INFLUENCE OF LASER RADIATION ON MORPHOMETRIC PARAMETERS OF SKELETAL MUSCLE TISSUE IN THE TRAINING PROCESS (EXPERIMENTAL STUDY)

全文:

Развитие цивилизации неминуемо сказывается на двигательной активности, так как для выполнения повседневных дел и перемещения в пространстве приходится прилагать все меньше усилий. По некоторым данным, физическая активность человека за последний век уменьшилась в 20 раз, что влечет за собой развитие так называемых «болезней цивилизации», к которым относятся сердечно-сосудистые заболевания, диабет, ожирение, нарушения со стороны опорно-двигательной системы [3]. Для противодействия этим негативным тенденциям идет популяризации здорового образа жизни, население активно вовлекается в занятия физической культурой и спортом, реабилитация после многих заболеваний и оперативных вмешательств проводится с применением лечебной физкультуры, что подразумевает регулярные тренировки. Все виды физической активности и спорта подразумевают регулярные тренировки, однако остаются мало изученными морфологические изменения, происходящие в различных группах мышц при тренировке, особенности влияния различных видов физической нагрузки и возможности стимуляции адаптивных изменений в мышечной ткани не фармакологическими методами [1]. Известно, что применение лазерной фотобиомодуляции для лечения заболеваний и травм мышц, сопровождающихся ишемическим и болевым синдромами, приводит к улучшению кровотока и активации репаративных процессов в поврежденных тканях [2, 9], но эффекты лазерного воздействия на морфологические характеристики нормальных мышц в процессе тренировки практически не изучались. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучить влияние лазерного воздействия на морфометрические показатели скелетного мышечного волокна двуглавой мышцы бедра крысы при аэробных тренировках плаванием. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ Исследование выполнено на 18 крысах-самцах (сток Wistar) на этапе онтогенеза от 5 до 7 месяцев, с массой тела от 260 до 410 г. Содержание и обращение с животными в эксперименте соответствовали приказу Минздрава РФ от 01.04.2016 № 199Н «Об утверждении правил надлежащей лабораторной практики». Животные были разделены на 3 группы по 6 особей. Особи первой группы служили контролем, второй - динамическим контролем (тренировки), третья группа подвергалась лазерному воздействию на мышцы бедренной кости обеих лап (двуглавая мышца бедра, полусухожильная мышца). Модель тренировки соответствовала принципу благоприятного влияния нагрузки, чередуя тренировочное время с достаточным отдыхом [1]. Тренировочный процесс моделировался путем погружения животных в емкость с водой диаметром 60 см, высотой 85 см, емкостью 200 л. Во избежание опоры во время плавания глубина от поверхности воды составляла 50-55 см. Тренировки проводились 3 раза в неделю, с увеличением времени плавания каждую неделю на 5 мин, в первую неделю время плавания составляло 30 мин, на последней неделе время плавания составляло 55 мин. Лазерное воздействие производилось каждый раз после тренировки в течение 1 мин на каждую заднюю конечность, сканирующими движениями в области бедра, захватывая соответствующие мышцы (двуглавая мышца бедра, полусухожильная мышца) задних конечностей. Фотомодуляцию осуществляли с помощью лазерного аппарата «ИРЭ Полюс» (Россия), мощностью 1 Вт, длиной волны 970 нм, в непрерывном режиме. Излучение подавалось через моноволоконный кварцевый световод с диаметром светонесущей жилы 0,4 мм. Обработку раневой поверхности производили с расстояния 5 мм сканирующими движениями со скоростью продвижения 5 мм/с. Опыт проводился 6 недель, на следующий день после окончания эксперимента производилось выведение животных с забором двуглавой мышцы бедра. Для оценки морфофункционального состояния скелетной мышечной ткани препараты фиксировали 10%-м нейтральным забуференным формалином. После стандартной гистологической проводки, приготовления парафиновых блоков, срезы окрашивались гематоксилин-эозином. Гистологические препараты изучали на микроскопе LEICA DMRXA (Германия), с помощью цифровой видеокамеры LEICA DFC 290 (Германия), сопряженной с ПК. Получившиеся изображения микропрепаратов в формате графических файлов TIFF в цветовом пространстве RGB, использовали в качестве объектов для морфометрических исследований. Для морфометрических исследований использовали лицензионную версию программы анализа изображений ImageScope М (Россия). Количество миосателлитоци-тов и миоцитов рассчитывалось на увеличении 400 (об.*40; ок.*10), площадь ядер миосателлитоцитов и миоцитов с использованием функции «ручное выделение» на увеличении 1000 с использованием масляной иммерсии. Статистическая обработка данных проводилась с помощью лицензионного пакета прикладных программ: Excel 2020 и PAST версии 4.03. При обработке полученных данных использовались методы вариационной статистики. Для оценки достоверности различий между группами использовали непараметрический метод Манна - Уитни. Данные представлены в в иде среднего арифметического значения и его ошибки (М ± м). Статистически значимыми считали различия р ^ 0,05. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Полученные нами данные свидетельствуют, что в группе животных, регулярно тренируемых принудительным плаванием в течение 40 суток без применения фотомодуляции, происходило увеличение площади ядер миоцитов и толщины мышечного волокна, количество миоцитов при этом снижалось (табл.). По результатам тренировочного цикла с дополнительным применением лазерной фотомодуляции, кроме роста вышеперечисленных показателей, также наблюдалось увеличение площади ядер миосателли-тов, количества миосателлитов, митоцитов и площади По данным литературы известно, что физическая нагрузка приводит к гипертрофии мышцы, что проявляется в увеличении площади ядер миосателлитов и миоцитов, их количества, а также толщины и площади мышечных волокон и является главной адаптивной реакцией [3]. Однако полученные нами данные демонстрируют достоверное снижение количества миоцитов в тренируемой принудительным плаванием группе по сравнению с контрольной, что может являться следствием гибели миоцитов, проявляющейся при интенсивной физической нагрузке [5, 6], и говорит о незавершенной адаптации. В группе животных с применением фотомодуляции количество миоцитов при тренировках увеличивается, что свидетельствует о положительном влиянии инфракрасного лазерного излучения на процессы приспособления мышцы к физическим нагрузкам. поперечного сечения скелетно-мышечного волокна. значимый прирост всех изученных морфометричес-В группе лазерного воздействия отмечался более ких показателей. Морфометрические показатели клеток и размеров скелетного мышечного волокна в исследуемых группах Показатели Контроль Тренировки Тренировки + лазер Площадь ядер миосателлитов, мкм2 30,66 ± 0,61 31,01 ± 0,94 34,08 ± 0,65#* Площадь ядер миоцитов, мкм2 14,65 ± 0,95 20,89 ± 0,82# 24,25 ± 1,13#* Количество миосателлитов, n/мм2 551,85 ± 45,29 604,29 ± 29,79 884,39 ± 26,22#* Количество миоцитов, n/мм2 1058,41 ± 46,48 877,24 ± 36,95# 1101,32 ± 32,18#* Толщина волокна, мкм 26,05 ± 1,39 31,11 ± 0,72# 35,49 ± 0,71#* Площадь поперечного сечения волокна, мкм2 1450,00 ± 58,58 1514,29 ± 41,69 2065,39 ± 34,98#* #р < 0,05 при сравнении опытной группы с группой контроля; *р < 0,05 при сравнении опытных групп. Увеличение толщины и площади поперечного сечения мышечного волокна в тренируемых группах животных было больше выражено в группе с фотобиомодуляцией. Учитывая, что в этой группе животных происходило увеличение количества клеток в мышечном волокне, сопровождаемое увеличением площади ядер как зрелых клеток, так и миосателлитов, можно сделать вывод, что лазерное воздействие способствует как гипертрофии, так и гиперплазии двуглавой мышцы бедра, а значит более полноценной адаптации мышечной ткани к физической нагрузке в модели принудительного плавания [7]. В группе тренировки без лазерного воздействия также происходило достоверное увеличение толщины мышечного волокна, хотя и без увеличения площади поперечного сечения. Однако наблюдаемое при этом уменьшение количества миоцитов и отсутствие динамики количества миосателлитов может указывать на то, что определяющим фактором в изменении размера мышечного волокна в процессе адаптации к физическим нагрузкам у крыс является гипертрофия зрелых клеток, что подтверждается увеличением площади их ядер. Таким образом, увеличение площади ядер и количества миосателлитов и миоцитов на фоне увеличения поперечных размеров мышечного волокна является показателем завершенной адаптации к принудительному плаванию, а снижение количества миоцитов и отсутствие динамики количества миосателлитов можно трактовать как идущий процесс активной адаптации организма к физической нагрузке. Ранее нами был исследован вопрос о действии лазерного излучения на посттравматическую регенерацию скелетных мышц [2], где влияние фотомодуляции проявлялось в активации клеток: увеличении их ядра, стимуляции пролиферации, увеличении количества миосателлитов и миоцитов, что приводило к более качественному восстановлению ткани. Сопоставимость данных, полученных при исследовании эффектов инфракрасной фотомодуляции в неповрежденной и поврежденной мышечной ткани, дает возможность сделать вывод, что механизмы, работающие при этом, сходны. Основными из них являются изменения транспорта кальция в клетках, активация синтеза сократительных и несократительных белков, изменение экспрессии генов, проявляющиеся в стимуляции роста и пролиферации клеток [2, 4, 6, 8]. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Инфракрасная фотобиомодуляция стимулирует процессы адаптации в мышцах бедра к физическим нагрузкам плаванием, что проявляется в увеличении площади ядер миосателлитов и миоцитов, их количества, толщины мышечных волокон, а также площади мышечного волокна в поперечном сечении.

作者简介

R. Gallyamutdinov

FSBEI "Multidisciplinary Center of Laser Medicine"

Email: rkenpachi@bk.ru

E. Golovneva

FSBEI "Multidisciplinary Center of Laser Medicine"; FSBEI HE "South Ural State Medical University" of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation

参考

补充文件