Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Транспорт кислорода и кровоснабжение скелетных мышц в онтогенезе

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Транспорт кислорода и кровоснабжение скелетных мышц в онтогенезе"

российская академия медицинских НАУК сибирское отделение институт физиологии

На правах рукописи УДК 612.13 : 612.26 : 612.6 : 612.791

БЕПИЧЕНКО ВИКТОР МИХАЙЛОВИЧ

ТРАНСПОРТ КИСЛОРОДА И КРОВОСНАБЖЕНИЕ СКЕЛЕТНЫХ МЬВД В ОНТОГЕНЕЗЕ

03.00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск - 1995

Работа выполнена в Институте физиологии СО РАМН

Научные руководители: доктор медицинских наук, профессор К.А.Шошенко, кандидат биологических наук В.И.Баранов

Официальные оппоненты: доктор биологических наук М.П.Мошкин, кандидат биологических наук Е.Я.Ткаченко

Ведущее учреждение - Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова

Защита отстоится "6 " (И/_1995 г.

в "/¿1' час. на заседании специализированного совета Д 001.14.01 при Институте физиологии СО РАМН по адресу: 630117 Новосибирск, ул. Академика Тимакова, 2, Институт физиологии СО РАМН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Инстута физиологии СО РАМН

Автореферат разослан " "_ 1995 г.

Ученый секретарь специализированного сов

кандидат биологических

Актуальность теш. Нормальное развитие организма воаможноГ при адекватном снабжении его клеток кислородом. Известно, например, что при нарушении доставки Ог У эмбриона замедляются анаболические процессы и в органах появляются структурные изменения (пороки развития), неблагоприятные для постнатальной жизни. Среди многочисленных исследований онтогенетического становления сердечно-сосудистой системы как системы приносящей 0z (Feinberg et al.,1991; Вашлапл, Meuer,1991; Burggren, Pinder,1991), чрезвычайно мало материалов, посвященных связи и взаимовлиянию кислородной потребности паренхиматозных клеток растущего органа и структурно-функциональных параметров кровеносной системы, определяющих их кровоснабжение. Обеспечение кислородной потребности органа зависит не только от притока его о капиллярной кровью, но и от проницаемости структур, отделяюпдах/кровь от клеточных митохондрий. Исследования последних лет Указывают, что проницаемость для О2 структур паренхиматозной клетки существенно меньше, чем интерсти-ция (O'Loughling et al.,1980; Jones, Kennedy,1986; Баранов и др.,1991; Al-Baldawi, Abercrombie,1992). Как меняется она во время онтогенеза неизвестно. Этот вопрос особенно важен для клеток, размер которых увеличивается в онтогенезе, например, для мышечных волокон. Остается неясным, какая из двух систем - приносящая О о или потребляющая его - является организующей в морфогенезе органа, а какая пластичной адаптирующейся. Возможно, они попеременно стимулируют развитие друг друга (Adair et al.,1990).

Скелетные .»ыгцц - важный объект онтогенетических исследований, т.к. они, составляя половину массы тела, потребляют примерно половину и более (при нагрузке) всего кислорода,- поступающего в организм. Поэтому онтогенетические изменения, происходящие в мышцах, в значительной степени, характеризуют онтогенетические изменения целого организма. Кроме того, скелетные мышцы - удобный объект исследования, т.к. среди них есть мышцы с высоким и низким Ог-запросом; первые состоят преимущественно из оксидативных волокон, вторые - из гликолитических.

В настоящее время остаются практически неисследованными в онтогенезе основные характеристики транспорта кислорода из капилляра в мышечные волокна, внутри волокна, и параметры их кровоснабжения.

Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования -на примере двух мышц кур леггорн, икроножной (преимущественно

-1-

красной с высоким Ог-залросом) и грудной (преимущественно белой с низким 02-запросом), установить взаимосвязь между параметрами транспорта 02 в волокна и параметрами их кровоснабжения в процессе онтогенетического развития теплокровного организма.

Для достижения этой цели на икроножной и грудной мышцах кур. Леггорн в.*их онтогенезе проводились:

1. измерения скорости потребления кислорода изолированными мышечными волокнами, критического напряжения кислорода на их поверхности и диаметра волокон. На основании полученных данных рассчитывался эффективный коэффициент диффузии 0& по поперечному срезу волокна.

2. измерения объемной скорости кровотока и анатомических параметров капиллярного русла в мышцах: длины, диаметра и плотности капилляров; сопоставлялись величины кровотока и анатомической проводимости капиллярного русла.

3. выявления количественных соотношений между параметрами транспорта кислорода в волокнах разных типов и параметрами их кровоснабжения .

Научная новиана полученных результатов.

1. 'Обнаружено, что ускоренный рост красных мышечных.волокон.по сравнению с белыми в пренатальный период сопровождается повышением в них удельной скорости потребления кислорода; это явление свидетельствует о .более раннем созревании красных волокон и значимости их функции в раннем возрасте.

2. Показано, что постнатальный рост скелетной мускулатуры и увеличение при этом поперечника мышечных волокон сопровождается в белых волокнах падением удельной скорости потребления и критического напряжения кислорода; в красных волокнах оба показателя сохраняются на относительно высоком уровне.

3. Обнаружено, что по мере онтогенетического увеличения диаметра |фасных и белых мышечных волокон (от 7,5 до 67 мкм) эффективный коэффициент диффузии Ог по поперечнику волокна значительно увеличивается, достигая у взрослых птиц величин в 15-20 раз меньших, чем ДОг в воде.

4. Показано, что различие в васкуляризации красных и белых мышечных волокон возникает в постнатальной жизни и по-мере роста птицы углубляется.

Теоретическое и практическое значение работы. Проведенные исследования углубляют современное понимание механизмов адекват-

-2-

ного кровоснабжения различных органов и структур в организме по мере их онтогенетического соаревания и дифференцировки. Они дополняют наши представления о кислородном запросе и васкуляризации мышечных волокон разных типов в связи с увеличением их размера. Результаты могут быть использованы для построения моделей и расс-четов при изучении, кровоснабжения и кислородоснабжения мышечных волокон, клеток и органов теплокровного.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Кислородный поток, адекватный соответствующему кислородному запросу мышечных волокон, при многократном увеличении их диаметра в процессе онтогенеза обеспечивается в основном за счет повышения коэффициента диффузии кислорода. При этом в постнаталькый период • критическое напряжение кислорода у волокон красной мышцы практически не изменяется и остается на сравнительно высоком уровне, а у волокон белой мыпшр падает.

2. Дифференцировка мышечных волокон (и скелетных мышц) по параметрам кровоснабжения в основном начинается в постнатальном периоде, тогда как параметры транспорта кислорода различаются в волокнах (и мышцах) уже со второй половины пренатального периода.

Апробация материалов диссертации. Материалы, вошеДЫие в диссертацию, докладывались на 15-й Конференции молодых ученых Института физиологии, Новосибирск, 1988; Всесоюзном совещании "Транспорт кислорода-и ангиоксидангные системы", Гродно,1989; Всесоюзном совещании "Гипоксия нагрузки, моделирование, прогнозирование, коррекция", Киев,1990; Всесоюзной конференции "Система микроциркуляции и гемокоагуляции в экстремальных условиях", Фрунзе,1990; Всесоюзной конференции "Фармакологическая коррекция гипоксических состояний", Гродно,1991; Семинаре-конференции "Регуляция энергетического баланса и энергетические основы жизни", Санкт-Петербург, 1993.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической главы, двух глав с описанием результатов исследования, главы "Обсуждение результатов" и выводов. В начале работы приведен список сокращений и размерностей. Работа иллюстрирована 5 таблицами, 15 рисунками и изложена на 133 страницах машинописного текста. Список литературы включает 242 наименования, в том числе 78 отечественных и 164 зарубежных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования Были проведены на 5-, 11-, 18-суточных куриных эмбрионах и 1-, &-, 20-, 60-суточных цыплятах и 6-месячных курах (Gallus Dornesticus) обоего псша (породы белый леггорн бройлерной линии хайсёкс белый, произведенные и выращенные на ГШВ "Новосибирский") .

Исследовались две мышцы: грудная и икроножная, состоящие у кур преимущественно из белых и красных волокон соответственно (Ogata, Mori,1964; Edman et al.,lS88). На указанных стадиях проводили следующие исследования.

I. На изолированных волокнах обеих мышц намеряли "in vitro" параметры транспорта кислорода: 1. р0<>крит. Смм рт.ст.] - критическое напряжение кислорода на поверхности волокон; 2. Wz С мл 0^/(мин •100г сырой массы)] - удельную скорость потребления кислорода при рО^крит..; 3. Дв [мкмЗ - средний диаметр волокон в пробе. По перечисленным параметрам рассчитывали эффективный коэффициент диффузии кислорода в волокне по формуле

ДОгэфф. Ссм2/с] =K-Rb2-ПОй/Окр.

II. На фиксированных в формалине посмертных препаратах мьшц находшш: 1. Дв. и dK. СмкмЗ - диаметры волокон и кровеносных капилляров; 2. Nb Смм-2] и Nk Смм-г] - плотности волокон и капилляров - их число на поперечном срезе мышцы; 3. L ЕмкмЗ - длину капилляров. По этим параметрам расчитывали капилляр-волоконное отношение К/В и отношение их суммарных периметров на 1 мм2 поперечного среза мышцы (поверхностный показатель- ППД), суммарное сечение капилляров в единице объема мышц (пропускная способность капиллярного русла для крови - ПС Сем-1]. При пересчете ПС на ЮОг сырой массы плотность мышц принималась равной 1,06 г/см3).

III. На наркотизированных курах в возрасте 1, 20, 60, 180 сут -в остром эксперименте измеряли в мышцах объемную скорость кровотока - ОСК [мл/(мин '100г ткани)]; частоту сокращений J ЧСС Суд./мин]; ректальную температуру.

Измерение параметров транспорта кислорода в мышечных волокнах проводили по ранее, описанной методике .(Шошенко, Баранов и др.,1984) на установке, действующей в лаборатории микроциркуляции. Волокна извлекали из размельченной и разволокненной мышцы на холоду путем вымывания в интенсивно перемешивающейся среде выде-

-4-

ления и помещали их в полярографическую герметичную ячейку с электродом Кларка. В качестве инкубационной среды использовали раствор Хенкса, предварительно уравновешенный с атмосферным воздухом и с добавлением сукцината натрия (0,01 М); рН раствора 7,4, температура 37,5 С°. Длительность инкубации волокон, включая период регистрации кривой ПОг(рОг), не превышала 30 мин. Массу навески определяли по завершении измерения, взвешивая осадок после центрифугирования содержимого кюветы при 900 g. У эмбрионов и од-носуточных идолят одну навеску (в пределах 40-200 мг) приготовляли из одноименных мышц нескольких особей. Диаметр инкубированных волокон находили под микроскопом в пробах суспензии, взятых до центрифугирования. Для вычисления ДОгэфф., характеризующего усредненную скорость диффузии 0-¿ в многокомпонентной структуре волокна, использовали формулу, полученную при условии равномерной плотности стоков Ог по объему волокна цилиндрической формы (Баранов, 1991).

Объемная скорость кровотока в мышцах измерялась общепринятым методом водородного клиренса (Демченко,1S76), основанном на определении скорости снижения концентраций На в ткани с кровотоком. Работу выполняли на экспериментальной установке, действующей в лаборатории микроциркуляцйи. Кривая клиренса в обеих мышцах регистрировалась одновременно. Измерительный электрод состоял из платиновой иглы длиной 2,5 мм и диаметром 200 мкм. Его погружали в мышцу на глубину до 3 мм и закрепляли на ее поверхности швом. Соляной мостик референтного хлорсеребряного электрода (тип ЗВЛ-1МЗ) подшивали подкожно в нижней части туловища; игольчатые электроды электрокардиографа для регистрации ЧСС закрепляли на коже. Подготовку к опыту и регистрацию данных проводили на наркотизированных птицах (барбамил натрия 50 мг/кг внутрибрюшинно предварительно и через каждые 30-60 мин в зависимости от возраста и состояния птицы). Период между окончанием операционной процедуры и началом регистрации Нг-клиренса длился около 30 мин. Насыщение тканей водородом проводили череа маску, наложенную на нос курицу, путем 15-20-секундных ингаляций до достижения 5-10-кратного превышения,фонового уровня. Регистрация клиренсной кривой длилась 20-40 мин. Повторную ингаляцию H-¿ и регистрацию клиренса осуществляли только после восстановления электродного тока до фонового уровня через 50-60 мин.

Плотность капилляров и волокон, их диаметр и длина капилляра

-5-

измерялись на срезах мышц, сосуды в которых посмертно были заполнены мелкодисперсной черной тушью в 10% желатине при 37-40 С°. Заполнение проводили сразу после забоя птиц (барбамил натрия) через восходящую аорту и бедренную артерию. Срезы толщиной 50-200 мкм приготавливали на замораживающем микротоме после фиксации мышц в водном растворе нейтрального формалина (5-10%). Для определения плотности волокон и капилляров использовали поперечные срезы мышц. У каждой птицу исследовалось по 10 участков в икроножной и грудной мышцах, в которых располагалось не менее 100 волокон, плотно прилегающих друг к другу. Диаметр волокна в каждом участке оценивали по формуле гДв^ мкм - 2 -С(5уч.-5к)/ Ив 11/2, где Буч. - площадь участка, Бк - площадь участка занятая поперечными срезами капилляров, № -число волокон на участке. Диаметр капилляров измеряли на поперечных срезах, используя окулярную шкалу с ценой деления 0,8 мкм. За длину капилляра принимался участок кровеносного русла, образованный самыми узкими для данной ткани сосудами, от места их ответвления до места слияния (Шошенко,1975) и измерялся на продольных срезах окулярной линейкой. Количество измеренных капилляров (по сЗк и Ь) и участков мышц (для Ык и Ыв) были, по возможности, одинаковы для каждой особи в каждой из двух мышц. Измерения проводили на микроскопе МБИ-3 при увеличениях от 100 до 700 в зависимости от размера мышечных волокон.

При статистической обработке находили среднюю арифметическую (х), ошибку средней (Бх). Достоверность различия групп оценивалась по критерию Стьюдента для малочисленных равно- и неравновеликих групп (Рокицкий,1973; Лакин,1973). Константы регрессионного уравнения, их стандартные ошибки и коэффициенты корреляции (г) находили при условии р<0,05.

результаты исследования и их обсуждение

За исследованный период развития курицы - от эмбриональных суток до 6-месячного возраста - средний диаметр волокон Дв в икроножной преимущественно красной и грудной преимущественно белой мышцах вырос почти одинаково, от 7,5 до 65-67 мкм, > табл.1. (В дальнейшем волокна из икроножной мышцы и саму мышцу будем называть красными, а волокна из грудной мыпшу и саму мышцу - белыми). Но скорость роста волокон различалась. Наиболее .высокий рост Дв наблюдался в красной мышце перед вылуплением, а в белой - после вылупления.

Параметры транспарта кислорода в изолированных мышечных волокнах икроножной и грудной мышц (габл.1)

ПО2 изолированных волокон в целом в пренатальный период выше, чем в постнатальный. Волокна, выделенные из красной мышцы, всегда имеют большее ПОг, чем волокна из белой. Если в качестве исходного уровня ПОг.для всех волокон использовать величину, измеренную у эмбрионов на 5-ые сутки, то последовательное падение ПОг, характерное для всего развивающегося организма, наблюдается только в белых волокнах. Исключение составляет короткий период, связанный с вылуплением и переходом на легочное дыхание цыпленка, в который общий газообмен также увеличивается (Хаскин, 1981). В красных волокнах мы видим некоторое повышение ПОг на 11- и 18-ые сутки эмбриогенеза, завершаемое его резким скачком в связи с вылуплением. На 8-ые сутки посгйатальной жизни в этих волокнах наблюдается достоверное по равнению с первыми сутками (р<0,ОТ1) снижение ПОг, однако в дальнейшем его уровень практически не меняется (рис.1). Более быстрый рост красных■волокон в эмбриональной жизни сопровождается и их большим увеличением Ог-запроса, что свидетельствует об ускоренной дифференцировке красных волокон в этот период. Подтверждением этому служат данные о резком увеличении активности окислительных ферментов в мышцах ноги (а не в

Рис.1. Потребление Ог изолированными волокнами икроножной (1) и грудной (2) мышц кур в онтогенезе, х+Зх (по табл.1). Здесь и далее по оси абсцисс приводится время от начала эмбриогенеза, который длится у кур 21 сут.

Таблица 1

Параметры транспорта кислорода в изолированных волокнах . красной (икроножной) и белой (грудной) мышц в онтогенезе кур, х + 5х

--1-,-1-:--I-;-;-

Возрастал волокна, мкм| Критическое | Потребление кислорода (Эффективный сутки (п)| | р0-2, мм рт.ст. | мл/(мин.100 г) |Д02.10"8,смг/с

J_1-:—-1

Эмбриональный период

5 (Б) Ткани зародыша 6,0 22+0,2 2,3+0,15 1,4

11 (7) К 7,5+0,10 22+1,4 2,7+0,25 2,7+0,32

Б 7,5+0,23 25+0,7 1,7+0,08** 1,4+0,10**

18 (7) К 12+0,4 32+2,7 2,9+0,31 4,8+0,38

Б 7,6+0,18*** 20+1,5** 1,6+0,07** 1,9+0,14***

Постнатальный период

1 (7) К 15+0,3 37+1,4 3,3+0,13 7,5+0,52

Б 8,0+0,25*** 24+1,4*** 2,1+0,12*** 2,2+0,20***

8 (?) к- 20+0,7 31+2,4 2,0+0,24 9,7+1,32

Б 15+1,5* 13+1,2*** 1,2+0,18* 7,6+1,25

60 (7) К 44+1,2 37+2,7 2,3+0,13 48+3,5

Б 43+0,5 7,1+0,59*** 0,43+0,047*** 42+5,2

180 (7) К 67+0,7 33+2,9 1,8+0,12 90+6,0

Б 67+0,4 7,7+0,84*** 0,43+0,050*** 95+12,0

Примечания, п -число опытов. У 5-суточных эмбрионов Д волокна принят равным 6 мкм. Достоверность различия между красными (К) и белыми (В) волокнами в каждой возрастной группе, р<0,05 (*); р<0,01(**); р<0,001(***).

-1-1-1 I I I I I I-1-1—I I I I I I i-1-1—у

I 10 20 50 100 200 сут

Рис.2. Критическое напряжение 02 на поверхности изолированных волокон икроножной (1) и грудной (2) мышц кур в онтогенезе, x+Sx (по табл.1).

грудных мышцах) кур к концу эмбриогенеза (Barnes,1985).

При р02 в среде выше критического уровня скорость дыхания мышечных волокон птиц изменяется незначительно; ниже рОгкрит. падает, становясь зависимой от рОг- При рОгкрит. через траншу "среда - волокно" переносится такое количество 0г, которое удовлетворяет оксидативным потребностям волокна. На стадии 11-е эмбриональные сутки рОгкриг. тканей, из которых формируются красные и белые волокна, значимо не отличаются друг от друга и от рОгкрит. для кусочков тканей 5-суточного эмбриона (рис.2). В дальнейшем в красных волокнах наблюдается увеличение рОгкрит. и его стабилизация на уровне 30-35 мм рт.ст., начиная с 18 суток эмбриогенеза. В белых волокнах рОгкрит. вначале сохраняется в неизменных пределах (около 20 мм рт.ст.), ас началом постнатальной жизни снижается и стабилизируется у 2-месячньк птиц на уровне 7 мм рт.ст.

На протяжении всего нашего исследования наблюдается выраженная связь между рОокрит. и удельным ГОа (коэффициент корреляции для волокон обеих мышц 0,84).

Эффективный ДОг, характеризующий сопротивление структур волокна кислородному потоку за период нашего наблюдения возрастает примерно в 60 раз при 10-кратном увеличении Дв волокна (рис.3)

-9-

ТАБЛИЦА 2.

Параметры взокуляризации красной икроножной (К) и белой грудной (Б) мышц курицы в онтогенезе, х+Зх

Воараст,сутки 1 1 |18 эмбрион П=601 1 п=50 | 11 ----- " " "1 20 п=60 | [ 60 п=50 | 180 п-60

(число особей) 1 (3) 1 1 1 (5) I 1 (4) I ! (5) | 1 1 ! (3)

Параметры

Нк, мм-2 К 1953+137 2177+95 996+36*** 1051+36 660+18***

Б" 2228+110 2457+133 951+40*** 536+3?*** 366+12***

Ив, мм~г К 10400+490 6558+161*** 2106+63*** 876+20*** 320+6***

Б 15422+198 18054+499*** 5247+156*** 1023+28*** 433+7***

Мк/№ К 0,19+0,003 0,33+0,017*** 0,49+0,017*** 1,2+0,05*** 2,1+0,06***

Б 0,15+0,007 0,14+0,008 0,19+0,009*** 0,52+0,027*** 0,81+0,027***

с1к, К 5,6+0,13 5,2+0,12* 6,3+0,14*** 6,2+0,14 7,3+0,11***

мкм Б 6,3+0,17 5,4+0,12*** 6,2+0,15*** 7,1+0,17*** 6,8+0,13

Дв, К 11+0,4 14+0,2*** 25+0,4*** 39+0,6*** 63+0,6***

мкм Б 8,8+0,06 8,1+0,18*** 16+0,2*** 36+0,5*** 54+0,5***

ПП, X К 9,5+0,53 13+0,6*** 12+0,4 20+0,7*** 24+0,7***

В 10+0,5 8,9+0,46 7,4+0,29** 10+0,6*** 10+0,3

ь, К 156+5 240+15*** 306+11*** 344+14* 318+13

мкм Б 176+10 208+10* 514+29*** 566+25 630+28

Примечание: Мк и Ив -. поверхностная плотность капилляров и волокон; с1к,Дв- диаметры капилляра и волокна, Ь -длина капилляра , ПП - поверхностный показатель (NK.dK/NE.Дв); п: для (Зк и Ь -число капилляров, для остальных показателей - число участков в мышцах. Приведены возрастные различия показателей по сравнению с предшествующим возрастом, р<0,05 (*); р<0,01 (**)*, р<0,001(***).

Рис.3. Эффективный коэффициент диффузии О1 в волокнах икроножной (1) и грудной (2) мышцах в зависимости от -диаметра волокна у кур в онтогенезе, х+Бх (по табл.1).

Но и у взрослых птиц величина ДОгзфф. остается заметно ниже, чем тот же показатель в воде при 38 С0 (2,4 • 1СГ5 см2/с, БиЬсгхпБку,• Нус1е,1984). Значения ДОгзфф., ' полученные нами у взрослых кур, близки к ДО^эфф. в мьшочтк волокнах хариуса, крысы, тюленя -(0,9-1,8) -10"6 смг/с (Баранов,1989).

Васкуляризация и кровоснабжение икроножной и грудной мышц.

Плотность капилляров сличается в икроножной и грудной мышцах курицы по мере увеличения массы тела (массы мышц и геометрических размеров скелетных волокон) (табл.2). Это снижение более выражено в белой мышце, чем в красной. Так, по сравнению с 18-суточными эмбрионами Ык изменился у 2- и 6-месячных кур в белой мышце в 4,3 и 6,3 раза, в грудной в 1,9 и 3,1 раза, соответственно. Заметим, что этот показатель начинает различаться между мышцами только в посгнатальной жизни.

Снижение № меньше, чем если бы оно происходило только за счет утолщения мышечных волокон. Например, за 6 месяцев жизни поперечник волокон в грудной мышце, в среднем, увеличился на 52 мкм (в 7 раз). Однако расстояние между капиллярами (оно рассчитывалось по формуле (1ммг/Ык)1/2 увеличилось меньше, на 32 мкм. Для икроножной мышцы расхождение этих^величин еще больше: 52 и 18 мкм. По мере утолщения волокна число капилляров, окружавших его,

-10-

растет. К/В увеличивается в мышцах в онтогенезе курицы, будучи всегда больше в икроножной мышце. При этом доля внешней мембраны волокна, равная периметру окружающих волокно капилляров (показатель ПП), в белом волокне сохраняется неизменной (около 10%), а в красном - растет до 24%. Возможно, это обусловлено транспортными нуждами волокна и служит отражением каких-то. важных структурно-функциональных взаимоотношений капилляра и волокна.

Диаметр кровеносного капилляра меняется незначительно в процессе развития и роста птицы. Лишь у взрослых особей капилляр становится несколько шире. Значимых различий <3к между мышцами не обнаружено (табл. '2).

Средняя длина одного капилляра также увеличивается в мышцах растущей птицы, . особенно в белой мышце. Наиболее резкое удлинне-ние капилляра происходит в эмбриональном и молодом возрасте. В период от 18 сут эмбриогенеза до 20 сут постнатальной жизни Ь ежесуточно увеличивается в красной мышце на 6,6 мкм," в белой - на 14,7 мкм. В последующие 40 сут средняя скорость увеличения Ь составляет 0,9 (икроножная) и 2,2 (грудная) мкм/сут., а затем она резко падает. В целом, в красной мышце формируется капиллярное русло с более короткими капиллярами, чем в белой.

Измерение объемной скорости кровотока проводили в постна-тальный период, когда происходят заметные и неодинаковые в белой и красной мышцах изменения плотности и длины.капилляров (рис.4). ОСК в обеих мышцах снижается с 1-х суток после вылупления до 2-месячного возраста, после чего остается почти без изменений в красной мышце и продолжает медленно снижаться в белой. Общее снижение ОСК за 6 мес постнатальной жизни более заметно в грудной мышце, чем в икроножной (3,2 и 2,3 раза).

Отношение П02 и ОСК (уравнение Фика) показывает органную артерио-венозную разницу 0% (АВОг). Согласно ему расчетная АВОг на ранних стадиях развития, "когда ПОг и ОСК в мышцах не различаются, равняется 9%. В процессе роста она падает в грудной мышце и увеличиваетря в икроножной и у 6-месячных кур равняется 4% и 15% соответственно. Повышение АВОг в процессе онтогенетического созревания означает, что возможности анатомической структуры капиллярного русла обеспечить транспорт Ог в мышце использованы полностью. В то же время кровоснабжение грудной мышцы избыточно для условий покоя.

Интересно, что разнонаправленные онтогенетические изменения

-12-

Рис.4. Потребление кислорода изолированных волокон икронож- ■• ной (1) и грудной (2) мышц и объемная скорость кровотока в. этих мышцах в постнаташном онтогенезе у кур, x+Sx.

АВОг в мышцах сопровождаются однонаправленными изменениями длины капилляра. L увеличивается в обеих мышцах, причем, больше в белой, в которой, согласно нашим расчетам, АВОг падает.

Заметим, что к расчетной АВО^ следует относиться о осторожностью, т.к. она справедлива при условии, что скорость дыхания, волокон в опытах in vitro близка к скорости дыхания* волокон у птицы in vivo в тех условиях, в. которых измерялась ОСК (двигательный покой, наркоз). Можно привлечь лишь косвенное свидетельство в пользу этого. Так, ПОг волокнами сравнительно.белых мышц (в нашем случае грудной мышцы), составляющих основную мышечную массу курицы, ниже ПОг всей птицы в условиях ее двигательного покоя: 3,7 у 10-суточных и 1,5 мл/ (мин.100г) у 70-суточных кур (Орлов,1970).

В процессе онтогенеза в обеих мышцах вместе с понижением ОСК снижается ¿уммарное сечение капилляров в единице объема мышцы (пропускная способность), (рис.5). Существует прямая корреляция между изменением ОСК и ПС: г 0,987 и 0,996 в грудной и икроножной соответственно. Судя по рис.5, ПС в красной мышце прямо пропорциональна ОСК. В онтогенезе в белой мышце ПС умньшается значительнее, чем ОСК, что вызвано ускоренным разрежением капиллярного русла в этой мышце.

оси,

млДыинЛООг)

Ii.

20

10

250 ПС,1, см2/!

О

50

150

'с

Рис. Б'. Объемная скорость кровотока и пропускная способность капилляров в икроножной (1) и грудной (2) мышцах в постнатальном онтогенезе у кур, x+Sx.

Средняя линейная скорость кровотока в капиллярах, полученная при делении ОСК на ПС, оказалась очень низкой: у суточных и 6-месячных особей она равнялась в икроножной мышце 2? и 26 мкм/с, в грудной 15 и 100 мкм/с. Одна из возможных причин этого - заниженная величина ОСК из-за травмы мышцы при введении в него измерительного электрода. При большей плотности капилляров, которая имеет место в красной мышце и у маленьких особей, эта травма может быть больше. Другая возможная причина - завышенный диаметр капилляров, просвет которых может быть растянут в процессе наливки краски. Однако даже с учетом этих погрешностей расчетная V врядли достигнет реальных величин. Так, у наркотизированных 4-?-недельных цыплят белый Леггорн средняя скорость капиллярного кровотока в красных пучках широчайшей мышцы спины равнялась 560, а в белых 340 мкм/с (Klabunde, Johnson,1980). Поэтому следует думать, что в скелетных мышцах кур, особенно на ранних стадиях развития, не все капилляры функционируют одновременно, возможно их попеременное участие в кровотоке.

Удельная потребность■в кислороде различается между волокнами у 11-суточных и, тем более, у 18-суточных эмбрионов. При этом объемная плотность капилляров в красной и белой мышцах остается одинаковой: 12519 и 12659 в 1 мм3 у 18-суточных эмбрионов. На

Рис.6. Потребление Ог изолированными волокнами икроножной (1) и грудной (2) мышц и пропускная способность капилляров в этих мышцах у кур в онтогенезе, х+Бх (по табл.1 и 2).

протяжении дальнейшей жизни в обеих мышцах наблюдается связь между снижением удельного ПОг и снижением объемной плотности капилляров и их пропускной способности: на каждое снижение ПО2, равное 1 мл/(мин.100 г), в той и другой мышцах примерно одинаково падает ПС: в грудной мышце на 330, в икроножной на 270 см2/100 г (рис.6).

Следовательно, в постнатальном онтогенезе кур существуют механизмы, обеспечивающие строгую связь между кислородной потребностью мышечных волокон в покое и пропускной способностью имеющихся в мышце капилляров. На более ранних стадиях онтогенеза такой связи может и не быть.

ВЫВОДЫ

1. В процессе онтогенетического формирования скелетной мускулатуры кур происходит более раннее формирование красных (окси-дативных) волокон: об этом свидетельствуют их ускоренный рост (утолщение) в пренатальный период, сопровождающийся повышением удельного потребления кислЬрода. Наибольшая скорость роста белых (гликолитических) волокон наблюдается в первые дни после вылупле-ния птенцов.

2. Постнагальный рост мышечных волокон-сопровождается в бе-

-15-

лых волокнах снижением удельной скорости потребления и критического напряжения кислорода, в красных волокнах эти показатели слабо меняются и остаются близкими к начальному сравнительно высокому уровню.

3. В ходе онтогенеза увеличивается эффективный коэффициент диффузии кислорода внутри волокна; это увеличение не зависит от типа волокна, а связано, в основном, с увеличением квадрата его диаметра. У взрослых птиц элективный коэффициент диффузии Ог остается в 15-20 раз ниже, чем ДОгэфф. в воде.

4. Различие красных и белых мышц по анатомическим параметрам их васкуляризации (длина капилляра, их плотность и суммарное сечение в единице объема, соотношение числа и периметров капилляров и волокон) проявляется только после вылупления; по мере роста птицы различие мышц увеличивается из-за более значительных изменений в капиллярном русле белой мышцы (заметнее снижается плотность капилляров и увеличивается их длина).

5. Объемная скорость кровотока в мышцах в постнатальной жизни снижается: больше - в грудной и меньше - в икроножной.

6. Аргерио-венозная разница Ог, рассчитанная по величинам удельного потребления Ог волокнами красной и белой мышц и объемной скорости кровотока в этих мышцах, разнонаправленно изменяется а постнатальном онтогенезе: падает в белой мышце и увеличивается в красной; у 6-месячных кур она составляет 4% и 15% соотвественно.

7. В постнатальной жизни имеется строгая связь между величиной удельного потребления 02 волокнами in vitro и пропускной способностью существующих в мышце капилляров. При снижении ПО2 на 1 мл/(мин -100 г) ПС снижается в мышцах на 270 (икроножная красная) - 330 см2/100 г (грудная белая).

СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Беличенко В.М. Изучение параметров транспорта Ог в красных и белых волокнах скелетных мышц курипу в онтогенезе. // Молодые ученые-медики - науке и практическому здравоохранению: Тез. докл. конференции молодых ученых СО АМН СССР. - Новосибирск, 1989. - С.3-4.

2.Баранов В.И., Беличенко В.М. Параметры транспорта кислорода в мышечное волокно в процессе эмбриогенеза и роста кур. // Система микроциркуляции и гемокоагуляции в экстремальных условиях: Тез. докл. II Всесоюзной конференции. - Фрунзе: Илим, 1990,

-16-

С.35-36.

3. Баранов В.И., Беличенко В.М., Шошенко К.А. Критическое напряжение кислорода на поверхности скелетных мышечных волокон в системе in vitro. // Сосудисто-тканевые отношения при гипоксии. -Нижний Новгород, 1991, С.21-25.

4. Баранов В.И., Величенко В.М. Критические напряжения и потребление кислорода "красными" и "белыми" мышечными волокнами некоторых позвоночных. // Фармакологическая коррекция гипоксичес-ких состояний. - Гродно, 1991, С.44-45.

5. Баранов В.И., Беличенко В.М., Шошенко К.А. Коэффициент диффузии кислорода в изолированных скелетных волокнах. // Физиол. журн. СССР,им. И.М. Сеченова, 1991, Т.77, N7, С.29-34.

6. Баранов В.И., Беличенко В.М. Нг-клиренс с электрохимической генерацией водорода. // В кн.: Методы исследования массопере-носа в системе микроциркуляции // отв. ред. Шошенко К.А. - Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1991, С.15-21.

7. Баранов В.И., Беличенко В.М., Шошенко К.А. Критическое р02 и потребность в Ог различных мышечных волокон // Проблемы са-ногенного и патогенного эффектов экологических воздействий на внутреннюю среду организма: Тез. докл. - Чолпон-Ата. Киргистан, 1993, С.29-30.

8. Беличенко В.М., Баранов В.И. Кислородный запрос волокон красных и белых скелетных милц в онтогенезе кур У/ "Дети и олимпийское движение". Материалы симпозиума детской Сибириады-93 5-7 июля 1993 г.: Тез. докл. - Новосибирск, 1993, С.19-20.

9. Беличенко В.М., Бараков В.И. Кровоснабжение красной и белой скелетных мышц в онтогенезе // "Дети и олимпийское.движение". Материалы симпозиума детской Сибириады-93 5-7 июля 1993 г.: Тез. докл. - Новосибирск, 1993, С.20.

10. Беличенко В.М.. Шошенко К.А. Кровоснабжение скелетных мышц в связи с их кислородным запросом в онтогенезе кур // Физиол. журн. им. И.М. Сеченова, 1995, N6, (принято в печать).

Зак. М Тир. /СО Формат 60x841/i6. Бумага офсетная № 1.

Тип. СО РАМН, г. Новосибирск, ул. Ак. Тимакова, 9, 1995 г.