CC BY
54
© К. А. Литвяк, В. И. Соболев
УДК 612. 444 + 612. 741
К. А. Литвяк, В. И. Соболев
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНОГО ТИРЕОИДНОГО СТАТУСА НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ СКЕЛЕТНОЙ МЫШЦЫ БЕЛЫХ КРЫС (исследование in situ)
Донецкий национальный университет (г. Донецк)
Работа выполнена в Донецком национальном университете и Мелитопольском государственном педагогическом университете в рамках госбюджетных НИР «Роль біологічно активних речовин та їх взаємодія в регуляції фізіологічних функцій організму в нормі та при різних патологічних станах» (номер госрегистрации 0109U008621).
Вступление. Тиреоидные гормоны являются важным элементом гормональной регуляции функционального состояния нервно-мышечной системы [1, 6, 8]. В настоящее время установлено, что под тиреоидным контролем находятся основные параметры, определяющие функцию скелетной мышцы. В ряде публикаций приводятся сведения о способности гормонов щитовидной железы модулировать работу ионных насосов в мембранах мышечных волокон [9 - 12], изменять метаболизм скелетной мышцы [2, 3], а также оказывать влияние на процессы нервно-мышечной передачи [4, 5, 7]. Таким образом, тиреотоксикоз вызывает многочисленные изменения со стороны различных звеньев нервномышечного аппарата, что является проявлением их патофизиологического эффекта.
Однако большинство исследований выполнены в условиях in vitro, что затрудняет физиологическую интерпретацию полученных результатов. Вместе с тем остается недостаточно исследованным ряд вопросов, касающихся изучения характера действия гипертиреоза и тиреотоксикоза разной степени выраженности на физиологические параметры сократительного акта [6, 8].
Целью работы явилось выяснение в условиях in situ характера влияния экспериментального гипер-и тиреотоксикоза различной степени выраженности на эргометрические показатели изотонического сокращения скелетной мышцы.
Объект и методы исследования. Эксперименты выполнены на 50 белых крысах-самцах, разделенных на 4 группы. У животных первой группы (n=10) вызывался экспериментальный гипертиреоз путем п/к введения трийодтиронина в дозе 5 мкг/ кг в течение 5-и суток (1Т3-группа). Выраженность экспериментального гипертиреоза оценивалась как легкая. Основанием этому служила ректальная температура, скорость потребления кислорода, частота сердечных сокращений и масса тела. При использованной модели ректальная температура
у животных повышалась до 38,3+0,1°С (у контроля 37,9+0,1°С), потребление кислорода увеличивалось на 3,1±0,5 мл/кг мин (+14 %, р<0,01), а тахикардия была умеренной и составляла 445±8 уд/мин, т. е. была на 66±7 уд/мин больше (р<0,01), чем у контроля. Масса тела у животных за период проведения инъекций трийодтиронина падала на 20±7 г. (р<0,01).
У крыс второй группы (п=10) вызывалось состояние экспериментального тиреотоксикоза средней степени выраженности. Используемая модель формировалась путем подкожного введения трийодтиронина в дозе 20 мкг/кг ежесуточно в течение 5 дней (2Т3-группа) и характеризовалась ректальной температурой животных 39,3±0,2 °С. Скорость потребления кислорода возрастала на 28 % (р<0,01), а степень тахикардии увеличилась до 470±8 уд/мин, что было на 91±9 уд/мин больше (р<0,01), чем при состоянии эутиреоза. Масса тела у животных за период проведения инъекций трийодтиронина падала на 26±7 г (р<0,01).
У животных третьей группы (п=10) вызывался экспериментальный тиреотоксикоз тяжелой степени выраженности. Такое состояние достигалось путем п/к ежесуточного введения трийодтиронина в дозе 20 мкг/кг в течение 15 дней. Основным показателем наступления состояния тяжелого тиреотоксикоза служила высокая ректальная температура (39,8+0,2 °С), повышенная скорость потребления кислорода (+42 %, р<0,01) и тахикардия (+144±12 уд/мин, р<0,01). Масса тела у животных за период проведения инъекций трийодтиронина падала на 61±9 г (р<0,01).
Крысы четвертой группы (п=10) служили контролем (К-группа) и совместно с животными опытных групп содержалась в условиях вивария Донецкой областной санитарно-эпидемиологической станции при температуре 22...26 °С, получая стандартный корм и воду.
В ходе проведения опыта у животных всех групп исследовался рад параметров, характеризующих функциональное состояние скелетной мышцы (табл. 1). С этой целью использовалась экспериментальная установка, состоящая из двух каналов. Канал электростимулятора представлен электростимулятором, построенным на основе функционального генератора 1С_8038СС0Р, оптронной
Таблица 1
Перечень основных эргометрических показателей сокращения переднеберцовой мышцы белых крыс по данным кумулятивной миограммы
№ Показатель Обозначение Пояснение
1 латентный период сокращения мышцы t л. п., МС - время от момента нанесения раздражения на нерв до появления метрического укорочения мышцы при первом сократительном акте
2 максимальная амплитуда кумулятивной миограммы h макс., ММ - максимально возможная метрическая величина укорочения мышцы в сократительном цикле на кумулятивной миограмме;
3 максимальная частота стимуляции в момент достижения максимального пика миограммы f макс., имп/с - значение частоты следования импульсов стимулятора, при которой амплитуда кумулятивной миограммы более не изменяется, достигая максимально возможной величины;
4 частота импульсов стимулятора в момент начала гладкого тетануса f . глад., имп/с - частота следования импульсов стимулятора, при которой зубчатый тетанус сменяется гладким; критерием служит факт уменьшения амплитуды отдельного сокращения на 95 % от исходного (первого);
5 средняя длительность отдельных сокращений мышцы в начальной фазе миограммы t сред., с - средняя длительность отдельных последовательных сокращений мышцы в начальной фазе кумулятивной миограммы; принимались во внимание сокращения с равной амплитудой (±5 %);
6 число сокращений в начальной фазе кумулятивной миограммы N сокр. - число последовательных отдельных сокращений мышцы на кумулятивной миограмме с одинаковой амплитудой (±5 %); данный сегмент миограммы располагается в ее начальной части.
7 средняя амплитуда одиночных сокращений в начальной фазе кумулятивной миограммы h сред., ММ - принимались во внимание сокращения с равной амплитудой (±5 %); располагаются в начальной фазе кумулятивной миограммы
гальванической развязкой на основе оптрона 6N135 (TOSHIBA) и биполярными игольчатыми стальными электродами с межэлектродным расстоянием 1 мм. Электростимулятор позволял с помощью микроконтроллера в широких пределах задавать требуемые параметры прямоугольных импульсов: частоту, длительность, скважность, амплитуду и продолжительность нанесения раздражения.
Эргометрический канал представлен датчиком перемещения (потенциометрический датчик ПТП-1), электрическим мостом Уитсона, усилителем тока и регистрирующим устройством - цифровым дивайсом с компьютером. Описанный канал служит для измерения высоты, на которую поднимается груз во время изотонического сокращения мышцы с грузом, а также графической записи в цифровом виде собственно миограммы (эргограммы) в память многоканального цифрового запоминающего осциллографа Siglent SDS1062CM и компьютера.
Для измерения параметров изотонического сокращения переднеберцовой мышцы в условиях in situ проводилась регистрация так называемой кумулятивной миограммы. Особенностью кумулятивной миограммы являлся специальный режим нанесения раздражения на нерв. Он заключался в раздражении нерва импульсами стимулятора с плавно нарастающей частотой. В нашем случае частота стимуляции прямо пропорционально нарастала от 4 имп/с до 65 имп/с. Продолжительность нанесения раздражения составляла 6,5 с при неизменной амплитуде (300 мВ) и длительности (100 мкс) импульсов
стимулятора. Образец записи-оригинала кумулятивной миограммы приведен на рис. 1.
Ход опыта был следующим. Первоначально у не-наркотизированных животных в условиях термонейтральной зоны при температуре 28-30 0С измерялись ректальная температура (электронный термометр), величина потребления кислорода (электронный газоанализатор «Radiometer») и частота сердечных сокращений (электронный кардиотахометр). Затем
CHI- 200mU СН2- 2.00U М 1.00S
М Pos :4,98ms
Рис. 1. Образец записи кумулятивной миограммы переднеберцовой мышцы крысы 1Т3-группы.
Примечание: использовался много-канальный запоминающий цифровой осциллограф Бідіеггї 80Б1062СМ; кривая миограммы состоит из 20493 точек с шагом квантования 1 мс. ; нижняя кривая -импульсы стимулятора нарастающей частоты.
Таблица 2
Характеристика показателей функционального состояния переднеберцовой мышцы белых крыс с различным тиреоидным статусом при изотоническом сокращении
(анализ кумулятивной миограммы)
Показатель Эутиреоз n=10 Гипер-тиреоз 1Т3-группа n=10 Тирео-токсикоз 2Т3-группа n=10 Тиреотоксикоз 3Т3-группа n=10
латентный период сокращения мышцы, п мс 24,9 ±0,4 21,1±0,3 -3,8±0,5 -15 % p<0,05 31,1±1,7 +6,2±1,8 +25 % p<0,05 40,2±0,9 + 15,3±0,98 +61 % p<0,05
максимальная амплитуда кумулятивной миограммы, Ь мм; ~ ’ макс., ’ 18,9 ±0,45 22,5±0,6 +3,6±0,8 + 19 % p<0,05 16,3±0,8 -2,6±0,9 -14 % p<0,05 10,2±0,9 -8,7±1,0 -46 % p<0,05
максимальная частота импульсов стимулятора в момент достижения максимальной амплитуды миограммы, f имп/с ~ ’ макс., ' 36,2 ±0,5 39,7±1,4 +3,5±1,5 + 10 % p<0,05 29,0±1,5 -7,2±1,6 -19 % p<0,05 16,7±1,8 -19,5±1,9 -54 % p<0,05
частота импульсов стимулятора в момент начала гладкого тетануса, fглад имп/с; 14,2 ±0,4 17,0±1,0 +2,8±1,1 + 19 % p<0,05 11,7±0,5 -2,5±0,44 -18 % p<0,05 8,5±0,4 -5,7±0,5 -40 % p<0,05
средняя длительность отдельных сокращений в начальной фазе кумулятивной миограммы, 1срея мс; 129 ±5 108 ±7 -14 % p<0,05 152 ±4 +20 % p<0,05 199 ±18 +54 % p<0,05
число амплитудно-стабильных сокращений в начальной фазе кумулятивной миограммы, Ысокр ; 4,3 ±0,3 5,2±0,15 +0,9±0,33 +21 % p<0,05 3,1±0,16 -1,2±0,34 -28 % p<0,05 2,5±0,2 -1,8±0,36 -41 % p<0,05
средняя амплитуда одиночных сокращений в начальной фазе кумулятивной миограммы, Ьсред мм; 4,2 ±0,1 5,5±0,2 + 1,3±0,22 +30 % p<0,05 3,1±0,2 -1,1±0,22 -26 % p<0,05 2,7±0,3 -1,5±0,31 -35 % p<0,05
Примечание: приведены средние значения и разница показателя по отношению к контрольному уровню.
животное наркотизировалось (тиопентал, в/б в дозе 75 мг/кг), фиксировалось в станке установки, после чего препаровался малоберцовый нерв. Названный нерв иннервирует переднюю большеберцовую мышцу, сокращение которой вызывает сгибание стопы задней лапки с соответствующим подъемом груза массой 100 г на высоту «h». При анализе записей кумулятивной миограммы измерялся и вычислялся ряд параметров (табл. 1), характеризующих функциональное состояние скелетной мышцы.
Статистическая обработка осуществлялась с использованием стандартных методов вариационной статистики (пакеты анализа Excel и Statistica,7).
Результаты экспериментов и их обсуждение. Результаты экспериментов показали, что ти-реоидный статус оказывает выраженное влияние на все параметры, отражающие функциональное состояние скелетной мышцы (табл. 2). Так, видно, что латентный период мышечного сокращения у крыс с экспериментальным гипертиреозом легкой степени выраженности (1Т3-группа) укорачивался в сравнении с контролем на 15 %, что свидетельствует о росте возбудимости мышечных волокон. Иная закономерность имела место у животных с
экспериментальным тиреотоксикозом. Действительно, у крыс 2Т3- и 3Т3-группы латентный период не укорачивался, а наоборот - удлинялся соответственно на 25 и 61 %.
Вторая группа функциональных показателей мышцы связана с максимальной амплитудой кумулятивной миограммы (Ьмакс) и частотой стимуляции, при которой она развивается ^макс). По данным табл. 2 следует, что Ь и f у животных контрольной
’ макс макс. 3 ~
группы составляли 18,9±0,45 мм и 36,2±0,5 имп/с, а у животных 1Т3-группы - соответственно на 19 % и 10 % выше.
Представляет интерес обсуждение результатов характера влияния тиреоидного гормона трийод-тиронина на мобильные характеристики сократительного акта, которые разнонаправлено изменялись в зависимости от степени выраженности экспериментального гипертиреоза. Объяснение полученных результатов может быть сделано с учетом имеющихся в литературе данных относительно направленности действия тиреоидных гормонов на морфологические, электрофизиологические и биохимические показатели скелетной мышцы. Так, в литературе существуют сообщения в пользу
г ґ
•/ 1 Г\ А г ґ
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 16 17 18 19 20
д
Частое сиууляиии, имУс
Рис. 2. К определению частоты стимуляции, при которой начинается гладкий тетанус. Обозначения: на Д - образец записи начального фрагмента кумулятивной миограммы у животного контрольной группы; на Б - то же, но у крысы с экспериментальным гипертиреозом; видно, что на верхнем рисунке гладкий тетанус начинается при частоте 13 имп/с, а на нижнем рисунке - при частоте 17 имп/с.
позитивного влияния гипертиреоидных состояний на плотность Na+-каналов в плазматической мембране [9, 12], а также на активность и концентрацию молекул Са2+-АТФазы в мембранах саркоплазмати-ческого ретикулума [10, 11].
Таким образом, если допустить вероятность осуществления каких-либо из упомянутых выше стимулирующих эффектов тиреоидных гормонов на состояние Са2+-насоса саркоплазматического ретикулума, сродство миофибриллярных белков к ионам Са2+, активность миозиновой АТФазы, пассивный выход Са2+ в саркоплазму волокна, то закономерно можно ожидать улучшения скоростных характеристик скелетной мускулатуры под влиянием физиологических и повышенных концентраций йодтиронинов. Вполне возможно, что какой-то один или даже несколько из этих механизмов позитивного влияния гормонов щитовидной железы на элементарный сократительный акт реализовались и в нашей модели легкого гипертиреоза и проявились в условиях in situ в улучшении скоростных характеристиках изотонического сокращения.
В связи с отмеченным, наиболее вероятным объяснением ухудшения силовых характеристик исследуемой мышцы животных с тяжелой формой выраженности экспериментального тиреотоксикоза, на наш взгляд, является допущение о том, что большая, по сравнению с контролем, часть мышечных волокон просто выключается из сократительного акта по причине каких-то функциональных, метаболических или других изменений, тогда как в случае
использования малых нагрузок эти волокна могут участвовать в механическом ответе.
Выводы.
1. Тиреоидные гормоны выступают модулятором латентного периода мышечного сокращения: при экспериментальном гипертиреозе слабой степени выраженности (ректальная температура 38,3±0,1 °С) латентный период укорачивался на 15 %, а при экспериментальном тиреотоксикозе средней и тяжелой степени выраженности (ректальная температура 39,3±0,2 и 39,8±0,2 °С), наоборот - удлинялся на 25 и 61 %.
2. При экспериментальном гипертиреозе частота электростимуляции, при которой зубчатый тетанус сменяется гладким,увеличивается в сравнении с контролем на 19 %, а при состоянии тиреотоксикоза средней и тяжелой степени выраженности, наоборот - уменьшается на 18 и 49 %.
3. Тиреоидный статус оказывает влияние на продолжительность отдельных сокращений мышцы в начальной фазе кумулятивной миограммы: при экспериментальном гипертиреозе она становится на 14 % меньше по сравнению с контролем, а при тиреотоксикозе продолжительность отдельных сокращений существенно удлиняется (20 и 54 %).
Перспективы дальнейших исследований связаны с последующим изучением характера связи между уровнем циркулирующего трийодтиронина и электрофизиологическими параметрами нервномышечной передачи.
Список литературы
1. Гайдина Г. А. К характеристике состояния нервно-мышечной передачи при экспериментальном тиреоидиновом токсикозе / Г. А. Гайдина, Л. М. Гольбер, Г. Н. Крыжановский // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. -1972. - № 9. - С. 24-27.
2. Гольбер Л. М. Патогенез двигательных расстройств при тиреотоксикозе / Г. А. Гайдина, В. Я. Игнатков, М. Н. Алиев / Под ред. Л. М. Гольбера. - М.: Медицина, 1980. - 208 с.
3. Марзоев А. И Действие тироксина на функции саркоплазматического ретикулюма скелетных мышц кролика / А. И. Марзоев, Б. В. Рубцов, Г. И. Клебанов. // Бюлл. эксперим. биологии и медицины. - 1980. - № 5. - С. 541-542.
4. Неруш П. О. Вікові особливості функціонування нервово-м’язової системи щурів за умов гіпертиреозу / П. О. Неруш, Є. А. Макій, О. Г. Родинський // Фізіол. журн. - 2001. — Т. 47, № 5. - С. 12-17.
5. Родинський О. Г. Аналіз активності холінорецепторів скелетного м’яза в умовах експериментального гіпертиреозу / О. Г. Родинський // Одеський медичний журнал. - 2001. - Т. 68, № 6. - С. 33-35.
6. Соболев В. И. Влияние гипертиреоза разной степени выраженности на энергетику изометрического сокращения скелетной мышцы (исследование in situ) / В. И. Соболев, Н. В. Пичурина // Вісник проблем біології і медицини. - 2008. -Вип. 2 - С. 179-185.
7. Соболев В. І. Вплив експериментального атиреозу на енергетику ізометричного скорочення м’яза білого щура (дослідження in situ) / В. І. Соболев, Т. В. Москалець // Фізіол. журн. - 2007. - Т. 53. - № 5. - С. 86-90.
8. Труш В. В. Изменение силовых характеристик скелетной мышцы белых крыс в процессе углубления экспериментального гипертиреоза / В. В. Труш, В. И. Соболев// Архив клин. и эксперим. медицины. - 2003. - Т. 12, № 2. - С. 144-150.
9. Brodie C. Characterization of thyroid hormone effects on Na-K pump and membrane potential of cultured rat skeletal myo-tubes / C. Brodie, S. R. Sampson // Endocrinology. - 1988. - № 2. - P. 891-897.
10. Connelly T. J. L-thyroxine activates the intracellular Ca2+ release channel of skeletal muscle sarcoplasmic reticulum / T. J. Connelly, R. Hayek, S M. Ukhareva et al. // Biochem. Mol. Biol. Int. - 1994. - V. 32, № 3. - P. 441-448.
11. Davis P. J. Thyroid hormone regulation of membrane Ca2+-ATPase activity / Davis P. J., F. B. Davis, W. D Lawrence // Endocr. Res. - 1989. - V. 15. - P. 651-682.
12. Everts M. E. Effects of thyroid hormone on Na+-K+ transport in resting and stimulated rat skeletal muscle / M. E. Everts, T. Clausen // Amer. J. Physiol. - 1988. - V. 255, № 5. - Р 604-612.
УДК 612. 444 + 612. 741
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНОГО ТИРЕОИДНОГО СТАТУСА НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ СКЕЛЕТНОЙ МЫШЦЫ БЕЛЫХ КРЫС (исследование in situ)
Литвяк К. А., Соболев В. И.
Резюме. В экспериментах на белых крысах в условиях in situ изучали характер влияния различного тиреоидного статуса на эрготропные параметры изотонического сокращения передней большеберцовой мышцы. Показано, что тиреоидные гормоны выступают модулятором латентного периода мышечного сокращения: при экспериментальном гипертиреозе слабой степени выраженности (ректальная температура 38,3±0,1 °С) латентный период укорачивался на 15 %, а при экспериментальном тиреотоксикозе средней и тяжелой степени выраженности (ректальная температура 39,3±0,2 и 39,8±0,2 °С), наоборот - удлинялся на 25 и 61 %. Установлено, что при экспериментальном гипертиреозе частота электростимуляции, при которой зубчатый тетанус сменяется гладким, увеличивается в сравнении с контролем на 19 %, а при состоянии тиреотоксикоза средней и тяжелой степени выраженности, наоборот - уменьшается на 18 и 49 %.
Ключевые слова: скелетная мышца, гипертиреоз, тиреотоксикоз.
УДК 612. 444 + 612. 741
ВПЛИВ РІЗНОГО ТИРЕОЇДНОГО СТАТУСУ НА ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ СТАН СКЕЛЕТНОГО М’ЯЗА БІЛИХ ЩУРІВ (дослідження in situ)
Литвяк К. О., Соболев В. І.
Резюме. У експериментах на білих щурах в умовах in situ вивчали характер впливу різного тиреоїдного статусу на ерготропні параметри ізотонічного скорочення переднього великогомілкового м’яза. Показано, що тиреоїдні гормони виступають модулятором латентного періоду скорочення м’яза: за експериментального гіпертиреозу слабкої виразності (ректальна температура 38,3±0,1 °С) латентний період коротшав на 15 %, а за експериментального тиреотоксикозу середнього і важкого ступеню виразності (ректальна температура 39,3±0,2 і 39,8±0,2 °С), навпаки - подовжувався на 25 і 61 %. Встановлено, що за експериментального гіпертиреозу частота електростимуляції, за якої зубчастий тетанус змінюється гладким, збільшується порівняно з контролем на 19 %, а за стану тиреотоксикозу середнього і важкого ступеню виразності, навпаки - зменшується на 18 і 49 %.
Ключові слова: скелетний м’яз, гіпертиреоз, тиреотоксикоз.
UDC 612. 444 + 612. 741
Influence Of Different Thyroid Status On The Functional State Of Skeletal Muscle Of White Rats (research of in situ)
Lytviak K. A., Sobolev V. I.
Summary. In experiments on white rats in the conditions of in situ character of influence of different thyroid status on the ergotrophice parameters of reduction of skeletal muscle was studied It is shown that at experimental hyperthyroidism (rectal temperature of 38,3±0,1 °С) a latent period shortened on 15 %, and at an experimental thyrotoxicosis (rectal temperature 39,3±0,2 and 39,8±0,2 °С) lengthened on 25 and 61 %. It is set that at experimental hyperthyroidism frequency of electrostimulation, at which toothed tethanus is replaced by smooth, increases on 19 %, and at the state of thyrotoxicosis diminishes on 18 and 49 %.
Key words: skeletal muscle, hyperthyroidism, thyrotoxicosis.
Стаття надійшла 1.09.2012 р.
Рецензент - проф. Рибаков С. Й.
