Особенности энергообмена мышц у мышей с различными типологическими особенностями в условиях антиортостатического стресса

Тест «Порсольта» характеризует двигательную активность животных.

При тестировании каждую мышь помещали в стеклянный стакан, наполненный водой температуры 25градусов С до уровня 9 см. Оценивали время и число активного плавания, дрейфа и состояния полной невесомости в воде в течение 5 минут. Мышь считали неподвижной, когда она зависала в воде без движения. При дрейфе мышь делала только слабые вынужденные движения задними одной или двумя лапами для поддержания головы над поверхностью воды.

2.3. Тест «мышечная сила».

Методика изучения мышечной силы и физической утомляемости мышей.  Мышей подвешивали на струну, натянутую на высоте 25-30 см, так, чтобы они цеплялись передними лапами и висели на струне. Регистрировали время до момента утомления и падения. Через 20 минут опыт повторяли. Разница между двумя показателями – показатель восстановления сил. 

 

 

2.4.  Тест “перегородка”

Тест “перегородка” количественно оценивает коммуникативность мышей по поведенческой реакции возле прозрачной перегородки с отверстиями, разделяющей экспериментальную клетку размером 28х14х10 см. надвое, на особь, находящуюся в соседнем отсеке клетки. При тестировании крышку клетки заменяли прозрачным оргстеклом, необходимым для наблюдения за животными, и через 10 минут регистрировали параметры поведения: число подходов и/или обращений к перегородке за 5 минут теста и суммарное время (длительность) пребывания каждой мыши возле перегородки.

Опыт использования теста “Перегородка” позволил прийти к выводу, что показатель общего времени пребывания возле перегородки характеризует силу (уровень, выраженность) реакции на партнера в соседнем отсеке клетки, а число подходов – главным образом исследовательскую и двигательную активности.

3.Антиортостатическая нагрузка

У отобранных мышей с помощью хирургического зажима фиксировали участок кожи у основания хвоста. Инструмент закрепляли таким образом, чтобы угол между дорсальной осью тела и дном аквариума составлял 45 градусов. Мыши во время эксперимента имели доступ к воде и корму.

 

Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение

 

Спонтанные “атипические” поведенческие реакции (АПР) представлены гетерогенностью поведенческих паттернов, которые редко встречаются во всех моделях стресса. Таким образом, особенностями АПР являются: 1) низкая спонтанная неконтекстность, то есть явное несоответствие поведения ситуации; 2) повышение АПР при стрессе или при различных нарушениях ЦНС. Низкая частота АПР в подавляющем большинстве случаев не учитываются в качестве поведенческих паттернов. Гетерогенность данной группы поведенческих паттернов, контролируемых нейромедиаторными системами, приводит к трудностям их корректного анализа и интерпретации. Однако в ряде случаев могут служить важными маркерами стресса и свидетельствовать о серьезных поведенческих неврологических нарушениях.

 К наиболее часто встречаемым  АПР можно отнести: зевание с  потягиванием, груминг, чесание вне  аутогрумингового контекста, манипуляцию с дефекационными болюсами, игру с хвостом. Другим примером АПР является жевание предметов как смещенная реакция, активируемая при стрессе поведенческих моделях, наблюдается такая форма АПР как грызение или облизывание, например, вертикальных поверхностей крестообразного лабиринта, а также поедание дефекационных болюсов. В целом, приведенные примеры указывают на то, что АПР являются примером патологической формы смещенной активности, активируемой стрессом. При моделировании тревожно-депрессивного поведения было предложено ряд подходов.

1) Генетический. Для анализа стрессорного  зевания выведены линии крыс, различающихся по базовым уровням  спонтанной активности – многозевающие (HY) и малозевающие (LY) крысы.      

2) Фармакологический. Еще одним  методическим подходом является фармакологическая стимуляция АПР различными специфическими препаратами в дозах, не влияющие на общие поведенческие параметры (локомоция, исследовательская активность, оценка риска и т.д.). В частности, глутамат, доноры оксида азота, пролактин, АКТГ, окситоцин, а также гистамин, и дофамин - и холинергические агонисты использованы для повышения фонового уровня данных АПР.

3) Нейрофизиологический. Аналогичным  подходом является локальная  система мозговых центров, управляющих  АПР, однако в данном случае велика степень неспецифических и трудно интерпретируемых побочных эффектов, а также исследование поведения так такового.

4) Физический. В некоторых других  случаях удачная модификация  физических “внешних” параметров  модели позволяет усилить те или иные АПР. Так известно, что очень малое количество животных спрыгивает из крестообразного лабиринта в качестве стратегии активного избегания. Однако, резкое повышение спрыгивания из КПЛ при использовании модифицированного (нестабильного) лабиринта, что позволяет использовать форму АПР как поведенческий маркер стресса.

Перед началом тестирования у всех особей был определен вес (таблица 1)

 

Таблица 1

Вес мышей.

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Вес,г	35,2	34,8	35,8	37,0	34,2	34,2	37,4	30,3	38,1

 

10	11	12	13	14	15	16	17	18	19
31,5	33,6	33,9	36,1	31,8	31,2	32,1	32,6	34,1	33,9

 

Группы интактных животных с различными типологическими особенностями нервной деятельности не различались по показателям теста Порсольта. После нагрузки время неподвижности увеличивалось в обеих экспериментальных группах, а в группе «агрессивных» уменьшилось время дрейфа.

Для нас значение имеет оценка результатов теста «Порсольта», т.к. она показывает уровень двигательной активности после антиортостатической нагрузки (таблица 2, рис.1,2,3,4,5,6,7,8,9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

Оценка двигательной активности мышей

 

		Показатели теста Порсольта
		n	Aп, с	Д, с	Н, с
1«контрольные» интактные	Ме	22	115	142	44
	П25		96	114	6
	П75		136	177	70
2 «агрессивные» интактные	Ме	8	85	190	20
	П25		65	108	4
	П75		158	214	35
3«контрольные» после нагрузки	Ме	6	125	87	78
	П25		82	64	45
	П75		170	111	117
4 «агрессивные» после нагрузки	Ме	6	89	129	79
	П25		56	121	61
	П75		102	140	107

 

Примечание: Ме – медиана, П25 и П75 – соответственно 25-й и 75-1 процентили; п – количество мышей, Ап – время активного плавания, Д – время дрейфа, Н – время неподвижности.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Медиана для времени активного плавания (секунды). Уровни значимости различий между подгруппами животных представлены в таблице 4.

 

 

 

Рисунок 2. 25-ый квартиль для времени активного плавания (секунды). Уровни значимости различий между подгруппами животных представлены в таблице 4.

 

 

 

 

Рисунок 3. 75-ый квартиль для времени активного плавания (секунды). Уровни значимости различий между подгруппами животных представлены в таблице 4.

 

 

 

 

Рисунок 4. Медиана для дрейфа (секунды). Уровни значимости различий между подгруппами животных представлены в таблице 4.

 

 

 

 

 

Рисунок 5. 25-ый квартиль для дрейфа (секунды). Уровни значимости различий между подгруппами животных представлены в таблице 4.

 

 

 

 

Рисунок 6. 75-ый квартиль для дрейфа (секунды). Уровни значимости различий между подгруппами животных представлены в таблице 4.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7. Медиана для времени неподвижности (секунды). Уровни значимости различий между подгруппами животных представлены в таблице 4.

 

 

 

 

 

Рисунок 8. 25-ый квартиль для времени неподвижности (секунды). Уровни значимости различий между подгруппами животных представлены в таблице 4.

 

 

 

Рисунок 9. 75-ый квартиль для времени неподвижности (секунды). Уровни значимости различий между подгруппами животных представлены в таблице 4.

 

 

В исходном уровне не наблюдалось различий  между группами по проявлениям горизонтальной активности и по количеству болюсов дефекации в тесте «открытое поле», а также по показателям коммуникативности в тесте «перегородка». В группе пассивных мышей время Т1 было больше такового в группе «нормальных», время неподвижности было больше, а количество грумингов – меньше, чем в двух остальных группах экспериментальных животных.

После антиортостатической нагрузки у всех трех групп снижались показатели коммуникативности, причем в группах «нормальные» и «активные» снижалось общее время, а у пассивных – среднее время, проведенное у перегородки. В группе «нормальных» мышей уменьшалось число пересеченных квадратов, уменьшалось количество грумингов, наблюдалось резкое увеличение неподвижности в тесте Порсолта, оставаясь, однако, недостоверным вследствие большой индивидуальной вариабельности. У активных мышей уменьшались число вставаний, число пересеченных квадратов, общее время, проведенное у перегородки, увеличивалась неподвижность в тесте Порсольта. У пассивных животных уменьшались число пересеченных квадратов, число вставаний, число подходов к перегородке и среднее время у перегородки, а также время удерживания на струне и количество болюсов дефекации;  число грумингов увеличивалось.

Важное значение имеет оценка результатов показателей энергообмена в печени и скелетных мышцах (Таблица 3, рис.10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21). К основным источникам энергии для ресинтеза АТФ в мышцах относят свободные эфирные кислоты, кетоновые тела, глюкозу, молочную кислоту, гликоген.

Мышцы в покое потребляют лишь небольшое количество глюкозы; основным субстратом энергетического обмена служат жирные кислоты и кетоновые тела, поступающие из печени. В результате распада этих субстратов образуется ацетил-КоА, который вступает в цикл лимонной кислоты и окисляется до СО2. При этом энергией обеспечивается процесс окислительного фосфорилирования и превращения АДФ в АТФ в митохондриях волокон. При умеренной нагрузке, в дополнение к жирным кислотам и кетоновым телам, в мышцах увеличивается расход глюкозы, доставляемой кровью из печени. Глюкоза фосфорилируется и распадается в процессе гликолиза до пирувата, который затем через ацетил-КоА окисляется в цикле лимонной кислоты.

При интенсивной мышечной нагрузке большой расход АТФ не покрывается доставкой обычных субстратов и кислорода кровью. В этих условиях энергетическим субстратом становится резервный полисахарид мышц - гликоген.

Мышечный гликоген используется для получения энергии только гликолитическим путем с образованием молочной кислоты. Чем больше сила сокращения мышц (мощность работы), тем выше скорость расходования мышечного гликогена и тем больше образуется в мышцах молочной кислоты.

В аэробных условиях часть молочной кислоты окисляется в цикле Кребса до СО2  и Н2О при одновременном образовании АТФ. Большая же часть молочной кислоты в процессе гликогенеза снова превращается в гликоген. При высоких нагрузках резко возрастает скорость анаэробного гликогенолиза, конечным продуктом, которого является молочная кислота. Энергетически этот процесс примерно в 15 раз менее эффективен, чем аэробный окислительный распад гликогена до Н2О и СО2. Такой путь энергообеспечения мышц играет основную роль при кратковременной работе большей мощности, например при финишных рывках, на скачках или рысистых испытаниях лошадей. В этих условиях увеличивается количество молочной кислоты в мышцах и в крови. Для ее окисления необходим дополнительный кислород, потребное количество которого обозначается как кислородный запрос. Накопление молочной кислоты сопровождается учащением дыхания и сокращений сердца. Когда органы дыхания и кровообращения  не могут полностью обеспечить мышцы необходимым количеством кислорода, возникает кислородная задолженность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3

Оценка показателей энергообмена в печени и скелетных мышцах