Енергетика м'язового скорочення і холодовий термогенез у білих щурів при різному тиреоїдному статусі

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ім. В.Н. Каразіна

РЕЗНИК МАЙЯ ЄГОРІВНА

УДК.612.53+612.54

Енергетика м'язового скорочення і холодовий термогенез у білих щурів при різному тиреоїдному статусі

03.00.13 - фізіологія людини і тварин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Харків- 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Донецькому національному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник доктор біологічних наук, професор

Соболєв Валерій Іванович,

Донецький національний університет, завідувач

кафедри фізіології людини і тварин

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, старший науковий

співробітник

Лященко Петро Сергійович, Науково-дослідний

інститут фізіології імені академіка Петра Богача

Київського національного університету імені

Тараса Шевченка, директор;

доктор біологічних наук, професор

Гладкова Алла Іванівна, Інститут проблем

ендокринної патології АМН України, м. Харків

Провідна установа: Донецький державний медичний

університет ім. М. Горького (кафедра фізіології)

м. Донецьк

Захист відбудеться "23" січня 2002 р. о 15 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.051.17 у Харківському національному

університеті ім В. Н. Каразіна (61077, м.Харків, площа Свободи, 4, ауд.111-15)

З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці

Харківського національного університету ім. В.Н.Каразіна (61077, м. Харків, площа Свободи, 4)

Автореферат розісланий "14" грудня 2001 рік

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук ___________ Падалко В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Здатність до збереження сталості температури тіла є одним з фундаментальних явищ, яке визначило еволюцію тваринного світу. У сучасній медико-біологічній науці важливе місце приділяється проблемам, пов'язаним із вивченням можливостей існування людини і тварин у несприятливих умовах зовнішнього середовища. Одним із факторів, що порушують стан гомеостазису організму, є температура. В останні 10-20 років в роботах дослідників (К.П.Іванов,1984,1990; В.І.Соболєв,1983,1991; Ю.І.Баженов,1986; Ф.Ф.Султанов, В.Н.Гурін,1989; Bligh,1985) встановлені основні фізіологічні закономірності реакції гомойотермного організму у відповідь на порушення температурного гомеостазису. Однак багато аспектів цієї проблеми залишаються маловивченими. У першу чергу це стосується механізмів гормональної регуляції температурного гомеостазису, зокрема ролі тиреоїдних гормонів у забезпеченні постійної температури тіла (Ф.Ф.Султанов, В.І.Соболєв,1991). Другий важливий аспект проблеми гомойотермії, що становить інтерес для прикладної і фундаментальної фізіології, пов'язаний із вивченням біоенергетики м'язового скорочення і принциповою можливістю гормональної регуляції енергетичної ефективності скорочувального акту (К.П.Іванов,1992). Нарешті, дослідження фізіологічних механізмів регуляції сталості температури тіла і можливості їхньої корекції становить практичний інтерес для фізіології екстремальних і прикордонних станів. Експериментальній розробці ряду аспектів названих проблем і присвячена ця робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалася відповідно до координаційного плану АН України з проблеми 2.37.2.4. "Механізми терморегуляції і теплообміну" і є частиною планової теми Донецького національного університету "Фізіологічні механізми адаптації людини і тварин до температурних факторів середовища і виробництва" (номер держреєстрації - 01860099045).

Мета та завдання дослідження. Виявити закономірності і характер впливу різного тиреоїдного статусу на основні фізіологічні механізми системи підтримки температурного гомеостазису. У завдання роботи входило: 1) проведення in vivo кількісної оцінки параметрів холодового термогенезу (інтенсивності, метаболічного коефіцієнта, "обсягу холодового термогенезу", рівня максимального обміну, метаболічної вартості температурного гомеостазису) у білих щурів з різним ступенем виразності трийодтиронинового токсикозу; 2) визначення в умовах in situ температурного ефекту, викликаного скороченням переднього великогомілкового м'яза білого щура при експериментальних гіпотиреозі та тиреотоксикозі різного ступеня вираженості; 3) з'ясування характеру впливу різного тиреоїдного статусу на параметри викликаного тетанічного скорочення (in situ) переднього великогомілкового м'яза (сила, робота, потужність) і його працездатність при ізотонічному типі скорочення.

Об'єкт дослідження: система підтримки температурного гомеостазису організму. Предмет дослідження: тиреоїдна регуляція м'язового і холодового термогенезу. Методи дослідження: а) в умовах in situ - міотермія, ергометрія м'язового скорочення (сила, робота, потужність, працездатність); в умовах in vivo - термометрія, швидкість поглинання кисню.

Наукова новизна. Одержані в роботі результати і їхній аналіз свідчать про здатність гормонів щитовидної залози регулювати інтенсивність холодового термогегезу і його головного механізму - термогенної ефективності м'язового скорочення (роботи). Вперше показано, що характер тиреоїдного впливу визначається ступенем зміни тиреоїдного статусу: при легкому ступені трийодтиронинового токсикозу холодова стійкість і величина холодового термогенезу підвищуються, а при вираженому тиреотоксикозі система терморегуляції істотно порушується. Дістало подальший розвиток положення про значення щитовидної залози як гормонального регулятора механізмів терморегуляції, зокрема встановлена здатність її гормонів модулювати термогенну ефективність м'язового скорочення шляхом підвищення (при тиреотоксикозі) або зниження (при гіпотиреозі) термогенезу на одиницю сили, що розвивається, або роботи. Вперше встановлено, що зміни ергометричних параметрів м'язового скорочення при трийодтирониновому токсикозі (сила, робота, потужність, лабільність, працездатність) якісно залежать від ступеня його вираженості і носять різноспрямований характер. Теоретичні висновки, зроблені в роботі, суттєві для теорії гомеостазису в цілому і гормональної регуляції температурного гомеостазису, зокрема.

Практичне значення роботи. Представлені в роботі результати можуть бути використані: а) у практиці фізіології і гігієни праці при розробці засобів і методів підвищення холодової стійкості організму; б) у фізіології спорту при прогнозуванні працездатності і силових характеристик кістякової мускулатури в зв'язку із сезонною адаптацією, біоритмами, переміщенням в інші годинні пояси, кліматичні зони, характером психо-емоційного стресу й в інших випадках, що супроводжуються активацією функції гіпоталамо-гіпофизарно-тиреоїдної системи; в) у клінічній ендокринології і патофізіології при визначенні засобів і методів корекції тиреоїдного статусу; г) у фізіології екстремальних станів для корекції силових характеристик м'язового скорочення і стійкості до гіпотермії; д) у ВНЗ при вивченні розділів фізіології терморегуляції, теорії адаптації, ендокринної і нервово-м'язової систем.

Особистий внесок здобувача полягає в модифікації методики виміру силових параметрів скорочення м'яза (система механотрона), що працює в ізотонічному режимі, а також температурного ефекту скорочення переднього великогомілкового м'яза білого щура; аналізі і узагальненні літератури з теми дисертаційної роботи і проблемі в цілому; виконанні експериментальних досліджень, що стосується вивчення впливу тиреоїдного статусу на енергетику м'язового скорочення, а також на стан холодового термогенезу тварин з трийодтирониновим токсикозом; проведенні статистичної обробки матеріалу і оформленні цієї дисертації для подання до захисту.

Апробація роботи: основні положення дисертаційної роботи опубліковані в чотирьох статтях і 2 тезах наукових конференцій і симпозіумів.

Структура роботи: дисертація викладена на 151сторінці і складається зі вступу, огляду літератури (3 розділи), опису матеріалів і методів дослідження, експериментальних даних (3 розділи), їхнього обговорення (2 розділи) і висновків; список літератури представлений 298 джерелами; дисертація ілюстрована 14 таблицями і 8 малюнками.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Всі експерименти були виконані на 4-х групах дорослих білих щурів-самців. У тварин першої і другої груп викликався трийодтирониновий токсикоз двох моделей: 10-12 підшкірних ін'єкцій трийодтироніну в дозі 100 мкг/кг до ректальної температури 39.0-39.5оС ( група “1Т3-токсикоз”) або по 150 мкг/кг протягом 12-16 діб до ректальної температури 39.6-41.0оС (група “2Т3 - токсикоз”); у третьої групи видалялася щитовидна залоза (група “Тироїдектомія”); четверта група - контрольна.

У першій частині роботи досліджувалися параметри холодового калоригенезу (газоаналізатор “Radiometer”) і холодова стійкість тварин при охолодженні в індивідуальних клітках протягом 180 хв. при -1...+1оС.

У другій частині роботи досліджувалася термогенна функція м'яза при його скороченні. Використовувався метод виміру в умовах in situ температурного ефекту переднього великогомілкового м`яза. Суть методу полягає в розрахунку співвідношення між приростом температури м'яза, що скорочується (термопара), і силою скорочення або виконаною роботою. Досліджувалися дві моделі скорочення м'яза. У першому випадку режим скорочення м'яза був таким: 10с - скорочення в ізометричному тетанусі, 3-5 хв. - відпочинок. Розраховувалися: сила скорочення (F), приріст температури м'яза (+DTоC), відношення +DTCо/F (температурний ефект м'язового скорочення). В другому випадку використовувалася модель ізотонічної роботи: 5 односекундних скорочень - 3 хв. відпочинок. У ході розрахунків визначався ступінь приросту

температури (+DТ0С) і виконана при цьому робота “А”. Маса вантажу, що піднімався, складала 100 г. Про величину температурного ефекту м'язового скорочення робили висновки по відношенню (+DТ0С) до роботи “А”.

У третій частині роботи для вивчення енергетики м'язового скорочення в умовах in situ використовувався метод виміру параметрів механограми (ергограми), що реєструвалася при викликаному скороченні м'яза. При цьому піднімався вантаж “Р” на висоту “h”. У першій серії дослідів на нерв наносилося електричне подразнення імпульсами амплітудою 1.5 В, тривалістю 5 мс із частотою 5, 10, 15, 20, 30, 40, 60, 80, 100 і 150 Гц протягом 6 с. М'яз піднімав вантаж вагою 50 г. При аналізі ергограми обчислювалися такі параметри: а) максимальна амплітуда скорочення в мм. “hmax”, що відповідає максимальній висоті, на яку був піднятий вантаж масою “Р”; б) час (t1 , с), протягом якого досягалася максимальна амплітуда скорочення; в) робота “А”, виконана м'язом за час t1 , тобто до моменту розвитку максимальної амплітуди скорочення. В другій серії експериментів досліджувалася інша модель м'язового скорочення: 1 секунда - ізотонічне скорочення + 1 секунда - пауза (імпульсами амплітудою 1.5 В, тривалістю 5 мс при частоті 60 Гц). Використана модель дозволяла провести оцінку працездатності кістякового м'яза і виявити характер стомлення. Маса вантажу становила 100 г. Експеримент продовжувався доти, поки амплітуда скорочення м'яза не знижувалася до рівня менше 50 % від вихідної. При аналізі ергограми обчислювалися такі показники: а) максимальна амплітуда скорочення в мм. “hmax”, що відповідає максимальній висоті, на яку був піднятий вантаж масою “Р”; б) час (t1, t2, t3) , протягом якого амплітуда м'язового скорочення знижувалася відповідно на 10, 30 і 50% від вихідної; в) число скорочень (n1 , n2 , n3) при зниженні амплітуди ергограми до рівня 10, 30 і 50% від вихідної; г) робота (А1 , А2 , А3), виконана м'язом при скороченні на різних стадіях розвитку стомлення.

Отримані результати оброблялися загальноприйнятими методами варіаційної статистики.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Вплив тиреоїдного статусу на стан холодового термогенеза і стійкість білих щурів до охолодження. Тиреоїдний статус істотно впливає на стан хімічної терморегуляції білих щурів. До закінчення періоду охолодження ректальна температура у щурів контрольної групи (n=11) знижувалася на 6.4±0.4оС; до цього ж періоду часу у тварин групи 1Т3 -токсикоз (n=12) температура тіла знизилася на 4.0±0.3оС, а у щурів (n=8) з вираженим тиреотоксикозом - на 8.1±0.6оС. Характер залежності ректальної температури від часу охолодження для груп “1Т3 - токсикоз” і “Контроль” описувався рівнянням гіперболи, а для групи “2Т3-токсикоз” - логарифмічною функцією. До закінчення холодового тесту рівень споживання кисню у тварин з трийодтирониновим токсикозом був на 126% (група “1Т3 - токсикоз”) і на 76% (група “2Т3-токсикоз”) вищим в порівнянні з контролем. Залежність між величиною споживання кисню і значенням температури тіла для всіх трьох груп тварин була такою:

V02 = 256 - 5.54·Трект при r = 0.90 - 1Т3 -токсикоз;

V02 = 60 - 0.469·Трект. при r = 0.47 -2Т3 -токсикоз;

V02 = -0.0019+117·Трект.-1.69·Трект.2 при r = 0.78 - контроль.

Отже, характер залежності між рівнем споживання кисню і значенням ректальної температури для тварин, що одержували різні дози трийодтироніну, на відміну від контролю, описувався рівнянням прямої лінії.

Характеристика температурного ефекту м'язового скорочення при різному тиреоїдному статусі. Спочатку досліджувалася модель м'язового скорочення - ізометричний тетанус. Тиреоїдний статус впливає на параметри, що характеризують енергетику м'язового скорочення. Результати виміру сили м'язового скорочення показали, що у щурів контрольної групи середня сила, що розвивається м'язом, становила 148±3 Г. Попереднє введення тваринам трийодтироніну (1Т3 - токсикоз) викликало деяке збільшення сили скорочення. Так, у тварин цієї групи середня сила ізометричного тетанічного скорочення становила 160±3 Г, що було на 8% більше (Р<0.05), ніж у контрольної.

Така закономірність зникала у тварин, що одержували трийодтиронін впродовж 16 діб (2Т3 -токсикоз). У щурів цієї групи сила скорочення становила 142±4 Г. Видалення щитовидної залози також не впливало на силу м'язового скорочення.

Одним із показників, що характеризують енергетику м'язового скорочення є приріст температури м'яза, викликаний його скороченням (табл.1).

Таблиця 1.

Параметри енергетики ізометричного тетанічного м'язового скорочення у білих щурів з різним тиреоїдним статусом

Група	Сила,що розвивається м'язом (Г)	Приріст температури м'яза при його скороченні (+DТоС)	Температурний ефект м'язового скорочення (DТоС/Г)
1Т3 - токсикоз n=11	160±3	1.74±0.04	(11.03±0.32)·10-3
2Т3 -токсикоз n=12	142±4	1.58±0.09	(9.42±0.21)·10-3
Тироїдектомія n=11	153±6	0.53±0.08	(3.65±0.26)·10-3
Контроль n=13	148±3	1.10±0.05	(7.51±0.19)·10-3

По-перше, експериментальний трийодтирониновий токсикоз викликає істотну зміну з боку приросту температури м'яза при його скороченні. У щурів контрольної групи при 10-секундному ізометричному тетанусі температура м'яза зростала на 1.10±0.05оС, а у тварин групи 1Т3 - токсикоз, ступінь приросту складав 1.74±0.04оС, або на 0.64±0.06оС більше (Р<0.05). Аналогічний ефект спостерігався і у тварин з вираженим Т3 -токсикозом. По-друге, у тироїдектомованих тварин температура м'яза при скороченні підвищувалася на 0.57±0.09оС менше у порівнянні з контролем.

Отже, тиреоїдний статус мав виражений ефект на ступінь підвищення температури м'яза при 10-секундному ізометричному тетанусі. Становить інтерес дослідження характеру залежності між приростом температури м'яза (+DТоС) при його скороченні і силою, що при цьому розвивається (F). Залежність мала такий вигляд:

+DT0C = 0.99 + 0.00467 ·F - 1Т3 - токсикоз;

+DT0C = 1.23 + 0.00250 · F - 2Т3 -токсикоз;

+DT0C = 8.79 + 0.0036 · F - тироїдектомія;

+DT0C = 6.76 + 0.0070 · F - контроль (еутиреоз),

де F - сила, що розвивається м'язом при його скороченні (Г);

+DT0 C - очікуване підвищення температури м'яза.

Наведені рівняння мали вигляд прямої лінії, про що свідчить показник лінійності зв'язку tg, що коливався в межах с 2.2- 2.8. Найбільш виражений зв'язок між досліджуваними параметрами спостерігався у щурів контрольної групи (0.0070±0.00060С/Г).

На наступному етапі аналізу експериментального матеріалу був розрахований температурний ефект м'язового скорочення (ТЕМС).Одержані дані свідчать, що температурний ефект м'язового скорочення зумовлюється тиреоїдним статусом. У щурів контрольної, еутиреоїдної, групи ТЕМС дорівнював (7.51±0.19)·10-3 0С/Г, а у тварин з трийодтирониновим токсикозом він становив (11.03±0.32)·10-3 0С/Г, або на 47% більше. Це означає, що на одиницю сили, що розвивається, м'яз тварин, які одержували трийодтиронін (у дозах, що не викликають виражену ступінь тиреотоксикозу), виробляв більшу кількість тепла. Аналогічна картина спостерігалася і у тварин групи 2Т3 - токсикоз.

Отже, гормони щитовидної залози модулюють енергетичну вартість м'язового скорочення.

При іншій моделі м'язового скорочення - ізотонічному - показано, що тиреоїдний статус впливає на всі досліджувані параметри енергетики м'язового скорочення: обсяг роботи, виконаний м'язом, ступінь підвищення його температури при скороченні і величину температурного ефекту скорочувального акту на одиницю роботи (табл.2).

Обсяг роботи, виконаний м'язом за 5 односекундних ізотонічних скорочень, для тварин контрольної групи становив 294±7 мДж/г; для щурів групи 1Т3 -токсикоз цей показник статистично вірогідно не змінювався і становив 287±12 мДж/г.

Для тварин, у яких був виражений експериментальний тиреотоксикоз, значення обсягу роботи, виконаної м'язом за 5 односекундних скорочень, було нижчим і становило 187±19 мДж/г, що було на 36% менше (Р<0.05) у порівнянні з контролем. Видалення щитовидної залози не відбилося на величині цього показника при ізотонічному режимі. Отже, експериментальний тиреотоксикоз першої моделі не впливав на обсяг роботи, виконаної м'язом, при використаному режимі ізотонічного скорочення.

На наступному етапі аналізу даних, що характеризують енергетику скорочувального акту, становлять інтерес результати виміру ступеня підвищення температури м'яза за 5 односекундних ізотонічних скорочень. У тварин контрольної групи температура підвищувалася на 0.24±0.020С, а у щурів групи 1Т3 -токсикоз і 2Т3 -токсикоз - на 0.33±0.03 і 0.19±0.020С відповідно. У першому випадку підвищення температури м'яза було на 0.09±0.04 0С вищим (Р<0.05); у другому розходжень не спостерігалося. Tироїдектомія супроводжувалася меншим підвищенням температури м'яза при його скороченні.

Істотні відмінності спостерігалися і з боку температурного ефекту викликаного м'язового скорочення (табл.2).

Таблиця 2.

Параметри енергетики м'язового скорочення у білих щурів з різним тиреоїдним статусом при ізотонічному режимі роботи (мДж на 1 г маси м`яза)

Група щурів	Робота, виконана м'язом (мДж/г)	Приріст температури м'яза при його скороченні (+DТоС)	Температурний ефект м'язового скорочення, (DТоС/мДж/г)·10-3
1Т3 -токсикоз n=11	287±12	0.33±0.03	1.15±0.07
2Т3 -токсикоз n=12	187±19	0.10±0.02	1.02±0.09
Тироїдектомія n=11	273±8	0.14±0.03	0.51±0.11
Контроль n=13	294±7	0.24±0.02	0.80±0.05

У тварин з експериментальним тиреотоксикозом різного ступеня вираженості на одиницю виконаної роботи температура м'язів підвищувалася стосовно контролю відповідно на 43 і 27%, у той час як у тироїдектомованих щурів значення цього параметра енергетики скорочувального акту було на 38% нижчим.

Вплив трийодтиронинового токсикозу різного ступеня вираженості на розвиток тетанічного скорочення і працездатність кістякового м'яза. Нами встановлено, що тиреоїдний статус впливає на всі параметри, що характеризують тетанічне скорочення кістякового м'яза. Так, м'яз тварин з еутиреоїдним статусом при частоті подразнення 5 Гц, відповідав скороченням з частотою 2.3±0.5 Гц, а при подразненні частотою 10 Гц на механограмі простежувалося в середньому 3.8±0.8 скорочень при чітко вираженому зубцюватому тетанусі. При цьому амплітуда зубцюватого тетанічного скорочення досягала 9.7±1.3 мм.

У тварин групи 1Т3 - токсикоз, характер скорочення м'яза при частоті подразнення 5 і 10 Гц не змінювався.

Якісно інша картина спостерігалася в групі 2Т3 -токсикоз: при частоті подразнення 5 і 10 Гц м'язи у цієї групи щурів відповідали скороченням з частотою відповідно 1.1±0.2 і 2.5±0.7 Гц. Зубцюватий тетанус з'являвся при частоті 10 Гц, однак його амплітуда (4.5±0.3 мм) була набагато меншою, ніж у контрольних тварин і тварин з ознаками вираженого тиреотоксикозу.

При подальшому збільшенні частоти подразнення нерва м'язи всіх груп тварин скорочувалися в чітко вираженому гладкому тетанусі. Однак амплітуда і час розвитку максимального скорочення м'яза у різних груп експериментальних щурів відрізнялися

У контрольних тварин при збільшенні частоти подразнення амплітуда тетанічного скорочення швидко наростала, досягаючи максимальної величини, починаючи з частоти 30 Гц (18.2±2.1 мм). При подальшому збільшенні частоти подразнення амплітуда тетанусу статистично вірогідно не зростала.

Відзначена закономірність була в цілому характерна і для м'язів тварин групи 1Т3 -токсикоз. Так, максимальна амплітуда тетанусу для цієї групи щурів була відзначена при частоті нанесення подразнення 60 Гц (23.7±1.4 мм); однак статистично вірогідно ця амплітуда не відрізнялася від відповідного значення для еутиреоїдного м'яза (21.0±1.7 мм). Єдина відмінність характеру тетанічного скорочення м'яза тварин даної групи полягала в значенні мінімальної частоти нанесення подразнення, при якій амплітуда тетанусу статистично вірогідно надалі не збільшувалася. Так, частота подразнення становила не 30 Гц, як у контролі, а 20 Гц; починаючи з цієї частоти амплітуда тетанічного скорочення вже не збільшувалася.

Якісно інша картина спостерігалася по відношенню до характеру тетанічного скорочення м'яза щурів із симптомами вираженого тиреотоксикозу. Насамперед, ці розходження стосуються максимальної амплітуди тетанічного скорочення, Так, її значення для щурів групи 2Т3 -токсикоз було рівним 8.9±2.5 мм, що становило всього 42 % від амплітуди скорочення м'яза контрольних щурів і 38 % від максимальної амплітуди тварин групи 1Т3-токсикоз.

Друга відмінність полягала в характері залежності амплітуди тетанічного скорочення від частоти подразнення. Так, для м'яза щурів з вираженим тиреотоксикозом збільшення амплітуди тетанусу вже не спостерігалося, починаючи з частоти 15 Гц.

Наступним параметром, що розраховувався при аналізі механограми, був час розвитку максимальної амплітуди тетанічного скорочення в залежності від тиреоїдного статусу і частот подразнення. У контрольних щурів час розвитку максимальної амплітуди тетанічного скорочення зменшувався разом зі збільшенням частоти подразнення нерва. Так, при частоті 15 Гц цей час становив 4.2±0.3с, а при частоті 150 Гц вже 1.2±0.2 с. Така закономірність спостерігалася аж до частоти 80 Гц (1.7±0.1 с), після чого (з 100 Гц) значення цього параметру вже не змінювалося.

Аналогічна за характером картина спостерігалася і відносно м'яза щурів групи 1Т3- токсикоз. Однак були і деякі відмінності в порівнянні з контрольними тваринами. Зокрема, час t1 для м'яза вже не зменшувався, починаючи з частоти подразнення 80 Гц; по-друге, при частотах стимулятора 15, 40 і 60 Гц час t1 для м'яза щурів цієї групи був статистично більшим в порівнянні з контрольними значеннями для еутиреоїдної групи.

Ще більш виражені розходження спостерігалися щодо цього параметра тетанічного скорочення у щурів з вираженими ознаками тиреотоксикозу. По-перше, залежність між частотою подразнення і часом t1, необхідним для розвитку максимальної амплітуди скорочення, практично в досліджуваному діапазоні частот була відсутня. Дійсно, між значенням відповідного показника, наприклад при частоті 15 Гц (7.4±0.6 с) і максимальної в нашому досліді 150 Гц (5.9±0.7 с), статистично вірогідні розходження були відсутні. По-друге, час t1 для всіх частот подразнення (від 15 до 150 Гц) для тетанічного скорочення м'яза тиреотоксикозних тварин групи 2Т3 -токсикоз був завжди набагато вищим, ніж у контролі..

Таким чином, тиреоїдний статус впливає на часові (динамічні) параметри розвитку тетанічного скорочення.

Нарешті, становить інтерес аналіз такого параметра, як робота “А”, виконана м'язом до моменту розвитку максимальної амплітуди тетанічного скорочення. У контрольних тварин м'яз виконував при тетанічному скороченні при частотах подразнення від 15 до 150 Гц роботу, що збільшувалася від низької частоти до більш високої. Наприклад, при частоті електричного подразнення 15 Гц, передній великогомілковий м'яз еутриреоїдних (контрольних) щурів виконав роботу величиною 7.02±0.5 мДж; при збільшенні частоти подразнення до 30 Гц виконана робота збільшувалася до 8.94±0.4 мДж, тобто зросла на 27%. При подальшому збільшенні частоти електростимуляції до 60, 80, 100 і 150 Гц показник роботи м'яза зростав відповідно на 35, 31, 45 і 47 % (P<0.05). В групі 1Т3 - токсикоз показник роботи м'яза при подразненні з частотою 15, 20, 30, 40, 60, 80, 100 і 150 Гц не відрізнявся від контрольних значень.

Інша картина спостерігалася у щурів з вираженими ознаками тиреотоксикозу (група 2Т3 -токсикоз). У тварин цієї групи робота, виконана м'язом при піднятті вантажу масою 50 г, була значно нижчою при всіх частотах подразнення.

Важливим показником енергетики м'язового скорочення є потужність, що розвивається м'язом при його скороченні (табл.3).

Таблиця 3.

Вплив трийодтиронинового токсикозу на потужність (мВт), м'яза при тетанічному скороченні

Група щурів	Частота нанесення електричного подразнення (імп/с, Гц)
15 Гц	20 Гц	30 Гц	40 Гц	60 Гц	80 Гц	100 Гц	150 Гц
1Т3-токсикоз n=17	1.34 ±0.12	2.20 ±0.11	2.38 ±0.09	3.01 ±0.12	2.97* ±0.19	5.04 ±0.21	5.92* ±0.25	6.19* ±0.31
2Т3-токсикоз п= 9	0.41* ±0.04	0.46* ±0.06	0.62* ±0.06	0.63* ±0.05	0.63* ±0.07	0.64* ±0.04	0.67* ±0.05	0.73* ±0.06
Контроль n = 18	1.67 ±0.14	2.21 ±0.12	2.35 ±0.11	3.86 ±0.21	4.76 ±0.20	5.40 ±0.31	10.20 ±0.30	8.58 ±0.29

Примітка: * - розходження статистично вірогідні (P<0.05) стосовно відповідного значення показника для контрольної групи

По-перше, у контрольній групі щурів цей показних енергетики скорочення чітко залежав від частоти подразнення. Так, якщо при частоті електростимуляції 15 Гц потужність скорочення становила 1.67±0.14 мВт, то при частотах 30, 60, 100 і 150 Гц значення цього параметру зростало відповідно на 32, 40.7, 131, 185, 223, 510 і 413%. Ступінь зростання потужності скорочення в еутиреоїдних щурів, могла збільшитися в 5.1 рази. По-друге, попереднє введення білим щурам трийодтироніну (перша модель тиреотоксикозу) викликало виразний ефект на досліджуваний показник. Так, як і у випадку з контрольною групою разом з підвищенням частоти подразнювання м'яза він розвивав при тетанічному скороченні усе більш і більш виражену потужність. Наприклад, при частоті 40 Гц потужність скорочення зростала на 124%, а при частоті 150 Гц на 361%. Однак темпи нарощування потужності тетанічного скорочення м'яза щурів цієї групи при збільшенні частоти електростимуляції була нижчою, ніж у контрольної групи. По-третє, при збільшенні дози попередньо уведеного тиреоїдного гормону, аж до появи ознак вираженого тиреотоксикозу (друга модель тиреотоксикозу), параметр потужності тетанічного скорочення зазнавав істотних змін. Так, значення цього параметру було завжди значно нижчим при всіх частотах подразнення. Наприклад, при частоті 15 Гц потужність скорочення м'яза у групи 2Т3 -токсикоз, була рівною 0.41 мВт, що було на 75% нижче, від контролю. Така ж закономірність мала місце і при інших частотах подразнення. Друга відмінність, що відзначалася в групі з вираженим тиреотоксикозом, полягала у тому, що при збільшенні частоти стимуляції потужність тетанічного скорочення наростала незрівнянно нижче, ніж у групи щурів з еутиреоїдним статусом.

Таким чином, результати експериментів з дослідження впливу тиреоїдного статусу на досліджувані параметри тетанічного м'язового скорочення показали, що характер цього впливу прямо залежить від ступеня вираженості експериментального трийодтиронинового токсикозу: при слабкому ступені тиреотоксикозу зміни практично відсутні, а при вираженому, спостерігаються істотні зміни з боку всіх досліджених параметрів енергетики тетанічного м'язового скорочення.

У другій серії експериментів досліджувалася інша модель м'язового скорочення: 1с (ізотонічне скорочення) + 1с пауза.

Дослідження показали, що трийодтирониновий токсикоз впливає на всі досліджувані параметри, що характеризують працездатність кістякового м'яза. По-перше, тиреоїдний статус впливає на максимальну амплітуду м'язового ізотонічного скорочення. У щурів контрольної групи, тобто з еутиреоїдним статусом, значення “hmax” склало 21.3±1.8 мм; у тварин з експериментальним тиреотоксикозом (група 1Т3-токсикоз) - 24.6±2.1 мм, що статистично вірогідно не відрізнялося від контролю. Однак, якщо у щурів викликався виражений тиреотоксикоз, що супроводжувався загальновідомими його симптомами, то передній великогомілковий м'яз скорочувався усього на 9.8±1.8 мм, або на 53% слабше в порівнянні з контролем.

По-друге, тиреоїдний статус змінював працездатність кістякового м'яза тварин. Дійсно, м'язи контрольних тварин могли працювати до рівня розвитку втоми, коли амплітуда скорочення знижувалася на 10, 30 і 50%, відповідно 10.9±1.5, 18.0±01.6 і 29.6±2.9 с; у щурів групи 1Т3- токсикоз ці значення відповідно дорівнювали 11.3±0.9, 17.8±1.7 і 24.4±2.1 с. Видно, що з цього показника наведені величини не відрізнялися від рівня контрольної групи тварин. Однак в групі 2Т3-токсикоз працездатність м'яза значно знижувалася. Так, при першому, другому і третьому рівнях стомлення тривалість роботи м'яза відповідно становила 6.9±0.5, 8.3±0.7 і 10.6±1.9 с, що було відповідно на 36, 54 і 64% менше, ніж в контролі.

Становить інтерес і характер зміни працездатності м'яза в ході розвитку стомлення. Час досягнення третього рівня стомлення у контрольних тварин і тварин з тиреотоксикозом першої моделі був відповідно в 2.7 і 2.2 рази більшим, ніж першого рівня. У щурів з групи 2Т3- токсикоз це відношення було набагато менше (у 1.5 рази).

Нарешті, викликає інтерес і аналіз такого параметра працездатності м'яза, як величина виконаної роботи на різних етапах розвитку стомлення, коли амплітуда скорочення м'яза зменшувалася на 10, 30 і 50 % (відповідно перший, другий і третій рівні розвитку стомлення). Аналіз результатів (табл.4) показує, що загальний обсяг роботи, виконаний м'язами контрольних тварин і групи 1Т3-токсикоз, був приблизно однаковим і відповідав значенням 406±12 і 457±11 мДж (P>0.05). Істотно нижчим цей показник був у щурів з вираженими ознаками тиреотоксикозу (87±7 мДж), що було в 4.7 рази менше в порівнянні з таким же показником эутиреоїдних тварин.

Таблиця 4.

Обсяг роботи (мДж), виконаний м'язом тварин з різним тиреоїдним статусом, у ході розвитку стомлення

Група щурів	Робота, виконана м'язом, до моменту розвитку першого, другого і третього рівнів стомлення (мДж)	Загальний обсяг виконаної роботи, МДж
Перший рівень (зниження амплітуди скорочення на 10%)	Другий рівень (зниження амплітуди скорочення на 30%)	Третій рівень (зниження амплітуди скорочення на 50%)
1Т3-токсикоз n= 8	140±8	129±9	183±17	457±11
2Т3-токсикоз n = 9	32±4*	24±5*	31±6*	87±7*
Контроль n = 11	110±7	114±8	182±19	406±12

Примітка:*- розходження статистично вірогідні (P<0.05) стосовно відповідного значення для контрольної групи щурів

Така ж закономірність була відзначена і при аналізі ходу розвитку стомлення. Так, обсяг виконаної м'язом роботи для групи щурів з експериментальним тиреотоксикозом першої моделі на всіх трьох рівнях розвитку стомлення становив відповідно 32±4, 24±5 і 31±6 мДж, що було значно меншим порівняно з контролем.

Нарешті, викликає інтерес той факт, що в ході розвитку стомлення по досягненню кожного з його рівнів у щурів контрольної групи обсяг виконаної м'язом роботи неухильно зростав від 110±7 мДж (перший рівень стомлення) до 182±19 мДж (третій, останній рівень стомлення, коли амплітуда м'язового скорочення складала 50% від вихідної). У тварин групи 1Т3-токсикоз така залежність була також добре вираженою: перший рівень стомлення - 140±8 мДж, третій - 183±17 мДж (різниця склала +43±19 мДж, P<0.05). Така залежність цілком зникала у щурів з вираженим тиреотоксикозом.

Викликає інтерес і аналіз такого параметра енергетики м'язового скорочення, як потужність виконаної роботи. Середня потужність роботи за весь період експерименту у щурів усіх трьох груп була різною. Так, у тварин контрольної, 1Т3 -токсикоз і 2Т3 -токсикозних груп м'язи працювали в ході всього дослідження з потужністю відповідно 6.4±0.7, 9.1±0.6 і 3.5±0.4 мВт. Видно, що найменшу потужність розвивали м'язи щурів з вираженим тиреотоксикозом, а найбільшу - м'язи тварин з слабким ступенем тиреотоксикозу.

ВИСНОВКИ

1.Характер дії щитовидної залози на систему терморегуляції гомойотермного організму (білих щурів) визначається здатністю її гормону (трийодтироніну) інтенсифікувати енергетичну вартість фізіологічного механізму терморегуляції - холодового термогенезу; такий ефект виявляється незалежно від виразності трийодтиронинового токсикозу.

2.Терморегуляторна ефективність трийодтироніну залежить від ступеня викликаного ним тиреотоксикозу; існує зворотна залежність між вираженістю Т3 - токсикозу і позитивним ефектом на систему терморегуляції; тиреотоксикоз вираженого ступеня завдає суттєвої шкоди здатності до гомойотермії; такий же ефект властивий і гіпотиреозу.

3.Терморегуляторна ефективність трийодтироніну реалізується шляхом стимуляції холодового термогенезу (хімічної терморегуляції), що активується при дії на організм низької температури середовища; під його контролем знаходяться всі основні параметри хімічної терморегуляції: максимальний рівень холодового термогенезу, метаболічний коефіцієнт, "обсяг" і інтенсивність хімічної терморегуляції, а також ступінь її температурної залежності.

4.Трийодтирониновий токсикоз вираженого ступеня перешкоджає активації холодового термогенезу, негативно впливаючи на вираженість основних його показників.

5.Теплорегуляційний ефект трийодтироніну здійснюється через активацію термогенної функції кістякових м'язів при їх скороченні (на прикладі переднього великогомілкового м'яза білого щура); існує зворотний зв'язок між ступенем вираженості Т3-токсикозу і характером його впливу на “вихід” тепла м'язового скорочення; гіпотиреоз істотно знижує теплотворну функцію м'яза, що скорочується.

6.Силові характеристики м'язового скорочення прямо залежать від вираженості трийодтиронинового токсикозу; модель тиреотоксикозу (5-10 діб трийодтироніну п/ш у дозі 50 мкг/кг) не впливає на силу і потужність викликаного м'язового скорочення; модель тиреотоксикозу (150 мкг/кг трийодтироніну п/ш протягом 15 діб) істотно порушує всі параметри, що відображають динамічні показники скорочувального акту; характер тиреоїдного статусу визначає і працездатність м'яза: експериментальний Т3-токсикоз першої моделі не порушує працездатність м'яза, а другої - істотно знижує всі її показники.

7. Гормони щитовидної залози є природними гормональними регуляторами термогенної ефективності головного джерела теплотворення в організмі - скорочувальної діяльності кістякових м'язів.

Перелік робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Соболев В.И.,Чирва Г.И., М.Е. Резник Биоэнергетика изотонического мышечного сокращения при экспериментальном гипотиреозе//Вiсник Донецького університету. Сер.А: Природничi науки, вип 1, 1997.-С.176-178.

2. Чирва Г.І. Резник М.Є., Кас'янова О.В., Соболєв В.І. Температурний ефект скорочення м`яза (in situ) під час розвитку втоми у біліх щурів при експериментальному гіпертиреозі//Вестник пробл. биол. и мед.- 1998.-N8.-С.51-58.

3. Чирва Г.И., Резник М.Е., Соболев В.И. Влияние экспериментального гипертиреоза на работоспособность скелетной мышцы белой крысы//Вестник пробл. биол. и мед.- 1999.-N7.-С.79-85.

4. Резник М.Е. Влияние экспериментального гипертиреоза на развитие тетанического сокращения мышцы//Вісник Донецького університету. Сер.А: Природничi науки,вип.2, 2001. -С.46-151.

5. Резник М.Е., Соболев В.И. Влияние изопропилнорадреналина на мощность мышечного сокращения при экспериментальном гипертиреозе//Матер.II-й Международной конф. Украинского общества нейронаук.-Донецк.-2001.- С.45.

6. Соболев В.И.,Чирва, Г.И., Барабаш О.В., Махсудов М.С., Калганов И.А., Резник М.Е. Влияние физической тренировки на некоторые физиологические показатели у белых крыс//Материалы вузовской научн. конф. Биология. Донецк: ДонГУ,1997.-С.106-108.

АНОТАЦІЯ

гормон щитовидний залоза термогенез

Резник М.Є.”Енергетика м'язового скорочення і холодовий термогенез у білих щурів при різному тиреоїдному статусі”.- Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.13.- фізіологія людини і тварин.-Харківський національний університет ім. В.Н.Каразіна,

Харків, 2001.

Дисертація присвячена вивченню впливу різного тиреоїдного статусу на основні фізіологічні механізми системи підтримки температурного гомеостазису.

Одержані в роботі результати і їхній аналіз свідчать про здатність гормонів щитовидної залози регулювати інтенсивність холодового термогенезу і його головного механізму - термогенної ефективності м'язового скорочення. Показано, що характер впливу визначається ступенем зміни тиреоїдного статусу: при легкому ступені трийодтиронинового токсикозу холодова стійкість і величина холодового термогенезу підвищуються, а при вираженому тиреотоксикозі система терморегуляції істотно порушується.

Встановлена здатність гормонів щитовидної залози модулювати термогенну ефективність м'язового скорочення шляхом підвищення (при Т3 -токикозі) або зниження (при гіпотиреозі) термогенезу на одиницю сили, що розвивається, або роботи.

Ключові слова: щитовидна залоза, холодовий термогенез, трийодтирониновий токсикоз, тиреоїдний статус.

АННОТАЦИЯ

Резник М.Е.” Энергетика мышечного сокращения и холодовой термогенез у белых крыс при различном тиреоидном статусе”.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 - физиология человека и животных.- Харьковский национальный университет им. В.Н.Каразина, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена вопросам влияния различного тиреоидного статуса на основные физиологические механизмы системы поддержания температурного гомеостазиса.

Для изучения параметров холодового термогенеза использовались разные модели экспериментального трийодтиронинового токсикоза: Т3-токсикоз средней степени (5-10 суток трийодтиронина п/к в дозе 50 мкг/кг) и выраженной степени (150 мкг/кг трийодтиронина п/к в течение 15 сут), а также удаление щитовидной железы. Количественная оценка параметров холодового термогенеза таких как интенсивность, метаболический коэффициент, "объем калоригенеза", уровень максимального обмена, метаболическая стоимость температурного гомеостазиса проводилась в условиях in vivo с использованием методов исследования: термометрия и скорость поглощения кислорода.

Для изучения энергетики мышечного сокращения в условиях in situ использовались два методических подхода. Метод измерения так называемого температурного эффекта мышечного сокращения и метод измерения параметров механограммы (эргограммы), регистрируемой при вызванном сокращении мышцы. С использованием последней методики было проведено две серии экспериментов. В первой серии исследовалось влияние трийодтиронинового токсикоза разной степени выраженности на параметры сокращения скелетной мышцы при тетанусе, во второй серии экспериментов изучалась другая модель мышечного сокращения: 1 секунда - изотоническое сокращение + 1 секунда - пауза. Использованная модель позволяла провести оценку работоспособности скелетной мышцы и выявить характер утомления.

Полученные в работе данные и их анализ свидетельствуют о способности гормонов щитовидной железы выступать фактором, регулирующим интенсивность холодового термогенеза и его главного механизма - термогенной эффективности мышечного сокращения. Показано, что характер тиреоидного влияния определяется степенью изменения тиреоидного статуса: при легкой степени трийодтиронинового токсикоза холодовая устойчивость и величина холодового термогенеза повышаются, а при выраженном тиреотоксикозе система терморегуляции существенно нарушается.

Установлена способность гормонов щитовидной железы модулировать термогенную эффективность мышечного сокращения. Терморегуляционный эффект трийодтиронина осуществляется через активацию термогенной функции сокращающихся мышц (на примере передней большеберцовой мышцы белой крысы); существует обратная связь между степенью выраженности трийодтиронинового токсикоза и характером его влияния на "выход" тепла мышечного сокращения; гипотиреоз существенно снижает теплообразовательную функцию сокращающейся мышцы.

Изменения эргометрических параметров мышечного сокращения при экспериментальном тиреотоксикозе (сила, работа, мощность, лабильность, работоспособность) качественно зависят от степени его выраженности и носят разнонаправленный характер; первая модель (5-10 сут трийодтиронина п/к в дозе 50 мкг/кг) не влияет на силу и мощность вызванного мышечного сокращения; модель тиреотоксикоза второй модели (150 мкг/кг трийодтиронина п/к в течение 15 сут.) существенным образом нарушает все параметры, отражающие динамические показатели сократительного акта; характер тиреоидного статуса определяет и работоспособность мышцы: экспериментальный Т3-токсикоз первой модели не нарушает работоспособность мышцы, а выраженный тиреотоксикоз - существенно понижает все ее показатели.

Терморегуляторная эффективность трийодтиронина реализуется путем стимуляции холодового термогенеза, включающегося при действии на организм низкой температуры среды; под его контролем находятся все основные параметры химической терморегуляции: максимальный уровень калоригенеза, метаболический коэффициент, "объем" и интенсивность химической терморегуляции, а также степень ее температурной зависимости.

Гормоны щитовидной железы являются естественными гормональными регуляторами основного источника теплообразования в организме - термогенной эффективности сократительной деятельности скелетных мыщц.

Ключевые слова: щитовидная железа, холодовой термогенез, трийодтирониновый токсикоз, тиреоидный статус.

SUMMARY

Reznik M. Y. Engineering of muscular contraction and cooling thermogenesis of white rats with thyroid status. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 03.00.13 - physiology of human and animals. - V. N. Karasin Kharkov national university, Kharkov, 2001.

The dissertation is devoted to influence of different thyroid status on the basic physiological mechanisms of system of maintenance temperature homoestasis. Facts, given during the experiments and their analysis, show the abilities of thyroid gland hormones to be a factor which regulate the intensity of cooling thermogenesis and its basic mechanism - thermogenesioes effectiveness of muscular contraction. A conclusion was drawn that the character of thyroid influence is determined by degree of triiodothyronine toxicosis cold resistance (cooling stability) and size of cold thermogenesis is grown, and with an expressed thyreotoxicosis the system of thermoregulation is considerably broken.

The ability of thyroid gland hormones to modulate thermogenesis effectiveness of muscular contraction by rising (with Tз - toxicosis) or by decreasing (with hypothyroidism) the the thermogenesis per a unit of developed force or work is determined.

Key words: thyroid gland, cooling thermogenesis, thyreotoxicosis, thyroid.

Размещено на Allbest.ru