Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Влияние денервации и некоторых физико-химических факторов на сокращение скелетных мышечных волокон лягушки
ВАК РФ 03.00.13, Физиология
Автореферат диссертации по теме "Влияние денервации и некоторых физико-химических факторов на сокращение скелетных мышечных волокон лягушки"
¡21291'
имайлзосгъ аообооАоасш схзотааооь п.&олого&аглои ьоь.зггьог.ччгооь
ОбЬйП^Х)
ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ имени И.С.БЕРИТАШВИЛИ АКАДЕМИИ НАУК ГРУЗИИ
Ьэч£ о^дйпЬ эз^ойпсо На правах рукописи
табойзооппьо то ъпаооАою еггьолч-стапзАО еммчйоь абзедво &С>УдЬС1Ь ЛПбвЬОЬ ЗЗбОЮЬ оЗЗЗЗоЗОЪО
03.00.13 - о^оЭпобпОо) со (зЬпзо(^ск> до^гот^п^оо
ВЛИЯНИЕ ДЕНЕРВАЦШ И НЕКОТОРЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
НА СОКРАЩЕНИЕ СКЕЛЕТНЫХ ШШЕЧШХ ВОЛОКОН ЛЯГУШКИ
03.00.13 - Физиология человека и животных
¿дйпйозойобп
Ьйвой^-пдЛр) ЬййоЬЬоЬ бпЬоЗпддЬ^ос? /бЗ(^6пдРтдс;п апЬЬобо5оЬ ЬоЬпо/ Автореферат диссертация на соискание ученой степени Коидидата биологических наук
(в форме научного доклада)
Бо^пеуЛ побаоЪпЬ <Эд ПбП^бГ) ОНИАНИ Николай ТенгнзоЕИч
о>5ос;пЬп - 1991
Тбилиси - 1991
Работа выполнена в отделе радиобиологии Института физиология имени И.С.Беритапшили АН Грузии.
Научный руководитель
член-корреспондент АН Грузии, доктор медицинских наук, профессор К.Ш.НАДАРЕЯШВШШ
Официальные оппоненты
академик АН Грузии, доктор биологических наук, профессор ЗААЛИШВИЛИ М.М.
доктор биологических наук, профессор БЕКАЯ Г.Л.
Ведущая организация - ЦНИЛ при Тбилисском институте усовершенствования ЕрачеЛ.
Защита диссертации состоится > У**?4'. 1991 г.
часов на заседании Специализированного совета Д 007.0Э.01 при Институте физиологии имени И.С.Беритапшили АН Грузии по адресу: 380060, Тбилиси, ул. Готуа, 14.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии имени И.С.Беритапшили АН Грузии.^-
Автореферат разослан
1991 г.
Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат биологических наук
н.Г.БУКИА
'Штнш;
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ уальность темы. Интегративная деятельность мозга среди мно-
гих функций Еклотает и регулирующее влияние на периферическое звено цвигательной системы. В последнее время появилось большое количество работ /Волков Е.М..Полетаев Г.И.,1988; Quth 1969; Suthnann E.,
[976,1977;McArdle J. J., IS83; Ochn 3., 1974 и др./. e которых анализируется влияние нервной системы на свойства и функции скелетных лышц. Нервная система на скелетные мыацы мохет елиять: через нервную 1мпульсацию, с помощью которой запускается и поддерживается деятель-joe состояние мышцы; через выделение из нервных окончаний квантового 5 неквантового медиатора шетилхолина (АХ) и через Еыделение из нер-зных окончаний т.н. нейротрофических веществ переносимых ортоградным шсоплазиатическим транспортом /Волков Е.М. .Полетаев Г.И.,1988/. Од-1нм из путей изучения влияния нервной системы на мышечные Еолокна твляется применение метода дёнерЕации, которая осуществляется главным збразом перерезкой нервных волокон инерЕирутащих скелетные мышцы 1 Qutmonn Е., 1976/. Выяснено, что денерЕацяя изменяет как сеойст-щ поверхностей плазматической мембраны(ППМ), так и сократительные зпособности скелетной мышцы /Наследов Г.А.,1981,1988; Sutnann е., :Э76;1977; íCotsias В.A. et al. J984 а, б и др./. В настоящее время бо-tee или менее полно установлено, что е изменении свойств ПШД мышеч-юго волокна в ходе денервацяя ключевую роль сыграет прекращение !лияния неиротрофических веществ /Волков Е.М..Полетаев Г.И., 1988/. [то касается яе причин изменения сократительной способности скелет-шй мышцы лягушки, происходящих при денервации, определенного отве-'а на этот вопрос на данном этапе не имеется.
Для понимания денерЕацяонного синдрома Еа^ное значение имеет шаняе тонких механизмов мембрано-мяофябрилярного взаимоотношения, [езащего е основе функционирования электромеханического сопряжения ЕМС) е скелетной мыхце. Это является необходимым и для выяснения юкализациа тех изменений во Енутриклеточной организации мышечных олокон, которые наступают в результате более или менее длительной .енорвацяи. Немаловажным является и разграничение тех ^зменени" юкратат'ельной способности мышечных еолокон, которые могут развиться, с одной стороны в результате бездеятельности, а, с другой, в ¡езультате прекращения влияния различных веществ, выделяемых из нер-ных окончаний на мышечте волокна.
Вместе с тем, за последнее время для понимания тонких механизмов ЭЫС, а также для выяснения лабильности и резистентности различных звеньев этой сложной системы широко изучается Елияние различных факторов модифицирующий сократительный процесс в мышцах /Ebaahi 8., I9V6;3andow A., I965;Zachar J.,1971 и др./. Одним из факторов модифицирующих сократительный процесс является именно денервация, о механизме воздействия которого до сих пор нет однозначного ответа /На-СледэЕ Г.А.,1981,1988; Kiku-Xrt T. I964;Kisby A.O.et alI973;Kotoiao 3.A.ct al., 1984 a,6; Liudley B.D.et al.I973; Stuesse 3.0..Liudley 3.D., 1975 а,б; и др/. Другим фактором модифицирующим сократительный процесс скелетной мышцы и широко применяемым в экспериментах, является повышение осмотического давления инкубационной среды о механизме влияния которого также нет однозначного ответа /Пак А.Д.,Есы-рев ОА,,ШО{ Пак А.Д. И др. ,1982; Anderoon К.Е., ig73;Ca?uto 0., 1966,1968; Gordon A.M. ,Godt R.E-I970; tlomBher E.et al.I974; LUnnerg-ren J.,Moth J., 1973; Miamoto H.,Hubbard J. 1972 и др./. Примечательно и то, что по характеру воздействие гипертонических растворов Ео многом схож на влияние денервации, так как оба фактора вызывают угнетение сокращения скелетной мышцы е ответ на деполяризации ППМ / Andornori К.Е. 1973; Gordon A.M. ,Godt H. 1970; Kiku-Iri Г., 1964; Kotsiaa B.A.ot al. 1984 а,б/. Следовательно, изучение влияния денер-Еации, а также некоторых физико-химических факторов модифицирующих сократительный процесс мышечных волокон является актуальным не только в свете выяснения характера регулирующего влияния нервной системы на периферическое звено нервного аппарата, но и е свете изучения организации и функционирования внутриклеточных механизмов, обеспечива'о-щих реализации ЭМС в мышечных Еолокнах. Актуальность этих исследований определяется и тем обстоятельством, что данные, полученные на мышечных волокнах, во многом создают основу для общего представления о природе и функции механизмов внутриклеточной сигнализации в целом.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение двух проблем:
1. Влияния нервной системы на скелетные мышш лягушки (Используя для этой цели метод денервации);
2. Влияния некоторых факторов (в том числе и денервации) модифицирующих сократительный процесс на скелетные мышцы лягушки.
Для решения указанных проблем были поставлены следующие конкретные задачи:
- изучение продолжительности срока денервации на сокращения
скелетной (фазной) мышцы лягушки в ответ как на электрическое раздражение, так и на воздействие кофеина;
- изучение елияния продолжительности срока донерзвдял на мокрый и сухой вес скелетной гяагцч;
- язучонпе влияния предварительного тетанического раздражения ка одиночные сокращения .пнервирзванпой а денерварованкой скелетной мышцы;
- азучонао влляная дэрхлорат-анйопа (СЮр на одиночные сок-ргаенпя анервпроЕашюй а денервярованной глиппш;
- изучение влияния различных доз кофеина на .«нервированные и донорвированные ишш;
- изучение влияния продолгхлтелыюста срока денерзации ка белковый состав, на АТФазнуп активность а на скорость суперпрэщшптадяп (СПП) киозпна Б, полученного дз скелетных мышц лягушки;
- изучение влиянся гипертонических растворов но сокращение скелетной мышцы как в ответ'на электрическое раздражение, так и на воздействие кофеина;
- изучение влияния СЮ^ на одиночные сокращения скелетной мышцы при воздействии на них гипертонических растворов.
Научная новизна результатов доследования. Полученные лама экспериментальные данные дают возможность болео глубоко вникнуть в зптямныо внутриклеточные механизмы, осуществляющие ЗЧС в скелетных мышечных волокнах в определить механизмы регулирующего влияния на нвх нерЕной системы.
Нами было впервые показано, что угнетение одиночных сокращений зависит от истощения нервно-мышечной передача (НМЛ) в денерва-ровакной сколотной мышце лягушка.
Высказано предположение, что причиной угнетения одиночных сокращений долш-ю являться прекращение влияния неиротрофических Есществ после дегенерации нервных волокон в донервированной скелетной мышце.
Намч били гпервке получены данные о том, что потепцпация кофеиновой контрактуры денерварованной >,шшцы по сравнена® с контрактурой анерзированной мылщы но зависит от истощения КИП а что этот процесс начинается с 8 дня после денервации.
Высказано предполонение, что причиной потенцаации кофеиновой контрактуры донорвироваиной мышцы является прекращение влияния нервной ш,¡пульсации а обусловленное этим бездеятельное состояние шипи после перерезки двигательного нерва.
Впервые было показано, что е определенных условиях могут изменяться сократительные способности (выявленные под воздействием кофея на) инервироЕанных мышц после денервации симметричных им скелетных мышц. Предполагается, что причиной этого является процесс хроматолиза в мотонейронах, которые контролировали денервированные скелетные мышцы.
Было показано, что белковый состав, АТФазная активность и ССП миозина В не меняется даже после месячного срока денервации скелетных мышц лягушки.
Нами впервые было показано, что СЮ^ мозет частично или полностью предотвращать угнетающее влияние гипертонических растворов на одиночные сокращения скелетной мышцы лягушки.
Нами было показано, что кофеиновые контрактуры скелетной мышцы в гипертонических растворах потенцируются по сравнения с контра» турами в нормальном растворе Рингера и что параметры кофеиновых ко* трактур эасисят от продолжительности инкубации шив в гипертонических растворах.
На основе собственных экспериментальных данных впервые однозначно было определено, что в гипертонических растворах причиной угнетения сокращения в этевт на электрическое раздражение является нарушение ЭЫС в мышечных волокнах.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Денервация угнетает одиночные сокращения скелетной мышцы лягушки и этот процесс зависит от истощения НМЛ в денервярованной мышце. Тетанические сокращения инервированной и денервироЕанной мь шцы не отличаются друг от друга по амплитуде.
2. Предварительное тетаническое раздражение и СЮ^ потенцирз ют одиночные сокращения обеих мышц, причем степень потвнциации вы: в денерЕированных, чем в инервироЕанных мышцах.
3. Денервация потенцирует кодеиновые контрактуры скелетных мышц и этот процесс не зависит от истощения НМЛ в денервированной мышце. Нотенциация кофеиноЕой контрактуры выявляется с 8 дня поел денервации.
4. Денервация скелетной мышцы в определенных условиях Елияе на сократительный отеот симметричной ей инервированной мышцы при воздействии кофеина.
5. При денервации происходит снижение мокрого Ееса скелетной мышцы, тогда как сухой вес остается неизменным.
6. Денервация не изменяет белковый состав, АТФазнул активна и ССП миозина В, полученного из скелетной мышцы лягушки.
7. Гипертонические растворы угнетачт одиночные и тетанические сокращения скелетной мышцы лягушки.
8. СЮ^ частично или полностью предотвращает угнетающее влияние гипертонических растворов на одиночные сокращения скелетной мыш-ды.
9. Гипертонические растворы потрнцируит кодеиновые контрактуры скелетной мышцы относительно контрактуры в нормальном растворе 'ингера и характер потенциями зависит от продолжительности инкубами мыщы в гипертоническом растЕоре.
Теоретическое и практическое значение работы. Работа относится к числу фундаментальных исследований. Полученные данные о влиянии ^нервации и некоторых факторзЕ модифицирующих сократительный прочее на скелетных мышцах расширяет наши представления как о регулирующем влиянии нерЕной системы на скелетные шины, так и об интим-шх механизмах, обеспечивающих ЗМС в скелетных мышечных волокнах, 'озультати исследования могут быть включены в лекционные курсы по физиологии в ВУЗах медико-биологического профиля.
Изучение механизмов денервационного синдрома в скелетных мыщ-1ах кроме теоретического, имеет и практическое значение для клини-:еской медицины. В частности, на основе анализа полученных экспери-¡ентальных данных мо.т.но создать правильное представление о причинах лда клинических заболеваний нерЕно-мышечной системы, таких, как яостения, параличи двигательной системы различного характера и др.
Апробация. Результаты исследования были доложены на: 1У рсе-огазной межуниверситетской конференции по "Биологии клетки" (Тбили-я, 1985); Всесоюзной конференции, посЕЯщенной 100-летию со дня роя-ения акад. И.С.Берятанвили "Современные проблемы физиологии нервно!* мышечной систем" (Тбилиси, 1985); У конференции молодых физиологов акавказья (Баку, 1985); Всесоюзной конференции, посвященной 50-ле-й-о Института физиологии им. И.С.Бериташвили АН Грузии "Современные роблемы нейроблологид" (Тбилиси, 1986); УП Всесоюзном симпозиуме Биофизика и биохимия биологической подвизности" (Пущино-на-Оке, 387); на заседании общества физиологов Грузии (Тбилиси, 1987).
Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 14 зботах.
МЕТОДЫ ИССЛНЦОВАШ
Опыты проводились на скелетных мышцах лягушки B&na ridibunda Общее количество животных, использоганных в опытах равнялось 216; из них были оперированы 186. Лягушки хранились в бытовом холодильнике при температуре 2-5°С (I группа), 8-Ю°С (П группа) или при комнатной температуре 20-25°С (Ш группа). Денервашш одной задней конечности лягушки проводили под легким эфирным наркозом /К1гЪу A.O.ct al., 1973/. Опыты ставились на инервированных и денарвирован-ных целых портняхних мышцах лягушки. Для отого прорезалось поясничное сплетение на одной стороне. Мышцы второй конечности служили контролем. Опыты на донерваровашшх мышцах проводили через 3-47 дней после перерезка нерва. Угнетение норвно-мышочноЕ передачи (ffi.31) после денерЕации мышцы определялось сокращением кшцы в ответ на раздражение дистальяого конца перерозалного нерва перед изолированаом тестируемой мышцы. Потом изолированную шину помещали в специальной камзре.
Мышцу раздракали прямоугольными импульсами с помощью хлор-сорабряных электродов. Амплитуда импульсов, применяемых в оксперл-мептах в полтора раза превышала амплитуду импульсов, которое требовались для получения максимального одиночного сокращения мзгащы. Длительность импульсов равнялась 1-2 ко. Раздражающие электроды прикладывались к настольному концу портняаной шащы лягушки, которые фактически не содоркат окончаний нервного волокна /Лоиава А., 1936/.
Регистрация сокращения проводилась в изотоническом реапио. При регистрации сокращения мышца перемещала гранатовый стераеаь, пс груженный в ртуть, что меняло выходной сигнал датчика.
Обычно мышцы помещали в растворе Рингара, ко в отдельных сериях опытое, е зависимости от цели, приходилось менять концентрат» того или иного вона. В основном применялись следующие инкубационные растворы:
а) нормальный раствор Рянгера: Na Ol - 115 näh, KCl - 2,5 ь-М, CaCI2 - 1,8 дйЯ / Adrian R.n.,I956/;
б) раствор Рингера, в котором С1~ частично заыоиялск оквимо-ляряым количеством СЮ^;
в) гипертонические растворы, для получения которых е растворе Рингера концентрация Na Ol увеличивалась в несколько раз. О*' носительную тоничность этих растворов определяли по формуле:
/ I + 0,008 (х - 115) / Т (I)
гдэ 1 - мшшшолярная концентрация Na-C?. Например, при концентрации Эта 01 230 мМ относительная тоничность раствора равняется I.92T / Baylor S.M.,Ootliker П., 1977/;
г) гипертонические растворы, где С1~ частично замещался эквимо-лярным количеством СЮ^;
д) нормальный раствор Рянгера с добавлением 20% раствора кофеина бензоата натрия или чистого кофеина. Коночная концентрация кофеина в этих растворах равнялась 4,6 а 8 ,v.'.!;
К применяем«.! в опытах растворах, в некоторых случаях добавлялся дельта-тубокурарин в количестве 2 х Ю~ьгДи в целях блокирования нервно-кишечкой передача. Раствора, прдменяекые в экспериментах, приготовлялись ала на буфзре бикарбоната, или не на буфере трис-HCI так, что рН = 7,0 - 7,4. Опыты проводились при кошттной температура (18-25°С). Сирой sec дяерварованхшх я депортированных целых портняяяых мзд лягушка определяли взвешиванием этих мышц на торционных весах. Для этой целя обе ьоппци в точение 10 мин инкубировались в растворе Рлпгора, поело чего перед взвешиванием №тцы капля раствора осторожно удаляли фильтровой бумагой. Для определения сухого веса эти же мышцы высушивали в течение часа в термостате при температуре 60°С, а потом мышцы опять взвешивали.
Натуральный актомиознн (миозин В) из ннерЕированиых и денер-вированных кышц задних конечностей лягушки получали по методу Сент-Дьордьи / Сент-Дьердья А.,1947/. Для изучения скорости суперпреця-титацин (СПП) л АТФазной активности миозина В использовали метод одновременной регистрации этих параметров /Гачечиладзе Н.Д.,Заалп-швили М.М.,1970/. Белковый состав миозина В анализировали методом электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфа-та натрия /1г)еЪ®г К.,ОзЪогп и., 1964/. Сканирование полученных электрофореграмм проводили на денситометре.
Полученные данные обрабатывались статистически. Расчитывали средние арифметические а ах ошибки. Достоверность разницы указанных средних определялась по ^-критерию Стьюдекта /Лакин Г.в., 1973/.
РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЗДЕНИЕ
Характер изменений сократительных свойств портняяной мышцы лягушки, при денервации
Исследования развития и характера постдекервационных изменений сократительных свойств скелетных мыл лягушки нэ имеют систематического характера и в некоторых случаях результаты этих исследо-
ваний противоречат друг другу /НаследоЕ Г.А. ,1981,1988; К1ки-1г1 Т., 1964;Кс^в1аа B.A.et а11984 а,б;ЫшИеу I3.13.et а1. 1973; М11«Л1 И., 1960 и др./. В литературе есть однозначные данные только лишь об угнетении одиночных сокращений скелетных мышц лягушки после денерваци; /киш-1г1 Т., 1964; К1вЪу А.С.еЪ а1. 1973; В.А^ а1х984а;
и11е<11 к., 1960 и др./. О характере хе тетанических сокращений данные разных авторов противоречат друг другу / К13си-1г1 > 1964; к1-г~ Ьу A.c.et в1., 1973; Kotsias в.А.ег а1.1984а и др./. Противоположные литературные данные имеются о влиянии денервации на кофеиновые контрактуры скелетных мышц лягушки /КИси-1г1 Т., 1964; КХгЪу А.С. et аХ., 1973; КоЪв1ао Б.A.ot а5984 б и др./. Литературные данные о влиянии продолжительности денервации на сократительные свойства ске летной мышцы лягушки также противоречивы между собой /Наследов Г.А. 1981,1988; К1гЬу Л.С^ а1., 1973; К<^в1аа В.А.сЬ а1., 1984 а,б И ДР./.
Для более детального изучения сеязи между продолжительностью прекращения трофического влияния нерЕа на мышцу и с изменением сократительных свойств скелетной мышцы лягушки нами была проделана серия опытов, результаты которых приводим ниже.
а. Нервно-мышечная передача (НМЛ). Известно, что срок истощения НЫЛ е денервироЕанных мышцах е определенной мере зависит от тем пературы окружаэдей среды, в которой находятся оперированные лягушки /бхгкз а1., 1960/. В наших опытах животные были разделены на три группы: I группа находилась при температуре 2-5°С, П группа - при В-Ю°С и Ш группа - при 20-25°С.
НМЛ была сохранена во Есех денервироЕанных мышцах из I группы лягушек вплоть до 28-38 дня после денервации (рис. I). Во второй группе лягушек на 7 и 8 день после денервации НМЛ функционировала во всех денервироЕанных мышцах, на 14-й день - только &0% изученных мышц и, начиная с 21 дня была полностью блокирована во всех случаях (рис. I). В Ш группе лягушек НМЛ функционировала на 3-Й день после денервации во Есех изученных мышцах и с 7 дня была полностью блокирована (рис. I). В дальнейшем при изучении некоторых параметров сокращений инерЕироЕанных и денервироЕанных портняжных мышц лягушки полученные результаты мы квалифицировали на основе данных о наличии НМЛ в денервироганных мышцах.
б. Одиночные и тетанические сокращения. Известно, что при четырехнедельном и более продолжительных сроках денервации одиночные сокращения денергированных скелетных мышц лягушки угнетаются
%
Рис. I. Влияние температуры на количество депортированных кыш лягушки, в которых не истощена НМЛ при разных сроках денервации. Лягушки хранились при температуре О - 2-5°С (I группа), О - 3-Ю°С (П группа) в О - 20-25°С (Ш группа), соответственно. По оса абсцисс - продолжительность денерЕаиии дн; по оси ординат - количество денерЕйровашшх мышц с неистощенной нервно-мышечной передачей %.
по сравнению с сокращениями ¿¡нервированных мкшц /Насладов Г.А., 1308; ЕС1ки-1г1 Т., 1954 я др./. Ыы задались целью изучить характер соотношения параметров сокращения одиночных сокращений инервированных и денервировашшх мышц лягушки в зависимости от продолжительности срока денервации.
На рис. 2 представлены данные опытов, в которых измерялось сокращение портняжных мышц лягушки в ответ на одиночное электрическое раздраженно. Амплитуда одиночных сокращений инервированных и денэрвированных мыщц той группы лягушек, которые находились при температуре 2-5°С, не отличается статистически друг от друга (Р> 0,5) во всех изученных случаях (рис. 2а). Сокращения инервированных а денервпровашшх мышц из П группы лягушек не отличаются друг от друга на седьмой и восьмой день после денервации (Р>0,5; рис. 26). |При двухнедельном сроке денервации амплитуды сокращения инервяро-
ванных и тех денервированных мышц, в которых НМЛ не была истощена, также не отличается (Р>0,5; рис. 26). С другой стороны при этом же сроке денервации одиночные сокращения портняжных мышц, е которых НМЛ истощена, угнетены по сравнению с сокращениями инервированных мышц (Р<0,05; рис. 26). При более длительных сроках денерЕации амплитуда сокращения всех денервированных мышц угнетена по сраЕнению с сокращениями инерЕироЕанных мышц (0,05> Р> 0,01; рис. 26). В Ш группе .лягушек сокращения инервированных и денервированных мышц не отличается друг от друга только на третий день после денерЕации (Р> 0,5; рис. 2в), при всех последующих сроках денервации сокращения денервированных мышц по амплитуде угнетены по сравнению с сокращениям инервированных мышц (0,05 > Р> 0,01; рис. 2е). Сравнивая процесс истощения НЫЛ (рис. I) и изменения одиночных сокращений (рис. 2) е денервированных мышцах из Есех изученных групп лягушек можно подметить параллельность между этими ДЕумя процессами. Угнетение одиночных сокращений денервированных мышц происходит после истощения ШП в этих мышцах.
При электрических раздражениях частотой 100 Гц в течение 3 сек инерЕироранных и денервированных мышц из Есех трех групп лягушек тетанические сокращения этих мышц при всех изученных сроках денервации статистически не отличается друг от друга (Р>0,5). Этот результат хорошо соответствует литературным данным /Ксаа1аз в.А^ о1. 1384а/. Исходя из этих данных можно предположить, что миофибриляр-ный аппарат как в инервированных, так и денервированных мышцах должен функционировать одинаково нормально и что угнетение одиночных сокращений мышцы при определенных сроках денервации обусловлены какими-то другими причинами, которые не зависят от функционирования * миофибрилярных белков.
Для более детального изучения причин угнетения одиночных сокращений в экспериментах использовались портняжные мышцы лягушки при пяти-семинедельном сроке денервации.
Известно, что одиночные сокращения скелетных мышц лягушки могут потенцироваться после тетанического раздражения /ОоппоНу Ы. et а1., 1971;Кс^в1аз в.А. et а1., 1984а/. Мы изучали влияние предварительного тетанического (100 Гц) раздражения на одиночные сокращения инервированной и денервированной мышцы. Обработав полученные данные, статистически обнаружилось, что в обоих случаях пост-тетанические сокращения потенцируются относительно прететанических ] амплитуде (Р<0,05; рис 3 а и б). ПерЕые две пост-тетанические сокращения не отличаются друг от друга в обеих мышцах (Р>0,5), треть
А,мм
а
Рис. 2. Влияние продолжительности на одиночные сокращения: янервированных ( О ) и денервированных ( А ) портняжных мышц лягушки.
а - оперированные лягушки
сГ
хранились при температуре 2-5 С (I группа). 14 день - количество инервированных мышц Пд/ = 5, количество денервированных мышц П_0 = 5; 21 день - Пд/ = 6,ПВ= = 6; 28 день - П/у = 8, П-ь = В.
б - лягушки хранились при температуре 8-Ю°С (П группа).
7 день - Пду = 15, = 15;
8 день - П^у = 13, Пь = 13; 14 день -Пм = 17, П.0 = 17 (мышцы, в которых НШ не истощена — - — • —); Пду= 12, П^ = 12 (мышцы, в которых НМЛ
истощена----). 21 день -
Пм = 19, ио = 19; 28-38 день
- ^ - 21, аь = 22.
в - лягушки хранились при температуре 20-25°С (И группа). 3 день -а^ = 14, Пь = 14; 7 день - Па/ = 8, П-о = 8; 8 П-л/ = 7, По = 6; 28-38 день -ГЬь/ = 21, Г\-с = 22. Мышца, сокращаясь, передвигала 5 гр груза. По си абсцисс - продолжительность денервации, дн, по оси ординат - ам-лятуда сокращения.
3 78
N
21
28-%
ень
- Пм= 9, П.о = 9; 14 день
етвертое и пятое пост-тетаническое сокращение в денервированных мышах меньше, чем сокращение инервироЕанной мышцы (Р<0,05; рис. 3 а и ). Примечательно также, что степень потенциация пост-тетанических окращений денервироЕанной мышцы выше, чем в случае пост-тетанических окращений янерЕированной мышцы (рис. 3 в).
Тетаническое раздражение облегчает электромеханическое сопряже-ие (ЭМС) в скелетной мышце лягушки /йасЬаг J., 1971/. Исходя из ого факта, что пост-тетанические одиночные сокращения инервированной
А,мм а
-А
Фф
00
ф
L_J__1
О 1 2 3 Ч 5 0 1 2 3 Ч S 0123^5
Рис. 3. Влияние тетанического раздражения на одиночные сокращения инервированных (а) и денервированных (б) портняжных мышц лягушки и степень потенциации пост-тета-нических сокращений этих мышц (в). А , (П= 5)
- пре-тетанические сокращения; О • © (П = 5) -иост-тетанические сокращения; Мышца, сокращаясь, передвигала 5 гр. грузе. Продолжительность денервацяи 36-38 дн. По оси абсцисс - количество пост-тетанических сокращений; по осе ординат - амплитуда сокращения, мм (а и б); степень потенциации, % (в).
и денервированной мышцы не отличаются между собой и что степень потенциации пост-тетанических сокращений Еше в денервированных мышцах, можно заключить, что угнетение одиночных сокращений денерЕиро-ванной мышцы в ординарных условиях обусловлены нарушением нормального функционирования ЭМС в мышцах после денервации. Для более четкого выяснения этого вопроса мы изучили влияние перхлорат-иона (СЮр,который является потенциатором ЭМС /Soulks j.G..Morishita L. I985;Co-nolla N. et ul., 1983/, на одиночные сокращения инервированной и денервированной портняжной мышцы лягушки. Через I глин воздействия 10 лАЯ СЮ^ одиночные сокращения инервированных и денеррированных мыи увеличиваются (Р < 0,05) и в течение 10 мин достигает своего макси-
олыгого зкачопая (рчс. 4). Характерно, что потенцированные перхло-ат-аплоппм одиночные сокращения обоих мышц не отличаются друг от руга (Р>0,5; рас. 4). Такаы образом мояно заключить, что, рероят-
Рас. 4. Влияние СЮ^ на одиночные сокраиеичл инеррирорашшх (О, ГЬ = 5) а денервированкпх (О, П- = 5) портняжных ::л-"лп лягушки. Мышца, сокращаясь, передвигала 5 гр. груза. Продолжительность денервации 39-45цн. По оси абсцисс - продолжительность яикубаипи ;,'лашы и растворе содержащей СЮ^ , мин; по оси ординат -• амплитуда сокращения, глм.
эе есого при денервации происходит ухудшение функционирования ОМС, го, в свою очередь, обусловливает угнетение одиночных сокращений де-эрвированной портня;шой мышцы лягушки.
в. Сырой вес. Известно, что сырой вес скелетных мыши .лягушки эи денерЕации уменьшается /КМе1ао в.а. аХ., 1984 а/. Ни также злучали статистически достоверное уменьшение сырого веса портняжно" «пцы из П группы лягушек на пяти-шестинедельном сроке денерраиии (Р С 0,05; рис. 5). Уменьшение сырого веса мышцы наблюдается на друх-трехнедельном сроке денервации, но эта разница статистически не-)стоверна (Р<0,2; рис. 5). Нужно отметить, что при двухнедельном зоке денервации уменьшение сырого веса не коррелирует с истощением И в денервироранных мышцах (рис. 5). На седьмой и восьмой день де-зрвацаа сырой вес обеих мышц не отличается друг от друга (Р> 0,5; 1с. 5). Нами было изучено и соотношение сухого веса обоих мнил на [ти-шестинедельном сроке денервации. Обнаружилось, что сухой вес ■ервироЕанных и денерЕированных мшц в" этом случае не отличается
)уг от друга (Р-^О.б). Видимо, уменьшение сырого веса денервироЕан-гх мышц обусловлено потерей мышечными волокнами воды и что количест-I белков е волокне не меняется при денерЕации мышцы.
г. Кофеиновые контрактуры. Сокращение скелетной мышцы лягушки 1ЖН0 также иницировать некоторыми фармакологическими агентами, на->амер, кофеином / Зеъогъ о., 1968; Наеа! а1.,1978 и др./. Во 16МЯ ЕоздейстЕИЯ кофеина плазматическая мембрана мышечного волокна
но
90
76
-I1)
21
Рис. 5. Влияние продолжительности денервации на мокрый вес »нервированных (О ) и денерви-рованных ( @ ) портняжных мышц лягушки. 7 день - 5, П.с = 5; 8 день - 8, ГЬь = 8; 14 день - П./\/= 17; количество мышц, в которых не истощена НМЛ (—• — ). Пь = 5, количество мышц, в которых истощена НМЛ (---) Г^ь =
12; 34-44 день - ГЦ,= Ю,П0= 10; по оси абсцисс - продолжительность ценервации, дн.; по оси ординат -мокрый еес, в%.
не деполяризуется или депэляризуетач незначительно /Ахе1Бооп J., Т1юп1егг з., 1958;Кс^а1ае з.А.еЪ а1., 1984 б/. Таким образом, используя кофеин как инициатор мышечного сокращения можно изучить влияние денервации на сократительные свойства портняжных мышцлягутки, которое происходит фактически без деполяризации плазматической мембраны мышечных волокон. В экспериментах, в которых изучали влияние денервации на кофеиновые контрактуры, мы использовали портняжные мышцы из Л и Ш группы оперированных лягушек. Данные, полученные на мышцах из этих двух групп животных мы сравнивали с данными, полученными на мышцах неоперироЕанных лягушек. Известно, что кофеиновая контрактура скелетной мышцы лягушки имеет двухфазный характер /а^ъегЪ, 19бЬ;Иг^зизМ.та,1962; НаБа! 1.ег а1., 1978/, что подтвердилось И в наших опытах (рис. 6).
На рис. 7 а представлены результаты, полученные на мышцах из П группы лягушек. В этом случае амплитуда сокращения во второй фазе контрактуры иницируемой 8 Ш кофеина в денервированных мышцах потенцирована по сравнению с амплитудой контрактуры нервированных мыши на восьмой день после денервации и разница сохраняется на Еесь изученный нами период (рис. 7 а). Во всех случаях потенциации разница статистически достоверна 0,05 >Р> 0,001. Только лишь на седьмой день денервации кофеиновые контрактуры обеих мышц не отличаются друг от друга (рис. 7 а). Амплитуда Еторой фазы кофеиновой контрактуры денервированной мышцы, начиная с еосьмого дня денервации такжо потенцикрзвана по сравнению с контрактурой портняжных мышц из неоперироЕанных лягушек (0,05> Р> 0,001; рис. 7 а). Контрактура мышцы
н л h : 5;
i f s
Рис. 6. Кофеиновые контрактуры инергяроранной (а) я денервироран-ной (б) портняжной мышцы лягушки. Стрелками обозначены моменты воз-дейстрия 8 коф0й!>а на мышцы. Вертикальной пунктирной линией разделена I и П фазы контрактуры. Про-цолжительность денервации 38 дн. Мышца, сокращаясь, передвигала 5 гр груза. Калибровка: гремя, мин; сокращение, мм.
i i..Li I ! I
на седьмой день денервации и контрактуры инервированных мышц при Есех изученных сроках денервации не отличается от контрактуры мышцы из неоперированных животных (Р> 0,5; рис. 7 а). Амплитуда первой фазы кофеиновых контра;;тур инервированных и денервированных портняжных мышц из П группы лягушек при всех сроках денервации не отличаются друг от друга (Р>0,5). В этой серии опытов мы также изучили продолжительность первых фаз кофеиноеых контрактур денервированных и инервированных портняжных мышц лягушки. Как еидно из рис. 8 а продолжительность первых фаз контрактуры инервированных мышц из П группы лягушек статистически не отличается как друг от друга (Р> 0,5), так и от продолжительности первой фазы контрактуры мышцы из неоперированной лягушки (Р>0,5). Первая фаза потенцированных контрактур денервиро-анных мышц, т.е. начиная с восьмого дня денервации по процолжитель-
А.мм сГ
п .___ О1._.___._.
О 78 1'| 36-3й?н 0 3 78 36"Жди
Рис. 7. Влияние продолжительности денервацки на амплитуду кодеиновой контрактуры «нервированных ( О ) и денер-вирэванных ( О ) портняжных мыши лягушки, а - лягушки хранились при температуре 8-Ю°С (П группа). О - день -количество мышц из неоперированной лягушки ( ) - П-^
= 26; 7 день - П-л/= 13, П-о = 13; 8 день - Ям = 13, 1\ь = 13; 14 день - П-л/ = 17, = 17; 36-38 день -ГЫ = Ю, П-Ь = 9.
6 - лягушки хранились при температуре 20-25°С (Ш группа) 0 день - 1П.д = 26; 3 день - П-»/ = 12, П-о = 12; 7 день - П.* = 10; ГСь = Ю; 8 день - П^ = II, Г\ь = 9; 14 - Г1л/= 6, = 7; Зб-ЗУ день - П-к/ =
ю, = э.
Мышца, сокращаясь, передвигала 5 гр. груза. По оси абсцисс - продолжительность денервации, дн.; по оси ординат - амплитуда сокращения, мм.
ности значительно меньше по сравнению с первой фазой контрактуры как инервированных, так и мышц из неоперироганных лягушек (Р< 0,05; рис. 8а). Продолжительность же первой фазы непотенцированной контрактуры семидневной денервированной мышцы не уменьшается (Р>0,5;рис. 8 а).
Таким образом, для потенцированных кофеиновых контрактур де-нервированных портняжных мышц лягушки характерно уменьшение продолжительности первой фазы сокращения.
Как отмечаюсь выше, мы тагасе изучали кофеиновые контрактуры мышц из той группы лягушек, которые после операции находились при температура 20-25°С. Кофеиновые контрактуры инервироранных и денер-Еированных портняжных мышц на третьем я седьмом дне не отличаются друг от друга (Р>0,5). Потенциация амплитуды второй фазы контрактуры денервированной мышцы наблюдается только начиная с еосьмого дня денервации (Р<0,05; рис. ,76). В первой фазе контрактуры инерриро-ванных и денервированных мышц не отличаются между собо* (Р> 0,5).
Интересная картина выявляется при сравнении кофеиновых контрактур портяяяных мышц из оперированных и неоперированных лягушек. Контрактуры денервированных мышц во второй фазе, начиная с седьмого дня потенцированы по сравнению с контрактурами шшц из неоперированных лягушек (Р< 0,05, ряс. 7 б). Кофеиновые контрактуры инеррирован-ных мышц на седьмой и восьмой день после денервации также потенцированы ео второй фазе по сравнении с контрактурами мышц из неоперированных животных (Р < 0,05; рис. 7 б). С другой стороны, на третий, четырнадцатый день и на более длительных сроках денервации контрактуры инервированных мышц 'не отличаются от контрактуры мышц из неоперированных лягушек (Р>0,5; рис. 7 б). В этой серии опытов мы также изучили продолжительности первых фаз кофеиновых контрактур инервированных и денервироЕанных мышц лягушки (рис. 8 6). На третий день денервации продолжительность первой фазы контрактуры обеих мггпц статистически не отличаются как между собой, так и от этого же параметра контрактуры мышц неоперированных лягушек (Р> 0,5;рис. 8 б). Продолжительность первой фазы контрактуры инервированных и денервированных шшц на седьмой и езсьмой день денервации также не отличаются между собой (Р> 0,5), но уменьшены по сравнению с этим параметром контрактуры мышцы не оперированной лягушки (Р<0,05;рис. 8 б). При более длительных сроках денервации первая фаза контрактуры инервированной мышцы по продолжительности превосходят первую фазу контрактуры денер-Еированной мышцы (Р<0,05), но не отличается от продолжительности
Рис. З.Влияние продолжительности денервации на I фазу кофеиновой контрактуры инервпро-ганных ( О ) и денервирован-ных ( £2 ) портняжных мышц лягушки.
а - лягушки хранились при температуре 6-Г0°С (П группа). О - день ( А ( - Из = 26;
7 день - П-,7= Ю, (1ь= Ю;
8 день - ГЦ|= 12. П^ 12; 14 день - П/7 = 8, По = 7; 36-38 день - = 10' П.1>= 9.
6 - лягушки хранились при температуре 20-25°С (Ш группа).
0 - день - Пз = 26; 3 день -= 13, Г\о = 14; 7 день -
П./у/ = 10, По = Ю; 8 день -а*/= и. Пь = И; 14 день -П-л/ =6, По = 7; 36-38 день - П-д/ => 10, Пь = 9.
По оси абсцисс - продоляи-тельность денервации, дн.; по оси ординат продолжительность
1 фазы контрактуры, мм.
первой фазы контрактуры неопорированной лягушки (Р> 0,5; рис. 8 б). Для сравнения данных кофеиновых контрактур мышц из П и Ш групп лягушек, по нашему мнению, нужно определить признаки тех денервационных изменений в мышцах, которые выявляются под воздействием кофеина.Для 'этой цели мы воспользовались данными, полученными на пяти-шестине-дельном сроке денервации, так как в этом случае денерЕационные изменения, выявленные при электрическом раздражении мышцы выражены четкс (рис. 2), 1Ш1 в денервироЕанных мышцах полностью истощена (рис. I) * уменьшение сырого веса денервированной мышцы статистически достоверно (ряс. 5). К денервациэнным изменениям выявленных воздействием кофеина можно отнести следующие характеристики кофеиновой контрактуры денервированной мышцы: I. Потонциация амплитуды контрактуры денервированной мышцы по сравнению с контрактурой симметричной икерви
ронанной мышцы (рпс. 7). 2. Потенциация контрактуры это? мышцы по сравнению с контрактурой мышцы из неоперированной лягушки (рис. 7). 3. Уменьшение продолжительности первой фазы контрактуры денервирован-ной мышцы по сравнению с контрактурой симметричной инервированной мышцы (рис. 8). 4. Умеиыпениа продолжительности первой фазы контрактуры денервирэванной мышцы по сравнению с контрактурой мышцы из неоперированной лягушка (рис. 8). Таким образом, очевидно, что признаки денервацаошшх изменений, выявленные воздействием кофеина на мышцу выражаются изменениями параметров контрактуры денервированной мышцы по сравнению с контрактурами как симметричной пнервированной кышцы, так а с контрактурой мышцы из неоперированной лягушки. В обеих группах лягушек под воздействием кофеина эти признаки выявляются с восьмого дет после денервация портняжных мышц (рис. 7 л 8). Так как эти дво группы лягушек отличаются между собой сроком лстощешш НМЛ в денервпровашшх мышцах (рис. I), можно заключить, что денервационные изменения выявляются -независимо от процесса истощения НШ. На восьмой день денорвации кофеиновая контрактура дeнepвйpoParшo'', мышцы потенцирована (рис. 7) и' длительность перво? фазы сокращения уменьшена (рис. 8) но сравнению с контрактурой симметрично'-' ипервированной мышци, так л с контрактурой гя.чпцы из неоперированной лягушки как во П, так в Ш группе лягушек. На воздействие 8 кодеина денервярогли-ная мышца из Г1 группы лягушек на седьмой день после донерЕацни реагировала аналогично симметрично** инеррированно'* кышле п гдеотв яз неоперированной лягужо: (рис. 7 а и 8 а). Можно за сличать, что в отом случае под воздействием кофеина не выявляются признака ценерванионных изменений в мышце. Видимо потому, что при этом сроке денервапии мышцы для но наступают какие-либо денервационные изменения, или эти чзменения имеют подпороговый характер и не выявляются пэд воздействием кофеина. Аналогичная картина наблюдается в Щ группе лягушек на третий день после денервации (рас. 76 и 86). Сравнивая результаты, получоннге иа обоих группах лягушек мопно обнаружить, что в й группе к отличие от II группы происходят определенные изменения параметров кофеиновой контрактуры инервировянной мышцы на седьмой и восьмой день после денервации. Эти изменения выражаются в потенциации амплитуды и в уменьшении длительности первой фазы контрактуры инервированной мышцы по сравнению с контрактурой мышцы из неоперированной лягушки (рис. 76 и 86). Так как эти изменения выявляются под воздействием кофеина в «нервированных шлицах после денервации симметричных ям мыши лягушки, мы определили их как пссвдоденергациошше изменения. Как отмечалось выше, кофеиновые контрактуры инервированных мышц из Ш груп-
пы лягушек на третий и четырнадцатый день после денерЕации фактически по Есем параметрам не отличаются от контрактуры мышцы из неопе-рированной лягушки (рис. 76 и 86). Поэтому можно заключить, что псеЕДОденервационные изменения проявляются после третьего дня, достигают своего максимального значения на седьмой-восьмой день и сходят на нет на четырнадцатый день после денерЕации.
На седьмой день денерЕации мышцы из Ш группы лягушек под воздействием кофеина проявляют некоторые признаки денервационных изменений по сравнению с мышцами из неоперированной лягушки (рис. 76 и 86). Однако, так как кофеиновая контрактура этой мышцы не отличается от контрактуры симметричной ей инервироЕанной мышцы (рис. 76 и 86), то к причинам наблюдаемых изменений параметров контрактуры вряд ли можно отнести денерЕационные изменения. Вероятно, на седьмой день в денервированной мышце из-Ш группы лягушек имеют место изменения сравнимые с псеЕдоденерЕационными, которые, начиная с еосьмого дня сходят на нет. На фоне исчезновения этих изменений с восьмого дня проявляются денерЕационные изменения е мышце, которые в точение первой недели после денерЕации или отсутствуют или имеют подпороговый характер. Таким образом можно заключить, что после денервации одной задней конечности лягушки в портняжных мышцах под воздействием кофеина проявляются два вида изменений: I. Денервационные изменения, признаки которых выявляются только Е денервированных мышцах. Их появление зэеисит от продолжительности срока денервации мышцы, появление которых не зависит от температуры окружающей среды, е которой находились оперированные лягушки и, следовательно, от процесса истощения НШ в денервированных мышцах и сохраняются на всем изученном нами сроке денервации мышцы. 2. ПсеЕцоденервационные изменения, признаки которых выявляются и р инеррироЕанных и в денерЕироЕанных мышцах, момент пояЕления которых зависит от продолжительности срока денерЕации, появление которых зависит от температуры окружающей среды, вероятно, зависят от истощения НМЛ и которые после определенного срока денерЕации сходят на нет.
Так как изменения на пяти-шестинедельном сроке денервации мышцы Еыражены наиболее четко, то на отом сроке мы более детально изучили характеры коТюиногкх контрактур инерЕирорянно" и денервированной портняжной мышцы лягушки.
Но литературным данным известно, что двухфазные кодеиновые контрактуры скелетных мышц и"кцируптся концентрацией агента, которая превышает 4 мМ, р протоном случае происходит развитие только
первой фазы контрактуры / ОеЪе^ а., 1958/.
Как видно из рис. 9 а и б при воздействии 4 гЛ1 кофеина в инер-вированной мышце развивается только пергая фаза контрактуры, тогда как в денервационной мышце начальная фаза полностью отсутствовала и развивается только вторая фаза контрактуры, которая по амплитуде превосходит первую фазу контрактуры инервированной мышцы. Под воздействием 6 Ш кофеина контрактуры обеих мкшц имеет двухфазны4 характер (рис. 9 в и г). В этом случае вторая фаза контрактуры денервкро-ванной мншы превосходит по амплитуде вторую фазу контрактуры инервированной мышцы (рис. 9 е и г).
Исходя из этих данных представляется возможным заключить, что в начальной 'фазе воздействия кофеина денервирэванные портняжные мышцы лягушки после месячного срока денервации менее чувствительны к данному.агенту, чем инервированные мышцы.
д. функциональное состояние мио^ибрилярных белков^. Так как тетанические сокращения инерЕированнзй и денервированной мнпшы не отличаются друг от друга и кофеиновая контрактура денервированной мышцы потенцирована по сравнению с контрактурой инервированной мышцы (рис. 7), то эти факты должны указывать на то, что миофибришрный аппарат мышечных волокон в обеих мышцах должен функционировать нормально. Для выяснения функционального состояния белков в дянервиоован-ной мышце мы произвели сравнительное изучение составных компонентов, скорости АТЗазной реаэдии и СИЛ миозина В, полученного из денервиро-ванных мы;шд по сравнению с этими же параметрами миозина В из инерви-рованных мышц лягушки при разных сроках денервации. При сравнении электрофореграммы миозина -В, пол,ученного из инервированных и денер-вироЕанных мышц лягушки обнаружилось, что в миозине обеих мыши при всех изученных сроках денергации нет различия в подвижности и в наборе белковых компонентов. Денситометрические данные о количественных изменениях белковых компонентов миозина В из обеих мышц представлены в табл. I. В каозлне В, полученного из инервированных и де-нервированных мышц лягушки, количество актина и тяжелых цепей миозина почти не меняется как и количество тропомиозина. На рис. 10 представлена зависимость АТФазной реакции (а) и СПП (б) миозина В при разных сроках денервации мышц лягушки. Скорость АТФазной реак-
I Эта часть экспериментов была выполнена в институте молекулярной биологии и биологической физики АН Грузии.
Рис. 9. Кофеиновые контрактуры инервврованных (а и в) и денервированных (б и г) портняжных мышц лягушки. Стрелки обозначают момонты воздействия 4 ИЛ (а и б) и 6 (¿Л (в и г) кофеина на мышцу. Продолжительность ценергации 40 дн. Мышца, сокращаясь, передвигала 2 гр грузе. Калибровка: время, мин; сокращение, мм.
ции и СПИ миозима Б, полученного из инервированних и денервированных мышц не отличаются (Р> 0,5; рис. 10). Как отмечалось Еыше, де-нервация мышцы также не влияет на количественный состав гларннх белковых компонентов миозина Б (табл. I). Оти данные е совокупности указывают, что структурные нарушения в области активных центров мио-
Таблица I
Денсятокегряческке данные о количественных азгленениях белковых компонентов миозина В, полученного аз кнервированных (N ) и денервироЕанннх (Ь ) мышц лягушки
Дяд после денер-вации % содерз. 45.0 34,6 1 1 28,1 ; 25,1 ! 22,0- 20,0 19,0 17,8 15,8 15,1
7 N 45,3 44 Д 7,4 | - ! 4,09 ЭД | - | 5,1 2.7 2.8 2,8 3,2 0,47 0,47 - ¡12.2 - |12,2 9,8 8,7
15 N 0 40,7 38,7 6,3 9,6 2,1 3,39 | -3,0 | 5,5 1 5,8 5,1 м о 2,5 ¡10,1 3,3 ¡10.9 10,1 9,0
30 Ы 1 40 ь : 41 8,1 7,69 3,88 | 3,27 2,6 ! 2,1 0,9 0,7 4,55 4,32 0,8 1,5 12,9 10,4 10,9 10,2
42 Д/ I 42,05 0 I 42.8 9Д 10,7 1,28 | 4,1 | 2,1 1,8 | 5,1 | 1,97 3,9 4,2 1.1 0,8 - |11,5 - | 9,5 12,7 12,03
!
HZ
0,1
AP ¿t
28-ЩЗН
Рис. 10. Скорости АТФазной реакции (а) и СПП (б) миозина В, полученного из инерЕированных (Z^O) и ценервироБанных (А,® ) мышц задних конечностей лягушки.
а - 7-9 день - ГЦ/= 4,По = 4; 13-16 день -Пм= 6,1X0= 6; 2842 день - П.|7= 6,По = 6.
б - 7-9 день - = 3, Х\ь = 3; 13-16 день - П.|7= 4,ГЦ>= 4; 2842 день - = 6, П-d = 6« По оси абсцисс - продолжительность денервации, дн.; по оси ординат -а, скорости АТФазной реакции мкгр/сек; ]£ скорость СПП
^ /сек (где о - интенсивность падающего света и интенсивность прошедшего через суспензию миозина В света).
Реакционная среда (5 мл) содержала I мг/мл миозина В; 2,Ю_4М М^ССд.; г.Ю^М АТФ; 0.05 Ы KCl, t = 20°С.
зина и актина не имеют места.
Таким образом, подтверждается Еышесказанное предположение, что миофибрилярный аппарат в обеих мышцах должен функционировать нормально.
Причины и механизмы изменения сократительных свойств портняжной мышцы лягушки под влиянием денервации
Скелетные мышцы находятся под постоянным влиянием нерЕной системы,что выражается как в управлении сократительного акта, так и е контроле структурно-функциональной организации мышечных волокон /НаследоЕ Г.А.,1981,1988; Волков Е.М..Полетаев Г.И.,1988; ь., 1969;й^тапп £., 1976,1977; Мс Агс11е л..г., 1983 и др./. Влияние нервной системы на структурно-Функциональную организацию мышечных волокон обозначает к ж "нейротройичаский контроль" /УлумбекоЕ Э.Г., РезЕЯКОЕ Н.Н.,1980;Зи^апп Е., 1976,1977/. Денергания скелетных
мышц, осуществляемая перерезкой двигательного нерва нарушает нейро-трофический контроль и в денерЕироЕанных изменениях мншц могут играть роль следующие факторы:
1. Прекращение елияния нервной импульсации на мышцу, что обусловливает бездеятельное состояние мышцы.
2. Прекращение влияния ацетилхолина (АХ), выделяемого в квантовой и в неквантовой форме в нервно-мышечном синапсе на мышцу.
3. Прекращение влияния веществ, т.н. "нейротрофические вещества" /Волкое Е.М..Полетаев Г.И.,1988/ на мышцу переносимых орто-градным аксоплазматическим транспортом и рнцеляеиых в нервнз-мншеч-ном синапсе.
4. Появление продуктов дегенерации нервных волокон, которые могут воздействовать на мышцу.
Известно, что после перерезки двигательного нерва тм^няются все системы, определяющие структурно-функциональное состояние мышечного волокна: изменяются свойства поверхностной плазматической мембраны (ППМ) /Волков Е.М..Полетаев Г.И.,1988;HcArdle J.J., 1933. Nasledov G.A.,Theeloff 3., 1974 д др./, изменяются свочстга и организация внутримышечных мембранных структур /Dulhunty A.T.,Vali-os Л.А.,1984; "uscatallo V.et al., 1955 „ др>Д есть дашшо ип_ мененив функционирования белковых структур мембраны, участвующих я электрогенозе /Не Ardle J.J., 1983/ И ЗМС /Dulhunty A.7.,Gage P.W., 1985/. В литературе широко обсуждается прекращение воздействия кл,-кого или совокупности каких вышеперечисленных факторов влияния нервной системы на мышцу ответственно за денерЕационные изменения структурно-функциональных систем мышечного волокна /Наследов М.А., 1988; Волков Е.М..Полетаев Г.И.,1988; Cutmana е., 1976,1977; Мс Ardle J.J., 1983 и др./. К примеру, исследования показали, что за изменения свойств ППМ ответственно прекращение влияния нейротрофи-ческих веществ переносимых аксоплазматическим транспортом /Волков Е.М..Полетаев Г.И.,1988; Gutnann Е., 1376/ а что вспомогательную роль в этом играют прекращение нервной импульсации и выделение симметрического АХ /Волков Е.М..Полетаев Г.И.,1988/. Как известно, после денервации также изменяются параметры и свойства самих мышечных волокон: происходит атрофия я уменьшение сирого веса /Kot3ias 3.A.at al., 1984а; Kuscatello V.et а1.Д965 И др./ И изменяются сократительные свойства скелетных мшщ / Kiku-Iri т. ,1964; Kotoias B.A.et al., 1984 а,б и др./. Многие авторы обсуждали механизм, лежащие в основе денервационных изменений сократительных свойсте "келетных мышц /Наследов. Г.А. .1981.1988; Kiini-Iri т. i964;Kotoiua
В.A.et al.,1984 а И б; Kilodi П., i960; Stueaoo 3.C.,Linöley В.Р., 1975 а,б и др./, но Ропрос отсутствия какого из факторов елияния нервной системы является причиной отих изменений, остается открытым.
После месячного срока денервации одиночные сокращения скелетной мышцы лягушки угнетены па сравнению с сокращениями инервирован-ной мышцы /Kiku-Iri т., l"64; Kotsias 3.a.ct ali'j84a; и др./. Поскольку в норме скелетные мышцы находятся подЕЛИячнем нервной импуль-сации, вследствие чего мышца постоянно совершает акты сокращения, то на первый езгляд, предполагаемой причиной угнетения одиночных сокращений мокно назвать прекращение елияния этого фактора и обусловленное этим бездеятельное состояние после денервации мышцы. Однако, по нашим данным, в определенных условиях одиночные сокращения портняжной мышцы при месячном сроке денервации не отличаются от сокращения контрольной мышцы (рис. 2 а). Таким образом, опираясь на этот результат, мокно замочить, что прекращение влияния нервной импульсации и бездеятельное состояние не должно яеляться причиной угнетения одиночных сокращений портняжной мышцы лягушки.
С другой стороны, исследуя одиночные сокращения портняжных мышц из И и 11! группы лягушек обнаружилось, что угнетение сокращения после денервации наблюдается е тех мышцах, в которых истощена НМЛ (рис.'Х и 2 б, е). Известно, что истощение НМЛ является признаком фактически полной дегенерации нервных волокон в денервирован-ной мышие /Birks r.et al., i960/.
3 свою очередь дегенерация нервных волокон является причиной прекращения нейротрофического контроля нервной системы на мышечные волокна /Волкое Е.М. .Полетаев Г.И.,1988/. Выше было показано, что прекращение нервной импульсации и бездеятельное состояние (некоторые из возможных факторов, обусловливающие денервационные изменения после прекращения нейротрофического контроля) не яеляются причинами угнетения одиночных сокращений скелетной мышцы. Таким образом, угнетение одиночных сокращений мышцы после истощения fMI (рис. I и 2 б, в) могут быть обусловлены следующими причинами: I. прекращения рлияния АХ; 2. прекращением влияния нейротрофических веществ; 3. появлением продуктов дегенерации нерва. Перед обсуждением какая из этих причин может обусловливать угнетение одиночных сокращений мышцы нам кажется необходимым определить сам внутриклеточный механизм этого явления. Как отмечалось Еь-ше, сокращения инернированннх и денервированных портняжных мышц лягушки при их 3 сек тетаниче-ском раздражении не отличается между собой. Это указывает на то,
что миофибрилярный аппарат и в денервироЕанных мышцах функционирует нормально. Об этом свидетельствует и потеицяация кофеиновой контрактуры денервированной мышцы (рис. 7). Это предположение находится в соответствии с аналогичным заключением других авторов /Йтранкфельд И.Г..Москаленко U.E.,1980; Kiku-Iri Т. 1964 и др./. Наши данные о СПП и АТФазной активности миозина В, полученного из инервированных и денерваровагашх скелетных мышц лягушки (рис. 10) татае подтверждают ото мнение. Исходя из вышесказанного, причиной угнетения одиночных сокращений денервированной мышцы после истощения НМЛ вероятнее всего является частичное нарушение ЭМС. Известно, что ЗМС осуществляется белковыми макромолекулами инкорпорированными е мембране Т-тубулн мышечного волокна /Csnweil A.n. .Brandt H.H., 1389; Chandler W.K.ot г!., 1976;Kloo E.,3run G., 1987 и др./. Молено предположить, что денервация определенным образом изменяет Функциональное состояние этих макромолекул, что, в свою очередь, вызывает нарушение Э"С в мышечных волокнах. Это предположение подтверждается литературными данными /Bulhunty А.F.,(Jage Р., 1985/.
Известно также, что некоторые свойства ППМ мышечного волокна определяются некоторыми белковыми макромолекулами, каковыми являются рецепторы АХ и Д/а -каналы /McArdle J.J., 1983/. Имеется множество данных об изменении свойства ППМ поело денервации, которые обусловливаются изменениями функциональных свойств этих макромолекул / McArdle J.J., 1983 я др./. В настоящее время существуют веские аргументы в пользу предположения, что причиной изменения свойств ПЛМ и следовательно, изменения функционального состояния белковых макромолекул, определяющих эти свойства, является прекращение влияния нейротрофических Ееществ на мышцу после денервации нервных волокон /Волков Е.М.»Полетаев Г.И.,1988/.
Можно предположить, что если прекращение влияния нейротро-' фическях веществ может изменить Функциональное соотношение белковых макромолекул, определяющих свойства ППМ, то по этой причине может изменяться и функциональное состояние макромолекул, вовлеченных в осуществление ЭМС. Косвенным доказательством этого предположения, по нашему мнению, можно считать то, что прекращение нервной импульсашш и бездеятельное состояние после денервации мышцы не является как причиной угнетения одиночных сокращений (см. выше), так и причиной изменения свойств ППМ /Волков Е.М..Полетаев Г.И.,1988/,
Как отмечалось выше, одиночные сокращения денервированной
портняжной мышцы лягушки угнетаются из-за частичного нарушения ЭМС. Это может быть обусловлено следующими причинами: I. во время дерервацяи каким-то образом происходит ухудшение проведения потенциала действия в Т-тубулы мышечного волокна и, поэтому, не происходит на достаточном уровне активация миофибрилл, лежащих в глубине каждого волокна /Qonzalez-3erratos H.197I; Howell J.N.,8nowdown K.W. 1981/. 2. Денервация мышцы ухудшает действие другого звена ЭМС и в ответ на одиночный потенциал действия высвобождается меньше Са^+ из терминальных цистерн саркоплазматического ретикулума (ТЦ CP), что должно обусловливать угнетение сокращения /Sandow а., 1965; Zachar J., 1971/. Если верно первое предположение, то вместе с одиночными сокращениями должна уменьшаться и амплитуда тетаняческих сокращений денервированной мышцы /"owell j.H.Bnowdown K.W. 1981/. Однако тот факт, что ее тетанические сокращения не меняются / cias B.A.ot al., 1984 а/ дает возможность отбросить указанное допущение. В пользу этого говорит и то, что при денервации потенциал действия мышечного волокна значительно не меняется /Полетаев Г,И., 1980; Levine L., 1961 ; llickolls J.G., 195s и др./. Таким образом, можно заключить, что при денервации частично нарушается нормальное функционирование того звена ЗЗС, которое ответственно за высвобожде-Са2+ из ТЦ CP скелетного мышечного волокна. Наши данные о влиянии СЮ^ и предварительного тетанического раздражения на одиночные сокращения инервированных и денервированных портняжных мышц лягушки (рис. 3 и 4) подтверждают это предположение. Известно, что CI0J влияет на асимметричное перемещение зарядов /-uang c.L.-îi., хдаб; Luttgan E.Ch. et al., 1983/, которое является Еажным звеном в высвобождении Са2+ из ТЦ CP при возбуждении мышцы / Schneider И.ЗГ. .Chandler, I973;Melzer W. et al. 1986 и др./ и которое происходит на уровне контакта Т-тубулы и ТЦ CP мышечного волокна /Adoian К.Н., 1978;Aimera W., 1978 и др./. Ясно, что CIOJ потенцирует одиночные сокращения денервированной мылцы (рис. 4), воздействуя на это звено ЭМС. Тот факт, что после потенцирующего ЕоздейстЕИЯ С10^
одиночные сокращения инервироЕвнных и денервированных мышц не отличаются друг от друга (рис. 4), лишний раз указывает на частичное нарушение ЭМС е денервированной мышце е нормальных условиях. Как известно, после тетанического раздражения фоновая концентрация Са"+ в миоплазме возрастает и приближается к пороговой, которая требуется для запуска процесса сокращения /Winegrad,1970-,Wiledi,19G2/ Видимо, это является причиной пост-тетанической потенциации сокра-
щения в ^нервированных мышцах (рис. 3) /Connolly W.et al-igyj/^ так как по вышеуказанной причине после тетанического раздражения суммарная концентрация Са^+ в миоплазме ео время одиночного сокращения должна превышать суммарную концентрацию Са^+ во время пре-те-танического сокращения. Это объяснение можно применить и к денерви-рованной мышце. В денервированных мышечных волокнах способность CP связывать Са2+ снижена /Thorpe У.Н.Зеевап Ph., 1971 ;Wan К.К.,Boeg-шап П., 1980/. Поэтому фоновая концентрация Са2+ после тетанического раздражения е миоплазме денервированных мышц должна в большей степени увеличиваться и этим можно объяснить увеличение степени потенциации пост-тетанических сокращений в денервированных мышцах (рис. 3). Не исключено также, что при тетаническом раздражении денерЕированной мышцы интенсивная активация системы ЭКС улучшает функциональное состояние звеньев ЗМС, что, в свою очередь, является дополнительным фактором для повышения степени пост-тетанической потенциации в этих мышцах. Тот факт, что деэ пост-тетяническле сокращения в обоих мышцах фактически не отличаются друг от друга по амплитуде (рис. 3) указывает на то, что в денервированных мышцах в ответ на одиночный потенциал действия перец тетаническим раздражением высвобождается меньше Са"+ из ТЦ CP, чем в инервированных мышцах. Видимо, это обусловлено частичным нарушением ЗМС в денервированных мышцах.
Таким образом, опираясь на вышеприведенные экспериментальные и литературные данные можно заключить, что система ЗМС находится под постоянным влиянием нейротрофических вещестЕ, поступающих к мышце по аксоплазматическому транспорту и выделяемых в нервно-мышечном синапсе мышечного Еолокна.
Выше было показано, что прекращение нейротрофического контроля после перерезки двигательного нерва изменяет параметры сокращения скелетных мышц лягушки, которые иницировались деполяризацией ППМ мышечного волокна (рис. Сбив)./ Наследов Г.А.,1981,1988;Kot_ aian В.A. et al., Ю84 а и др./. Вместе с тем известно, что кофеин может еызеэть сокращение скелетной мышцы без деполяризации ППМ /Axeloaon j.Thesleff s. 1958/, т.е. без вовлечения е процессе инициации сокращения основного события, запускающего механизм ЭМС в мышечном волокне. Несмотря на эту особенность, прекоанение нейротрофического контроля татае модифицирует параметры коТ«иновых контрактур ценерЕироЕанных скелетных мышц лягушки. Видимо, перерезка двигательного нерва вызывает определенные изменения (по нашему обозначению -денервационные изменения (по нашему обозначению - денервационные из-
менения) в функциональных системах мышечного волокна, которые и обусловливают модификацию параметров сокращения мышцы иницирован-ных кофеином. Нужно отметить также, что после односторонней перерезки седалищного нерва в определенных условиях наблюдается и модификация параметров кофеиновой контрактуры инервированной симметричной портняжной мышцы (рис. 7 б и 8 б). Предполагаемые изменения в функциональных системах мышечного волокна, ответственные за модификацию параметров кодеиновой контрактуры этих мышц мы обозначили как псевдо-ценервационные изменения (см. Еыше). Встает Еопрос прекращения влияния какого или каких факторов не^ротрофического контроля ответственно за возникновение денервационных изменений и какие причины обусловливают возникновение псевдо-доиервационных изменений?
Кофеиновая контрактура изучалась на мышцах из двух групп лягушек, которые отличаются между собой сроком истощения НМЛ в де-нерЕированных мышцах. Несмотря на это обстоятельство, признаки денервационных изменений Этакие, как потенциация амплитуды и уменьшение продолжительности первой фазы кодеиновой контрактуры денер-вированной мышцы по сравнению с контролем) выявляются через один и тот же определенный срок (8 дней) после денервации в мышцах из обеихгрупп лягушек (рис. 7 и 8). При этом срока денервации р мышцах из той группы лягушек, которая находилась после операции при температура 8-Ю°0 НМЛ не истощена (рис. I). Таким образом, прекращение влияния тех факторов нейротрофического контроля, которые воздействуют на денерЕированнуш мышцу при наличии НМЛ (влияние кванто-еого и неквантового АХ; влияние нейротрофичоских веществ), а также появление продуктов дегенерации нерва не яеляются инициаторами денервационных изменений в мышце. С другой стороны денервированные мышцы из обеих х'рупп лягушек находятся в состоянии бездеятельности из-за прекращения влияния нервной импульсации. По нашему мнению, прекрпщоиае влияния этого фактора нейротрофического контроля л обусловленное этим бездеятельное состояние является причиной возникновения донервациолкых гзывнзшй а иаззце. В и£стоыг,еэ время ке процс-таглязтея возможным определить механизм возникновения денервационных аз.\ьзие1шц а этот вопрос требует дальнейшего исследования. О ха-ракторс еэ отих декерзациокных изменений, исходя из наших данных, ^ожяо составить определенное прэдетагление. Для отой цели ма воспользуйся данными полученных на мышцах при месячном сроке донерва-ции, так как в этом случае наиболее четко выражены донэрвационные азкензндл, выявленные во время сокращения ыкшцы под воздействием кофеина ала электрического раздражения (рис. 2, 7 и 0). Известно,
что кофеин вызывает сокращение мышцы, высвобождая Са2+ из СР мышечного' волокна /Blanchi O.P.,3olton т.1967; Endo И., 1977; Marto-nosi A.N., 1984 и др/. Изучая воздействия кофеина на фрагменты СР, изолированные из скелетных мышц кролика, Миамото и Ракер /Hionoto П.,Rackor Е., 1982/ обнаружили, что чувствительность тяжелой фракции СР (которая состоит преимущественно из ТЦ СР / Cacwoll А.п.et al. 1976; Meiosner о.,1975/ значительно выше, чем легкой фракции (которая представляет собой продольные компоненты СР /Canwoll А.П. et al., 1976; iicicr.ner а.,1975/. Тяжелая и легкая фракции фрагментов СР мышечных волокон лягушки также отличается друг от друга чувствительностью к кофеину /Kirino Y. ,iîhiraizu H.,i982;Cu J.Y. .Ilaccel-hach V.1., 1984/. В свете этих данных модель Гсберта / Gehert G., 1268/ для интерпретация двухфазности кофеиновой контрактуры могло представить следующим образом: кофеан при концентрации 3-4 t/J, проникая в мышечное волокно в основном посредством Т-системы /Nagai I. ot al., 1978/ высвобождает Са2+ только из ТЦ СР, после чего Са2+ обратно связывается продольными компонентами /Blanchi o.p.,^oltcn T.G., 1967; Yoahioka ï..Sonlyo Л. 1984 и др./, что обусловливает наличие только первой фазы контрактуры. Вели п;е концентрация пофев-на превосходит 4 мМ, то кофеин воздействует на ТЦ СР и на продольные компоненты СР, также высвобождая Са^+ из этих структур (что, видимо, угнетающе влияет на связывание Са'^+ этим компонентом СР), вследствие чего наблюдается и вторая фаза кофеиновой контрактур:,'. Основываясь па эту модель мы попытались выяснить причины изменения параметров кофеиновой контрактуры денервированкой портняжной ьзга-цы лягушки. Как было показано выше, под воздействием 4 ьМ кофеина денервированноя мышца в начальной фазе контрактуры по сокращается (рис. 9 б), в то время как сокращение инервированной мышцы происходят интенсивно (рис. 9а). По нашему мнению, это указывает на то, что при месячном денервации высвобождение Са^+ из ТЦ СР денервиро-ванной мышцы под воздействием кофеина происходит менее интенсивно, чем в инервированной мышце. Ото предположение хорошо согласуется с данными, полученными на ТЦ СР денервированных мышц теплокровных животных /Zorzato Р. et al.,I989;n3lvatorl s.et -il.,1388/. В литературе есть данные, что в денервированном мышечном Еолокне способность СР связывать Са2+ снижена /ihoroo W.R.neeman Ph., 1971 ;'л'аи К.К. ,ПосБ-non п., 1980/. Так как кофеин при концентрациях выше 4 г.4Л, воздействуя на мышечное волокно ингибирует связывание Са"+ продольными компонентами СР (см. гь"се), сниженная способность сеясыгять Са2+ этого компонента СР долтша усиливать ингибирупщее воздействие кофеина. Вследствие этого, вероятно, и потенцируется вторая фаза контра-
ктуры денервированной мышцы по сравнению с контрактурой инервирован-ной мышцы (рис. 6, 7 и 9). Есть также данные, что содержание Са2+ в СР денервированного мышечного Еолокна повышено / Р1скеи ¿".Н.ИхЪу А.С., 1976/. Вероятно и эта ситуация способствует потенциации второй фазы кофеиноЕой контрактуры денервироганной мышцы / Ко^ав 3.A.вt а1.,1984 б/. Известно, что высокая нагруженность СР Са^+ является помехой для процесса присоединения этими структурами Са2+ /Мах^;опов1 А.П., 1984/. Не исключено также, что потенциации контрактуры определенным образом способствует и дегидратация мышечных волокон после денервапии (рис. 5). Имеются данные, что кофеиновая контрактура после потери мышечными волокнами определенного количества еоды может протекать более интенсивно / Пак А.Д.,Есырев О.В., 1980/. Вышеприведенные аргументы, объясняющие потенциацига второй фазы кофеиновой контрактуры денервироЕанной мышцы справедливы также при рассмотрении параметров первой фазы контрактуры в этих мышцах. Хотя в денервированной мышце высвобождение Са2+ из ТЦ РС во время первой фазы, вероятно, происходит менее интенсивно, сниженная способность СР связывать Са и высокое содержание Са + в этих структурах, при воздействии 6 и 8 иЖ1 кофеина обусловливает укорочение первой 'фазы контрактуры (которая по амплитуде не отличается от это-г параметра контрактуры инервированной мышцы), а при концентрации кофеина 4 мМ амплитуда контрактуры денеррированной мышцы в конце концов превосходит амплитуду контрактур инервированной мышцы (рис. 9 а и б). Как отмечалось выше в определенных условиях после перерезки инервирующего нерга одного из портняжных мышц наблюдалась кратковременная модификация параметров кофеиновой контрактуры симметричной инервированной мышцы (рис. 7 б и 8 б) по сравнению с контрактурой из неоперированной лягушки. Причины возникновения кратковременных псевдо-денервированных изменений, обусловливающих модификацию параметров кофеиновой контрактуры инервированной шшцы (рис. 76 и 86) нам не ясны. Хотя нам представляется возможным сделать некоторые предположения. Псевдо-денервационные изменения наблюдались после истощения НМЛ в денервироЕанкых мышцах, т.е. после дегенерации волокон двигательного нерва. Известно, что поме перерезки периферического нерЕа в телах мотонейронов начинается хроматолиз /Оке С.,1969/. Видимо, сигналом для включения процесса хроматолиза является прекращение ретроградного аксоплазматического транспорта после дегенерации нервных волокон, так как есть данные, что хроматолиз выражен тем сильнее, чем ближе к телу клетки перерезан лерЕ /Оке С.,1969/. С другой стороны известно, что мотонейроны, контролирующие одну группу мышц имеют синаптические сеязи с
мотонейронами конролирующих симметричную группу мышц /Оке С.,1969/. По нашему мнению, хроматолиз в одной группе мотоне'ронов может определенным образом (через эти синаптические связи) влиять на другую группу мэтонейронов, изменяя тем садам характер влияния этих мотонейронов на мышцы инервируемые ими, что и вызывает псевдоденерЕацион-ные изменения в этих мышцах. Косвенно это предположение может подтвердить тот факт, что денервация мышцы лягушки вызывает в контра-латеральной мышце ряд женерЕационноподобных изменений, в том числе и внесинаптической чувствительности к АХ / Логгега л.А.Ог1пе11 А.Р. 1981; Зtвiabach ¿г.н.,1«81/. Интересно отметить, что параллельно модификации параметров кофеиновой контрактуры инервированных мышц, обусловленных псевцо-ценерЕационными изменениями модифицируются и параметры контрактуры денервированных мышц до появления в них де-нервационных изменений (рас. 76 и 8 б). Видимо, в условиях, р которых возникают псеЕдо-денервационные изменения в инервированной маце, истощение НШ в денерЕИроЕанной мышце может влиять на параметры кофеиновой контрактуры этой, мышцы. Механизм этого влияния пока необъясним для нас. Денервационные изменения же накладываются на этот процесс и происходит дальнейшая модификация параметров кофеиновой контрактуры денервароЕанной мышцы (рис. 76 и 86).
Как отмечалось, появление псеЕдо-дерервационных изменений в инерЕироЕанных мышцах зависит от истощения НШ в денервироЕанных мышцах. Мы наблюдали псевдо-женерЕационные изменения в том случае, когда истощение НМЛ в денервироЕанных мышцах предшествует появлению денервационных изменений (рис. 7 б и 8 б). Когда же истощению НМЛ предшествовало появление ценерЕационных изменений в денервироЕанных мышцах (рис. 7а и 8 а) не наблюдались изменения каких-либо параметров кофеиновых контрактур инервированных мышц, которые бы указывали на возникновение псеЕдо-денервационных изменений в них. По нашему мнению, для выяснения этого вопроса требуются дополнительные исследования. Не исключено также, что температура окружающей среды, в которой находились оперированные лягушки, может влиять на процесс возникновения псевдо-денервационных изменений, так как при температуре 8-Ю°С псевдо-ценервационные изменения или отсутствуют или носят подпороговый характер. Что касается же механизма модификации параметров кофеиновой контрактуры инервированных мышц при псевдо-денервационных изменениях, то, по-видимому, он осуществляется через Функциональные изменения компонентов СР, аналогично ситуации в денервированных мышцах при возникновении в них денервационных изменений (см. выше).
Влияние гипертонических растворов на сократительные свойства портняжных мышц лягушки
Повышение тоничности инкубационного раствора угнетает сокращение скелетных мышц лягушки, вызванные посредством деполяризации плазматической мембраны мышечных волокон /Пак А.Д. и др. ,1982; doraon К.Е., 1973; Oaputo С., 1966,1968; Gordon A.M.Godt R.E.,1970; Hodgkin A.L. ,Horowitz P., 1957; Komaher E.et al., 1974; Lännorsron j.,Noth J., 1973 и др./. О влиянии ке гипертонических растворов на кофеиновую контрактуру мышцы, которая не сопровождается деполяризацией плазматической мембраны /Axolason J.lhoaiof s.,1958/, в литературе имеются противоположные данные. Одни авторы наблюдали угнетена! кофеиновой контрактуры в гипертонических, растворах /Gordon a.m. ,God-В.Е., I970;Lännereran j.,Noth J., 1973/, по данным других, скелетные мышцы в гипертонических растворах продолжают развивать кофеиновую контрактуру и по величине она превосходит контрактуру в рас-творо Рингера / Пак Л.Д. .Всырев 0.В. ,1980; Oaputo C..I9GS/.
Предлагаются две протяноположныз гипотезы для объясконпя ия-.гибкроЕания сокращений, еызеояных деполяризацией плазматической мембраны мышцы под влиянием гипертонических растворов: I. При дегидратации мышечных еолокон в гипертонических растворах в миоплазыа возрастает ионная сила, что должка обусловливать снижение сократительной способности миофибрялярного аппарата, что и может быть причиной угнетения сокращения мышц /Gordon A„M.,üodt H.E.i970.r.om»hor Е. et al., 1974 и др./. 2. Гипертонические растворы, воздействуя на мышечное волокно, угнетают функционирование 315С и тем самым ингиба-руют сокращения мышцы /Anderson К.Е., .1973; Oaputo С., 1966,1968; Eonchor B.ot al., 1974 в др./. Авторы, которые наблюдали угнетенно кофеиновой контрактуры в условиях повышенной тоничности, прадорилва-ю-гся порвой гипотезы, так как коФоин иницирует сок рад силе мышцы без деполяризация плазматической Meid рака к зго угнетенно долено означить ухудашые фушвдонирзганш шофибр::ляр:;ого аппарата /Gordon А.М. .fcodfc Е,К., I9V0;Оовйоа AJl.ot el. ¿973. laaaooon A. ,1969 в'др.,
По млению ке других авторов, наличао потенцированной кофеспо-вой контрактуры в .гипертонических растворах указывает на нормальное функционирование маофибрвляряого аппарата и угнетение сокращений шшцы в этих условиях долкно означать нарушение З'ЛС в мышочных волокнах /Oaputo С., 1966; Eomchor E.ot ali974 ü др./.
Для болое детального азучания данного вопроса и для выявления прочая изменения кофеиновых контрактур при воздействии гипертонических растворов на скелетные мышцы лягушки были проведены специаль-
пне опыты, результата которых приводятся няне.
а. Влияние гипертонических растворов на одиночные и тетанп-ческио сокращения. В этой серии опытов мы изучали влияние гипертонических раствороЕ на одиночные и тетаняческпе сокращения портняж-них миш1 лягушки. Оказалось, что степень угнетения одиночных я татанических сокращений зависит от тоничности инкубационного раствора (рис. II). Тетапическне сокращения поме 30 мин инкубация в растворе с относительной тоничностью I,46 Т уменьшаются в среднем до 010 по отношению к сокращению в растворе Рянгера, а одиночные сокращения - до 29:? (рис. II). В растворо с относительной тоничностью 1,92 Т к этому моменту тетаняческпе сокращения угнетаются до 270, а одиночные - до 40 (рис. II). 3 растЕоре, относительная тоняч-яоеть которого равнялась 2,38 Т тетаняческпе п одиночные сокращения полностьга угнетены утяе после 15 мин янкубацля мышцы в этом растворе (рис. II). Нужно отметить, что после 15 мин инкубации в растворе с относительной тоничностью 1,92 Т тетаняческие сокращения уменьшаются до 510, а одиночные - до 17!? (рис. II). Выше было высказано предположение, что в гипертонических растЕорах причиной угнетения одиночных и тбтаняческих сокращений скелетной мышцы мояет являться нарушение ЖС в мышечных волокнах /Оат^о е., 1966;Поп-аъаг Е.оъ а1.Д974 и др./. Для проверки этого предположения в наших опытах изучалось влияние потенциатора 2МС - С10д /Рои1кс .1.0., Ио^оЫ'ба Ь., 1985; СотоНо м.ot а1.1983/ на одиночные сокращения портняжных мышц лягушки инкубированных в гипертонических растворах разной тоничности.
Как видно из рис. На одиночные сокращения в растворе с относительной тоничностью 1,46 Т значительно угнетаются. Если же одновременно с этим гипертоническим раствором на мышцу воздействует 20 кМ С10^, то одиночные сокращения потенцируются по сравнению с сокращениями в раствора Рингера (I Т) и эффект сохраняется в течение всего 30 мин периода инкубации мышцы в этом растворе (рис. 12). В гипертоническом растворе с относительной тоничностью 1,46 Т под воздействием 20 Ш СМ^ происходит восстановление предварительно угнетенных сокращений почти до нормального уровня (ряс. 13). 3 растворе же с относительной точнисностьч 2,38 Т не происходит восстановлена е одиночных сокращений под воздейст! яем 20 мМ СПЖ* Вьи0 отмечалось, что в растворах с относительной тоничностью 1,92 и 2,38
Т одиночные сокращения портняжной ищи лягушки угнетаются в большей степени, чем в растворе с относительной тоничностью 1,46 Т (рис. 11а). Кали растворы с тоничностями 1,22 Т и 2,3;} Т содержат
Рис. II. Влияние гипертонических растгароЕ на одиночные (а) и тетаническиа (б) сокращения портняжной мышцы лягушки. © (П_ = 31) - сокращения мышцы е растроре Рингера (I Т), О (П_ = 12), ф ( П_= 8),©(а= II) сокращения мышцы с относительной тоничностьга 1,46 Т; 1,52 Т и 2,33 Т соответственно. Во время тетанических сокращений мышцу раздражали частотой 100 Гц е течение 100 мсек. Мышца, сокращаясь, передвигала 5 гр. груз». По оси абсцисс - вре./я инкубации мышцы е гипертоническом растворе, мин; по оси ординат - амплитуда сокращения, %.
20 ню 1 СЮ^ , то одиночные сокращения мышцы в этих условиях сначала потенцируются, а затем постепенно угнетаются по сравнению с сокращениями е растворе Рингера (рис. 12). Нужно отметить, что в этих гипертонических растворах, содержащих СЮд одиночные сокращения мышцы потенцируются по сраЕнению с сокращениями в контрольных гипертонических растворах и их полное угнетение происходит сравнительно медленно (рис. 12).
Рис. 12. Влияние гипертонических растворов, содержащих СО ьй СЮ^ на одиночные сокращения портняжных Г-ЯЕД лягушки.
© (П, = 17) - сокращения в растворе Рипгера (I Т), О (П = 3), (D (П= 4) я О (П= 5) - сокращения мышцы в растворах с тоничнос-тьи 1,46 Т; 1,92 Т и 2,28 Т соответственно. Мышца, сокращаясь, передвигала 5 гр. груз. По оси координат то же, что и на рис. II.
А,%
Рис. 13. Восстановление одиночных сокращений в гипертоническом растворе под воздействием 20 M CIO^. ® - сокращения в растворе Рингера; ф - сокращения е растворе с относительно!'! то)ШЧ1-остьо 1,46 Т: О - сокращения в том же растворе под воздействием 20 гЛЛ СЮ^. Мгшца, сокращаясь, передвигала 5гр груз. По оси координат то же, что и на рис. II.
б. Влияние гипертонических растворов на кодеиновые контрактуры . Во Еторз" серии опытов мы научали влияние раствороЕ разной тоничности на контрактуры портняжных ш лягушки иницируемые 8 М кофеина. Как отмечалось выше, в растворе Рингера кофеиновая контрактура скелетной мышцы лягушки имеет двухфазный характер / 0с1егь й., 1968; МаЛвивЫта Т.е* а1., 1962; Иаеа! а1., 1978/. В гипертонических растворах кофеиновая контрактура портняжной мышцы лягушки также имеет двухфазный характер и контрактуры в этих растворах потенцировались по сравнению с контрлктурными мышцы в растворе Рингера (рис. 14 и 15). При детальном изучении характера потенциации кофеиновой контрактуры в гипертонических растворах оказалось, что параметры ее отдельных фаз и из соотношение с параметрами контрактуры в изотоническом растворе зависит как'от относительной тоничности раствора, так и от продолжительности инкубации мышцы е гипертоническом растворе. Как видно из рис. 14 кофеиновая контрактура в растворе с относительной точностью 2,38 Т (без предварительной инкубации мышцы е этом растворе) потенцируется в обеих «Фазах относительно контрактуре в растворе Рингера. Потенциация контрактуры е этих условиях статистически достоверна с 0,5 мин от момента инициации сокращения кофеином (Р< 0,01). Иная картина наблюдалась е опытах, если мышцы предварительно инкубировались в течение 30 мин е тестируемом растворе. В этом случае первая фаза кофеиновой контрактуры в гипертоническом растроре (2,38 Т) фактически полностью угнетена по сравнению с контрактурой е растворе Рингера в течении первых трех минут от момента воздействия кофеина на-мышцу (Р<.0,05). Потенциация контрактуры в этих условиях по сравнению с контрактурой контрольной мышцы наблюдается только с 9 мин сокращения (Р< 0,05; рис. 14), Нухно отметить, что кофеиновая контрактура в гипертоническом растворе (2,38 Т) без предварительной инкубации в нем развивается значительно интенсивнее (рис. 14) и превосходит контрактуру, которая иницироЕалась в этом растворе после 30 мин преипкубации, начиная с 0,5 мин после воздействия кофеина (Р<0,01). Противоположную картину наблюдали при изучении кодеиновых контрактур в растворе с относительной тоничностья 1,46 Т (рис. 15). Кофеиновая контрактура иницируется без предварительной инкубации мшцы е гипертоническом растЕоре потенцируется по сравнению с контрактурой в изотоническом растворе только ео второй фазе - с 5 мин сокращения (Р<0,05). В течение первой фазы контрактуры в обоих растворах не отличаются друг-от друга (Р>0,5; рис. 15). После 30 мин инкубации мшцы в тестируемом растЕоре контрактура превосходит контрольную контрактуру
Рис.14. Влияние гипертонического (2,38 Т) раствора на кофе-[новые (8Ш) контрактуры портня-;ной мышцы лягушки. О (1\= 24) - контрактура е застЕоре Рингера (I Т);() (П. =12), 0 (1"1= 4) - контрактуры без федварительной инкубации и после ¡0 мин инкубации мышцы е гиперто-гаческом растворе .Мышца, сокращать,передвигала бгр.груз.По оси «бсцисс - время,мин;по оси ординат амплитуда сокращения,мм.
Рис. 15. Влияние гипертонического (1,46 Т) раствора на кофеиновые (Б iAl) контрактуры портняжных мышц лягушки.
Q (П= £>) - контрактура е растворе Рингера (I Т). ф (|> 6) иф (П= 3) контрактуры без предварительной и после 39 мин инкубации мышцы в гипертоническом растворе, {дышца,сокращаясь, передвигала 2 гр.груз. lio оси координат то же, что и на рис. 14.
(рас. 15) к пзтэкцпащш статистически достоверна для обеих аз фаз (Р<0,02). Контрактура в этих условиях так:.;« превосходит сокращение мышцы в гипертоническом растворе, которая наблюдается баз прз-инкубации только в течение первой мину-хн сокращения (Р<£ 0,05;ряо. 15). При анализе данных о влияния гипертонически;; растворов на одиночные и тетанкчаские сокращошш и на кофоккониз контрактуры ;jimusj нукно отметить два факта:' I. Посла 30 «за инкубации в растрорэ с относительней тоничностью 2„ЗУ Т полностью угнзтаются одиночные сокращения мышцы (рис. II). 2. В этих ко условиях угнетается пера ал фаза кофеиновой контрактуры мышцы (рис, 14). Учятивая параллельность этих явлений представляется возможным существование определенного взаимоотношения макду нем?.. С цолыо проверки справедлив ости этого предположения иама было изучено влияние продолжительности инкубации портняяной мышцы лягушка в ГЕпертопаческвх растворах на параметры кодеиновой контрактуры. Как видно па рис. 16, в растворе с относительной тоничностью 2,38 Т первая фаза контрактуры полностью угнетается как после 15 мин, так и после 30 ман инкубации шщы в этом ке растворе. Примечательно, что и тетанические сокращения ингибируются, начиная с 15 мия инкубации мышцы в этих условиях (рис. II б). С другой стороны нужно отметить, что после 30 мин инкубации мышцы в растворе с относительной тоничностью 1,92 Т развивается первая фаза кофеиновой контрактуры и что тетанические сокращения мышцы в этих условиях не угнетаются полностью (рис. II б). Таким образом, исходя из этих данных, можно предположить существование взаимоотношения между наличием сокращений в гипертонических растворах, которые иницируатся деполяризацией плазматической мембраны и наличием сокращения в первой фаза кофеиновой контрактуры в этих же растворах.
Причины изменения сократительных свойств портняжных мышц лягушки в гипертонических растворах
Целью данной серии экспериментов было выявление характера воздействия растворов разной тоничностя на сокраценяе портняжных мышц лягушки. В гипертонических растворах в зависимости от степени тоничности раствора и от продолжительности инкубации в нем наблюдалось частичное или полное угнетение тетаничаскг.х и одиночных сэкра-щендй мышцы (рис. II). Таким образом, в атом отношения подтвердились результаты других авторов /Anderson К.Е., 1973; Gordon A.M., 0o4t а.Е., 1970 и др./. Известно, что в гипертонических растворах, тоничность которых 2-2,5 раза превышает тоничность раствора Рянгера, мышечные волокна сокращаются /Gordon А.Я.,Godt U.E.ig^Q.nill D.K.,
1968; nomeher E.et al., 1974 и др./, и подобное сокращение (контрактура тоничности) ингибируется тетракаином / Lannergren J./Toth J., 1973/. Тетракаин также ингибирует кофеиновую контрактуру мышцы в растворе Рингера / Fcinstein. М.В., 1963/. Так, как кофеин вызывает сокращение мышцы высвобождением щ ТЦ CP мышечного волокна /ludo И., 1977; Kirino Y.3himisu,1982 и др./, можно заключить, что и контрактура тоничности обусловлена высвобождением в миоплазме Са*"+ из ТЦ CP мышцы / bannorgroa j.ifoth J., 1973/. На ото указывают данные Сошлю и coaET. /Somlyo А.Р., 1978/, которые наблюдали транслокацию Са<,+ из ТЦ к продолжительному компоненту CP мышцы в условиях повышенно:! тоничности. Контрактура тоничности одиночного мышечного волокна проходит спонтанно через 60-90 с /Mnnsrgren J,Uoth J.,1973; Happoport s.I.et al., 1981/. В цело?, портняжной мышие контрактуры тоничности отдельных мышечных волокон видимо протекают асинхронно, так как требуется определенное время для диффузии гипертонического раствора г глубь целой мышцы /Gordon A.M., Godt R.E., 1970; LHnnor-gren J,, Koth J.,1973/. Если допустить, что диффузия тестируемого раствора в глубь целой мышцы завершается в течение 15-20 мин. / Зая-dow A.Kihn A.J. 1952/, то по истечении этого срока почти все мышечные волокна, составляющие мышцу, находятся уже в расслабленном состояния после контрактуры тоничности. В гипертонических растворах, где контрактура тоничности или отсутствует (1,46 Т), или имеет незначительную амплитуду (1,92 Т) /lannergron J.,:;0th J.,1973 и др./, тетанические и одиночные сокращения после 30 мин инкубации мышцы не угнетаются полностью (рис. II). С друпй стороны, в растворе с относительной тоничностью 2,38 Т, в котором контрактура тоничности развивается с максимально" интенсивностью /Liinnorgrend J.,Noth J.I973; Uappoport S.J.et ali98I и др./, одиночные и тетанические сокращения угнетаются уде после 15 мин инкубации мышцы (рис. II), т.е. после релаксации контрактур!.' тоничности большинства мышечных волокон, составляющих мышцу. Можно предположить, что контрактура мышечных волокон, возникшая под влиянием гипертонического раствора меняет функциональное состояние механизма высвобождения Са + из ТЦ PC и после релаксации контрактуры тоничности этот механизм не способен функционировать нормально. В пользу этого предположения свидетельствует факт транслокзции Са';+ из ГЦ CP к продольному компоненту CP мышцы /Зоя-!уо А.P. et al.,1978/. Из-за того, что в растворах с относительной тоничностью 1,46 Т и 1,92 Т контрактура или полностью отсутствует или имеет незначительную амплитуду ДЛппегегеп j.,:ioth J.,1973 и др./, механизм высвобождения Са' "1 их ТЦ CP видимо не претерпевает
радикальных изменений и блокирование ЭМС не происходит полностью, е т то время, как в растворе с относительной тоничностью 2,38 Т (в котором контрактура тоничности имеет значительную амплитуду / Lünnengren j.,Noth J., 1373; Hapoport S.J.e.a. 1981 и др./ происходит фактически полное блокирование ЭЫС. По данным Андерсена / Andereon. К.Е. 1973/ интеисиЕНОСТЬ и продолжительность активного состояния мышцы е растворе с относительной тоничностью 1,46 Т уменьшается, что должно быть обусловлено уменьшением количества высвобождения данного Са2+ в миоплазме при раздражении. Изучая характер люминесценции Са2+ чувствительного белка - экгорина в мышечных волокнах при относительной тоничности 1,5 Т и 2,0 Т инкубационных растворов Швелин и Тейлор / Shvelin H.H.,Taylor S.R., 1979/ обнаружили уменьшение интенсивности экЕоринорого сигнала до 84 и 670 соответственно относительно интенсивностью сигнала в растворе Рингера, что, видимо, означает уменьшение количества высвобожденного Са2+ в миоплазме в отеот на возбуждение мышцы в этих услвэиях.'Эти данные согласуются с характером и с предполагаемым нами механизмом угнетения одиночных и те-танических сокращений мышцы е растворах с относительной тоничностью 1,46 Т и 1,92 Т (рис. II). В пользу предположения о нарушении ЭМС в мышечных волокнах в условиях повышенной тоничности свидетельствуют и данные елияния СЮ^ на сокращение портняжной мышцы лягушки в гипертонических растворах (рис. 12 и 13). Как было показано, СЮ^ потенцирует одиночные сокращения скелетной мышцы лягушки в растворе Рингера / Joulte J.G.tloriehita,i985;Gomolla И.et al.,I983/. Потенцирующий эффект СЮ^ в этих условиях воплощается через влияния СЮ^ на звено ЭМС, которое контролирует высвобождение Ca из СР мышечного волокна /(Jomolla M.et al.-il983;büttgau ü.Ch.et alX983/. Поэтому в растворе Рингера под влиянием CIO4 в ответ на одиночное электрическое раздражение из СР высвобождается большое количество Са2\ чем в нормальных условиях /Lüttgau H.Oh.et о11983/. В результате этого миофибрилярный аппарат активируется более интенсивно и происходит потенциация одиночного сокращения. Таким образом, потенцирующий эффект СЮ^ на одиночные сокращения и в гипертонических растворах разной тоничностью (рис. 12 и 13), вероятнее всего, обусловливается увеличением высвобождения Са2+ из СР ео время возбуждения мышечного Еолокна. Так как в растворах с относительной тоничностью 1,92 Т и 2,38 Т, содержащих 20 мм CIO4 в конечном итоге происходит значительное или полное угнетение одиночных сокращений мышцы (рис. 12), можно заключить, что в этих растворах механизм высвобождения Са2+ из СР лнгибируется в значительной степени, пос-
ле чего потенцирующий э-ффект СЮ^ на ЭМС не проявляется. Потенцияция одиночных сокращений в растворах с повышенной тоничностью (рис. 12 и 13) дает основание предположить, что в них сократительная способность миофибриллрного аппарата мышечного волокна не сражается. В противном случае интенсификация ОМС перхлорат анионом не вызвала бы потенциацию сокращения мышцы. Несмотря на это предположение, данные о потенцирующем влиянии СЮ^ недостаточны для однозначного решения этого вопроса так, как в растворах с относительной тоничностью 1,92 Т и 2,38 Т, содержащих СЮ^ одиночные сокращения шпцы в конечном итоге угнетаются в значительной или полной мере (рис. 12).
Если допустить, что частичное или полное угнетение сокращения мышцы (которые иницируются посредством деполяризации плазматической мембраны мышечного волокна), в гипертонических растворах обусловлены сниженной сократительной способностью миофпбрилярных белков /Gordon A.H.,Godt й.Е., 1970; Homsher E.et al. 1974; Lännergren J. Noth J., IS73 в др./, то в этом случае должна угнетаться и кодеиновая контрактура, так как кофеин запускчет сокращение без деполяризации плазматической мембраны шиш /Ахс1звоп J..Sheclef З.1958/. Как видно из ряс. 15, после 30 мин инкубации шлицы в растворе с относительной тоничностью 1,46 Т кофеин ляицирует контрактуру и она по амплитуде превосходит контрактуру в растворе Рингера. Наличие в этом случае потенцированной кофекяоЕой контрактуры, по нашему мнению, указывает на то, что способность сокращаться миофибрилярного аппарата по крайней мере не снижается. Видимо, частичное угнетение тетанических и одиночных сокращений в этом растворе обусловлено ухудшением нормального функционирования ОМС в мышечных волокнах. В растворе с относительной тоничностью 2,38 Т, в котором полностью угнетаются тетанические и одиночные сокращения, после 30 мин инкубации мыяща сокращается под воздействием кофеина и максимальная амплитуда этой контрактуры превосходит амплитуду контрактуры в растворе Рингера (рис. 14). Таким образом, можно предположить, что также, как и при денервапии полное угнетение тетанических и одиночных сокращений в растворе с относительной тоничностью 2,38 Т не обусловлено утратой миофибрилярннм аппаратом способности к сокращению. Кобеиновая контрактура в растворе Рингера имеет двухфазный характер /Gebert G., 1968; Matsuohina Т.et al. 1962 и др./. По предположению Геберта / Gebert G., 1968/ в первой 1^азе контрактуры действие кофеина можно сравнить с ЭМС. В связи с этим интересно отметить, что гюГ и вен" (потенциаторы одиночных сокращений)
потенцирует первую фазу кофеиновой контрактуры / 0., 1968;
^вивЫша Г. е-ь а1., 1962; Наеа1 I. вt о1., 1978/. Исходя из вышесказанного видимо, можно считать, что причины, обусловливающие блокирование ЗЫС в растворе с относительной тоничностыо 2,398 Т, в какой-то мере ответственны и за угнетение первой фазы кофеиновой контрактуры в этом же растворе (рис. 14 и 16). Вероятно, в этих условиях высвобождение Са2+ кофеином е первой фазе контрактуры происходит значительно менее интенсиЕно, чем в растворе Рингера. На это указывает и то, что первая фаза контрактуры в растворе с относительной тоничностью 2,38'Т полностью угнетена с момента блокирования ЖС в мышечных волокнах, т.е. после 15 мин инкубации мышцы в нем (рис. 16). С другой стороны, в растворах с относительной тоничностью 1,46 Т и 1,92 Т (в которых не происходит полное блокирование ЭЫС в течение 30 мин инкубации мышцы е этих растворах) наблюдается наличие первой фазы кофеиновых контрактур (рис. 15 и 16).
В литературе есть данные, что потенцианяя кофеиновой контрактуры е определенной степени зависит от дегидратации мышечных волокон е гипертонических растворах / Пак А.Д., Есырев О.В., 1980/.
Поэтому можно было ожидать потенциации первой фазы контрактуры после 30 мин инкубации мышцы в растворе с относительной тоничностыо 2,38 Т, к моменту, к которому дегидратация мышечных волокон фактически завершается /Ьуйупзка М.,\-Шк1о В.К.1963; ¡-НатоЪо н. ,НиЪЪаг<1 1.1., 1972/. Однако, первая фаза контрактуры полностью угнетена уже после 15 мин инкубации мышцы в этом растЕО-ре (рис. 16), к моменту, когда дегидратация мышечных волокон не достигает своего максимального значения / вуйупока М.,1Шк1о Б.И., 1963;' М1ашо1;о П.,НиЪЬаг<1 а.I., 1972/. Принимая во внимание то, что наличие первой фазы кофеиновой контрактуры должно отражать в какой-т' мере функциональное состояние ЗМС в мышце, можно Сделать вывод, что ингибирование ЭМС в гипертонических растворах не зависит от степени дегидратации мышечных еолокон и, следовательно, от стопски возрастания ионной силы млоддчзмн е этом растворе. Подобную картину можно наблюдать и в опытах, проведенных на одиночных скелетных мышечных волокнах лягушки / ОариЪо е., 1968/. В этих опытах угнетение одиночных сокращений завершалось раньше, чем уменьшение объема мышечного волокна и следовательно, до того, как ого дегидратация достигала своего максимального значения / Оари(;о е., 1968 (см. на рис. 1-й 2)/. Таким образом, причиной частичного или полного угнетения титанических и одиночных сокращений должен являтьоя схелг функционального
состояния ЭМС в сторону инактивации по мере возрастания тоничкости инкубационного раствора.
Кофеиновая контрактура в растворе с относительной тоничнос-тыо 2,30 Т без предварительной инкубации мышцы потенцируется относительно контрактуры в растворе Рингера (рис. 14), что соответствует данным других авторов /Йяк А.Д. .Есырег 0.В.,1980; Oaputo G., 1966/. В этих условиях кофеиновая контрактура сохраняет двухфазный характер (рис. 14). Так как раствор относительной тоничности 2,38 Т я кофеин, воздействуя на мышцу е отдельности, иницируот контрактуру мышцы высвобождением Са2+ из СР /bannergron J. ,Hoth J., 1973; Иаг-tonooi А.П., 1934 и др./, то одновременное воздействие кодеина и этого раствора на мишцу должно увеличивать высвобождение Са2+ из СР, за счет чего первая фаза контрактуры протекает более интенсивно относительно этой же Фазы в растворе Рингера (рис. 14). Так как величина кофеиновой контрактуры, в частности зависит и от степени гидратации мышечных еолокон /Йак А.Д.,Есырев 0.В.,1980/, то потен-циация второй фазы контрактуры в этом случае (рис. 14) обусловливается и дегитратирующим воздействием гипертонического раствора. По-тенциации способствует также сниженная способность СР стязывать Са2+ в условиях повышенной тоничности /Andorson К.Е., 1973/. В растворе с относительной тоничностыо 1,46 Т мышечные волокна не сокращаются из-за повышения осмотического даглеяия среды /Mnnergren j.,Noth j., 1973/, поэтому кофеиновая контрактура иницируется без предвари-тель(!ой инкубации мышцы в этом растворе потенцируется только во второй фазе (рис. 15). Причиной тому должна являться постепенная дегидратация мышечных еолокон в этих условиях. После 30 мин инкубации мышцы е растворе с относительно" тоничностыо 1,46 Т кофеиновая контрактура потенцирована в обоих faaax по сравнению с контрактурой в изотоническом растроре (рис. 15). В этом случае причиной потенииа-ции первой и второй фазы контрактуры ЯЕЛяется предварительная дегидратация мышечных волокон под воздействие гипертонического раствора 1,46 Т /Пак А.Д., Ескрев 0.Е..1980/.
Таким образом, исходя из вышеизложенных рассуждений можно сделать рывод, что под воздечстЕием гипертонических растворов нарушается нормальное Т-ункционирогание LMC в мышечных волокнах. СледоЕа-тельно, встает вопрос о характере и механизме этих нарушений функционирования UMC в условиях по-идейной тоничности. Для это" цели мы воспользовались двумя моделями 'Jî.'.C, которые предположили Миамото и Ракер /toiomoto Е.,Hacker Е. ,[982/ и :СаСЕел И Брандт /Oaswell А.И.,
Brandt N.K., 1989/.
По структурным компонентам эти дЕе модели фактически идентичны друг другу и отличие между ниш состоит только в механизме функционирования самой ЭМС/Mlamoto Н.,Bäcker EJ982; Oaswoll, Brandt N.B. 193Э/.В обоих моделях допускается существование в мембране Т-тубулы мышечного волокна потенциально-зависимых Са"+ каналов, а в мембране ТЦ CP Са^+-каналов, ответственных за высвобождение Са"+ из ТЦ CP Aliamoto П.,Racker Е., I989;Oanwcll A.II. .Brandt Н.Й., 1939/. По модели Миамо-то и Раксра /Miaiaoto H.,Rackor е., 1982/^деполяризация мембраны Т-тубулы открывает потенциалозависимнй Са2+-канал, что обуслоЕли-Еает поток Ca¿+ через эти каналы в пространство внутри "мостиковых" структур контакта мембраны_ Т-тубулы и ТЦ СР. Вследствие чего этот Ca''4' взаимодейстЕиует с рецептором и открывает Са^+-канап е мембране ТЦ CP, т.е. иняцярует Ca¿+ зависимое высвобождение Са"+ из ТЦ DP. Высвобожденный из ТЦ CP Са"+ активирует миофибрилярные белки и происходит сокращение мышечного волокна. По модели КасЕела а Брандта /Oaswoll A.n.,Brandt U.E., 1909/ деполяризация мег.йраны Т-тубулы вызывает конформационные изменения белковых компонентов потенциально-зависимого Са2+-канала, которые механически связаны с Са2+-каналом в мембране ТЦ СР. Конформационное изменение Са2+-кана-ла Т-тубулы из-за этой механической сеязи вызывает последующее конформационное изменоние Са2+-канала( в мембране ТЦ CP, вследстваз чого высвобождается деполированный Ca¿+ из ТЦ CP и происходит сокращение мышечного волокна. Предполагая потенциально-зависимый Са2+-канал функционирующим как потенциалозависимый сенсор, служащий для открывания Са^+-канала е мембране ТЦ CP, Каевел и Бравдт /0асwo11 A.n.,Brandt U.R., 1989/ опирались на данные, что Са - ток, проходящий через потенциало-аависимый Са2+-канал мембраны Т-тубулы развл-Еается медленно и его временные характеристики не дают основания причислять Ca¿+ к активатору мышечного сокращения /Sanohoz J.A., stefani е., 1983/. Однако, нужно отметить, что Кота и Стефани /Cota Q.,Dtofani Е.,1985/ обнаружили новый, так называемый "быстрый" тип потзнциалыю-завиевкы:: Са2+-каналов г Фазных мышечных волокнах лягушки, свойства< которых позволяв? предположить участие проходящзго через них Са2+ тока в процесса активации сокращения. Таким образом, данные Кота и Стефани /Oota 3. ,sterani Е. ,1982/ свидетельствуют в пользу модели Миамото и Ракера / Mismo to а.в.Becker Е, 1982/.
Mu взяли на себя смелость спекулятивным образом синтезировать эта две модели. Можно допустить, что при деполяризации мемб-
раны Т-тубула происходят информационное изменение белковых компонентов потенциала, зависимого Са2+-канала, который механически связан с Са2+-каналом мембраны ТЦ СР. Но для зтих понформадионных изменений я вызванных пш конфоруацдоялнх изменений Са ^-канала мембраны ТЦ СР необходимо присутствие Са"+ в этих структурах. Проникновение Са^+ в этих структурах обеспечивается открытием потен-цаальио-завяспглогз Са2+-яанала мембраны Т-тубулп, что в свою очередь, способствует кояформацлопиым изменениям этого канала я вызванным илг. кокфорглашюнякм изменениям Са2+-яаиалс гембрзин ТЦ СР, 3 пользу сяптезировЁПЯСй модели свидетельствуют дашгке о завнспгаст:; яор'лль-иого фуикцкеяйровагт Е"С от епсклоточясго Са2+ /?ггяй О.Б., 1932; 1987/, дс то, что Сг2+-кп!?зл г/г раня ТЦ СР является Сп2+-заввсиглым /Ьг.'Ло { 1077; ИггЬопсч! Л.1Т., 1С04 л др./, Известно, что при ЛОПоляр:'.Р£ш;и( ШЕЛ г.тшечпего волокна з кемЗране ?-тубулн происходит ссзг.».гатр;:чсскса перзглгдопго зарядов, яоторче играют загляую роль в З'ЛС я которое /соятроляруэт пнсгсбсгцсж'с Са2+ /АагХпп П.Н., 1978; .Ч-потп и., 1973 л др./. Нам представляется позкояннм допустить, что пс-рспсмс.'.'чэ гер.гтеч'р.ччеекз:: оартдов доляпя отропать открытие по'го:;цг.аль;:о-г&"1:с;:::ого Са' -канале л его ггег^ргацяокгоо ксгегтокзе ирг. геполягй-пдзз тЯрапр Т-яубулк. 3 далгясР-'зм .тарактор п кехч-яиз.кз яврупсяяя СГЛС под лоздо;'ст1?лсг .гшсртояпчсск.'т: растворов будут обсуг'всться на основе зродлзпсяко? ка:.~ поделз.
!!зисс«ю, чуо С1С4Т аязяс? т лсзг.-.сптрглсскос ПоСс:.;г*с;гс зарядов я -"сг'бряно Т-тубулы лр;< депояярпзбцяз ПШЯ ютсчиоге голодна / 2иси-г о.Ь.-З., 19С5. ЕШд,?;аи 1:.СЬ. сь аХ.г 19ез/. Исходя из нашей гадали т:то предположить, что СЮ"," посдеИстауст на потек-цгаиоззвясякиЯ Са2+-;мнал в мембране Т-тубулч в влкяот на ого открытие а кокфор.мацпошше язкекеная. Вам было пелгаг.адо, что г. рястеоро с относительно й точностью 1,46 Т С10" предотвращает угнетение одиночных сокращений (рис. 13) или в определенных условиях потакипруот сокращенно гжаш (рис. 12). Модно заключить, что угнетение одиночных п тетанпчсских сокращений мышцы в гипертоническом раствора, который не янлцпрует контрактуру тонлчностз обусловлено ухудшением функционирования потенциало-зависимого Са^-канала в гж.сбрзнз Т-ту-булы. Вероятно, гипертонический раствор с относительной точностью 1,46 Т затрудняет открытие и последующие конформационние измерения этого Са2+-кзнала при деполяризации. ППМ, СЮ^ не, влияя на потенциал о-загБшша'.язменения в Са^+-ианале предотвращает деЧствко гипертонического раствора. Б гипертонических растворах, которые инг.циру-кт контрактуру тонячностл (относительная тоничность 1,92 Т и 2,38 Т) несмотря на предварительную потенциагщю одиночных сокращений под
воздействием CIO^, е конечном ктоге сокращения мышцы угнетается в значительной или полной мере (рис. 12). Влияние этих гипертонических раствороЕ на ЭИС, исходя из синтезированной модели, можно представить следующим образом: гипертонические растворы с относительной тоничностью 1,92 Т и 2,38 Т сначала воздействует на потенциало-за-еисимый Са2+-канал е мембране Т-тубулы (в этот период СЮ^ способен воспрепятствовать воздействию этих растворов и сокращения потенцируются). В дальнейшем воздействие гипертонических растворов на этот Са2+ канал приобретает необратимый характер (СЮ^ уде не способен ЕоспрепятствоЕать этому 'воздействию). Изгестно, что повышение тоничности инкубационного растЕора вызывает изменение ультраструктуры Т-тубулы мышечного волокна; происходит Еакуолизация этой компоненты СР / Jranzini-Armctrong С.et »11978; Oomlyo A.V.e.a. {[977/. Зндимо, эти изменения мембраны Т-тубулы в растворах с относительной тоничностью 1,92 Т и особенно при 2,38 Т каким-то образом вызывают кон^ормационные изменения и открытие Са2+-канала е мембране Т-тубулы, что, в сбою очередь, вызывает информационные изменения Ca -заЕисимого Са2+-канала в мембране ТЦ СР и последующее высвобождение депонированного Са2+ из ТЦ СР. С этим предположением согласуются данные о воздействии гипертонических растнороЕ на асимметрическое перемещение зарядов в мембранах скелетных мышечных ео-локнах лягушки /i'orowicz Р. .Schneider И.F., 1981/ и данные о ингиби-рогании "быстрых" потенциало-зависимых Са2+-каналов мембраны Т-тубулы (которые обнаружили Кота и Стефании G.,ßtofani Е. ,1985/ е условиях повышенной тоничности.
Йоны Ca0-1", которые обусловливают конформационные изменения Са2+-заЕисимого Са2+-канала ТЦ СР'проникают к Са2+ рецептору через створ уже открытого под воздействием этих гипертонических растворов Са^+-канала мембраны Т-тубулы. Весь этот процесс иницирует контрактуру тоничности, после чего происходит полное блокирование ЭМС в мышечных волокнах (см. выше). При этом в соответствии с интенсивностью контрактуры тоничности в значительной ила полной мере угнета-юяся одиночные и тетаяаческие сокращения мышцы (рис. II) и снимается потенцирующее Елаяние С10]7 (рис. 12). Б одиночных мышечных волокнах процесс ингибарования ЭМС е гипертонических растворах завершается в пределах 60-90 сек (время, которое требуется для инициации и релаксации контрактуры тоничности / bänncrgren J. ,l!oth J-i973/)i в целой портняжной мышце же этот процесс аз-за продолжательности диффузии гипертонического раствора вглубь целой мышцы занимает более длительное время (рис. II).
В литературе имеются данные о том, что ионы Яа+ при возбуждении мышечного волокна могут проникать в щель между Т-тубулой в ТЦ СР и иницировать высвобождение Са2+ путем кратковременной деполяризации мембраны ТЦ / Нестеров В.П. ,1985; Ро^геаи 13., Нау-топЛ 3., 1982 и др./. Не исключено, что гипертонические растворы иницируют контрактуру кишечных еолокон, создавая условия для проникновения Ка+ через мембрану Т-тубулы вовнутрь мышечного волокна.
^ Известно, что кофеин, воздействуя на Са'"+-чувствительный сенсор Са2+-канала мембраны ТЦ,увеличивает сродство этого сенсора к Са2* а этим способствует запуску Са2+-зависпмого высвобождения Са из ТЦ /На^опо!11Д:984; хаиат.о^о, Кааа1, 1982/. С другой стороны, количо-стео освобожденного Са2+ при его Со2+-завискмом высвобождении зависит от степени нагру.ения ТЦ СР ионами Са^+ /ЕпЗо и., 1977; 15а^о-аогз! Л.И., 1984/. Поэтому кофеин поме воздействия гипертонических растворов /которые вызывают высвобождение Са^4 из ТЦ СР /Ьаглсг-егоя ,г.,:.го1;}1 , 1973;Зсп1уо л.р. еЬ а!., 1978/, что, в своя очередь, способствует уменьшению количества Са2+ в этих структурах /Зои1уо А.?. а1. ,1973/, высвобождает меньшее количество Са2+ из ТЦ СР, чем при одновременном воздействии с гипертоническими растворами. Влдпмо ото является причиной полного угнетении первой фазы кофеиновой контрактуры г.тушцы, которая предварительно инкубировалась в растЕзрэ относительной тоничностью 2,33 Т (рис. 14 я 16).
Таким образом можно заключить, что причиной угнетения в гипертонических растворах одиночных и тетаняческох сокращений скелетной мышцы лягушки является нарушение обусловленное изменением Функционального состояния компонентов триадного контакта Т-тубулы л ТЦ СР мышечного волокна. Эти изменения также могут повлиять на параметры кофеиновой контрактуры скелетной мышцы лягушки в гипертонических растворах, а эти изменения необходимо учитывать при интерпретации данных о сокращении мышцы в условиях повышенной тоничности, которые ини-цируются посредством кодеина, какими яеляются кофеиновые контрактуры /Пак А.Д.,Есырев О.В. ,1980; Оари^ 0., 1366; Зогйоп А.И.,0о<11 Н.Е., 1970; Ьаппогезеп ¿..Ио^ ¿. 1973/ и контрактуры, вызванные резким понижением температуры инкубационного раствора при воздействии суб-контрактурных концентрации кофеина на мышцу /Зака! т., ТоэЫока Т., 1973/.
В ы е о д ы
1. Денарвация угнетает одиночные сокращения скелетной мышцы лягушки, что обусловлено прекращением елияния нейротрофаческих веществ на мышцу вследствие дегенерации нервных еолокон после до-нервации.
2. В денерварованных мышцах, одиночные сокращения которых угя тени, обнаруживается нарушение нормального функционирования Э5.1С,
3. Денервацая потенцирует кофеиновую контрактуру скелетной мышцы лягушки, что обусловлено прекращением влияния нервной имлуль-сации после перерзки двигательного нерва и последующим бездеятельным состоянием денервированной мышцы.
4. После денарвации скелетной мышцы'лягушки способность ТЦ
СР высвобождать Са^+ а способность продольных компонентов СР рэаку-муларовать снижается.
5. Денервация- мышц одной задней конечности е определенных условиях влияет на сократительные ответы инервированных мышц второй конечности лягушки при воздействии кофеина, что обусловлено процессом хроматолиза в мотонейронах с перерезанным двигательным нер-
еом.
6. При денервации происходит потеря скелетной мышцой лягушки определенного количества воды.
7. Денервация нз влияет на сократительную способность миофиб-ралярного аппарата скелетной мышцы лягушка.
8. Под воздействием гипертонических растворов происходит на-рушоние нормального функционирования ЭГ-ЛС в скелетных мышцах лягушки.
9. Гипертонические растворы не ухудшают сократительную способность миофибралярного аппарата скелетных мышц лягушки.
10. Кофеиновые контрактуры скелетной мышцы в гипертонических растворах потенцируются по сравнению с контрактурами в нормальном растворе Рингэра и характер потенцкацка и-параметры кодеиновой контрактуры мыщц зависит от степони нарушения ОМС в гипзртонлчэс-ках растворах.
Список работ, опубликованных по тома диссертации:
I. Влияние гипертонических растворов на кофеиновую контрактуру портняжной мышцы лягушки. Известия АН ГССРДВ84, 10, И I, 21-28.
2. О потенциации кофеиновой контрактуры портняжной мышцы лягушки в гипертонических растворах хлористого натрия. Сообщения АН ГССР, 1984, 114, Я 2, 401-404.
3. Влияние ионов цинка на кофеиновую контрактуру портняжной мышцы лягушки. Известия АН ГССР, 1984, 10, » 6, 424-426.
4. Влияние изменения ионного состава внешней среды на сокращение скелетной мышцы лягушки. Тезисы Всес. конференции, посвященной 100-летию со дня рождения акад. И.С.Бериташвили, Тбилиси, изд. ТГУ, 1985, 134.
5. Влияние денервации на сокращение скелетной мышцы лягушки. Труды 1У Всес. межуниверситетской конференции по "Биологии клетки", Тбилиси, изд. ТГУ, 1985, 390-393 (Совм. с Т.Г.Лордкипанидзе).
6. Влияние ионов цинка на кофеиновую контрактуру портняжных мышц лягушки. Труды 1У Всес. межуниверситетской конференции по "Биологии клетки", Тбилиси, изд. ТГУ, 1985, 521-524.
7. Влияние гипертонияеских растворов на сокращения скелетной мышцы лягушки. Известия АН ГССР, 1986, 12, Ч 6, 365-375.
8. Влияние денерЕации на сокращения скелетных мышц лягушки. Тез. Всес. конференции, посвященной 50-летию Института физиологии им. И.С.Бериташвили АН ГССР, Тбилиси, изд. Мецннореба, 1986, 281-282.
9. Влияние лиотропных анисноЕ на сокращение денервированных скелетных мышц лягушки. Материалы I конференции молодых физиологов Закавказья, Баку, Олм, 1986, 78-79.
10. Влияние некоторых факторов, модифицирующих функционирование электромеханического сопряжения, на сокращения инервированно" и денерЕированной скелетной мышцы лягушки. Известия АН ГССР, 1987, 13, :s I, 5-14.
11. Изменения сократительных свойств скелетной мышцы лягушки после денервации. Сборник тезисов УП Всес. симпозиума "Биофизика и биохимия биологической подвижности", Тбилиси, изд. Меиниереба, 1987, 101—102 (Совм. с Н.А.Гачечиладзе, Т.Т.Ториашвили).
12. Причины угнетения одиночных сокращений скелетной мышцы лягушки в гипертонических растворах. Известия АН ГССР, 1938, 14, Л I, 62-65.
13. Влияние гипертонических растворов на сокращения денервироЕанных скелетных мышц лягушки. Сообщения АН ГССР, 1988, 129, ,'S I, 157160.
14. Влияние ионного состава гипертонических растворов на кодеиновую контрактуру скелетной мышцы лягушки. Сообщения АН ГССР, 1988, 129, 2, 401-404.
4 ¿а
Рис. 13. Злклние продолжительности инкубации портняжной шлицы лягушки в гипертонических растворах на ковшовые /е:.И/ контрактура. ф п ф -коктриктуры после 15 и ¿0 ьшн инкубации ;.щшцы в п;г/:ртон1песког растворе 2,38$. контрактура после 30 чкн инк-бации в растворе 1.92Т. Мышца, сокращаясь передвигала 5гр. груз-По оси координат то ;ке, что и на ргс. 14.
-
Ониани, Николай Тенгизович
-
кандидата биологических наук
-
Тбилиси, 1991
-
ВАК 03.00.13
- Морфологические аспекты репаративного гистогенеза скелетной мышечной ткани у белых крыс и озерных лягушек
- Локализация и функциональная роль белка CD97 в скелетных мышцах
- Формирование электровозбудимости у развивающихся в культуре эмбриональных скелетных миоцитов лягушки
- Внутриклеточные локальные изменения сопротивления как проявление сопряжения между мембранным потенциалом и состоянием внутриклеточных структур
- Адаптационные изменения изоморфного состава и функциональных свойств миозина и миозин-содержащих нитей скелетных мышц зимоспящих сусликов
