CC BY
23УДК 591.473.3: 577.112.386: 612.444 Труш В. В.1, Соболев В. И. 2
МОДУЛЯЦИЯ ТАУРИНОМ СТЕРОИДНОЙ МИОПАТИИ У БЕЛЫХ КРЫС, ИНДУЦИРОВАННОЙ ДЛИТЕЛЬНЫМ ВВЕДЕНИЕМ ДЕКСАМЕТАЗОНА
'Кафедра физиологии человека и животных ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет», 83050, г. Донецк, ул. Щорса, 46, Украина
2Кафедра здоровья и реабилитации Института педагогики, психологии и инклюзивного образования Гуманитарно-педагогической академии (филиал) ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В. И. Вернадского», 298650, Республика Крым, г. Ялта, ул. Стахановская, 11, Россия
Для корреспонденции: Труш Вера Владимировна, кандидат медицинских наук, доцент, заведующая кафедрой физиологии человека и животных ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет», e-mail: ver.trush@ yandex.ru
For correspondence: Vera V. Trush, Candidate of Médical Sciences, Head of the Department of Physiology of Human and Animais of State Educational Institution of Higher Education «Donetsk national university», e-mail: ver.trush@ yandex.ru
Information about authors:
Trush V. V., http:// orcid.org/0000-0001-8514-8431 Sobolev V. I., http:// orcid.org/0000-0001-9318-5224
РЕЗЮМЕ
Целью исследования явилось изучение эффективности таурина в компенсации негативных эффектов длительно вводимого дексаметазона на скелетную мышцу смешанного типа (переднюю большеберцовую).
Методика. Эксперименты проводились на половозрелых крысах-самках (180-200 г), разделенных на 3 группы: контрольную (n=10), I опытную (n=10, на протяжении 30 дней получали дексаметазон, Д-группа) и II опытную (n=10, на протяжении 30 дней получали дексаметазон в комплексе с таурином, Д+Т-группа). Дексаметазон («KRKA», Словения) вводили 1 раз в 2-е суток, внутрибрюшинно в дозе, адекватной терапевтической для человека, - 0,25 мг/кг. Таурин («Синтез ОАО», Россия) вводили ежесуточно, подкожно в дозе 60 мг/кг.
На наркотизированных животных (тиопентал натрия, 100 мг/кг) с помощью методов электромиографии и миографии изучали некоторые параметры функционального состояния передней большеберцовой мышцы в условиях вызванного ее сокращения, которое индуцировали путем раздражения сверхпороговым электрическим током малоберцового нерва.
Результаты. Ятрогенный гиперкортицизм сопровождался развитием стероидной миопатии, в пользу которой свидетельствовало ухудшение электрофизиологических и сократительных параметров передней большеберцовой мышцы. Так, у крыс Д-группы наблюдалось удлинение латентного периода М-ответа (на 22%) и уменьшение его амплитуды (на 26%) на фоне неизменной длительности, увеличение частоты полифазных потенциалов (до 40%), снижение надежности синаптической передачи (у 60% особей), патологически значимое ее облегчение (у 60% особей) и депрессия (у 20% особей) при оптимальной частоте стимуляции нервно-мышечного аппарата (30 имп/с). Длительное введение дексаметазона обусловливало уменьшение количества активируемых двигательных единиц мышцы (на 40%) и ее массы (на 14%), существенное удлинение продолжительности активного состояния мышцы (на 68%) на фоне выраженного снижения амплитуды одиночных сокращений (на 53%), уменьшение внешней работы (на 30%) и мощности мышцы (на 61%) при тетаническом сокращении, а также укорочение периода максимальной устойчивой работоспособности мышцы (на 36%).
Применение таурина в комплексе с дексаметазоном несколько сгладило негативные эффекты синтетического глюкокортикоида на электрофизиологические параметры мышцы. В частности, таурин предотвратил удлинение латентного периода и уменьшение амплитуды М-ответов, уменьшение количества активируемых двигательных единиц, а также обусловил уменьшение частоты полифазных М-ответов (с 40% у крыс Д-группы до 10% у животных Д+Т-группы), частоты встречаемости патологически значимого облегчения синаптической передачи (с 60% у крыс Д-группы до 20% у животных Д+Т-группы), но не компенсировал снижения ее надежности. Таурин, вводимый в комплексе с дексаметазоном, нивелировал ухудшение сократительных и временных параметров сокращения мышцы, а также уменьшение мышечной массы и укорочение максимальной устойчивой работоспособности мышцы.
Заключение. Полученные в модельных экспериментах на животных в условиях in situ данные свидетельствуют о способности таурина компенсировать ряд негативных эффектов, развивающихся в скелетной мышце при длительном введении дексаметазона.
Ключевые слова: скелетная мышца; дексаметазон; ятрогенный гиперкортицизм; стероидная миопатия; таурин.
THE MODULATION BY TAURINE OF THE STEROID MYOPATHY AT WHITE RATS INDUCED BY LONG APPLICATION OF DEXAMETHASONE
V. V. Trush1, V. I. Sobolev2
'Donetsk national university, the department of physiology of human and animals, 83050, Donetsk, Shchorsa St., 46, Ukraine 2V. I. Vernadsky Crimean Federal University, the department of health and rehabilitation, 298650, Republic of Crimea, Yalta, Stakhanovskaya St., '', Russia
SUMMARY
Research objective consisted in the studying of the efficiency of taurine in the compensation of negative effects of the long entered dexamethasone on a skeletal muscle of the mixed type (m. tibial anterior).
Method. Experiments were performed on sexually mature rats-females (180-200 g), divided into 3 groups: control (n=10), the I-st experienced (n=10, for 30 days received the dexamethasone, D-group) and the Il-nd experienced (n=10, for 30 days received dexamethasone in a complex with taurine, D+T-group). Dexamethasone («KRKA», Slovenia) was entered once in 2 days intraperitonealy in the dose adequate therapeutic for the human, - 0,25 mg/kg. Taurine («Synthesis OAO», Russia) was entered subcutaneously in the dose by 60 mg/kg. On anesthetized animals (sodium thiopental, 100 mg/kg) with the use of electromyography and myography the some parameters of a functional condition of the forward tibial muscle was studied. The muscle's contraction was induced by the irritation of the fibular nerve by superthreshold electric current.
Results. The iatrogenic hypercorticoidism was followed by the development of the steroid myopathy in favor of which testified the deterioration of electrophysiological and contractive parameters of the forward tibial muscle. So, at rats of D-group was observed the lengthening of the latent period of the M-response (for 22%) and decrease of its amplitude (for 26%) against the background of invariable duration, increase in frequency of polyphase potentials (to 40%), decrease in reliability of synaptic transfer (at 60% of individuals), its pathologically significant simplification (at 60% of individuals) and the depression (at 20% of individuals) with an optimum frequency of stimulation of the neuromuscular apparatus (30 imp/s). Long-term application of dexamethasone caused the decrease of quantity of the activated motive units of the muscle (for 40%) and its weight (for 14%), essential lengthening of duration of an active condition of the muscle (for 68%) against the background of the expressed decrease in amplitude of single contraction (for 53%), decrease of external work (for 30%) and muscle power (for 61%) at titanic contraction, and also shortening of the period of the maximum steady working capacity of the muscle (for 36%).
Application of taurine in a complex with dexamethasone has a little smoothed the negative effects of the synthetic glucocorticoid on electrophysiological parameters of the muscle. In particular, taurine has prevented the lengthening of the latent period and decrease of the amplitude of M-responses, decrease of quantity of the activated motive units, and also has caused reduction of frequency of polyphase M-responses (from 40% at rats of D-group to 10% at animals of D+T-group), frequencies of occurrence of the pathologically significant simplification of synaptic transfer (from 60% at rats of D-group to 20% at animals of D+T-group), but didn't compensate the decrease in its reliability. The taurine entered in a complex with dexamethasone leveled the deterioration of the contractive and temporary parameters of contraction of the muscle, and also decrease of muscle weight and shortening of the maximum steady working capacity of the muscle.
Conclusion. The experimental data obtained in model experiments on animals in the conditions of in situ testify to ability of taurine to compensate the number of the negative effects developing in the skeletal muscle at long application of the dexamethasone.
Keywords: skeletal muscle; dexamethasone; iatrogenic hypercorticoidism; steroid myopathy; taurine.
Широкое применение естественных и синтетических глюкокортикоидов в клинической практике предопределило увеличение частоты ятрогенного гиперкортицизма среди людей. Наряду с полезными клиническими эффектами эти гормоны при длительном приеме в фармакологических дозах оказывают выраженное негативное влияние на лимфоидные органы, кожу, хрящевую и костную ткани, скелетную мускулатуру [1].
Изменения в опорно-двигательном аппарате при ятрогенном гиперкортицизме носят дистрофический характер, сопровождаются развитием остеопороза и стероидной миопатии, что предопределяет нарушение двигательной активности больных, развитие мышечной слабости и высокую утомляемость мышц, влекущие за собой ухудшение качества жизни [2].
Несмотря на достаточно хорошую изученность клиники миопатических изменений эндокринного характера, вопросы, касающиеся генеза мышечных расстройств при гиперкор-тицизме и тем более эффективности различных средств для нивелирования негативных эффектов кортикостероидов на скелетную мускулатуру, остаются открытыми. В более ранних наших работах [3-5] приводятся данные относительно способности близких к физиологическим доз тиреоидных гормонов, терапевтических доз андрогенов и нестероидного анаболика инозина компенсировать некоторые негативные эффекты длительно вводимого дексаметазона на скелетную мускулатуру.
Целью настоящей работы явилось изучение эффективности таурина для сглаживания нега-
тивных эффектов длительно вводимого декса-метазона на скелетную мышцу смешанного типа.
При выборе таурина для возможной компенсации стероидной миопатии исходили из следующих обстоятельств. Данная аминокислота участвует в регуляции метаболических процессов в клетках [6], стимулирует биосинтез белков в мышцах и печени и ингибирует протеолиз [7, 8], улучшает энергообмен [9], выступает в роли естественного осморегулятора в клетках, может препятствовать их кальциевой перегрузке и потере ими калия при различных патологических состояниях [10], стимулирует продукцию инсулина й-клетками островков Лангерганса и оказывает некоторые инсулиноподобные эффекты [11, 12]. Учитывая тот факт, что глюко-кортикоиды в фармакологических дозах оказывают выраженное катаболическое влияние на мышечные волокна гликолитического типа [13], слабое минералокортикоидное действие [1, 14], понижают чувствительность периферических тканей к инсулину [1], введение таурина, способного нивелировать эти эффекты, может обеспечить частичную компенсацию стероидной миопатии. Все перечисленные эффекты та-урина на фоне его относительной безвредности для организма [15] предопределили необходимость изучения его эффективности для компенсации стероидной миопатии у животных.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Все эксперименты выполнены в соответствии с «Руководством по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ» [16]. Исследования проводились на 30 половозрелых крысах-самках 4-5-ти месячного возраста с исходной массой тела 180200 г. Животные были случайным образом разделены на 3 группы: контрольную (интактная, не подвергались никаким воздействиям, п=10, К-группа), I опытную (п=10, на протяжении 30 дней получали дексаметазон, Д-группа) и II опытную (п=10, на протяжении 30 дней получали дексаметазон в комплексе с таурином, Д+Т-группа). Дексаметазон («КККЛ», Словения) вводили внутрибрюшинно, 1 раз в 2 суток, в дозе, адекватной терапевтической для человека, - 0,25 мг/кг. Таурин («Синтез ОАО», Россия) вводили ежесуточно в дозе 60 мг/кг, подкожно.
По окончании месячного периода введения препаратов на наркотизированных животных (тиопентал натрия, 100 мг/кг, внутрибрюшинно) проводили острый опыт, в ходе которого изучали электрофизиологические и эргометрические параметры передней большеберцовой мышцы с помощью экспериментальной установки, включающей 3 канала. Канал электростимулятора
представлен собственно электростимулятором (построен на основе функционального генератора ICL8038CCDP), оптронной гальванической развязкой и биполярными игольчатыми стальными электродами с межэлектродным расстоянием 1 мм. Данный канал служил для нанесения на малоберцовый нерв электрических раздражений определенной силы, частоты и длительности. Электромиографический канал представлен отводящими биполярными игольчатыми стальными электродами (с межэлектродным расстоянием 1 мм) и электромиографическим биоусилителем (построен на основе измерительного усилителя INA118). Этот канал предназначался для регистрации М-ответов передней большеберцовой мышцы. Эргометрический канал включал потенциоме-трический датчик ПТП-1 с усилителем и служил для измерения высоты, на которую поднимается груз во время сокращения мышцы с грузом.
Электромиографический и эргографиче-ский каналы были связаны с регистрирующими устройствами - запоминающими цифровыми осциллографами Siglent и Tektronix (TDS2004C).
Ход опыта был следующим. У наркотизированного животного в области бедра препа-ровали малоберцовый нерв и на расстоянии 1 см проксимальнее коленного сустава подводили под него раздражающие электроды. Стопу задней лапки животного крепили зажимом, на уровне большого пальца затягивали лигатуру, соединенную с потенциометри-ческим датчиком и в среднюю часть передней большеберцовой мышцы (m. tibialis anterior) вводили отводящие игольчатые электроды.
Вначале регистрировали одиночный М-ответ мышцы, индуцированный путем раздражения малоберцового нерва одиночными сверхпороговыми электрическими импульсами длительностью 150 мкс каждый с частотой 0,2 имп/с и силой тока 500 мкА. На основании записей одиночных М-ответов мышцы определяли их латентный период, амплитуду и длительность, а также оценивали форму (двух-, трехфазные, поли- и псевдополифазные).
Затем путем плавного (в течение 4 с) увеличения силы электрического раздражения от подпо-роговой до сверхпороговой при частоте 10 имп/с записывали серию из сорока М-ответов мышцы. На основании процентного изменения амплитуды максимального М-ответа относительно амплитуды минимального определяли приблизительное количество активируемых двигательных единиц мышцы (методика Galea V. [17]).
После этого, раздражая малоберцовый нерв с частотой 4 имп/с сверхпороговыми электрическими импульсами (длительность 150 мкс
каждый, сила тока 500 мкА), регистрировали в течение 5 с серию М-ответов и соответствующих им одиночных сокращений мышцы с внешней нагрузкой 20 г. На основании полученных записей оценивали изменение амплитуды 5-го или 10-го М-ответа относительно 1-го, принятого за 100%, а также определяли некоторые параметры одиночного сокращения мышцы: амплитуду, латентный период, длительность активного состояния мышцы (фаза укорочения + плато) и фазы расслабления.
Затем в течение 5 с регистрировали серию М-ответов мышцы при частоте раздражения малоберцового нерва 30 имп/с. При этом длительность и сила электрических импульсов оставались прежними - 150 мкс и 500 мкА. На основании записи серии М-ответов мышцы определяли изменение их амплитуды относительно 1-го, амплитуда которого принималась за 100%. При увеличении амплитуды М-ответов мышцы в более чем 30% относительно 1-го в серии судили о патологическом облегчении синаптической передачи, тогда как уменьшение амплитуды М-ответов в более чем 25% относительно амплитуды 1-го указывало в пользу патологически значимой депрессии нервно-мышечной передачи [18, 19].
На заключительном этапе проводилась регистрация М-ответов мышцы и кривой ее тета-нического сокращения в процессе выполнения утомляющей работы с внешней нагрузкой 70 г вплоть до полного расслабления на фоне продолжающейся электрической стимуляции. Сокращение мышцы индуцировали путем раздражения электрическим током малоберцового нерва (частота - 70 имп/с, длительность импульсов - 0,5 мс и сила тока - 1000 мкА). На основании полученных записей определяли максимальную амплитуду тетанического сокращения мышцы, объем выполненной ею внешней работы, мощность сокращения и продолжительность удержания амплитуды сокращения на максимально возможном уровне (период максимальной работоспособности). Кроме того, сопоставляли элек-тромиограммы мышцы с соответствующими им эргограммами и устанавливали процентное изменение амплитуды М-ответов (относительно 1-го М-ответа) при достижении максимальной амплитуды тетануса, а также уменьшении амплитуды тетанического сокращения на 50% и 80% относительно максимально достижимой.
По окончании острого опыта в условиях глубокого наркоза проводили эвтаназию животных путем введения летальной дозы (300 мг/кг) тиопентала натрия.
Статистическая обработка.
Полученные экспериментальные данные обрабатывали с использованием ^критерия Стьюдента, предварительно убедившись в том, что распределение значений в исследуемых вариационных рядах близко к нормальному С^тест Шапиро-Уилка, 81а118Иеа, 7.0), и Б-статистики на основании проверки нулевой и альтернативной гипотез. Значения р<0,05 рассматривали как статистически достоверные. Исследуемые параметры выражали в виде «среднее ± стандартная ошибка».
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Характер изменения электрофизиологических параметров мышцы у животных Д- и Д+Т-групп. Длительное изолированное применение дексаметазона в фармакологической дозе (0,25 мг/кг) негативно отражалось на электрофизиологических параметрах передней большебер-цовой мышцы. Так, у животных Д-группы наблюдалось в сравнении с контролем удлинение латентного периода М-ответов (на 22%, р<0,05), уменьшение их амплитуды (на 26%, р<0,05) на фоне неизменной длительности, увеличение частоты полифазных потенциалов (до 40%, табл. 1).
Снижение амплитуды М-ответов мышцы животных Д-группы может быть обусловлено как десинхронизацией возбуждения мышечных волокон, так и очаговыми дегенеративными их изменениями, уменьшением диаметра или снижением их мембранного потенциала.
В пользу развития определенных патологических изменений в мышечных волокнах у крыс Д-группы свидетельствуют следующие факты. Во-первых, уменьшение амплитуды М-ответов не сопровождалось увеличением их длительности (см. табл. 1). Данный факт указывает в пользу того, что десинхронизация возбуждения в мышце не может выступать единственной причиной снижения амплитуды М-ответов; возможно и частичное выключение патологически измененных волокон из возбуждения, снижение потенциалов каждого в отдельности волокна и ряд других патологических изменений. Во-вторых, у крыс Д-группы наблюдалось уменьшение в сравнении с контролем количества активируемых двигательных единиц (на 40%, р<0,05) и мышечной массы (на 14%, р<0,05, табл. 2), что косвенно указывает в пользу возможных дегенеративных изменений части мышечных волокон.
Удлинение латентного периода М-ответа у животных Д-группы может быть связано как с десинхронизацией возбуждения мышечных волокон, так и с замедлением нервно-мышечной передачи, вызванным определенными си-наптическими нарушениями [18]. В пользу
возможных синаптических нарушений у крыс Д-группы свидетельствуют следующие наблюдаемые нами патологические изменения. Во-первых, у 60% особей Д-группы было отмечено снижение надежности синаптической передачи, в пользу которого свидетельствует превышающий 10% декремент амплитуды 5-го М-ответа относительно 1-го при частоте стимуляции нервно-мышечного аппарата 4
имп/с. В целом, средний по Д-группе декремент амплитуды 5-го М-ответа относительно 1-го превышал 10% (см. табл. 1). В основе наблюдаемого нами снижения надежности нервно-мышечной передачи при длительном введении глюкокортикоидов могут лежать различные механизмы: уменьшение амплитуды потенциалов концевой пластинки [20], блокада каналов холинорецепторов [21] и другие.
Таблица 1.
Средние значения (X ± m) некоторых параметров М-ответа передней большеберцовой мышцы у
крыс контрольной и опытных групп.
Параметр М-ответа мышцы Группа животных
К-группа (п=10) Д-группа(п=10) Д+Т-группа (п=10)
Параметры одиночного М-ответа
Латентный период, мс 1,2±0,05 1,5 ± 0,05 (+22%)* 1,3 ± 0,10
Амплитуда, мВ 2,6±0,22 1,9±0,15 (-26%)* 2,3 ± 0,28
Длительность, мс 5,5±0,51 5,3 ± 0,32 6,3 ± 0,31
% полифазных потенциалов 0 40 10
Изменение (в %) амплитуды 5-го М-ответа относительно 1-го при стимуляции нервно-мышечного аппарата с частотой 4 имп/с
Декремент амплитуды 5-го М-ответа относительно 1-го, % 3,6±1,23 -17,4 ± 3,93* -17,3 ± 6,26*
Процентное количество особей в группе с декрементом амплитуды М-ответов более 10% 0 60 50
Изменение (в %) амплитуды М-ответов относительно 1-го при стимуляции нервно-мышечного аппарата с частотой 30 имп/с
Степень облегчения синаптической передачи (повышение амплитуды М-ответов в % относительно 1-го М-ответа) 11,1±2,8 37,7 ± 9,44* 19,2 ± 10,12
Процентное количество особей в группе с облегчением синаптической передачи более 30% 0 60 20
Степень депрессии синаптической передачи (снижение амплитуды М-ответов в % относительно 1-го) -2,9±2,28 -13,4±5,30 -14,1±5,53
Процентное количество особей в группе с депрессией синаптической передачи более 25% 0 20 10
Примечание: * - значение показателя статистически достоверно отличается (Р<0,05) от уровня соответствующего параметра у крыс контрольной группы.
Во-вторых, у 60% особей Д-группы наблюдалось патологически значимое (превышающее 30%) облегчение синаптической передачи при стимуляции нервно-мышечного аппарата с оптимальной частотой - 30 имп/с (см. табл. 1), указывающее в пользу возможных преси-наптических нарушений: дефицита медиатора
или затруднения его высвобождения из пре-синаптических окончаний мотонейронов [19].
В-третьих, у 20% особей Д-группы была отмечена патологически значимая (превышающая 25%) депрессия синаптической передачи, хотя средняя по группе степень снижения амплитуды М-ответов при стимуляции нервно-мышечного
аппарата с оптимальной частотой (30 имп/с) не достигала и 25% (см. табл. 1). В то же время у 20% особей Д-группы депрессия нервно-мышечной передачи составляла -37 -46%, что сви-
детельствует в пользу возможных постсинапти-ческих нарушений у них: блокады каналов хо-линорецепторов, уменьшения их плотности или чувствительности к ацетилхолину [18, 19, 22].
Таблица 2
Средние значения ( X ± m) массы передней большеберцовой мышцы и количества активируемых двигательных единиц у животных контрольной и опытных групп.
Группа животных Масса мышцы, мг Количество активируемых двигательных единиц мышцы
К-группа (контроль), (п=10) 413 ± 11 14 ± 0,9
Д-группа,(п=10) 354 ± 8, (-14 %) * 8 ± 0,9, (-32 %) *
Д+Т-группа, (п=10) 414 ± 22 12 ± 1,0
Примечание: * - различия статистически достоверны (Р<0,05) относительно уровня контрольных крыс (К-группа).
Применение таурина в комплексе с дексаме-тазоном несколько сгладило негативные эффекты синтетического глюкокортикоида на электрофизиологические параметры мышцы. В частности, у животных Д+Т-группы не наблюдалось удлинения латентного периода и уменьшения амплитуды М-ответов (см. табл. 1), уменьшения количества активируемых двигательных единиц (см. табл. 2), типичного для крыс Д-группы. Кроме того, таурин обусловил уменьшение частоты полифазных М-ответов (с 40% у животных Д-группы до 10% у крыс Д+Т-группы, см. табл. 1).
Вместе с тем, применение таурина в комплексе с дексаметазоном не предотвратило снижения надежности нервно-мышечной передачи. В частности, у крыс Д+Т-группы патологически значимый декремент амплитуды М-ответа наблюдался у 50% особей и в среднем по группе превышал 10% (см. табл. 1). При этом у У животных Д+Т-группы с патологически значимым декрементом амплитуды М-ответа при стимуляции нервно-мышечного аппарата с частотой 4 имп/с, он составил -38,9 ±-26,3%.
Введение таурина в комплексе с дексаметазо-ном обусловило уменьшение частоты случаев патологически значимого облегчения синаптиче-ской передачи при оптимальной частоте стимуляции нервно-мышечного аппарата (30 имп/с). Так, патологически значимое облегчение си-наптической передачи у животных Д+Т-группы встречалось только у 20% особей (см. табл. 1). Патологически значимая депрессия синаптиче-ской передачи у крыс Д+Т-группы встречалась у 10% крыс, что было сопоставимо с таковой животных Д-группы (у 20% особей, см. табл. 1).
Таким образом, введение таурина в комплексе с дексаметазоном обусловило уменьшение частоты встречаемости патологиче-
ского облегчения и депрессии синаптической передачи при оптимальной частоте стимуляции нервно-мышечного аппарата, но не предотвратило полностью их появление.
Характер изменения эргометрических и временных параметров сокращения мышцы у животных Д- и Д+Т-групп. Учитывая способность таурина оказывать прямое и косвенное (через стимуляцию секреции инсулина и собственное инсулиноподобное действие) анаболическое влияние на различные органы организма, в том числе скелетные мышцы [6, 7, 11, 12], мы сочли необходимым проанализировать характер изменения эргометрических параметров мышцы крыс Д- и Д+Т-групп. Как показали результаты наших исследований, изолированное длительное введение дексаметазона приводило к ухудшению как параметров одиночного, так и тетанического сокращения исследуемой мышцы. Так, у крыс Д-группы наблюдалось уменьшение в сравнении с контролем амплитуды одиночного сокращения (на 53%, р<0,05) и объема внешней работы мышцы при тетани-ческом сокращении (на 30%, р<0,05, табл. 3). Кроме того, у животных Д-группы отмечалось ухудшение временных параметров сокращения мышцы, в пользу чего свидетельствовало удлинение латентного периода одиночного сокращения (на 41%, р<0,05), продолжительности активного состояния мышцы (на 35%, р<0,05) и существенное уменьшение мощности тетаниче-ского сокращения (на 61%, р<0,05, см. табл. 3).
Уменьшение амплитуды одиночного сокращения мышцы, величины внешней ее работы и мощности при тетаническом сокращении у крыс Д-группы может быть вызвано несколькими обстоятельствами: ухудшением энергетического обеспечения сократительного акта, десинхро-
низацией возбуждения и сокращения в мышце вследствие увеличения ее гетерогенности и выключением части патологически измененных волокон из возбуждения и сокращения [19].
Учитывая способность длительно вводимых фармакологических доз глюкокортико-идов и их синтетических аналогов вызывать дистрофические изменения в мышечных волокнах [23, 24], особенно гликолитическо-го типа [13], протеолиз миофибриллярных белков [23, 25], ослаблять транспорт глюкозы в мышечные волокна [26], нарушать
энергообмен в них [27], все перечисленные выше механизмы снижения амплитуды сокращения у животных Д-группы могли реализоваться. Кроме того, еще одной причиной уменьшения амплитуды сокращений у крыс Д-группы могло служить выключение части патологически измененных мышечных волокон из возбуждения и сокращения, в пользу чего свидетельствует наблюдаемое нами уменьшение амплитуды М-ответов (см. табл. 1) и количества активируемых двигательных единиц мышцы (см. табл. 2).
Таблица 3
Средние значения ( X ± m) сократительных и энергетических параметров мышцы контрольных и
опытных животных.
Исследуемый параметр Группа животных
К-группа(контроль) Д-группа Д+Т-группа
Параметры одиночного сокращения (с внешней нагрузкой 20 г)
Амплитуда укорочения, мм 2,9 ± 0,17 1,3 ± 0,30 (-53%) * 3,4 ± 0,38
Латентный период сокращения, мс 8,7 ± 0,46 12,3 ± 0,67 (+41%) * 9,5 ± 0,52
Продолжительность активного состояния мышцы, мс 47,9 ± 1,99 64,7 ± 3,29 (+35%) * 49,2 ± 2,15
Продолжительность фазы расслабления, мс 38,8 ± 1,95 43,2 ± 2,56 40,7 ± 2,05
Параметры тетанического сокращения при выполнении мышцей утомляющей работы с внешней нагрузкой 70 г до полного расслабления
Объем внешней работы, мДж 10,1 ± 0,67 7,0 ± 0,79 (-30%) * 10,1 ± 1,03
Развиваемая мощность при сокращении мышцы, мВт 11,3 ± 0,66 4,4 ± 0,57 (-61%) * 13,2 ± 1,37
Период максимальной работоспособности мышцы, с 3,7 ± 0,40 2,4 ± 0,22 (-36%) * 3,4 ± 0,34
Примечание: * - различия статистически достоверны (Р<0,05) относительно уровня контрольных крыс (К-группа).
В связи с тем, что наиболее выраженные дистрофические изменения под действием избыточных доз глюкокортикоидов возникают в волокнах гликолитического типа [13], можно предположить, что выключались из сокращения преимущественно быстрые волокна. В пользу справедливости такого предположения свидетельствует существенное удлинение продолжительности активного состояния мышцы на фоне уменьшения амплитуды одиночных сокращений у крыс Д-группы (см. табл. 3). Вместе с тем, на-
ряду с уменьшением доли задействованных в сокращении быстрых волокон мышцы, возможными причинами ухудшения амплитуды одиночного сокращения, замедления фазы укорочения, снижения внешней работы мышцы и мощности тетанического сокращения могли также служить ухудшение энергетического обеспечения сократительного акта и нарушение электромеханического сопряжения в мышечных волокнах.
В то же время частичное выключение гли-колитических волокон из сокращения должно
обусловливать увеличение удельной доли медленных волокон, задействованных в сокращении, что должно предопределить увеличение устойчивости мышцы к развитию утомления. Между тем, у животных Д-группы продолжительность периода максимальной устойчивой работоспособности мышцы оказалась значимо короче контрольного значения (на 36%, р<0,05, см. табл. 3). Данный факт свидетельствует в пользу выраженных энергетических расстройств в волокнах не только гликолити-ческого типа, но и оксидативно-гликолити-ческого и медленного типов у крыс Д-группы, что и обусловило укорочение периода максимальной устойчивой работоспособности мышцы на фоне боле низкой амплитуды тетануса.
Таким образом, длительное изолированное применение дексаметазона сопровождалось ухудшением амплитудных параметров сокращения, мощности и работоспособности передней большеберцовой мышцы.
Введение таурина в комплексе с дексаметазо-ном предотвратило ухудшение сократительных и временных параметров сокращения мышцы, а также укорочение периода максимальной устойчивой работоспособности (см. табл. 3), что, по всей видимости, связано со способностью та-урина стимулировать анаболизм белков в различных тканях [6, 7, 9], усиливать потребление кислорода и синтез макроэргов в клетках [9, 28], улучшать сопряжение между возбуждением и сокращением в мышечной ткани [29]. Как уже обсуждалось ранее, введение таурина в ком-
плексе с дексаметазном предотвратило уменьшение массы исследуемой мышцы и количества активируемых двигательных единиц (см. табл. 2). Данные факты также косвенно указывают в пользу отсутствия выраженных дистрофических изменений в мышце, способных негативно отразиться на ее сократительной функции.
Таким образом, таурин предотвратил снижение мышечной массы, по всей видимости, нивелировал дистрофические и энергетические нарушения в мышечных волокнах, что и обусловило отсутствие значимых изменений со стороны силовых параметров и работоспособности мышцы животных, получавших дексаметазон в комплексе с таурином.
На заключительном этапе наших исследований мы сочли необходимым сопоставить степень изменения амплитуды М-ответов с изменением амплитуды тетанического сокращения мышцы в момент выполнения утомляющей работы у крыс, получавших дексамета-зон изолированно и в комплексе с таурином.
Анализ полученных данных показал, что у животных всех групп по мере развития утомления при выполнении мышцей тетанической работы с внешней нагрузкой (70 г) амплитуда тетанического сокращения и М-ответов снижалась примерно в равной мере (табл. 4). Полученный факт согласуется с мнением других исследователей [19], согласно которому выполнение мышцей работы с нагрузкой сопровождается существенным снижением не только амплитуды сокращений, но и М-ответов.
Таблица 4
Изменение амплитуды М-ответов мышцы в момент ее тетанической утомляющей работы у контрольных и опытных животных.
Группа животных Амплитуда 1-го М-ответа, мВ Изменение амплитуды М-ответов (в % относительно 1-го) на разных этапах тетанической работы
при максимальной амплитуде тетанического сокращения при снижении амплитуды тетани-ческого сокращения на 50% относительно максимальной при снижении амплитуды тета- нического сокращения на 80% относительно максимальной
К-группа (контроль) (п=10) 2,3 ± 0,23 -11,7 ± 4,96 -67,4 ± 4,32 -84,3 ± 2,44
Д-группа (п=10) 1,6 ± 0,14 (-31%) * -29,7 ± 3,11 (154%) * -81,1 ± 3,38 (20%) * -91,6 ± 1,52 (9%) *
Д+Т-группа (п=10) 2,0 ± 0,24 -12,0 ± 4,45 -74,6 ± 4,93 -85,8 ± 2,99
Примечание: * - различия статистически достоверны (Р<0,05) относительно уровня контрольных крыс (К-группа).
Утомляющая работа мышцы животных Д-группы подобно контрольным крысам также сопровождалась снижением амплитуды как сокращения, так и М-ответов. Вместе с тем, у крыс Д-группы имелись 2 особенности. Во-первых, более выраженное, чем у контроля, снижение амплитуды М-ответов относительно исходной при достижении мышцей максимальной амплитуды тетануса. Данный факт свидетельствует в пользу более низкой лабильности их синапсов, которая как раз начинает проявляться при высокой частоте стимуляции нервно-мышечного аппарата (70 имп/с). Снижение лабильности синапсов крыс Д-группы является следствием определенных постсинаптических изменений: нарушения чувствительности холинорецепто-ров или кинетики их реактивации, скорости инактивации ацетилхолина в синаптической щели или выраженной стойкой деполяризации части мышечных волокон вследствие быстро развивающегося энергодефицита в них, что приводит к временной их рефрактерности [19].
Во-вторых, у животных Д-группы наблюдалось более выраженное, чем у контроля, падение амплитуды М-ответов при уменьшении амплитуды тетанического сокращения на 50% и 80% относительно максимальной (см. табл. 4). Данный факт указывает в пользу более выраженных энергетических нарушений в мышце крыс Д-группы при выполнении утомляющей работы, сопровождающихся нарушением откачивания кальция из цитозоля мышечных волокон и развитием их контрактуры. Как следствие, на фоне весьма выраженного падения амплитуды М-ответов (на 95% относительно исходной) мышца продолжает поддерживать амплитуду тетануса на уровне 20% от максимальной.
Таурин, вводимый в комплексе с дексамета-зоном, предотвратил более выраженное, чем у контроля, снижение амплитуды М-ответов как на начальных, так и на заключительных этапах развития тетанического сокращения, имевшее место при изолированном применении синтетического глюкокортикоида (см. табл. 4). Таким образом, таурин предотвратил снижение лабильности синапсов и развитие выраженного энергодефицита в мышечных волокнах, вызванных длительным изолированным применением дексаметазона. Отмеченный факт, очевидно, обусловлен способностью таурина улучшать энергообмен в клетках [9, 28] и компенсировать нарушения ионного состава их цитоплазмы [10], что предотвращает появление контрактуры.
ВЫВОДЫ
1. Развитие ятрогенного гиперкортицизма сопровождалось ухудшением электрофизио-
логических параметров мышцы: удлинением латентного периода М-ответа (на 22%) и уменьшением его амплитуды (на 26%) на фоне неизменной длительности, увеличением частоты полифазных потенциалов (до 40%), снижением надежности синаптической передачи (у 60% особей), патологически значимым ее облегчением (у 60% особей) и депрессией (у 20% особей) при оптимальной частоте (30 имп/с) стимуляции нервно-мышечного аппарата.
2. Длительное введение дексаметазона обусловливало уменьшение количества активируемых двигательных единиц мышцы (на 40%) и ее массы (на 14%), выраженное снижение амплитуды одиночных сокращений (на 53%) и существенное удлинение продолжительности активного состояния мышцы (на 68%), уменьшение внешней работы (на 30%) и мощности (на 61%) мышцы при тетаническом сокращении, а также укорочение периода максимальной устойчивой работоспособности мышцы (на 36%).
3. Применение таурина в комплексе с дек-саметазоном несколько сгладило негативные эффекты синтетического глюкокортикоида на электрофизиологические параметры мышцы. В частности, таурин предотвратил удлинение латентного периода и уменьшение амплитуды М-ответов, уменьшение количества активируемых двигательных единиц, а также обусловил уменьшение частоты полифазных М-ответов (с 40% у крыс Д-группы до 10% у животных Д+Т-группы), частоты встречаемости патологически значимого облегчения синаптической передачи (с 60% у крыс Д-группы до 20% у животных Д+Т-группы), но не компенсировал снижения ее надежности.
4. Таурин, вводимый в комплексе с дексамета-зоном, нивелировал ухудшение сократительных и временных параметров сокращения мышцы, а также уменьшение мышечной массы и укорочение максимальной устойчивой работоспособности мышцы, типичные для животных Д-группы.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. / Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Финансирование. Исследование не имело спонсорского финансирования. / Funding. The study had no sponsorship.
ЛИТЕРАТУРА
1. Gardner D.J. Greenspan's Basic & Clinical Endocrinology. 1th ed., New-York: McGraw-Hill Medical Publishing, 2007.
2. Полунина А.Г., Исаев Ф.В., Демьянова М.А. Стероидная миопатия. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова, 2012; 112 (10-2): 60-64.
3. Труш В.В. Влияние нестероидного анаболика инозина на проявление эффектов дексаметазона на скелетную мышцу белых крыс. Studia Biologica, 2012; 6 (2): 127-138.
4. Соболев В.И., Труш В.В. Влияние тироксина на проявление эффектов дексаметазона на параметры М-ответа скелетной мышцы белых крыс. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова, 2013; 99 (9): 1067-1076.
5. Trush V.V., Sobolev V.I. Modulation of Dexamethasone-Induced Effects on the Rat Skeletal Muscles by Testosterone. International Journal of Physiology and Pathophysiology, 2013; 4 (4): 19-40.
6. Ripps H., Wen Sh. Review: Taurine: A «very essential» amino acid. Molecular Vision, 2012; 18: 2673-2686.
7. Schaffer S. W., Jong C. J., Ramila K. C., Azuma J. Physiological roles of taurine in heart and muscle. J. Biomed. Sci., 2010; 17, Suppl 1: S 2.
8. Gentile C.L., Nivala A.M. Experimental evidence for therapeutic potential of taurine in the treatment of nonalcoholic fatty liver disease. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol., 2011; 301 (6): R 1710-R 1722.
9. Winiarska K., Szymanski K., Gorniak P., Dudziak M., Bryla J. Hypoglycaemic, antioxidative and nephroprotective effects of taurine in alloxan diabetic rabbits. Biochimie., 2009; 91 (2): 261-270.
10. El-Sherbeny A., Naggar H., Miyauchi S. Osmoregulation of Taurine transporter Function and Expression in Retinal Pigment Epithelial, Ganglion and Muller Cells. Investigative Ophthalmology & Visual Science., 2004; 45 (2): 39-46.
11. Carneiro E.M., Latorraca M.Q., Araujo E. Taurine supplementation modulates glucose homeostasis and islet function. Journal of Nutritional Biochemistry, 2009; 20: 503-511.
12. Ribeiro R.A., Bonfleur M.L., Amaral A.G. Taurine supplementation enhances nutrient-induced insulin secretion in pancreatic mice islets. Diabetes Metab. Res. Rev., 2009; 25 (4): 370-379.
13. Savary I., Debras E., Dardevet D. Effect of glucocorticoid excess on skeletal muscle and heart protein synthesis in adult and old rats. Brit. J. Nutr., 1998; 3: 297-304.
14. Борисова Е.О. Клиническая фармакология парентеральных форм глюкокортикоидов. Лечебное дело, 2007; 3: 17-24.
15. Шейбак В.М., Шейбак Л.М. Биосинтез и обмен таурина. Журнал ГГМУ, 2005; 1: 9-12.
16. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. Под ред. В.П. Фисенко. М.: Минздрав РФ, ЗАО «ИИА „Ремедиум»», 2000.
17. Galea V., De Bruin H., Cavasin R., McComas A.J. The number and relative size of motor unites estimated by computer. Muscle and Nerve, 1991; 14: 1123-1130.
18. Гехт Б.М. Теоретическая и клиническая электромиография. Л.: Наука, Ленинградское отделение, 1990.
19. MacIntosh B., Gardiner Ph., McComas A.J. Skeletal muscle. Form and function. 2th ed. Champaign: Human Kinetics, 1998.
20. Braun S., Sarkozi E., McFerrin J. Hydrocortisone influences voltage-dependent L-type calcium channels in cultured human skeletal muscle. J. Neurosci. Res., 1995; 6: 727-733.
21. Bouzat C., Barrantes F. J. Assigning function to residues in the acetylcholine receptor channel region. Mol. Membr. Biol., 1997; 14: 167-177.
22. Касаткина Л.Ф., Гильванова О.В. Электромиографические методы исследования в диагностике нервно-мышечных заболеваний. Игольчатая электромиография, Москва: Медика, 2010.
23. Riso E.M., Ahtikoski A., Alev K., Kaasik P., Pehme A., Seene T. Relationship between extracellular matrix, contractile apparatus, muscle mass and strength in case of glucocorticoid myopathy, Journal of Steroid Biochemistry & Molecular Biology, 2008; 108: 117-120.
24. Seene T., Kaasik P., Pehme A. The effect of glucocorticoids on the myosin heavy chain isoforms turnover in skeletal muscle. Balt. J. Lab. Anim. Sci., 2003; 10: 112-120.
25. Bowes S.B., Jackson N.C., Papachristodoulou D. Effect of corticosterone on protein degradation in isolated rat soleus and extensor digitorum longus muscles. J. Endocrinol., 1996; 3: 501-507.
26. Weinstein S.P., Paquin T., Pritsker A. Dexamethasone inhibits the activation of glucose transport in rat skeletal muscle by both insulin and non-insulin-related stimuli. Diabetes, 1995; 4: 441-445.
27. Martens M.E., Peterson P.L., Lee C.P. In vitro effects of glucocorticoid on mitochondrial energy metabolism. Biochim. et biophys. acta Bioenerg., 1991; 2: 152-160.
28. Harada N., Ninomiya C., Osako Y. Taurine alters respiratory gas exchange and nutrient metabolism in type 2 diabetic rats. Obes Res., 2004; 12 (7): 1077-1084.
29. De Luca A., Pierno S., Camerino D. Effect of taurine depletion on excitation-contraction coupling and Cl-conductance of rat skeletal muscle. Europian Journal of Pharmacology, 1996; 296: 215-222.
REFERENCES
1. Gardner D.J. Greenspan's Basic & Clinical Endocrinology. 1th ed. New-York: McGraw-Hill Medical Publishing, 2007.
2. Polunina A.G., Isaev F.V., Dem'ianova M.A. Steroid myopathy. Zhurnal nevrologii i psikhiatrii imeni S.S. Korsakova 2012; 112 (10-2): 60-64. (In Russian)
3. Trush V.V. Influence of a Nonsteroid Anabolic Inosine on the Manifestation of the Effects of Dexamethasone on a Skeletal Muscle of White Rats. Studia Biologica 2012; 6 (2): 127-138. (In Ukrainian)
4. Sobolev V.I., Trush V.V. Influence of Thyroxine on Display of Dexamethasone's Effects on M-response's Parameters of Skeletal Muscle of White Rats. Russian Journal of Physiology (formely I.M. Sechenov Physiological Journal) 2013; 99 (9): 1067-1076. (In Russian)
5. Trush V.V., Sobolev V.I. Modulation of Dexamethasone-Induced Effects on the Rat Skeletal
Muscles by Testosterone. International Journal of Physiology and Pathophysiology 2013; 4 (4): 19-40.
6. Ripps H., Wen Sh. Review: Taurine: A «very essential» amino acid. Molecular Vision 2012; 18: 2673-2686.
7. Schaffer S. W., Jong C. J., Ramila K. C., Azuma J. Physiological roles of taurine in heart and muscle. J. Biomed. Sci. 2010; 17, Suppl 1: S 2.
8. Gentile C.L., Nivala A.M. Experimental evidence for therapeutic potential of taurine in the treatment of nonalcoholic fatty liver disease. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2011; 301 (6): R 1710-R 1722.
9. Winiarska K., Szymanski K., Gorniak P., Dudziak M., Bryla J. Hypoglycaemic, antioxidative and nephroprotective effects of taurine in alloxan diabetic rabbits. Biochimie 2009; 91 (2): 261-270.
10. El-Sherbeny A., Naggar H., Miyauchi S. Osmoregulation of Taurine transporter Function and Expression in Retinal Pigment Epithelial, Ganglion and Muller Cells. Investigative Ophthalmology & Visual Science 2004; 45 (2): 39-46.
11. Carneiro E.M., Latorraca M.Q., Araujo E. Taurine supplementation modulates glucose homeostasis and islet function. Journal of Nutritional Biochemistry 2009; 20: 503-511.
12. Ribeiro R.A., Bonfleur M.L., Amaral A.G. Taurine supplementation enhances nutrient-induced insulin secretion in pancreatic mice islets. Diabetes Metab. Res. Rev. 2009; 25 (4): 370-379.
13. Savary I., Debras E., Dardevet D. Effect of glucocorticoid excess on skeletal muscle and heart protein synthesis in adult and old rats. British Journal of Nutrition 1998; 3: 297-304.
14. Borisova E.O. Clinical pharmacology of parenteral forms of glucocorticoids. Lechebnoe delo 2007; 3: 17-24. (In Russian)
15. Shejbak V.M., Shejbak L.M. Biosynthesis and exchange of taurine. Zhurnal GGMU 2005; 1: 9-12. (In Russian)
16. Fisenko V.P., eds. Rukovodstvo po eksperementalnomu (doklinicheskomu) izucheniyu novih farmakologicheskich veshestv, M.: Minzdrav RF, ZAO «IIA «Remedium»», 2000. (In Russian)
17. Galea V., De Bruin H., Cavasin R., McComas A.J. The number and relative size of motor unites estimated by
computer. Muscle and Nerve 1991; 14: 1123-1130.
18. Geht B.M. Teoreticheskaya i klinicheskaya elektromiografiya. Leningrad: Nauka; 1990 (In Russian).
19. Macintosh B., Gardiner Ph., McComas A.J. Skeletal muscle. Form and function. 2th ed. Champaign: Human Kinetics; 1998.
20. Braun S., Sarkozi E., McFerrin J. Hydrocortisone influences voltage-dependent L-type calcium channels in cultured human skeletal muscle. J. Neurosci. Res. 1995; 6: 727-733.
21. Bouzat C., Barrantes F.J. Assigning function to residues in the acetylcholine receptor channel region. Mol. Membr. Biol. 1997; 14: 167-177.
22. Kasatkina L.F., Gil'vanova O.V. Jelektromiograficheskie metody issledovanija v diagnostike nervno-myshechnyh zabolevanij. Igol'chataja jelektromiografija. Moscow: Medika; 2010. (In Russian)
23. Riso E.M., Ahtikoski A., Alev K., Kaasik P., Pehme A., Seene T. Relationship between extracellular matrix, contractile apparatus, muscle mass and strength in case of glucocorticoid myopathy, Journal of Steroid Biochemistry & Molecular Biology, 2008; 108: 117-120.
24. Seene T., Kaasik P., Pehme A. The effect of glucocorticoids on the myosin heavy chain isoforms turnover in skeletal muscle. Balt. J. Lab. Anim. Sci. 2003; 10: 112-120.
25. Bowes S.B., Jackson N.C., Papachristodoulou D. Effect of corticosterone on protein degradation in isolated rat soleus and extensor digitorum longus muscles. J. Endocrinol. 1996; 3: 501-507.
26. Weinstein S.P., Paquin T., Pritsker A. Dexamethasone inhibits the activation of glucose transport in rat skeletal muscle by both insulin and non-insulin-related stimuli. Diabetes 1995; 4: 441-445.
27. Martens M.E., Peterson P.L., Lee C.P. In vitro effects of glucocorticoid on mitochondrial energy metabolism. Biochim. et biophys. acta Bioenerg. 1991; 2: 152-160.
30. Harada N., Ninomiya C., Osako Y. Taurine alters respiratory gas exchange and nutrient metabolism in type 2 diabetic rats. Obes Res. 2004; 12 (7): 1077-1084.
29. De Luca A., Pierno S., Camerino D. Effect of taurine depletion on excitation-contraction coupling and Cl-conductance of rat skeletal muscle. Europian Journal of Pharmacology 1996; 296: 215-222.
