БЕЛКОВАЯ СЕНСИБИЛИЗАЦИЯ МЕНЯЕТ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОКРАЩЕНЕ m.SOLEUS МЫШИ IN VITRO НА ХОЛИНОМИМЕТИК И KCl.

М.С.МИТРОФАНОВ, А.М.ФАРХУТДИНОВ.

Казанский государственный Медицинский Университет. Казань.

Реферат

В работе исследовано влияние аллергической перестройки организма на сократительную функцию изолированной скелетной мышцы (СМ) голени мыши. Показано, что при белковой сенсибилизации (БС) «медленная» СМ (m.soleus) изменяет показатели сокращения, вызываемого гуморальными агентами - холиномиметиком карбахолином (КХ) хлоридом калия (KCl). В условиях БС сила сокращения, вызванного КХ у «медленной» мышцы повышается, скорость сокращения снижается. Сила и скорость сокращения на KCl при сенсибилизации возрастает. Высказывается предположение, что вариабельность сократительной функции СМ обусловлена как холиноопосредованными процессами возбуждения мембраны мышечных волокон (МВ), так и изменениями в системе электромеханического сопряжения (ЭМС).

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Ключевые слова: Скелетная мышца, сократительные свойства, белковая сенсибилизация.

Важной проблемой современной патофизиологии является вопрос пластичности поперечнополосатых мышц. В значительной мере это относится к спортивной биологии и медицине, к влиянию белковой сенсибилизации на функцию мышечной системы при обязательной вакцинации спортсменов перед соревнованиями. Очевидно, что аллергическая перестройка способна изменять функциональные свойства двигательных мышц [2], ткань которых не может оставаться нечувствительной к гуморальным факторам, появляющимся в организме при формировании аллергической реакции [9]. Актуальность этой проблемы так же определяется необходимостью компенсации функции ряда органов и систем в условиях сопутствующей патологии, имеющей аллергический компонент. Белковая сенсибилизация (БС) является экспериментальной моделью, широко используемой в медико-биологических исследованиях в практике изучения аллергии. Показанная ранее вариабельность функции мышечной системы в этих условиях [9] является одним из ярких проявлений процессов адаптации. Широкий спектр механизмов, обеспечивающих развитие приспособительных процессов при аллергии, включает как изменение мембран МВ [1,9], так и механизмы ЭМС [2]. И если функциональная вариабельность гладких мышц при аллергии изучена 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 роли механизмов ЭМС в адаптации различных скелетных мышц при аллергической перестройке позволит определить как новые варианты коррекции их функции, так и наметить возможную стратегию медикаментозного воздействия.

Цель работы – изучить возможные различия во влиянии белковой сенсибилизации на сократительный ответ «медленной» (камбаловидной - m.soleus) мышцы голени мыши in vitro, вызванный гуморальными агентами – холиномиметиком карбахолином (КХ) хлоридом калия (KCl).

Материалы и методы: 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) внутрибрюшинно, 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 2х10^-5М до 3х10^-3М. 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 [4], а при сравнении с сократительным ответом на КХ позволяет отделять роль холиноопосредованных процессов в механизмах возбуждения мембраны МВ. Это можно определить количественно - отношением максимальной силы, которую способна развивать мышца при сокращении на КХ и KCl (Р_КХmax/P_KClmax).

Результаты. Показано, что у камбаловидной мышцы несенсибилизированной мыши КХ в субмаксимальной концентрации (5х10^-4М) 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 (2х10^-3М) 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).

Для камбаловидной мышцы сила сократительных ответов на агонист в максимальной концентрации (2х10^-3М) и KCl (150 ммоль/л), которая в контроле имела значения: 322,32 + 30,18 мг и 643,23 + 69,59 мг (Р_КХmax/P_KClmax - 50,1%) при БС изменялась соответственно до 475,14 + 52,66 мг (p<0,05) и 1470,49 + 186,05 мг (p<0,01) (Р_КХmax/P_KClmax - 32,3%), т.е. показатель Р_КХmax/P_KClmax при БС снизился до 64,5% от контроля.

Обсуждение. В ходе экспериментов получены сократительные ответы m.soleus мыши in vitro на гуморальные инициаторы сокращения. Анализ карбахолинового сокращения позволяет оценивать как холиноопосредованные процессы возбуждения МВ, так и последующие этапы работы миоцита [9]. Калиевая контрактура является удобным «тестом» для изучения процессов ЭМС [7,10], что согласуется с данными Dulhunty A.F.[6] и Lorcovich H.[8]. Эти авторы, работая на различных мышцах мыши подтвердили предположение, высказанное еще Жуковым Е.К.[4] и Наследовым Г.А.[5], что калиевая контрактура характеризует систему ЭМС и для каждого типа мышечных волокон (МВ) имеет свои особенности. Использование в анализе показателя Р_КХmax/P_KClmax (соотношение силы сокращения на разные гуморальные его инициаторы) позволяет вычленять этапы, определяемые механизмами ЭМС от предшествующих.

БС изменяет функциональные свойства «медленной» мышцы голени мыши. Феноменологически показано возрастание силы ответа в условиях БС на оба инициатора сокращения в субмаксимальных и максимальных концентрациях. Динамика скорости при этом для разных инициаторов носит разнонаправленный характер.

Рассматривая возможные механизмы влияния БС на СМ необходимо обратить внимание на следующие моменты. По данным литературы, изменения в МВ в ходе сенсибилизации способны затрагивать поверхностную мембрану.[1], механизмы ЭМС либо систему сократительных белков [2]. У изучаемой мышцы и скорость, и сила сокращения на KCl возрастают. Подобная динамика свидетельствует, что изменения затрагивают как процессы возбуждения поверхностной мембраны, так и Са²⁺ зависимые механизмы сокращения. Использование в анализе показателя Р_КХmax/P_KClmax подтверждает способность БС изменять свойства «медленной» мышцы. Большая степень снижения у калиевой контрактуры (до 64,5% от исходного против 32,3%) служит дополнительным доказательством существенных изменений в системе ЭМС и является одним из проявлений механизмов адаптации, определяющих пластичность СМ в условиях БС. Очевидно, что оба факта: и способность БС увеличивать силу сокращения, и разнонаправленное влияние на скорость в своей основе определяют механизмы пластичности СМ.

Дальнейшее изучение механизмов компенсации, определяющих динамику сократительных свойств поперечнополосатых мышц в условиях БС позволит расширить наши представления об их способности обеспечивать развитие резистентности к длительным внешним нагрузкам. Описанные процессы определяют снижение утомляемости двигательных мышц, а так же увеличение работоспособности при продолжительной физической деятельности. Детальное раскрытие особенностей участия механизмов ЭМС в адаптации скелетных мышц при аллергической перестройке позволит предположить новые варианты коррекции их функции, а так же наметить возможную стратегию медикаментозного воздействия.

Литература:

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:.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: 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: 91-105.

7. 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: .948-953.

8. Lorcovich H Potassium contractures in mouse limb muscles. J. Physiol. 1983; 343: .569-576.

9. Teplov, A.Y., Grishin, S.N., Mukhamedyarov, M.A., Ziganshin, A.U., Zefirov, A.L. and 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): 264-268.

10. Yuan P, Leonetti MD, Hsiung Y, MacKinnon R. Open Structure of the Ca2+ Gating Ring in the High-Conductance Ca2+-Activated K+ Channel. Nature, 2011; 481(7379): 94–97.