Сравнительный анализ изменений мышечной ткани и артерий локомоторной и дыхательной мускулатуры крыс при физической тренировке с использованием разных способов задания нагрузки

Борзых, Анна Анатольевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Сравнительный анализ изменений мышечной ткани и артерий локомоторной и дыхательной мускулатуры крыс при физической тренировке с использованием разных способов задания нагрузки
ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Сравнительный анализ изменений мышечной ткани и артерий локомоторной и дыхательной мускулатуры крыс при физической тренировке с использованием разных способов задания нагрузки"

005003035

БОРЗЫХ АННА АНАТОЛЬЕВНА

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЙ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ И АРТЕРИЙ ЛОКОМОТОРНОЙ И ДЫХАТЕЛЬНОЙ МУСКУЛАТУРЫ КРЫС ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ ТРЕНИРОВКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗНЫХ СПОСОБОВ ЗАДАНИЯ НАГРУЗКИ

03.03.01 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2011

- 1 ДЕК 2011

005003035

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Государственном научном центре Российской Федерации — Институте медико-биологических проблем РАН

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

доктор биологических наук Тарасова Ольга Сергеевна

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор биологических наук, профессор Медведева Наталия Александровна доктор биологических наук, профессор Шенкман Борис Стивович

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии РАМН

С42

часов на

Защита диссертации состоится «/£» 2011 г. в

заседании диссертационного совета Д 002.111.01 в Учреждении Российской академии наук Государственном научном центре Российской Федерации — Институте медико-биологических проблем РАН по адресу: 123007, Москва, Хорошевское шоссе, д.76А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Государственном научном центре Российской Федерации — Институте медико-биологических проблем РАН.

Автореферат разослан « 4% /-сС-Л^оХ 2011 г. :

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук -? Левинских М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Физическая нагрузка приводит к повышению интенсивности метаболизма в скелетных мышцах, причем характер метаболических процессов зависит от вида выполняемой работы. При ритмической работе умеренной интенсивности скелетные мышцы получают энергию преимущественно за счет аэробного метаболизма [Коц, 1986; Astrand et al., 2003]. Такая мышечная работа сопряжена со значительным повышением потребления 02 организмом, в связи с чем наблюдаются выраженные изменения в работе дыхательной и сердечнососудистой систем: повышается легочная вентиляция, увеличиваются артериальное давление и минутный объем кровообращения, происходит перераспределение кровотока в пользу скелетных мышц [Armstrong, Laughlin, 1983; Armstrong, Laughlin, 1984; Musch et al., 1987].

При нагрузке аэробной направленности скорость кровотока в мышцах, состоящих из медленных оксидативных мышечных волокон, увеличивается более значительно, чем в мышцах, состоящих из быстрых гликолитических волокон [Armstrong, Laughlin, 1983; Armstrong, Laughlin, 1984; Armstrong, Laughlin, 1985; Sexton, Poole, 1995; Poole et al., 2000]. Такие особенности кровоснабжения мышц связаны с различными регуляторными характеристиками приносящих к ним кровь артерий. В артериях оксидативных мышц по сравнению с гликолитическими больше эндотелий-зависимое расслабление [Aaker, Laughlin, 2002а; Laughlin et al., 2004; McAllister et al., 2005], но меньше плотность симпатической иннервации [Hilton et al., 1970]. Физическая тренировка аэробной направленности приводит к изменению метаболических характеристик и кровеносного русла скелетных мышц, причем выраженность таких изменений в оксидативных мышцах больше, чем в гликолитических [Sullivan et al., 1995; McAllister et al., 2005; Spier et al., 2004; Donato et al., 2007].

Дыхательные мышцы ритмически активны в течение всей жизни организма и поэтому обильно снабжаются кровью даже в отсутствие физической нагрузки [Armstrong, Laughlin, 1983; Armstrong, Laughlin, 1984; Sexton, Poole, 1995; Poole et al., 2000]. В связи с такой особенной функцией в организме дыхательные мышцы отличаются от локомоторных по строению и метаболическим характеристикам. Они состоят из сравнительно мелких мышечных волокон с очень высокой активностью митохондриальных ферментов (т.е. высоким окислительным потенциалом) и имеют очень большую плотность капиллярной сети [Metzger et al., 1985; Delp, Duan, 1996; Gosselin et al., 1992; Polla et al., 2004].

при умеренной тренировочной нагрузке адаптация диафрагмы может проявляться в виде уменьшения размеров мышечных волокон [Tamaki, 1987; Powers et al., 1992], нельзя также исключить возможность изменения миозинового фенотипа мышц, хотя этот вопрос изучен мало.

В целом вопрос о сходстве или различии изменений, развивающихся в локомоторных и дыхательных мышцах при физической тренировке аэробной направленности, требует дальнейшего изучения. Следует отметить, что поскольку эффекты физической тренировки сильно зависят от протокола нагрузки [Коц, 1986; Astrand et al., 2003], адекватное сопоставление эффектов тренировки на эти мышцы возможно лишь при их параллельном исследовании. Следует, однако, отметить, что таких работ очень мало [Powers et al., 1992; Uribe et al., 1992; Gosselin et al., 1992]. Кроме того, недостаточно исследованы регуляторные характеристики артерий, приносящих кровь к дыхательным мышцам: на эту тему есть лишь единичные работы [Aaker, Laughlin, 2002а; Aaker, Laughlin, 20026]. И, наконец, совсем не исследован вопрос об адаптивных изменениях артерий дыхательной мускулатуры в результате физической тренировки аэробной направленности.

Целью данной работы было провести сравнительный анализ изменений, развивающихся в локомоторных и дыхательных мышцах, а также в питающих их кровью артерия^ при разных способах повышения функциональной нагрузки.

В качестве дыхательной мышцы исследовали реберный отдел диафрагмы, который в основном обеспечивает ее дыхательную функцию [Poole et al., 2000], а в качестве локомоторной мышцы - медиальную головку икроножной мышцы, которая принимает активное участие в локомоции и состоит из разных типов мышечных волокон [Delp, Duan, 1996], что важно для изучения пластичности мышечной ткани. Артерии, приносящие кровь к этим мышцам, являются одним из участков регуляции мышечного кровотока: они не подвергаются дилятаторному действию тканевых метаболитов и в связи с этим при нагрузке служат мишенью симпатических нервных влияний [Мелькумянц, Балашов, 2005; Fleming et al., 1989; Delp, O'Leary, 2004; Thomas, Segal, 2004].

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать изменения активности окислительных ферментов, размеров мышечных волокон и миозинового фенотипа в икроножной мышце и диафрагме при разных способах повышения функциональной нагрузки.

2. Охарактеризовать артерии, приносящие кровь к икроножной мышце и к диафрагме, по плотности иннервации, сократительным ответам на норадреналин и серотонин, а также по величине эндотелий-зависимого расслабления.

3. Исследовать регуляторные изменения артерий, приносящих кровь к икроножной мышце и диафрагме, при разных способах повышения функциональной нагрузки.

Научная новизна работы. Полученные результаты развивают современные представления об адаптации дыхательных мышц к физической

тренировке аэробной направленности. Принципиальная новизна работы состоит в том, что в ней впервые проведен сравнительный анализ адаптивных изменений артерий локомоторной и дыхательной мускулатуры при аэробный тренировке.

Практическая значимость работы. Результаты данной работы позволяют выявить физиологические механизмы, определяющие физическую работоспособность организма в условиях, когда затруднена работа дыхательной системы. Многие заболевания (например, хроническая обструктивная болезнь легких, различные типы миопатий, эндокринные и метаболические нарушения и др.), а также пребывание в условиях гравитационной разгрузки сопровождаются снижением функциональных возможностей дыхательных мышц: уменьшением силы сокращения мышц, в том числе, в результате их утомления [Александрова и др., 1992; Александрова и др., 2005; Reid, Dechman, 1995]. Тренировка дыхательных мышц с применением аэробной физической нагрузки может предотвратить развитие этих нежелательных явлений, в том числе, путем положительного влияния на кровоснабжение мышечной ткани. В данной работе показано, что дыхательные и локомоторные мышцы по-разному адаптируются к физическим нагрузкам, что указывает на необходимость подбора тренировочной нагрузки с учетом функционального состояния каждого из этих типов мышц.

Положения, выносимые на защиту.

1. Адаптация локомоторных мышц к повышению функциональной нагрузки происходит в основном за счет увеличения активности окислительных ферментов мышечной ткани, а адаптация дыхательных мышц - за счет увеличения доли медленных мышечных волокон, что должно снижать утомляемость этих мышц.

2. Регуляторные характеристики артерий дыхательной и локомоторной мускулатуры существенно различаются. Эти артерии по-разному адаптируются к физической тренировке: при мышечной работе снижение сосудистого сопротивления в локомоторной мускулатуре происходит за счет усиления продукции N0 эндотелием, а в дыхательной мускулатуре - за счет снижения реактивности сосудов к симпатическим влияниям.

3. Различия механизмов адаптации мышечной ткани и резистивных сосудов диафрагмы к повышенной нагрузке связаны с особенностями функционирования диафрагмы как дыхательной мышцы.

Европейской конференции по физиологии мышц «ЕМС» (2008, 2010), V Всероссийской с международным участием Школе-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности (Россия, Москва, 2009), VII Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Россия, Санкт-Петербург, 2009), Международной конференции «Нейрососудистые нарушения, вызванные условиями окружающей среды. Молекулярный, клеточный и функциональный подходы» (Франция, Анже, 2010), III Всероссийской с международным участием конференции по управлению движением (Россия, Великие Луки, 2010), XXI Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Россия, Калуга, 2010), X Международном симпозиуме по резистивным сосудам (Дания, Ребилд, 2011), 16-ом ежегодном конгрессе Европейского колледжа спортивных наук «ECSS 2011» (Ливерпуль, Великобритания, 2011).

Диссертация апробирована на заседании секции Ученого совета ГНЦ РФ-ИМБП РАН «Космическая физиология и биология» (протокол №6 от 11 октября 2011 г.).

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 06-04-49699-а и 09-04-01701-а.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи в журналах из перечня периодических изданий, определенных ВАК РФ, и 21 тезисы докладов на конференциях.

Структура диссертации. Диссертация изложена на 173 страницах, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов, обсуждения полученных данных, заключения и выводов. Список литературы включает 161 источник. Работа содержит 13 таблиц и 37 рисунков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили по протоколу, одобренному Комиссией по биомедицинской этике ГНЦ РФ - ИМБП РАН. В работе были использованы 120 половозрелых самцов крыс Вистар, полученных из питомника ГНЦ РФ ИМБП РАН.

В работе использовали две модели повышения функциональной нагрузки на мышечную ткань: бег на тредбане и хроническое сужение дыхательных путей, которое обеспечивает повышение нагрузки только на дыхательную мускулатуру.

Беговая тренировка крыс в аэробном режиме проводилась на 4-х-канальной беговой дорожке Exer-4R (Columbus Instruments, CILIA), для которой была разработана система управления, позволяющая с помощью компьютерной программы задавать необходимый паттерн нагрузки (автор: к.ф.-м.н. A.C. Боровик). Возраст животных к началу эксперимента составлял 1,5-2 мес, а масса тела - в среднем 200 г. Тренировочные занятия проводили 6 раз в неделю в течение 8 недель. Крысы контрольных групп для поддержания навыка бега 2 раза в неделю бегали на горизонтальной дорожке по 10 мин при

скорости 10 м/мин. Использовали два протокола нагрузки, которые различались по длительности тренировочного занятия и суммарному объему выполненной работы.

Протокол тренировки с меньшей длительностью тренировочного занятия был выбран на основе анализа данных литературы [Bedford et al., 1979; Dudley et al., 1982]. Тренировочная нагрузка увеличивалась постепенно и к концу 6-й недели составляла 60 минут в день при скорости движения полотна 25 м/мин и угле наклона 10 градусов.

Протокол тренировки с большей длительностью тренировочного занятия отличался от предыдущего тем, что были увеличены длительность тренировочного занятия (с 60 мин до 85,5 мин в день) и, следовательно, суммарная работа за цикл тренировки (на 15%). В этом эксперименте тренировались две группы крыс, одна из которых бегала с постоянной скоростью, а вторая - в интервальном режиме. Интервальный режим нагрузки использовали для того, чтобы увеличить скорость бега хотя бы на коротких отрезках времени и тем самым увеличить нагрузку на дыхательные мышцы. Два протокола нагрузки были строго уравнены по суммарной работе и длительности тренировочного занятия.

При тренировке с постоянной скоростью бега параметры нагрузки в течение последних 4-х недель тренировочного цикла составляли: 18,8 м/мин, 5 градусов, 85,5 мин в день. При тренировке в интервальном режиме протокол тренировочного занятия состоял из трех частей: преднагрузки (10 мин при 10 м/мин), основной нагрузки и постнагрузки (5,5 мин при 10 м/мин). Основную нагрузку увеличивали постепенно, так что к началу 5-й недели она была следующей: 85,5 мин в день, 10 ступенек (скорость 40 м/мин) длительностью 2,5 минуты, разделенных 4,5-минутными периодами низкой нагрузки (скорость 10 м/мин). Такой протокол интервальной тренировки был выбран на основании ранее опубликованных работ [Luginbuhl et al., 1984; Laughlin et al., 2004].

Чтобы убедиться в том, что тренировка проводится в аэробном режиме, во время тренировочного занятия измеряли концентрацию лактата в пробах крови, взятых из надреза кончика хвоста. В эксперименте с меньшей длительностью тренировочного занятия такую проверку проводили на 4-й неделе, а в эксперименте с большей длительностью тренировочного занятия -на 3-й и 6-й неделях тренировочного протокола. Во время выполнения тренировочной нагрузки концентрация лактата в крови крыс не превышала 2,5 ммоль/л, то есть энергообеспечение работающих мышц происходило в основном за счет аэробных метаболических процессов.

Для локального увеличения нагрузки на дыхательную мускулатуру без выраженных системных эффектов выполняли операцию по частичному сужению трахеи по методике, описанной в статьях [Tarasiuk et al., 1991; Tarasiuk, Segev, 2005]. Длительность воздействия составляла 8 недель. Операцию проводили на крысах с массой тела 300-350 г под нембуталовым наркозом (40 мг/кг, внутрибрюшинно) после введения атропина (1 мг/кг, внутрибрюшинно). Трахею отделяли от окружающих тканей, накладывали на нее бандаж из пластиковой ленты шириной 3 мм и затягивали его в положении,

которое обеспечивало 2-кратное увеличение амплитуды колебаний плеврального давления при дыхательных экскурсиях (от 5,7±0,7 мм рт.ст. до 11,8±0,6 мм рт.ст., данные по 14 крысам). Плевральное давление оценивали по давлению в нижней трети пищевода, которое измеряли с помощью полиэтиленового катетера (диаметр 2 мм), заполненного 0,9% NaCl. Контролем служили ложнооперированные крысы, у которых делали разрез кожи, отсепаровывали трахею от окружающих тканей, затем разрез зашивали.

Эффективность тренировки оценивали по изменению системных показателей аэробной работоспособности: повышению максимального уровня потребления кислорода (МПК) и изменению динамики накопления лактата в крови в ступенчатом тесте с возрастающей нагрузкой. Мощность нагрузки рассчитывали по формуле:

мощность нагрузки (у.е.) = скорость (м/мин)х[1+зт угла наклона].

Определение показателя МПК проводили с использованием метаболического тредбана Exer modular treadmill и калориметра Охутах производства фирмы Columbus Industries (США). Протокол определения МПК был выбран на основании данных работы Bedford и колл. (1979). Начальная скорость движения полотна в ступенчатом тесте составляла 10 м/мин, а угол наклона - 0 градусов. Далее протокол увеличения нагрузки был следующим (скорость (м/мин)/наклон (градус)): 10/0-» 15/5-^-20/10—>25/10^-25/15. Потом увеличивали только скорость на 5 м/мин до достижения 50 м/мин. Продолжительность бега при каждом уровне нагрузке составляла 2,5 мин. Максимальное значение потребления кислорода в таком тестировании считали равным МПК, а мощность нагрузки, при которой оно было зафиксировано -мощности при МПК.

Для измерения концентрации лактата в крови во время нагрузки в начале теста животным надрезали кончики хвостов. В конце каждого уровня нагрузки брали пробу крови (20 мкл) и определяли концентрацию лактата электрохимическим методом, используя анализатор Super GL Easy (Dr. Mueller, Германия). Результаты представляли в виде графика «мощность нагрузки -концентрация лактата». Показателем аэробной работоспособности считали мощность нагрузки, при которой концентрация лактата в крови составляла 2,5 ммоль/л (CLa2,5).

В эксперименте с меньшей длительностью тренировочного занятия для определения CLa2,s использовали такой же протокол задания нагрузки, как и в тесте для МПК. В эксперименте с большей длительностью тренировочного занятия определяли только Cu2>5, так как проведение двух интенсивных нагрузочных тестов утомительно для животного. В этом эксперименте угол наклона полотна при проведении ступенчатого теста не изменялся и составлял 5 градусов, увеличивалась только скорость бега.

Тестирование показателей аэробной работоспособности проводили дважды: в начале и в конце цикла тренировки. По результатам первого теста крысы были разделены на группы, сопоставимые по значениям МПК и Cl^.s-

Повторное тестирование проводили за неделю до окончания тренировочного цикла.

Исследования органов и тканей in vitro

Взятие биоматериала для исследований проводили через 24-48 ч после последнего тренировочного занятия. Крыс наркотизировали нембуталом (40 мг/кг, внутрибрюшинно) и декапитировали гильотиной. Выделяли и взвешивали правый желудочек сердца и левый желудочек с перегородкой. Затем брали образцы мышечной ткани (из красной части икроножной мышцы и реберного отдела диафрагмы) для гистологических исследований. Образец скелетной мышцы замораживали в 2-метилбутане (Sigma, США), охлажденном парами жидкого азота, и хранили при -70°С.

Кроме того, в эксперименте с большей длительностью тренировочного занятия брали пробы крови для определения содержания гормонов, а также медиальную головку икроножной мышцы (целиком), камбаловидную мышцу и кусочек реберного отдела диафрагмы для измерения активности цитратсинтазы (ЦС). Мышцы взвешивали, заворачивали в фольгу, замораживали в жидком азоте и хранили при -70°С до проведения измерений.

Также выделяли артерии из задней конечности и диафрагмы для проведения функциональных исследований.

Методики исследования параметров крови

Для определения содержания гормонов кровь собирали при декапитации животных в одно и то же время суток (9.00). Сыворотку хранили при -20°С до проведения анализа. Содержание кортикостерона (набор для крыс, IDS, Великобритания) и тестостерона (набор ЗАО «НВО Иммунотех», Россия) определяли методом иммуноферментного анализа.

Чтобы убедиться в том, что сужение трахеи не сопровождается системной гипоксемией, через 7 недель после операции у крыс брали пробы крови (250 мкл) из надреза кончика хвоста для определения гематокрита (после центрифугирования в капиллярах в течение 5 мин при 7000 об/мин) и концентрации гемоглобина по методу, предложенному Ахремом и др. (1989).

Методики исследования мышечной ткани

Определение активности цитратсинтазы в гомогеиате мышечной ткани проводили по протоколу Srere (1969) с некоторыми модификациями. За единицу активности фермента принимали количество фермента, катализирующего за 1 мин превращение 1 мкмоль субстрата. Полученные значения нормировали на концентрацию белка в гомогенате, которую определяли по методу Бредфорд [Bradford, 1976].

Гистологические исследования мышечной ткани. Из замороженных образцов ткани при -25°С с помощью микротома (Leica СМ 1850, Германия) делали серийные срезы толщиной 10 мкм перпендикулярно расположению мышечных волокон. Одни и те же срезы окрашивали для типирования мышечных волокон и для определения активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ). Мышечные волокна I и II типов выявляли с применением моноклональных антител против медленной и быстрых изоформ тяжелых цепей

миозина (Vector Laboratories, США) и вторых антител, меченных флуоресцеином (F-GAM Iss, ИМТЕК, Россия). Активность СДГ в мышечных волокнах определяли тетразолиевым методом по Lojda [Lojda, 1965].

Срезы исследовали с помощью микроскопа Axiovert-200 (Zeiss, Германия) с цифровой камерой AxioCam HiRes (разрешение 1300x1030 пикселей, 8 бит/пиксель) с объективом х20. Одни и те же участки срезов фотографировали сначала в свете ртутной лампы с использованием фильтра N10 (450-490 нм) (для выявления типов мышечных волокон), а затем - в свете галогеновой лампы (для определения активности СДГ). Фотографии препаратов обрабатывали в программе WCIF ImageJ. Подсчитывали количество волокон, измеряли площадь поперечного сечения (ППС, мкм2), а также оптическую плотность при окраске на СДГ. В каждом образце реберного отдела диафрагмы определяли значения для 80-100 волокон I и II типов, в икроножной мышце - не менее чем для 50 волокон I типа и 100 волокон II типа.

Методики исследования артериальных сосудов

Исследовали вазомоторные реакции сегментов артерий, приносящих кровь к медиальной головке икроножной мышцы и реберному отделу диафрагмы. В диафрагме исследуемая артерия располагалась на поверхности, обращенной к брюшной полости; она ответвлялась от грудной аорты и направлялась к реберному отделу диафрагмы. В конечности выделяли участок артерии, расположенный непосредственно на входе в мышечную ткань.

Визуализация адренергических нервных волокон в стенке сосуда. Для визуализации симпатических нервных волокон использовали метод, основанный на взаимодействии катехоламинов с глиоксиловой кислотой и последующей флуоресценцией этого комплекса [Пуздрова и др. 2008; Axelsson et al., 1972; Bjorklund et al., 1972; Furness, Costa, 1975].

Вазомоторные реакции изолированных артерий исследовали в изометрическом режиме с помощью системы wire myograph (модель 410А, DMT, Дания) [Mulvany, Halpern, 1977]. Миограф имел два канала, что позволяло проводить эксперименты одновременно на артериях двух мышц. Показания датчиков силы оцифровывали с частотой 10 Гц и регистрировали на компьютере с использованием аналого-цифрового преобразователя (Е14-140, L-Card, Россия) и программы PowerGraph (ДИСофт, Россия).

Использовали кольцевые сегменты артерий длиной 2 мм, которые закрепляли в камере миографа объемом 5 мл, содержащей раствор следующего состава (мМ): NaCl 120; NaHC03 26; КС1 4,5; СаС12 1,6; MgS04 1,0; NaH2P04 1,2; D-глюкоза 5,5; EDTA 0,025; HEPES 5,0; pH 7,4; 37°C. Сначала для каждого препарата определяли растяжение, оптимальное для проявления его сократительной активности [Mulvany, Halpern, 1977]. Затем препараты дважды активировали добавлением норадреналина в концентрации 10 мкМ.

Далее исследовали реакции сосудов при кумулятивном повышении концентрации веществ. Исследовали сокращение в ответ на норадреналин (0,01 - 30 мкМ, в присутствии p-адреноблокатора пропранолола - 1 мкМ) и серотонин (0,01 - 10 мкМ), расслабление в ответ на ацетилхолин (0,001 - 30 мкМ) и его изменение после блокады синтеза NO (L-NAME, 100 мкМ), а также

расслабление на нитропруссид натрия (0,01 - 30 мкМ). Реакции расслабления регистрировали на фоне сокращения, созданного с помощью фенилэфрина в концентрации, вызывающей сократительный ответ, равный 70 - 80% максимального.

Обработку результатов проводили с использованием программы PowerGraph (ДИСофт, Россия). При обработке зависимости «концентрация-эффект» для вазоконстрикторов определяли значения силы перед тестом и при действии каждой из концентраций вещества; затем из каждого полученного значения вычитали фоновое и нормировали результат на максимальное значение (Етах). Чувствительность сосудов к норадреналину и серотонину оценивали по отрицательному логарифму ЕС50 - концентрации агониста, вызывающей 50 % максимального ответа. Значения Етах и ECso вычисляли в программе GraphPad Prism (версия 4.00).

Величину реакции на ацетилхолин (нитропруссид натрия) оценивали по уменьшению силы сокращения (в % от предварительного сокращения).

Статистическую обработку результатов проводили с использованием критериев Манна-Уитни, Вилкоксона и дисперсионного анализа для повторных измерений. Различия считали статистически значимыми при р < 0,05. В тексте, в таблицах, на графиках и гистограммах данные приведены в виде среднее ± стандартная ошибка среднего, п - объем выборки.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Характеристики мышечной ткани икроножной мышцы и диафрагмы

Прежде чем исследовать изменения икроножной мышцы и диафрагмы вследствие физической тренировки мы сочли необходимым сопоставить эти мышцы у нетренированных крыс по активности митохондриальных ферментов, миозиновому фенотипу и размерам мышечных волокон.

Полученные нами данные согласуются с результатами проведенных ранее работ [Powers et al., 1990; Uribe et al., 1992; Delp, Duan, 1996; Ogura et al., 2005] и свидетельствуют о том, что мышечная ткань диафрагмы характеризуется очень высоким окислительным потенциалом (рис. 1). Активность ЦС в реберном отделе диафрагмы сопоставима с активностью фермента в камбаловидной мышце (0,48±0,0,1 мкмоль/(мин*мг белка)), которая более чем на 80% состоит из мышечных волокон I типа [Delp, Duan, 1996]. Вместе с тем, активность ЦС в диафрагме выше в 1,8 раза по сравнению с медиальной головкой икроножной мышцы (рис. 1А).

Как и большинство локомоторных мышц у крыс, медиальная головка икроножной мышцы неоднородна по составу мышечных волокон. Мышечные волокна с высокой активностью ферментов цикла Кребса располагаются в основном во внутренней (красной) части мышцы, а в наружной (белой) части присутствуют только гликолитические волокна [Armstrong, Laughlin, 1983; Delp, Duan, 1996]. В наших исследованиях активность ЦС в белой части икроножной мышцы была намного меньше, чем в красной части этой мышцы и

в диафрагме (рис. 1Б). Красная часть икроножной мышцы по активности ЦС была сопоставима с реберным отделом диафрагмы, что согласуется с данными других авторов [Delp, Duan, 1996].

Однако эти две сопоставимые по окислительному потенциалу мышцы различались по характеристикам индивидуальных мышечных волокон. В реберном отделе диафрагмы доля медленных мышечных волокон значительно больше, чем в красной части икроножной мышцы (рис. 2А). ППС мышечных волокон I типа (MBI) и II типа (MBII) в реберном отделе диафрагмы на 30% меньше, чем в красной части икроножной мышцы (рис. 2Б), что согласуется с данными, полученными другими авторами [Sieck et al., 1991; Gosselin et al., 1992; Delp, Duan, 1996; Suzuki et al., 2001]. Вместе с тем активность фермента цикла Кребса, СДГ, в одноименных мышечных волокнах в красной части икроножной мышцы и реберном отделе диафрагмы не различается (данные не представлены). Это говорит о том, что высокий окислительный потенциал диафрагмы объясняется большим содержанием волокон с высокой активностью митохондриальных ферментов, а не различием в свойствах каждого из типов мышечных волокон.

Таким образом, мышечная ткань реберного отдела диафрагмы характеризуется высоким окислительным потенциалом (высокой активностью митохондриальных ферментов) и на 40% состоит из медленных низкоутомляемых мышечных волокон, ППС мышечных волокон в диафрагме меньше, чем в икроножной мышце.

I 5

о ю t u

л sr

Й i О о

X -5

в 5

£ I

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

св та £ ц

S « О Ю

£.2

Л Jr

21 о 1 £ 1

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

-ЕЕ-

икроножная диафрагма

белая часть красная часть диафрагма

Рис. 1. Активность цитратсинтазы в медиальной головке икроножной мышцы, и реберном отделе диафрагмы для образцов 16 крыс (А), а также в красной и белой частях икроножной мышцы и реберном отделе диафрагмы для образцов 11 крыс (Б). * р < 0,05 по сравнению с медиальной головкой икроножной мышцы, # р < 0,05 по сравнению с белой частью медиальной головки икроножной мышцы.

Рис. 2. Характеристики мышечной ткани красной части медиальной головки икроножной мышцы и реберного отдела диафрагмы. Доля (А) и площадь поперечного сечения (Б) мышечных волокон I и II типа. Представлены данные, полученные при анализе образцов мышечной ткани у 16 крыс. * р < 0,05 по сравнению с красной частью икроножной мышцы.

Изменения мышечной ткани икроножной мышцы и диафрагмы при беговой тренировке с использованием разных способов нагрузки

При беговой тренировке с меньшей длительностью тренировочного занятия нагрузка составляла 60 - 70% от МПК. К концу эксперимента масса тела тренированных животных была на 10% меньше, чем контрольных.

Такая беговая тренировка привела к увеличению аэробных возможностей организма животных. Показатель МПК у тренированных крыс был на 15% выше, чем в контроле, а мощность, при которой достигалось МПК - на 30% больше (рис. ЗА). Также наблюдался сдвиг кривой «мощность нагрузки -концентрация лактата» в тесте с возрастающей нагрузкой (рис. ЗБ). Показатель С[.а2,5 (мощность, при которой концентрация лактата достигает 2,5 ммоль/л) у тренированных крыс увеличился на 84%, то есть более значительно, чем мощность при МПК. Это говорит о том, что показатель, характеризующий сдвиг кривой зависимости концентрации лактата от мощности нагрузки, более чувствителен к изменению аэробных возможностей организма.

Долевой вклад и ППС мышечных волокон в красной части икроножной мышцы и в реберном отделе диафрагмы не отличаются у контрольных и тренированных животных (данные не представлены). Это наблюдение согласуется с данными литературы о том, что в локомоторных мышцах ППС мышечных волокон может увеличиваться только при резистивной тренировке [Suziki et al., 2001], а изменение миозинового фенотипа может происходить только за счет изменения вклада различных подтипов быстрых волокон [Sullivan et al., 1995; Abdelmalki et al., 1996].

Активность СДГ в медленных и быстрых волокнах красной части икроножной мышцы у тренированных животных больше на 20% и 18% соответственно (рис. 4А). В реберном отделе диафрагме таких различий не обнаружено: активность СДГ в обоих типах мышечных волокон у тренированных и контрольных крыс не различается (рис. 4Б).

■л

V S X

е-

о с

100

L80 а

|60

2 40 ц

s20

■о контроль -«-тренировка

"О 10 20 30 40 50 60 70 Мощность нагрузки, у.е.

<5 jR s Я я о. Е

I £

-о контроль

1 8 5

0 10 20 30 40 50 60 Мощность нагрузки, у.е.

Рис. 3. Изменение системных показателей аэробной работоспособности (потребления кислорода (А), концентрации лактата (Б)) при проведении тестов с возрастающей нагрузкой у контрольных (п=14) и тренированных (п=14) животных. * р < 0,05 по сравнению с контролем.

.1.0

41 ,V >

L.-0.8

>■6

о 0.4 ш

р. 0.2

0.0

а контроль (п=10) еатренировка(п=10)

MBI

MBH

1.01сз контроль (n=10) EZ3 тренировка (n=10)

_-0.8

?o,

О 0.4

¡0.2 <

0.0

MB!

MBU

Рис. 4. Влияние тренировки на активность сукцинатдегидрогеназы в MBI и MB1I в красной части икроножной мышцы (А) и реберном отделе диафрагмы (Б). * р < 0,05 по сравнению с контролем.

Таким образом, после тренировки с меньшей длительностью тренировочного занятия нами обнаружено повышение окислительного потенциала мышечной ткани икроножной мышцы, но не диафрагмы. Согласно данным литературы, изменения в диафрагме могут проявляться при более интенсивной нагрузке, чем изменения в локомоторных мышцах [Green et al.,

1989; Ogura et al., 2005]. В связи с этим в следующем эксперименте тренировочная нагрузка была увеличена: в основном за счет увеличения длительности тренировочного занятия.

При беговой тренировке с большей длительностью тренировочного занятия крысы бегали либо с постоянной скоростью, либо при переменной нагрузке с чередованием интервалов высокой и низкой скорости бега. Содержание в крови кортикостерона, одного из основных маркеров стресса, не отличалось в контроле (23,1 ±2,9 нмоль/л) и у животных, тренированных с постоянной скоростью бега (30,4±5,7 нмоль/л) или в режиме переменной нагрузки (19,1±7,0 нмоль/л), то есть тренировка не сопровождалась хроническим стрессированием крыс.

Масса тела тренированных животных в обоих случаях была на 10% меньше, чем в контроле, но умеренная гипертрофия сердца наблюдалась только после тренировки в режиме переменной нагрузки (масса левого желудочка была увеличена на 8,3%, р<0,05). Кроме того, наблюдалось различное влияние двух режимов тренировки на содержание тестостерона в крови крыс. У крыс, тренированных при постоянной скорости бега, концентрация тестостерона (12,1±3,5 нмоль/л) статистически значимо не отличалась от значения в контрольной группе (б,2±0,9 нмоль/л). Однако у животных, бегавших в режиме переменной нагрузки, содержание этого гормона было в 2,5 раза выше (16,4±2,5 нмоль/л; р<0,05). Анаболическое действие тестостерона может служить одной из причин гипертрофии миокарда у крыс, тренированных в режиме переменной нагрузки [Altamirano et al., 2009].

Вместе с тем при использовании двух режимов задания нагрузки наблюдалось сопоставимое повышение аэробных возможностей организма крыс: сдвиг кривой «мощность нагрузки - концентрация лактата» относительно нетренированных животных у крыс, тренированных при постоянной скорости бега и в режиме переменной нагрузки, не различался (рис. 5). Увеличение активности ЦС в икроножной мышце также было сопоставимым у двух групп тренированных крыс и составило около 28% по сравнению с контролем (рис. 6). Таким образом, нам не удалось повысить эффективность тренировки с использованием интервальной нагрузки. Возможно, для большей эффективности протокол интервальный нагрузки должен включать короткие периоды еще более высокой скорости бега, как это делается в ряде работ [Ogura et al., 2005; Binder et al., 2007].

Долевой вклад и ППС мышечных волокон I и II типов в икроножной мышце после тренировки не изменялись (данные не представлены). Таким образом, основной тип изменения локомоторных мышц при беговой тренировке - это увеличение окислительного потенциала мышечной ткани.

В диафрагме активность ЦС у тренированных и контрольных крыс не различалась (рис. 6). Однако наши результаты свидетельствуют о том, что при беговой тренировке с большой длительностью тренировочного занятия мышечная ткань диафрагмы все-таки изменяется, но иначе, чем ткань локомоторной мышцы. У животных, тренировавшихся при постоянной скорости бега, обнаружено уменьшение ППС MBI и MBII (рис. 7Б), а также

увеличение доли МВ1 и гибридных волокон (рис. 7А). Хотя повышение уровня экспрессии тяжелых цепей миозина I типа было описано ранее [УгаЬаБ й а!., 1999], возможность трансформации мышечных волокон диафрагмы из быстрых в медленные при беговой тренировке обнаружена нами впервые.

Рис. 5. Изменение концентрации лактата в крови в тесте с возрастающей нагрузкой в конце цикла тренировки с постоянной скоростью бега («постоянная») и в режиме переменной нагрузки («интервальная»). * р < 0,05 по сравнению с контролем для группы «постоянная»; # р < 0,05 по сравнению с контролем для группы «интервальная».

Рис. 6. Влияние тренировки с постоянной скоростью бега (группа -«постоянная») и в режиме переменной нагрузки (группа - «интервальная») на активность цитратсинтазы в мышечной ткани. * р < 0,05 по сравнению с контролем.

-о

о 0 0 —,—„—,—,—»—т—.—■—■—, * 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Мощность нагрузки, у.е.

икроножная диафрагма

Интересно, что при тренировке в режиме переменной нагрузки изменения мышечной ткани диафрагмы были качественно сходными, но менее выраженными, чем при беге с постоянной скоростью. Содержание MBI не изменялось, и наблюдалась лишь тенденция (р=0,06) к увеличению доли гибридных волокон (рис. 7 А). Уменьшение ППС (на 15%) было характерным только для МВ1, тогда как для MBU таких изменений не обнаружено (рис. 7Б). Мы полагаем, что одной из причин менее выраженных эффектов тренировки в режиме переменной нагрузки на мышечную ткань диафрагмы могло быть анаболическое влияние тестостерона. Согласно данным литературы, действие тестостерона может тормозить сдвиг миозинового фенотипа в медленную сторону, а также приводить к увеличению ППС мышечных волокон, преимущественно II типа [Prezant et al., 1997; Hamdi, Mutungi, 2011 ].

120 S?1Q0

| 80

о §

j5 40 §

20 0

ezj MBI сэ гибридные а MBU

4000

3000

О С с

: 2000

1000

□ контроль п=16) га постоянная (п=121 кя интервальная (п=10

контроль постоянная интервальная

гЬ

1 1

MBI

MBU

Рис. 7. Влияние тренировки с постоянной скоростью бега (группа «постоянная») и в режиме с переменной нагрузкой (группа «интервальная») на содержание (А) и площадь поперечного сечения (Б) мышечных волокон в реберном отделе диафрагмы. * р < 0,05 по сравнению с контролем.

На следующем этапе работы исследовали изменения мышечной ткани диафрагмы при локальном повышении нагрузки на дыхательные мышцы.

Хроническое сужение трахеи не сопровождалось развитием изменений, характерных для хронической гипоксемии: гематокрит, содержание гемоглобина и относительная масса желудочков сердца у оперированных и контрольных крыс не различались (данные не представлены). Кроме того, в красной части икроножной мышцы не наблюдалось изменений миозинового фенотипа, ППС мышечных волокон и их окислительного потенциала (судя по активности СДГ). Это свидетельствует о том, что в данной экспериментальной модели наблюдается увеличение нагрузки только на дыхательную мускулатуру.

При локальной нагрузке на дыхательную мускулатуру в мышечной ткани диафрагмы развивались изменения, качественно сходные с изменениями при беговой тренировке с большей длительностью тренировочного занятия: увеличивалась доля МВ1 и уменьшалась доля МВП (рис. 8), тогда как

активность СДГ в мышечных волокнах не уменьшалась. Однако в отличие от беговой тренировки ППС мышечных волокон при сужении трахеи не изменялась (данные не представлены), что, возможно, объясняется тем, что нагрузка характеризовалась большим резистивным компонентом, чем при беговой тренировке. В работе других авторов показаны сходные закономерности изменения мышечной ткани диафрагмы [РгегаЩ е1 а!., 1993].

120

5? 100

о 80 t£

о „„

с. 60

В 40 £ 20 0

ezjmbI сзгибридные елМВН

контроль сужение

Рис. 8. Содержание мышечных волокон 1 и II типов в реберном отделе диафрагмы после хронического сужения дыхательных путей. * р < 0,05 по сравнению с контролем.

Полученные данные свидетельствуют о том, что основным механизмом адаптации диафрагмы к повышению функциональной нагрузки является не повышение окислительного потенциала мышечных волокон, как в локомоторных мышцах, а сдвиг миозинового фенотипа в медленную сторону.

Функциональные характеристики артерий, приносящих кровь к медиальной головке икроножной мышцы и к реберному отделу диафрагмы

При физической тренировке аэробной направленности кроме изменений в самих тренируемых мышцах наблюдаются изменения артерий, приносящих кровь к этим мышцам. Хорошо известно, что регуляторные параметры артерий, приносящих кровь к локомоторным мышцам, различающимся по сократительным и метаболическим характеристикам, также существенно различаются [Hilton et al., 1970; Aaker, Laughlin, 2002a; Laughlin etal., 2004; McAllister et al., 2005].

Наши исследования показали, что артерии диафрагмы сочетают в себе признаки артерий быстрых и медленных мышц. Как и в артериях медленных мышц, в артериях диафрагмы хорошо выражено эндотелий-зависимое расслабление: реакции артерий диафрагмы на ацетилхолин значительно больше, чем артерий икроножной мышцы (рис. 9А). Это может частично

объясняться высокой чувствительностью гладкой мышцы к N0: расслабление артерий диафрагмы в ответ на нитропруссид натрия также больше, чем артерий икроножной мышцы. При действии нитропруссида натрия в концентрации ЮмкМ артерии диафрагмы расслаблялись на 91,4±3,1% от исходного сокращения, а артерии икроножной мышцы - лишь на 61,9±6,5% (р<0,05).

Вместе с тем, артерии диафрагмы густо иннервированы симпатическими волокнами, как и артерии быстрых мышц. После инкубации в растворе глиоксиловой кислоты в артериях диафрагмы обнаруживалось густое сплетение адренергических нервных волокон, а в артериях икроножной мышцы выявлялись лишь редкие одиночные волокна. Кроме того, артерии диафрагмы были более чувствительны к действию норадреналина (рис. 9Б), хотя их чувствительность к серотонину (агонисту неадренергической природы) была такой же, как и у артерий икроножной мышцы (данные не представлены).

Таким образом, для артерий диафрагмы характерны густая симпатическая иннервация, высокая чувствительность к норадреналину и высокая способность расслабляться при активации эндотелия.

-20-

s s

1 -40 а £ -60

s ^

m -100-

1д[Ацетилхолин] (М) -Э -8 -7 -6 -6 -4

* * *

-о икроножная (п=9) — диафрагма (п=7)

я X 3

S р

Oí

120 i -о икроножная (п=12) диафрагма (п=13)

г'Я

I 100

80 50 40 20

А'

,'Л

-9-8-7-6-5 1д[Норадреналин] (М)

Рис. 9. Реакции артерий икроножной мышцы и диафрагмы в ответ на ацетилхолин (А) и норадреналин (¡3-адренорецепторы заблокированы пропранололом) (Б). * р < 0,05 по сравнению с артериями икроножной мышцы.

Изменения артерий, питающих икроножную мышцу и диафрагму, при беговой тренировке

Влияние тренировки на реакции расслабления артерий. Изменения артерий при повышении функциональной нагрузки на соответствующие мышцы исследовали при беговой тренировке с меньшей длительностью тренировочного занятия. При использовании этого протокола нагрузки нами обнаружено повышение окислительного потенциала мышечной ткани икроножной мышцы, но не диафрагмы (рис. 4). Полученные результаты свидетельствуют о том, что функциональные изменения артерий, приносящих кровь к дыхательной и локомоторной мускулатуре, при тренировке аэробной также различаются.

Наряду с увеличением окислительного потенциала мышечной ткани в икроножной мышце наблюдалось увеличение эндотелий-зависимого расслабления артерий (рис. 10А), причем такие различия исчезали при блокаде синтеза N0 (данные не представлены). Сходное увеличение эндотелий-зависимого расслабления вследствие тренировки, связанное с увеличением продукции N0, неоднократно описано в литературе [Spier et al., 2004; Laughlin et al., 2004; McAllister et al., 2005]. Стимулом к повышению экспрессии и/или активности NO-синтазы считается увеличение напряжения сдвига на эндотелии при повышении кровотока [Delp, Laughlin, 1998; Spier et al., 2004].

В отличие от артерий икроножной мышцы, в артериях диафрагмы эндотелий-зависимое расслабление у контрольных и тренированных животных не различается (рис. 1 ОБ), что коррелирует с отсутствием изменений мышечной ткани (рис. 4Б).

А Б

1д[Ацетилхолин] (М) 1д[Ацетилхолин] (М)

Рис. 10. Эндотелий-зависимое расслабление артерий икроножной мышцы (А) и диафрагмы (Б) в ответ на ацетилхолин в контроле и после беговой тренировки. * р < 0,05 по сравнению с контролем.

Расслабление обеих артерий на донор N0 у тренированных крыс было меньше, чем у контрольных. В присутствии самой высокой концентрации нитропруссида (10 мкМ) артерии икроножной мышцы у контрольных крыс расслаблялись на 61,9±6,5%, а у тренированных - лишь на 43,3±5,7% (р<0,05). Для артерий диафрагмы контрольных и тренированных крыс соответствующие значения составили 91,4±3,1% и 78,9±3,8% (р<0,05).

Уменьшение чувствительности гладкой мышцы к N0 может маскировать эффект увеличения продукции N0 эндотелием. Однако в артериях икроножной мышцы эффект тренировки на эндотелий (повышение продукции N0) выражен сильнее, чем на гладкую мышцу (снижение чувствительности к N0), в

результате эндотелий-зависимое расслабление артерий икроножной мышцы после тренировки увеличено.

В артериях диафрагмы сопоставимое снижение чувствительности гладкой мышцы к N0 полностью компенсирует повышение продукции N0 эндотелием. На основании этого можно полагать, что в этих артериях эффект тренировки на эндотелий менее выражен, чем в артериях икроножной мышцы. По всей видимости, это обусловлено функциональными особенностями диафрагмы, которая является основной инспираторной мышцей и постоянно ритмически активна. Об этом свидетельствует высокий уровень кровотока в ткани диафрагмы даже в отсутствие физической нагрузки [Armstrong, Laughlin, 1983]. В связи с этим даже у нетренированных крыс эндотелий артерий диафрагмы может быть адаптирован к хронически высокой скорости кровотока, что согласуется с более значительным эндотелий-зависимым расслаблением артерий диафрагмы по сравнению с артериями икроножной мышцы (рис. 9А).

Влияние тренировки на реакции сокращения артерий. В артериях диафрагмы нами обнаружен другой механизм адаптации к беговой тренировке. Чувствительность этих артерий к норадреналину после тренировки снижается (рис. 11Б), тогда как для артерий икроножной мышцы такой тип изменений не характерен (рис. 11 А). Важно отметить, что снижение чувствительности артерий диафрагмы было специфичным для норадреналина, так как сократительные ответы артерий на агонист неадренергической природы (серотонин) у двух групп животных не различаются.

-о контроль (п=13) -•-тренировка (п=13)

-8 -7 -6 -5 1д[Норадреналин] (М)

-о контроль(п ■-тренировка

=12

(п=12)

-9 -8 -Г -6 -5 1д[Норадреналин] (М)

Рис. 11. Сокращение артерий икроножной мышцы (А) и артерий диафрагмы (Б) в контроле и после беговой тренировки на различные концентрации норадреналина. * р < 0,05 по сравнению с контролем.

Какие же изменения в организме тренирующихся крыс могут приводить к уменьшению адреночувствительности артерии диафрагмы? Поскольку норадреналин является основным медиатором постганглионарных

симпатических волокон, мы предположили, что такой эффект тренировки на артерии диафрагмы объясняется высокой плотностью симпатической иннервации этих артерий. Показано, что при сравнительно интенсивной и продолжительной физической нагрузке активность вазоконстрикторных волокон, иннервирующих сосуды скелетных мышц, существенно возрастает [Thomas, Segal, 2004; Delp, O'Leary, 2004]. При этом наблюдается ограничение кровотока в работающих мышцах, связанное с сужением сравнительно крупных артериальных сосудов [VanTeeffelen, Segal, 2003]. В густо иннервированной артерии диафрагмы обильная секреция норадреналина из симпатических волокон может приводить к снижению чувствительности гладкой мышцы к медиатору.

Для проверки этого предположения мы сравнили реакции на норадреналин артерий диафрагмы у крыс после 8-недельного сужения трахеи и у контрольных крыс. Оказалось, что адреночувствительность артерий диафрагмы у этих двух экспериментальных групп не различается (данные не представлены), что говорит в пользу справедливости нашей гипотезы.

В целом, результаты, полученные при исследовании изолированных артерий, говорят о том, что основным типом изменений при беговой нагрузке в артериях икроножной мышцы является увеличение эндотелий-зависимого расслабления, а в артериях диафрагмы - снижение чувствительности к норадреналину, медиатору симпатических нервных волокон.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты данной работы свидетельствуют о том, что как мышечная ткань, так и система кровоснабжения локомоторных и дыхательных мышц по-разному адаптируются к физической нагрузки аэробной направленности. Это связано с тем, что икроножная мышцы и диафрагма - две функционально разные мышцы. Диафрагма - это постоянно работающая мышца, поэтому ее мышечная ткань характеризуется высоким окислительным потенциалом и состоит из мелких мышечных волокон; плотность капиллярной сети в диафрагме намного выше, чем в локомоторных мышцах [Green et al., 1989; Gosselin et al., 1992].

После тренировки аэробной направленности в икроножной мышце наблюдается увеличение окислительного потенциала мышечной ткани. Мышечная ткань диафрагмы характеризуется исходно высоким окислительным потенциалом, поэтому в диафрагме адаптивные изменения наблюдаются при более интенсивной тренировочной нагрузке и осуществляются по иным механизмам. Во-первых, происходит уменьшение площади поперечного сечения мышечных волокон, что должно улучшать снабжение мышцы кислородом и субстратами аэробного метаболизма. В локомоторных мышцах при тренировке аэробной направленности происходит увеличение плотности капиллярной сети за счет появления новых капилляров [Gute et al., 1994; Poole, Mathieu-Costello, 1996]. Примечательно, что в диафрагме количество капилляров, приходящихся на одно мышечное волокно, при тренировке не

изменяется [Tamaki et al., 1987; Green et al.,1989]. Это говорит в пользу того, что лучшее кровоснабжение ткани диафрагмы в результате тренировки обеспечивается именно за счет уменьшения ППС мышечных волокон.

Вторым типом изменений мышечной ткани диафрагмы при аэробной тренировке является сдвиг миозинового фенотипа в медленную сторону. Такие адаптивные изменения мышечной ткани должны приводить к уменьшению утомления диафрагмы при выполнении мышечной работы [Vrabas et al., 1999].

Характеристики артерий, питающих две функционально разные мышцы, также различаются. Для артерий диафрагмы характерно более выраженное эндотелий-зависимое расслабление, поскольку в этих артериях эндотелий адаптирован к хронически высокой скорости кровотока, а гладкая мышца обладает высокой чувствительностью к N0. Кроме того, для артерий диафрагмы характерна густая иннервация симпатическими волокнами. Наряду с высокой чувствительностью к медиатору симпатических нервов -норадреналину при спокойном дыхании это обеспечивает тоническое сужение артерий и защиту микроциркуляторного русла диафрагмы от высокого давления крови (артерия диафрагмы отходит непосредственно от аорты, где давление крови высокое). Вместе с тем, исходное сужение артерий создает резерв увеличения кровотока во время физической нагрузки.

В данной работе впервые показано, что адаптация артериального русла дыхательных и локомоторных мышц к физической нагрузке аэробной направленности может происходить за счет разных регуляторных механизмов. В икроножной мышце одновременно с повышением окислительного потенциала мышечной ткани наблюдается увеличение эндотелий-зависимого расслабления артерий в результате повышения способности эндотелия к продукции N0. В артериях диафрагмы, где эндотелий-зависимое расслабление исходно высокое, наблюдается другой тип изменений: уменьшается чувствительность гладкой мышцы к норадреналину, что также должно приводить к улучшению кровоснабжения мышечной ткани во время нагрузки.

Таким образом, механизмы адаптации мышечной ткани и кровеносного русла к физической нагрузке аэробной направленности в диафрагме иные, чем в локомоторных мышцах, что связано с принадлежностью диафрагмы к дыхательной мускулатуре и выполнением ею особой функции в организме.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

МПК - максимальное потребление кислорода

С|_а2,5 - мощность нагрузки, при которой концентрация лактата в крови равна

2,5 ммоль/л

ЦС - цитратсинтаза

СДГ - сукцинатдегидрогеназа

ППС - площадь поперечного сечения

L-NAME - метиловый эфир №'-нитро-Ь-аргинина

MBI - мышечные волокна I типа (медленные)

MBII - мышечные волокна II типа (быстрые)

выводы

1. Адаптация икроножной мышцы к беговой тренировке в аэробном режиме нагрузки выражается в повышении активности ферментов цикла Кребса в мышечных волокнах.

2. В отличие от икроножной мышцы, активность ферментов цикла Кребса в мышечной ткани диафрагмы не изменяется, однако при тренировке с использованием более интенсивной беговой нагрузки уменьшается площадь поперечного сечения мышечных волокон и увеличивается доля мышечных волокон I типа.

3. При локальном повышении нагрузки на диафрагму путем хронического сужения дыхательных путей доля мышечных волокон I типа также увеличивается, активность ферментов цикла Кребса в мышечной ткани не изменяется.

4. Артерии диафрагмы по сравнению с артериями икроножной мышцы более выражено расслабляются при действии ацетилхолина, гуще иннервированы симпатическими волокнами и обладают более высокой чувствительностью к норадреналину.

5. Адаптация артерий локомоторных мышц к аэробной тренировке выражается в увеличении эндотелий-зависимого расслабления, а артерий диафрагмы - в уменьшении чувствительности к норадреналину, хотя при локальной нагрузке на дыхательные мышцы адреночувствительность артерий диафрагмы не изменяется.

6. Различия механизмов изменения мышечной ткани и резистивных сосудов диафрагмы при беговой аэробной тренировке связаны с особенностями функционирования диафрагмы как дыхательной мышцы.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Тарасова О.С., Каленчук В.У., Борзых A.A., Андреев-Андреевский А.А, Буравков C.B., Шарова А.П., Виноградова O.JI. Сравнение вазомоторных реакций и иннервации мелких артерий локомоторной и дыхательной мускулатуры у крыс // Биофизика. 2008. Т. 53. Вып. 6. С. 1095- 1101,

2. Борзых A.A., Андреев-Андриевский A.A., Боровик A.C., Шарова А.П., Тарасова О.С. Влияние тренировки аэробной направленности на плотность иннервации и нейрогенные ответы сосудов, приносящих кровь к коже // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2009. Т. 147. № 7. С. 9 - 13.

3. Борзых A.A., Андреев-Андриевский А.А, Шарова А.П., Тарасова О.С., Виноградова О.Л. Изменения мышечной ткани и мелких артерий диафрагмы при хроническом сужении дыхательных путей // Биофизика. 2010. Т. 55. Вып. 5. С. 943 - 949.

4. Борзых A.A. Сравнение вазомоторных реакций и плотности иннервации мелких артерий диафрагмы и икроножной мышцы // Сборник тезисов Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов - 2007». Москва. И - 14 апреля 2007 года. С.178 - 179.

5. Борзых A.A., Андреев-Андриевский A.A., Буравков С.В., Тарасова О.С., Виноградова О.Л. Тренировка аэробной направленности приводит к уменьшению реактивности подкожной артерии крысы па нервные влияния // Тезисы докладов Четвёртой всероссийской с международным участием Школы-конференции по физиологии кровообращения. Москва. 29 января - 1 февраля 2008 года. С. 14.

6. Каленчук В.У., Борзых A.A., Андреев-Андриевский A.A., Тарасова О.С., Шарова А.П., Виноградова O.JI. Сравнение вазомоторных реакций и иннервации мелких артерий локомоторной и дыхательной мускулатуры у крыс // Тезисы докладов Четвёртой всероссийской с международным участием Школы-конференции по физиологии кровообращения. Москва. 29 января - 1 февраля 2008 года. С.35 - 36.

7. Борзых A.A., Андреев-Андриевский A.A. Регуляторные характеристики мелких артерий диафрагмы и икроножной мышцы крысы // Тезисы докладов VII «Конференции молодых ученых, специалистов и студентов», посвященной Дню космонавтики. Москва. 9 апреля 2008 года. С. 8.

8. Andreev-Andrievskii A.A., Kalentchuk V.U., Borzykh A.A., Lyubaeva E.V., Sharova A.P., Vinogradova O.L. Differential effects of aerobic training on resistance vessels in locomotor and respiratory muscles // Abstract book of International Symposium "Biological Motility: Achievements and Perspectives". Pushchino, Russia. 11-15 May, 2008. P. 57 - 58.

9. Borzykh A.A., Kalentchuk V.U., Andreev-Andrievskii A.A., Buravkov S.V., Vinogradova O.L. Endurance training exerts differential effects on diaphragm and gastrocnemius muscle feed arteries in the rat // Abstracts for the Scandinavian Physiological Society's Annual Meeting. Oulu University, Finland. 15-17 August, 2008. Acta Physiologica. V. 193. Suppl. 664. P. 117.

10. Vinogradova O., Borzykh A., Kalenchuk V., Andreev-Andrievskii A., Sharova A., Tarasova O. The effect of endurance training upon skeletal muscle resistance vessels depends on the muscle loading and plasticity // Abstract book of XXXVII European Muscle Conference. Keble College, Oxford. 13 - 16 September, 2008. P. 130.

11. Борзых A.A., Андреев-Андриевский A.A., Каленчук В.У., Тарасова О.С., Виноградова O.J1. Изменения вазомоторных ответов артерий диафрагмы и икроножной мышцы крысы при аэробной тренировке, связь с адаптивными изменениями мышечной ткани // Тезисы докладов V Всероссийской с международным участием Школы-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности. Москва. 2-5 февраля 2009 года. С. 110.

12. Андреев-Андриевский A.A., Борзых A.A. Изменения мышечной ткани диафрагмы при нагрузке у крыс // Тезисы докладов VIII Конференции молодых ученых, специалистов и студентов, посвященной Дню космонавтики. Москва. 15 апреля 2009 года. С. 4 - 5.

13. Борзых A.A., Андреев-Андриевский A.A. Влияние различных видов тренировки на вазомоторные реакции артерии диафрагмы // Тезисы докладов VIII Конференции молодых ученых, специалистов и студентов, посвященной Дню космонавтики. Москва. 15 апреля 2009 года. С. 8 - 9.

14. Борзых A.A., Андреев-Андриевский A.A., Тарасова О.С., Виноградова О.Л. Влияние различных видов физической тренировки на мышечную ткань диафрагмы и сократительные ответы питающих ее артерий И Тезисы докладов VII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 160-летию со дня рождения И.П. Павлова «Механизмы функционирования висцеральных систем». Санкт-Петербург. 29 сентября - 02 октября 2009 года. С. 70.

15. Тарасова О.С., Каленчук В.У., Борзых A.A., Андреев-Андриевский A.A., Виноградова О.Л. Адаптация системы кровоснабжения дыхательных и локомоторных мышц к нагрузке аэробной направленности обеспечивается изменением активности разных регуляторных механизмов // Тезисы докладов VII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 160-летию со дня рождения И.П. Павлова

«Механизмы функционирования висцеральных систем». Санкт-Петербург. 29 сентября - 02 октября 2009 года. С. 417 - 418.

16. Borzykh АА, Andreev-Andrievsky АА, Kalenchuk VU, Tarasova OS, Vinogradova OL Aerobic exercise training differently affects locomotor and respiratory muscles and their feed arteries // Abstract book of French-Russian-Belarussian International Conference «Neurovascular Impairment Induced by Environmental Conditions: Molecular, Cellular and Functional Approach». Anger, France. 10- 14 March 2010.

17. Андреев-Андриевский A.A., Борзых A.A., Боровик A.C., Шарова А.П., Тарасова О.С., Виноградова О.Л. Эффективность тренировки крыс на тредбане при постоянной и интервальной нагрузки // Тезисы докладов III Всероссийской с международным участием конференции по управлению движением. Великие Луки. 17-19 марта 2010 года. С. 161-162.

18. Borzykh АА, Andreev-Andrievsky АА, Kuzmin IV, Tarasova OS, Vinogradova OL Diaphragm muscle and its feed artery after treadmill training and chronic respiratory airway obstruction in rats // Abstracts for Joint Meeting of the Scandinavian and German Physiological Societies. Copenhagen, Denmark. 27 - 30 March 2010. Acta Physiologica. V. 198. Suppl 667. P. 220.

19. Борзых А.А., Андреев-Андриевский А.А. Оценка аэробных возможностей крыс при беге на тредбане при разных профилях нагрузки // Тезисы докладов IX конференции молодых ученых, специалистов и студентов, посвященной Дню космонавтики. Москва. 14 апреля 2010 года. С. 21 - 22.

20. Виноградова О.Л., Борзых А.А., Каленчук В.У., Андреев-Андриевский А.А., Боровик А.С., Шарова А.П., Тарасова О.С. Адаптивные изменения артерий дыхательных и локомоторных мышц при физической тренировке аэробной направленности // Тезисы докладов XXI Съезда Физиологического общества им. И.П. Павлова. Калуга. 19-25 сентября 2010 года. С. 117.

21. Borzykh A., Andreev-Andrievskii A., Kalenchuk V., Tarasova О., Vinogradova О. The effects of treadmill aerobic training with different patterns of load on feed arteries of locomotor and respiratory muscles in the rat // Abstract book of XXXIX European Muscle Conference. Padua, Italy. 11-15 September 2010. P. 102.

22. AA Borzykh, VU Kalenchuk, AP Sharova, OS Tarasova, OL Vinogradova Vasomotor responses and innervation density of rat diaphragm feed arteries // Abstract book of 10th International Symposium on Resistance Arteries (ISRA). Rebild, Denmark. 8-12 May 2011. P. 51.

23. Vinogradovs O., Borzykh A., Kalenchuk V., Andreev-Andrievskii A., Tarasova O. The effect of endurance training upon skeletal muscle resistance vessels depends on the muscle loading and plasticity // Abstract book of 16th Annual Congress of the European College of Sport Science. Liverpool, United Kingdom. 6-9 July 2011. P. 512.

24. Borzykh AA, Boleeva GS, Kuzmin IV, Tarasova OS, Vinogradova OL The effects of endurance training on oxidative capacity of locomotor and respiratory muscles in rats // Abstracts for Scandinavian Physiological Society's Annual Meeting. Bergen, Norway. August 12 - 14, 2011. Acta Physiologica. V. 202. Suppl. 685. P. 99.

Заказ № 73-р Подписано в печать 19.11.2011 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,25

ООО "Цифровичок", тел. (495) 649-83-30 www.cfr.ru ; е-таИ:info@cfr.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Борзых, Анна Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Локомоторные мышцы: метаболические характеристики и адаптация к физической нагрузке.

1.1.1 Характеристики локомоторных мышц и их кровоснабжения.

1.1.1.1 Метаболические типы скелетных мышечных волокон и их встречаемость в различных локомоторных мышцах.

1.1.1.2 Влияние физической нагрузки на скорость кровотока в локомоторных мышцах, состоящих из разных типов мышечных волокон.

1.1.1.3 Регуляторные характеристики резистивных сосудов в локомоторных мышцах с разными метаболическими характеристиками.

1.1.2 Адаптивные изменения локомоторных мышц и их кровоснабжения при физической тренировке.

1.1.2.1 Пластические изменения ткани локомоторных мышц при физической тренировке.

1.1.2.2 Влияние тренировки на проявление рабочей гиперемии в локомоторных мышцах.

1.1.2.3 Изменения сосудов локомоторных мышц при адаптации к физической нагрузке.

1.2 Особенности строения, пластичности и кровоснабжения дыхательных мышц

1.2.1 Общая характеристика дыхательной мускулатуры.

1.2.2 Отличия в строении и кровоснабжении локомоторных и дыхательных мышц

1.2.2.1 Особенности строения ткани дыхательных мышц.

1.2.2.2 Кровоснабжение дыхательных мышц и его изменения при физической нагрузке.

1.2.2.3 Особенности регуляции тонуса резистивных сосудов дыхательных мышц.

1.2.3 Особенности адаптации дыхательной мускулатуры к физической нагрузке.37 1.2.3.1 Пластические изменения ткани дыхательных мышц при физической тренировке.

1.2.3.2 Влияние тренировки на кровоснабжение дыхательных мышц при физической нагрузке.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

2.1. Общие методические подходы.

2.2 Методики повышения функциональной нагрузки на мышечную ткань.

2.2.1 Беговая тренировка крыс в аэробном режиме.

2.2.1.1 Тренировка с меньшей длительностью тренировочного занятия.

2.2.1.2 Тренировка с большей длительностью тренировочного занятия.

2тЬ271Протокол тренировки с постоянной скоростью бега.

2.2.1.2.2 Протокол тренировки в интервальном режиме.

2.2.1.3 Количество животных, выполнивших тренировочные протоколы.

2.2.2 Модель повышения нагрузки на дыхательную мускулатуру путем хронического сужения дыхательных путей.

2.3 Методики оценки аэробной работоспособности на системном уровне.

2.3.1 Измерение потребления кислорода во время нагрузки.

2.3.1.1 Экспериментальная установка и принципы измерения.

2.3.1.2 Протокол определения показателя МПК.

2.3.1.3 Обработка результатов.

2.3.2 Измерение концентрации лактата в крови во время нагрузки.

2.3.2.1 Методика измерения концентрации лактата в крови крыс.

2.3.2.2 Измерение концентрации лактата в крови во время тренировочного занятия

2.3.2.3 Оценка эффективности тренировки по изменению кривой накопления лактата в крови.

2.4 Исследования органов и тканей in vitro.

2.4.1 Взятие биоматериала для исследований.

2.4.2 Методики исследования параметров крови.

2.4.2.1 Определение содержания гормонов в сыворотке крови.

2.4.2.2 Определение гематокрита и концентрации гемоглобина в крови.

2.4.3 Методики исследования мышечной ткани.

2.4.3.1 Определение активности цитратсинтазы в гомогенате мышечной ткани.

2.4.3.1.1 Принцип метода.

2.4.3.1.2 Описание методики.

2.4.3.1.3 Обработка результатов.

2.4.3.2 Определение содержания белка в ткани скелетных мышц.

2.4.3.3 Гистологические исследования мышечной ткани.

2.4.3.3.1 Приготовление препаратов.

2.4.3.3.2 Иммуногистохимическое окрашивание быстрых и медленных мышечных волокон.

2.4.3.3.3 Определение активности сукцинатдегидрогеназы в мышечных волокнах

2.4.3.3.4 Микрофотосъемка препаратов и обработка изображений.

2.4.4 Методики исследования артериальных сосудов.

2.4.4.1 Визуализация адренергических нервных волокон в стенке сосуда.

2.4.4.2 Исследование вазомоторных реакций изолированных сосудов.

2.4.4.2.1 Подготовка к эксперименту.

2.4.4.2.2 Нормализация (определение оптимального растяжения сосуда).

2.4.4.2.3 Активация препарата.

2.4.4.2.4 Протокол эксперимента.

2.4.4.2.5 Обработка результатов.

2.5 Статистическая обработка результатов.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ.

3.1 Характеристики мышечной ткани медиальной головки икроножной мышцы и реберного отдела диафрагмы.

3.2 Изменения мышечной ткани медиальной головки икроножной мышцы и реберного отдела диафрагмы в результате беговой тренировки с использованием разных способов нагрузки.

3.2.1 Беговая тренировка с меньшей длительностью тренировочного занятия.

3.2.1.1 Влияние тренировки на массу тела и желудочков сердца.

3.2.1.2 Изменение системных показателей аэробной работоспособности.

3.2.1.3 Изменение мышечной ткани икроножной мышцы и диафрагмы.

3.2.2 Тренировка с большей длительностью тренировочного занятия.

3.2.2.1 Изменение массы тела за время тренировочного цикла и влияние тренировки на массу желудочков сердца.

3.2.2.2 Изменение содержания гормонов в крови крыс.

3.2.2.3 Изменение системных показателей аэробной работоспособности.

3.2.2.4 Изменение мышечной ткани икроножной мышцы и диафрагмы.

3.2.3 Хроническое сужение дыхательных путей.

3.2.3.1 Изменение массы тела и параметров, характеризующих системную гипоксемию.

3.2.3.2 Изменения мышечной ткани икроножной мышцы и диафрагмы.

3.3. Функциональные характеристики артерий, приносящих кровь к медиальной головке икроножной мышцы и реберному отделу диафрагмы.

3.3.1 Вазоконстрикторные реакции артерий икроножной мышцы и диафрагмы.

3.3.2 Вазодилятаторные реакции артерий икроножной мышцы и диафрагмы.

3.4 Изменения артерий, питающих медиальную головку икроножной мышцы и реберный отдел диафрагмы, при беговой тренировке с меньшей длительностью тренировочного занятия.

3.4.1 Изменение вазоконстрикторных реакций артерий икроножной мышцы и диафрагмы при беговой тренировке.

3.4.2 Изменение эндотелий-зависимого расслабления артерий икроножной мышцы и диафрагмы при беговой тренировке.

3.5 Изменение артерий, питающих медиальную головку икроножной мышцы и реберный отдел диафрагмы, при хроническом сужении дыхательных путей.

3.5.1 Изменение вазоконстрикторных реакций артерий икроножной мышцы и диафрагмы при хроническом сужении дыхательных путей.

3.5.2 Изменение эндотелий-зависимого расслабления артерий икроножной мышцы и диафрагмы при хроническом сужении дыхательных путей.

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Сравнительный анализ изменений мышечной ткани и артерий локомоторной и дыхательной мускулатуры крыс при физической тренировке с использованием разных способов задания нагрузки"

Физическая нагрузка приводит к повышению интенсивности метаболизма в скелетных мышцах, причем характер метаболических процессов зависит от вида выполняемой работы. При ритмической работе умеренной интенсивности скелетные мышцы получают энергию преимущественно за счет аэробного метаболизма [Коц, 1986; Astrand et al., 2003]. Такая мышечная работа сопряжена со значительным повышением потребления О2 организмом, в связи с чем наблюдаются выраженные изменения в работе дыхательной и сердечно-сосудистой систем: повышается легочная вентиляция, увеличиваются артериальное давление и минутный объем кровообращения, происходит перераспределение кровотока в пользу скелетных мышц [Armstrong, Laughlin, 1983; Armstrong, Laughlin, 1984; Musch et al., 1987].

Они состоят из сравнительно мелких мышечных волокон с очень высокой активностью митохондриальных ферментов (т.е. высоким окислительным потенциалом) и имеют очень большую плотность капиллярной сети [Metzger et al., 1985; Delp, Duan, 1996; Gosselin et al., 19926; Polla et al., 2004].

Механизмы адаптации к физической нагрузке также могут отличаться в локомоторной и дыхательной мускулатуре. Основным механизмом адаптации локомоторных мышц является повышение их окислительного потенциала [Luginbuhl et al., 1984; Sullivan et al., 1995], тогда как в дыхательных мышцах активность митохондриальных ферментов увеличивается не всегда или в меньшей степени, чем в локомоторных [Powers et al., 1994]. Вместе с тем, даже при умеренной тренировочной нагрузке адаптация диафрагмы может проявляться в виде уменьшения размеров мышечных волокон [Tamaki, 1987; Powers et al., 1992], нельзя также исключить возможность изменения миозинового фенотипа мышц, хотя этот вопрос изучен мало.

В целом вопрос о сходстве или различии изменений, развивающихся в локомоторных и дыхательных мышцах при физической тренировке аэробной направленности, требует дальнейшего изучения. Следует отметить, что поскольку эффекты физической тренировки сильно зависят от протокола нагрузки [Коц, 1986; Astrand et al., 2003], адекватное сопоставление эффектов тренировки на эти мышцы возможно лишь при их параллельном исследовании. Следует, однако, отметить, что таких работ очень мало [Powers et al., 1992; Uribe et al., 1992; Gosselin et al., 19926]. Кроме того, недостаточно исследованы регуляторные характеристики артерий, приносящих кровь к дыхательным мышцам: на эту тему есть лишь единичные работы [Aaker, Laughlin, 2002а; Aaker, Laughlin, 20026]. И, наконец, совсем не исследован вопрос об адаптивных изменениях артерий дыхательной мускулатуры в результате физической тренировки аэробной направленности.

Таким образом, целью данной работы было провести сравнительный анализ изменений, развивающихся в локомоторных и дыхательных мышцах, а также в питающих их кровью артериях, при разных способах повышения функциональной нагрузки.

В работе были поставлены следующие задачи:

Научная новизна работы. Полученные результаты развивают современные представления об адаптации дыхательных мышц к физической тренировке аэробной направленности. Принципиальная новизна работы состоит в том, что в ней впервые проведен сравнительный анализ адаптивных изменений артерий локомоторной и дыхательной мускулатуры при аэробный тренировке.

Практическая значимость работы. Результаты данной работы позволяют выявить физиологические механизмы, определяющие физическую работоспособность организма в условиях, когда затруднена работа дыхательной системы. Многие заболевания (например, хроническая обструктивная болезнь легких, различные типы миопатий, эндокринные и метаболические нарушения и др.), а также пребывание в условиях гравитационной разгрузки сопровождаются снижением функциональных возможностей дыхательных мышц: уменьшением силы сокращения мышц, в том числе, в результате их утомления [Александрова и др., 1992; Александрова и др., 2005; 11е1с1, ОесЬтап, 1995]. Тренировка дыхательных мышц с применением аэробной физической нагрузки может предотвратить развитие этих нежелательных явлений, в том числе, путем положительного влияния на кровоснабжение мышечной ткани. В данной работе показано, что дыхательные и локомоторные мышцы по-разному адаптируются к физическим нагрузкам, что указывает на необходимость подбора тренировочной нагрузки с учетом функционального состояния каждого из этих типов мышц.

Основные положения, выносимые на защиту:

Апробация материалов диссертации. Основные результаты диссертационной работы были представлены на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2007» (Россия, Москва, 2007), IV Всероссийской с международным участием Школе-конференции по физиологии кровообращения (Россия, Москва, 2008), Конференции молодых ученых, специалистов и студентов, посвященной Дню космонавтики (Россия, Москва, 2008, 2009, 2010), Международном симпозиуме «Биологическая подвижность: достижения и перспективы» (Россия, Пущино, 2008), Ежегодной встрече Скандинавского физиологического общества «SPS 2008» (Финляндия, Оулу, 2008), XXXVII Европейской конференции по физиологии мышц «ЕМС 2008» (Великобритания, Оксфорд, 2008), V Всероссийской с международным участием Школе-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности (Россия, Москва, 2009), VII Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Россия, Санкт-Петербург, 2009), Международной конференции «Нейрососудистые нарушения, вызванные условиями окружающей среды. Молекулярный, клеточный и функциональный подходы» (Франция, Анже, 2010), III Всероссийской с международным участием конференции по управлению движением (Россия, Великие Луки, 2010), Объединенном съезде Скандинавского и Германского физиологических обществ (Дания, Копенгаген, 2010), XXI Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Россия, Калуга, 2010), XXXIX Европейской конференции по физиологии мышц «ЕМС 2010» (Италия, Падуя,

2010), X Международном симпозиуме по резистивным сосудам (Дания, Ребилд,

2011), 16-ом ежегодном конгрессе Европейского колледжа спортивных наук «ECSS 2011» (Ливерпуль, Великобритания, 2011), Ежегодной встрече Скандинавского физиологического общества «SPS 2011» (Норвегия, Берген, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи в журналах из Перечня периодических изданий, определенных ВАК РФ, и 21 тезисы докладов на конференциях.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Обзор литературы состоит из двух частей. В первой части будут рассмотрены метаболические характеристики локомоторных мышц и их адаптация к физической нагрузке, а также влияние тренировки на кровоснабжение локомоторных мышц с разными метаболическими характеристиками. Вторая часть обзора литературы посвящена рассмотрению дыхательной мускулатуры: особенностей её строения и адаптации к физической тренировке, а также описанию особенностей регуляции кровотока в дыхательных мышцах.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Борзых, Анна Анатольевна

выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Икроножная мышцы и диафрагма - это две функционально разные мышцы. Диафрагма - постоянно работающая мышца, поэтому ее мышечная ткань характеризуется высоким окислительным потенциалом и состоит из мелких мышечных волокон. Плотность капиллярной сети в диафрагме намного выше, чем в локомоторных мышцах [Green et al.,1989; Gosselin et al., 1992].

После тренировки аэробной направленности в икроножной мышце наблюдается увеличение окислительного потенциала мышечной ткани. Мышечная ткань диафрагмы характеризуется исходно высоким окислительным потенциалом, поэтому в диафрагме адаптивные изменения наблюдаются при более интенсивной тренировочной нагрузке и осуществляются с привлечением иных механизмов. Во-первых, происходит уменьшение площади поперечного сечения мышечных волокон, что должно улучшать снабжение мышцы кислородом и субстратами аэробного метаболизма. В локомоторных мышцах при тренировке аэробной направленности происходит увеличение плотности капиллярного русла за счет появления новых капилляров [Gute et al., 1994; Poole, Mathieu-Costello, 1996]. Примечательно, что количество капилляров, приходящихся на одно мышечное волокно, в диафрагме при тренировке не изменяется [Tamaki et al., 1987; Green et al.,1989]. Это говорит в пользу того, что лучшее кровоснабжение ткани диафрагмы в результате тренировки обеспечивается именно за счет уменьшения ППС мышечных волокон.

Характеристики артерий, питающих две функционально разные мышцы, также различаются. Для артерий диафрагмы характерно более выраженное эндотелий-зависимое расслабление, поскольку в этих артериях эндотелий может быть адаптирован к хронически высокой скорости кровотока, а гладкая мышца обладает высокой чувствительностью к N0. Кроме того, для артерий диафрагмы характерна густая иннервация симпатическими волокнами. Наряду с высокой чувствительностью к медиатору симпатических нервов - норадреналину при спокойном дыхании это обеспечивает сужение артерий и защиту микроциркуляторного русла диафрагмы от высокого давления крови (артерия диафрагмы отходит непосредственно от аорты, где давление крови высокое). Кроме того, исходное сужение артерий создает резерв увеличения кровотока во время физической нагрузки.

В данной работе впервые показано, что адаптация артериального русла дыхательных и локомоторных мышц к физической нагрузке аэробной направленности может происходить за счет разных регуляторных механизмов. В икроножной мышце одновременно с повышением окислительного потенциала мышечной ткани наблюдается увеличение эндотелий-зависимого расслабления артерий в результате повышения способности эндотелия к продукции N0. В артериях диафрагмы, где эндотелий-зависимое расслабление исходно высокое, наблюдается другой тип изменений: уменьшается чувствительность гладкой мышцы к норадреналину, что также должно приводить к улучшению кровоснабжения этой мышцы во время нагрузки.

Таким образом, механизмы адаптации мышечной ткани и кровеносного русла диафрагмы к физической нагрузке аэробной направленности иные, чем в локомоторных мышцах, что связано с принадлежностью диафрагмы к дыхательной мускулатуре и выполнением ею особой функции в организме.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Борзых, Анна Анатольевна, Москва

1. Александрова Н.П., Баранов В.М., Тихонов М.А., Колесников В.И., Котов А.Н., Кочанов B.C. Влияние антиортостатической гипокинезии на функциональное состояние диафрагмы у крыс // Рос. физиол. Журн им. И. М. Сеченова. 2005. -Т.91 - №11. - С. 1312-1319.

2. Александрова Н.П., Исаев Г.Г. Проблема утомления дыхательных мышц // Рос. физиол. Журн им. И. М. Сеченова. 1992. - Т.78 - №10. - С. 1 - 14.

3. Ахрем А.А., Андреюк Г.М., Киселева С.И., Кисель М.А., Киселев П.А., Дальнова Т.С., Колб В.Г, Светлицкая С.Г. Определение гемоглобина крови с использованием додецилсульфата натрия // Лаб. Дело 1989. - №5. - С. 13-15.

4. Бреслав И.С., Исаев Г.Г. Физиология дыхания // СПб., Наука. 1994. -С. 180 -184.

5. Коц Я.М. Спортивная физиология. Учебник для институтов физической культуры // Москва, Физкультура и спорт. 1986. - 240с.

6. Мак-Комас А. Дж. Скелетные мышцы (строение и функции) // Киев 1998. -С. 193 -223.

7. Мелькумянц A.M., Балашов С.А. Механочувствительность артериального эндотелия // Изд. «Триада», Тверь 2005 - С. 93- 100.

8. Мещерский Е.Л., Веселова Е.С., Хаютин В.М. Две фазы рабочей гиперемии в скелетной мышце // Бюлл. экспер. биол. мед. 1976 - Т.8 - С. 920 - 923.

9. Aaker A., Laughlin М.Н. Diaphragm arterioles are less responsive to ar adrenergic constriction than gastrocnemius arterioles // J Appl Physiol. 2002a. - V. 92. -P. 1808- 1816.

10. Aaker A., Laughlin M.H. Differential adenosine sensitivity of. diaphragm and skeletal muscle arterioles // J Appl Physiol. 20026. - V. 93. - P. 848 - 856.

11. Abdelmalki A., Fimbel S., Mayet-Sornay M.H., Sempore В., Favier R. Aerobic capacity and skeletal muscle properties of normoxic and hypoxic rats in response to training // Pflugers Arch. 1996. - V. 431; №5. - P. 671-679.

12. Allen D. L., Sartorius C.A., Sycuro L.K., Leinwand L.A. Different pathways regulate expression of the skeletal myosin heavy chain genes // J Biol Chem. 2001. - V. 276; №47. - P. 43524 - 43533.

13. Altamirano F., Oyarce C., Silva P., Toyos M., Wilson C., Lavandera S., Uhlén P., Estrada M. Testosterone induces cardiomyocyte hypertrophy through mammalian target of rapamycin complex 1 pathway // J Endocrinol. 2009. - V. 202; №2. - P. 299 -307.

14. Ariano M.A., Armstrong R.B., Edgerton V.R. Hindlimb muscle fiber populations of five mammals//J Histochem Cytochem. 1973. - V. 21; №1.-P. 51-55.

15. Armstrong R.B., Laughlin M.H. Blood flows within and among rat muscles as a function of time during high speed treadmill exercise // J. Physiol. 1983. - V. 344. - P. 189-208.

16. Armstrong R.B., Laughlin M.H. Exercise blood flow patterns within and among rat muscles after training // Am. J. Physiol. 1984. - V. 246. - P. H59 - H68.

17. Armstrong R.B., Phelps R.O. Muscle fiber type composition of the rat hindlimb // Am J Anat.- 1984.-V. 171; №3.-P. 259-272.

18. Armstrong RB, Laughlin MH. Metabolic indicators of fibre recruitment in mammalian muscles during locomotion // J Exp Biol. 1985. - V. 115. - P. 201 - 213.

19. Astrand P.O., Rodahl K., Dahl H.A., Stromme S.B. Textbook of Work Physiology: Physiologic Bases of Exercise // Champaign, Human Kinetics. 2003. - 650 P

20. Baldwin K.M., Cooke D.A., Cheadle W.G. Time course adaptations in cardiac and skeletal muscle to different running programs // J Appl Physiol. 1977. - V. 42; №2. - P. 267-272.

21. Bar A., Pette D. Three fast myosin heavy chains in adult rat skeletal muscle // FEBS Lett. 1988. - V. 235; №1-2. - P. 153 - 155.

22. Barnard R.J., Edgerton V.R., Furukawa T., Peter J.B. Histochemical, biochemical, and contractile properties of red, white, and intermediate fibers // Am J Physiol. 1971. -V. 220; №2. -P. 410-414.

23. Bedford T.G., Tipton C.M., Wilson N.C., Oppliger R.A., Gisolfi C.V. Maximum oxygen consumption of rats and its changes with various experimental procedures // J Appl Physiol. 1979. - V. 47; №6. - P. 1278 - 1283.

24. Bjorklund A., Lindvall O., Svensson L.A. Mechanisms of fluorophore formation in the histochemical glyoxylic acid method for monoamines // Histochemie 1972. - V. 32; №2. - P. 113 - 131.

25. Boczkowski J., Vicaut E., Danialou G., Aubier M. Role of nitric oxide and prostaglandins in the regulation of diaphragmatic arteriolar tone in the rat // J Appl Physiol. 1994. - V. 77; №2. - P. 590 - 596.

26. Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal Biochem. V. 72,- 1976.-P. 248-54.

27. Brooke M.H., Kaiser K.K. Three "myosin adenosine triphosphatase" systems: the nature of their pH lability and sulfhydryl dependence // J Histochem Cytochem. 1970. -V. 18; №9.-P. 670-672.

28. Bruckdorfer R. The basics about nitric oxide // Mol Aspects Med. 2005. - V. 26; №1 - 2. - P. 3 - 31.

29. Buuck R.J., Tharp G.D. Effect of chronic exercise on adrenocortical function and structure in the rat // J Appl Physiol. 1971. - V. 31; №6. - P. 880 - 883.

30. Buus C.L., Pourageaud F., Fazzi G.E., Janssen G., Mulvany M.J, De Mey .JG. Smooth muscle cell changes during flow-related remodeling of rat mesenteric resistance arteries // Circ Res. 2001. - V. 89; №2. - P. 180 - 186.

31. Copp S.W., Hirai D.M., Schwagerl P.J., Musch T.I., Poole D.C. Effects of neuronal nitric oxide synthase inhibition on resting and exercising hindlimb muscle blood flow in the rat//J Physiol.-2010.-V. 15; №588. -P. 1321 1331.

32. De Troyer A., Sampson M., Sigrist S., Macklem P.T. Action of costal and crural parts of the diaphragm on the rib cage in dog // J. Appl. Physiol.: Respirat. Environ. Exercise Physiol. 1982,-V. 53; №1,-P. 30-39.

33. Delp M.D., Duan C. Composition and size of type I, IIA, IID/X, and IIB fibers and citrate synthase activity of rat muscle // J Appl Physiol. 1996 - V. 80; №1. -P. 261 -270.

34. Delp M.D., Laughlin M.H. Regulation of skeletal muscle perfusion during exercise // Acta Physiol Scand. 1998. - V. 162; №3. - P. 411 - 419.

35. Delp M.D., O'Leary D.S. Integrative control of the skeletal muscle microcirculation in the maintenance of arterial pressure during exercise // Appl Physiol. -2004. V. 97; №3. - P. 1112 - 1118.

36. Delp MD. Myogenic and vasoconstrictor responsiveness of skeletal muscle arterioles is diminished by hindlimb unloading // J. Appl. Physiol. 1999. - V. 86; №4. -P. 1178- 1184.

37. Demirel H.A., Powers S.K., Naito H., Hughes M., Coombes J.S. Exercise-induced alterations in skeletal muscle myosin heavy chain phenotype: dose-response relationship // J. Appl. Physiol. 1999. - V. 86; №3. - P. 1002 - 1008.

38. Donato A.J., Lesniewski L.A., Delp M.D. Ageing and exercise training alter adrenergic vasomotor responses of rat skeletal muscle arterioles // J Physiol. 2007. - V. 579 (Pt 1).-P. 115-25.

39. Dudley G.A., Abraham W.M., Terjung R.L. Influence of exercise intensity and duration on biochemical adaptations in skeletal muscle // J Appl Physiol. 1982. - V. 53; №4. - P. 844 - 850.

40. Ellis E.S., Byrne C., Murphy O.E., Tilford N.S., Baxter G.S. Mediation by 5-hydroxytryptamine2B receptors of endothelium-dependent relaxation in rat jugular vein // Br J Pharmacol. 1995. - V. 114; №2. - P. 400 - 404.

41. Ennion S., Sant'ana Pereira J., Sargeant A.J., Young A., Goldspink G. Characterization of human skeletal muscle fibres according to the myosin heavy chains they express // J Muscle Res Cell Motil. 1995. - V. 16; №1. - P. 35 - 43.

42. Faber J.E. In situ analysis of alpha- adrenoceptors on arteriolar and venular smooth muscle in rat skeletal muscle microcirculation // Circ Res. 1988. - V. 62; №1. -P. 37-50.

43. Fleming B.P., Gibbins I.L., Morris J.L., Gannon B.J. Noradrenergic and peptidergic innervation of the extrinsic vessels and microcirculation of the rat cremaster muscle // Microvasc Res. 1989. V. 38; №3. - P. 255 - 268.

44. Fregosi R.F., Sanjak M., Paulson D.J. Endurance training does not affect diaphragm mitochondrial respiration // Respir Physiol. 1987. - V. 67; №2. - P. 225 -237.

45. Furness J.B., Costa M. The use of glyoxylic acid for the fluorescence histochemical demonstration of peripheral stores of noradrenaline and 5-hydroxytryptamine in whole mounts // Histochemistry. 1975. - V. 41; №4. - P.335 -352.

46. Garland C.J., Plane F., Kemp B.K., Cocks T.M. Endothelium-dependent hyperpolarization: a role in the control of vascular tone // Trends Pharmacol Sci. 1995. -V. 16; №1.-P. 23 -30.

47. Glusa E., Pertz H.H. Further evidence that 5-HT-induced relaxation of pig pulmonary artery is mediated by endothelial 5-HT(2B) receptors // Br J Pharmacol. -2000. V. 130; №3. - P. 692 - 698.

48. Gosselin L.E., Betlach M., Vailas A.C., Greaser M.L., Thomas D.P. Myosin heavy chain composition in the rat diaphragm: effect of age and exercise training // J Appl Physiol. 1992a. -V. 73; №4. - P. 1282 - 1286.

49. Gosselin L.E., Betlach M., Vailas A.C., Thomas D.P. Training-induced alterations in young and senescent rat diaphragm muscle // J Appl Physiol. 19926. - V. 72; №4. -P. 1506- 1511.

50. Green H.J., Plyley M.J., Smith D.M., Kile J.G. Extreme endurance training and fiber type adaptation in rat diaphragm // J Appl Physiol. 1989. - V. 66; №4. - P. 1914 -1920.

51. Greenberg H.E., Rao R.S., Sica A.L., Scharf S.M. Effect of chronic resistive loading on hypoxic ventilatory responsiveness // J Appl Physiol. 1997. - V. 82; №2. -P. 500 - 507.

52. Greene E.C. Anatomy of the rat. // Hafner Publishing Company, New York and London. 1968. - P. 320.

53. Guidry G., Landis S.C. Absence of cholinergic sympathetic innervation from limb muscle vasculature in rats and mice // Auton Neurosci. 2000. - V. 14; №82. - P. 97 -108.

54. Gute D., Fraga C., Laughlin M.H., Amann J.F. Regional changes in capillary supply in skeletal muscle of high-intensity endurance-trained rats // J Appl Physiol. -1996.-V. 81; №2.-P. 619-626.

55. Gute D., Laughlin M.H., Amann J.F. Regional changes in capillary supply in skeletal muscle of interval-sprint and low-intensity, endurance-trained rats // Microcirculation. 1994. - V.l; №3. - P. 183 - 193.

56. Hâmàlâinen N., Pette D. The histochemical profiles of fast fiber types IIB, IID, and IIA in skeletal muscles of mouse, rat, and rabbit // J Histochem Cytochem. 1993. -V. 41; №5. - P. 733 -743.

57. Hamdi M.M., Mutungi G. Dihydrotestosterone stimulates amino acid uptake and the expression of LAT2 in mouse skeletal muscle fibres through an ERKl/2-dependent mechanism // J Physiol. 2011. - V. 589; №14. - P. 3623 - 3640.

58. Heindl S., Lehnert M., Criée C.P., Hasenfuss G., Andreas S. Marked sympathetic activation in patients with chronic respiratory failure // Am J Respir Crit Care Med. -2001.-V. 164; №4.-P. 597-601.

59. Henriksson J., Svedenhag J., Richter E.A., Christensen N.J, Galbo H. Skeletal muscle and hormonal adaptation to physical training in the rat: role of the sympathoadrenal system. // Acta Physiol Scand. 1985. - V. 123; №2. - P. 127 - 138.

60. Hilton S.M., Jeffries M.G., Vrbovâ G. Functional specializations of the vascular bed of soleus // J Physiol. 1970. - V. 206; №3. - P. 543 - 562.

61. Honig C.R., Odoroff C.L., Frierson J.L. Capillary recruitment in exercise: rate, extent, uniformity, and relation to blood flow // Am J Physiol. 1980. - V. 238; №1. - P. H31 -H42.

62. Jasperse J.L., Laughlin M.H. Endothelial function and exercise training: evidence from studies using animal models // Med Sci Sports Exerc. 2006. - V. 38; №3. - P. 445-454.

63. Jasperse J.L., Laughlin M.H. Vasomotor responses of soleus feed arteries from sedentary and exercise-trained rats // J. Appl. Physiol. 1999. - V. 86; №2. - P. 441— 449.

64. Kadi F. Cellular and molecular mechanisms responsible for the action of testosterone on human skeletal muscle. A basis for illegal performance enhancement. // Br J Pharmacol.-2008.-V. 154; №3,-P. 522-528.

65. Keens T.G., Chen V., Patel P., Brien P., Levison H., Ianuzzo C.D. Cellular adaptations of the ventilatory muscles to a chronic increased respiratory load // J. Appl. Physiol.: Respirat. Environ. Exercise Physiol. 1978. - V. 44; №6. - P. 905 - 908.

66. Lambert D.G., Thomas G.D. {alpha}-adrenoceptor constrictor responses and their modulation in slow-twitch and fast-twitch mouse skeletal muscle // J Physiol. 2005. -V. 563; №3,-P. 821 -829.

67. Laughlin M.H., Armstrong R.B. Adrenoreceptor effects on rat muscle blood flow during treadmill exercise // J Appl Physiol. 1987. - V. 62; №4. - P. 1465 - 1472.

68. Laughlin M.H., Korzick D.H. Vascular smooth muscle: integrator of vasoactive signals during exercise hyperemia // Med Sci Sports Exerc. 2001. - V.33; №1. - P. 81 -91.

69. Laughlin M.H., Roseguini B. Mechanisms for exercise training-induced increases in skeletal muscle blood flow capacity: differences with interval sprint training versus aerobic endurance training // J Physiol Pharmacol. 2008. - V. 59; №7. - P. 71 - 88.

70. Laughlin M.H., Woodman C.R., Schräge W.G., Gute D., Price E.M. Interval sprint training enhances endothelial function and eNOS content in some arteries that perfuse white gastrocnemius muscle // J Appl Physiol. 2004. - V. 96. - P. 233 -244.

71. Lauschke J., Maisch B. Athlete's heart or hypertrophic cardiomyopathy? // Clin Res Cardiol. 2009. - V.98; №2. - P. 80 - 88.

72. Lenasi H., Strucl M. Effect of regular physical training on cutaneous microvascular reactivity // Med Sei Sports Exerc. 2004. - V. 36; №4. - P. 606 - 612.

73. Lojda Z. Remarks on histochemical demonstration of dehydrogenases. II. Intracellular localization // Folia Morphol (Praha). 1965. - V. 13. - P. 84 - 96.

74. Luginbuhl A.J., Dudley G.A., Staron R.S. Fiber type changes in rat skeletal muscle after intense interval training // Histochemistry. 1984. - V. 81; №1. - P. 55 -58.

75. McAllister R.M., Jaspere J.L., Laughlin M.H. Nonunifom effects of endurance exercise training on vasodilation in rat skeletal muscle // J Appl Physiol. 2005. - V. 98. -P. 753 -761.

76. McAllister R.M., Newcomer S.C., Laughlin M.H. Vascular nitric oxide: effects of exercise training in animals // Appl Physiol Nutr Metab. 2008. - V. 33; №1. - P. 173 — 178.

77. Metzger J.M., Fitts R.H. Contractile and biochemical properties of diaphragm: effects of exercise training and fatigue // J. Appl. Physiol. 1986. - V. 60; №5. - P. 1752 - 1758.

78. Metzger J.M., Scheidt K.B., Fitts R.H. Histochemical and physiological characteristics of the rat diaphragm // J Appl Physiol. 1985. - V. 58; №4. - P. 1085 -1091.

79. Miki K., Kosho A., Hayashida Y. Method for continuous measurements of renal sympathetic nerve activity and cardiovascular function during exercise in rats // Exp Physiol. 2002. - V. 87; №1. - P. 33 - 39.

80. Miller V.M., Vanhoutte P.M. Endothelial alpha 2-adrenoceptors in canine pulmonary and systemic blood vessels // Eur J Pharmacol. 1985. - V. 26; №118. -P. 123 - 129.

81. Moore A.W., Jackson W.F., Segal S.S. Regional heterogeneity of a-adrenoreceptor subtypes in arteriolar networks of mouse skeletal muscle // J Physiol. -2010.-V. 588; №21.-P. 4261 -4274.

82. Moore R.L., Gollnick P.D. Response of ventilatory muscles of the rat to endurance training // Pfliigers Arch. 1982. - V. 392. - P. 268-271.

83. Muller-Delp J.M., Spier S.A., Ramsey M.W., Delp M.D. Aging impairs endothelium-dependent vasodilation in rat skeletal muscle arterioles // Am J Physiol Heart Circ Physiol. 20026. - V. 283. - P. H1662 - H1672.

84. Mulvany M.J., Halpern W. Contractile properties of small arterial resistance vessels in spontaneously hypertensive and normotensive rats // Circ Res. 1977. - V. 41; №1. - P.19 - 26.

85. Musch T.I., Haidet G.C., Ordway G.A., Longhurst J.C., Mitchell J.H. Training effects on regional blood flow response to maximal exercise in foxhounds // J Appl Physiol. 1987. - V. 62; №4. - P. 1724 - 1732.

86. Musch T.I., Terrell J.A., Hilty M.R. Effects of high-intensity sprint training on skeletal muscle blood flow in rats // J Appl Physiol. 1991. - V. 71; №4. - P. 1387 -1395.

87. Mylecharane E.J. Mechanisms involved in serotonin-induced vasodilatation // Blood Vessels. 1990. - V. 27; №2-5. - P. 116 - 126.

88. Nilsson H. Adrenergic nervous control of resistance and capacitance vessels. Studies on isolated blood vessels from the rat // Acta Physiol Scand Suppl. 1985. - V. 541.-P.1 -34.

89. Nilsson H., Sjoblom N. Distension-dependent changes in noradrenaline sensitivity in small arteries from the rat // Acta Physiol Scand. 1985. - V. 125; №3. - P.429 - 435.

90. Nishikawa Y., Stepp D.W., Chilian W.M. In vivo location and mechanism of EDHF-mediated vasodilation in canine coronary microcirculation // Am J Physiol. 1999. - V. 277; №3. - P. H1252 - H1259.

91. Ohyanagi M., Faber J.E., Nishigaki K. Differential activation of alpha 1- and alpha 2-adrenoceptors on microvascular smooth muscle during sympathetic nerve stimulation // Circ Res. 1991. - V. 68; №1. - P. 232 - 244.

92. Okumoto T., Imoto T., Katsuta S., Wada M. Severe endurance training fails to change myosin heavy-chain distribution of diaphragm // Respir Physiol. 1996. -V. 104; №1. - P. 39-43.

93. O'Leary D.S., Robinson E.D., Butler J.L. Is active skeletal muscle functionally vasoconstricted during dynamic exercise in conscious dogs? // Am J Physiol. 1997. -V. 272; №1. - P. R386 - R391.

94. Pansarasa O., D'Antona G., Gualea M.R., Marzani B., Pellegrino M.A., Marzatico F. "Oxidative stress": effects of mild endurance training and testosterone treatment on rat gastrocnemius muscle // Eur J Appl Physiol. 2002. - V. 87; №6. - P. 550 - 555.

95. Peter J.B., Barnard R.J., Edgerton V.R., Gillespie C.A., Stempel K.E. Metabolic profiles of three fiber types of skeletal muscle in guinea pigs and rabbits // Biochemistry. 1972. - V. 11; №14.-P. 2627 - 2633.

96. Peterson D.F., Armstrong R.B., Laughlin M.H. Sympathetic neural influences on muscle blood flow in rats during submaximal exercise // J Appl Physiol. -1988.-V. 65; №1,-P. 434-440.

97. Pickering M., Jones J.F.X. Comparison of the motor discharge to the crural and costal diaphragm in the rat // Respir. Physiol. Neurobiol. 2007. - V. 159. - P. 21 - 27.

98. Pitta F., Troosters T., Spruit M.A., Probst V.S., Decramer M., Gosselink R. Characteristics of physical activities in daily life in chronic obstructive pulmonary disease // Am J Respir Crit Care Med. 2005. - V. 171; №9. - P. 972 - 977.

99. Polla B., D'Antona G., Bottinelli R., Reggiani C. Respiratory muscle fibres: specialisation and plasticity // Thorax. 2004. - V.59. - P. 808 - 817.

100. Pollard M.J., Mergirian D., Sherrey J.H. Unity of costal and crural diaphragmatic activity in respiration // Exp. Neurol. 1985. - V. 90; №1. - P. 187 - 193.

101. Poole D.C., Mathieu-Costello O. Relationship between fiber capillarization and mitochondrial volume density in control and trained rat soleus and plantaris muscles // Microcirculation. 1996. - V.3; №2. - P. 175 - 186.

102. Poole D.C., Sexton W.L., Behnke B.J., Ferguson C.S., Hageman K.S., Musch T.I. Respiratory muscle blood flows during physiological and chemical hyperpnea in the rat. //J Appl Physiol. 2000. - V. 88; №1,-P. 186- 194.

103. Powers S.K., Criswell D., Lawler J., Martin D., Ji L.L., Herb R.A., Dudley G. Regional training-induced alterations in diaphragmatic oxidative and antioxidant enzymes // Respir Physiol. 1994. - V. 95; №2. - P. 227-237.

104. Powers S.K., Criswell D., Lieu Fu-Kong, Dodd S., Silverman H. Exercise-induced cellular alterations in the diaphragm // Am. J. Physiol. 1992. - V. 263. - P. R1093-R1098.

105. Powers S.K., Lawler J., Criswell D., Dodd S., Grinton S., Bagby G., Silverman H. Endurance-training-induced cellular adaptations in respiratory muscles // J Appl Physiol. 1990a. - V. 68; №5. - P. 2114 - 2118.

106. Powers S.K., Lawler J., Criswell D., Silverman H., Forster H.V., Grinton S., Harkins D. Regional metabolic differences in the rat diaphragm. // J Appl Physiol. -19906. V. 69; №2. - P. 648 - 650.

107. Prezant D.J., Karwa M.L., Kim H.H., Maggiore D., Chung V., Valentine D.E. Short- and long-term effects of testosterone on diaphragm in castrated and normal male rats // J Appl Physiol. 1997. - V. 82; №1. - P. 134 - 143.

108. Reid M.B. Role of nitric oxide in skeletal muscle: synthesis, distribution and functional importance // Acta Physiol Scand. 1998. - V. 162; №3. - P. 401 - 409.

109. Reid W.D., Dechman G. Considerations when testing and training the respiratory muscles // Phys Ther. 1995. - V. 75; №11. - P. 971 - 982.

110. Rowley K.L., Mantilla C.B., Sieck G.C. Respiratory muscle plasticity // Respir Physiol Neurobiol. 2005 -V. 147; №2-3. - P. 235 -251.

111. Schiaffino S. Fibre types in skeletal muscle: a personal account // Acta Physiol (Oxf). 2010. - V. 199; №4.-P. 451 -463.

112. Schiaffino S., Ausoni S., Gorza L., Saggin L., Gundersen K., Lomo T. Myosin heavy chain isoforms and velocity of shortening of type 2 skeletal muscle fibres // Acta Physiol. Scand. 1988. - V. 134. - P. 575 - 576.

113. Sexton W.L., Poole D.C. Costal diaphragm blood flow heterogeneity at rest and during exercise // Respir Physiol. 1995. - V. 101; №2. - P. 171 - 182.

114. Sexton W.L., Poole D.C. Effects of emphysema on diaphragm blood flow during exercise // J Appl Physiol. 1998. - V. 84; №3. - P. 971-979.

115. Shiota S., Okada T., Naitoh H., Ochi R., Fukuchi Y. Hypoxia and hypercapnia affect contractile and histological properties of rat diaphragm and hind limb muscles // Pathophysiology. 2004. - V. 11; №1. - P. 23 - 30.

116. Shipley R.D., Kim S.J., Muller- Delp J.M. Time course of flow-induced vasodilation in skeletal muscle: contributions of dilator and constrictor mechanisms // Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2005. - V. 288; №4. - P. H1499 - H1507.

117. Shvalev V.N., Zhuchkova N.I. Method for identifying adrenergic nervous elements by the glyoxylic method using pontamine sky blue // Neurosci Behav Physiol. -1991. V. 21; №2. - P.117 - 118.

118. Sieck G.C., Cheung T.S., Blanco C.E. Diaphragm capillarity and oxidative capacity during postnatal development // J. Appl. Physiol. 1991. - V. 70; №1. - P. 103 -111.

119. Srere PA Citrate Synthase. In Methods in Enzymology (ed. Lowenstein JM) // New York: Academic Press. 1969. - P. 3 - 11.

120. Staron R.S., Pette D. Correlation between myofibrillar ATPase activity and myosin heavy chain composition in rabbit muscle fibers // Histochemistry. 1986. - V. 86; №1,-P. 19-23.

121. Stassen F.R., Maas R.G., Schiffers P.M., Janssen G.M., De Mey J.G. A positive and reversible relationship between adrenergic nerves and alpha-1A adrenoceptors in rat arteries // J Pharmacol Exp Ther. 1998. - V. 284; №1. - P. 399 - 405.

122. Sullivan V.K., Powers S.K., Criswell D.S., Turner N., Larochelle J.S., Lowenthal D. Myosin heavy chain composition in young and old rat skeletal muscle: effects of endurance exercise // J Appl Physiol. 1995. - V. 78; №6. - P. 2115 - 2120.

123. Sun D., Huang A., Koller A., Kaley G. Short-term daily exercise activity enhances endothelial NO synthesis in skeletal muscle arterioles of rats. // J Appl Physiol. 1994. -V. 76; №5.-P. 2241 -2247.

124. Suzuki J. Microvascular remodelling after endurance training with Co2+ treatment in the rat diaphragm and hind-leg muscles // Jpn J Physiol. 2002. - V. 52; №5.-P. 409-419.

125. Suzuki J., Kobayashi T., Uruma T., Koyama T. Time-course changes in arteriolar and venular portions of capillary in young treadmill-trained rats // Acta Physiol Scand. -2001.-V. 171; №1,-P. 77-86.

126. Tamaki N. Effect of endurance training on muscle fiber type composition and capillary supply in rat diaphragm // Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1987. - V. 56; №2.-P. 127-131.

127. Tarasiuk A., Scharf S.M., Miller M.J. Effect of chronic resistive loading on inspiratory muscles in rats // J Appl Physiol. 1991. - V. 70; №1. - P. 216 - 222.

128. Tarasiuk A., Segev Y. Chronic resistive airway loading reduces weight due to low serum IGF-1 in rats // Respir Physiol Neurobiol. 2005. - V. 145; №2-3. - P. 177 - 182.

129. Tarasova O., Sjoblom-Widfeldt N., Nilsson H. Transmitter characteristics of cutaneous, renal and skeletal muscle small arteries in the rat // Acta Physiol Scand. -2003. V. 177; №2. - P.157 - 166.

130. Termin A., Staron R.S., Pette D. Myosin heavy chain isoforms in histochemically defined fiber types of rat muscle // Histochemistry. 1989. - V. 92; №6. - P. 453 - 457.

131. Thijssen D.H., Rongen G.A., Smits P., Hopman M.T. Physical (in)activity and endothelium-derived constricting factors: overlooked adaptations // J Physiol. 2008. -V. 586; №2. -P. 319-324.

132. Thomas G.D., Hansen J., Victor R.G. Inhibition of alpha 2-adrenergic vasoconstriction during contraction of glycolytic, not oxidative, rat hindlimb muscle // Am J Physiol. 1994,- V. 266 (Pt 2); №3. - P. H920-H929.

133. Thomas G.D., Segal S.S. Neural control of muscle blood flow during exercise // J Appl Physiol. 2004. - V. 97; №2. - P. 731 - 738.

134. Toporsian M., Ward M.E. Hyporeactivity of rat diaphragmatic arterioles after explosure to hypoxia in vivo //Am J Respir Crit Care Med. 1997. - V. 156. - P. 1572 -1578.

135. Uribe J.M., Stump C.S., Tipton C.M., Fregosi R.F. Influence of exercise training on the oxidative capacity of rat abdominal muscles // Respir Physiol. 1992. - V. 88; №1-2.-P. 171 - 180.

136. Vanhoutte P.M. Endothelial adrenoceptors // J Cardiovasc Pharmacol. 2001. - V38; №5. - P. 796 - 808.

137. VanTeeffelen J.W., Segal S.S. Interaction between sympathetic nerve activation and muscle fibre contraction in resistance vessels of hamster retractor muscle // J. Physiol. 2003. - V. 550. - P. 563 - 574.

138. Victor R.G., Secher N.H., Lyson T., Mitchell J.H. Central command increases muscle sympathetic nerve activity during intense intermittent isometric exercise in humans//Circ. Res. 1995. - V.76. - P. 127-131.

139. Vincent H.K., Shanely R.A., Stewart D.J., Demirel H.A., Hamilton K.L., Ray A.D., Michlin C., Farkas G.A., Powers S.K. Adaptation of upper airway muscles to chronic endurance exercise // Am J Respir Crit Care Med. 2002. - V. 166. - P. 287 -293.

140. Vissing S.F., Scherrer U., Victor R.G. Differential control of sympathetic outflow to skin and skeletal muscle during static exercise Stimulation of skin sympathetic nerve discharge by central command // Circ. Res. 1991. - V.69. - P.228 - 238.

141. Vrabas I.S., Dodd S.L., Powers S.K., Hughes M., Coombes J., Fletcher L., Demirel H., Reid M.B. Endurance training reduces the rate of diaphragm fatigue in vitro // Med Sci Sports Exerc. 1999. - V. 31; № 11. - P. 1605 - 1612.

142. Ward M.E. Dilation of rat diaphragmatic arterioles by flow and hypoxia: roles of nitric oxide and prostaglandins // J Appl Physiol. 1999. - V. 86; №5. - P. 1644 - 1650.

143. Ward M.E. Effect of inhibition of nitric oxide synthesis on the diaphragmatic microvascular response to hypoxia // J Appl Physiol. 1996. - V. 81; №4. - P. 1633 -1641.

144. Weeks K.L., McMullen J.R. The athlete's heart vs. the failing heart: can signaling explain the two distinct outcomes? // Physiology (Bethesda). 2011. - V. 26; №2. - P. 97- 105.

145. Wisloff U, Helgerud J, Kemi OJ, Ellingsen O. Intensity-controlled treadmill running in rats: V02max and cardiac hypertrophy // Am J Physiol Heart Circ Physiol. -2001.-V. 280; №3. P. H1301 -H1310.

146. Wiist R.C., Gibbings S.L., Degens H. Fiber capillary supply related to fiber size and oxidative capacity in human and rat skeletal muscle // Adv Exp Med Biol. 2009. -V. 645.-P. 75- 80.

Информация о работе

Борзых, Анна Анатольевна
кандидата биологических наук
Москва, 2011
ВАК 03.03.01

Диссертация

Сравнительный анализ изменений мышечной ткани и артерий локомоторной и дыхательной мускулатуры крыс при физической тренировке с использованием разных способов задания нагрузки - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы