Tibialis Anterior Muscle Function Research Articles

Модулирующее влияние адреналина на развитие стероидной миопатии у белых крыс, индуцированной длительным введением гидрокортизона

Цель исследования - изучение эффективности адреналина в компенсации негативных эффектов длительно вводимого гидрокортизона на скелетную мышцу смешанного типа. Методика. Эксперименты проводились на половозрелых крысах-самках (190-220 г), разделенных на 3 группы: контрольную (n = 10), I опытную (n = 10, ежедневно на протяжении 30 сут. получали гидрокортизона ацетат, Г-группа) и II опытную (n = 10, ежедневно на протяжении 30 сут. получали гидрокортизона ацетат в комплексе с адреналина гидрохлоридом, (Г+А)-группа). Гидрокортизона ацетат («Фармак», Украина) вводили внутрибрюшинно в дозе, адекватной терапевтической для человека, - 3 мг/кг. Адреналина гидрохлорид («Здоровье», Украина) вводили подкожно в дозе 0,2 мг/кг. На наркотизированных животных (тиопентал натрия, 100 мг/кг) с помощью методов электромиографии и миографии изучали параметры функционального состояния передней большеберцовой мышцы в условиях ее сокращения, индуцированного раздражением сверхпороговым электрическим током малоберцового нерва. Результаты. Длительное (в течение 30 сут.) введение гидрокортизона вызывало развитие симптомов стероидной миопатии, о чем свидетельствует появление низкоамплитудных М-ответов нормальной длительности, возрастание частоты полифазных потенциалов (до 30%), уменьшение количества активируемых двигательных единиц (на 33%) и мышечной массы (на 14%). Гидрокортизоновый гиперкортицизм сопровождался удлинением латентного периода одиночного сокращения передней большеберцовой мышцы (на 37%) и фазы его укорочения (на 20%), уменьшением амплитуды одиночных сокращений (на 32%), объема выполненной мышцей внешней работы (на 40%) и развиваемой мощности (на 41%) при тетаническом сокращении. Отмечены нарушения в целостном процессе нервно-мышечной передачи, что проявлялось в уменьшении степени ее надежности (у 30% особей), выраженном облегчении (более 85% у 50% особей) или депрессии (до -42% у 40% особей) при стимуляции нервно-мышечного аппарата с оптимальной частотой (30 имп/с). Адреналин, вводимый в комплексе с гидрокортизоном, предотвращал появление ряда симптомов миопатии, таких, как снижение амплитуды М-ответов, уменьшение количества активируемых двигательных единиц мышцы, ее массы, внешней работы и мощности, а также обусловливал уменьшение частоты генерации полифазных М-ответов (с 30% до 10%). Кроме того, адреналин ослаблял негативный эффект гидрокортизона на синаптический аппарат, что проявлялось в уменьшении частоты встречаемости сниженной надежности синаптической передачи (с 30% до 10%), выраженного ее облегчения (с 50% до 20%) и депрессии (с 40% до 10%) у животных (Г+А)-группы в сравнении с Г-группой. Заключение. Полученные в модельных экспериментах на животных в условиях in situ данные свидетельствуют о способности адреналина эффективно компенсировать ряд негативных эффектов, развивающихся в скелетной мышце при длительном введении гидрокортизона. Based on the beneficial effect of chronic adrenergic stimulation on the neuromuscular apparatus function, the aim of this study was to evaluate efficacy of adrenaline at therapeutic doses in compensation for adverse effects of chronically administered hydrocortisone on mixed-fiber type skeletal muscles ( m. tibialis anterior ). Method. Experiments were performed on sexually mature female rats (190-220 g) divided into 3 groups: control (n = 10), experimental group 1 (H group, n = 10, hydrocortisone acetate, for 30 days daily), and experimental group 2 (H+A group, n = 10, hydrocortisone acetate in combination with adrenaline hydrochloride, for 30 days daily). Hydrocortisone acetate (Farmak, Ukraine) was injected i.p. at a dose of 0.2 mg/kg, which was equivalent to the human therapeutic dose of 3 mg/kg. Adrenaline hydrochloride (Zdorovje, Ukraine) was injected s.c. at a dose of 0.2 mg/kg. Parameters of the tibialis anterior muscle function were studied on anesthetized animals (sodium thiopental, 100 mg/kg) using electromyography and myography methods. Muscle contractions were induced by suprathreshold electrical stimulation of the fibular nerve. Results. Chronic administration (30 days) of hydrocortisone caused symptoms of steroid myopathy evident as low-amplitude M-waves of normal duration, increased frequency of polyphase potentials (by 30%), decreased quantity of activated motor units (by 33%), and decreased muscle mass (by 14%). Hydrocortisone-induced hypercorticoidism was associated with prolonged latent period (by 37%) and shortening phase (by 20%) and decreased amplitude (by 32%), amount of muscular external work (by 40%) in a single tibialis anterior muscle contraction, and decreased muscular power (by 41%) developed in a tetanic contraction. Following repeated hydrocortisone injections, the overall process of neuromuscular transmission was disturbed, which was evident as its impaired reliability (30% of rats) and pronounced facilitation (>85% in 50% of rats) or depression (<-42% in 40% of rats) at an optimum stimulation frequency (30 imp/s). Adrenaline administered in combination with hydrocortisone prevented formation of myopathy symptoms, such as decreases in the M-wave amplitude, number of activated motor units, muscle weight, external work and power, and it also decreased the frequency of polyphase M-waves (from 30% to 10%). In addition, adrenaline attenuated the adverse effect of hydrocortisone on the synaptic apparatus by decreasing the incidence of reduced reliability of synaptic transmission (from 30% to 10%), facilitation (from 50% to 20%), and depression (from 40% to 10%) in the H+A-group compared to the H group. Conclusion. The experimental data obtained in model experiments on animals in situ support the adrenaline ability to effectively compensate for a number of adverse effects of chronic hydrocortisone treatment on the skeletal muscle.

Impaired muscle function in a mouse surgical model of post-traumatic osteoarthritis

Using a mouse surgical model of post-traumatic osteoarthritis (OA), we sought to determine if muscle function is altered following acute joint injury and whether this relates to OA progression. Male C57BL/6 mice underwent surgical transection of the medio-meniscal tibial ligament destabilisation of the medial meniscus (DMM) or sham surgery on one knee. Tibialis anterior (TA) muscle function was assessed in situ at 1, 4 and 8 weeks post-surgery. Cartilage damage and joint inflammation were assessed by histologic scoring. Muscle mRNA expression was quantified by qRT-PCR. Tetanic and twitch force production between DMM and sham muscle did not differ at 1 week post-surgery. Muscle function improved in both groups with time, but specific force production in DMM muscles was 18% and 22% lower than sham muscles at 4 and 8 weeks post-surgery respectively. At 8 weeks post-surgery, DMM muscles had a 40% slower relaxation rate and reduced expression of sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca(2+) ATPase (Serca) pump mRNA compared to sham muscles; both observations indicate likely alterations in muscle Ca(2+) handling. There were no histologic signs of muscle atrophy or inflammation in DMM TA muscles. Specific force production in both sham and DMM mice showed a negative correlation with the severity of joint inflammation. Acute knee injury in the DMM model of post-traumatic OA leads to a persistent deficit in TA muscle function that occurs in the absence of muscle atrophy. This study highlights that the impact of acute knee injury is unlikely to be limited to the muscles controlling knee movement.

Three-dimensional morphometric mapping of rat muscle fibers

Quantitative descriptions of fiber type organization in hind limb muscles are incomplete or rare. Fiber morphometrics for both rat tibialis anterior (TA) muscles were measured in 3 dimensions. Slow oxidative fiber area and perimeter varied in all zones. Fast oxidative glycolytic fibers (FOG) were predominant in the mediolateral and posterior zones, and fast glycolytic fibers (FG) predominated in the anterior zone. The mean area of FOG and succinate dehydrogenase intermediate fibers was lowest in the anterior zone. Mean area of FG was highest in the proximal and distal parts of the muscle. The area and perimeter of fast fibers differed significantly between the right and left limbs in the medial zone. In the middle and lateral zones, they differed at the proximal and distal parts. This detailed analysis in a high resolution, 3-dimensional map provides an essential tool for understanding the structure and function of TA muscles.