Русский
EnglishМеханизмы адаптации «быстрых» и «медленных» двигательных мышц в условиях аллергической перестройки организма
ID: 2016-11-4353-A-9876
Оригинальная статья
ФГБОУ ВО Казанский ГМУ Минздрава России
Резюме
В экспериментах in vitro на поперечно-полосатых мышц мыши: «быстрой» m. extensor digitorum longus и «медленной» m. Soleus показана способность белковой сенсибилизации (БС) изменять силу сокращения, вызванного агонистом карбахолином и уровень малонового диальдегида (МДА). Предполагается, что эти изменения являются проявлением механизмов компенсации.
Ключевые слова
скелетная мышца, сократительные свойства, белковая сенсибилизация, малоновый диальдегид
Введение
Актуальность изучения механизмов динамики реактивности мышечной системы в условиях аллергии определяется запросами спортивной биологии и медицины, которая констатирует влияние белковой сенсибилизации (БС) на функцию двигательных мышц при обязательной вакцинации спортсменов перед соревнованиями. Очевидно, что при аллергической перестройке ткань скелетных мышц (СМ) не может оставаться нечувствительной к гуморальным факторам, появляющимся в организме в ходе формирования аллергической реакции [1]. В патогенезе аллергических заболеваний важную роль играет оксидативный стресс, одним из ключевых маркеров которого является малоновый диальдегид (МДА) [9]. Ранее было показано, что БС изменяет сократительные свойства «быстрых» и «медленных» скелетных мышц (СМ) голени in vitro [4, 5, 10], причем в динамике этих изменений обнаружены существенные различия. В механизмах изменения силы сокращения существенную роль играют как процессы возбуждения мембраны мышечных волокон (МВ) [4, 5], так и последующие этапы системы электромеханического сопряжения (ЭМС) [3]. Для изучения возможного влияния МДА на механизмы изменчивости сократительной функции изолированных скелетных мышц мыши при БС нами было проведено комплексное исследование.
Цель
Изучить изменение в условиях БС: 1) сократительной функции различных поперечнополосатых мышц мыши («медленной» – m.soleus и «быстрой» – m.EDL) и 2) содержания в ткани этих мышц МДА.
Материал и методы
Эксперименты проводились на мышах обоего пола, массой тела 17-22 г. Животные сенсибилизировались яичным альбумином (ОА) с гелем гидроокиси алюминия («Sigma», США) [1]. Контрольным животным вместо ОА вводили стерильный физиологический раствор, в том же объеме и тем же способом.
Количественное определение малонового диальдегида (МДА) проводилось в сыворотке крови и в мышцах контрольных и сенсибилизированных мышей. Определение МДА в сыворотке проводили по Рахмановой Т.И. и др. 2009 [3]. Определение МДА в мышцах осуществлялось реакцией с тиабарбитуровой кислотой (ТБК) при высокой температуре в кислой среде. Навеска ткани мышцы замораживалась в фарфоровой ступке жидким азотом и тщательно растиралась. Полученный гомогенат растворялся в буферном растворе (pH 7,4) и после добавления трихлоруксусной кислоты (ТХУ) центрифугировался 15 мин при 5000 об/мин в ОПН-8 («Лабтех», Россия). Супернатант смешивался с ТБК и помещался в кипящую водяную баню на 10 минут. Измерение оптической плотности велся после охлаждения на СФ-103 при длине волны 532 нм против контроля на реактивы [2].
Механомиографические исследования проводились на препарате изолированной мышцы в условиях изометрии, которая достигалась растяжением СМ в течение 20 минут с силой 0,5 г при постоянной перфузии раствором Кребса. Сокращение регистрировалось датчиком силы. Агонист – карбахолин (Кх) - исследовался в субмаксимальных концентрациях, которые составляли: для m.EDL - 7х10-4М, m.soleus - 5х10-4М. Сократительная функция мышцы анализировалась по силе сокращения на КХ, которая соотносилась с массой мышечного препарата. Эвтаназия животного производилась введением летальной дозы этаминала натрия. Данные подвергались статистической обработке с использованием t-критерия Стьюдента.
Результаты
Если уровень содержания в сыворотке крови молекулярного продукта ПОЛ – МДА при БС снизился с 2,65 ±0,88 до 1,65±0,4 мкМ/л (n=8, p<0,05), то в ткани различных поперечнополосатых мышц его изменение имело разнонаправленный характер: в m.soleus МДА снизился с 237,36±73,67 мкМ/кг до 119,46±24,65 мкМ/кг (р<0,05), в m.EDL незначительно увеличился с 111,02±25,61 мкМ/кг до 127,99±8,93 мкМ/кг.
Механомиографические исследования показали, что «медленная» m.soleus несенсибилизированной мыши сокращалась на Кх с силой 35,61±1,67 мг/мм3. БС приводила к увеличению этого показателя до 54,18±4,99 мг/мм3 (p<0,01). «Быстрая» m.EDL несенсибилизированной мыши сокращалась на Кх с силой 9,94±0,39 мг/мм3. БС уменьшала эту характеристику до 5,65±0,82 мг/мм3 (p<0,01).
Обсуждение
Результаты экспериментов свидетельствуют, что БС изменяет содержание молекулярного продукта ПОЛ – МДА как в сыворотке крови, так и в ткани изучаемых мышц мыши. Снижение МДА в сыворотке свидетельствует об отсутствии воспалительного процесса, который, как правило, сопровождается повышением этого показателя [7, 8, 9] и может наблюдаться при развитии аллергии. МДА является одним из ключевых маркеров перекисного окисления липидов при оксидативном стрессе и характеризует состояние внутриклеточной среды миоцитов, демонстрируя степень ее повреждения вследствие изменения уровня свободных радикалов. Определяясь балансом про- и антиоксидантных систем он является одним из факторов (показателей), обеспечивающих работу механизмов ЭМС в мышечных волокнах [9]. В наших экспериментах изменение МДА в ткани различных поперечнополосатых мышц было неоднозначным. Если у m.soleus он снижался, то у m.EDL изменение не носило достоверного характера.
Ранее нами была показана роль АТФ в динамике сократительной функции различных СМ в условиях БС [4, 10]. Мы предположили участие АТФ в двух взаимодополняющих механизмах. Во-первых: меняющаяся интенсивность секреции АТФ как кофактора синаптической передачи, определенная в качестве одной из причин вариабельности силы карбахолинового сокращения наглядно демонстрирует роль пуринов в механизмах пластичности при аллергии [5]. Кроме того, из литературы известно, что АТФ участвует в генерации иммунного ответа [11]. Одновременное участие АТФ в регуляции неквантовой секреции ацетилхолина и в развитии аллергической реакции позволяет предполагать вариабельность концентрации внеклеточной АТФ в качестве одной из причин изменения возбудимости миоцитов, определяющих функциональное состояние СМ при БС. С другой стороны, способность БС у различных СМ по-разному менять механизмы внутриклеточного гомеостаза подтверждается сопоставлением динамики силы сокращения с изменением уровня МДА. У «медленной» мышцы увеличение силы коррелирует со снижением МДА, что, очевидно, является проявлением работы механизмов компенсации и выражается как увеличением чувствительности мембраны МВ к агонисту, так и изменениями в системе последующих этапов ЭМС. У «быстрой» мышцы снижение силы не связано с уровнем МДА. Динамика альдегида в «медленной» мышце при БС может опосредовано являться причиной изменения как на мембране, так и в цитоплазме ее МВ.
Мы можем предположить следующий механизм, обеспечивающий пластичность «медленных» фазных мышц в условиях аллергической перестройки. В наших экспериментах экзогенная АТФ, добавляемая в ванночку снижает неквантовую секрецию ацетилхолина, чем уменьшает десенситизацию холинорецепторов постсинаптической мембраны, то есть повышает их чувствительность к холиномиметику и силу сократительного ответа на него. В тканях, окружающих мышцу в ходе генерации воспалительно-аллергической реакции появляется внеклеточная АТФ. Вырабатываясь как «сигнал опасности» эндотелиальными, а в последствии дендритными клетками и макрофагами в ходе паракринной и аутокринной стимуляции выработки ими ИЛ-1, АТФ является одним из факторов, обеспечивающих развитие аллергической реакции. Но одновременно АТФ выполняет роль кофактора синаптической передачи. Развитие аллергической реакции вызывает повышение уровня АТФ в среде (ткани мышцы). Это, в свою очередь, вызывает развитие десенситизации уже пуриновых (очевидно Р2Y12) рецепторов пресинаптической мембраны, чем обеспечивается снижение их чувствительности к экзогенной АТФ, которую мы вносим в среду в ходе эксперимента. По этой причине изменения неквантовой секреции ацетилхолина и силы сокращения на холиномиметик у «медленной» мышцы менее выражены.
Показанная ранее способность АТФ-зависимых механизмов регулировать сокращение СМ посредством воздействия на систему внутриклеточных посредников [6] подвергается возможным функциональным изменениям в условиях БС вследствие нарушения баланса систем про- и антиоксидантного равновесия. Данное предположение подтверждается корреляцией изменений уровня малонового альдегида с активностью АТФ-синтазы, показанной Yarian CS et all. [12] на поперечнополосатых (сердечной и скелетных) мышцах мыши. МДА являясь маркером окислительного стресса характеризует состояние ряда мембранных и митохондриальных белков и, очевидно, опосредовано определяет динамику механизмов электромеханического сопряжения в двигательных мышцах при аллергической перестройке организма.
Таким образом, пластичность поперечнополосатых мышц в условиях БС определяется динамикой комплекса механизмов ЭМС, локализованных как на холиновозбудимой постсинаптической мембране, так и в цитоплазме МВ. При этом изменение чувствительности постсинаптической мембраны к Ах у различных типов мышц является причиной разнонаправленной динамики силы сокращения на холиномиметик. В настоящем исследовании показана корреляция силы сокращения различных СМ при БС с изменением одного из ключевых маркеров перекисного окисления липидов, каким является МДА. В «медленной» мышце рост силы сокращения совпадает с изменением альдегида. «Быстрая» мышца оказывается более устойчивой к оксидативному стрессу что, очевидно, достигается работой компенсаторных механизмов и определяется крайне незначительными изменениями в динамике факторов про- и антиоксидантного равновесия.
Заключение
Пластичность поперечнополосатых мышц мыши в условиях аллергической перестройки определяется изменениями, которые затрагивают как возбуждение мышечной мембраны, так и внутриклеточные механизмы ЭМС. Этот процесс в значительной степени зависит от баланса систем про- и антиоксидантного равновесия и в характере обнаруженных изменений у «быстрых» и «медленных» мышц имеются существенные различия.
Литература
1. Гущин И.С. Экспериментальная модель для разработки и оценки способов контроля немедленной аллергии. Патол. физиол. и эксперимент / Гущин И.С., Зебрева А.И., Богуш Н.Л. и др. // Терапия 1986; 4: 18-23.
2. Методы оценки оксидативного статуса: учебно-методическое пособие для вузов / Т.И. Рахманова, Л.В. Матасова, А.В. Семенихина, О.А. Сафонова, А.В. Макеева, Т.Н. Попова. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 2009. - 64 с.
3. Митрофанов М.С., Фархутдинов А.М., Теплов А.Ю. Пластичность «быстрых» и «медленных» скелетных мышц мыши в условиях белковой сенсибилизации. Сокращение in vitro на холиномиметик и KCl //Фундаментальные исследования.-2014, N 12, Ч.10, с.2150-2153.
4. Теплов А.Ю. Возможные механизмы влияния белковой сенсибилизации на сократительную функцию «быстрых» и «медленных» мышц мыши / А.Ю. Теплов, С.Н. Гришин, А.Л. Зефиров // Бюл. эксперим. биологии и медицины. 2009. № 5. С 487-492.
5. Теплов А.Ю. Пластичность мышечной системы в условиях белковой сенсибилизации. Участие холинергических и пуринергических механизмов / Теплов А.Ю., Фархутдинов А.М., Торшин В.И. Теплов О.В., Миннебаев М.М. // Вестник новых медицинских технологий. 2014, Т.21, N1, с.6-12.
6. Теплов А.Ю. Роль протеинкиназы-С в механизмах влияния АТФ на сократительную функцию изолированной полоски диафрагмы мыши / Теплов А.Ю., Гришин С.Н., Зиганшин А.У., Зефиров А.Л. // Бюл.эксперим. биологии медицины - 2006, Т 141, N 4.-С 389-392.
7. Jacobson GA, Yee KC, Ng CH. Elevated plasma glutathione peroxidase concentration in acute severe asthma: comparison with plasma glutathione peroxidase activity, selenium and malondialdehyde. - Scand J Clin Lab Invest. 2007; 67(4):423-30.
8. Petlevski R. Malonaldehyde and erythrocyte antioxidant status in children with controlled asthma //.Petlevski R, Zuntar I, Dodig S, Turkalj M, Cepelak I, Vojvodić J, Sicaja M, Missoni S. - Coll Antropol. 2009 Dec; 33(4):1251-4.
9. Romieu I. Exhaled breath malondialdehyde as a marker of effect of exposure to air pollution in children with asthma //Romieu I, Barraza-Villarreal A, Escamilla-Nuñez C, Almstrand AC, Diaz-Sanchez D, Sly PD, Olin AC. - J Allergy Clin Immunol. 2008 Apr;121(4):903-9.
10. Teplov A. Ovalbumin-induced sensitization affects non-quantal acetylcholine release from motor nerve terminals and alters contractility of skeletal muscles in mice / Teplov A., Grishin S, Mukhamedyarov M, et al. // Exp Physiol. 2009 Feb;94(2):264-268.
11. Tsai TL. Role of ATP in the ROS-mediated laryngeal airway hyperreactivity induced by laryngeal acid-pepsin insult in anesthetized rats / Tsai TL, Chang SY, Ho CY, Kou YR. // J Appl Physiol. 2009 May;106(5):1584-92.
12. Yarian CS, Rebrin I, Sohal RS. Aconitase and ATP synthase are targets of malondialdehyde modification and undergo an age-related decrease in activity in mouse heart mitochondria.// Biochem Biophys Res Commun. 2005 Apr 29;330(1):151-6.
