Функционирование скелетных мышц крысы в условиях моделирования невесомости

условия невесомости на модели ортостатической разгрузки в условиях вывешивания грызунов [9]. При этом мы могли наблюдать влияние гипогравитации на различных сроках с условно выбранными недельными промежутками. Оценивались амплитудные (силовые) и временные параметры одиночных и суммированных мышечных сокращений. Также условия проведения эксперимента позволяли выявлять возможные различия в эффектах при прямой и непрямой стимуляции.

Методы. Вывешивание крыс в условиях ортостатической разгрузки. В экспериментах использовались 6-8-ми месячные лабораторные крысы обоих полов. Животные вывешивались на горизонтальном стержне на кольцевом креплении таким образом, что нижние конечности повисали свободно, а в целом животное сохраняло, пусть и ограниченную, возможность локомоций, в частности, передвижение к корму, воде и т.п.

Одновременная регистрация сокращений быстрой и медленной мышц in vivo . В экспериментах использовалась оригинальная двухканальная установка, позволяющая одновременно регистрировать сокращения 2-х скелетных мышц. У предварительно наркотизированной крысы полувыделяли камбаловидную и икроножную мышцы на одной и задних конечностей. В бедро внедряли погружной электрод, в который помещался седалищный нерв. Через него осуществляли непрямое раздражение мышц. Для прямого раздражения вкалывали раздражающие электроды – иглы непосредственно в открытые участки полувыделенных мышц. Регистрацию и обработку кривых сокращения осуществляли с помощью оригинальной компьютерной программы.

Результаты. 1. Сокращение икроножной и камбаловидной мышц в норме. Сила одиночного мышечного сокращения (ОМС) икроножной мышцы интактного животного составила 3,79±0,11 г, а время сокращения – 34±3 мс (n=8). Камбаловидная сокращалась в контроле при частоте 1 Гц с силой 0,98±0,06 г и временем сокращения 77±6 мс (n=8). Исследование тетанических сокращений выявило, что суммированные сокращения камбаловидной мышцы переходят в гладкий тетанус при 5,0±0,5 Гц, а у икроножной мышцы частота слияния – 7,0±0,6 Гц (n=16) (рис. 5).

Рис. 1. Сила сокращений икроножной мышцы при разных сроках вывешивания

• 2.    Сила одиночного сокращения мышц на разных сроках вывешивания. У крыс, подвергнутых вывешиванию в условиях ортостатической разгрузки нижних конечностей, уже через неделю резко увеличивалась сила сокращений икроножной мышцы – до 7,26±0,08 г (n=7, p<0,001). Усиление сокращений устойчиво наблюдалось далее на всех сроках вывешивания. Так, на 2-х недельном сроке

• 3.    Время одиночного сокращения мышц на разных сроках вывешивания. Кривая времени ОМС камбаловидной мышцы на разных сроках обратно коррелирует с подобной зависимостью по силе сокращений (рис. 3). Так, время сокращения после недельного вывешивания достоверно уменьшилось и составило 38±8 мс (n=7, p<0,001). Также динамика изменений времени сокращений носила двухфазный характер: к двум и трем неделям вывешивания время сокращений продолжало уменьшаться – 37±8 мс (n=7) и 35±6 мс (n=6), соответственно, а при дальнейших сроках вывешивания время ОМС несколько увеличивалось. На сроке четыре недели она составила 39±8 мс (n=6), пять недель – 44±7 мс (n=6).

сила ОМС икроножной мышцы составила 7,50±0,71 г (n=7), 3-х недельном – 7,81±0,45 г (n=6), 4-х недельном – 7,90±0,25 г (n=6) и 5-ти недельном 8,07±0,31 г (n=6) (рис. 1).

Камбаловидная мышца в целом повторила эффект потенциации силы сокращений: после недели вывешивания она составила уже 3,30±0,15 г (n=7, p<0,001). Сохраняя значительно превышающие контроль значения, динамика изменений силы ОМС носила отчетливый двухфазный характер. Так, к двум и трем неделям вывешивания сила сокращений продолжала увеличиваться – 3,95±0,18 г (n=7) и 4,35±0,16 г (n=6), соответственно. При дальнейших сроках вывешивания сила ОМС несколько снижалась: 4,01±0,15 г (n=6) на четырех неделях и 3,35±0,07 г (n=6) на пяти неделях (рис. 2), причем сила сокращений камбаловидной мышцы крыс с 3-х недельным вывешиванием достоверно отличалась не только от контрольных значений, но и от соответствующих значений на сроках 1 и 5 недель ортостатической разгрузки (p<0,05).

с роки в ы в е ш и ван и я, н ед ел и

Рис. 2. Сила сокращения камбаловидной мышцы при разных сроках вывешивания

Рис. 3. Время сокращения камбаловидной мышцы при разных сроках вывешивания

Время сокращений икроножной мышцы устойчиво уменьшалось с каждой неделей вывешивания Так, на недельном сроке время ОМС составило 23±4 мс (n=7, p<0,001), на 2-х недельном сроке сила ОМС икроножной мышцы составила 22±3 мс (n=7), 3-х недельном – 22±3 мс (n=6), 4-х недельном – 21±4 мс (n=6) и 5-ти недельном 20±3 мс (n=6) (рис. 4).

с р о к и в ы в е ш и в а к и я, к е д е л и

Рис. 4. Время сокращения икроножной мышцы при разных сроках вывешивания

• 4.    Тетанические сокращения мышц при прямом и непрямом раздражениях. При увеличении сроков вывешивания вплоть до 3 недель наблюдалось увеличение частоты слияния и у икроножной, и у камбаловидной мышц (рис. 5). Дальнейшее увеличение сроков вывешивания не сопровождалось изменением частоты слияния тетанических сокращений этих мышц. При недельных сроках вывешивания частота слияния у камбаловидной мышцы стала 18,2±1,7 Гц, а у икроножной – 20,0±1,4 Гц (n=14), что достоверно (p<0,05) отличается от контроля. К двухнедельному сроку частота слияния увеличилась еще сильнее (достоверное

отличие (p<0,05) от значений недельного срока) и составила 27,2±1,3 Гц для камбаловидной и 30,0±0,9 Гц для икроножной (n=14). При сравнении кривых тетанических сокращений у интактных и у вывешенных животных (рис. 6) наблюдалась, наряду с начальным увеличением амплитуды суммированных сокращений, характерная пессимальная картина спада. Анализ вызванных непрямым и прямым раздражениями тетанусов, пример которых приведен на рис. 7, показывает, что даже в случае 2-х недельного вывешивания можно добиться оптимальных тетанусов при непосредственной стимуляции скелетной мышцы.

сроки вывешивания, недели

Рис. 5. Значения частот слияния при различных сроках вывешивания

Рис. 6. Тетаническое сокращение икроножной и камбаловидной мышц при непрямом раздражении на разных сроках вывешивания

Обсуждение. Мы оценивали влияние ортостатической разгрузки нижних конечностей на амплитудно-временные параметры изометрического сокращения, используя классические для данной схемы эксперимента объекты [9] - две мышцы голени крысы: быструю (икроножную) и медленную (камбаловидную). Эксперименты проводили в условиях одновременной регистрации in vivo кривых сокра- щения . Выявили, что в условиях гипогравитации увеличивалась сила и уменьшалось время одиночного мышечного сокращения. Причем у икроножной мышцы эта тенденция сохранялась вплоть до конечного наблюдения на 5-ти недельном сроке вывешивания. У камбаловидной же мышцы начиная с 4-ой недели наблюдались неполное обратное уменьшение силы и увеличение времени сокращения (для сравнения см. [6]). В неполной схожести динамик данных процессов, на наш взгляд, проявляются отличия организации быстрых и медленных двигательных фазных систем. Возникает вопрос: как полученные данные о потенции мышечных усилий согласуются с явлением ослабления у вывешенных в рамках данной работы животных, а так же людей, вернувшихся с орбитальных станций [8]?

Рис. 7. Тетаническое сокращение икроножной и камбаловидной мышц при прямом и непрямом раздражении при двухнедельном сроке вывешивания

При увеличении сроков вывешивания вплоть до 3 недель наблюдалось увеличение частоты слияния и у икроножной, и у камбала-видной мышц. Дальнейшее увеличение сроков вывешивания не сопровождалось изменением частоты слияния тетанических сокращений этих мышц. При сравнении кривых тетанических сокращений у интактных и у вывешенных животных наблюдались, наряду с начальным увеличением амплитуды суммированных сокращений, характерная пессимальная картина спада. Это коррелирует с уменьшением времени одиночного сокращения и позволяет объяснить, как, наряду с увеличением силы одиночного мышечного сокращения, может наблюдаться общая картина мышечной слабости. Это же можно аппроксимировать на послеполетное состояние космонавтов [5, 6]. Анализ тетанусов, вызванных непрямым и прямым раздражениями, показал, что в случае вывешивания тетанусы можно привести к оптимальному виду при непосредственной стимуляции скелетной мышцы, что говорит о нейрональном компоненте наблюдаемых при ортостатической разгрузке эффектов. Это согласуется с источниками [1] и математическим моделированием, результаты которого представлены в данной статье. Полученные данные расширяют наши знания о процессах, происходящих при состояниях, близких к невесомости.

Поддержано грантом РФФИ.