Характер зависимости латентного периода возбуждения скелетной мышцы белых крыс от температуры тела

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Биология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 612. 745. 1
И. В. Капланец, В.И. Соболев
характер зависимости латентного периода возбуждения скелетной мышцы белых крыс от
температуры тела
донецкий национальный университет (г. донецк)
Работа проведена в рамках госбюджетной темы Донецкого национального университета «Фізіологічні механізми адаптації людини і тварин до температурних чинників середовища і виробництва» (номер госрегистрации-1 860 099 045).
Вступление. Физиология нервномышечной системы, по-прежнему, остается предметом интенсивных исследований [5, 9, 12]. Однако многие аспекты данной проблемы все еще недостаточно исследованы. В частности, представляют как теоретический, так и практический интерес вопросы, связанные с изучением состояния нервномышечного аппарата в различных температурных условиях. Ранее рядом авторов [4, 5] установлено, что энергетика сокращающейся скелетной мышцы гомойотермного организма является объектом регуляции со стороны гормональной системы, в частности, гормонов щитовидной железы и катехоламинов. Существенное влияние на функциональное состояние нервно-мышечной системы оказывает температура [8, 3]. В ряде работ показано [3, 12 ], что при хроническом действии холода (адаптации) изменяется работоспособность скелетной мышцы, сила и мощность сократительного акта, к.п.д. ее работы [7, 8]. Установлено [9], что в процессе развития гипотермии происходят функциональные изменения со стороны скорости мышечного сокращения, мощности выполняемой работы, латентного периода укорочения мышцы и др. В экспериментах in situ некоторые авторы [3] наблюдали качественные и количественные проявления эффекта саморазогревания организма после однократной глубокой гипотермии на основные составляющие энергетики сократительного акта.
Однако в настоящее время остались вне поля зрения вопросы, касающиеся состояния собственно нервно-мышечной передачи при различной температуре мышцы гомойотермного организма, такие, например, как возбудимость мышечных волокон, их лабильность, особенности хемомеханического сопряжения, а также другие электрофизио-логические и физико-химические параметры сократительного акта.
Целью работы явилось выяснение в условиях in situ характера зависимости величины латентного периода возбуждения переднеберцовой мышцы белых крыс в зависимости от ее температуры.
Объект и методы исследования. Эксперименты были выполнены на 61 взрослых беспородных белых крысах-самцах со средней массой 328±4 г. У всех животных в условиях in situ электромиографическим методом (рис. 1) измеряли продолжительность латентного периода возбуждения (ЛПВ) передней большеберцовой мышцы после предварительной экспозиции при разных температурах окружающей среды. С этой целью непосредственно перед опытом животное помещалось в термокамеру при температуре от 35 до 10 0С. Продолжительность экспозиции определялась задачей эксперимента и выбиралась с таким расчетом, чтобы ректальная температура находилась в диапазоне от нормотермии (37,8… 38,2 0С) до выраженной гипотермии (25… 27 0С). Такая постановка эксперимента обеспечивала широкий диапазон изменения температуры мышцы (от 36 до 20 0С), что в дальнейшем позволило провести анализ зависимости между продолжительность латентного периода возбуждения мышцы и ее температурой.
котизировалось (этаминал натрия в дозе 75
мг/кг внутрибрюшинно), а затем фиксировалось в станке установки. Далее препаровался малоберцовый нерв, который в дальнейшем помещался в погружной электрод. Названный нерв иннервирует переднюю большеберцовую мышцу, сокращение которой вызывает сгибание стопы задней лапки. Затем в мышцу вводились два металлических игольчатых электрода с межэлектродным расстоянием 2 мм, соединенных с биоусилителем. Это позволило регистрировать вызванный электро-миографический ответ («ЭМГ-ответ») в виде суммарного биоэлектрического потенциала мышцы при раздражении нерва (рис. 2) и измерить в последующем латентный период возбуждения мышцы (рис. 3). Для усиления биопотенциалов мышцы применялся дифференциальный электрометрический усилитель с режекторным гираторным фильтром (50 Гц), соединенный с цифровым интерфейсом и компьютером.
Рис. 2. Общий вид записи электромиогра-фического ответа (ЭМГ-ответ) передней большеберцовой мышцы белой крысы при ритмическом раздражении малоберцового нерва.
Примечание: стрелками указаны моменты нанесения раздражения и ЭМГ-ответы- продолжительность импульса электростимулятора составляет 0,15 мс- прямоугольники, следующие друг за другом в нижней части рисунка, отражают не форму импульса, а указывают на момент нанесения раздражения (использован триггер, когда каждый импульс электростимулятора «опрокидывает» схему в логический «0» или «1»).
Рис. 3. К определению времени латентного периода возбуждения большеберцовой мышцы белой крысы.
Примечание: выделен начальный фрагмент из общей записи электромиографиче-ского ответа на рис. 2- вычисленный латентный период равен 2,34 мс- точки на кривых указывают на моменты измерения цифрового сигнала с квантованием 0,5852 мс- для построения оцифрованных кривых использовалась программа Excel.
В экспериментах регистрировали «ЭМГ-ответ» при одиночных кратковременных изотонических сокращениях мышцы. В ходе проведения опыта на малоберцовый нерв наносилось электрическое раздражение с параметрами: длительность импульсов — 0,15 мс, частота-4 Гц. В качестве опорного генератора использовался измерительный генератор прямоугольных импульсов Г5−6А- амплитудные параметры импульса задавались регулируемым усилителем постоянного тока с оптоэлектронной гальванической развязкой. Амплитуду импульсов электростимулятора в ходе нанесения раздражения постепенно увеличивали до тех пор, пока не появлялся «ЭМГ-ответ», после чего в течение 3 с производилась компьютерная запись вызванных потенциалов мышцы.
В опыте каждый раз поочередно исследовались мышцы двух задних лапок, что позволило вдвое увеличить число изученных нервно-мышечных препаратов, улучшив тем самым параметры репрезентативности.
При анализе полученных данных измерялось время латентного периода возбуждения мышцы, численно равного времени (мс) от начала раздражения нерва до появления первого электромиографического ответа в виде суммирующего электрического потенциала мышцы (рис. 3).
В конце опыта медь-константановой термопарой измерялась температура мышцы, после чего животное умерщвлялось путем
внутрибрюшинного введения летальной дозы тиопентала.
Полученные данные обрабатывались с помощью стандартных методов вариационной статистики с использованием программы Excel.
Результаты исследований и их обсуждение. Анализ полученных данных показал, что исследование было проведено на скелетных мышцах белых крыс с температурой, колеблющейся от 36,2±0,1 до 21,1±0,4 0С (табл. 1). Указанные значения температуры мышцы соответствовали ректальной температуре соответственно 38,2±0,1 и 26,6±0,2, т. е. от условий нормотермии до глубокой гипотермии.
Как видно из таблицы, время латентного периода возбуждения (ЛПВ) переднеберцовой мышцы белых крыс в условиях нормотер-мии (температура мышцы 36,2±0,10С) составило 2,38±0,019 мс, а в состоянии глубокой гипотермии (21,1±0,40С) соответственно
3,81±0,027 мс, или на 60% больше (P& lt-0,05). Следовательно, при глубокой гипотермии скелетная мышца сохраняет способность к возбуждению, однако скрытый период такого процесса существенно удлиняется.
Характер постановки эксперимента позволил провести анализ характера зависимости длительности латентного периода возбуждения мышцы от ее температуры (рис. 4).
Рис. 4. Характер зависимости между температурой мышцы и продолжительность латентного периода возбуждения переднеберцовой мышцы белой крысы.
Оказалось, что температурная зависимость изучаемого показателя сложна, но может быть достаточно хорошо описана полиномиальным уравнением (коэффициент достоверности аппроксимации составил R2=0,985). Обращает на себя внимание факт, что на кривой зависимости визуально выделяются, по крайней мере, три участка, расположенные в разных участках температурной шкалы: начале, середине и конце. На каждом из этих участков характер «хода» кривой существенно отличается от расположенного рядом.
Таблица 1
Зависимость времени латентного периода возбуждения переднеберцовой мышцы белых
крыс от температуры мышечной ткани
Показатель Температура мышцы, 0С
& lt-о -н (N, Ю т 0, -н 3 (N, 0, -н 4, 3 (N, 0, -н го 3, 3 (N, 0, -н 2, 3 (N, 0, -н 3 (N, 0, -н 0, 3, 3 0, -н го 8, 2, 3 0, -н г-~, 4, 2 0, нн 21
Среднее значение, мс 2,38 2,45 2,50 2,41 2,51 2,52 2,86 3,04 3,62 3,81
Ошибка среднего 0,019 0,025 0,014 0,021 0,017 0,019 0,021 0,015 0,021 0,027
Среднее квадратическое отклонение 0,084 0,085 0,044 0,067 0,057 0,061 0,074 0,054 0,081 0,097
Кол-во исследованных нервно- мышечных препаратов 18 11 10 11 11 10 12 12 14 13
Это позволяет предположить существование на температурной шкале качественно разных зон. С целью детального анализа этого предположения была построена гистограмма распределения частот всей совокупности значений ЛПВ мышцы (рис. 5). Оказалось, что на протяжении всей шкалы четко выделяются три участка, расположенных в пределах
следующих границ значений ЛПВ мышцы: (2,00 — 2,65), (2,70 — 3,30) и (3,35 — 4,00) мс. Обоснованность такой градации подтверждают результаты итоговой статистики (табл. 2). Так, среднее значение латентного периода возбуждения мышцы во втором диапазоне (2,70 — 3,30) мс на 21% больше ^& lt-0,01), чем в
первом, а в третьем на 25% больше (Р& lt-0,01), чем во втором. ___________________________________
14
12
10



11|. ІІІ ІІ. ІІІ ІІ1
2 2,15 2,3 2,45 2,6 2,75 2,9 3,05 3,2 3,35 3,5 3,65 3,8 3,95
Продолжительность латентного периода, мс V ^
Рис. 5. Гистограмма распределения частот значений латентного периода возбуждения переднеберцовой мышцы белых крыс.
Характерно, что значение асимметрии и эксцесса для исследуемых выборок вариант свидетельствуют, что в выбранных участках данные распределяются по нормальному закону. Это еще раз подтверждает факт существования на температурной зависимости трех независимых участков.
При определении места указанных выборок на температурной шкале оказалось, что они соответствуют следующим центральным значением температуры мышцы:
34,4±0,1 0С (36,3−33,6 0С) — для диапазона (2,00 — 2,65) мс-
29,7±0,3 0С (33,5−25,4 0С) — для диапазона (2,70 — 2,30) мс-
22,8±0,4 0С (25,3−20,0 0С) — для диапазона (2,35 — 4,00) мс.
Таблица 2 Значение некоторых статистических показателей совокупности данных времени латентного периода возбуждения при разной температуре мышцы
Статистический показатель Диапазоны значений латентного периода возбуждения мышцы, мс
2,00 -2,65 2,70 -3,30 3,35 -4,00
Темпе ратура мышцы, 0С
34,4±0,1 0С 29,7±0,3 0С 22,8±0,4 0С
Среднее 2,44 2,95 3,70
Стандартная ошибка 0,013 0,022 0,026
Медиана 2,46 2,95 3,71
Мода 2,41 2,93 3,6
Стандартное отклонение 0,101 0,109 0,135
Дисперсия выборки 0,0103 0,0119 0,0182
Эксцесс 0,576 -0,464 -0,523
Асимметричность -0,445 -0,385 0,379
Счет 60 24 27
Возвращаясь к рисунку 4, следует обратить внимание на угол наклона кривой на трех выделенных участках значений ЛПВ мышцы. В частности, видно, что наибольшей величины такой угол достигает на среднем участке температурной зависимости. В области нормотермии кривая практически параллельна оси «Х», а в области гипотермии
— имеет лишь незначительный наклон. Кроме того, видно, что характер температурной кривой на всех трех участках вполне может быть описан уравнением прямой линии. Такой вывод подтверждают результаты регрессионного и корреляционного анализа. Оказалось, что зависимость времени ЛПВ мышцы от ее температуры в указанных участках температурной кривой описываются уравнениями прямой линии и имеют вид, представленный в табл.3. Так, на первом участке температурной шкалы в условиях нормотермии зависимость между изучаемыми параметрами практически отсутствует, о чем свидетельствует коэффициент регрессии уравнения (Р& gt-0,05).
Таблица 3
Характер зависимости времени латентного периода возбуждения мышцы (ЛПВ, мс) на разных участках температурной шкалы
Диапазоны температурной зависимости Уравнение зависимости Коэффициент регрессии, мс/0С
(36,3−33,6) 0С ЛПВ = 2,21 + 0,0067* [Т0мышцы] 0,0067±0,021 Р& gt-0,05
(33,5−25,4) 0С ЛПВ = 4,76 — 0,061* [Т0мышцы] -0,061±0,0086 Р& lt-0,001
(25,3−20,0) 0С ЛПВ = 4,40 — 0,0316* [Т0мышцы] 0,0316±0,0112 Р& lt-0,05
При дальнейшем снижении температуры мышцы (диапазон 33,5−25,4 0С) латентный период возбуждения удлиняется- коэффициент регрессии в уравнении значительно увеличивается, достигая значения (-0,061±0,0086) мс/0С, что в 9,1 раза больше, чем в предшествующем случае. Наконец, на конечном участке температурной шкалы (25,3−20,0 0С), когда развивалась выраженная гипотермия, латентный период продолжал удлиняться, хотя и в меньшей мере.
Таким образом, характер изменения латентного периода возбуждения скелетной мышцы белых крыс зависел от ее температуры: сначала, в условиях нормотермии (34,4±0,1 0С), его продолжительность оставалась стабильной, а начиная с температуры мышцы 29,7±0,3 0С, ЛПВ мышцы резко удлинялся- при гипотермии (22,8±0,4 0С) этот процесс замедлялся.
8
6
4
2
0
Обсуждая полученные результаты, необходимо обратить внимание на точку перегиба температурной зависимости. Такая точка расположена в области температуры мышцы вблизи 30 0С. По-видимому, значение температуры ткани в области 300С является знаковым, после чего в мышечной ткани «включаются» некие процессы, которые ослабляют эффективность физиологической термокомпенсации [6]. Данное предположение хорошо согласуется с имеющимися в литературе фактами относительно значения температуры тела у гомойотермов для состояния цитомембран клетки. По некоторым литературным данным, именно при такой температуре наблюдается фазовый переход липидов в мембранах животных клеток [1, 2, 10, 11]. В результате такого явления механизм физиологической термокомпенсации уже не в состоянии обеспечить гомеостаз, в том числе и в отношении функционального состояния нервно-мышечной передачи и одного из ее параметров — латентного периода возбуждения скелетной мышцы.
Тем не менее, крутизна изменения длительности латентного периода возбуждения мышцы при развитии гипотермии остается все еще далекой от должной, если применить известное «правило Вант-Гоффа — Аррениуса». Результаты наших исследований показывают, что значение времени латентного периода возбуждения мышцы при снижении ее температуры на 10 0С изменяется не в 2−3 раза, а лишь в 0,4 раза (40%). Этот факт свидетельствует в пользу продолжающего функционирования механизма физиологической термокомпенсации в структурах нервномышечного аппарата.
Выводы.
1. При глубокой гипотермии скелетная мышца сохраняет способность к возбуждению, однако латентный период такого процесса существенно удлиняется — с 2,38±0,019 мс в условиях нормотермии (температура мышцы 36,2±0,1 0С) до 3,81±0,027 мс в состоянии глубокой гипотермии (21,1±0,40С).
2. Температурная зависимость латентного периода возбуждения мышцы описывается полиномиальным уравнением с четко выраженными тремя
УДК 612. 745. 1
зонами: в условиях нормотермии (36,333,6 0С) продолжительность латентного периода характеризовалась высокой стабильностью- в диапазоне температуры мышцы (33,5−25,4 0С) латентный периода резко удлинялся, а при гипотермии (25,3−20,0 0С) этот процесс замедлялся.
Перспективы дальнейших исследований
связаны с последующим изучением эргометрических характеристик сокращения скелетной мышцы при развитии гипотермии и сопоставлением его с электрофизиологи-ческими параметрами функционирования нервно-мышечного аппарата.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кубарко А. И. Сопряжение процессов регуляции температуры и других показателей внутренней среды организма / А. И. Кубарко // Система терморегуляции при адаптации организма к факторам среды. Тезисы докл. Всес. конф. Новосибирск, 1990. — С. 7−8.
2. Проссер Л. Сравнительная физиология животных / Л. Проссер. — М.: 1977. — Т. 2. — С. 84−209.
3. Соболев В. И. О температурном эффекте мышечного сокращения у белых крыс после однократной гипотермии /
B.И. Соболев, С. А. Певный, Ханс-Ульрих Байер, Ютта Байер // Физиол. журн. СССР. — 1976. — Т. 62, № 10. — С. 1514−1517.
4. Соболев В. И. Фазы мышечного термогенеза при экспериментальном гипертиреозе / В. И. Соболев, Н.Т. Ла-пенко // Физиол. журн. СССР. — 1986. — Т. 72, № 3. — С. 381−384.
5. Соболев В. И. Влияние гипертиреоза разной степени выраженности на энергетику изометрического сокращения скелетной мышцы (исследование in situ) / В. И. Соболев, Н. В Пичурина // Вісник проблем біології і медицини.
— 2008. — Вип.2 — С. 179−185.
6. Слоним А. Д. Эволюция терморегуляции / А. Д. Слоним. -Л.: Наука, 1986. — 76 с.
7. Хаскин В. В. Биохимические механизмы адаптации к холоду / В. В. Хаскин // Физиол. терморегуляции. Руководство по физиологии. — Л.: Наука, 1984. — С. 237−266.
8. Хочачка П, Сомеро Дж. Биохимические адаптации / П. Хочачка, Дж. Сомеро — М: Мир, 1988. — 568 с.
9. Шлыкова С. Г Энергетика сокращения скелетной мышцы у белых крыс в ходе развития экспериментального гипертиреоза /
C.Г. Шлыкова, В. И. Соболев // Вісник проблем біології і медицини. — 2006. — Вип. 3. — С. 39−45.
10. Precht H. Temperature and life / H. Precht, J. Christophersen, H. Hensel. — Berlin: Springer Verl., 1973. — 780 p.
11. Schonbaum E. Thermoregulation / E. Schonbaum, P. Lomax
— Pergamon Press, 1990. — 342 p.
12. Sobolev V.I. The role of thyroid hormones in thermoregulation / V.I. Sobolev, E.V. Gaydarova, M.S. Machsudov // Life in cold environments: studies in applied and comparative physiology. Int. Symp. in Costamus, Karelia, Russian Fed., Oct. 27−28, 1992. Oulu: 1992. — P. 35.
характер залежності латентного періоду збудження скелетного м’яза Білих щурів від температури тіла
Капланец І.В., Соболєв В.І.
Резюме. В експериментах на білих щурах в умовах in situ електроміографічним методом вивчалася залежність між тривалістю латентного періоду збудження великогомілкового м'-яза білих щурів і температурою тіла. Встановлено, що за глибокої гіпотермії скелетний м'-яз
зберігає здібність до збудження, проте латентний період такого процесу істотно подовжується
— з 2,38±0,019 мс в умовах нормотермії (температура м'-яза 36,2±0,1 0С) до 3,81±0,027 мс в стані глибокої гіпотермії (21,1±0,4 0С). Температурна залежність латентного періоду збудження м’яза описується поліноміальним рівнянням з чітко вираженими трьома зонами: в умовах нормотермії (36,3−33,6 0С) тривалість латентного періоду характеризувалася високою стабільністю- у діапазоні температури м’яза (33,5−25,4 0С) латентний період різко подовжувався, а за гіпотермії (25,3−20,0 0С) цей процес сповільнювався.
Ключові слова: нервово-м'-язова система, збудливість м'-яза, гіпотермія.
UDC 612. 745. 1
CHARACTER OF DEPENDENCE OF THE LATENT PERIOD OF EXCITATION OF THE SKELETAL MUSCLE OF WHITE RATS FROM THE BODY TEMPERATURE
Kaplanets I.V., Sobolev V.I.
Summary. In experiments on white rats in conditions in situ the EMG-method studied dependence between the latent period of excitation of a muscle of white rats and a body temperature. It is established, that at deep hypothermia the skeletal muscle keeps ability to excitation, however the latent period is essentially extended — with 2,38±0,019 ms in conditions of normothermia (muscle temperature 36,2±0,1 0С) to 3,81±0,027 ms in a condition deep hypothermia (21,1±0,40С).
Temperature dependence of the latent period is described by the equation with three zones: in conditions normothermia (36,3−33,6 0С) duration of the latent period was stable- in a range of temperature of a muscle (33,5−25,4 0С) latent the period it was sharply extended, and at hypothermia (25,3−20,0 0С) this process was slowed down.
Key words: muscular system, excitability of a muscle, hypothermia.
Стаття надійшла 5. 10. 2009 р.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой