БИОФИЗИКА, 2014, том 59, вып. 5, с. 990-994
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 577.35
ВЛИЯНИЕ ВИБР ОСТИМУЛЯЦИИ СТОПЫ И ОПОРНОЙ АФФЕРЕНТАЦИИ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ МЫШЦ ГОЛЕНИ У КРЫСЫ В УСЛОВИЯХ АНТИОРТО СТАТИЧЕСКОГО ВЫВЕШИВАНИЯ
© 2014 г. М.В. Кузнецов, М.Э. Балтин, А.О. Федянин, А.А. Еремеев, Т.В. Балтина
Казанский (Приволжский) федеральный университет, 420008, Казань, Республика Татарстан, ул. Кремлевская, 18 E-mail: 1уЬаШпа@кр/и.ги Поступила в p едакцию 19.06.14 г.
Изучено влияние ежедневной трехчасовой вибростимуляции опорных зон стопы и трехчасового обычного передвижения на функциональное состояние камбаловидной, икроножной и боль-шеберцовой мышц у крыс при 7- и 14-суточной гравитационной разгрузке. При 7-суточной разгрузке уменьшился вес камбаловидной мышцы, в то время как вес икроножной и боль-шеберцовой мышц не изменился. Через 14 сут гравитационной разгрузки наблюдали уменьшение веса всех исследуемых мышц. Вибростимуляция стопы и опорная афферентация препятствовали потери веса икроножной и большеберцовой мышц в первую неделю разгрузки и уменьшали негативный эффект гравитационной разгрузки через 14 сут. Результаты показали, что амплитуда М-ответа в первые семь суток гравитационной разгрузки уменьшалась в большей степени в камбаловидной мышце, чем в икроножной и большеберцовой мышцах. К 14-м суткам наблюдали восстановление амплитуды М-ответа икроножной и большеберцовой мышц и увеличение у камбаловидной мышцы. Различные способы стимуляция стопы у крыс при гравитационной разгрузке имели положительный эффект относительно М-ответа - амплитуда ответа всех исследуемых мышц увеличилась. Показано, что вибростимуляция стопы у крысы или опорная афферентация способны противодействовать атрофии икроножной и большеберцовой мышц, вызванной гравитационной разгрузкой, и снижать ее эффекты на камбаловидной мышце.
Ключевые слова: гравитационная разгрузка задних конечностей, М-ответ, атрофия мышц, вибростимуляция, опорная афферентация.
Механическая разгрузка скелетных мышц во время космических полетов или их наземных аналогов, таких как постельный р ежим и р азгрузка задних конечностей у грызунов, вызывает атрофию скелетных мышц, которая осо-бенно затрагивает антигр авитационную мускулатур у нижних конечностей [1,2]. Атрофия ха-рактеризуется снижением мышечного объема, массы и силы мышцы, изменением гистохимических характеристик и экспрессии сократительных белков, а также снижением нервно-мышечной функции [3-9]. Эффективное противодействие этим изменениям в двигательной системе имеет решающее значение для успеха в освоении космоса. Три десятилетия назад была разработана лабораторная модель мышечной разгрузки - модель антиортостатиче-ского вывешивания, которая используется в раз-
Сокращения: КМ - камбаловидная мышца, ИМ - икроножная мышца, ББМ - большеберцовая мышца.
личных лабораториях, чтобы опр еделить р оль микрогравитации в мышечной атрофии [10]. Модель разгрузки задних конечностей у крысы хар актеризуется со стоянием гиподинамии-гипокинезии («вывешивание» задних конечностей и снижение двигательной активности), что ими-тир ует некоторые из эффектов невесомости, которые наблюдаются в условиях космического полета [1,11].
Величины этих изменений (мышечная атро -фия, снижение мышечной силы, изменения в типе волокон и электрофоретических профилей) являются специфичными для мышц и типов волокон: наибольшие в разгибателях, таких как камбаловидная мышца, которая обычно выполняет антигравитационные постуральные функции [1,12]. Несколько различных тренировочных программ и способов стимуляции рецепторов опоры стопы были предложены, чтобы снизить или предотвратить атрофию мышц во время разгрузки [13-19]. Тем не менее исполь-
зованные подходы не смогли полностью предотвратить атрофию мышц, вызванную условиями разгрузки. Целью настоящего исследования было определение функциональных и морфологических характеристик мышц задних конечностей крысы в условиях моделируемой гравитационной р азгрузки, а также р азгрузки, сочетанной с различными способами стимуляции опорных рецепторов стопы.
МЕТОДЫ И ССЛЕДОВАНИЯ
И сследование пр оводили на 41 нелинейных лабор атор ных крысах обоего пола массой 230260 г. Все манипуляции с животными пр оводили с соблюдений правил гуманного обращения с лабораторными животными и с соблюдением биоэтических норм. Содержание, питание, уход за животными и выведение их из эксперимента осуществляли в соответствии с действующими требованиями Приказа Министерства и среднего специального образования СССР № 742 от 13. 11. 1984 г., утвердившего «П р авила про -ведения работ с использованием экспериментальных животных», и Директивой Европейского парламента и Совета от 22 сентября 2010 года по защите животных, используемых для научных целей (Dn-edive 2010/63/UE on the рго-tertion of animals used of 8с1епййс ригро8е8).
В качестве модели гравитационной разгрузки была использована модифицированная модель вывешивания Morey-Holton Е .R [20].
В эксперименте животные были р азделены на семь групп:
1. «Контроль» - интактные животные (n = 5);
2. «ГР7» - 7-суточная гравитационная р аз-грузка (вывешивание) (n = 7);
3. «ГР14» - 14-суточная гравитационная разгрузка (n = 5);
4. «ГР7+ ВС» - 7-суточная гравитационная разгрузка в сочетании с ежедневной двусторонней трехчасовой вибростимуляцией опорных зон стопы (n = 7);
5. «ГР14+ ВС» - 14-суточная гравитационная разгрузка в сочетании с ежедневной двусторонней вибростимуляцией опорных зон стопы (n = 5);
6. «ГР7+ ОА» - 7-суточная гравитационная разгрузка в сочетании с ежедневной опорной афферентацией (ежедневное трехчасовое предъявление опоры - «высаживание», обычное передвижение) (n = 7);
7. «ГР14+ ОА» - 14-суточная гравитационная разгрузка в сочетании с ежедневной опорной афферентацией (n = 6);
Для нанесения стимула, усиления и регистрации ответов мышц была использована экс-
периментальная установка на базе электромиографа MG-42 фирмы «Медикор» и пр оцессора Pentium. C помощью биполярных игольчатых электродов регистрировали электрические ответы мышц голени, вызванные раздражением седалищного нерва одиночными прямоугольными импульсами длительностью 0,5 мс с частотой 0,5 имп/мин. Интенсивность стимулов варьировала от 0,3 до 50 В. Определяли максимальную амплитуду М-ответов.
Условия вибр остимуляции описаны в нашем предыдущем сообщении [21]. Амплитуда колебаний - 0,5 мм; частота - 50 Гц. Вибр остиму-ляцию осуществляли вибростимулятором оригинальной конструкции, который был собран на кафедре физиологии человека и животных КФУ.
Статистическую обработку производили с использованием пакета прикладных программ «Origin». Достоверность результатов определяли по г-кр итерию С тьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ССЛЕДОВАНИЯ
Изменение веса мышц при гравитационной разгрузке и сочетанной с различными способами стимуляции стопы. 7-суточная гравитационная разгрузка задних конечностей крыс привела к снижению веса камбаловидной мышцы (КМ) и в меньшей степени - икроножной (ИМ) и боль-шеберцовой (ББМ) мышц (рис. 1а, темные столбики). Однако через 14 суток гравитационной нагрузки наблюдали снижение веса всех исследуемых мышц (рис. 1б, темные столбики). Так, вес КМ составил 57 ± 5% от контроля, ИМ -68 ± 8%, ББМ - 61 ± 5% (p < 0,05).
Использование двух режимов стимуляции стопы крыс в условиях гравитационной разгрузки (рис. 1а,б; вибростимуляция - белые столбики, опорная афферентация - серые столбики) пр ивело к снижению ее отрицательного эффекта. Вес всех мышц при сочетанной стимуляции и 14-суточной разгрузки был больше, чем без стимуляции (рис. 1а и б).
Изменение амплитуды М-ответа мышц голени крысы при гравитационной разгрузке, сочетанной с различными способами стимуляции рецепторов стопы. Амплитуда М-ответа КМ крысы через семь суток после гравитационной разгрузки составила 43 ± 15% от контроля (p < 0,05). Амплитуда М -ответа икроножной мышцы крысы через семь суток после гравитационной разгрузки составила 89 ± 10% относительно контрольных значений (p > 0,05). Амплитуда М-ответа ББМ крысы через семь суток после разгрузки составила 95 ± 11% по сравнению с
992
КУЗНЕЦОВ и др.
Рис. 1. Изменение веса мышц при сочетанном влиянии 7-суточной (а) и 14-суточной (б) гравитационной разгрузки с различными способами стимуляции стопы: темные столбики - гравитационная разгрузка, белые -в сочетании с вибростимуляцией, серые - с опорной афферентацией. По оси ординат - вес мышц, выраженный в %, за 100% приняты значения интактных животных. * - р < 0,05.
Рис. 2. Изменение амплитуды М-ответа мышц голени крыс при 7-суточной гравитационной разгрузке (темные столбики) и сочетанном влиянии вибростимуляции стопы (белые столбики) и опорной афферентации (серые столбики). По оси ординат амплитуда М-ответа в % от контроля, принятого за 100%; * - р < 0,05.
Рис. 3. Изменение амплитуды М-ответа мышц голени крыс при 14-суточной гравитационной разгрузке (темные столбики) и сочетанном влиянии вибростимуляции стопы (белые столбики) и опорной афферентации (серые столбики). По оси ординат амплитуда М-ответа в % от контроля, принятого за 100%; * - р < 0,05.
контролем (р > 0,05) (рис. 2). Как видно из рис. 2, использование вибро стимуляции и опоры на фоне разгрузки привело к восстановлению М-ответа ИМ и ББМ до контрольных значений, амплитуда М -ответа камбаловидной мышцы увеличилась на 20% и составила 68 ± 12%.
Чер ез 14 сут гравитационной разгрузки амплитуда М-ответа ИМ и ББМ восстановилась до контрольных значений (рис. 3). Дополнительная сочетанная стимуляции стопы не оказывала значимых влияний на амплитуду М-ответа исследуемых мышц. Амплитуда М-ответа
камбаловидной мышце через 14 сут гравитационной разгрузки увеличилась на 30%, дополнительная вибростимуляция стопы и опорная афферентация не оказали влияния на амплитуду М-ответа КМ (рис. 3).
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Эффекты 7- и 14-суточной разгрузки задних конечностей крыс в наших исследованиях были сравнимы с результатами других исследователей [1,22,23]. В период 7-суточного вывешивания уменьшился сырой вес КМ, в то время как вес мышц более быстр ого типа (ИМ и ББМ)
не измени
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.