗЛИЧИЯ В МЕХАНИЗМАХ ПЛАСТИЧНОСТИ ПРИ БЕЛКОВОЙ СЕНСИБИЛИЗАЦИИ У «БЫСТРЫХ» И «МЕДЛЕННЫХ» ДВИГАТЕЛЬНЫХ МЫШЦ МЫШИ

Фархутдинов А.М. 1 Митрофанов М.С. 1 Теплов А.Ю. 1
1 ГБОУ ВПО «Казанский государственный медицинский университет» Минздрава России
Проведено комплексное исследование механизмов, обеспечивающих пластичность «быстрых» и «медленных» двигательных мышц мыши в условиях белковой сенсибилизации (БС). Показано, что в динамике сократительной функции изученных скелетных мышц (СМ) при БС обнаружены существенные различия. Причем в механизмах изменения силы сокращения в этих условиях существенная роль отводится как холиноопосредованным процессам возбуждения постсинаптической мембраны, так и изменениям последующих этапов системы электромеханического сопряжения (ЭМС). В частности, показано участие калийзависимых процессов сокращения. Кроме того, показано, что характер и степень наблюдаемых изменений силы сокращения изучаемых мышц in vitro в условиях БС находятся в прямой зависимости от состояния систем про- и антиоксидантного равновесия. Предполагается, что вышеперечисленные изменения в скелетных мышцах являются отражением процессов их адаптации к условиям аллергической перестройки и носят для «быстрых» и «медленных» мышц разнонаправленный характер. Изучение механизмов пластичности 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.
белковая сенсибилизация
сократительные свойства
скелетная мышца
1. Гущин И.С. Экспериментальная модель для разработки и оценки способов контроля немедленной аллергии / Гущин И.С., Зебрева А.И., Богуш Н.Л. и др. // Патологическая физиология и экспериментальная терапия 1986; 4: 18-23.
2. Методы оценки оксидативного статуса: учебно-методическое пособие для вузов / Рахманова Т.И., Матасова Л.В., Семенихина А.В., Сафонова О.А., Макеева А.В., Попова Т.Н. — Воронеж: Изд-во ВГУ, 2009. — 64 с.
3. 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. Ч. 10. — С. 2150–2153.
4. Теплов А.Ю. Пластичность мышечной системы в условиях белковой сенсибилизации. Участие холинергических и пуринергических механизмов / Теплов А.Ю., Фархутдинов А.М., Торшин В.И. Теплов О.В., Миннебаев М.М. // Вестник новых медицинских технологий. 2014. — Т. 21. — № 1. — С. 6–12.
5. Теплов А.Ю. Роль протеинкиназы-С в механизмах влияния АТФ на сократительную функцию изолированной полоски диафрагмы мыши / Теплов А.Ю., Гришин С.Н., Зиганшин А.У., Зефиров А.Л. // Бюллетень экспериментальной биологии медицины. — 2006. — Т. 141. — № 4. — С. 389–392.
6. Teplov A. Ovalbumin-induced sensitization affects non-quantal acetylcholine release from motor nerve terminals and alters contractility of skeletal muscles in mice / Teplov A., Grishin S, Mukhamedyarov M, et al. // Exp Physiol. 2009 Feb;94(2):264-268.
7. Tsai TL. Role of ATP in the ROS-mediated laryngeal airway hyperreactivity induced by laryngeal acid-pepsin insult in anesthetized rats / Tsai TL, Chang SY, Ho CY, Kou YR. // J Appl Physiol. 2009 May; 106(5): 1584-92.
8. Yarian CS, Rebrin I, Sohal RS. Aconitase and ATP synthase are targets of malondialdehyde modification and undergo an age-related decrease in activity in mouse heart mitochondria.// Biochem Biophys Res Commun. 2005 Apr 29; 330(1): 151-6.

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.

 


Библиографическая ссылка

Фархутдинов А.М., Митрофанов М.С., Теплов А.Ю. РАЗЛИЧИЯ В МЕХАНИЗМАХ ПЛАСТИЧНОСТИ ПРИ БЕЛКОВОЙ СЕНСИБИЛИЗАЦИИ У «БЫСТРЫХ» И «МЕДЛЕННЫХ» ДВИГАТЕЛЬНЫХ МЫШЦ МЫШИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 5. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=22758 (дата обращения: 22.09.2021).

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