anatomyЖурнал анатомии и гистопатологииJournal of Anatomy and Histopathology2225-7357N.N. Burdenko Voronezh State Medical University10.18499/2225-7357-2023-12-2-39-48anatomy-1756Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL PAPERSМорфофункциональные изменения скелетных мышц задних конечностей крыс в условиях вынужденной анаэробной физической нагрузки и применения аллогенного биоматериалаMorphological and functional changes in the skeletal muscles of the hind limbs in rats under enforced anaerobic physical exertion and allogeneic biomaterial applicationhttps://orcid.org/0000-0002-9170-2600ЛебедеваА. И.LebedevaA. I.

Анна Ивановна Лебедева, д-р биол. наук, старший научн. сотр., зав. отделом

отдел морфологии

450008

ул. Ленина, 3

Уфа

Anna I. Lebedeva, Doct. Sci. (Biol.), senior researcher, head of department

morphology department

450008

ul. Lenina, 3

Ufa

jeol02@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6561-0892ГареевЕ. М.GareevE. M.

Евгений Мусинович Гареев, старший научн. сотр.

отдел нейрофизиологии

Уфа

Evgenii M. Gareev, senior researcher

neurophysiology department

Ufa

jeol02@mail.ruСироткинаИ. В.SirotkinaI. V.

Инна Владимировна Сироткина, научный сотрудник

отдел нейрофизиологии

Уфа

Inna V. Sirotkina, researcher

neurophysiology department

Ufa

jeol02@mail.ruГалаутдиновМ. Ф.GalautdinovM. F.

Марс Фларитович Галаутдинов, научный сотрудник

отдел нейрофизиологии

Уфа

Mars F. Galautdinov, researcher

neurophysiology department

Ufa

jeol02@mail.ruБашкирский государственный медицинский университетРоссияBashkir State Medical UniversityRussian Federation2023090720231223948Copyright © Лебедева А.И., Гареев Е.М., Сироткина И.В., Галаутдинов М.Ф., 20232023Лебедева А.И., Гареев Е.М., Сироткина И.В., Галаутдинов М.Ф.Lebedeva A.I., Gareev E.M., Sirotkina I.V., Galautdinov M.F.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://anatomy.elpub.ru/jour/article/view/1756

   Изнуряющие физические нагрузки приводят к перенапряжению саркомера, разрушению клеточной мембраны, гидролизу структурных белков, что является причиной необратимого повреждения мышечных волокон. Аллогенный биоматериал (АБ) применяется для регенерации различных тканей и органов.

   Целью исследования явилось выявление морфофункциональных особенностей скелетной мышечной ткани после физической нагрузки и в условиях применения АБ.

   Материал и методы

   Материал и методы. В эксперименте использовались крысы-самцы Wistar. Моделью анаэробной физической нагрузки явился тест Порсолта с грузом 10 % от массы тела в течение 30 дней. После тренировок в основной группе (n = 10) вводили суспензию АБ суммарно 4 мл 0,2 % раствора в мышцы передних и задних конечностей. В контрольной группе (n = 10) вводили физиологический раствор в аналогичные зоны. Через 5 и 21 сутки после инъекций проводили исследование толерантной нагрузки. Затем животных выводили из опыта и проводили гистологические исследования мышц задних конечностей, измеряли общее количество, среднюю площадь поперечного сечения мышечных волокон, численность некротизированных волокон.

   Результаты

   Результаты. В контрольной группе животных через 5 и 21 сутки происходили дистрофические изменения мышечных волокон: контрактуры III, IV степеней, нарушение микроциркуляции, мозаичный некроз мышечных волокон, воспалительно-клеточная инфильтрация, снижение толерантной нагрузки. Через 21 сутки обнаруживался фиброз. Введение АБ способствовало рабдомиогенезу уже через 5 суток. Снижалась воспалительно-клеточная инфильтрация, восстанавливалась полигональность профилей мышечных волокон, нивелировались отечные явления. Происходила гиперплазия мышечных волокон, снижение численности некротизированных мышечных волокон, ингибирование фиброза, повышение толерантной нагрузки. АБподвергался биодеградации.

   Заключение

   Заключение. АБ способствовал снижению признаков дистрофических изменений мышечных волокон, усилению актопротекторного механизма, восстановлению физической активности в ранние сроки.

   Exhausting physical activity leads to sarcomere overstrain, destruction of the cell membrane, hydrolysis of structural proteins, thus, resulting in irreversible damage to muscle fibers. Allogeneic biomaterial (AB) is applied to regenerate various tissues and organs.

   The aim of the study was to identify morphofunctional features of the skeletal muscle tissue after physical exertion and under AB application.

   Material and methods

   Material and methods. This experimental study involved male Wistar rats. Anaerobic physical exertion was simulated using the Porsolt test with a load equal 10 % of the body weight for 30 days. After training, animals of the main group (n = 10) were injected AB suspension: 4 ml of a 0.2 % solution into the muscles of the fore and hind limbs totally. Animals of the control group (n = 10) received physiological saline into similar zones. Tolerant load was investigated in 5 and 21 days after injection. Then the animals were withdrawn from the experiment, and muscles of the hind limbs were studied histologically, the total number, the average cross-sectional area of muscle fibers, and the number of necrotic fibers were measured.

   Results

   Results. In 5 and 21 days animals from the control group manifested dystrophic changes in muscle fibers: type III, IV contractures, microcirculation disorders, mosaic necrosis of muscle fibers, inflammatory cell infiltration, and a decreased tolerant load. In 21 days fibrosis was detected. The AB introduction provided rhabdomyogenesis as soon as in 5 days. Inflammatory cell infiltration decreased, the polygonality of muscle fiber profiles was restored, and edematous phenomena were leveled. There was hyperplasia of muscle fibers, a decreased number of necrotic muscle fibers, inhibited fibrosis, and an increased tolerant load. AB further biodegraded.

   Conclusion

   Conclusion. AB contributed to the reduced manifestations of dystrophic changes in muscle fibers, strengthened actoprotective mechanism, and restored physical activity in the early stages.

аллогенный биоматериалскелетная мышечная тканьрегенерациямакрофагивынужденная физическая нагрузкаallogeneic biomaterialskeletal muscle tissueregenerationmacrophagesforced physical activityРабота выполнена в рамках государственного задания № 056-00124-21-00, утвержденного 23. 12. 2020 г.The study was carried out within the framework of the state task No. 056-00124-21-00, approved on December 23, 2020ReferencesДиректива Европейского парламента и Совета Европейского Союза 2010/63/ЕС от 22 сент. 2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей [Электронный ресурс]. Гарант: информационно-правовое обеспечение. http://base.garant.ru/70350564/ce210ed70e5daea1ed719396b4dabe87.Direktiva Evropeiskogo parlamenta i Soveta Evropeiskogo Soyuza 2010/63/ES ot 22 sent. 2010 g. o zashchite zhivotnykh, ispol'zuyushchikhsya dlya nauchnykh tselei [Elektronnyi resurs]. Garant: informatsionno-pravovoe obespechenie. http://base.garant.ru/70350564/ce210ed70e5daea1ed719396b4dabe87 (In Russ.).Лебедева А. И. Аллогенный губчатый биоматериал - индуктор миосателлитоцитов в поврежденной скелетной мышце. Успехи современной биологии. 2016; 136 (3): 276–84.Lebedeva A. I. Allogeneic spongy biomaterial is an inducer of myosatellitocytes in damaged skeletal muscle.Advances in modern biology. 2016; 136 (3): 276–84. (In Russ.).Лебедева А. И. Муслимов С. А., Афанасьев С. А., Кондратьева Д. С. Роль макрофагов в регенерации мышечных тканей, индуцированных аллогенным биоматериалом. Российский иммунологический журнал. 2019; 13 (22): 849–51.Lebedeva A. I., Muslimov S. A., Afanasiev S. A., Kondratieva D. S. The role of macrophages in the regeneration of muscle tissues induced by allogeneic biomaterial. Russian Journal of Immunology. 2019; 13 (22): 849–51. (In Russ.).Мусина Л. А., Шакиров Р. Ф., Галимова В. У., Шангина О. Р., и др. Биоматериал "Аллоплант" как ингибитор рубцевания поврежденной роговицы (иммуногистохимическое исследование). Практическая медицина. 2019; 17 (1): 112–116.Musina L. A., Shakirov R. F., Galimova V. U., Shangina O. R., et al. Biomaterial "Alloplant" Biomaterial as the Inhibitor of Scarring the Damaged Cornea (Immunochistochemical Study). Practical medicine. 2019; 17 (1): 112–116. (In Russ.).Муслимов С. А. Морфологические аспекты регенеративной хирургии. Уфа: Башкортостан; 2000.Muslimov S. A. Morfologicheskie aspekty regenerativnoi khirurgii. Ufa: Bashkortostan; 2000. (In Russ.).Шурыгин М. Г., Болбат А. В., Шурыгина И. А. Миосателлиты как источник регенерации мышечной ткани. Фундаментальные исследования. 2015; 1 (8): 1741–6.Shurygin M. G., Bolbat A. V., Shurygina I. A. Myosatellites as a source of muscle tissue regeneration. Basic research. 2015; 1 (8): 1741–6. (In Russ.).Шустов Е. Б., Каркищенко Н. Н., Каркищенко В. Н., Капанадзе Г. Д., Станкова Н. В., и др. Гипоксия физической нагрузки: изучение у человека и лабораторных животных. Биомедицина. 2014; 4: 4–16.Shustov E. B., Karkishchenko N. N., Karkishchenko V. N., Kapanadze G. D., Stankova N. V., et al. Hypoxia of Physical Activity: Studying at the Atlets and Laboratory Animals. Biomedicine. 2014; 4: 4–16. (In Russ.).Baidyuk E. V., Sobolev V. E., Korf E. A., Igor Mindukshev, Krivchenko A. I., Goncharov N. V. Ultrastructural Characteristics of Slow and fast twitch Muscle Fibers of Rats after a Forced Swimming Cycle against a Background of Introduction of Green Tea Extract and Ammonium Salts. Cell and Tissue Biology. 2020 Jan 1; 14 (1): 65–73. doi: 10.1134/S1990519X20010022Baidyuk E. V., Sobolev V. E., Korf E. A., Igor Mindukshev, Krivchenko A. I., Goncharov N. V. Ultrastructural Characteristics of Slow and fast twitch Muscle Fibers of Rats after a Forced Swimming Cycle against a Background of Introduction of Green Tea Extract and Ammonium Salts. Cell and Tissue Biology. 2020 Jan 1; 14 (1): 65–73. doi: 10.1134/S1990519X20010022Canton J., Blees H., Henry C. M., Buck M. D., Schulz O., Rogers N. C., et al. The receptor DNGR-1 signals for phagosomal rupture to promote cross-presentation of dead-cell-associated antigens. Nature Immunology. 2020 Dec 21; 22 (2): 140–53. doi: 10.1038/s41590-020-00824-xCanton J., Blees H., Henry C. M., Buck M. D., Schulz O., Rogers N. C., et al. The receptor DNGR-1 signals for phagosomal rupture to promote cross-presentation of dead-cell-associated antigens. Nature Immunology. 2020 Dec 21; 22 (2): 140–53. doi: 10.1038/s41590-020-00824-xChazaud B. Inflammation and Skeletal Muscle Regeneration: Leave It to the Macrophages! Trends in Immunology. 2020 Jun 1; 41 (6): 481–92. doi: 10.1016/j.it.2020.04.006Chazaud B. Inflammation and Skeletal Muscle Regeneration: Leave It to the Macrophages! Trends in Immunology. 2020 Jun 1; 41 (6): 481–92. doi: 10.1016/j.it.2020.04.006Damas F., Phillips S. M., Libardi C. A., Vechin F. C., Lixandrão M. E., Jannig P. R., et al. Resistance training-induced changes in integrated myofibrillar protein synthesis are related to hypertrophy only after attenuation of muscle damage. The Journal of Physiology. 2016 Jul 9; 594 (18): 5209–22. doi: 10.1113/JP272472Damas F., Phillips S. M., Libardi C. A., Vechin F. C., Lixandrão M. E., Jannig P. R., et al. Resistance training-induced changes in integrated myofibrillar protein synthesis are related to hypertrophy only after attenuation of muscle damage. The Journal of Physiology. 2016 Jul 9; 594 (18): 5209–22. doi: 10.1113/JP272472Drew M. K., Finch C. F. The Relationship Between Training Load and Injury, Illness and Soreness: A Systematic and Literature Review. Sports Medicine. 2016 Jan 28; 46 (6): 861–83. doi: 10.1007/s40279-015-0459-8Drew M. K., Finch C. F. The Relationship Between Training Load and Injury, Illness and Soreness: A Systematic and Literature Review. Sports Medicine. 2016 Jan 28; 46 (6): 861–83. doi: 10.1007/s40279-015-0459-8Fricton J. Myofascial Pain. Oral and Maxillofacial Surgery Clinics of North America. 2016 Aug; 28 (3): 289–311. doi: 10.1016/j.coms.2016.03.010Fricton J. Myofascial Pain. Oral and Maxillofacial Surgery Clinics of North America. 2016 Aug; 28 (3): 289–311. doi: 10.1016/j.coms.2016.03.010Kloc M., Uosef A., Ubelaker H. V., Kubiak J. Z., Ghobrial R. M. Macrophages and stem/progenitor cells interplay in adipose tissue and skeletal muscle: a review. Stem Cell Investig. 2023 Jan 1; 10: 10–9. doi: 10.21037/sci-2023-009Kloc M., Uosef A., Ubelaker H. V., Kubiak J. Z., Ghobrial R. M. Macrophages and stem/progenitor cells interplay in adipose tissue and skeletal muscle: a review. Stem Cell Investig. 2023 Jan 1; 10: 10–9. doi: 10.21037/sci-2023-009Korf E. A., Kubasov I. V., Vonsky M. S., Novozhilov A. V., Runov A. L., Kurchakova E. V., et al. Ultrastructural and gene-expression changes in the calcium regulation system of rat skeletal muscles under exhausting exercise. Cell Tiss Biol. 2017 Sep 1; (11): 371–80. doi: 10.1134/S1990519X17050030Korf E. A., Kubasov I. V., Vonsky M. S., Novozhilov A. V., Runov A. L., Kurchakova E. V., et al. Ultrastructural and gene-expression changes in the calcium regulation system of rat skeletal muscles under exhausting exercise. Cell Tiss Biol. 2017 Sep 1; (11): 371–80. doi: 10.1134/S1990519X17050030Lieber R. L., Fridén J. Mechanisms of muscle injury gleaned from animal models. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation. 2002 Nov 1; 81 (11): S70-79. doi: 10.1097/00002060-200211001-00008Lieber R. L., Fridén J. Mechanisms of muscle injury gleaned from animal models. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation. 2002 Nov 1; 81 (11): S70-79. doi: 10.1097/00002060-200211001-00008Okada A., Ono Y., Nagatomi R., Kishimoto K. N., Itoi E. Decreased muscle atrophy F-box (MAFbx) expression in regenerating muscle after muscle-damaging exercise. Muscle & Nerve. 2008 Oct; 38 (4): 1246–53. doi: 10.1002/mus.21110Okada A., Ono Y., Nagatomi R., Kishimoto K. N., Itoi E. Decreased muscle atrophy F-box (MAFbx) expression in regenerating muscle after muscle-damaging exercise. Muscle & Nerve. 2008 Oct; 38 (4): 1246–53. doi: 10.1002/mus.21110Qaisar R., Bhaskaran S., Van Remmen H. Muscle fiber type diversification during exercise and regeneration. Free Radical Biology and Medicine. 2016 Sep; 98: 56–67. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2016.03.025Qaisar R., Bhaskaran S., Van Remmen H. Muscle fiber type diversification during exercise and regeneration. Free Radical Biology and Medicine. 2016 Sep; 98: 56–67. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2016.03.025Zhang C., Gao Y. The role of transmembrane proteins on force transmission in skeletal muscle. Journal of Biomechanics. 2014 Sep; 47 (12): 3232–3236. doi: 10.1016/j.jbiomech.2014.07.014Zhang C., Gao Y. The role of transmembrane proteins on force transmission in skeletal muscle. Journal of Biomechanics. 2014 Sep; 47 (12): 3232–3236. doi: 10.1016/j.jbiomech.2014.07.014

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