CC BY
11
1 deficiency increases depression-related cellular senescence in hippocampus.// Sci. Rep. 2016, 6: 34558.
16. Suberbielle E, Sanchez PE, Kravitz AV, et al. Physiologic brain activity causes DNA double-strand breaks in neurons, with exacerbation by amyloid-beta. Nat neurosci. 2013;16(5):613-621. DOI: 10.1038/nn.3356. 165.
17. Dyuzhikova NA, Daev EV. Genome and stress-reaction in animals and humans // Ecological genetics. 2018. V. 16(1). P. 4-26. DOI: 10.17816/ecogen1614-26
18. Franzke B, Neubauer O, Wagner K.-H. Super DNAging—New insights into DNA integrity, genome stability and telomeres in the oldest old // Mutat. Res. 2015. V. 766. P. 48-57. DOI: 10.1016/j.mrrev.2015.08.001
УДК 612.181.6
Ананьев В.Н.,1 Ананьев Г.В.2
ВЛИЯНИЕ РАБОТАЮЩИХ ПОПЕРЕЧНОПОЛОСАТЫХ МЫШЦ НА АДРЕНОРЕЦЕПТОРЫ АРТЕРИЙ ДО И ПОСЛЕ АДАПТАЦИИ К ХОЛОДУ
1ГНЦРФ Институт медико-биологических проблем РАН, г. Москва, e-mail: [email protected]; 2МПГУ - Московский педагогический государственный университет, г. Москва
Аннотация. В работе представлены механизмы регуляции при моделировании рабочей гиперемии в поперечнополосатой мускулатуре у животных (кроликов) при адаптации к низким температурам в течение тридцати суток. При искусственном кровоснабжении задней конечности животного через насос постоянного расхода оценивалась величина изменения давления в arterial femoralis при введении в артерию восьми возрастающих доз норадреналина и адреналина. По величинам доза-эффект, в двойных обратных координатах Лайниувера-Берка, оценивали реактивность артериальных адренорецепторов. Для моделирования работы мускулатуры и для достижения мышечной рабочей гиперемии применялась электромиостимуляция мускулатуры бедра и голени лабораторного животного. Проведенные исследования показали, что механизм мышечной гиперемии заключается в уменьшении чувствительности адренорецепторов артерий к адреналину и норадреналину при неизменном количестве активных адренорецепторов. При
холодовой адаптации мышечная гиперемия уменьшает свой эффект расширения артерий, норадреналин и адреналин после холода действуют на адренорецепторы артерий при мышечной гиперемии с разной эффективностью.
Ключевые слова: кролик, адаптация к холоду, бедренная артерия, норадреналин, адреналин, мышечная гиперемия, адренорецепторы.
Annotation.
Ananev V. N.1, Ananev G. V.2 The influence of the striated muscles working on the adrenergic receptors of the arteries before and after adaptation to cold
The paper presents the mechanisms of regulation in the modeling of working hyperemia in the striated muscles in animals (rabbits) when adapting to low temperatures for thirty days. In case of artificial blood supply to the hind limb of the animal through a constant flow pump, the value of pressure change in arterial femoralis was estimated with the introduction of eight increasing doses of norepinephrine and adrenaline into the artery. The values of dose-effect in a double reverse coordinates of Lineover Berka, evaluated the arterial adrenergic reactivity. To simulate the work of muscles and to achieve muscular hyperemia, electromyostimulation of the thigh and Shin muscles of the laboratory animal was used. Studies have shown that the mechanism of muscle hyperemia is to reduce the sensitivity of adrenoreceptors arteries to adrenaline and norepinephrine with a constant number of active adrenoreceptors. When cold adaptation muscle hyperemia reduces its effect. Norepinephrine and epinephrine after cold act on adrenoreceptors in muscle hyperemia with different efficiency.
Key words: rabbit, adaptation to cold, femoral artery, norepinephrine, epinephrine adrenaline, muscle hyperemia, adrenoceptors.
Введение. Рецепторы как одно из наиболее важных звеньев регуляции постоянства внутренней среды организма и фактор, влияющий на развитие заболеваний, сохраняют фундаментальный научный интерес. Открытия агонистов и антагонистов, возможности их практического применения в медицине, привели к широкому внедрению препаратов, точкой приложения которых являлись адренергические рецепторы [1, 2].
Филогенез привел к определенным функциональным взаимодействиям центральной нервной системы и гуморальных и местных механизмов регуляции гомеостаза. [3, 10]. При активной мышечной работе, несмотря на высвобождение в кровь вазоактивных медиаторов с прессорным действием,
995
кровоток в них возрастает. [4, 9]. Возможно, имеет место выделение веществ с непосредственным вазодилатирующим эффектом, или действие которых опосредовано через снижение активности самих гормонов - адреналина и норадреналина. Последний факт представляет интерес для клинистов, для которых повышение артериального давления при низком уровне физической активности пациентов в современных условиях индустриального города -злободневная тема [2, 14].
Рост заболеваний сердечно-сосудистой системы [2] часто связывают с широкой автоматизацией производства и низкой физической активностью на досуге большинства людей, хотя уже доказано, что даже нагрузки низкой активности благоприятно сказываются на работе сердца, облегчая его насосную функцию [1]. При мышечной работе наблюдается уменьшение значений общего периферического сопротивления артерий, что связывали с различными механизмами [1, 12, 13]. При ознакомлении с настоящим состоянием проблемы среди литературы мы не обнаружили научных работ, посвященных исследованию фармакодинамических аспектов взаимодействия медиаторов стресса и рецепторов при двигательной активности. [1, 2, 5-7]. Ранее было показано, что у пациентов с артериальной гипертонией могут быть повышены уровни адреналина и норадреналина в крови, что объясняет положительный клинический эффект препаратов с вазодилатирующим действием. [2, 14]. Доказано, что хотя бы минимальная физическая активность действует как фактор предупреждения развития более тяжелых состояний со стороны сердечно сосудистой системы, но нет доказанных физиологических механизмов в общепризнанной теории мышечной гиперемии [1, 8, 11]. Не исследованы конкретные механизмы ее развития, соответственно, не могут быть даны четкие рекомендации для каждого пациента с различной стадией заболевания, тяжести течения, сопутствующих состояний. В связи с этим, настоящее исследование посвящено изучению реактивности адренергических рецепторов артерий в ответ на введение агонистов альфа1 и альфа2 адренорецепторов (норадреналина, адреналина) при мышечной гиперемии и при измененных условиях внешней среды в виде холодового воздействия.
До настоящего времени не изучено, как изменит рабочая мышечная гиперемия реактивность периферических артерий на норадреналин и адреналин на фоне холодовой адаптации. Решение этого вопроса важно для приезжающих на Крайний Север рабочих при вахтовом труде [3].
Исходя из этого, мы полагаем, что сравнительное изучение свойств
996
адренорецепторов сосудов на норадреналин и адреналин до и при мышечной гиперемии на фоне адаптации к холоду позволяет более подробно исследовать вопросы гемодинамики в периферическом сосудистом русле с практической и научной эффективностью для физиологов, клиницистов, фармакологов, биохимиков, спортсменов.
Методы исследования. Всего в экспериментах участвовало 60 разделённых на 4 равновеликие группы особей (кроликов). При этом группы №1 (введение норадреналина) и №2 (введение адреналина) были по 15 кроликов и не подвергалась воздействию низких температур (контроль), причём у них проводилось измерение показателей артериальной реактивности в состоянии гиперемии мускулатуры, и без такового. Остальные особи (группа из 30 кроликов) подвергалась каждодневному влиянию на протяжении 6 часов пониженных температур окружающей среды в помещении (-10°С) длительностью тридцать дней. Оставшееся время животные содержались при стандартной комнатной температуре. С завершением тридцатидневного адаптационного процесса в ответ на влияние низких температур особи брали в острый опыт по определению ответа параметров сосудистой реактивности на инъекции нейромедиатора норадреналина и адреналина при гиперемии мускулатуры и без таковой. Опыты проводились под наркозом. Для опыта произведено выделение кожно-мышечного препарата задней конечности, который снабжался собственной кровью животного с использованием насоса неизменного объёма подачи через arterial femaralis. Состояние артериальной гладкой мускулатуры и активности а-адренорецеторов характеризовались вариациями уровня давления после насоса постоянного расхода в результате введения 8 доз норадреналина и адреналина. Моделирование рабочей гиперемии мускулатуры осуществлялось прямым методом с применением электромиостимуляции при частоте тока 5Гц и электрическом напряжении 10В импульсом 5мс. Далее производилась статистическая обработка по Стьюденту полученных данных.
В результате мы получали значения сенситивности и числа активных в данный момент артериальных адренорецепторов. Это стало возможным благодаря применению графической методики по Лайниуверу-Берку для определения параметров взаимодействия в паре медиатор-рецептор.
Результаты исследования. Впервые показано в серии опытов по изучению артериальной реактивности в ответ на восемь повышающихся дозировок норадреналина у кроликов, подвергнутых воздействию пониженных
997
температур в течение тридцати дней, что достоверно рабочая гиперемия мышц существенно снижает вазоконстрикторный эффект от инъекций норадреналина при всех дозировках. Отмечена интенсификация кровообращения в функционирующих мышцах по сравнению с мускулатурой в покое. С использованием методики Лайниувера-Берка для физиологического анализа данного явления с построением графиков в двойных обратных координатах по парам параметров доза-эффект, было доказано понижение чувствительности в 34,3 раза а-1-адренорецепторов (1/К) по достижении состояния гиперемии мускулатуры в сравнении с опытами без таковой. При этом число (Рм=111 мм рт ст.) активных в данный момент а-1-адренорецепторов уменьшилось в 1,23 раза при гиперемии мускулатуры в сравнении с числом (Рм=137 мм рт ст.), зафиксированным без гиперемии мускулатуры. Так, при каждой из исследованных дозировок норадреналина кровообращение усилено при гиперемии мускулатуры, что было вызвано снижением именно числа а-1-адренорецепторов при достижении состояния гиперемии мускулатуры. Адаптационно-эволюционный смысл данного явления в том, что после тридцати дней адаптации к пониженным температурам окружающей среды теплопродукция возрастает настолько, что имеется возможность увеличить интенсивность периферического кровообращения, что усиливает прогревание периферических тканей и увеличивает эффективность работы мускулатуры. Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что после тридцатидневной адаптации к низким температурам имеется возможность более эффективно совершать интенсивную мышечную работу в условиях холода, даже при высокой концентрации норадреналина в крови.
Применение адреналина в разной концентрации при введении в артерию конечности перед насосом кроликам без сокращения мышц и на фоне мышечного сокращения от электростимулятора всегда вело к увеличению давления за счет возбуждения постсинаптических адренорецепторов. Опыты показали, у контрольных животных было большее увеличение давления на адреналин, чем на адреналин при мышечной рабочей гиперемии. На фоне мышечной гиперемии адреналин действовал гораздо меньше на сокращение артерий конечности на все дозы. Адреналина в концентрации 0,5 мкг/кг, введенный в бедренную артерию увеличивал давление в контроле на 83 мм рт.ст. от исходного уровня, а при работе мышц лишь на 5 мм рт.ст. Выходит, что при сокращении мышц адреналин уменьшал активность в 17 раз. А адреналина при концентрации 1 мкг/кг в контроле давал прирост на 121 мм
998
рт.ст., а при работе мышц давал прирост давления лишь на 10 мм рт.ст., что стало в 12 раз менее эффективно. Уже при концентрации адреналина 30 мкг/кг в контроле сокращение артерий наросло на 216 мм рт.ст., а при сокращении мышц лишь на 133 мм рт.ст., стало меньше в 1,62 раза.
После 30 дней холодовой адаптации действие адреналина на артерии возрасло. Доза 0,5 мкг/кг (адреналин) после холодовой адаптации вызвало прирост давления 110 мм рт. ст., а при работе мышц было увеличение давления всего 7 мм рт. ст. (меньше в 15,7 раза при работающих мышцах). Концентрация адреналина 1,0 мкг/кг после холода увеличила давление в артериях конечности на 160 мм рт. ст., а на фоне работы мышц лишь 14 мм рт. ст. (меньше в 11,4 раза). Адреналин 30 мкг/кг после холода повысил давление на 286 мм рт. ст., а при работе мышц лишь на 186 мм рт. ст. (уменьшил действие в 1,53 раза при работе мышц). Анализ механизмов взаимодействия адреналина с адренорецепторами артерий в зависимости доза-эффект по методике двойных обратных координат по Лайниуверу-Берку выявил, что полученные результаты говорят о понижении чувствительности (1/К) артериальной альфа-1-2-адренореактивности в условиях гиперемии мышц в 24 раза если сравнить с воздействием на те же артерии мускулатуры, но уже без действия гиперемии (1/К=1.2 (без гиперемии), 1/К=0,05 (при мускульной гиперемии ^<0,05)). В то же самое время, число активных альфа-адренорецепторов в результате влияния рабочей гиперемии (Рм=312,5 мм рт ст.) возросло ничтожно мало, а точнее - на 18 мм рт ст., без гиперемии Рм=294 мм рт.ст.). Вот почему, численность альфа-адренорецепторов артерий до, а также после достижения гиперемии, при тридцатидневной адаптации к холоду, практически неизменна, и только значительное уменьшение чувствительности рецепторов при низких дозировках адреналина дало эффект увеличения кровотока при гиперемии, но при повышенных дозировках адреналина этот эффект уменьшался.
Выводы. Проведенная научная работа доказала, что работа поперечнополосатых мышц модулирует функциональную активность адренорецепторов артерий к нейромедиатору симпатической нервной системы адреналину и норадреналину. Когда осуществляется сокращение мышц артерий адреналин и норадреналин становятся в десятки раз менее эффективным стимулятором адренорецепторов. Мышечная работа, физиологически, как бы заменяет применение лекарств адреноблокаторов, которые применяются при гипертонической болезни. Наша работа показала, что дозированные физические лечебные упражнения по эффекту, у ряда больных, могут заменить или
999
уменьшить дозу лекарственных препаратов. Получено, что холод увеличивает сокращающее действие адреналина на артерии. Работа доказала, адреналин способствует при выраженном холоде сохранению температуры тела, уменьшает теплоотдачу, увеличивает возможность продолжительности жизни на холоде, уменьшает механизмы расширения артерий при рабочей гиперемии. Впервые в работе показано, что норадреналин и адреналин при мышечной рабочей гиперемии уменьшают свое сокращающее действие на артерии за счет снижения чувствительности адренорецепторов артерий, но количественно действуют с разной эффективностью.
Список литературы
1. Аринчин Н.И., Борисевич Г.Ф. Микронасосная деятельность скелетных мышц при их растяжении .— Мн.: Наука и техника, 1986 —112 с.
2. Гогин, Е.Е. Гипертоническая болезнь — основная причина, определяющая сердечнососудистую заболеваемость и смертность в стране / Е.Е. Гогин // Терапевт, арх. 2003. — №9. — С.31-36.
3. Bergersen TK, Skytioti M, Elstad M. Cold-induced sympathetic tone modifies the impact of endothelium-dependent vasodilation in the finger pulp.//Auton Neurosci. 2017 Mar;203:97-102. doi: 10.1016/j.autneu.2016.11.004. Epub 2016 Nov 30.
4. Clifford PS, Hellsten Y. Vasodilatory mechanisms in contracting skeletal muscle.//J Appl Physiol . 2004 Jul;97(1):393-403. Review.
5. Drummond HA, Xiang L, Chade AR, Hester R. Enhanced maximal exercise capacity, vasodilation to electrical muscle contraction, and hind limb vascular density in ASIC1a null mice.//Physiol Rep. 2017 Aug;5(15). pii: e13368. doi: 10.14814/phy2.13368.
6. Hellsten Y, Nyberg M, Jensen LG, Mortensen SP. Vasodilator interactions in skeletal muscle blood flow regulation.//J Physiol. 2012 Dec 15;590(24):6297-305. doi: 10.1113/jphysiol.2012.240762. Epub 2012 Sep 17. Review.
7. Hirai DM, Copp SW, Ferguson SK. Neuronal nitric oxide synthase regulation of skeletal muscle functional hyperemia: exercise training and moderate compensated heart failure.//Nitric Oxide. 2018 Apr 1;74:1-9. doi: 10.1016/j.niox.2017.12.008. Epub 2017 Dec 27.
8. Ménétrier A. et al. Changes in femoral artery blood flow during thermoneutral, cold, and contrast-water therapy.//J Sports Med Phys Fitness. 2015 Jul-Aug;55(7-8):768-75.
9. Mortensen S.P. Response to: control of muscle exercise hyperaemia: are the
1000
mechanisms found in transition // Exp Physiol. 2015 Apr 1;100(4):375-6.
10. Mortensen S.P., Saltin B. Regulation of the skeletal muscle blood flow in humans // Exp Physiol. 2014 Dec 1;99(12):1552-8.
11. Murrant CL, Lamb IR, Novielli NM Capillary endothelial cells as coordinators of skeletal muscle blood flow during active hyperemia // Microcirculation. 2017. Apr; 24(3). doi: 10.1111/micc.12348.Review.
12. Piknova B, Park JW, Kwan Jeff Lam K, Schechter AN // Nitrate as a source of nitrite and nitric oxide during exercise hyperemia in rat skeletal muscle. Nitric Oxide.2016 May 1;55-56:54-61.doi: 10.1016/j.niox.2016.03.005. Epub 2016 Mar 19.
13. Piknova B. et al. Nitrate as a source of nitrite and nitric oxide during exercise hyperemia in rat skeletal muscle //Nitric Oxide. - 2016. - Т. 55. - С. 54-61.
14. Sinkler SY, Fernando CA, Segal SS. Differential a-adrenergic 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.
УДК 612.821
Е.Н. Винарская, Г.И. Фирсов
АНАЛИЗ РОЛИ КИНЕСТЕТИЧЕСКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ В УПРАВЛЕНИИ СТАТИКОЙ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОЗЫ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА1
Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, Москва, Россия
Резюме. Рассматривается роль кинестетической чувствительности в поддержании равновесия тела человека в вертикальной позе. Показано, что везде, где разнородные по характеру сенсорных синтезов кинестетические интеграции способствуют адаптивному совершенству двигательных актов, можно говорить об их значении в качестве функционального средства эфферентного синтеза.
Ключевые слова: поза, позные автоматизмы, кинестетическая чувствительность.
Sumary. The role of kinesthetic sensitivity in maintaining the balance of the
1 Analysis of the role of kinesthetic sensitivity in the control of the static vertical posture of the human body
