pmedpharmФармация и фармакологияPharmacy & Pharmacology2307-92662413-2241Pyatigorsk Medical and Pharmaceutical Institute - branch of Volgograd State Medical Univer10.19163/2307-9266-2019-7-3-148-157pmedpharm-398Research ArticleФАРМАКОЛОГИЯ И КЛИНИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯPHARMACOLOGY AND CLINICAL PHARMACOLOGYВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНОЙ АВЕРСИВНОЙ СРЕДЫ НА ПОТРЕБЛЕНИЕ КИСЛОРОДА В МЫШЦАХ И КРОВИ У МЫШЕЙ В УСЛОВИЯХ ТЕСТА «ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ПЛАВАНИЯ»EFFECTS OF VARIOUS AVERSIVE ENVIRONMENTS ON OXYGEN CONSUMPTION OF MUSCLE AND BLOOD IN MICE UNDER CONDITIONS OF THE “FORCED SWIMMING” TESThttps://orcid.org/0000-0001-6638-6223ВоронковА. В.VoronkovA. V.

доктор медицинских наук, доцент, заведующий кафедрой фармакологии с курсом клинической фармакологии,

357532, г. Пятигорск, пр. Калинина, 11

Doctor of Science (Medicine), Associate Professor, Department of Pharmacology with a Course of Clinical Pharmacology,

11, Kalinin ave., Pyatigorsk, 357532

prohor77@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0294-2926ГеращенкоА. Д.GerashchenkoA. D.

преподаватель, кафедра фармакологии с курсом клинической фармакологии,

357532, г. Пятигорск, пр. Калинина, 11

Lecturer, Department of Pharmacology with a Course of Clinical Pharmacology,

11, Kalinin ave., Pyatigorsk, 357532

anastasia_gerashchenko@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0889-7855ПоздняковД. И.PozdnyakovD. I.

кандидат фармацевтических наук, старший преподаватель, кафедра фармакологии с курсом клинической фармакологии,

357532, г. Пятигорск, пр. Калинина, 11

Candidate of Sciences (Pharmacy), Senior Lecturer, Department of Pharmacology with a Course of Clinical Pharmacology,

11, Kalinin ave., Pyatigorsk, 357532

pozdniackow.dmitry@yandex.ruХусаиновД. В.KhusainovD. V.

студент 3 курса стоматологического факультета,

357532, г. Пятигорск, пр. Калинина, 11

3th student Faculty of Dentistry Department,

11, Kalinin ave., Pyatigorsk, 357532

Пятигорский медико-фармацевтический институт – филиал ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииРоссияPyatigorsk Medical and Pharmaceutical Institute – branch of Volgograd State Medical UniversityRussian Federation20190907201973148157Copyright © Воронков А.В., Геращенко А.Д., Поздняков Д.И., Хусаинов Д.В., 20192019Воронков А.В., Геращенко А.Д., Поздняков Д.И., Хусаинов Д.В.Voronkov A.V., Gerashchenko A.D., Pozdnyakov D.I., Khusainov D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pharmpharm.ru/jour/article/view/398

Цель исследования – оценить влияние различной аверсивной среды на потребление кислорода в мышцах и крови у мышей в условиях теста «Принудительного плавания».

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследование было выполнено на беспородных мышах-самцах. Истощающие физические нагрузки моделировали в тесте «Принудительного плавания» в различных аверсивных средах. Потребление кислорода мышечной тканью, а также кислородную емкость крови оценивали с помощью метода респирометрии (АКПМ1-01Л (Альфа Бассенс, Россия)).

Результаты

Результаты. В ходе проведенного экспериментального исследования было установлено, что в группе животных, у которых в качестве аверсивной среды использовалась горячая вода (температура 41°С) существенного отличия потребления кислорода митохондриями поперечно-полосатой мускулатуры и эритроцитами в сравнении с интактной группой животных отмечено не было. В тоже время у группы мышей, где в качестве аверсивной среды использовали холодную воду (температура 15°С) продолжительность плавания (к концу эксперимента) была статистически ниже по отношению к интактной группе животных, сопровождаемое уменьшением потребления кислорода митохондриями мышц, при неизменном уровне оксигенации крови. В условиях истощающих физических нагрузок, в группе животных, получавшая Метапрот®, было отмечено нарастание работоспособности, как в горячей, так и в холодной воде. После пиковых дней работоспособности, в обеих экспериментальных группах наблюдалось незначительное падение физической активности. При этом, необходимо отметить, что оксигенация крови и мышечной ткани на фоне истощающих нагрузок в группе, получавшей Метапрот®, не отличалась от группы интактных животных в различных аверсивных средах.

Заключение

Заключение. Таким образом, на основании полученных данных можно предположить, что в условиях принудительного плавания с отягощением у животных наиболее глубокие изменения функций поперечно-полосатой мускулатуры отмечаются в холодной воде (15°С), выступающей в роли стрессора, что отражается в снижении физической работоспособности, а также в снижении потребления кислорода мышечной тканью. Применение препарата Метапрот® способствовало корректировке возникших изменений физической работоспособности животных, что нашло свое отражение в ее повышении на 144,8% (p<0,05), в сравнении с исходным временем плавания данной группы, без изменения потребления кислорода эритроцитами и митохондриями поперечно-полосатых мышц. 

The aim of the study is to assess the effect of various aversive environments on the oxygen consumption in muscles and blood in mice Under conditions of the “forced swimming” test.

Materials and methods

Materials and methods. The study was performed on outbred male mice. Exhausting physical activity was modeled in the “forced swimming” test in various aversive environments. The oxygen consumption by the muscle tissue, as well as the oxygen capacity of the blood, were estimated using the respirometry method (AKPM1-01L (“Alfa Bassens”, Russia)).

Results

Results. In the course of the study it was found out that in the group of the animals swimming in hot water (at the temperature of 41°C) as an aversive environment, there was no significant change in the oxygen consumption by mitochondria of striated muscle and by red blood cells in comparison with the intact group of the animals. At the same time, in the group of the mice, where cold water (at the temperature of 15°C) as an aversive environment was used, a statistically significant (by the end of the experiment) decrease in the swimming time was observed in relation to the intact group of the animals. It was accompanied by a decrease in the oxygen consumption by muscle mitochondria, with a constant level of the blood oxygenation. Under conditions of exhausting physical exertion, in the group of the animals that received Metaprot®, an increase in working capacity was noted in both hot and cold water. After peak days of working capacity, a slight decrease in physical activity was observed in both experimental groups. At the same time, it should be noted that oxygenation of blood and muscle tissue against the background of exhausting physical exertion in the group that received Metaprot®, did not differ from the group of intact animals in various aversive environments.

Conclusion

Conclusion. Thus, based on the obtained data, it can be assumed that under conditions of “forced swimming” with loading, the most profound changes in the structure and functions of the striated muscles are observed in animals in cold (15°С) water That is reflected in a decrease in the physical strain and in reducing the oxygen consumption by muscle tissue. The use of the drug Metaprot® promoted correcting the changes in the physical performance of the animals, which was reflected in its increase by 144.8% (p <0.05), compared with the initial swimming time of this group, without the oxygen consumption by erythrocytes and mitochondria of striated muscles. 

истощающие физические нагрузкипотребление кислородакислородная емкость кровиреспирометрияМетапрот®exhausting physical overloadforced swimming with loadingoxygen consumptionblood oxygen capacityrespirometryMetaprot®ReferencesBaron D.A., Martin D.M., Abol Magd S. Doping in sports and its spread to at-risk populations: an international review // World Psychiatry. – 2007. – Vol. 6. – P. 118–123.Baron DA, Martin DM, Abol Magd S. Doping in sports and its spread to at-risk populations: an international review. World Psychiatry.2007; 6: 118–123.Купко Е.Н., Гусова Б.А., Молчанов М.В., Семухин А.Н. Анализ фармакологических подходов к повышению физической работоспособности спасателей в условиях чрезвычайных ситуаций // Фармация и фармакология. – 2014. – T. 2, № 6 (7). – С. 88–91.Kupko EN, Gusova BA, Molchanov MV, Semuhin AN. Analiz farmakologicheskix podxodov k povy`sheniyu fizicheskoj rabotosposobnosti spasatelej v usloviyax chrezvy`chajny`x situacij [Analysis of pharmacological approaches to improving the physical performance of rescuers in emergency situations]. Pharmacy and pharmacology. 2014; 6 (7): 88–91. Russian.Савилов Е. Д. Техногенное загрязнение окружающей среды – новый фактор риска инфекционной патологии // Эпидемиология и инфекционные болезни. – 2011. – № 2 – С. 4–8.Savilov ED. Tekhnogennoe zagryaznenie okruzhayushchej sredy - novyj faktor riska infekcionnoj patologii [Technogenic pollution of the environment – a new risk factor for infectious diseases]. Epidemiology and infectious diseases. 2011; 2: 4–8. Russian.Яковлев А.А. Экологическое направление в эпидемиологии // Эпидемиология и инфекционные болезни. – 2011. – № 3 – С. 33–37.Yаkovlev AA. E`kologicheskoe napravlenie v e`pidemiologii [Environmental direction in epidemiology]. Epidemiology and infectious diseases. 2011; 3: 33–37. Russian.Кундашев У.К., Зурдинов А.З., Морозов И.С., Барчуков В.Г. Фармакологическая коррекция адаптивных реакций сердечно-сосудистой и центральной нервной систем у рабочих высокогорного рудника при вахтовом методе организации труда. Медико-биологические и социально-психологические проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях. – 2013. – №4. – C. 76–81. Doi. org/10.25016/2541-7487-2013-0-4-76-81Kundashev UK, Zurdinov AZ, Morozov IS, Barchukov VG. Farmakologicheskaya korrekciya adaptivnyh reakcij serdechno-sosudistoj i central’noj nervnoj sistem u rabochih vysokogornogo rudnika pri vahtovom metode organizacii truda. Mediko-biologicheskie i social’no-psihologicheskie problemy bezopasnosti v chrezvychajnyh situaciyah [Pharmacological correction of adaptive reactions of the cardiovascular and central nervous systems in workers of a high-mountainous mine with the shift method of work organization]. Medical-biological and socio-psychological problems of security in emergency situations. 2013; 4:76–81. Russian.Ferraro E., Giammarioli A.M., Chiandotto S., Spoletini I., Rosano G. Exercise-induced skeletal muscle remodeling and metabolic adaptation: redox signaling and role of autophagy // Antioxid Redox Signal. – 2014. – 21, №1. – Р. 154–176. Doi:10.1089/ars.2013.5773Ferraro E, Giammarioli AM, Chiandotto S, Spoletini I, Rosano G. Exercise-induced skeletal muscle remodeling and metabolic adaptation: redox signaling and role of autophagy. Antioxid Redox Signal.2014; 21 (1): 154–176. Doi:10.1089/ars.2013.5773Murach K.A., White S.H., Wen Y., et al. Differential requirement for satellite cells during overload-induced muscle hypertrophy in growing versus mature mice // Skelet Muscle. – 2017. – Vol. 7, №1. – P. 14. Doi:10.1186/s13395-017-0132-zMurach KA, White SH, Wen Y, et al. Differential requirement for satellite cells during overload-induced muscle hypertrophy in growing versus mature mice. Skelet Muscle. 2017; 7 (1):14. DOI:10.1186/s13395-017-0132-zВоронков А.В., Поздняков Д.И., Воронкова М.П. Комплексная валидационная оценка нового методического подхода к изучению физического и психоэмоционального перенапряжения в эксперименте //Фундаментальные исследования. – 2015. – № 1–5. – C. 915–919.Voronkov AV, Pozdnyakov DI, Voronkova MP. Kompleksnaya validacionnaya ocenka novogo metodicheskogo podhoda k izucheniyu fizicheskogo i psihoehmocionalnogo perenapryazheniya v ehksperimente [Comprehensive validation assessment of a new methodological approach to the study of physical and mental strain in the experiment]. Fundamental research. 2015; 1-5:915-9.Abdelhamid R. E., Kovács K. J., Nunez M. G., Larson A. A. Depressive behavior in the forced swim test can be induced by TRPV1 receptor activity and is dependent on NMDA receptors // Pharmacol Res. – 2013. – Vol. 79. – P. 21–27. Doi:10.1016/j.phrs.2013.10.006Abdelhamid RE, Kovács KJ, Nunez MG, Larson AA. Depressive behavior in the forced swim test can be induced by TRPV1 receptor activity and is dependent on NMDA receptors. Pharmacol Res. 2013; 79: 21–27. Doi:10.1016/j.phrs.2013.10.006Воронков А.В., Ефремова М.П., Геращенко А.Д., Воронкова М.П. Влияние новых перспективных актопротекторов на развитие когнитивного дефицита у крыс на фоне истощающих физических нагрузок // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. – 2018. – №. 2 (66). – С. 107–111.Voronkov AV, Еfremova MP, Gerashchenko A. D, Voronkova MP. Vliyanie novyh perspektivnyh aktoprotektorov na razvitie kognitivnogo deficita u krys na fone istoshchayushchih fizicheskih nagruzok [The impact of new promising actoprotectors on the development of cognitive deficits in rats on the background of debilitating physical exertion] Bulletin of the Volgograd State Medical University. 2018; 66(2): 107–11.Patel S.P., Sullivan P.G., Pandya J.D., et al. N-acetylcysteine amide preserves mitochondrial bioenergetics and improves functional recovery following spinal trauma // Exp Neurol. –2014. – Vol. 257. – P. 95–105. DOI: 10.1016/j.expneurol.2014.04.026.Patel SP, Sullivan PG, Pandya JD, et al. N-acetylcysteine amide preserves mitochondrial bioenergetics and improves functional recovery following spinal trauma. Exp Neurol.2014; 257: 95–105. DOI: 10.1016/j.expneurol.2014.04.026.Ohno Y., Goto K.,Yamada S., et al. Effects of heat stress on muscle mass and the expression levels of heat shock proteins and lysosomal cathepsin L in soleus muscle of young and aged mice // Molecular and cellular biochemistry. – 2012. – Vol. 369. – P. 45–53. Doi:10.1007/s11010-012-1367-yOhno Y, Goto K, Yamada S, et al. Effects of heat stress on muscle mass and the expression levels of heat shock proteins and lysosomal cathepsin L in soleus muscle of young and aged mice. Molecular and cellular biochemistry.2012;369:45-53. DOI:10.1007/s11010-012-1367-yStults-Kolehmainen M. A., Sinha R. The effects of stress on physical activity and exercise // Sports Med. – 2014. – Vol. 44, №1. – P. 81–121. Doi:10.1007/s40279-013-0090-5Stults-Kolehmainen MA, Sinha R. The effects of stress on physical activity and exercise. Sports Med. 2014;44(1):81–121. DOI:10.1007/s40279-013-0090-5Koolhaas J. M., Bartolomucci A., Buwalda B., et al. Stress revisited: a critical evaluation of the stress concept // Neurosci Biobehav Rev. – 2011. – Vol. 35, №5. – P. 1291–1301.Koolhaas JM, Bartolomucci A, Buwalda B, et al. Stress revisited: a critical evaluation of the stress concept. Neurosci Biobehav Rev. 2011;35(5):1291–301.Zhang S., Wei Z., Liu W., et al. Indicators for Environment Health Risk Assessment in the Jiangsu Province of China // Int J Environ Res Public Health. – 2015. – Vol. 12, № 9. – P. 11012–11024. Doi:10.3390/ijerph120911012Zhang S, Wei Z, Liu W, et al. Indicators for Environment Health Risk Assessment in the Jiangsu Province of China. Int J Environ Res Public Health. 2015;12(9):11012-24. DOI:10.3390/ijerph120911012Kjøbsted R., Hingst J. R., Fentz J., et al. AMPK in skeletal muscle function and metabolism // FASEB J. – 2018. – Vol. 32, №4. – P. 1741–1777. Doi:10.1096/fj.201700442RKjøbsted R, Hingst JR, Fentz J, et al. AMPK in skeletal muscle function and metabolism. FASEB J. 2018;32(4):1741–77. DOI:10.1096/fj.201700442ROhira T., Higashibata A., Seki M., et al. The effects of heat stress on morphological properties and intracellular signaling of denervated and intact soleus muscles in rats // Physiol Rep. – 2017. – Vol. 5, №15. – P. e13350. Doi:10.14814/phy2.13350Ohira T, Higashibata A, Seki M, et al. The effects of heat stress on morphological properties and intracellular signaling of denervated and intact soleus muscles in rats. Physiol Rep.2017; 5(15): e13350. DOI:10.14814/phy2.13350Wei M., Gibbons L.W., Kampert J. B., et al. Low cardiorespiratory fitness and physical inactivity as predictors of mortality in men with type 2 diabetes // Ann Intern Med. – 2000. – Vol. 132, №8. – P. 605– 611.Wei M, Gibbons LW, Kampert JB, et al. Low cardiorespiratory fitness and physical inactivity as predictors of mortality in men with type 2 diabetes. Ann Intern Med. 2000;132(8): 605–11.Locke M., Celotti C. The effect of heat stress on skeletal muscle contractile properties // Cell Stress Chaperones. – 2013. – Vol. 19, №4. – P. 519–527. Doi:10.1007/s12192-013-0478-zLocke M, Celotti C. The effect of heat stress on skeletal muscle contractile properties. Cell Stress Chaperones. 2013; 19(4):519–527. DOI:10.1007/s12192-013-0478-zBal N.C., Singh S., Reis F.C.G., et al. Both brown adipose tissue and skeletal muscle thermogenesis processes are activated during mild to severe cold adaptation in mice // J Biol Chem. – 2017. – Vol. 292, №40. – P. 16616–16625. Doi:10.1074/jbc.M117.790451Bal NC, Singh S, Reis FCG, et al. Both brown adipose tissue and skeletal muscle thermogenesis processes are activated during mild to severe cold adaptation in mice. J Biol Chem. 2017; 292(40):16616–25. DOI:10.1074/jbc.M117.790451Gorski T., Mathes S., Krützfeldt J. Uncoupling protein 1 expression in adipocytes derived from skeletal muscle fibro/adipogenic progenitors is under genetic and hormonal control // J Cachexia Sarcopenia Muscle.-2018.- Vol. 9, №2. – Р. 384–399. Doi:10.1002/jcsm.12277Gorski T, Mathes S, Krützfeldt J. Uncoupling protein 1 expression in adipocytes derived from skeletal muscle fibro/adipogenic progenitors is under genetic and hormonal control. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 2018;9:384–99. DOI:10.1002/jcsm.12277Chung N., Park J., Lim K. The effects of exercise and cold exposure on mitochondrial biogenesis in skeletal muscle and white adipose tissue // J Exerc Nutrition Biochem. – 2017. – Vol. 21, №2. – P. 39–47. Doi:10.20463/jenb.2017.0020Chung N, Park J, Lim K. The effects of exercise and cold exposure on mitochondrial biogenesis in skeletal muscle and white adipose tissue. J Exerc Nutrition Biochem.2017; 21(2):39–47. DOI:10.20463/jenb.2017.0020Wakabayashi H., Nishimura T., Wijayanto T., et al. Effect of repeated forearm muscle cooling on the adaptation of skeletal muscle metabolism in humans //International journal of biometeorology. – 2017. – Vol. 61. – № 7. – P. 1261–1267. DOI 10.1007/s00484-016-1303-zWakabayashi H, Nishimura T, Wijayanto T, et al. Effect of repeated forearm muscle cooling on the adaptation of skeletal muscle metabolism in humans. International journal of biometeorology. 2017;61(7):1261–7. DOI 10.1007/s00484-016-1303-zReynolds T. H., Brozinick J.T., Larkin L.M., et al. Transient enhancement of GLUT-4 levels in rat epitrochlearis muscle after exercise training // J Appl Physiol (1985). – 2000. – Vol. 88, №6. – P. 2240–2245. Doi:10.1152/jappl.2000.88.6.2240Reynolds TH, Brozinick JT, Larkin L.M, et al. Transient enhancement of GLUT-4 levels in rat epitrochlearis muscle after exercise training. J Appl Physiol (1985). 2000;88(6): 2240–5. DOI:10.1152/jappl.2000.88.6.2240Kang C., Li Ji L. Role of PGC-1α signaling in skeletal muscle health and disease // Ann N Y Acad Sci. – 2012. – Vol. 1271, №1. – P. 110–117. Doi:10.1111/j.1749-6632.2012.06738.xKang C, Li Ji L. Role of PGC-1α signaling in skeletal muscle health and disease. Ann N Y Acad Sci. 2012;1271(1):110–7. DOI:10.1111/j.1749-6632.2012.06738.xВоробьева В.В., Зарубина И.В., Шабанов П.Д. Защитные эффекты метапрота и этомерзола в экспериментальных моделях отравлений бытовыми ядами // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. – 2012. – Т. 10. – №. 1. – C. 3–21.Vorob’eva VV, Zarubina IV, Shabanov PD. Zashchitnye effekty metaprota i etomerzola v eksperimental’nyh modelyah otravlenij bytovymi yadami [The protective effects of methaprot and etommerzol in experimental models of household poisoning poisoning]. Reviews of clinical pharmacology and drug therapy. 2012;10(1):3–21. Russian.Свиряева И.В., Мерцалова А.С., Рууге Э.К. Образование супероксидных радикалов в изолированных митохондриях сердца при малой концентрации кислорода // Биофизика. – 2010. – Т. 55, № 2. – С. 271–276.Sviryaeva IV, Mercalova AS, Ruuge EK. Obrazovanie superoksidnyh radikalov v izolirovannyh mitohondriyah serdca pri maloj koncentracii kisloroda [Formation of superoxide radicals in isolated heart mitochondria with low oxygen concentration]. Biophysics. 2010;55(2):271–6. Russian.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.