CC BY
30
© И. Л. Кметко, В. И. Соболев УДК 616. 441-008. 61+612. 744 И. Л. Кметко, В. И. Соболев
ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ СКЕЛЕТНОЙ МЫШЦЫ БЕЛЫХ КРЫС В ХОДЕ РАЗВИТИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ГИПЕР-И ТИРЕОТОКСИКОЗА (исследование in situ)
Донецкий национальный университет (г. Донецк)
Работа выполнена в Донецком национальном университете в рамках госбюджетной НИР «Роль біологічно активних речовин та їх взаємодія в регуляції фізіологічних функцій організму в нормі та при різних патологічних станах», номер госрегистрации 010911008621.
Вступление. Изучение механизмов тиреоидно-го контроля функционального состояния нервномышечной системы по-прежнему остается предметом многочисленных исследований [6, 7, 8, 9, 16]. В настоящее время приводится ряд экспериментальных доказательств того, что нарушение тирео-идного статуса закономерно приводит к ухудшению функциональных характеристик всех звеньев нервно-мышечного аппарата, в частности, нарушаются процессы генерации и передачи в синапсе нервного импульса [2, 7, 9], качественно изменяется патохимия и морфология скелетной мышцы [1, 4, 11, 15], а также ее физиология. Последнее выражается в снижении работоспособности мышцы и ухудшении ее мобильных характеристик [9, 10, 16].
Таким образом, нарушение тиреоидного статуса вызывает многочисленные изменения со стороны различных звеньев нервно-мышечного аппарата,
что является проявлением их патофизиологического эффекта. Однако остается недостаточно исследованным вопрос о состоянии базовых показателей нервно-мышечной системы при различном тиреоидном статусе, в частности, остается невыясненным характер изменения работоспособности скелетной мышцы на разных этапах формирования состояния гипер- и тиреотоксикоза.
Целью работы явилось выяснение в условиях in situ характера влияния экспериментального нарастающего гипертиреоза на основные показатели работоспособности скелетной мышцы белых крыс.
Объект и методы исследования. Эксперименты выполнены на 70-ти взрослых белых крысах-самцах массой 285±2 г. Все животные были разделены на 7 групп (табл. 1). У животных первых шести групп вызывался экспериментальный гипертиреоз разной степени выраженности путем ежедневных подкожных инъекций водного раствора гормона щитовидной железы трийодтиронина в дозе 15 мкг/ кг. Седьмая группа служила контролем (К-группа).
Показателями степени выраженности экспериментального гипертиреоза служили общеизвестные симптомы - температура тела, скорость
Таблица 1
Характеристика некоторых физиологических показателей у животных опытных и
контрольной групп
Группа Число инъекций трийод- тиронина Физиологический показатель
Ректальная температура, "С Скорость потребления кислорода,мл/кг мин Частота сердечных сокращений, уд/мин Масса тела, г
К-группа (контроль) n=10 37,7±0,1 19±0,23 378±4 282±2
2Т3-группа n=10 2 37,9±0,1 (+0,2±0,14) p>0,05 20±0,31 (+5%) p>0,05 387±5 (+9±6) p>0,05 286±2 (+4±3) p>0,05
4Т3-группа n=10 4 38,1±0,1 (+0,4±0,14) p<0,05 23±0,43 (+21%) p<0,05 396±6 (+18±7) p<0,05 273±3 (-9±3,6) p<0,05
6Т3-группа n=10 6 38,4±0,1 (+0,7±0,14) p<0,05 27±0,38 (+42%) p<0,05 415±6 (+37±7) p<0,05 271±4 (-11±4,4) p<0,05
8Т3-группа n=10 8 38,8±0,1 (+1,1±0,14) p<0,05 28±0,45 (+47%) р<0,05 439±7 (+61±8) p<0,05 268±3 (-14±3,6) p<0,05
10Т3-группа n=10 10 38,9±0,2 (+1,2±0,22) p<0,05 29±0,52 (+52%) p<0,05 462±8 (+84±9) p<0,05 261±5 (-21±5,3) p<0,05
12Т3-группа n=10 12 39,3±0,2 (+1,6±0,22) p<0,05 30±0,64 (+58%) p<0,05 477±7 (+99±11) p<0,05 256±6 (-26±6,3) p<0,05
Примечание: в скобках приведены различия по отношению к соответствующим данным у контрольной группы крыс.
потребления кислорода, частота сердечных сокращений и масса тела. Показателем температуры тела служила ректальная температура, измеряемая с помощью электронного термометра с точностью ±0,05 С. Скорость потребления кислорода измерялась с помощью электронного газоанализатора «Radiometer», а частота сердечных сокращений определялась путем подсчета R-зубцов электрокардиограммы с помощью электронного кардиотахометра. Анализ состояния физиологических показателей показал (табл. 1), что инъекции трийодтиронина постепенно вызывали формирование типичных симптомов гипертиреоидного состояния, вплоть до состояния тиреотоксикоза у животных 12Т3-группы. Так, к окончанию периода инъекций гормона (12-я инъекция) ректальная температура у крыс данной группы увеличилась до 39,3±0,2 С (+1,6±0,22 С), а скорость потребления кислорода и частота сердечных сокращений возросли соответственно на 58% и 99±11 уд/ мин. Масса тела уменьшилась и составила у крыс 12Т3-группы 256±6 г против 282±2 г у контрольной группы животных.
Таким образом, можно сделать заключение о том, что эксперименты были выполнены на животных с разной степенью развития гипертиреоза: от начальной, легкой степени - до выраженной формы экспериментального тиреотоксикоза.
Ход опыта был следующим. Животное наркотизировалось (тиопентал натрия, в/б в дозе 75 мг/кг), после чего размещалось в станке экспериментальной установки. После измерения ректальной температуры, скорости потребления кислорода и частоты сердечных сокращений препаровался малоберцовый нерв, который в последующем раздражался импульсами электростимулятора. Продолжительность нанесения раздражения составляла 6 С. Амплитуда прямоугольных электрических импульсов стимулятора была равна 500 мВ при длительности импульса 100 мкс и частоте 80 имп/с. Указанный нерв иннервирует переднюю большеберцовую мышцу, сокращение которой вызывает сгибание стопы задней лапки животного. К стопе лапки подвешивался груз
массой 100 г. Во время сокращения мышцы груз поднимался, вращая потенциометрический датчик, включенный в электронную схему установки. Это позволяло в дальнейшем по компьютерной записи эргограммы (миограммы) рассчитать исследуемые параметры сократительного акта.
В ходе опыта мышца раздражалась 6 раз с интервалами между отдельными сокращениями 60 С. Таким способом возможно было изучить процесс развития утомления у животных с разной степенью выраженности экспериментального гипертиреоза.
При анализе эргограммы на основании измерения величины метрического укорочения мышцы и скорости развития сокращения рассчитывалась выполненная мышцей внешняя работа (А, мДж) и развиваемая при этом мощность (W, мВт).
Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием пакетов анализа Statistica и Excel. Рассчитывались показатели итоговой статистики, а также уравнения регрессии и ее параметры. Сравнение показателей у животных опытных и контрольной групп и статистическая оценка различий проводились общепринятыми методами, используемыми в параметрической статистике, на основании проверки нулевой и альтернативной гипотез.
В ходе экспериментов строго придерживались Правил работы с экспериментальными животными. В частности, опыты проводились на наркотизированных животных, а после окончания эксперимента крысы умерщвлялись путем помещения в эксикатор с высокой концентрацией паров эфира с хлороформом. Проведение экспериментов было согласовано с Комиссией по биоэтике при Донецком национальном университете.
Результаты экспериментов и их обсуждение. Формирование экспериментального гипертиреоза, как свидетельствуют данные, представленные в табл. 2, сопровождалось закономерными изменениями со стороны основных эрготропных параметров изотонического сокращения переднеберцовой мышцы белых крыс. Так, к 4-й инъекции
Таблица 2
Показатели эрготропной функции переднеберцовой мышцы при изотоническом сокращении с грузом 100 г в процессе развития экспериментального гипертиреоза
Группа Расчетный показатель
Объем внешней работы, выполненной мышцей, мДж Мощность, развиваемая мышцей, мВт
К-группа (контроль) n=10 22,3±0,68 26,4±2,4
2Т3-группа n=10 23,1±0,72 (+0,8±1,08) +4%, p>0,05 42,2±3,3 (+15,8±4,08) +60%, p<0,01
4Т3-группа n=10 24,6±0,82 (+2,3±1,06) +10%, p<0,05 48,0±3,7 (+21,6±4,41) +82%, p<0,01
6Т3-группа n=10 21,6±0,94 (-0,7±1,16) -3%, p>0,05 35,2±3,0 (+8,8±3,81) +29%, p<0,01
8Т3-группа n=10 18,9±0,98 (-3,4±1,19) -15%, p<0,05 25,3±2,9 (-1,18±3,76) -5%, p>0,01
10Т3-группа n=10 11,0±1,04 (-11,3±1,24) -51%, p<0,01 12,9±2,8 (-13,5±3,68) -50%, p<0,01
12Т3-группа n=10 9,1±0,80 (-13,2±1,06) -59%, p<0,01 10,9±2,1 (-15,5±2,02) -58%, p<0,01
Примечание: в скобках приведены различия по отношению к соответствующим данным у контрольной группы крыс.
скелетной мышцы развивать высокую мощность терялась, и мышца крыс 12Т3-группы (12 инъекций трийодтиронина) при изотоническом типе сокращения развивала мощность на 58% ниже по сравнению с контролем.
Динамика данного показателя иллюстрирована на рис. 1. Видно, что характер зависимости между мощностью выполнения работы и числом инъекций трийодтиронина описывался полиномиальным уравнением третьей степени при высоком значении коэффициента аппроксимации кривой.
Представляет интерес анализ характера зависимости работоспособности скелетной мышцы белых крыс в зависимости от степени выраженности экспериментального гипертиреоза, или числа инъекций гормона трийодтиронина. Цифровой материал представлен в табл. 3. Видно, что в ходе выполнения серии из шести последовательных изотонических сокращений скелетная мышца контрольных животных и крыс 2Т3-группы к окончанию цикла не проявляла статистически достоверных признаков утомления. В тоже время мышца крыс других экспериментальных групп утомлялась уже после 2-3-х изотонических сокращений.
С целью выяснения особенностей изменения работоспособности скелетной мышцы на разных стадиях формирования экспериментального гипер- и тиреотоксикоза был рассчитан специальный коэффициент к ё (коэффициент утомления), отражающий отношение объемов внешней работы, выполненной мышцей при 1-ом и последнем, шестом, изотоническом сокращении: к=А /А
' ~ 1 нач.' конечн.
Динамика данного расчетного коэффициента у животных с разной степенью выраженности экспериментального гипертиреоза представлена в графическом виде на рис. 2. Видно, что характер зависимости практически идеально описывается
Таблица 3
Величина работы (мДж), выполняемой скелетной мышцей белых крыс с различным тиреоидным статусом, в ходе серии из шести изотонических сокращений
Группа Число изотонических сокращений мышцы
1 2 3 4 5 6
К-группа (контроль) п=10 22,3+0,68 22,6+0,59 21,9+0,48 21,7+0,54 21,2+0,45 21+0,48
2Т3-группа п=10 23,1+0,72 23,5+0,67 23,1+0,49 22,9+0,56 22,4+0,56 21,8+0,56
4Т3-группа п=10 24,6+0,82 23,4+0,81 22,2+0,52* 22,1+0,78* 21,8+0,65* 20,1+0,62*
6Т3-группа п=10 21,6+0,94 19,8+0,86 19,1+0,47* 19,0+0,73* 17,9+0,51* 14,9+0,35*
8Т3-группа п=10 18,9+0,98 15,6+0,67* 14,7+0,46* 12,3+0,68* 10,7+0,51* 8,3+0,45*
10Т3-группа п=10 11,0+1,04 7,8+0,87 5,6+0,80* 4,5+0,64* 3,7+0,62* 3,3+0,52*
12Т3-группа п=10 9,1+0,80 7,1+0,83* 4,8+0,78* 3,4+0,66* 3+0,24* 1,6+0,27*
Примечание: * - величина работы статистически достоверно отличается (р<0,05) от соответствующего показателя при 1-ом сокращении мышцы.
Контроль 2Т3 4Т3 6Т3 8Т3 10Т3 12Т3
Число инъекций трийодтиронина
Рис. 1. Зависимость между числом инъекций трийодтиронина (Т3) и эрготопными параметрами сокращения переднеберцовой мышцы белых крыс
трийодтиронина (4Т3- группа) величина внешней работы, выполняемая мышцей, возрастала на 10%, а затем в ходе продолжающихся инъекций гормона начинала снижаться. К моменту формирования выраженного тиреотоксикоза (12Т3-группа) данный показатель по сравнению с эутиреоидным статусом (контрольная группа) снижался на 59%. Динамика данного процесса представлена на рис. 1. Видно, что изменение данного эрготропного параметра мышечного сокращения хорошо описывается полиномиальным уравнением третьей степени при высоком значении коэффициента аппроксимации кривой.
Аналогичный характер носила динамика изменения второго показателя сократительного акта -мощность выполнения внешней работы. Так, уже при легкой степени экспериментального гипертиреоза (2Т3-группа) показатель развиваемой мышцей мощности существенно возрастал (+60%). Такая положительная динамика отмечалась вплоть до 6-й инъекции трийодтиронина. В дальнейшем при формирования состояния тиреотоксикоза способность
30
60
25
50
20
40
15
30
10
20
5
10
0
0
6,0
IS 5,0 -
4,0 -
3,0
<D
s
X
a 2,0 § я
<5 1,0
0,0
y = 0,038x3 - 0,24x2 + 0,56x + 0,67
□ Ряді
Контр. 2Т3 4Т3 6Т3 8Т3 10 ТЗ 12Т3
1,1 1,1 1,2 1,4 23 3,3 5,8
Группа животных
Рис. 2. Отношение исходной величины работы мышцы (Аисх.,мДж) к работе, выполненной мышцей при 6-ом сокращении (Аконеч.), у крыс с различным тиреоидным статусом.
уравнением параболы общего вида при статистически достоверных (р<0,01) значениях всех членов уравнения. Так, если у животных контрольной группы и крыс с начальной степенью экспериментального гипертиреоза (2Т3- и 4Т3-группа) расчетный коэффициент был одинаковым (1,1 - 1,2, р>0,05), то у животных с выраженными симптомами тиреотоксикоза он существенно возрастал и достигал значения 5,8 (р<0,05). Следовательно, при состоянии тиреотоксикоза (ректальная температура 39,3±0,2 С) скелетная мышцы при первом изотоническом сокращении выполняла внешнюю работу в 5,8 раз большую, чем при последнем, в нашем случае шестом сократительном акте.
Таким образом, на ранних стадиях формирования экспериментального гипертиреоза после 2-4-х инъекций трийодтиронина, когда ректальная температура животных еще не изменялась или изменялась незначительно, работоспособность скелетной мышцы не ухудшалась, а оставалась на уровне значений, зарегистрированных у крыс с эутиреоидным статусом. При дальнейшем углублении степени выраженности экспериментального гипертиреоза способность мышцы к выполнению внешней работы в цикле из продолжающихся сокращений прогрессивно снижалась, и при состоянии тиреотоксикоза снижалась до минимальных значений.
Полученные в настоящей работе данные свидетельствуют о сложном и неоднозначном влиянии состояния экспериментального гипертиреоза на способность скелетной мышцы к выполнению внешней работы. Результаты экспериментов показали, что на
ранних стадиях формирования состояния гипертиреоза скелетная мышца сохраняет высокую функциональную способность, а в отношении некоторых параметров, например показателя развиваемой мощности, экспериментальный гипертиреоз даже улучшает функциональный резерв мышцы.
В основе модулирующего действия гормоном щитовидной железы трийодтиронином эрготроп-ных параметров мышечного сокращения лежат механизмы, реализующиеся на разных уровнях организации нервно-мышечной системы. В качестве возможных точек приложения действия тиреоидных гормонов в скелетной мышце можно назвать собственно нервно-мышечный синапс [7, 9, 10, 14], систему мобилизации субстратов окисления [3, 5, 15], модуляцию чувствительности скелетной мышцы к действию катехоламинов [6], процессы сопряжения дыхания и фосфорилирования в митохондриях [3], а также многообразные изменения со стороны функционирования ионных насосов в биомембранах [1113]. В зависимости от степени активации указанных механизмов и их комбинации результирующий эффект трийодтиронина на работоспособность скелетной мышцы может колебаться в широких пределах и качественно инвертироваться. С нашей точки зрения, именно такого рода подход объясняет разнонаправленность эффектов трийодтиронина на эрготропную функцию скелетной мышцы, показанную в наших экспериментах (от стимулирующего до ингибирующего), а также противоречивость литературных данных в части вопроса о характере действия гипер- и тиреотоксикоза на функционально состояние скелетной мускулатуры [1, 2, 4, 5, 8].
Выводы.
На ранних стадиях формирования экспериментального гипертиреоза (ректальная температура до 38,4 °С) переднеберцовая мышца белых крыс обладает высокими функциональными характеристиками, что выражается в сохранении способности к выполнению в условиях in situ большого объема внешней работы при развитии высокой мощности сократительного акта.
При достижении состояния тиреотоксикоза (ректальная температура 38,4 - 39,3 °С) скелетная мышца белых крыс в условиях in situ теряет высокую работоспособность, а мощность, развиваемая при выполнении внешней работы, существенно (58%) падает.
Перспективы дальнейших исследований
связаны с последующим изучением характера изменений базовых параметров функционального состояния скелетной мышцы при нарастающей степени экспериментального тиреотоксикоза.
Список литературы
Валиуллин В. В. Нейротрофический контроль скелетных мышц у гипертиреоидных животных / В. В. Валиуллин // Вопросы нейробиологии. - Казань. - 1987. - Т. 68. - С. 48-53.
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.
Гольбер Л. М. Тиреотоксическое сердце / Л. М. Гольбер, В. И. Кандрор. - М.: Медицина, 1972. - 344 С.
4. Казаков В. М. Некоторые вопросы патогенеза миопатии у больных тиреотоксикозом // Журнал невропатологии и психиатрии им. с. С. Корсакова. - 1989. - № 7. - С. 73-79.
5. Казаков В. М. О возможной роли нарушений системы цАМФ в патогенезе тиреотоксической миопатии / В. М. Казаков, В. К. Малаховский, А. П. Хохлов // Вопросы медицинской химии. - 1983. - № 6. - С. 69-72.
6. Короткова Т. П. Энергетика мышечного сокращения при многократной адренергической стимуляции / Т. П. Короткова // Вісник проблем біології і медицини. - 2004. - Вип. 4. - С. 141-145.
7. 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.
8. Соболев В. I. Вплив експериментального атиреозу на енергетику ізометричного скорочення м’яза білого щура (дослідження in situ) / В. I. Соболев, Т. В. Москалець // Фізіолог. журн. - 2007. - Т. 53. - № 5. - С. 86-90.
9. Станішевська Т. I. Характеристика латентних періодів збудження і укорочення м’яза білих щурів залежно від рівня циркулюючого трийодтироніну / Т. I. Станішевська, В. I. Соболев // Фізіолог. журн. - 2012. - Т. 58, № 1. - С. 68 - 75.
10. Станишевская Т. И. Характеристика латентного периода генерации «М-ответа» скелетной мышцы белых крыс при экспериментальном тиреотоксикозе / Т. И. Станишевская // Вісник проблем біології і медицини. - 2012. - Вип. 1 - С. 116 - 120.
11. Brodie C. Characterization of thyroid hormone effects on Na-K pump and membrane potential of cultured ratskeletal myotubes / C. Brodie, S. R. Sampson // Endocrinology. - 1988. - № 2. - P. 891-897.
12. Connelly T. J. L-thyroxine activates the intracellular Ca2+ release channel of skeletal muscle sarcoplasmic reticulum /
T. J. Connelly, R. Hayek, S. M. Ukhareva. // Biochem. Mol. Biol. Int. - 1994. - V. 32, № 3. - P. 441-448.
13. Harris D. R. Acute thyroid hormone promotes slow inactivation of sodium currentin neonatal cardiac myocytes / D. R. Harris, W. L. Green, W. Craelius // Biochem. Biophys. Acta. - 1991. - V. 1095, № 2. - P. 175-181.
14. Sampson S. R. Effects of thyroxine on transmembrane resting potentials of skeletal muscle cells in culture / S. R. Sampson,
R. R. Bannett, A. Shainberg // J. Neurosci. Res. - 1982. - V. 8, № 4. - P. 595-601.
15. Sickles D. W. Hyperthyroidism selectively increases oxidative metabolism of slow oxidative motor units / D. W. Sickles, T. G. Oblak, J. Scholer // ExP. Neurol. - 1987. - Vol. 97, № 2. - P. 90-105.
16. Zhang J. The mechanism of action of thyroid hormones / J. Zhang, M. A. Lazar // Annual Review of Physiology. - 2000. - V. 62, № 8. - P. 439-466.
УДК 616. 441-008. 61+612. 744
ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ СКЕЛЕТНОЙ МЫШЦЫ БЕЛЫХ КРЫС В ХОДЕ РАЗВИТИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ГИПЕР- И ТИРЕОТОКСИКОЗА (исследование in situ)
Кметко И. Л., Соболев В. И.
Резюме. В экспериментах в условиях in situ оказано, что на ранних стадиях формирования экспериментального гипертиреоза переднеберцовая мышца белых крыс обладает высокими функциональными характеристиками, что выражается в сохранении способности к выполнению большого объема внешней работы при развитии высокой мощности сократительного акта. При достижении состояния тиреотоксикоза скелетная мышца теряет высокую работоспособность, а мощность, развиваемая при выполнении внешней работы, существенно (58%) падает.
Ключевые слова: гипертиреоз, тиреотоксикоз, трийодтиронин, мышца, работоспособность.
УДК 616. 441-008. 61+612. 744
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРАЦЕЗДАТНОСТІ СКЕЛЕТНОГО МЯЗА БІЛИХ ЩУРІВ В ПРОЦЕСІ РОЗВИТКУ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ГІПЕР- І ТИРЕОТОКСИКОЗУ (дослідження in situ)
Кметко І. Л., Соболев В. І.
Резюме. В експериментах в умовах in situ показано, що що на ранніх стадіях формування експериментального гіпертиреозу великогомілковий м’яз білих щурів має високі функціональні характеристики, що виражається в збереженні здатності до виконання великого об’єму зовнішньої роботи при розвитку високої потужності скорочувального акту. По досягненні стану тиреотоксикозу скелетний м’яз втрачає високу працездатність, а потужність, що розвивається при виконанні зовнішньої роботи, істотно (58%) падає.
Ключові слова: гіпертиреоз, тиреотоксикоз, трийодтиронін, м’яз, працездатність.
UDC 616. 441-008. 61+612. 744
Description Of Capacity Of Skeletal Muscle Of White Rats During DevelopmentOf Experimental Hyper-And Thyrotoxicosis (research of in situ)
Kmetko I. L., Sobolev V. I.
Summary. In experiments in the conditions of in situ rendered, thaton the early stages of forming of experimental hyperthyroidism the skeletal muscle of white rats possesses high functional descriptions, thatis expressed in maintenance of capacity for implementation of high-cube of external work atdevelopmentof high power of retractive act. Under reaching the state of thyrotoxicosis a skeletal muscle loses a high capacity, and power, developed atimplementation of external work, falls substantially (58%).
Key words: hyperthyroidism, thyrotoxicosis, triiodothyronine, muscle, capacity.
Стаття надійшла 18. 07. 2012 р.
Рецензент - проф. Рибаков С. Й.
