Енергетика м'язового скорочення у білих щурів при різних моделях експериментального гіпертиреозу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство охорони здоров'я України

Донецький державний медичний університет ім. М. Горького

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук

14.03.03 - нормальна фізіологія

Енергетика м'язового скорочення у білих щурів при різних моделях експериментального гіпертиреозу

Труш Віра Володимирівна

Донецьк - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Донецькому національному університеті МОН України.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор Соболєв Валерій Іванович, Донецький національний університет, завідувач кафедри фізіології людини і тварин.

Офіційні опоненти:

доктор медичних наук, професор Макій Євген Андрійович, Дніпропетровська державна медична академія, професор кафедри нормальної фізіології.

доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Бабенко Наталія Олексіївна, Науково-дослідний інститут біології Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна, завідувач відділу фізіології онтогенезу.

Провідна установа: Національний медичний університет ім. О.О. Богомольця, кафедра нормальної фізіології, МОЗ України, м. Київ.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор медичних наук професор Солдак І.І.

Анотація

Труш В.В. Енергетика м'язового скорочення у білих щурів при різних моделях експериментального гіпертиреозу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.03.03 - нормальна фізіологія. - Донецький державний медичний університет ім. М. Горького, Донецьк - 2006.

Дисертація присвячена вивченню силових характеристик і параметрів працездатності скелетного м'яза білих щурів при різних моделях експериментального гіпертиреозу.

Показано, що помірний гіпертиреоз і тиреотоксикоз супроводжуються зменшенням величин оптимального для переднього великогомілкового м'яза навантаження і максимальної роботи, яке носить більш виражений характер у тиреотоксикозних тварин. Зниження силових характеристик м'яза у тварин з підвищеним тиреоїдним статусом, а також з поглибленням гіпертиреозу спостерігалося тільки в діапазоні середніх і великих навантажень. Причому при використанні оптимального навантаження зниження м'язової роботи в процесі розвитку гіпертиреозу було пропорційним зменшенню маси м'яза, в діапазоні великих навантажень - перевищувало його.

Помірний гіпертиреоз не відбився на середньому рівні загальної стомлюваності м'яза, тоді як прогресування гіпертиреоїдного стану супроводжувалося збільшенням цього параметра за умов роботи м'яза з великими навантаженнями. Тиреотоксикоз призводив до істотного підвищення м'язової стомлюваності. Період стійкої працездатності м'яза у тварин з підвищеним тиреоїдним статусом при всіх навантаженнях виявився істотно скороченим, причому в набагато більшій мірі у тиреотоксикозних щурів. Гіпертиреоїдні стани супроводжувалися підвищенням ступеня функціональної гетерогенності м'яза, об'єктивним проявом якої служило збільшення частоти немонотонного характеру розвитку стомлення, тривалості "впрацьовування" і приросту амплітуди м'язових скорочень у процесі "впрацьовування", відзначене у дослідних щурів при використанні малих навантажень.

Ключові слова: тиреоїдні гормони, гіпертиреоз, тиреотоксикоз, робота м'яза, сила м'яза, стомлюваність м'яза, м'язова працездатність.

Аннотация

Труш В.В. Энергетика мышечного сокращения у белых крыс при различных моделях экспериментального гипертиреоза. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 14.03.03 - нормальная физиология. - Донецкий государственный медицинский университет им. М. Горького, Донецк - 2006.

Диссертация посвящена изучению силовых характеристик и параметров работоспособности скелетной мышцы белых крыс при различных моделях экспериментального гипертиреоза.

У наркотизированных половозрелых крыс с различным тиреоидным статусом (эутиреоз, умеренный гипертиреоз, гипертиреоз различной степени выраженности, тиреотоксикоз) в условиях in situ определяли величину внешней работы передней большеберцовой мышцы (в режиме последовательных ее сокращений с различными нагрузками (20-400 г)), а также продолжительность "врабатывания" мышцы, прирост амплитуды мышечных сокращений в процессе "врабатывания", количество сокращений мышцы с максимально возможной амплитудой и скорость развития мышечного утомления (при условии ритмичной работы мышцы с определенной постоянной нагрузкой, составлявшей 40 г или 80 г и т.д. вплоть до 240 г). Гипертиреоидные состояния различной степени выраженности воспроизводили путем хронического парентерального введения в животный организм L-тироксина в одинаковой суточной дозе (200 мкг/кг ежедневно), но на протяжении различных интервалов времени (в течение 15-20 дней для создания модели умеренного гипертиреоза, 45-50 дней - тиреотоксикоза и 10-35 дней - гипертиреоза различной степени тяжести).

Повышенный тиреоидный статус организма (умеренный гипертиреоз и тиреотоксикоз) сопровождался уменьшением величин оптимальной для передней большеберцовой мышцы нагрузки и максимальной работы. Внешняя работа мышцы гипертиреоидных и тиреотоксикозных животных претерпевала неоднозначные изменения при различных нагрузках. Так, в режиме малых нагрузок объем внешней работы, выполняемой мышцей опытных крыс, не отличался от эутиреоидного уровня, несмотря на снижение мышечной массы. При средних и больших нагрузках и у гипертиреоидных, и у тиреотоксикозных животных наблюдалось уменьшение величины мышечной работы по сравнению с контролем, свидетельствующее в пользу снижения силовых характеристик мышцы и носящее более выраженный характер у крыс с тиреотоксикозом.

Прогрессирование экспериментального гипертиреоза неоднозначно отражалось на силовых характеристиках мышцы в диапазоне различных нагрузок. В режиме малых нагрузок мышечная работа гипертиреоидных крыс не претерпевала существенных изменений по мере повышения ректальной температуры, тогда как удельная работа мышцы - возрастала со скоростью, обратно пропорциональной снижению мышечной массы. В случае применения оптимальной нагрузки уровень мышечной работы по мере повышения ректальной температуры снижался со скоростью, пропорциональной уменьшению массы мышцы, в результате чего сила, развиваемая отдельными мышечными волокнами, а, следовательно, и удельная мышечная работа не претерпевали существенных изменений в процессе развития гипертиреоза. В диапазоне больших внешних нагрузок углубление гипертиреоидного состояния сопровождалось прогрессирующим уменьшением работы передней большеберцовой мышцы, которое превосходило степень снижения ее массы, что и послужило причиной наблюдаемого нами падения удельной мышечной работы.

Продолжительность развития утомления мышцы у гипертиреоидных крыс во всем диапазоне нагрузок не претерпевала значимых изменений относительно уровня контроля, тогда как тиреотоксикоз, напротив, сопровождался большей мышечной утомляемостью по сравнению с таковой в эу- и гипертиреоидной группах. Количество сокращений мышцы с максимально возможной амплитудой при всех внешних нагрузках у животных с повышенным тиреоидным статусом оказалось сниженным по сравнению с эутиреозом, причем гораздо в большей степени - у тиреотоксикозных крыс. Продолжительность "врабатывания" мышцы и прирост амплитуды мышечных сокращений в процессе "врабатывания" у гипертиреоидных и тиреотоксикозных животных в диапазоне малых нагрузок превысили соответствующие значения контроля, тогда как в режиме средних и больших - статистически значимых различий по характеризуемым показателям крыс опытных и эутиреоидной групп выявлено не было. Наконец, повышенный тиреоидный статус сопровождался увеличением частоты немонотонного развития утомления в случае работы мышцы опытных крыс с малыми нагрузками.

Характер изменения общей продолжительности развития мышечного утомления по мере прогрессирования экспериментального гипертиреоза имел свои особенности при использовании различных внешних нагрузок. При работе мышцы с малыми нагрузками продолжительность ее утомления в процессе углубления гипертиреоза возрастала по причине увеличения частоты немонотонного его развития у животных с выраженным гипертиреозом. В режиме оптимальной нагрузки продолжительность мышечного утомления у опытных крыс не претерпевала существенных изменений с повышением ректальной температуры, тогда как при использовании больших нагрузок - уменьшалась по мере углубления гипертиреоза.

Однократное введение L-тироксина в сверхфизиологической дозе (1000 мкг/кг) характеризовалось позитивным влиянием на силовые характеристики и степень синхронизации возбуждения в передней большеберцовой мышце, которое выявлялось только при условии ее работы с малыми нагрузками.

Ключевые слова: тиреоидные гормоны, гипертиреоз, тиреотоксикоз, работа мышцы, сила мышцы, утомление мышцы, работоспособность мышцы.

Annotation

Trush V.V. Energetics of muscular contraction of white rats at various models of experimental hyperthyroisys. - A manuscript.

Dissertation for the candidate of medical sciences degree in speciality 14.03.03 - Normal Physiology. - Donetsk State Medical University named after M. Gorky, Donetsk - 2006.

The dissertation is devoted to studying of power characteristics and some parameters of working capacity of a skeletal muscle of white rats at various models of experimental hyperthyroisys.

It has been shown that the moderate hyperthyroisys and thyrotoxicosys are being accompanied by reduction of size of optimum load for a forward tibial muscle and volume of maximum work, carrying more expressed character in thyrotoxicosys animals. Reduction of power characteristics of muscle in animals with increased thyroid status and also in process of a deepening hyperthyroisys was observed only in a range of medium and large loads. Reduction of a muscular power in the process of progress of hyperthyroisys was adequate to reduction of muscle's weight in the case of application of optimum load, and surpassed it in a range of large loads.

Moderate hyperthyroisys was not reflected in an average level of the common muscular fatigue, whereas progression of hyperthyroid state was accompanied by increasing of this parameter under condition of muscle's work with large loads. Thyrotoxicosys resulted in essential increase of muscular fatigue. The period of stable working capacity of a muscle of animals with increased thyroid status turned to be essentially reduced at all loads, and the greatest degree of reduction of this parameter was observed in thyrotoxicosys rats. The hyperthyroid states were accompanied by increasing of a degree of a functional heterogeneity of a muscle, which was objectively displayed by the increasing of frequency of nonmonotonic character of fatigue's development, duration of "inworking" and a gain of amplitude of muscular contractions in process of "inworking" in the diapason of small loads.

Key words: thyroid hormones, hyperthyroisys, thyrotoxicosys, muscular work, power of a muscle, muscular fatigue, muscular working capacity.

1. Загальна характеристика роботи

скелетний м'яз гіпертиреоїдний

Актуальність теми. Погіршення радіаційно-екологічної обстановки в Україні, особливо чітко виражене в останні десятиліття, послужило однією з причин збільшення частоти захворювань щитовидної залози, які нерідко протікають за гіпертиреоїдним типом і можуть бути викликані як патологічними змінами в самій залозі, так і певними порушеннями периферичного метаболізму тиреоїдних гормонів (Афанасьєва Н.І., 1998; Бардов В.Г. и соавт., 1998; Косцик Н.Р., 2000). Гіперфункція щитовидної залози призводить, як правило, до порушень з боку опорно-рухового апарату, які поряд з розладами в серцево-судинній системі можуть служити причиною інвалідизації хворих. Питання щодо механізмів і точок прикладання дії тиреоїдних гормонів на функціональний стан скелетної мускулатури, незважаючи на численні дослідження в цій галузі, дотепер залишається дискусійним. Якщо з більшості клінічних спостережень відомо, що підвищений тиреоїдний статус індивіда супроводжується зниженням сили і підвищенням стомлюваності скелетних м'язів (Гехт Б.М., 1982; Cakir Mehtap et al., 2003; Ramsey I.D., 1974), то в умовах in vitro ряд фахівців (Brodie C. et al., 1990; Connelly T.J. et al., 1994; Everts M.E., 1996; Harrison A.P. et al., 1998; Hulbert A.J., 2000; Warnick P.R. et al., 1993), навпаки, спостерігали позитивні ефекти фізіологічних і підвищених доз йодтиронінів на окремі структури м'язового волокна, які мають відношення до реалізації скорочувального акту.

Незважаючи на наявність великого фактичного матеріалу щодо впливу підвищених доз тиреоїдних гормонів на окремі ізольовані структури м'язового волокна, характер змін у нервово-м'язовому апараті при різному ступені виразності гіпертиреоїдних станів в умовах функціонально цілісного організму вивчено недостатньо. Проте, не виключено, що стан міоневральної системи при розвитку тиреотоксикозу зазнає певної динаміки зі зміною протилежних фаз, подібної до такої для серцево-судинної і деяких інших систем. Крім того, уявлення, отримані на підставі дослідження ефектів йодтиронінів на ізольовані структури м'язового волокна in vitro, не завжди і, імовірно, не повною мірою відповідають тим механізмам, які реалізуються в умовах in vivo, що ускладнює їх інтерпретацію. Разом з тим, пошук засобів, що забезпечують зменшення впливу гіпертиреоїдних станів на нервово-м'язовий апарат, неможливий без детального аналізу механізмів змін у ньому під впливом підвищених і токсичних доз йодтиронінів.

У зв'язку з відзначеним є актуальним дослідження в умовах in situ деяких параметрів функціонального стану скелетного м'яза як індикатора процесів, що протікають у цілісній нервово-м'язовій системі, при різних моделях експериментальної гіперфункції щитовидної залози.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі фізіології людини і тварин Донецького національного університету в рамках науково-дослідної роботи кафедри за держбюджетними темами "Фізіологічні механізми адаптації людини і тварин до температурних факторів середовища і виробництва" (номер держреєстрації - 01860099045) і "Енергетика м'язового скорочення при порушенні функції щитовидної залози і дія катехоламінів" (номер держреєстрації - Г-02/45 0102U243). Автор брав безпосередню участь у вивченні впливу помірного гіпертиреозу, тиреотоксикозу, гіпертиреозу різного ступеня виразності, а також одноразової ін'єкції L-тироксину на силові характеристики та параметри працездатності переднього великогомілкового м'яза білих щурів.

Мета дослідження. Дати наукове обґрунтування характеру впливу різних моделей гіпертиреоїдних станів на енергетику м'язового скорочення на основі вивчення зовнішньої роботи та параметрів працездатності скелетного м'яза експериментальних тварин (щурів) в умовах in situ.

Задачі дослідження.

Вивчити характер зміни зовнішньої роботи та показників працездатності скелетного м'яза в діапазоні різних зовнішніх навантажень при помірному гіпертиреозі і тиреотоксикозі.

З'ясувати закономірність зміни м'язової роботи та стомлюваності в процесі поглиблення гіпертиреоїдного стану при різних зовнішніх навантаженнях.

Дослідити характер впливу одноразової ін'єкції L-тироксину у надфізіологічній дозі на зовнішню роботу і параметри працездатності скелетного м'яза при різних зовнішніх навантаженнях.

Об'єкт дослідження - функціональний стан нервово-м'язової системи при підвищеному тиреоїдному статусі.

Предмет дослідження - зовнішня робота скелетного м'яза як показник його силових характеристик і параметри м'язової працездатності при гіпертиреоїдних станах.

Методи дослідження - методом ергографії (in situ) визначали амплітуду скорочення скелетного м'яза, його зовнішню роботу, тривалість "впрацьовування", приріст амплітуди м'язових скорочень в процесі "впрацьовування", кількість скорочень м'яза з максимально можливою амплітудою, тривалість розвитку стомлення, методом термометрії - ректальну температуру, методом газового аналізу - швидкість споживання кисню.

Наукова новизна одержаних результатів. Виявлено закономірності зміни силових характеристик і параметрів працездатності скелетного м'яза в процесі його роботи з різними зовнішніми навантаженнями при різному ступені виразності гіпертиреоїдних станів. Показано, що експериментально модельовані гіпертиреоз і тиреотоксикоз супроводжуються зменшенням величини оптимального для скелетного м'яза зовнішнього навантаження і об'єму максимальної роботи, яке виявилося найбільш вираженим при тиреотоксикозі. Вперше показано неоднозначний характер зміни силових характеристик скелетного м'яза в діапазоні малих, оптимальних і великих зовнішніх навантажень при гіпертиреоїдних станах, а також у динаміці розвитку гіпертиреозу. Оригінальними є дані про те, що помірний гіпертиреоз нашої моделі, на відміну від тиреотоксикозу, не відбивався на середньому рівні загальної стомлюваності скелетного м'яза в усьому діапазоні навантажень. У той же час період максимальної стійкої працездатності скелетного м'яза як при гіпертиреозі, так і при тиреотоксикозі скорочувався, причому найбільш виражене його скорочення відзначено у випадку тиреотоксикозу. Вперше показано неоднозначність зміни загальної стомлюваності скелетного м'яза з поглибленням гіпертиреозу за умов його роботи з різними зовнішніми навантаженнями. Оригінальними є й дані про те, що прояви функціональної неоднорідності скелетного м'яза, яка зросла при гіпертиреозі й тиреотоксикозі, відзначалися тільки в режимі його роботи з малими навантаженнями. Вперше показана можливість позитивного впливу одноразових надфізіологічних доз L-тироксину на силові характеристики і ступінь синхронізації збудження в м'язі, який виявлявся лише при малих зовнішніх навантаженнях.

Висувається положення про функціональне виключення при підвищеному тиреоїдному статусі частини патологічно змінених м'язових волокон із скорочувального акту в режимі роботи м'яза з оптимальними і великими зовнішніми навантаженнями, тоді як при роботі з малими навантаженнями ці волокна можуть брати участь у механічній відповіді і, більш того, питома сила скорочення м'яза може навіть збільшуватися.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати, що стосуються неоднозначної зміни силових характеристик і стомлюваності скелетного м'яза за умов його роботи з різними зовнішніми навантаженнями у тварин з різними модельними формами гіперфункції щитовидної залози, можуть бути використані при теоретичному обґрунтуванні вибору засобів, методів і тактики лікування рухових розладів, які виникають при тиреоїдних патологіях. Результати досліджень впроваджено в навчальні курси кафедри нормальної фізіології Донецького державного медичного університету ім. М. Горького, кафедри фізіології людини і тварин Донецького національного університету, а також у науково-дослідну роботу лабораторії фундаментальних досліджень Інституту невідкладної та відновної хірургії ім. В.К. Гусака АМН України, що підтверджується актами впровадження (від 14.04.2005 р., 24.05.2005 р., 15.09.2005 р.).

Особистий внесок здобувача. Здобувачем особисто розроблено методи моделювання гіпертиреоїдних станів, проведено експерименти з вивчення силових характеристик та параметрів працездатності скелетного м'яза при різних моделях підвищеного тиреоїдного статусу, проаналізовано і узагальнено отримані результати, сформульовано основні висновки дисертації.

Вибір теми дисертаційної роботи, постановка мети і задач, визначення методів дослідження здійснювалися разом з науковим керівником. У дисертації не використані ідеї і розробки, які належать співавторам опублікованих наукових праць.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації представлені і обговорені на II Всеукраїнській конференції "Здоров'я та освіта: проблеми та перспективи" (Донецьк, 2002), Всеросійському симпозіумі "Механізми терморегуляції і біоенергетики: взаємодія функціональних систем" (Іваново, 2002), Міжнародній конференції "Центральні та периферичні механізми вегетативної нервової системи", присвяченої пам'яті академіка О.Г. Баклаваджяна (Донецьк, 2003), Міжнародній науковій конференції "Каразінські природознавчі студії" (Харків, 2004), 9-му міжнародному медичному конгресі студентів і молодих вчених (Тернопіль, 2005), Всеукраїнській науково-практичній конференції "Проблеми вікової фізіології" (Луцьк, 2005), Науково-практичній конференції "Актуальні проблеми гігієни праці, професійної патології і медичної екології Донбасу" (Донецьк, 2005).

Публікації. Матеріали дисертації опубліковано у 5 статтях наукових журналів, 2 статтях збірників наукових праць, 7 матеріалах і тезах конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 7 розділів, висновків і списку використаних джерел, який містить 284 джерела на 28 сторінках. Матеріали дисертаційної роботи викладено на 195 сторінках комп'ютерного тексту, ілюстровано 45 рисунками на 45 сторінках і 16 таблицями на 15 сторінках.

2. Основний зміст

Матеріали і методи дослідження. Експерименти проводилися на 580 дорослих білих щурах-самках із середньою вихідною масою 241±0,97 г, поділених на дві основні групи - дослідну (n=364) і контрольну (n=216). Тварини дослідної групи піддавалися екзогенній стимуляції L-тироксином. Зокрема, у 286 щурів відтворювали різні моделі гіперфункції щитовидної залози шляхом хронічного щоденного введення L-тироксину в однаковій добовій дозі (200 мкг/кг), але протягом різних інтервалів часу, тоді як іншим 78 дослідним щурам тиреоїдний гормон вводився одноразово у надфізіологічній дозі (1000 мкг/кг за добу до проведення гострого досліду). Причому нами експериментально створювалися три моделі гіпертиреоїдних станів:

- помірний гіпертиреоз (гіпертиреоїдна група, яка включала 80 щурів, що одержували щоденну ін'єкцію L-тироксину протягом 15-20 діб),

- тиреотоксикоз (тиреотоксикозна група, яка включала 80 тварин, що одержували щоденну ін'єкцію L-тироксину протягом 45-50 діб),

- гіпертиреоз різного ступеня виразності (гіпертиреоїдна група з різним ступенем важкості гіпертиреозу, що складалася з 126 щурів, які одержали від 10 до 35 підшкірних ін'єкцій L-тироксину).

Критеріями розвитку гіпертиреоїдних станів у дослідних щурів були зміни маси тіла, ректальної температури, а також характеру поведінкових реакцій і загального фізичного стану. Підтвердженням дії на тваринний організм L-тироксину, який вводився одноразово у надфізіологічній дозі, виступала зміна ректальної температури і швидкості споживання кисню у щурів відповідної дослідної групи. Кожна дослідна група мала свою контрольну групу. Всі тварини утримувалися в умовах віварію і одержували стандартний корм.

У наркотизованих щурів (етамінал натрію, 50 мг/кг) в умовах in situ досліджували зовнішню роботу і параметри працездатності переднього великогомілкового м'яза при викликаному його скороченні, яке індукували шляхом подразнення електричним струмом малогомілкового нерва (напруга 500 мВ, частота 50 Гц, тривалість імпульсів 0,5 мс). В залежності від задач досліджень у наших експериментах застосовувалося два режими роботи переднього великогомілкового м'яза. Так, у дослідах з визначення зовнішньої роботи м'яза в діапазоні різних навантажень викликалось кілька скорочень м'яза (від 1 до 5-6) з певним навантаженням, а потім, після паузи (1 хвилина), робота повторювалась з новим навантаженням. При цьому величина зовнішнього навантаження варіювала від 20 до 400 г з інтервалом в 20 г, а скорочення м'яза при кожному заданому навантаженні здійснювалися в наступному режимі: 1 с - гладке тетанічне скорочення, 2 с - пауза. При дослідженні параметрів м'язової працездатності в діапазоні різних зовнішніх навантажень м'яз скорочувався з певним, постійним протягом усього досліду навантаженням у ритмічному режимі (1 с - гладке тетанічне скорочення, 2 с - пауза) доти, доки не розвивалося майже повне його стомлення. Причому майже повним умовно вважалося таке стомлення м'яза, при якому амплітуда його скорочень знижувалася на 90% відносно максимально досяжного м'язом рівня. Зовнішні навантаження в таких експериментах становили 40, 80, 120, 160, 200 і 240 г.

На підставі ергограм, які відображають ступінь скорочення переднього великогомілкового м'яза при піднятті вантажів різної маси (від 20 до 400 г), визначали величину зовнішньої роботи м'яза в діапазоні різних навантажень. Із записів ступеня скорочення м'яза у випадку його ритмічної роботи з певним, постійним протягом усього досліду навантаженням (40 г або 80 г або 120 г або 160 г або 200 г або 240 г), розраховували величину максимально досяжної зовнішньої роботи м'яза при даному навантаженні (далі просто зовнішньої роботи м'яза), тривалість "впрацьовування", процентний приріст амплітуди м'язових скорочень у процесі "впрацьовування", кількість скорочень м'яза з максимально можливою амплітудою і тривалість розвитку майже повного його стомлення.

Експериментальні дані оброблялися загальноприйнятими методами математичної статистики. Так, для оцінки вірогідності різниці між центральними тенденціями незв'язаних вибірок використовувалися t-критерій Ст'юдента і критерій Манна-Уїтні, а вірогідність різниці між центральними тенденціями пов'язаних вибірок встановлювали за допомогою критерію Вілкоксона. Вірогідність різниці між вибірковими долями встановлювали за допомогою критерію F Фішера. З метою виявлення залежності величини певних параметрів м'язового скорочення від ректальної температури, що відображає ступінь виразності експериментального гіпертиреозу, застосовувалися методи регресійного аналізу.

Результати досліджень та їх обговорення. Вплив гіпертиреоїдних станів на зовнішню роботу скелетного м'яза. Аналіз результатів дослідження м'язової роботи тварин з помірним гіпертиреозом і тиреотоксикозом, а також характеру її змінення з поглибленням експериментального гіпертиреозу показав, що різні моделі гіпертиреоїдних станів супроводжуються багато в чому односпрямованими, але різною мірою вираженими, змінами силових характеристик переднього великогомілкового м'яза.

По-перше, підвищений тиреоїдний статус вплинув на діапазони малих, оптимальних і великих зовнішніх навантажень для досліджуваного м'яза, хоча в цілому залежність зовнішньої роботи від величини навантаження носила схожий характер в еу-, гіпертиреоїдних і тиреотоксикозних щурів. Так, у тварин зі штучно індукованими помірним гіпертиреозом (15-20 ін'єкцій L-тироксину в дозі 200 мкг/кг) і тиреотоксикозом (45-50 ін'єкцій L-тироксину в дозі 200 мкг/кг) спостерігався деякий зсув вліво кривої, яка відображає залежність м'язової роботи від зовнішнього навантаження. Причому більш вираженим цей зсув виявився у тиреотоксикозних щурів. Якщо оптимальні навантаження, при яких виконується максимальна робота, для переднього великогомілкового м'яза еутиреоїдних тварин знаходилися в межах 120-140 г, то для гіпертиреоїдних - 100-120 г, а для тиреотоксикозних - 60-80 г (р<0,01). Діапазони малих та великих навантажень для м'яза еутиреоїдних щурів відповідно становили 20-100 г та 160-400 г, тоді як для гіпертиреоїдних - 20-80 г та 140-400 г, а для тиреотоксикозних - 20-40 г та 100-400 г (р<0,01). Поряд зі зменшенням величини оптимального для м'яза зовнішнього навантаження хронічне введення L-тироксину у тваринний організм супроводжувалося і зниженням максимальної м'язової роботи. Зокрема, у гіпертиреоїдних щурів цей показник (7,3±0,54 мДж при навантаженні в 100 г) виявився на 295,2%, а у тиреотоксикозних (3,7±0,41 мДж при навантаженні в 60 г) на 644,0% меншим (р<0,05) за контрольне значення (10,4±0,65 мДж при навантаженні в 120 г).

По-друге, робота переднього великогомілкового м'яза гіпертиреоїдних і тиреотоксикозних тварин зазнавала неоднозначних змін в діапазоні малих, середніх і великих зовнішніх навантажень. Так, при використанні в експерименті малих навантажень (20-80 г для гіпертиреоїдних і 20-40 г для тиреотоксикозних тварин) величина зовнішньої роботи, яка виконувалась м'язом дослідних щурів, не відрізнялася від такої контролю, незважаючи на зниження м'язової маси. Причому маса переднього великогомілкового м'яза гіпертиреоїдних (147±3,0 мг/100 г маси тіла) і тиреотоксикозних (127±3,1 мг/100 г маси тіла) тварин виявилася меншою (р<0,01), ніж у еутиреоїдних (164±4,3 мг/100 г маси тіла), відповідно на 10±2,0% й 22±2,4%, що свідчить на користь розвитку атрофічних змін у ньому. Таким чином, при незмінному загальному рівні зовнішньої роботи м'яза гіпертиреоїдних і тиреотоксикозних щурів величина роботи, яка виконувалась окремими м'язовими волокнами, а отже, і сила, яку вони розвивали, трохи зростали. У результаті цього силові характеристики всього м'яза в діапазоні малих навантажень не зазнали істотних змін, незважаючи на наявне зменшення м'язової маси.

У випадку застосування в експерименті середніх і великих навантажень (100-400 г для гіпертиреоїдних і 60-400 г для тиреотоксикозних тварин) і у гіпертиреоїдних, і у тиреотоксикозних тварин спостерігалося зменшення величини зовнішньої роботи переднього великогомілкового м'яза в порівнянні з еутиреоїдним рівнем (р<0,05), яке свідчить на користь зниження силових характеристик м'яза. Причому відзначене зниження м'язової роботи носило більш виражений характер у щурів з тиреотоксикозом і наростало зі збільшенням величини зовнішнього навантаження. Якщо процентне зменшення м'язової роботи у гіпертиреоїдних тварин відносно контрольного рівня знаходилося в межах від 18,5±5,96% (при навантаженні в 100 г) до 62±6,0% (при навантаженні в 400 г), то у щурів з тиреотоксикозом - від 37±7,1% (при навантаженні в 60 г) до 98±0,56% (при навантаженні в 400 г). Отже, зниження зовнішньої роботи м'яза у щурів з підвищеним тиреоїдним статусом в діапазоні середніх і великих навантажень перевищувало ступінь зменшення м'язової маси, і це, на наш погляд, свідчить або на користь зменшення сили скорочення, яка розвивається окремими м'язовими волокнами, або про функціональне виключення частини волокон зі скорочувального акту.

Таким чином, при дослідженні силових характеристик переднього великогомілкового м'яза тварин з підвищеним тиреоїдним статусом ми спостерігали парадоксальну, на перший погляд, картину. У випадку роботи м'яза гіпертиреоїдних і тиреотоксикозних щурів з малими зовнішніми навантаженнями його силові характеристики не відрізнялися від таких еутиреоїдних тварин, більш того, м'яз виконував однакову з контрольним рівнем роботу, незважаючи на деяке зниження м'язової маси, яке свідчить на користь розвитку атрофічних змін. В режимі оптимальних і великих навантажень, навпаки, мало місце зменшення середнього рівня зовнішньої роботи м'яза, яке відображає зниження його силових характеристик.

Подібна ситуація виявлялася і при вивченні характеру зміни зовнішньої роботи переднього великогомілкового м'яза з поглибленням експериментального гіпертиреозу (тварини одержали від 10 до 35 ін'єкцій L-тироксину в дозі 200 мкг/кг) при різних навантаженнях (табл. 1). Так, при використанні в експерименті малих навантажень (40-80 г) м'язова робота гіпертиреоїдних щурів не зазнавала істотних змін з підвищенням ректальної температури, яке відображає прогресування гіпертиреоїдного стану, тоді як м'язова маса неухильно знижувалася зі швидкістю -25,7±2,47 %/С. Це, на наш погляд, свідчить про збільшення м'язової сили, яка розвивається меншою масою м'язових волокон, і служить основною причиною підвищення питомої роботи м'яза (роботи на 1 г маси м'яза) з поглибленням експериментального гіпертиреозу (зі швидкістю 25,2±5,42 %/С при навантаженні в 40 г і 25,4±3,49 %/С при навантаженні в 80 г). У випадку застосування оптимального навантаження (120 г) середній рівень зовнішньої роботи м'яза щурів із різним ступенем виразності гіпертиреозу (7,1±0,34 мДж) виявився на 31±3,3% нижчим за контрольне значення (10,3±0,18 мДж), що свідчить на користь зниження силових характеристик всього м'яза. Разом з тим, сила, яка розвивається окремими м'язовими волокнами, що складають м'яз, не зазнавала істотних змін у процесі розвитку гіпертиреозу, оскільки ступінь зниження м'язової роботи з підвищенням ректальної температури (-26,4±6,62 %/С) у гіпертиреоїдних щурів був адекватним зменшенню маси м'яза (-25,7±2,47%/С). У діапазоні великих зовнішніх навантажень (160-240 г) з поглибленням гіпертиреоїдного стану відбувалося прогресуюче зменшення роботи м'яза, яке перевищувало (р<0,05) ступінь зниження його маси. Це свідчить, певно, на користь зменшення силових характеристик м'яза в процесі розвитку експериментального гіпертиреозу і служить головною причиною падіння питомої м'язової роботи з підвищенням ректальної температури.

Таблиця 1. Значення коефіцієнтів лінійної регресії (bs_b, %/С), що характеризують залежність зовнішньої роботи і маси переднього великогомілкового м'яза гіпертиреоїдних щурів від ректальної температури

* - коефіцієнт лінійної регресії статистично вірогідний (р<0,05); - різниця відносно значення коефіцієнта лінійної регресії, який характеризує залежність питомої маси м'яза від ректальної температури, статистично вірогідна (р<0,05); ^¦ - різниця відносно відповідних значень коефіцієнтів лінійної регресії при навантаженнях в 160, 200 і 240 г статистично вірогідна (р<0,05).

Найбільш логічне пояснення отриманим нами фактам полягає в наступному. У діапазоні малих зовнішніх навантажень сила, яка розвивається окремими працюючими волокнами м'яза тварин з підвищеним тиреоїдним статусом, більша за таку еутиреоїдних щурів, оскільки загальний рівень м'язової роботи у дослідних тварин не відрізнявся від еутиреоїдних значень, незважаючи на зниження м'язової маси. При роботі м'яза гіпертиреоїдних щурів з великими зовнішніми навантаженнями його силові характеристики знижувалися з підвищенням ректальної температури, і ступінь цього зниження перевищував ступінь зменшення м'язової маси.

Вплив гіпертиреоїдних станів на параметри працездатності скелетного м'яза. Результати наших досліджень щодо впливу підвищеного тиреоїдного статусу на показники працездатності переднього великогомілкового м'яза білих щурів показали наступне (табл. 2).

Таблиця 2. Середні значення () показників працездатності переднього великогомілкового м'яза еу-, гіпертиреоїдних і тиреотоксикозних білих щурів у діапазоні різних зовнішніх навантажень

Примітка. Загальна кількість тварин в кожній групі становила 60 щурів (на кожне зовнішнє навантаження припадало по 10 щурів).

* - різниця відносно відповідних значень контролю статистично вірогідна (р<0,05); - різниця відносно відповідних значень гіпертиреозу статистично вірогідна (р<0,05).

По-перше, тривалість розвитку м'язового стомлення у тварин з помірним гіпертиреозом (15-20 ін'єкцій L-тироксину в дозі 200 мкг/кг) при всіх використаних зовнішніх навантаженнях (40-240 г) не зазнала виражених змін у порівнянні з контролем, тоді як тиреотоксикоз (45-50 ін'єкцій L-тироксину в дозі 200 мкг/кг), навпаки, супроводжувався більшою стомлюваністю м'яза (на 577,8% (при навантаженні в 40 г) - 64,92,7% (при навантаженні в 240 г)) в порівнянні з такою еу- і гіпертиреоїдної груп (р<0,05) у діапазоні всіх використаних зовнішніх навантажень. Крім того, підвищений тиреоїдний статус супроводжувався збільшенням частоти немонотонного розвитку стомлення (р<0,01) у випадку роботи м'яза дослідних щурів з малими навантаженнями (у 60% гіпертиреоїдних щурів при навантаженнях в 40-80 г та у 70% тиреотоксикозних щурів при навантаженні в 40 г) у порівнянні з еутиреоїдними тваринами (в 13% випадків при навантаженнях в 40-120 г). Причому ця немонотонність у розвитку стомлення м'яза у гіпертиреоїдних і тиреотоксикозних тварин виникала на фоні невеликого ступеня стомлення (при зниженні амплітуди м'язових скорочень всього на 20-30% в порівнянні з максимально досяжним рівнем), тоді як в еутиреоїдних щурів - при достатньо сильному стомленні м'яза (при зниженні амплітуди його скорочень на 70-80% в порівнянні з максимально можливим рівнем). Відзначене збільшення частоти немонотонного розвитку м'язового стомлення у гіпертиреоїдних і тиреотоксикозних тварин, яке мало місце при використанні тільки малих навантажень, пояснюється, на наш погляд, зрослою функціональною гетерогенністю м'яза, яка супроводжується ефектом почергового включення в реакцію патологічно змінених м'язових волокон.

По-друге, кількість скорочень м'яза з максимально можливою амплітудою, яка відображає його здатність утримувати на максимальному рівні свою працездатність, і у гіпретиреоїдних, і у тиреотоксикозних тварин в діапазоні всіх використаних зовнішніх навантажень (40-240 г) виявилася меншою за таку еутиреоїдної групи (р<0,05). Причому значення цього показника у тиреотоксикозних тварин при всіх використаних навантаженнях були нижчими від відповідних величин не тільки еу-, але й гіпертиреоїдної груп (р<0,05).

По-третє, тривалість "впрацьовування" м'яза і приріст амплітуди м'язових скорочень у процесі "впрацьовування", багато в чому залежні від ступеня синхронізації процесів збудження в м'язі, у гіпертиреоїдних і тиреотоксикозних тварин в діапазоні малих навантажень (40-80 г для гіпертиреоїдних щурів і 40 г для тиреотоксикозних) перевищили (р<0,05) відповідні значення контролю, тоді як при використанні середніх і великих навантажень (120-240 г для гіпертиреоїдної групи і 80-240 г для тиреотоксикозної) статистично вірогідної різниці за цими показниками у дослідних і еутиреоїдної груп щурів виявлено не було. Збільшення тривалості "впрацьовування" м'яза і приросту амплітуди м'язових скорочень в процесі "впрацьовування" у тварин з підвищеним тиреоїдним статусом побічно свідчить на користь десинхронізації процесів збудження в м'язі. Останнє, як видно, призводить до того, що нові м'язові волокна від моменту початку роботи м'яза в процесі його "впрацьовування" у гіпертиреоїдних і тиреотоксикозних щурів більш повільно і менш синхронно втягуються в механічну відповідь у порівнянні з еутиреоїдними тваринами.

Збільшення ступеня десинхронізації процесів збудження і, як наслідок, скорочення окремих м'язових волокон у м'язі тварин з підвищеним тиреоїдним статусом, поряд з більш частим немонотонним характером розвитку м'язового стомлення, є одним із проявів підвищеної функціональної дисперсності переднього великогомілкового м'яза. Згладжування ж різниці за показниками, які побічно відображають ступінь функціональної неоднорідності в м'язі гіпертиреоїдних і тиреотоксикозних щурів, у порівнянні з контролем, що спостерігалось нами в діапазоні середніх і великих навантажень, найімовірніше, свідчить на користь повного виключення частини патологічно змінених волокон м'яза зі скорочувального акту, тоді як у випадку його роботи з малими навантаженнями ці волокна можуть брати участь у механічній відповіді.

По-четверте, характер зміни загальної тривалості розвитку м'язового стомлення з прогресуванням експериментального гіпертиреозу (тварини одержали від 10 до 35 ін'єкцій L-тироксину) мав свої особливості при використанні малих, оптимальних і великих зовнішніх навантажень (табл. 3). Так, у випадку роботи м'яза дослідних щурів з малими навантаженнями (40-80 г) тривалість м'язового стомлення в процесі розвитку гіпертиреозу зростала, що, на перший погляд, може відображати уявне зменшення стомлюваності м'яза. Між тим більш детальний аналіз причин, які обумовили збільшення загальної тривалості м'язового стомлення з підвищенням ректальної температури, показав, що це багато в чому пов'язане зі збільшенням частоти немонотонного його розвитку у тварин з вираженим гіпертиреозом у порівнянні з еутиреоїдними особинами і щурами зі слабким і помірним ступенем гіпертиреоїдного стану. У зв'язку з відзначеним, збільшення тривалості розвитку стомлення з підвищенням ректальної температури, яке мало місце у дослідних тварин в діапазоні малих навантажень, насправді свідчить не про зменшення стомлюваності м'яза, а на користь збільшення ступеня його функціональної неоднорідності, що виникає через певні патологічні процеси в ньому.

За умов роботи м'яза дослідних щурів з оптимальним зовнішнім навантаженням (120 г) тривалість розвитку його стомлення в процесі поглиблення гіпертиреозу не зазнавала істотних змін. У діапазоні великих зовнішніх навантажень (160-240 г) мало місце зменшення тривалості м'язового стомлення з поглибленням гіпертиреоїдного стану.

Таблиця 3. Значення коефіцієнтів лінійної регресії (bs_b, %/С), які характеризують залежність загальної тривалості розвитку стомлення переднього великогомілкового м'яза гіпертиреоїдних щурів від ректальної температури

* - коефіцієнт лінійної регресії статистично вірогідний (р<0,05).

Таким чином, підвищений тиреоїдний статус призводив до збільшення ступеня функціональної гетерогенності м'яза та зменшення його здатності втримувати на максимальному рівні свою працездатність. Збільшення стомлюваності м'яза спостерігалося при тиреотоксикозі у діапазоні всіх використаних зовнішніх навантажень, тоді як в динаміці поглиблення гіпертиреозу - тільки в режимі великих навантажень.

Вплив одноразової ін'єкції L-тироксину у надфізіологічній дозі (1000 мкг/кг) на величину зовнішньої роботи і працездатність скелетного м'яза. Одноразове введення L-тироксину, на відміну від хронічного, не супроводжувалося зміною величин оптимального для досліджуваного м'яза навантаження і максимальної роботи. Середній рівень зовнішньої роботи м'яза дослідних тварин у діапазоні малих навантажень (20-80 г) виявився, хоча й ненабагато (на 31,8±2,62% при навантаженні в 20 г і на 16,4±2,35% при навантаженні в 80 г), але вірогідно вищим (р<0,05) за такий контролю, що свідчить на користь поліпшення силових характеристик м'яза. Разом з тим, в режимі оптимальних і великих навантажень (120-400 г) значення м'язової роботи дослідних щурів істотно не відрізнялися від таких контролю.

Одноразове введення у надфізіологічній дозі тиреоїдного гормону не відбивалося на загальній стомлюваності м'яза і кількості його скорочень з максимально можливою амплітудою при всіх використаних навантаженнях (табл. 4). Частота випадків яскраво вираженого немонотонного розвитку м'язового стомлення у тварин, що одержали одноразову ін'єкцію тиреоїдного гормону (у 10% особин за умов роботи м'яза з малими і оптимальними навантаженнями), не відрізнялася від такої контрольної групи (у 13% особин за умов роботи м'яза з малими і оптимальними навантаженнями).

Тривалість "впрацьовування" м'яза і приріст амплітуди м'язових скорочень в процесі "впрацьовування", які багато в чому залежать від ступеня синхронізації збудження в м'язі, в діапазоні малих навантажень (40-80 г) виявилися істотно меншими, ніж контрольні значення (р<0,05), тоді як за умов роботи м'яза з оптимальними і великими навантаженнями не відрізнялися від рівня контролю (див. табл. 4). Зменшення характеризованих показників, яке спостерігалось нами в діапазоні малих навантажень, свідчить на користь збільшення синхронізації збудження в передньому великогомілковому м'язі тварин, що піддавалися одноразовій стимуляції L-тироксином.

Таблиця 4. Середні значення () показників працездатності переднього великогомілкового м'яза еутиреоїдних щурів і тварин, що піддавалися одноразовій стимуляції L-тироксином (1000 мкг/кг, підшкірно), у діапазоні різних зовнішніх навантажень

Примітка. Загальна кількість тварин в кожній групі становила 60 щурів (на кожне зовнішнє навантаження припадало по 10 щурів).

* - різниця відносно відповідних значень контролю статистично вірогідна (р<0,05).

Таким чином, одноразове введення L-тироксину у надфізіологічній дозі (1000 мкг/кг) характеризувалося в цілому позитивним впливом на силові характеристики і ступінь синхронізації збудження в переднім великогомілковім м'язі, яке виявлялося тільки за умов його роботи з малими зовнішніми навантаженнями.

Висновки

У дисертаційній роботі на основі експериментальних досліджень і теоретичних узагальнень розкрито деякі особливості зміни силових характеристик і параметрів працездатності скелетного м'яза при різних моделях експериментального гіпертиреозу.

1. Помірний гіпертиреоз і тиреотоксикоз призвели до зменшення величини оптимального для переднього великогомілкового м'яза білих щурів зовнішнього навантаження і максимальної роботи (на 295,2% для гіпертиреоїдних та 644,0% для тиреотоксикозних щурів), яке носило більш виражений характер у тиреотоксикозних тварин.

2. У діапазоні малих навантажень величина роботи скелетного м'яза гіпертиреоїдних і тиреотоксикозних щурів не відрізнялася від еутиреоїдного рівня, незважаючи на зниження м'язової маси (на 10±2,0% при помірному гіпертиреозі та 22±2,4% при тиреотоксикозі), тоді як при середніх і великих навантаженнях спостерігалося зниження роботи м'яза (при помірному гіпертиреозі на 18,5±5,96% (при навантаженні в 100 г) - 62±6,0% (при навантаженні в 400 г), а у щурів з тиреотоксикозом - на 37±7,1% (при навантаженні в 60 г) - 98±0,56% (при навантаженні в 400 г)).

3. Поглиблення експериментального гіпертиреозу не відбивалося на величині роботи м'яза в діапазоні малих навантажень, тоді як у режимі оптимальних і великих навантажень - супроводжувалося її зниженням (зі швидкістю від -26,4±6,62 %/С (при навантаженні в 120 г) до -54,55,62 %/С (при навантаженні в 240 г)).

4. Помірний гіпертиреоз і гіпертиреоз різного ступеня важкості не відбилися на середньому рівні загальної стомлюваності м'яза; тиреотоксикоз, навпаки, супроводжувався істотним підвищенням цього параметра відносно контрольної та гіпертиреоїдної груп (на 577,8% при навантаженні в 40 г та 64,92,7% при навантаженні в 240 г). Разом з тим, кількість скорочень м'яза з максимально можливою амплітудою, що характеризує період максимальної стійкої його працездатності, і у гіпертиреоїдних, і у тиреотоксикозних тварин в усьому діапазоні навантажень виявилася нижчою за еутиреоїдний рівень, причому найбільш виражене скорочення періоду максимальної стійкої працездатності м'яза мало місце у щурів з тиреотоксикозом.

5. Помірний гіпертиреоз і тиреотоксикоз супроводжувалися підвищенням ступеня функціональної гетерогенності м'яза, об'єктивним проявом якої служило збільшення частоти немонотонного характеру розвитку м'язового стомлення, тривалості "впрацьовування" м'яза і приросту амплітуди м'язових скорочень у процесі "впрацьовування", відзначене тільки в режимі малих навантажень.

6. Поглиблення експериментального гіпертиреозу неоднозначно позначалося на загальній стомлюваності м'яза за умов його роботи з різними навантаженнями.

В діапазоні малих навантажень спостерігалося збільшення тривалості розвитку стомлення м'яза з підвищенням ректальної температури, багато в чому обумовлене немонотонним характером його розвитку. Збільшення стомлюваності м'яза в динаміці поглиблення гіпертиреозу мало місце тільки при використанні великих навантажень (зі швидкістю -25,64,78 %/С при навантаженні в 160 г та -26,69,11 %/С при навантаженні в 240 г).

7. Одноразове введення L-тироксину у надфізіологічній дозі (1000 мкг/кг) характеризувалося позитивним впливом на силові характеристики і ступінь синхронізації збудження в м'язі, який виявлявся тільки за умов його роботи з малими навантаженнями.

8. Отримані дані щодо неоднозначної зміни силових характеристик і стомлюваності скелетного м'яза за умов його роботи з різними зовнішніми навантаженнями при різних модельних формах гіперфункції щитовидної залози впроваджені в навчальні курси кафедри нормальної фізіології Донецького державного медичного університету ім. М. Горького, кафедри фізіології людини і тварин Донецького національного університету, а також у науково-дослідну роботу лабораторії фундаментальних досліджень Інституту невідкладної та відновної хірургії ім. В.К. Гусака АМН України.

Список наукових праць, опублікованих за темою дисертації

1. Попова В.В. Влияние экспериментального гипертиреоза на величину мышечной работы // Вісник Донецького університету (Серія А, природничі науки). - 2001. - № 2. - С. 265-269.

2. Попова В.В., Соболев В.И. Влияние экспериментального гипертиреоза на величину работы мышцы и особенности развития утомления // Вісник проблем біології і медицини. - 2002. - № 4. - С. 16-21.

3. Попова В.В. Влияние экспериментально моделируемых гипертиреоза и тиреотоксикоза на энергетику мышечного сокращения // Проблемы экологии и охраны природы техногенного региона: Межведомственный сборник научных работ / Отв. ред. С.В. Беспалова. - Донецк: ДонНУ, 2002. - Вып. 2. - С. 235-239.