CC BY
11
УДК 612.815
ВЛИЯНИЕ МЫШЕЧНОЙ ГИПЕРЕМИИ НА РЕАКТИВНОСТЬ АДРЕНОРЕЦЕПТОРОВ АРТЕРИЙ ЗАДНЕЙ КОНЕЧНОСТИ
Ананьев1 В.Н., Демидов2В.А., Ананьев3 Г.В.
1ГНЦРФ Институт медико-биологических проблем РАН, г. Москва, Российская Федерация.
2Поволжская государственная академия физической культуры, спорта и туризма, г. Казань, Российская Федерация. Московский педагогический государственный университет, г. Москва, Российская Федерация.
Аннотация. В работе изучены механизмы регуляции кровотока при перфузии насосом постоянного расхода бедренной артерии кролика при мышечной гиперемии. Изучалась величина увеличения перфузионного давления при введении в эту бедренную артерию различных доз адреналина от 0,5 мкг/кг до 30 мкг/кг в контроле и на фоне мышечной гиперемии, вызванной электростимуляцией мышц бедра и голени кролика импульсами частотой 5 гц и амплитудой 10 вольт. По данным доза-эффект в двойных координатах Лайниувера-Берка определена чувствительность адренорецепторов к адреналину и их количество. Впервые показано, что при мышечной гиперемии значительно уменьшается прессорное действие всех доз адреналина на артерии задней конечности кролика. Получено, что при низких дозах адреналина разница в реактивности артерий к адреналину в контроле и на фоне мышечной гиперемии более выражена, при увеличении доз адреналина эти различия уменьшаются. Физиологический анализ лиганд рецепторных взаимодействий адреналина с адренорецепторами артерий показал, что при мышечной гиперемии чувствительность адренорецепторов артерий к адреналину значительно снизилась. Количество же активных адренорецепторов артерий конечности в контроле и после мышечной гиперемии не изменилось. Ключевые слова: мышечная гиперемия, кролик, бедренная артерия, адреналин, адренорецепторы, электрическая стимуляция мышц.
Введение. Физиологи значительное время изучали мышечную гиперемию и показали, что при мышечной нагрузке, даже при ходьбе, резко усиливается кровоток в работающих мышцах, и мышцы даже выполняют функцию насоса, облегчая работу сердца [1]. При развитии цивилизации, значительно уменьшилась мышечная активность [1], а значит и мышечная гиперемия и выработка сосудорасширяющих веществ. Поэтому, выявление механизмов мышечной гиперемии носит не только фундаментальный характер для науки, но и может помочь частично решить проблему лечения гипертонии. Мышечная гиперемия способствует снижению артериального давления за счет расширения артерий, известно, что гиподинамия способствует возникновению гипертонии [1, 3]. Изучая мышечную гиперемию, ученые выдвинули много гипотез и теорий, доказывая различные механизмы возникновения этого феномена [1, 4, 5, 6]. Но при анализе литературных источников мы не встретили работ по изучению и анализу количественных характеристик адренорецепто-ров артерий при мышечной гиперемии [2, 9]. Но на этом пути возникает много вопросов, например, не изучены полностью количественные фундаментальные механизмы мышечной гиперемии. Поэтому, це-
лью нашей работы было исследовать адренореактив-ность бедренной артерии кролика при мышечной гиперемии, полученной при электростимуляции мышц.
Методы исследования. Опыты проведены на 17 кроликах весом 2,5 -3 кг под наркозом, у которых была моделирована мышечная гиперемия методом электростимуляции мышц задней конечности. Контрольную группу составили 15 кроликов, у которых не проводили электростимуляцию мышц. Регистрировали тонус артерий задней конечности при перфузии бедренной артерии [2] постоянным объемом крови 4,6 мл/мин (при полной перевязки анастомозов). Данные перфузи-онного давления с помощью датчиков преобразовывались и через аналого-цифровой преобразователь регистрировались компьютером и обрабатывались программой анализа. Так же данные перфузионного давления после введения адреналина регистрировались на широкоформатном самописце. Различные дозы адреналина (0.5 мкг/кг- 2- 2,5-3-5-10-15-20-30 мкг/кг) вводились в бедренную артерию перед насосом постоянной производительности, и величина повышения пер-фузионного давления характеризовало адренореактив-ность артерий конечности в контроле и на фоне мышечной гиперемии. По величинам доза-эффект в двойных обратных координатах Лайниувера-Берка нахо-
—--—
Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК
дили количество активных адренорецепторов и чувствительность адренорецепторов [2, 3]. Полученные данные величин доза-эффект реактивности артерий к адреналину обработаны по Стьюденту.
Результаты исследования и их обсуждение. Введение адреналина в различных возрастающих дозах в бедренную артерию (рис.1) перед насосом в контрольной группе кроликов без электростимуляции всегда вызывало повышение перфузионного давления за счет возбуждения прессорных постсинаптических адрено-рецепторов [2]. Увеличение дозы адреналина всегда увеличивало прессорную реакцию артерий и усиливало повышение перфузионного давления в задней конечности. Проведенные исследования показали, что у контрольных животных было намного большее повышение перфузионного давления на адреналин, чем введение адреналина на фоне электростимуляции мышц
при (рис.1) мышечной гиперемии. На фоне сокращения мышц при мышечной гиперемии введение адреналина вызывало гораздо меньшее сокращение артерий конечности на все исследуемые дозы. Прессорное действие адреналина (рис.1) на артерии конечности кролика при мышечной гиперемии наиболее было выражено при низких дозах адреналина, при увеличении доз адреналина это различие уменьшалось. При дозе вводимого адреналина (рис.1) 0,5 мкг/кг в перфузиру-емую бедренную артерию в контроле давление увеличилось на 83 мм рт. ст. от исходного уровня, а при мышечной гиперемии только на 5 мм рт. ст. Значит, во время мышечной гиперемии прессорное действие адреналина уменьшилось в 17 раз. При дозе адреналина 1 мкг/кг в контроле давление возросло на 121 мм рт. ст., а во время мышечной гиперемии увеличилось только на 10 мм рт. ст., то есть было в 12 раз меньше.
—КОНТРОЛЬ АДРЕНАЛИНч ст. —и—МЫШЕЧНАЯ ГИПЕРЕМИЯ АДРЕНАЛИН \
\ —0- ♦
190 205 111 213 216
157 1 67 ^.ш Ш 0
вз Щ . J* ГЩГ9?
10 20
0.5 Y 1Y
2 Y 2,5 Y 3 Y
5 Y 10 Y 15 Y 20 Y 30Y
ДОЗА АДРЕНАЛИНА мкг/кг
Рис. 1 Средние величины повышения перфузионного давления в бедренной артерии на различные дозы адреналина (мкг/кг) в контроле (верхняя кривая, ромбы) и после мышечной гиперемии (нижняя линия, квадраты). По оси абсцисс: дозы адреналина в мкг/кг при внутриартериальном введении перед перфузионным насосом постоянного расхода, качающего кровь в бедренную артерию. По оси ординат: повышение перфузионного давления в мм рт. ст. на адреналин после мышечной гиперемии. Разница всех величин реакций контрольной группы и после мышечной гиперемии достоверны (Б <0.05).
При дозе адреналина 2 мкг/кг в контроле давление возросло на 157 мм рт. ст., а во время мышечной гиперемии увеличилось только на 20 мм рт. ст., то есть было в 7,9 раза меньше. При дозе адреналина 2,5 мкг/кг в контроле давление возросло на 167 мм рт. ст., а во время мышечной гиперемии увеличилось только на 25 мм рт. ст., то есть было в 6,7 раза меньше. При дозе адреналина 5 мкг/кг в контроле давление возросло на 190 мм рт. ст., а во время мышечной гиперемии увеличилось только на 44 мм рт. ст., то есть было в 4,3 раза меньше. При дозе адреналина 10 мкг/кг в контроле давление возросло на 205 мм рт. ст., а во время мышечной гиперемии увеличилось только на 74 мм рт. ст., то есть было в 2,8 раза меньше. При дозе адреналина 30 мкг/кг
в контроле давление возросло на 216мм рт. ст., а во время мышечной гиперемии увеличилось только на 133 мм рт. ст., то есть было в 1,62 раза меньше.
Для установления механизмов этого различия действия адреналина на артерии в контроле и после мышечной гиперемии (рис.2) был проведен кинетический анализ действия адреналина в двойных обратных координатах Лайниувера-Берка, который позволил определить максимально возможную прессорную реакцию (Рм) артерий на адреналин, которая пропорциональна количеству активных адренорецепторов артерий. Этим же методом была определена чувствительность реакции медиатор-рецептор (1/К).
(25 мм рт ст.) 1/Pm АДРЕНАШШ МЫШЕЧНАЯ я
Шпл.рт.ст. ГИЛЕ ;мия у/
0.04 ■
0.03 ■
[.50 мм рт CTj
/Рм-222 мм рт t
^0.02! ■
•-1/Рм =0,00«/^
(100 мм рт ст.) / /
^^0.01 ■ / / адреналин контроль
(200 мм рт ст.) ^о.ос
1/К=0,049\ 1/Рм =0,0045 Рм=222 мм рт ст. Доза 1/мкг кг
ЮЦМ!5___0// 0.1> ОД> 0.3 У /0.4 / }.й
(30 мы 1.1 . .2« :•! К1 . (1II мкг/кг) р м К1 и Л мкг/кг)(2,5 МК1 К1 ■ (2 мкг/кг)
Рис. 2. Изменение реактивности адренорецепторов артерий к различным дозам адреналина в двойных обратных координатах Лайниувера-Берка в контрольной группе и на фоне мышечной гиперемии.
Примечание: По оси абсцисс: обратная величина дозы адреналина (1/Доза) в 1/(мкг/кг) при внутриартериальном введении. По оси ординат: обратная величина (1/Рм) повышения перфузионного давления в (1/мм рт. ст.) на адреналин. Линия (кружки) - опыты на фоне мышечной гиперемии. Линия (крестики)- опыты в контрольной группе. Разница всех величин реакций контрольной группы и после мышечной гиперемии достоверны (Р <0.05). Данные доз адреналина 0,5 и 1 мкг/кг и прессорнойреакции лежат на продолжении прямых линий доза-эффект, на графике рис.2 они не представлены, так как ось абсцисс тогда была бы в 3 раза длиннее.
Метод анализа в двойных обратных координатах заключается в том, что максимальные величины дозы адреналина и соответственно прессорная реакция артерий возрастают к центру графика (в обычных координатах, наоборот, величины возрастают от центра). Поэтому, двойные обратные координаты, методом экстраполяции, позволили получить максимально возможную величину доза-эффект (1/Рм), которая на графике расположена ближе к центру графика (в прямых координатах эти величины уходят в бесконечность). Этот метод хорошо изучен в ферментативной кинетике, фармакологии, биохимии, он применяются и для анализа лиганд рецепторных взаимодействий в физиологии [2, 3].
Построение графиков доза-эффект в двойных обратных координатах Лайниувера-Берка в контроле и на фоне мышечной гиперемии позволило методом экстраполяции (рис.2) определить максимально возможную Рм=222 мм рт. ст. прессорную реакцию (1/Рм=0,0045 обратная величина) артерий. Эта реакция происходит при возбуждении 100% всех адренорецепторов бедренной артерии к адреналину, так как эта величина была в контроле и на фоне мышечной гиперемии одинакова, мы можем утверждать, что количество активных адренорецепторов до и на фоне мышечной гиперемии не изменилось. Изучение физиологических механизмов уменьшения прессорной реакции артерий к адреналину при рабочей гиперемии показало (рис.1, 2), что только за счет уменьшения в 24,3 раза величины чувствительности адренорецепторов на фоне рабочей
гиперемии происходит этот эффект регуляции, (в контроле 1/К=1,2; после мышечной гиперемии 1/К=0,0494).
Заключение. Данные опыты показали, что на все дозы адреналина прессорная реакция бедренной артерии кролика намного меньше при мышечной гиперемии (рис.1). В результате проведенного исследования установлено, что мышечная гиперемия, вызванная электрической стимуляцией мышц, вызывает расширение артерий за счет значительного уменьшения чувствительности адренорецепторов артерий к адреналину (рис.2). При этом отмечается, что при низких дозах адреналина (рис.1) разница в реактивности артерий к адреналину в контроле и на фоне мышечной гиперемии более выражена, при увеличении доз адреналина эти различия уменьшаются. Установлено, что такое различие реактивности артерий к различным дозам адреналина в контроле и на фоне мышечной гиперемии обусловлено тем, что количество адренорецепторов артерий не изменилось, но значительно снизилась чувствительность адренорецепторов артерий на фоне мышечной гиперемии.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
[1] Аринчин Н.И., Борисевич Г.Ф. Микронасосная деятельность скелетных мышц при их растяжении. — Мн.: Наука и техника, 1986 —112 с.
[2] Манухин Б.Н., Ананьев В.Н., Ананьева О.В., Кичику-лова Т.П. Изменения а1-, а2- и b-адренергических реакций артериального давления в сосудах задних конечностей кроликов при адаптации к холоду // Физиол. журн. им. И.М.Сеченова.Т.87. N 12. 2001. C.1634-1642.
[3] Харкевич Д.А. Фармакология: Учебник - 10-е изд., — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. — 908 с.
[4] Mortensen S.P. Response to: control of muscle exercise hy-peraemia: are the mechanisms found in transition // Exp Physiol. 2015 Apr 1; 100(4):375-6.
[5] Mortensen S.P., Saltin B. Regulation of the skeletal muscle blood flow in humans // Exp Physiol. 2014 Dec 1; 99(12):1552-8.
[6] Sinkler SY, Fernando CA, Segal SS. Differential a-adren-ergic modulation of rapid onset vasodilatation along resistance networks of skeletal muscle in old versus young mice. // J Physiol. 2016 Dec 1; 594(23):6987-7004.
THE INFLUENCE OF MUSCLE HYPEREMIA ON THE REACTIVITY OF ADRENERGIC RECEPTORS OF THE ARTERIES OF THE HIND LIMBS
Ananev1 V.N., Demidov2 V.A., Ananev3 G.V.
1Institute for Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russian Federation. 2Volga region state Academy of physical culture, sport and tourism, Kazan, Russian Federation. 3Moscow state pedagogical University, Moscow, Russian Federation.
Annotation. The paper explored the mechanisms of regulation of blood flow in perfusion pump with constant flow in the femoral artery of the rabbit muscle hyperemia. Studied the magnitude of the increase of perfusion pressure when injected into the thigh artery of different doses of epinephrine 0.5 ^g/kg to 30 ng/kg in control and on the background of muscular congestion caused by the electrical stimulation of the muscles of the femur and tibia of a rabbit with a pulse frequency of 5 Hz and an amplitude of 10 volts. According to dose-effect in double coordinates of Lineover-Burke determined the sensitivity of adrenergic receptors to adrenaline and their number. It was shown that when muscle hyperemia significantly reduced the Pressor effects of all doses of epinephrine on the arteries hindquarters of a rabbit. It is obtained that at low doses of epinephrine, the difference in the reactivity of the arteries to adrenaline in control and on the background of muscular hyperemia is more pronounced with increasing doses of adrenaline, these differences decrease. Physiological analysis of ligand receptor interactions of epinephrine with adrenergic receptors of the arteries have shown that when muscle hyperemia sensitivity of adrenergic receptors of the arteries to adrenaline decreased significantly. The amount of active adrenergic receptors of the arteries of the limb in the control and after muscle hyperemia has not changed. Key words: muscle hyperemia, rabbit, femoral artery, epinephrine, adrenergic receptors, electrical muscle stimulation.
REFERENCES
[1] Arinchin N. I., Borisevich G. F. Micronational activity of skeletal muscles at stretch. — Mn.: Science and technology, 1986 -112 pp. '
[2] Manukhin B. N., Ananev V. N., Ananeva O. V., Kichiku-lova T. P. Changes in the A1-,A2 - and b-adrenergic responses of blood pressure in the vessels of the hind limbs of rabbits during adaptation to cold // Fiziol. Sib. them. I. M. Sechenov.T.87. 12. 2001. pp. 1634-1642.
[3] Kharkevich D. A. Pharmacology: Textbook - 10th ed. -M.: GEOTAR-Media, 2010. - 908 pp.
[4] Mortensen S.P. Response to: control of muscle exercise hy-peraemia: are the mechanisms found in transition // Exp Physiol. 2015 Apr 1; 100(4):375-6.
[5] Mortensen S.P., Saltin B. Regulation of the skeletal muscle blood flow in humans // Exp Physiol. 2014 Dec 1; 99(12):1552-8.
[6] Sinkler SY, Fernando CA, Segal SS. Differential a-adren-ergic modulation of rapid onset vasodilatation along resistance networks of skeletal muscle in old versus young mice. // J Physiol. 2016 Dec 1; 594(23):6987-7004.
