БИОФИЗИКА, 2014, том 59, вып. 2, с. 387-391
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 577.35
ВЛИЯНИЕ ВИБРО СТИМУЛЯЦИИ ОПОРНЫХ ЗОН СТОПЫ У КРЫС НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СО СТОЯНИЕ МЫШЦ ГОЛЕНИ И СОДЕРЖАНИЕ В НИХ ША-ИЗОФОРМЫ ТАЙТИНА В УСЛОВИЯХ ГРАВИТАЦИОННОЙ РАЗГРУЗКИ
© 2014 г. Т.В. Балтина, М.В. Кузнецов, А.А. Еремеев, М.Э. Балтин
Казанский (Приволжский) федеральный университет, 420008, Казань, ул. Кремлевская, 18
E-mail: 1уЪаЫпа@^тай.сот Поступила в p едакцию 01.11.13 г.
Изучено влияние вибростимуляции опорных зон стопы на функциональное состояние мышц голени и содержание в них N2A-изофоpмы тайтина у крыс в условиях моделируемой микрогравитации (модель вывешивания). Результаты исследования показали, что вибростимуляция опорных зон стопы у крысы в условиях гравитационной разгрузки может уменьшить падение амплитуды моторного ответа мышц голени и нежелательное снижение содержания тайтина.
Ключевые слова: гравитационная разгрузка, модель вывешивания, вибростимуляция, рецепторы опоры, моторный ответ, ^2Л-изоформа тайтина.
Исследования двигательной системы в невесомости и моделирующих ее условиях выявили изменения функционального со стояния всех звеньев нейромоторного аппарата [1-4]. Механическая разгрузка скелетных мышц во время космических полетов или их наземной имитации вызывает атрофию скелетных мышц, которая особенно затрагивает антигравитационную мускулатур у нижних конечностей [2,5]. Атрофия характеризуется снижением мышечного объема, массы, силы мышцы, изменением гистохимических характеристик, а также снижением нервно-мышечной функции [6-9]. Показано, что атр офические изменения в мышцах, в частности в т. 8о1еи8, сопровождаются значительным снижением содержания тайтина - гигантского саркомерного белка, играющего важную роль в поддержании высокоупорядоченной сар-комерной структуры и контрактильной функции мышц [10-13].
В качестве одной из причин подобных изменений в условиях микрогравитации предпо-лагается ограничение опорной афферентации [14,15] и, по всей вероятности, вследствие этого изменение протеолиза и синтеза ряда белков. Данные, полученные пр и тестировании членов экипажа в условиях космического полета [16] и в модельных экспер иментах на земле [17,18], показали, что увеличение притока сенсорной информации к двигательным центрам при применении механического давления на опорные зоны стопы приводит к активации мышц нижних конечностей, что сопровождается снижени-
ем или предотвращением их атрофии. Известно, что использование компенсатора опорной разгрузки приводило к уменьшению р азвития ат-рофических процессов и предотвращало снижение содержания тайтина в т. 8о1еи человека в условиях «сухой» иммерсии [19,20]. Характеристики и пространственная локализация кожных рецепторов стопы у человека [21,22] и крысы [23] описаны, однако информации о потенциальной пользе их стимуляции для предотвращения атр офии при разгр узке недостаточно.
В этом исследовании пр едставлены результаты измененения параметров моторного ответа и содержания К2Л-изоформы тайтина в мышцах голени крысы в условиях моделируемой микрогравитации при вибростимуляции опорных зон стопы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ И ССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили на нелинейных лабораторных крысах массой 180-200 г в соответствии с правилами обращения с лабораторными животными с соблюдением всех биоэтических норм.
В качестве модели гравитационной разгрузки использовали метод вывешивания, описанный в работе [24].
В эксперименте животные были р азделены на три группы:
«контроль» - интактные животные (п = 6);
387
12*
150 г
^ 100 --
К g
| 50-
Рис. 1. Значения амплитуды моторного ответа трехглавой мышцы голени крысы на разных сроках гравитационной разгрузки. По оси абсцисс обозначены сутки воздействия опорной разгрузки: 1 -7-е сутки, 2 - 14-е сутки, 3 - 21-е сутки, 4 - 35-е сутки; по оси ординат - значения амплитуды моторного ответа, выраженные в процентах по отношению к контролю. Прерывистой линией обозначены контрольные значения, принятые за 100%. * - Достоверность, p < 0,05.
«ГР» - гравитационная разгрузка от 7 до 35 суток (n = 36);
«ГР+ ВС» - 7-суточная гр авитационная разгрузка в сочетании с ежедневной вибростимуляцией опорных зон стопы (n = 12);
Вибростимуляцию о существляли циклами -по шесть раз в течение трех часов каждый день в условиях 7-суточной гравитационной разгрузки (длительность одного цикла вибростимуляции со ставила 20 мин, интервал между циклами - 10 мин, амплитуда колебаний - 0,5 мм; частота - 50 Гц). Использовали стимулятор оригинальной конструкции, который был разработан на кафедре физиологии человека и животных Казанского федерального университета.
Чер ез 7, 14, 21 и 35 суток воздействия гравитационной разгрузки регистрировали электрофизиологические показатели трехглавой мышцы голени. Регистрировали моторный ответ мышцы. Определяли максимальную амплитуду и порог возникновения ответов [25].
Для исследования изофор много со става тай-тина были взяты образцы камбаловидной мышцы от каждой группы крыс (n = 18). ДСН-гель-электрофорез проводили по методу, описанному в работе [26]. Денситометрическую обработку гелей проводили с помощью компьютерной программы Total Lab 1.11. Количество тайтина оценивали по отношению к содержанию тяжелых цепей миозина [13]. Иммуноблот-тинг тайтина проводили по методу [27]. Использовали моноклональные антитела Т11
(Sigma, США) к участку молекулы тайтина в I-диске саркомера. В качестве вторичных антител, конъюгир ованных с пер оксидазой хрена, использовали кроличьи антитела против IgG мышей. Белковые полосы выявляли с помощью 3,3'-диаминобензидина.
П ри статистическом анализе результатов использовали ¿-критерий Стьюдента. Критерием значимости считался уровень - 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ССЛЕДОВАНИЯ
Влияние гравитационной разгрузки задних конечностей на амплитуду моторных ответов трехглавой мышцы голени кры1сы. Амплитуда моторного ответа трехглавой мышцы крысы через семь суток после разгрузки составила 111 ± 7% по сравнению с контролем (p > 0,05). В дальнейшем амплитуда увеличивалась и на 14-е сутки составила 112 ± 8% (p > 0,05); через 21 сутки - 114 ± 9% (p > 0,05); через 35 суток -131 ± 11% по сравнению с контролем (p < 0,05). Результаты представлены на рис. 1.
Поскольку мы не получили достоверных изменений амплитуды ответов трехглавой мышцы голени в пер вые недели эксперимента, хотя из литературных данных известно, что в этот период атрофия мышц уже р азвивается, далее был проведен анализ амплитуды моторных ответов отдельных головок этой мышцы.
Мы ограничились 7-ю и 14-ю сутками гравитационной разгрузки, поскольку показано, что максимальная атрофия в мышцах задней конечности крысы в этих условиях наблюдается в этом временном интервале [17].
Амплитуда моторного ответа медиальной головки икроножной мышцы крысы через семь сут после разгр узки со ставила 74 ± 15% (p < 0,05), по ср авнению с контр олем. В дальнейшем амплитуда ответа увеличивалась и на 14-е сутки составила 85 ± 16% (p < 0,05). Амплитуда моторного ответа латеральной головки икро-ножной мышцы крысы через 7 суток после разгрузки со ставила 104 ± 10% (p > 0,05), на 14-е сутки - 105 ± 12% (p > 0,05) по отношению к контрольным значениям.
На седьмые сутки гр авитационной разгрузки амплитуда моторного ответа камбаловидной мышцы составила 43 ± 11% (p < 0,05) по ср авнению с контролем. В дальнейшем амплитуда увеличивалась и на 14-е сутки составила 74 ± 16% (p < 0,05) по сравнению с контр олем. Результаты представлены на рис. 2.
Влияние 3-часовой вибростимуляции опорный зон стопы кры1сы на амплитуду моторных
ВЛИЯНИЕ ВИБ РОСТИМУЛЯЦИИ ОПОРНЫХ ЗОН СТОПЫ
389
Рис. 2. Значения амплитуды моторного ответа мышц голени крысы на разных сроках гравитационной разгрузки. По оси абсцисс обозначены сутки воздействия гравитационной разгрузки; по оси ординат - значения амплитуды моторного ответа, выраженные в процентах по отношению к контролю. П рерывистой линией обозначены контрольные значения, принятые за 100%; светло-серым цветом, обозначены значения амплитуды моторного ответа медиальной головки икроножной мышцы; темно-серым цветом - латеральной головки икроножной мышцы, белым - камбаловидной мышцы.
ответов и на содержание таитина в трех главой мышце голени на фоне гравитационной разгрузки. П ри сочетанном влиянии 3-часовой вибро -стимуляции опорных зон стопы и 7-суточной гравитационной разгрузки максимальная амплитуда моторного ответа латер альной головки икроножной мышцы не изменилась по сравнению с контролем, а амплитуда ответа медиальной головки икроножной мышцы увеличилась и составила 118 ± 12% от контрольных значений (p < 0,05). Амплитуда моторного ответа камбаловидной мышцы составила 68 ± 15% по сравнению с данными, полученными при исследовании интактных животных (p < 0,05). Результаты представлены на рис. 3.
П ри этом в камбаловидной мышце у крыс при сочетанном влиянии 3-часовой вибростимуляции опорных зон стопы и 7-суточной гра -витационной разгрузки (группа «ГР+ ВС» на рисунке) содержание К2Л-изоформы тайтина снизилось лишь на 11% по ср авнению с содержанием тайтина в камбаловидной мышце крыс контрольной группы. Увеличение относительного количества К2Л-изоформы тайтина со -провождалось снижением содержания Т 2-фр аг-мента в камбаловидной мышце у крыс группы с применением вибростимуляции опорных зон стопы («ГР+ ВС») в 1,5 р аза по ср авнению с группой без стимуляции («ГР»). Результаты представлены на р ис. 4.
Рис. 3. Значения амплитуды моторных ответов мышц голени крысы при сочетанном влиянии вибростимуляции опорных зон стопы и 7-суточной гравитационной разгрузки. ГР - группа с гравитационной разгрузкой, ГР+ВС - группа с сочетанием гравитационной разгрузки с вибростимуляцией опорных зон стопы. Остальные обозначения, как на р ис. 2.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Результаты пр оведенного исследования показали, что амплитуда мотор ного ответа трехглавой мышцы голени крысы существенно не различалась у контрольной группы крыс и животных, находившихся в условиях гравитационной разгрузки. Однако мышечная атрофия должна была проявиться при вывешивании снижением амплитуды моторн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.