CC BY
60
М. М. Глашев, И. А. Разговорова, Е. В. Михайлова, В. В. Кравцова, И. И. Кривой
ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И СОКРАТИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ M. SOLEUS КРЫСЫ И МОНГОЛЬСКОЙ ПЕСЧАНКИ ПРИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ РАЗГРУЗКЕ
Введение
Хорошо известно, что длительное снижение гравитационной нагрузки на постуральные мышцы, прежде всего т. 8о1еш, приводит к глубокой перестройке структурно-функциональной организации мышечной ткани [1-3]. При гравитационной разгрузке интенсивно развиваются атрофические процессы, снижаются сила и работоспособность мышц, наблюдается изменение миозинового фенотипа волокон в сторону увеличения экспрессии быстрых изоформ тяжелых цепей миозина [4, 5]. Происходит снижение уровня электрической и соответственно механической активности мышцы [6]. В условиях гравитационной разгрузки нарушается ряд мембранных процессов: увеличивается экспрессия Са2+-каналов Ь-типа [7], №+- и С1--каналов [8-10], снижается экспрессия АТФ-чувствительных К+-каналов [11]. Наблюдается также снижение мембранного потенциала покоя (МПП) мышечных волокон [9, 12], уменьшение электрического сопротивления мембраны и возбудимости т. зо1еш [8-10].
Перечисленные нарушения зафиксированы для т. зо1еш на достаточно поздних сроках гравитационной разгрузки (как правило, семь суток и более). Однако можно полагать, что запуск так называемой «атрофической программы» происходит на гораздо более ранних этапах разгрузки. В связи с этим особое внимание привлекает феномен накопления ионов кальция в миоплазме именно в этот период разгрузки, что рассматривается в качестве вероятного сигнала к развитию атрофических процессов [5, 13-15]. Предполагаемым пусковым механизмом такого накопления кальция может быть деполяризация мышечной мембраны, активирующая потенциал-зависимые Са2+-каналы Ь-типа и вход кальция в миоплазму из внеклеточного пространства. Однако остается неизвестным, насколько рано при гравитационной разгрузке начинает развиваться деполяризация мембраны мышечных волокон, и, что принципиально важно, неясен механизм этой деполяризации.
Описанные выше феномены были обнаружены в экспериментах на крысах и мышах, у которых гравитационная разгрузка относительно быстро приводит к структурно-функциональным изменениям постуральных мышц. В 2007 г. впервые был проведен эксперимент, в рамках которого на борту космического аппарата «Фотон-М3» в течение двенадцати суток находились монгольские песчанки (Meriones unguiculatus), характеризующиеся повышенной устойчивостью к условиям аридной зоны обитания. Было установлено, что постуральные мышцы песчанки более устойчивы к негативному действию невесомости и/или у нее быстрее формируется компенсаторная реакция [16]. Поскольку целый ряд характеристик мышц песчанки после космического полета
© М. М. Глашев, И. А. Разговорова, Е. В. Михайлова, В. В. Кравцова, И. И. Кривой, 2011
определен не был, представляется важным провести подобные исследования в лабораторных условиях моделирования гипогравитации.
Целью данной работы было сравнение электрофизиологических и сократительных характеристик m. soleus крысы и монгольской песчанки в период от одних до двенадцати суток моделирования гравитационной разгрузки, а также выяснение механизма снижения МПП мышечных волокон в этих условиях.
Материалы и методы исследования
Основная часть экспериментов проведена на изолированных нервно-мышечных препаратах m. soleus самцов белых крыс линии Вистар (исходная масса 190-230 г), а также самцов монгольских песчанок (исходная масса 54 ± 2 г). Часть опытов проведена на изолированных нервно-мышечных препаратах диафрагмы крысы. Моделирование гравитационной разгрузки (антиортостатическое вывешивание) осуществляли по стандартной методике [17]. Условия содержания животных и приемы работы с ними соответствовали нормам международного и российского законодательства.
Электрофизиологические и механографические исследования. После выделения m. soleus (или полоску левой полудиафрагмы) с отрезком нерва помещали в экспериментальную камеру с проточным физиологическим раствором следующего состава (в мМ): NaCl-137; KCl-5; CaCl2-2; MgCl2-2; NaHCO3-24; NaH2PO4-1; глюкоза-11 (pH 7,4). Раствор постоянно аэрировали карбогеном (95% O2 + 5% CO2), температура раствора составляла 28° С. Перед началом эксперимента мышцы выдерживали в этих условиях в течение 60 мин.
Величину МПП мышечных волокон регистрировали внутриклеточно с помощью стеклянных микроэлектродов с внутренними капиллярами (BF150-110-10, Sutter Instrument, Co., USA), изготовленных на микрокузнице Sutter P-97 (USA). Микроэлектроды заполняли 3 М раствором KCl, их сопротивление составляло менее 10 мОм, собственный потенциал кончика не превышал нескольких мВ. Регистрацию МПП проводили во внесинаптическом районе мышечных волокон на расстоянии около 2 мм от визуально идентифицируемых мест нервных разветвлений. После введения микроэлектрода в мышечное волокно нажатием кнопки формировался синхроимпульс, который запускал аналого-цифровой преобразователь и автоматическую регистрацию МПП. После этого микроэлектрод выводили из данного волокна, и подобную процедуру регистрации МПП быстро повторяли в 20-25 волокнах.
Входное сопротивление (Квх) мышечных волокон измеряли с помощью одного микроэлектрода и системы измерения его сопротивления и компенсации входной емкости усилителя, как описано ранее [18]. Сначала, после введения микроэлектрода в волокно, регистрировали суммарное сопротивление микроэлектрода и R^ волокна. Затем микроэлектрод выводили из волокна и регистрировали его собственное сопротивление в растворе. Значение R^ вычисляли как разницу между измеренными значениями сопротивлений.
Одиночные и тетанические сокращения в ответ на прямое раздражение (длительность стимула 0,5 мс) регистрировали в изометрическом режиме при помощи механотрона FT03 C (Grass Instrument, Co., USA). Для стимуляции использовали стимулятор A310 Accupulser (World Precision Instruments, Inc., USA). Раздражение осуществляли с помощью хлорсеребряных электродов, один из которых располагался под мышцей,
а другой — на ней. Электроды располагали в безнервной части мышцы. Определяли максимальную силу и время нарастания сокращения (10-90% от максимальной силы), время полурасслабления мышцы, площадь под огибающей сокращения.
В опытах применяли уабаин (Sigma), для приготовления растворов использовали соли производства фирм Вектон, Реахим, Экрос (Россия).
Для статистической обработки применяли программу ORIGIN 6.1. В тексте, таблице и на рисунках приведены средние значения величин и их ошибки.
Результаты исследований и их обсуждение
Влияние вывешивания на параметр «масса m. soleus/масса тела». Параметр «масса мышцы (мг)/масса тела (г)» традиционно применяется как достаточно простой критерий оценки развития атрофических процессов в мышце. По-видимому, основной причиной снижения относительной массы m. soleus при вывешивании является уменьшение площади поперечного сечения (диаметра) мышечных волокон, что подтверждается рядом наблюдений [9-11, 19-21]. У крысы уже после первых суток вывешивания наблюдалась тенденция к снижению отношения массы m. soleus к массе тела с 0,62 ± 0,01 (56 мышц) в контроле до 0,59 ± 0,02 (15 мышц). Через трое суток вывешивания этот параметр (0,56 ± 0,03, 21 мышца, р < 0,05) был достоверно снижен по сравнению с контролем. У песчанки данное отношение составило в контроле 0,73 ± 0,02 (29 мышц). Через трое суток вывешивания (в отличие от крысы) это отношение не изменялось (0,73 ± 0,03; 20 мышц), а через двенадцать суток достоверно (р < 0,05) снижалось до 0,66 ± 0,03 (25 мышц) (рис. 1, а). Таким образом, полученные данные свидетельствует о замедленном характере развития атрофических процессов в m. soleus песчанки в ходе функциональной разгрузки по сравнению с крысой.
Влияние вывешивания на входное сопротивление мышечных волокон. У крысы входное сопротивление (Явх) волокон m. soleus достоверно (р < 0,01) увеличивалось от
Вывешивание, сутки
Вывешивание, сутки
Рис. 1. Влияние вывешивания на отношение «масса мышцы/масса тела» (а) и на величину входного сопротивления волокон (б) т. боієш крысы (светлые кружки) и монгольской песчанки (темные кружки)
По осям абсцисс — продолжительность вывешивания (сутки); по осям ординат: а — отношение «масса мышцы/масса тела»; б — входное сопротивление £вх (мОм). * — р < 0,05; ** — р < 0,01 по сравнению с контролем.
1,35 ± 0,05 мOм (14 мышц, 373 волокна) в контроле до 2,32 ± 0,05 мOм (16 мышц, 395 волокон) через трое суток вывешивания, причем эффект развивался уже через одни сутки разгрузки (рис. 1, б). У песчанки исходная величина R^ в контроле (1,49 ± 0,05 мOм, 13 мышц, 337 волокон) не отличалась от R^ мышечных волокон крысы. Oднако, в отличие от крысы, величина R^ у песчанки через трое суток разгрузки не изменялась, хотя через двенадцать суток также наблюдалось достоверное (p < 0,01) увеличение R^ до 2,82 ± 0,1 мOм (13 мышц, 242 волокна) (см. рис. 1, б).
Ранее сообщалось об увеличении R^ волокон m. soleus крысы на относительно поздних сроках (пятнадцать суток) разгрузки [22]. В настоящей работе впервые показано увеличение этого показателя уже через одни сутки вывешивания крыс. При использованном нами методе измерения R^ регистрируется распределенное сопротивление всего мышечного волокна, в основном определяемое сопротивлениями поверхностной мембраны и миоплазмы. В литературе имеются данные только об уменьшении сопротивления мембраны волокон m. soleus после гравитационной разгрузки, либо о повышении проводимости мембраны для хлора, натрия и отчасти калия, что снижает это сопротивление [8-10, 20]. Поэтому наблюдаемое нами увеличение R^ отражает, скорее всего, увеличение сопротивления миоплазмы мышечных волокон в результате уменьшения их диаметра, отмеченного для m. soleus крысы уже через трое суток разгрузки [20, 21]. Oтносительно медленное изменение R^ волокон у песчанки может свидетельствовать о более медленном развитии обсуждаемых нарушений в ходе вывешивания. Этот вывод соответствует тому, что площадь поперечного сечения волокон m. soleus песчанки меньше изменяется при вывешивании по сравнению с крысой [21].
Влияние вывешивания на МПП мышечных волокон m. soleus. Уже после одних суток вывешивания величина МПП волокон m. soleus крысы составила -68,1 ± 0,4 мВ (8 мышц, 370 волокон), что было достоверно (p < 0,01) меньше величины МПП в контроле: -71,0 ± 0,5 мВ (9 мышц, 222 волокна). Через трое суток вывешивания деполяризация усиливалась и величина МПП составила -66,8 ± 0,7 мВ (8 мышц, 187 волокон). Исходная величина МПП волокон m. soleus песчанки (-71,7 ± 0,3 мВ, 19 мышц, 547 волокон) была такой же, как и у крысы. После трех суток вывешивания деполяризация волокон не наблюдалась. Oднако после двенадцати суток вывешивания величина МПП у песчанки, как и у крысы, снижалась до уровня -66,4 ± 0,6 мВ (12 мышц, 272 волокна), что достоверно (р < 0,01) отличалось от контроля (рис. 2, а).
Гистограммы распределения МПП в мышцах контрольных и экспериментальных крыс существенно не различались по форме, наблюдался лишь сдвиг гистограммы в сторону деполяризации после вывешивания в течение трех суток (рис. 3, а). Аналогичная картина наблюдалась и для m. soleus песчанки после двенадцати суток вывешивания (рис. 3, б).
Анализ гистограмм распределения МПП свидетельствует о том, что снижение средней величины МПП после вывешивания обусловлено именно деполяризацией волокон, а не искажением формы распределения МПП. До настоящего времени сообщалось о деполяризации мембраны волокон m. soleus крысы, наблюдаемой через семь и более суток гравитационной разгрузки [9, 10, 12]. Нами впервые обнаружено, что деполяризация волокон m. soleus крысы развивается уже после одних суток вывешивания. У песчанки наблюдается существенная задержка в развитии нарушения мышечного электрогенеза по сравнению с крысой.
Вывешивание, сутки
Вывешивание, сутки
Рис. 2. Влияние вывешивания на величину МПП (а) и электрогенный вклад ЫаД-АТФазы (б) в волокнах т. боієш крысы (светлые кружки) и монгольской песчанки (темные кружки)
По осям абсцисс — продолжительность вывешивания (сутки); по осям ординат: а — МПП (мВ) и б — электрогенный вклад (мВ). ** — р < 0,01 по сравнению с контролем.
-50 -40
МПП, мВ
Рис. 3. Гистограммы распределения величин МПП волокон т. Бокш в контроле (заштрихованные столбцы) и после вывешивания (темные столбцы):
а — вывешивание крыс в течение трех суток; б — вывешивание песчанок в течение двенадцати суток; п — количество волокон.
Влияние вывешивания на электрогенный вклад ^^-АТФазы в m. soleus. Хорошо известно, что снижение двигательной активности сопровождается уменьшением экспрессии №,К-АТФазы в сарколемме [23]. Чтобы проверить роль ЫаД-АТФазы в механизме деполяризации мышечных волокон при вывешивании, были проведены эксперименты по измерению электрогенной активности №,К-АТФазы с помощью ее специфического ингибитора уабаина в концентрации 500 мкМ.
Уже через 15 мин после добавления уабаина в контрольных т. боієш крысы наблюдалась деполяризация волокон до уровня МПП около -60 мВ, далее величина МПП оставалась стабильной. Электрогенный вклад №,К-АТФазы определяли как разницу между исходным значением МПП и через 30 мин действия уабаина. Оцениваемый
таким способом электрогенный вклад №Д-АТФазы в m. soleus крысы в контроле составил 10,8 ± 0,6 мВ. После трех суток вывешивания вклад снижался до 3,1 ± 0,9 мВ (p < 0,01), т. е. более чем в 3 раза (рис. 2, б).
У контрольных песчанок, как и у крыс, величина МПП при полном подавлении уабаином активности №Д-АТФазы снижалась до уровня около -60 мВ. Электрогенный вклад №Д-АТФазы в контроле составил 12,2 ± 0,8 мВ, что не отличалось от волокон m. soleus крысы. Через трое суток вывешивания у песчанки электрогенная активность №Д-АТФазы не изменялась, но снижалась до 5,6 ± 1,0 мВ (p < 0,01) после двенадцати суток вывешивания (см. рис. 2, б).
Полученные данные позволяют предположить, что деполяризация волокон m. soleus крысы и песчанки в условиях вывешивания обусловлена снижением электро-генной активности №Д-АТФазы. Аналогичный результат получен недавно и после семи суток вывешивания крыс [12]. В нашей работе впервые показано, что этот механизм нарушения мышечного электрогенеза включается и на более ранних (трое суток) сроках разгрузки. Существует значительная задержка в развитии нарушений электро-генной активности №Д-АТФазы у песчанки по сравнению с крысой.
Влияние вывешивания на МПП мышечных волокон диафрагмы крысы. Электро-генный компонент МПП может уменьшаться, например, за счет изменения стехиометрии №Д-насоса. Снижение сопротивления мембраны, наблюдаемое при гравитационной разгрузке [8-10, 20], также может привести к ослаблению электрогенного эффекта №Д-АТФазы. Уменьшение электрогенной активности №Д-АТФазы может быть и результатом ослабления при вывешивании синаптической импульсации [6], что должно приводить к уменьшению входа в клетку Na+, который является одним из основных факторов активации фермента [23].
Чтобы оценить важность фактора синаптической импульсации, нами было проведено сравнение влияния вывешивания на электрогенез m. soleus и диафрагмальной мышцы крысы. Хотя в диафрагме крысы и наблюдается ряд нарушений при вывешивании [24], тем не менее импульсный поток в этой мышце (в отличие от m. soleus) сохраняется. Нами было установлено, что в диафрагме также наблюдается снижение МПП от уровня -78,7 ± 0,5 мВ (6 мышц, 204 волокна) в контроле до -74,3 ± 0,5 мВ (5 мышц, 185 волокон, p < 0,01) через трое суток вывешивания. Таким образом, вывешивание приводит к деполяризации мембраны волокон и в медленной постуральной мышце (m. soleus), и, как было показано ранее, в быстрой мышце (m. extensor digitorum longus) [9, 12], а также в диафрагме, которая является смешанной мышцей.
Имеющиеся данные свидетельствуют против предположения, связывающего снижение электрогенной активности №Д-АТФазы при вывешивании с ослаблением синаптической импульсации и входа Na+ в клетку. Вероятнее участие других факторов регуляции №Д-АТФазы. Например, это может быть изменение уровня циркулирующих факторов, таких как тиреоидные гормоны, инсулин, глюкокортикоиды, внеклеточный К+, эндогенные ингибиторы №Д-АТФазы, обладающих регулирующим влиянием на индукцию и активность №Д-АТФазы скелетных мышечных волокон [23, 25, 26]. Еще более вероятным представляется нарушение механизма транслокации №Д-АТФазы в сарколемму, который зависит от двигательной активности [27-29]. Этот вопрос, однако, требует специального анализа, выходящего за рамки настоящей работы.
Влияние вывешивания на параметры одиночных и тетанических сокращений m. soleus. Возбудимость мышечных волокон оценивали косвенно по зависимости силы
Напряжение стимула, В Напряжение стимула, В
Рис. 4. Зависимость силы одиночных сокращений т. зо1еш крысы (а) и монгольской песчанки (б) от амплитуды приложенного стимула (прямая стимуляция)
а: светлые кружки — контрольные мышцы (п = 18); темные кружки — после одних суток (п = 15) и треугольники — после трех суток вывешивания (п = 8). На врезке показан начальный участок зависимости в увеличенном масштабе. б: светлые кружки — контрольные мышцы (п = 11); темные кружки — после трех суток (п = 13) и треугольники — после двенадцати суток вывешивания (п = 12); п — количество мышц.
одиночных сокращений от амплитуды приложенного к мышце электрического стимула. У крысы эта зависимость не изменялась через одни сутки вывешивания, через трое суток наблюдался сдвиг зависимости вправо (рис. 4, а, врезка). У песчанки через трое и двенадцать суток вывешивания форма зависимости силы сокращений от амплитуды стимула не изменялась по сравнению с контролем, наблюдалась лишь тенденция к сдвигу зависимости вправо через двенадцать суток эксперимента (рис. 4, б).
Сдвиг вправо зависимости силы одиночных сокращений от амплитуды электрического стимула при вывешивании отражает снижение возбудимости мышечных волокон, что подтверждается и литературными данными [10]. Снижение возбудимости волокон можно объяснить повышением проводимости мембраны для хлора (наблюдаемое уже через трое суток разгрузки), натрия и отчасти калия, что понижает сопротивление мембраны [8-10, 20]. Возможны и другие, пока неизвестные факторы. Однако основной причиной, скорее всего, является наблюдаемая деполяризация мембраны мышечных волокон, что, как известно, приводит к инактивации №+-каналов и снижению возбудимости клеток. У песчанки наблюдалась лишь тенденция к снижению возбудимости через двенадцать суток эксперимента (см. рис. 4, б), что соответствует более медленному развитию нарушений электрогенеза мышечных волокон у этих животных.
Параметры одиночных и тетанических сокращений т. 8о1еш крысы и песчанки в контроле не различались. У крысы уже через трое суток антиортостатического вывешивания наблюдалось достоверное (р < 0,01) уменьшение времени нарастания одиночного сокращения т. 8о1еш до пика и времени полурасслабления по сравнению с контролем на 13 и 21% соответственно. Параметры тетанических сокращений достоверно не изменялись. У песчанки достоверное (р < 0,01) уменьшение времени полурасслабления одиночных и тетанических сокращений наблюдалось лишь через двенадцать суток вывешивания (таблица).
Параметры одиночных и тетанических сокращений m. soleus крысы и песчанки в контрольной группе и после вывешивания в течение трех и двенадцати суток
Параметр Одиночные сокращения Тетанические сокращения
Контроль 3 суток 12 суток Контроль 3 суток 12 суток
Крыса
Максимальная сила, г 3,9 ± 0,2 4,2 ± 0,2 - 24,2 ± 1,0 25,2 ± 2,0 -
Время нарастания до пика, мс 30 ± 1 26 ± 2** - 274 ± 11 281 ± 12 -
Время полурасслабления, мс 58 ± 3 46 ± 3** - 100 ± 11 97 ± 9 -
Площадь под кривой, г х мс 532 ± 45 385±51* - 10440 ± 499 9192±1029 -
Количество мышц 17 8 - 18 8 -
Монгольская песчанка
Максимальная сила, г 3,2 ± 0,2 3,1 ± 0,2 3,2 ± 0,1 17,7 ± 1,3 17,4 ± 1,6 14,7 ± 1,1
Время нарастания до пика, мс 33 ± 2 29 ± 2 29 ± 1 290 ± 10 258 ± 15 282 ± 7
Время полурасслабления, мс 59 ± 3 53 ± 2 48 ± 2** 107 ± 12 95 ± 9 72 ± 4**
Площадь под кривой, г х мс 376 ± 25 363 ± 29 330 ± 20 7258±517 6836±570 5297±360**
Количество мышц 8 12 16 10 12 16
*р < 0,05.
**p < 0,01 по сравнению с контролем.
Наблюдаемое ускорение сокращений, по-видимому, является результатом перестройки сократительного аппарата волокон т. зо1еш на молекулярном уровне, что характерно для условий гравитационной разгрузки. Это перестройка мышечных волокон по так называемому пути ‘Уо'от^о-Ааз^’, обусловленная снижением экспрессии тяжелых цепей миозина медленного типа и увеличением экспрессии тяжелых цепей миозина быстрого типа [3, 9]. Ускорение сокращений т. вокив было обнаружено у крыс уже через трое суток, тогда как у песчанки только через двенадцать суток вывешивания. На основании этих данных можно предположить, что у песчанки перестройка сократительного аппарата мышечных волокон по пути ‘Уо'от^о-Ааз^’ начинается на гораздо более поздних этапах разгрузки, чем у крысы.
50 100 150 200 20 40 60 80 100 120
N N
Рис. 5. Динамика утомления m. soleus крысы (а) и песчанки (б) при утомляющей тетани-ческой стимуляции:
а — утомление мышц крыс в контроле (1), после одних суток (2) и трех суток (3) вывешивания; б — утомление мышц песчанки в контроле (1), после трех суток (2) и двенадцати суток (3) вывешивания. По осям абсцисс — максимальная сила тетанического сокращения в % к первому ответу; по осям ординат — номер тетануса в ходе утомляющей стимуляции (N).
Влияние вывешивания на динамику утомления m. soleus. Для утомления мышц применяли тетаническую прямую стимуляцию пачками импульсов с частотой 66 имп/с, длительность каждой пачки составляла 0,4 с. Пачки наносили один раз в секунду для крысы и один раз в 2 с для песчанки. В ходе такой стимуляции мышцы вывешенных крыс демонстрировали тенденцию к ускорению развития утомления по сравнению с контрольными, причем явное ускорение динамики утомления наблюдалось уже через одни сутки разгрузки (рис. 5, а). Поскольку №,К-АТФаза является важнейшим фактором поддержания работоспособности скелетной мышцы (прежде всего за счет очистки внеклеточной среды от избытка ионов К+) [23], наблюдаемый эффект, скорее всего, можно объяснить подавлением №,К-АТФазы, что следует из опытов по оценке ее электрогенной активности. В отличие от мышц крысы, у песчанки не наблюдалось изменений динамики утомления мышц в условиях их тетанической стимуляции ни через трое, ни через двенадцать суток вывешивания (рис. 5, б).
Заключение
До настоящего времени сообщалось о деполяризации волокон т. зо1еш крысы, наблюдаемой, как правило, через семь и более суток антиортостатического вывешивания [9, 12]. В данной работе установлено, что деполяризация мышечных волокон развивается уже через одни сутки разгрузки, причем происходит она за счет уменьшения электрогенной активности №,К-АТФазы. По-видимому, именно на этом начальном этапе разгрузки разворачивается пока не вполне ясная цепь сигнальных событий, обусловливающих изменение паттерна селективной генетической экспрессии в мышечном волокне в сторону так называемой «атрофической программы». Предположительно, важное сигнальное значение для развития атрофических процессов имеет повышение концентрации ионов кальция в миоплазме волокон т. зо1еш за счет активации части потенциал-чувствительных Са2+-каналов Ь-типа [5, 13-15]. Наши данные позволяют предположить, что именно уменьшение электрогенного вклада №,К-АТФазы на ранних сроках вывешивания является основной причиной деполяризации волокон т. 8о1еш крысы и последующего накопления ионов кальция в миоплазме.
Проведенное исследование также показало, что т. зо1еиз крысы и монгольской песчанки по ряду исходных параметров (входное сопротивление мышечных волокон, величина МПП, электрогенная активность №,К-АТФазы, параметры одиночных и тетанических сокращений) не различаются. Тем не менее мышцы песчанки продемонстрировали гораздо большую резистентность электрофизиологических и сократительных характеристик к антиортостатическому вывешиванию по сравнению с крысой, что соответствует выводам, сделанным после двенадцатисуточного космического полета [16]. Имеющиеся данные позволяют предположить, что адаптационные изменения т. 8о1еи8 у монгольских песчанок в условиях гравитационной разгрузки носят принципиально иной характер, чем у крысы. Это является основой подобной резистентности у песчанок: иной тип локомоторной активности, принципиально иная организация водно-солевого обмена, или какие-то другие факторы — пока остается неизвестным.
Авторы выражают благодарность профессору Б. С. Шенкману (Государственный научный центр РФ — Институт медико-биологических проблем РАН, Москва) за помощь и ценные советы при проведении экспериментов и обсуждении полученных результатов.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты № 07-04-01027 и 10-04-00970), а также НИР СПбГУ № 1.37.118.2011.
Литература
1. Григорьев А. И., Козловская И. Б., Шенкман Б. С. Роль опорной афферентации в организации тонической мышечной системы // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 2004. Т. 90, № 5. С. 508-521.
2. Григорьев А. И., Шенкман Б. С. Скелетная мышца в безопорном мире. Еще одно приложение физиологии сигнальных систем // Вестник РАН. 2008. T. 78, № 4. С. 337-345.
3. Fitts R. H., Danny R. R., Widrick J. J. Microgravity and skeletal muscle // J. Appl. Physiol. 2000. Vol. 89. P. 823-839.
4. Kandarian S. C., Stevenson E. J. Molecular events in skeletal muscle during disuse atrophy // Exerc. Sport Sci. Rev. 2002. Vol. 30, N 3. P. 111-116.
5. Shenkman B. S., Nemirovskaya T. L. Calcium-dependent signaling mechanisms and soleus fiber remodeling under gravitational unloading // J. Muscle Res. Cell Motil. 2008. Vol. 29, N 6-8. P. 221-230.
6. Afferent input-associated reduction of muscle activity in microgravity environment / Kawano F., Nomura T., Ishihara A., Nonaka I., Ohira Y. // Neurosci. 2002. Vol. 114, N 4. P. 1133-1138.
7. Regulation of skeletal muscle dihydropyridine receptor gene expression by biomechanical unloading / Kandarian S., O’Brien S., Thomas K., Schulte L., Navarro J. // J. Appl. Physiol. 1992. Vol. 72, N 6. P. 2510-2514.
8. Skeletal muscle disuse induces fibre type-dependent enhancement of Na+ channel expression / Desaphy J.-F., Pierno S., Leoty C., George A. L. Jr., De Luca A., Conte Camerino D. // Brain. 2001. Vol. 124. P. 1100-1113.
9. Changes of chloride ion channel conductance of slow-to-fast fibre type transition during unloading-induced muscle disuse / Pierno S., Desaphy J.-F., Liantonio A., De Bellis M., Bianco G., De Luca A., Frigeri A., Nicchia G. P., Svelto M., Leoty C., George Jr. A. L., Conte Camerino D. // Brain. 2002. Vol. 125. P. 1510-1521.
10. Disuse of rat muscle in vivo reduces protein kinase C activity controlling the sarcolemma chloride conductance / Pierno S., Desaphy J.-F., Liantonio A., De Luca A., Zarrilli A., Mastrofrancesco L., Procino G., Valenti G., Conte Camerino D. // J. Physiol. 2007. Vol. 584, N 3. P. 983-995.
11. The KATP channel is a molecular sensor of atrophy in skeletal muscle / Tricarico D., Mele A., Camerino G. M., Bottinelli R., Brocca L., Frigeri A., Svelto M., George A. L. Jr., Conte Camerino D. // J. Physiol. 2010. Vol. 588, N 5. Р. 773-784.
12. Resting membrane potential and Na+,K+-ATPase of rat fast and slow muscles during modeling of hypogravity / Tyapkina O., Volkov E., Nurullin L., Shenkman B., Kozlovskaya I., Nikolsky E., Vyskocil F. // Physiol. Res. 2009. Vol.58. Р. 599-603.
13. Ingalls C. P., Warren G. L., ArmstrongR. B. Intracellular Ca2+ transients in mouse soleus muscle after hindlimb unloading and reloading // J. Appl. Physiol. 1999. Vol. 87, N 1. P. 386-390.
14. Мухина А. М., Алтаева Э. Г., Немировская Т.Л., Шенкман Б. С. Роль кальциевых каналов L-типа в накоплении Са2+ в волокнах m. soleus крысы и изменении соотношения изоформ миозина и SERCA при гравитационной разгрузке // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 2006. Т. 92, № 11. С. 1285-1295.
15. Шенкман Б. С., Немировская Т.Л. Роль кальций-зависимых механизмов в развитии атрофических процессов в постуральной мышце в условиях гравитационной разгрузки // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2009. Т. 43, №4. С. 12-20.
16. Сократительные характеристики волокон и цитоскелетные белки мышц задних конечностей монгольских песчанок после космического полета / Липец Е. Н., Пономарева Е. В., Огнева И. В., Вихлянцев И. М., Карадулева Е. В., Карташкина Н. Л., Кузнецов С. Л., Подлубная З. А., Шенкман Б. С. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2009. Т. 43, №3. С. 34-39.
17. Morey-Holton E., Globus R. K., Kaplansky A., Durnova G. The hindlimb unloading rat model: literature overview, technique update and comparison with space flight data // Adv. Space Biol. Med. 2005. Vol. 10. P. 7-40.
18. Carlson C. G., Roshek D. M. Adult dystrophic (mdx) endplates exhibit reduced quantal size and enhanced quantal variation // Eur. J. Physiol. 2001. Vol. 442. P. 369-375.
19. Recovery of the soleus muscle after short- and long-term disuse induced by hindlimb unloading: effects on the electrical properties and myosin heavy chain profile / Desaphy J.-F., Pierno S., Liantonio A., De Luca A., Didonna M. P., Frigeri A., Nicchia G. P., Svelto M., Camerino D., Zallone A., Conte Camerino D. // Neurobiol. Dis. 2005. Vol. 18. P. 356-365.
20. The hindlimb unloading model of microgravity differently affects skeletal muscle properties of young and adult mice / Liantonio A., Pierno S., Digennaro C., Giannuzzi V., Gramegna G., Desaphy J.-F., Conte Camerino D. // Basic Applied Myology. 2009. Vol. 19, N 2-3. P. 107-112.
21. Сравнительный анализ структурно-функциональных характеристик камбаловидной мышцы крысы и монгольской песчанки в условиях гравитационной разгрузки различной длительности / Огнева И. В., Курушин В. А., Глашев М. М., Михайлова Е. В., Пономарева Е. В., Алтаева Э. Г., Кривой И. И., Шенкман Б. C. // Биофизика. 2010. Т. 55, №6. С. 1117-1123.
22. Mounier Y., Bacou F., Falempin M. Changes in the neuromuscular junction of rat soleus muscle after hindlimb unweighting // Basic Applied Myology. 1995. Vol. 5, N 2. P. 164-168.
23. Clausen T. Role of Na+,K+-pumps and transmembrane Na+, K+-distribution in muscle function // Acta Physiol. 2008. Vol. 192. P. 339-349.
24. Влияние антиортостатической гипокенезии на функциональное состояние диафрагмы крыс / Александрова Н. П., Баронова В. М., Тихонов М. А., Колесников В. И., Котов А. Н., Кочанов В. С. // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 2005. Т. 91, № 11. С. 1312-1319.
25. Драбкина Т. М., Кривой И. И. От разнообразия молекулярных форм к функциональной специализации олигомерных белков. Никотиновый холинорецептор, ацетилхолинэстераза и №+Д+-АТФаза // Цитология. 2004. Т. 46, № 2. С. 89-104.
26. Schoner W., Scheiner-Bobis G. Endogenous and exogenous cardiac glycosides and their mechanisms of action // Am. J. Cardiovasc. Drugs. 2007. Vol.7, N 3. P. 173-189.
27. Effects of different magnitudes of cyclic stretch on Na+-K+-ATPase in skeletal muscle cells in vitro / Yuan X., Lin Z., Luo S., Ji G., Yuan C., Wu Y. // J. Cell. Physiol. 2007. Vol. 212. P. 509-518.
28. Kristensen M., Rasmussen M. K., Juel C. Na+-K+ pump location and translocation during muscle contraction in rat skeletal muscle // Eur. J. Physiol. 2008. Vol. 456, N 5. P. 979-989.
29. Benziane B., Chibalin A. V. Skeletal muscle sodium pump regulation: a translocation paradigm // Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2008. Vol. 295. P. E553-E558.
Статья поступила в редакцию 9 июня 2011 г.
