Д Ноздренко, О Абрамчук - Вплив диметилсульфоксиду (дмсо) на динаміку скорочення скелетних м'язів жаби в ізотонічному режимі - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ VISNYK OF LVIV UNIV.

Серія біологічна. 2009. Вип. 49. С. 32-37 Biology series. 2009. Is. 49. P. 32-37

УДК: 612.741.15

ВПЛИВ ДИМЕТИЛСУЛЬФОКСИДУ (ДМСО) НА ДИНАМІКУ СКОРОЧЕННЯ СКЕЛЕТНИХ М'ЯЗІВ ЖАБИ В ІЗОТОНІЧНОМУ РЕЖИМІ

Д. Ноздренко*, О. Абрамчук**

*Київський національний університет імені Тараса Шевченка

вул. Володимирська, 64, Київ 01033, Україна **Волинський національний університет імені Лесі Українки вул. Проспект Волі, 13, Луцьк 43026, Україна e-mail: olichka2008@meta.ua

Було досліджено динамічні параметри скорочення пучків волокон скелетного м'яза жаби Rana temporaria в ізотонічному режимі під впливом двокомпонентної модульованої стимуляції та диметилсульфоксиду. Пока­зано, що використання розчинів ДМСО в концентраціях до 1% не виклика­ло суттєвих змін динамічних параметрів скорочення. У той же час дія 2%-го розчину ДМСО лінійно зменшувала силову відповідь і скорочення м'я­зових волокон.

Ключові слова: скелетний м'яз, диметилсульфоксид, динамічні параметри, сила, довжина, скорочення.

Підвищений інтерес дослідників до структурно-функціональної організації рухо­вої системи та тонких механізмів роботи її окремих елементів детермінований надзви­чайною значимістю м'язів для здійснення локомоції та підтримання пози біологічних об'єктів [2, 3, 5, 11].

Сучасний етап досліджень процесів м' язового скорочення потребує детального вивчення механізмів впливу різних біологічно активних речовин на механіку даних про­цесів. Однак відомо, що деякі біологічно активні речовини погано розчинні у воді, але добре розчинні в органічних розчинниках [6, 7, 9]. Досить часто як розчинник викори­стовують диметилсульфоксид (ДМСО) [6, 8]. Описані різні випадки використання ДМСО як розчинника для біологічно активних речовин при роботі з м' язовими структу­рами. Концентрації диметилсульфоксиду, які не впливають на параметри скорочення у різних джерелах коливаються в межах від 1 до 5% [1, 8, 10]. Тому для коректної оцінки отриманих результатів виникала необхідність перевірити дію розчинів ДМСО на зміну параметрів скорочення скелетно-м' язових волокон.

Дослідження проводили на пучках волокон м'яза m.tibialis жаби Rana temporaria аналогічно [4]. Волокна виділяли механічним шляхом після декапітації піддослідних тварин та інкубували протягом 2 годин в інтервалі температур (+3±1)°С для адаптації до подальших умов експерименту. Фіксацію м'язового препарату здійснювали за допо­могою алюмінієвих затискачів. Препарат розміщували в плексигласовій камері з постій­но циркулюючим фізіологічним розчином Рінгера. Температуру циркулюючого розчи­ну підтримували в інтервалі температур (+3±1)°С за допомогою охолодження. Один кінець волокна приєднували до ємнісного датчика сили, чутливість якого дорівнювала 0,1 г на 1000 мВ. Датчик сили був жорстко зафіксований на мікроманіпуляторі з кроком 0,8 мкм. Другий кінець препарату жорстко фіксували до датчика довжини, який являв

© Ноздренко Д., Абрамчук О., 2009собою фотоелектронний помножувач. Стимуляцію здійснювали за допомогою двох пла­тинових електродів, розміщених у дослідницькій камері на відстані 4 мм по обидва бо­ки м' язового волокна. Стимулювали прямокутними імпульсами тривалістю 3 мс із час­тотою від 0,5 до 30 Гц. Період релаксації становив 2 хв. Параметри стимуляції задавали з комп' ютера за допомогою генератора імпульсів. В експериментах використовували розчини диметилсульфоксиду: 0,2%, 0,5%, 0,7%, 1%, 2%. Циркулюючий фізіологічний розчин Рінгера, а також розчини ДМСО подавали в камеру через систему трубок.

Кожна з представлених на рисунках кривих є результатом усереднення серії з 12-ти аналогічних експериментів. Усі експерименти проведені на окремих тваринах.

Статистичну обробку результатів дослідження проводили за методами варіацій­ної статистики за допомогою програмного забезпечення Оrigin 7.0. При побудові графі­ків враховували відносну й абсолютну похибки експерименту.

Відомо, що деякі біологічно активні речовини практично нерозчинні у фізіологіч­них розчинах [8]. Для вирішення цієї проблеми використовують органічні розчинники, зокрема, диметилсульфоксид. Водночас відомо, що ДМСО є реакційноздатною сполу­кою, яка навіть при незначних концентраціях може змінювати динамічні, біохімічні та механічні параметри скорочення м' язів. Тому при дослідженні кінетики скорочень, ви­кликаних короткочасовими стимулюючими сигналами, незначні похибки, які виника­ють під впливом розчинника, можуть суттєво змінювати характер досліджуваних кри­вих. Аби впевнитись у тому, що використаний розчинник не впливає на результати досліджень, були проведені експерименти з безпосереднім використанням ДМСО в досліджуваному інтервалі концентрацій (0,2-2%).

Для зручності опису отриманих результатів і їх адекватного трактування ми про­вели розподіл динамічної відповіді активного м' яза на окремі часові ділянки (фази -тривалістю 500 мс), які відповідали різним функціональним та часовим станам процесу скорочення. Силова відповідь м' яза була розділена на три функціональні фази (рис. 1).

F1 - початок силової відповіді м'яза, яка збігається з початком стимулюючого сигналу.

F2 - відповідає виходу силової продуктивності м' яза на стаціонарний рівень, без помітного тренду в той чи інший бік.

F3 - кінцева фаза активності м' яза.

Зміна довжини м'язових волокон була розбита на три фази. L1 - початок зміни довжини м'яза (перші 500 мс стимулюючого сигналу). L2 - відповідає часу виходу довжини на стаціонарний рівень скорочення. L3 - відповідає закінченню скорочення, пов' язаного з завершенням еферентної стимуляції.

При аналізі кривих зміни довжини в даній серії дослідів ми проаналізували перші дві фази. Фазу L3 не аналізували, оскільки впродовж цієї фази відбувалися помітні флу­ктуації, навіть після закінчення стимуляції. На нашу думку, це пов' язано з можливою зміною жорсткісного компонента м' язових волокон, викликаного різкою зміною пруж­ності волокна, який у свою чергу залежав від миттєвого закінчення стимулюючого сиг­налу.

У результаті досліджень встановлено, що після початку стимулюючого сигналу частотою 30 Гц і загальною тривалістю 3000 мс силова відповідь м'яза у фазі F1 досягає свого максимуму протягом перших 50-80 мс дії стимулюючого подразника.

L1

L2

3000 мс

J

стимуляція

F2

F3

 

 

 

 

 

Г

'F1

 

 

Рис. 1. Розподіл динамічної відповіді м'язових волокон на окремі часові ділянки (фази тривалістю 500-мс): 1 - довжина, 2 - сила.

Незначне спадання сили після досягнення нею максимального значення на графі­ках зміни сили скорочення м' яза, на нашу думку, являє собою інерційну компоненту і не несе раціональної інформації про вплив досліджуваних речовин. Відсутність вказа­ної інерційної компоненти на графіках зміни довжини волокон, можливо, пов' язане зі зростаючою твердістю м' язового волокна при різкій зміні його довжини з нативного стану.

Для отримання початкового тестованого руху не з нативного стану спокою м' язо-вих волокон, а зі стану незначного попереднього напруження подавали поодинокий стимулюючий сигнал. Внаслідок цього на графіках спостерігався незначний пік, який виникав перед відповіддю м' яза на стимулюючий сигнал. Дана процедура давала змогу отримувати згладжені відповіді без помітних флуктуаційних коливань у початкових фазах скорочення (F1, L1).

У результаті досліджень було встановлено, що розчини ДМСО в концентраціях 0,2%, 0,5%, 0,7% не справляли помітного впливу на механіку м'язового скорочення до­сліджуваних об' єктів, оскільки при використанні розчинів даних концентрацій форма характеристичних кривих протягом експерименту залишалася незмінною (рис. 2).

F - зміна сили м'язового скорочення; L - зміна довжини скорочення. Жирними лініями позначена тривалість і форма стимулюючого сигналу. По осі абсцис відображена тривалість скорочення, по осі ординат - зміна параметрів скорочення у відсотках від початкового рівня. Заштриховані ділянки відповідають межам досліджуваних фаз (F1, F2, F3, L1, L2). Тривалість виділених фаз 500 мс. Час релаксації 2 хв.

1

2

L1

0% 50% -

100%-

100%-, F

У

L2

3000 мс J~30 Гц-L

0%

F3

1 J

F2

2хв

2хв

2хв

2хв

Рис. 2. Вплив розчину ДМСО (концентрація 0,7%) на динамічні параметри скорочення викликані електростимуляцією з частотою 30 Гц та тривалістю 3000 мс.

L

При дії концентрацій розчинів ДМСО впродовж періоду спостереження відбува­лося несуттєве зменшення досліджуваних показників на усіх фазах скорочення. При дослідженні впливу 0,2%, 0,5% та 0,7%-х розчинів ДМСО на динамічні параметри ско­рочення, викликані електростимуляцією з частотою 30 Гц і тривалістю 3000 мс ми вста­новили лінійний характер залежності змін сили та довжини м' язового скорочення від тривалості дії розчинника.

При дослідженні впливу 1% розчинів ДМСО ми встановили зменшення дослі­джуваних параметрів скорочення (рис. 3). На 12-й хвилині дії розчинника показники зміни довжини скорочення впродовж фаз L1 та L2 для 1% розчину дорівнювали 96,5±1,1 та 97±2,4%, від контролю, відповідно. Слід зазначити, що у даному випадку зміни показників силової відповіді м' яза були більш вираженими порівняно зі зменшенням

.9

"І-і-1

10%

0   2   4   6    8 10 12 14 16 а

t (хв)

10%

m

в

^?

(

0   2   4   6    8 10 12  14 16 б

t (хв)г

2 4 6  8 10 12 14 16 в

-X (хв)

Рис. 3. Вплив розчинів ДМСО на динамічні параметри скорочення, викликані електрости­муляцією з частотою 30 Гц та тривалістю 3000 мс, залежно від тривалості дії реаге­нта: - розчин ДМСО 1%; - розчин ДМСО 2%; F - зміна сили м'язового скорочення; L -зміна довжини скорочення. а - фаза F1; б - F2; в - F3; г - L1; д - L2 (M±m, n=12). Трива­лість виділених фаз 500 мс. Час релаксації 2 хв.скорочення м' язових волокон. Пригнічення розвитку сили скорочення впродовж фази F1 становило 94,8±1,6%, F2 - 92,6±1,9%, F3 - 91,7±1,8% (р>0,05) від контролю.

При дослідженні 2%-го розчину ДМСО встановлено помітне зниження досліджу­ваних параметрів упродовж усіх фаз м'язового скорочення (рис. 3). Зміни довжини м'я­зових волокон упродовж досліджуваних фаз при цьому набували однакових значень після 12-ї хв експерименту (88,4±1,7% від контролю). Досягнення стаціонарного стану силової відповіді м' яза відбувалося також після 12-ї хв дії стимулюючого сигналу (F1 -88,2±2,4; F2 - 86,4±1,9; F3 - 88,1±2,5% порівняно з контролем).

Таким чином, можна припустити, що використання розчинів ДМСО у концентра­ціях до 1% не викликало суттєвих змін динамічних параметрів скорочення. У той же час дія 2%-го розчину ДМСО лінійно зменшувала силову відповідь і вкорочення м' язових волокон з виходом на стаціонарний рівень скорочення після 8-12-ї хв спостереження.

Отже, при проведенні досліджень динамічних характеристик скорочення ске­летного м' яза в експериментальних розчинах концентрації диметилсульфоксиду не повинні перевищували 0,5-0,7%. Відмивання м'язових препаратів розчином Рінгера супроводжувалося відновленням динамічних параметрів скорочення до вихідних значень.

1. Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. М.: Мир, 1986. 425 с.

2. Бэгшоу К. Мышечное сокращение / Пер. с англ. М.: Мир, 1985. 128 с.

3. Мак-КомасА. Дж. Скелетные мышци. К.: Олимпийская литература, 2001. 406 с.

4. Мірошниченко М. С., Залоїло І. А., Ноздренко Д. М., Прилуцький Ю. І. Динаміка скорочення ізольованого м'язового волокна // Фізика живого. 2002. № 2. С. 71-77.

5. Скок В. И., Шуба М. Ф. Физиология нервов и мышц. К.: Вища шк., 1986. 224 с.

6. Харкевич Д. А. Фармакология. М.: Медицина, 1993. 593 с.

7. Formica J. V., Regelson W. Review of the biology of quercetin and related bioflavo­noids // Food Chem. Toxicol. 1995. Vol. 33. N 12. P. 1061-1080.

8. Middleton E., Kandaswami J. C., Theoharides T. C. The Effects of Plant Flavonoids on Mammalian Cells: Implications for Inflammation, Heart Disease, and Cancer // Pharma­col. Rev. 2000. Vol. 52. N 4. P. 673-751.

9. Nijveldt R. J., Nood E., Hoorn D. E. et al. Flavonoids: a review of probable mechanisms of action and potential applications // Am. J. Clin. Nutr. 2001. Vol. 74. N 4. P. 418-425.

10. Parmar N. S., Ghosh M. S. Current trends in flavonoid research // Ind. J. Pharmac. 1980. Vol. 12. N 4. P. 213-228.

11. Rios E., Ma J. J., Gonzalez A. The mechanical hypothesis of excitation-contraction (EC) coupling in skeletal muscle // J. of Muscle Research and Cell Motility. 1991. Vol. 12. P. 127-135.

EFFECT OF DIMETHYL SULPHOXIDE (DMSO) ON DYNAMIC CHARACTERISTICS OF THE FROG MUSCLE FIBRES CONTRACTION UNDER ISOTONIC CONDITION

D. Nozdrenko*, O. Abramchuk**

*Taras Shevchenko National University of Kyiv 64, Volodymyrska St., Kyiv 01033, Ukraine **Lesya Ukrainka Volyn National University 13, Volya Ave., Lutsk 43026, Ukraine e-mail: olichka2008@meta.ua

This work is devoted to investigation of the influence of DMSO on dy­namics of the contraction of skeletal muscle fiders of the frog Rana temporaria. The research was carried out by means of tensometry. The experiments were carried out in the isotonic regime under the constant control of dynamic parame­ters of the contraction. The use of the DMSO leads to inhibition of the muscle contraction.

Key words: skeletal muscle, dimethyl sulfoxide, dynamic parameter, length, strength, contraction.

ВЛИЯНИЕ ДИМЕТИЛСУЛЬФОКСИДА (ДМСО) НА ДИНАМИКУ СОКРАЩЕ­НИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ ЛЯГУШКИ В ИЗОТОНИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ

Д. Ноздренко*, О. Абрамчук**

*Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко

ул. Владимирская, 64, Киев 01033, Украина **Волынский национальный университет имени Леси Украинки ул. Проспект Воли, 13, Луцк 43026, Украина e-mail: olichka2008@meta.ua

Исследовали влияние диметилсульфоксида (ДМСО) на динамику сокращения пучков волокон скелетной мышцы лягушки Rana temporaria в изотоническом режиме под влиянием модулированной стимуляции. Пока­зано, что использование 1%-х растворов диметилсульфоксида не вызывало значительных изменений динамических параметров сокращения. В то же время действие 2%-х растворов ДМСО линейно угнетало развитие силы и изменение длины мышечных волокон.

Ключевые слова: скелетная мышца, диметилсульфоксид, динамические пара­метры, сила, длина, сокращение.

Стаття надійшла до редколегії 19.12.08 Прийнята до друку 17.02.09

Страницы:
1 


Похожие статьи

Д Ноздренко, О Абрамчук - Вплив диметилсульфоксиду (дмсо) на динаміку скорочення скелетних м'язів жаби в ізотонічному режимі