Реферат: Енергетика ізометричного скорочення скелетного м’яза білих щурів за експериментального гіпотиреозу і стимуляції адреналіном
Методи дослідження: в умовах in vivo – вимірювання параметрів фізіологічного калоригенезу (термометрія, швидкість поглинання кисню, електрокардіографія); в умовах in situ – вимірювання температурного ефекту ізометричного скорочення переднього великогомілкового м'яза білих щурів (прецизійна міотермія), визначення абсолютної і середньої величини ізометричної напруги, швидкості розвитку скорочення, латентного періоду скоротливого акту (тензометрія).
Метою роботи було виявлення закономірностей і визначення кількісних параметрів характеру впливу експериментального гіпотиреозу (тироїдектомії) і катехоламінів на енергетику скорочення скелетного м'яза білих щурів (m. tibialis anterior ) в умовах in situ і енергетику цілісного організму за нормо- і глибокої гіпотермії в умовах in vivo .
Для досягнення поставленої мети передбачалося вирішення наступних задач:
· в умовах in situ провести кількісний аналіз характеру впливу тироїдектомії на параметри енергетики тривалого ізометричного скорочення великогомілкового м'яза білих щурів: латентний період скоротливого акту, час і швидкість розвитку ізометричної напруги, її абсолютну величину, сумарний показник обсягу ізотонічної напруги, а також температурний ефект скорочення м'яза і теплову вартість скоротливого акту;
· в умовах in situ виявити характер дії тироїдектомії на головні параметри енергетики великогомілкового м'яза білих щурів під час багатократних послідовних ізометричних скорочень: латентний період скоротливих актів, час і швидкість розвитку максимальної ізометричної напруги, її абсолютну величину, об'єм ізотонічної напруги, а також температурний ефект скорочення м'яза і його теплову вартість;
· в умовах in situ дати кількісну оцінку характеру впливу тироїдектомії на здібність адреналіну до регуляції основних параметрів енергетики ізометричного скоротливого акту: латентний період скорочення м'яза, час і швидкість розвитку максимальної ізометричної напруги, її абсолютну величину, а також температурний ефект скорочення м'яза;
· в умовах in vivo провести кількісний кореляційний аналіз найважливіших симптомів експериментального гіпотиреозу (температури тіла, швидкості поглинання кисню і тахікардії) за нормо- і глибокої гіпотермії у тому числі за адренергічної стимуляціїю.
Наукова новизна отриманих результатів. В комплексному дослідженні в умовах in situ виявлені основні закономірності характеру впливу глибокого гіпотиреозу (тироїдектомії) на енергетику скорочення скелетного м'яза, у тому числі за одночасної адренергічної стимуляції.
Вперше показано, що експериментальний гіпотиреоз істотно подовжує (до 95%) латентний період ізометричного скорочення великогомілкового м'яза білого щура, зменшує (на 58...68%) значення максимальної швидкості розвитку скоротливого акту і збільшує показник «час досягнення максимальної величини ізометричної напруги» (до 37%) незалежно від моделі ізометричного акту.
Вперше встановлено, що термогенна вартість ізометричного скорочення м'яза (+ D То С/Н ) за еутиреозу в ході розвитку стомлення спочатку знижується, а потім неухильно наростає; після видалення щитовидної залози теплова вартість одиниці ізометричної напруги скелетного м'яза (Н ) початково вища за рівень контролю (+47%), а в ході розвитку стомлення спочатку падає (31%), а потім знов зростає (+45%).
В експериментах in situ встановлено, що при гіпотиреозі в значній мірі послаблюється стимулююча дія адреналіну на найважливіші ерготропні показники ізометричного скорочення великогомілкового м'яза білих щурів (максимальна сила скорочення, час його розвитку і латентний період). За адренергічної стимуляції спостерігається зростання теплової вартості скорочення м'яза, проте у тироїдектомованих тварин вона збільшується істотно більше (до 41%), що може розглядатися як свідоцтво зростання енергетичної ціни одиниці ізометричної «роботи» у разі виключення з гормональної системи організму щитовидної залози.
Практичне значення отриманих результатів. Виявлені особливості впливу експериментального гіпотиреозу і адреналіну на енергетику скорочення м'яза, його силові параметри, теплову вартість скоротливого акту, цілісну систему терморегуляції і її фізіологічні механізми в умовах екстремального охолоджування можуть бути використані: а) у фізіології і гігієни праці при розробці засобів і методів підвищення холодової стійкості організму; б) у фізіології спорту при прогнозуванні працездатності і силових характеристик скелетної мускулатури у зв'язку з сезонною адаптацією, біоритмами, переміщенням в інші годинні пояси, кліматичні зони, характером психоемоційного стресу і в ін. випадках, що супроводжуються активацією функції гіпоталамо-гіпофизарно-тиреоїдної системи; в) в клінічній ендокринології і патофізіології при виборі засобів і методів корекції порушеного тиреоїдного статусу за тиреоїдної патології; г) у фізіології екстремальних станів для корекції силових характеристик м'язів і стійкості організму до гіпотермії; д) у Вузах при вивченні фізіології ендокринної, нервово-м'язової і терморегуляторної систем людини і тварин.
Особистий внесок претендента. Автор самостійно провів патентно-інформаційний пошук і аналіз наукової літератури за темою дисертаційної роботи.
Автором самостійно проведені експериментальні дослідження, аналіз отриманих даних і їх статистична обробка. Вибір теми дисертаційної роботи, постановка мети і задач дослідження проведений спільно з науковим керівником. Інтерпретація отриманих даних і формулювання висновків проведена з участю наукового керівника.
Апробація результатів. Основні положення дисертаційної роботи були представлені на VIII Міжнародній конференції «Центральні і периферичні механізми вегетативної нервової системи» (Донецьк,2003), IV з'їзді Українського біофізичного товариства (Донецьк,2006); Міжнародній науково-практичній конференції «Актуальні проблеми медицини праці і екології Донбасу» (Донецьк,2005), II-ій і III-ій Всеукраїнських науково-методичних конференціях “Здоров`я та освіта: проблеми та перспективи (Донецьк,2002, 2004), 9-у Міжнародному Медичному конгресі студентів і молодих вчених (Тернопіль,2005), Наукових конференціях професорсько-викладацького складу Донецького національного університету.
Публікації. З теми дисертації опубліковано 12 наукових робіт: 6 статей в журналах і збірках наукових праць за списком ВАК України і 6 тез в матеріалах наукових конференцій.
Структура і обсяг дисертації . Дисертація включає вступ, огляд літератури, опис матеріалів і методів досліджень, 3 розділи із викладом результатів досліджень, розділ, присвячений аналізу і узагальненню отриманих результатів, висновки і список літературних джерел (308 найменувань). Матеріали дисертаційної роботи викладені на 197 сторінках (основна частина 164 листа), ілюстровані 37 малюнками і 33 таблицями.
ОСНОВНІЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Матеріали і методи дослідження. Експерименти були виконані на дорослих білих щурах-самцях з середньою масою 305±2,5 г. Всього було використано 180 тварин. Тварини першої групи (90) були контрольними. У щурів другої групи (90 тварин) викликався експериментальний гіпотиреоз шляхом видалення за 30 діб до проведення дослідів щитовидної залози - тироїдектомована група.
В першій частині роботи вивчалася загальна енергетика організму за експериментального гіпотиреозу і стимуляції катехоламінами в умовах нормотермії і розвитку глибокої гіпотермії. В ході дослідів у наркотизованих тварин вимірювалися ректальна температура, швидкість споживання кисню (газоаналізатор фірми "Radiometer") і хронотропна функція серця (електрокардіограф з кардиотахометром) в умовах термонейтральної зони (1 серія). Після вимірювання вихідних значень фізіологічних показників внутрішньовенно вводився адреналін – 2 серія (2,0 мкг/кг хв) або ізопропілнорадреналін – 3-я серія дослідів (2,0 мкг/кг хв). В подальших серіях експериментів (4-6) тварини охолоджувалися при -200 С доки ректальна температура не досягала значення 200 С - глибока гіпотермія. У тварин досліджувалися параметри холодового калоригенезу, загальна холодовая стійкість і хронотропна функція серця (4 серія), у тому числі після інфузії адреналіну (5 серія) або ізопропілнорадреналіну (6 серія).
В другій частині дисертаційної роботи в умовах insitu проводилося вивчення впливу експериментального гіпотиреозу і адреналіну на енергетику ізометричного скорочення переднього великогомілкового м'яза білого щура.
Експериментальна установка складалась з двох вимірювальних каналів: термометричного і ергометричного. Перший з них представлений датчиком температури (термопара), фотопідсилювачем типа Ф-116, цифровим термометром і комп'ютерним самописцем. Ергометричний канал створений на основі тензометричної установки. Особливістю методики є застосування у якості графічного реєстратора комп'ютера з відповідним програмним забезпеченням для «читання» ергограм, що дозволяло провести аналіз динаміки ізометричного скорочення м'яза в первинній стадії його розвитку з кроком вимірювання 2 мс . В ході експериментів у наркотизованих тварин препарувався малогомілковий нерв. Без порушення природної теплоізоляції відсікався дистальний сухожилок переднього великогомілкового м'яза. Сухожилля жорстко кріпилося до тензодатчика. У всіх дослідах величина електричного подразнення (стимулятор ЕСЛ-1, тривалість імпульсів 5 мс, частота 60 Гц) вибиралася вище за пороговий рівень (1 В), що дозволяло м'язу скорочуватися з граничною силою.
З використанням даного методу були проведено дві серії експериментів, що розрізнялись режимом подразнення скелетного м'яза. В 1-й серії дослідів режим скорочення м'яза був наступним: 1с - скорочення в ізометричному режимі – 10 с пауза. Всього наносилося 10 подразнень. Після 10-го скорочення внутрішньовенно (v.dors. penis) інфузувався адреналін в дозі 2.0 мкг/кг хв. Тривалість інфузії складала 1 хв. Після закінчення періоду інфузії досліджувані показники вимірювалися знову. В 2-й серії експериментів досліджувалася інша модель скоротливого акту – тривалий ізометричний тетанус (10с) .Спочатку м'яз скорочувався двічіз інтервалом 10 секунд. Після закінчення другого тетанічного скорочення тварині внутрішньовенно протягом 1 хв інфузувався адреналін в дозі 2,0 мкг/кг хв, після чого м'яз утретє скорочувався в 10-секундному ізометричному тетанусі.
Зрештою при аналізі комп'ютерних записів ізометричного м'язового скорочення у всіх експериментах вираховували наступні показники: максимальну величину ізометричної напруги м'яза при кожному скоротливому акті (Нмакс. ) ; час, необхідний для розвитку максимальної напруги м'яза, мс; латентний період скорочення, мс; середню величину ізометричної напруги за весь період скоротливого акту (Нсеред .); швидкість його розвитку (dНі /dti ) ; величину приросту температури м'яза при його скороченні (+ДТ0 С) . Наведені параметри дозволили розрахувати для кожного окремого скоротливого акту температурну вартість м'язового скорочення: ТВСМ-1 (+D То С/Нмакс. ) і ТВСМ-2 (+D Т0 С/Нсеред. ).
Для оцінки достовірності відмінностей використовувалися t-критерій Ст’юдента, критерій Манна-Уїтні і критерій Вілкоксона, а також методи регресійного і кореляційного аналізу. Статобробка матеріалу здійснювалася за допомогою програм STATISTIKA і Excel.
Результати досліджень та їх обговорення. Характеристика енергетики скорочення м’яза за гіпотиреозу і адренергічної стимуляції. Багатократні ізометричні скорочення м'яза білих щурів обох груп супроводжувалися виразними змінами з боку показника максимальної напруги. Так, за даними табл. 1 видно, що м'язи щурів контрольної групи при першому скороченні розвивали напругу 1,44±0,026Н. При наступних скороченнях величина напруги, що розвивалася м’язом, поступово збільшувалася, досягаючи до 4-го скорочення максимального значення 1,56±0,031Н. Надалі в скелетному м'язі поступово розвивався процес стомлення: на останньому, десятому, скороченні значення даного показника для м'яза контрольної групи зменшувалось до 1,24±0,032Н, що було на 14% менше (р<0,05) вихідної величини.
Аналіз характеру впливу тироїдектомії на енергетику м'яза дозволяє зробити наступні висновки. По-перше, видалення щитовидної залози не вчиняло ефекту на максимальну силу скорочення м'яза на перших етапах робочого циклу. По-друге, скелетний м'яз тироїдектомованих тварин стомлювався швидше, ніж м'яз щурів контрольної групи. Так, до 10-го скорочення максимальна величина напруги м'яза тироїдектомованих щурів складала 1,01±0,039Н , що було на 27% менше вихідної величини.
Другою групою показників ерготропної функції скелетного м'яза є показники, що відображають швидкісні можливості розвитку скорочення (табл.1). Так, величина латентного періоду скорочення м'яза при багатократних скоротливих актах була величиною не сталою. Дійсно, у щурів контрольної групи вихідна величина латентного періоду складала 40±2 мс , але вже до п'ятого скорочення збільшилася до 49±4 мс , тобто на 9±4,4 мс (р<0,05). Надалі латентний період ще більше подовжувався, і до 10-го скоротливого акту склав 61±6 мс , що було на 52% більше вихідної величини.
Видалення щитовидної залози істотно змінювало функціональну характеристику м'яза. Так, вже при першому скоротливому акті м'яз тироїдектомованих щурів починав скорочуватися через 61±5 мс , що було на 52% більше рівня контрольної групи (40±2 мс ). Отже, експериментальний гіпотиреоз подовжує латентний період ізометричного скорочення м'яза білого щура. В процесі серії ізометричних скорочень м'яз гіпотиреоїдних щурів скорочувався все повільніше і повільніше. Так, до 10-го скорочення латентний період досягав значення 97±8 мс , що було на 59% більше, ніж при першому скоротливому акті (61±5 мс ).
Важливе інформаційне значення для характеристики мобільних властивостей скелетного м'яза має використаний в нашій роботі показник «час розвитку максимальної напруги». В процесі серії ізометричних скорочень цей показник для м'яза щурів контрольної групи змінювався від 856±7 мс при першому скороченні до 809±7 мс при третьому скороченні і 981±10 мс при останньому, 10-му скороченні. Отже, на першому етапі, коли скелетний м'яз «впрацьовувався» (3-є скорочення) час розвитку максимальної напруги зменшувався на 47±10 мс. У подальшому, аж до закінчення серії ізометричних скорочень (10-е скорочення), час розвитку максимальної напруги м'яза зростав на 15% в порівнянні з вихідним значенням.