CC BY
31
© О. В. Романенко, С. Є. Шепелєв
УДК 612. 816: 612. 73: 577. 164. 13/. 131
О. В. Романенко, С. Є. Шепелєв
СКОРОЧУВАЛЬНІ РЕАКЦІЇ М’ЯЗА В УМОВАХ АЛІМЕНТАРНОГО ДЕФІЦИТУ ВІТАМІНУ В1
Національний медичний університет ім. О. О. Богомольця (м. Київ)
Робота є фрагментом науково-дослідної роботи кафедри біології Національного медичного університету ім. О. О. Богомольця «дослідження впливу на синаптичну передачу в м’язах теплокровних організмів вітамінів В1, В6 та їх похідних», № державної реєстрації 0103и000883.
Вступ. Глибокий дефіцит вітаміну В1 у людини може супроводжуватися симптомами прогресуючого поліневриту, для якого характерні парестезії, зниження больової, а потім і глибокої чутливості, атаксія, послаблення сухожилкових рефлексів, м’язова слабкість, парези, а в подальшому - паралічі та атрофія м’язів. Вказані порушення розвиваються спочатку на нижніх кінцівках, розповсюджуючись в подальшому на верхні кінцівки та тулуб. Інколи спостерігаються симптоми ураження черепних нервів та автономної нервової системи [2]. Параліч дихальної мускулатури описаний при отруєнні людини ферментом тіаміназою, яка виробляється деякими видами ціанобактерій і розщеплює тіамін [5]. Крім того, припускається, що деякі випадки раптової смерті немовлят можуть бути пов’язаними з припиненням передачі моторних сигналів до діафрагми, зумовленим порушенням метаболізму вітаміну В1 у діафрагмальному нерві [9]. Однак, в цілому, дефіцит вітаміну В1 не асоціюється у дослідників як провідна причина порушення функціонування дихальної мускулатури. Разом з тим, відсутність візуально зареєстрованих при обстеженні пацієнтівпроявів таких порушень при тіамін-дефіцитному стані не означає відсутності у дихальній мускулатурі патологічних змін, які за певних умов, наприклад, при поєднанні кількох несприятливих факторів, що мають одно-спрямований вплив на організм, можуть мати клінічне значення.
Метою роботи було визначення параметрів скорочувальних реакцій ізольованих френіко-гемі-діафрагмальних препаратів, отриманих від мишей з різною аліментарною забезпеченістю вітаміном В1.
Об’єкт і методи дослідження. Для моделювання стану аліментарного дефіциту вітаміну В1 використовували молодих мишей-самців віком біля
1 місяця з початковою масою тіла 10 - 12 г [11]. Тварин рандомізовано ділили на три експериментальні групи. Тварини І (тіамінконтрольної) групи отримували без обмежень штучну тіамінконтроль-ну дієту [11], яка містила 67,6 % вуглеводів, 18 % білків, 8 % ліпідів, вітаміни (включаючи 16 мг/кг тіаміну гідрохлориду) та мінеральні солі. Тварини ІІІ
(тіаміндефіцитної) групи отримували без обмежень штучну тіаміндефіцитну дієту, яка була ідентичною тіамінконтрольній, але не містила тіаміну. Тварини
ІІ (тіамінконтрольної з аліментарним обмеженням) групи отримували тіамінконтрольну дієту, але у добовій кількості, яку споживали тварини ІІІ групи, що дозволяло диференціювати наслідки власне дефіциту вітаміну В1 та можливого впливу на мишей ано-рексії, що розвивається в умовах нестачі вітаміну В1 в організмі. Контроль за розвитком аліментарного дефіциту вітаміну В1 у тварин здійснювали з використанням неспецифічного методу, який базується на визначенні маси тіла, та специфічного методу, який полягає у флуориметричному визначенні вмісту загального тіаміну у зразках головного мозку [7]. Для дослідження скорочувальної активності поперечно- посмугованого м’яза використовували ізольовані френіко-гемідіафрагмальні препарати, які отримували від тварин І, ІІ та ІІІ груп на 10-й, 15-й та 20-й день споживання відповідних раціонів в результаті гострого експерименту. Роботу з тваринами проводили з дотриманням існуючих біоетичних норм та у відповідності до чинного законодавства [6]. Реєстрацію скорочувальних реакцій діафраг-мального м’яза здійснювали в ізометричному режимі за допомогою механотронного датчика 6МХ1С. Ліву половину діафрагми розміщували в плексигла-совій ванночці, через яку при кімнатній температурі (20-210 С) з постійною швидкістю пропускали насичений карбогеном (95 % О2 та 5 % СО2) базовий розчин Кребса такого складу (ммоль/л): ЫаО! - 137,0, КО! - 5,0, ЫаИООЗ - 11,0, ЫаН2Р04 - 1,0, СаО!2 - 2,5, МдО!2 - 1,0, глюкоза - 11,0. Вихідне навантаження на м’яз становило 12 мН. Діафрагмаль-ний нерв подразнювали прямокутними поштовхами електричного струму супрамаксимальної сили тривалістю 0,1 мс з частотою 2,67 с-1, яка відповідає середній частоті дихальних рухів миші [3]. Для оцінки надійності синаптичної передачі у вказаних вище препаратах силу скорочень діафрагмального м’яза у відповідь на подразнення нерва визначали тричі:
1) в умовах омивання препарату згаданим вище базовим розчином Кребса безпосередньо перед початком його заміни на модифікований розчин Кребса, в якому, на відміну від базового розчину Кребса, містилося 0,5 ммоль/л СаО!2 та 1,75 ммоль/л МдО!2;
2) через 25 хвилин після початку суперфузії препарату модифікованим розчином Кребса; 3) після заміни модифікованого розчину Кребса на базовий
Таблиця
Маса тіла, вміст загального тіаміну в головному мозку та сила скорочень діафрагмального м’яза в умовах споживання тваринами штучних дієт з різним вмістом тіаміну
Тривалість утримування тварин на відповідних штучних дієтах, дні Група тварин Маса тварин, г (n = 10) Вміст загального тіаміну в мозку, мкг/г тканини (n = 7) Сила скорочень м’яза у базовому розчині Кребса, мН (n = 7) Сила скорочень м’яза у модифікованому розчині Кребса, мН (n = 7)
l 19,6 ± Q,3 2,6В ± Q,16 5,24 ± Q,44 4,24 ± Q,49
10 ll 19,6 ± Q,3 2,62 ± Q,15 4,93 ± Q,51 3,В3 ± Q,44
lll 19,4 ± Q,3 1,57 ± Q,16**++ 4,74 ± Q,6Q 2,7Q ± Q,37**++
l 2Q^ ± Q,4 2,79 ± 5,42 ± Q,41 4,25 ± Q,37
15 ll 16,4 ± Q,4## 2,6Q ± Q,12 5,29 ± Q,45 4,13 ±
lll 14,6 ± Q,3** Q,69 ± Q,Q9**++ 4,44 ± Q,51 Q^9 ± 0,08**++
l 24,6 ± Q,6 2,91 ± Q,15 4,96 ± Q,36 4,Ю ±
20 ll 14,1 ± Q,1## 2,49 ± Q,2Q 4,В6 ± Q,51 3,6В ± Q,44
lll 12,1 ± Q,1** Q,42 ± Q,Q4**++ 4,24 ± Q,54 Q,51 ± 0,05**++
Примітка: І група - тіамінконтрольна, ІІ група - тіамінконтрольна з аліментарним обмеженням, ІІІ група - тіаміндефіцитна. Дані представлені у вигляді середніх значень ± похибка середнього. Статистично вірогідна відмінність (Р < 0,01) між ІІІ та І групами позначена **, ІІІ та ІІ групами - ++, ІІ та І групами - ##.
до максимального відновлення сили скорочень [8]. Якщо сила скорочень м’яза у відповідь на подразнення нерва під час третьої реєстрації становила менше ніж 85 % такої під час першої реєстрації, дані виключали з подальших розрахунків [8]. Статистичну вірогідність відмінностей значень досліджуваних показників визначали за t-критерієм Стьюдента [4]. У зв’язку з проведенням множинних порівнянь (три групи) відмінності вважали вірогідними при Р < 0,017 (поправка Бонферроні) [1]. В роботі використовували тіаміна гідрохлорид виробництва «Sigma» (США), а решту вітамінних препаратів, що входили до складу штучних дієт, DL-метионін та холін-хло-рид - виробництва ICN (США).
Результати досліджень та їх обговорення. Маса тіла тварин І групи збільшувалася уподовж всього періоду спостереження (20 днів), тварин ІІ та
ІІІ груп - тільки уподовж перших 10 днів, після чого спостерігалося її поступове зменшення (табл.).
У тварин ІІІ групи останнє обумовлювалося ано-рексію внаслідок припинення надходження в організм вітаміну В1, у тварин ІІ групи - зменшенням кількості отримуваної їжі у відповідності з її вжитком тваринами ІІІ групи на ідентичних строках утримування. Вміст загального тіаміну в головному мозку тварин І та ІІ груп статистично вірогідно не розрізнявся, в той час як у тварин ІІІ групи був статистично вірогідно (Р < 0,01) меншим порівняно з таким у тварин І і ІІ групп на 10-й день споживання штучних харчових раціонів відповідно на 41,4 % і 40,1 %, на 15-й день - на 75,3 % і 73,5 %, на 20-й день - на 85,6 % і 83,1 % (табл.). Наведені дані свідчать про розвиток аліментарного дефіциту вітаміну В1 у тварин ІІІ групи. Разом з тим, тварини ІІ групи, незважаючи на аліментарне обмеження, очевидно, не страждали
від зменшеного надходження вітаміну В1. В умовах суперфузії базовим розчином Кребса, в якому вміст іонів Са2+ (2,5 ммоль/л) та Мд2+ (1,0 ммоль/л) був близьким до такого у внутрішньому середовищі організму, сила скорочень діафрагмального м’яза у відповідь на подразнення нерва в нервово-м’язових препаратах, отриманих від тварин І, ІІ та ІІІ груп на 10-й, 15-й та 20-й день споживання відповідних раціонів, статистично вірогідно не розрізнялася (табл.). Очевидно, рівень деполяризації м’язових волокон, викликаний дією ацетилхоліну, що вивільнювався з нервових закінчень у відповідь на подразнення діафрагмального нерва, в зазначених умовах виявився достатнім, щоб ініціювати потенціал дії у м’язових волокнах та їх скорочення. Суперфузія нервово-м’язових препаратів модифікованим розчином Кребса з низьким вмістом іонів Са2+ (0,5 ммоль/л) та високим вмістом іонів Мд2+ (1,75 ммоль/л) в усіх випадках призводила до зменшення сили скорочень, що, за даними літератури [8], обумовлюється частковим блокуванням нервово-м’язової передачі. При цьому в умовах суперфузії модифікованим розчином Кребса сила скорочень діафрагмально-го м’яза в препаратах, отриманих від тварин І та ІІ груп на 10-й, 15-й та 20-й день споживання відповідних раціонів, статистично вірогідно не розрізнялася (табл.). Разом з тим, в препаратах, отриманих від тварин ІІІ групи, сила скорочень діафрагмального м’яза в модифікованому розчині Кребса була статистично вірогідно меншою порівняно з такою в препаратах, отриманих від тварин І та ІІ груп, вже на 10-й день експерименту, і в подальшому зменшувалася ще сильніше в умовах з поглибленням тіамін-дефіцитного стану у тварин ІІІ групи (табл.). Ці дані опосередковано свідчать про зменшення надійності
нервово-м’язової передачі [8] в діафрагмальному виникають при передозуванні міорелаксантів). Ряд м’язі під впливом аліментарного дефіциту вітаміну антибіотиків може послаблювати синаптичну пе-
В1. Посилення блокуючого ефекту високих доз іонів редачу в скелетних м’язах, викликаючи симптоми
Мд2+ на синаптичну передачу в скелетному м’язі міастенії у хворих зі зменшеним запасом надійнос-
при поглибленні дефіциту вітаміну В1 в організмі ті нервово-м’язової передачі [12], однією з причин
дозволяє зр°бити припущення, що аналогічного останньої може бути дефіцит вітаміну В1 в організмі.
ефекту можна очікувати і від інших агентів, здатних спричинювати блокуючий вплив на нервово-м’язову передачу. Так, наприклад, в клінічній практиці має
Висновки. Споживання мишами штучного харчового раціону, позбавленому тіаміну, спричинює прогресивне зменшення надійності нервово-
велике значення урахування впливу різноманітних
, м’язової передачі в діафрагмальному м’язі.
лікарських засобів та інших чинників (температура,
супутні хвороби, порушення кислотно-лужного ба-
Перспективи подальших досліджень.
лансу) на характер нервово-м’язового блоку, здій- Отримані результати щ°д° впливу аліментарн°-снюваного міорелаксантами [1Q]. Цілком імовірно, го дефіциту вітаміну B1 на скорочувальні реакціі що дефіцит вітаміну B1 може виступати в ролі од- діафрагмального м’яза у мишей є джерелом фунда-
ного з факторів, що підвищують ризик розвитку не- ментальних даних, на які можуть опиратися дослід-
бажаних (побічних) ефектів при застосуванні препа- ники в галузях фармакології, анестезіології, невро-
ратів цієї групи (ефектів, які зовні схожі на такі, що логії, гігієни харчування.
Литература
1. Гланц С. Медико-биологическая статистика / С. Гланц; пер. с англ. Ю. А. Данилова. - М. : Практика, 199В. - 459 с.
2. Диагностика и лечение внутренних болезней : руководство для врачей : в 3 т. / [под ред. Ф. И. Комарова]. - М. : Медицина, 1999. Т. 3. Болезни органов пищеварения и системы крови - 1999. - 52В с.
3. Западнюк И. П. Лабораторные животные / И. П. Западнюк, B. И. Западнюк, Е. А. Захария, Б. B. Западнюк. - К. : Bища
школа, 19В3. - ЗВЗ с.
4. Лапач С. Н. Статистика в науке и бизнесе / С. Н. Лапач, А. B. Чубенко, П. Н. Бабич. - К. : Морион, 2QQ2. - 64Q с.
5. Маляревская А. Я. Обмен веществ у рыб в условиях антропогенного евтрофирования водоемов / А. Я. Маляревская. -
К. : Наукова думка, 1979. - 256 с.
6. Науково-практичні рекомендації з утримання лабораторних тварин та роботи з ними / Ю. М. Кожем'якін, О. С. Хромов, М. А. Філоненко, Г. А. Сайфетдінова. - К. : Авіцена, 2QQ2. - 156 с.
7. Островский Ю. М. Тиамин // Экспериментальная витаминология : справочное руководство / Ю. М. Островский. - Мн., Наука и техника, 1979. - С. 176 - 223.
В. Banker B. Q. NeuromuscuIar transmission and correIative morphoIogy in young and oId mice / B. Q. Banker, S. S. KeIIy, N. Robbins // J. PhysioI - 19В3. - VoI. 339. - P. 355 - 375.
9. Barker J. N. Phrenic thiamin and neuropathy in sudden infant death / J. N. Barker, F. Jordan, D. E. HiIIman, and O. BarIow // Ann. N. Y Acad. Sci. - 19В2. - VoI. 37В. - P. 449 - 452.
Ю. 1Cammu G. Interactions of neuromuscuIar bIocking drugs / G. Cammu // Acta AnaesthesioI. BeIg. - 2QQ1. - VoI. 52, № 4. -P. 357 - 363.
11. Nakagawasai О. ImmunohistochemicaI estimation of brain choIine acetyItransferase and somatostatin reIated to the impairment of avoidance Iearning induced by thiamine deficiency / О. Nakagawasai, T. Tadano, S. Hozumi [et aI.] // Brain Res. BuII. - 2QQQ. - VoI. 52, № 3. - P. 1В9 - 196.
12. SchIesinger F. Competitive and open channeI bIock of recombinant nAChR channeIs by different antibiotics / F. SchIesinger. K. KrampfI, G. HaeseIer [et aI.] // NeuromuscuI. Disord. - 2QQ4. - VoI. 14, № 5. - P. 3Q7 - 312.
УДК 612. 816: 612. 73: 577. 164. 13/. 131
СКОРОЧУВАЛЬНІ РЕАКЦІЇ М’ЯЗА В УМОВАХ АЛІМЕНТАРНОГО ДЕФІЦИТУ ВІТАМІНУ В1
Романенко О. В., Шепелев С. Є.
Резюме. Вивчали вплив аліментарного дефіциту вітаміну В1 (тіаміну) на скорочувальні реакції діафрагмального м’яза миші. В ізольованих френіко-гемідіафрагмальних препаратах, отриманих від тварин, які споживали тіаміндефіцитну дієту, сила ізометричних скорочень у відповідь на подразнення нерва в модифікованому розчині Кребса с низьким вмістом іонів Оа2+ і високим вмістом іонів Мд2+ на 10-й, 15-й и 20-й дні утримання на дієті були статистично вірогідно меншими, ніж в препаратах, отриманих від тварин контрольної групи та контрольної групи з аліментарним обмеженням. Т ч., дефіцит вітаміну В1 в організмі призводить до зниження надійності синаптичної передачі.
Ключові слова: вітамін В1, тіамін, скорочувальні реакції, нервово-м’язова передача.
УДК 612. В16: 612. 73: 577. 164. 13/. 131
СОКРАТИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ МЫШЦЫ В УСЛОВИЯХ АЛИМЕНТАРНОГО ДЕФИЦИТА ВИТАМИНА В1
Романенко А. В., Шепелев С. Е.
Резюме. Изучали влияние алиментарного дефицита витамина B1 (тиамина) на сократительные реакции диафрагмальной мышцы мыши. B изолированных френико-гемидиафрагмальных препаратах, полученных от животных, потреблявших тиаминдефицитную диету, сила изометрических сокращений в ответ на раздражение нерва в модифицированном растворе Кребса с низким содержанием ионов Ca2+ и высоким содержанием ионов Mg2+ на Ю-й, 15-й и 2Q^ дни содержания на диете были статистически достоверно меншими, чем в препаратах, полученных от животных контрольной группы и контрольной группы с алиментарным ограничением. Т. о., дефицит витамина B1 в организме приводит к снижению надежности синаптической передачи.
Ключевые слова: витамин B1, тиамин, сократительные реакции, нервно-мышечная передача.
UDC 612. В16: 612. 73: 577. 164. 13/. 131
Muscle Twitching in Conditions of Alimentary Vitamin B1 Deficiency
Romanenko O. V., Shepelev S. E.
Summary. InfIuence of aIimentary vitamin B1 (thiamine) deficiency on twitching of mice diaphragmatic muscIe was investigated. MaIe mice, weighing 1Q - 12 g at the beginning, were used. The animaIs were housed under conditions of constant temperature (23 ± 1Qc) individuaIIy in cages with screen bottom for prevention of cannibaIism and coprophagia and randomIy divided into three different dietary groups for 2Q experementaI days. AnimaIs of controI group was provided daiIy with a standard thiamine-controIIed diet (16 mg/kg thiamine) with no Iimitations. AnimaIs of thiamine-deficient group was provided with a standard thiamine-deficient diet (with no Iimitations) mostIy anaIogous to thiamine-controIIed diet but containing no thiamine. AnimaIs of pair-feed group received a standard thiamine-controIIed diet, but daiIy consumption in these animaIs was Iimited and made simiIar to the amount of food consumed by the animaIs of thiamine-deficient group within identicaI periods of cage housing (for differentiation of the effects of anorexia reIated to the thiamine-deficient state in thiamine-deficient animaIs and proper effects of B1 hypovitaminosis). The body weight of animaIs (non-specific marker of thiamine deficiency) untiI the 1Qth day of feeding was sharpIy increased, but soon after this, animaIs of thiamine-deficient group showed anorexia, and thus the amount of food avaiIabIe to animaIs of pair-feed group was simiIary reduced. Therefore, profound Ioss of body weight in of thiamine-deficient and pair-feed mice was seen after 11 - 12 days of feeding. The brain thiamine content was significantIy reduced aIready by 1Q day of feeding at thiamine-deficient animaIs onIy. AnimaIs were sacrificed on 1Q, 15 and 2Q days of feeding. Every experimentaI group contained 7 animaIs for each day of feeding. AII experiments were performed on the phrenic nerve diaphragm muscIe preparations. The preparation was pIaced in a PIexigIas recording chamber and perfused with oxygenated Krebs soIution at room temperature. EIectricaI stimuIi (Q. 1 msec duration, 2. 67 Hz) were suppIied to the phrenic nerve with a conventionaI stimuIator. The tendinous insertion was attached to a 6МХ1С tension transducer. The initiaI tension was 12 mN. Depression of the indirect twitch in Iow-Ca2+, high Mg2+ modified Krebs soIution was used as a reIative measure of synaptic efficacy. The base Krebs soIution (Ca2+/ Mg2+ concentrations (mM) 2. 5 / 1. Q) was then repIaced with a Iow-Ca2+, high Mg2+ modified Krebs soIution (Ca2+/ Mg2+ concentrations (mM) Q. 5 / 1. 75), exchanged once again at 5 min, and the twitch tension tested after a totaI of 25 min in the aItered soIution. Under these conditions, transmitter reIease is reduced, whereas the direct twitch is unaffected. Therefore, reduction in ampIitude of the indirect twitch gives a reIative measure of synaptic efficacy. LastIy, the muscIe was aIIowed to recover in base Krebs soIution. The resuIts were accepted if the twitch tension returned to at Ieast В5 % of the starting vaIue. In isoIated phrenic nerve diaphragm muscIe preparations obtained from animaIs of controI, pair-feed and thiamine-deficient groups, differences of the ampIitude of indirect isometric twitch tension in base Krebs soIution on the 1Qth, 15th and 2Qth days of feeding were not statisticaIIy significant. However, in preparations obtained from animaIs gettings a thiamine-deficient diet, the ampIitude of indirect isometric twitch tension in Iow-Ca2+, high Mg2+ modified Krebs soIution on the 1Qth, 15th and 2Qth days of feeding became significantIy smaIIer than in preparations obtained from animaIs of controI and pair-feed groups. The data show progressive aIterations of neuromuscuIar transmission with thiamine-deficiece deveIopment. Thus, vitamin B1 deficiency in the organism provokes the decreasing of neuromuscuIar transmission safety, what can Iead to motor functions disturbances.
Key words: vitamin B1, thiamine, twitch tension, neuromuscuIar transmission.
Рецензент - проф.. Кочіна М. Л.
Стаття надійшла 10. 09. 2013 р.
