Annals of Clinical and Experimental NeurologyAnnals of Clinical and Experimental NeurologyАнналы клинической и экспериментальной неврологии2075-54732409-2533Eco-Vector101210.17816/ACEN.1012Original articlesОригинальные статьиResearch ArticleChanges in contractile characteristics of rat skeletal muscles associated with P2-receptor activation after spinal cord transectionДинамика сокращений скелетных мышц крысы при активации Р2-рецепторов после перерезки спинного мозгаhttps://orcid.org/0000-0001-6155-622XKhairullinAdel E.ХайруллинАдель Евгеньевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), Assistant Professor, Department of biochemistry and clinical laboratory diagnostics, Kazan State Medical University; senior researcher, Research laboratory «Mechanobiology», Institute of Fundamental Medicine and Biology, Kazan Federal University

к.б.н., ассистент каф. биохимии и клинической лабораторной диагностики Казанского государственного медицинского университета; с.н.с. научно-исследовательской лаборатории «Механобиология» Института фундаментальной медицины и биологии Казанского (Приволжского) федерального университета

khajrulli@ya.ruhttps://orcid.org/0009-0000-3966-0813EfimovaDina V.ЕфимоваДина Вадимовна
Russian Federation

postgraduate student, Department of biochemistry and clinical laboratory diagnostics, Kazan State Medical University

аспирант каф. биохимии и клинической лабораторной диагностики Казанского государственного медицинского университета

khajrulli@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0397-9002MukhamedyarovMarat A.МухамедьяровМарат Александрович
Russian Federation

D. Sci. (Med.), Professor, Head, Department of normal physiology, Kazan State Medical University

д.м.н., профессор, зав. каф. нормальной физиологии Казанского государственного медицинского университета

marat.muhamedyarov@kazangmu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5005-1699BaltinMaxim E.БалтинМаксим Эдуардович
Russian Federation

researcher, Research laboratory «Mechanobiology», Institute of Fundamental Medicine and Biology, Kazan Federal University

н.с. научно-исследовательской лаборатории «Механобиология» Института фундаментальной медицины и биологии Казанского (Приволжского) федерального университета

khajrulli@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3798-7665BaltinaTatiana V.БалтинаТатьяна Валерьевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), Associate Professor, Head, Research laboratory «Mechanobiology», Institute of Fundamental Medicine and Biology, Kazan Federal University

к.б.н., доцент, зав. научно-исследовательской лаборатории «Механобиология» Института фундаментальной медицины и биологии Казанского (Приволжского) федерального университета

khajrulli@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2851-579XGrishinSergey N.ГришинСергей Николаевич
Russian Federation

D. Sci. (Biol.), Professor, Department of medical and bio- logical physics with computer science and medical equipment, Kazan State Medical University

д.б.н., профессор каф. медицинской и биологической физики с информатикой и медицинской аппаратурой Казанского государственного медицинского университета

sgrishin@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9087-7927ZiganshinAirat U.ЗиганшинАйрат Усманович
Russian Federation

D. Sci. (Med.), Professor, Head, Department of pharmacology, Kazan State Medical University

д.м.н., профессор, зав. каф. фармакологии Казанского государственного медицинского университета

airat.ziganshin@kazangmu.ruKazan State Medical UniversityКазанский государственный медицинский университетKazan (Volga Region) Federal UniversityКазанский (Приволжский) федеральный университет0807202418245510208202326102023Copyright ©; 2024, Khairullin A.E., Efimova D.V., Mukhamedyarov M.A., Baltin M.E., Baltina T.V., Grishin S.N., Ziganshin A.U.Copyright ©; 2024, Хайруллин А.Е., Ефимова Д.В., Мухамедьяров М.А., Балтин М.Э., Балтина Т.В., Гришин С.Н., Зиганшин А.У.2024Khairullin A.E., Efimova D.V., Mukhamedyarov M.A., Baltin M.E., Baltina T.V., Grishin S.N., Ziganshin A.U.Хайруллин А.Е., Ефимова Д.В., Мухамедьяров М.А., Балтин М.Э., Балтина Т.В., Гришин С.Н., Зиганшин А.У.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://annaly-nevrologii.com/pathID/article/view/1012

Introduction. Traumatic spinal cord and peripheral-nerve injury is associated with release of proinflammatory cytokines and chemokines, which may stimulate neuronal activity. Adenosine triphosphoric acid (ATP) is an important pain mediator involved in the acute and chronic neuropathic pain development. Its excessive release from primary injured tissue leads to activation of P2-receptors, which may further start secondary injury mechanisms. Although the effects of ATP on the peripheral nervous system are relatively well studied, the pathophysiological role of purinergic signaling after spinalization remains unclear.

The study was aimed at assessing the post-spinalization effects of P2-receptors on the contractile characteristics of rat skeleton muscles.

Materials and methods. The objects of the study were the soleus muscle, the extensor digitorum longus (EDL) muscle, and diaphragm in intact rats and spinalized rats. Seven days after laminectomy followed by spinal cord transection, animals were anesthetized, exsanguinated, and their muscles with nerve stumps were isolated. Contractile response parameters were recorded using mechanomyography (MMG). To study effects of ATP on ligand binding, ATP was added to a bath and mechanical responses in the rat muscles were assessed 7 min after. After washing with Krebs–Henseleit solution, the preparations were incubated with suramin solution for 20 min with subsequent ATP application. Then the mechanical responses in the muscles were again recorded. Statistical significance was assessed using Student's t-test for independent (unpaired) and paired samples.

Results. We found a significant (p < 0.05) decrease in the modulating activity of ATP, as the main endogenous signaling agent, in the cholinergic synapse of the soleus muscle from 32.4 to 5.8% and from 13.7 to 5.6% for the EDL muscle after the spinalization (spinal cord injury at the Th6–Th7 level) compared with intact animals. No such dramatic changes were observed in the diaphragm.

Conclusions. Abnormal ATP-mediated modulation of neuromuscular transmission demonstrated in this study supports the involvement of purinergic signaling in the neurotrophic control and functioning of various motor units.

Введение. Травма спинного мозга, периферических нервов сопровождается выделением провоспалительных цитокинов и хемокинов, которые могут усиливать активность нейронов. Среди медиаторов повреждения особо можно выделить аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ), которая вовлечена в процессы формирования острой и хронической нейропатической боли, и чрезмерное её высвобождение травмированной тканью вызывает активацию P2-рецепторов, что может повлиять на механизмы вторичного повреждения тканей. При общей изученности эффектов АТФ на периферическую нервную систему патофизиологическая роль пуринергического сигнального звена при спинализации не раскрыта.

Цель исследования — оценка динамики сокращений скелетных мышц крысы при воздействии на Р2-рецепторы после спинализации.

Материалы и методы. Объектом исследования выступали камбаловидная мышца, длинный разгибатель большого пальца и диафрагма интактных крыс и животных после спинализации. Через 7 сут после ламинэктомии с последующей перерезкой спинного мозга животных наркотизировали, обескровливали и выделяли мышцы с культями нервов. Параметры сократительных ответов регистрировали механомиографическим методом. Для оценки эффектов лигандов в ванночку добавляли АТФ и через 7 мин оценивали механические ответы мышц. После отмывки раствором Кребса инкубировали с раствором сурамина в течение 20 мин с последующим добавлением АТФ и вновь регистрировали механические ответы мышц. Статистическую значимость оценивали с помощью критерия Стьюдента для независимых и попарно сопряжённых выборок.

Результаты. Выявлено значимое (р < 0,05) снижение модулирующей активности основного эндогенного агента — АТФ в холинергическом синапсе камбаловидной мышцы с 32,4 до 5,8% и с 13,7 до 5,6% для длинного разгибателя большого пальца вследствие спинализации (повреждения спинного мозга на уровне Th6–Th7) в сравнении с интактными животными. На диафрагме столь драматических изменений не наблюдалось.

Заключение. Продемонстрированная нами аномальная модуляция АТФ нервно-мышечного перехода предоставляет доказательства вовлечённости пуринергического звена в нейротрофический контроль и функционирование различных двигательных единиц.

spinalizationATPP2-receptorsskeletal musclespost-traumatic movement disorderssynapsesuraminспинализацияАТФР2-рецепторыскелетные мышцытравматический двигательный синдромсинапссураминКазанский государственный медицинский университетKazan State Medical UniversityКазанский федеральный университетKazan Federal UniversityScholz J., Woolf C.J. Can we conquer pain? Nat. Neurosci. 2002;5:1062–1067. DOI: 10.1038/nn942Peng W., Cotrina M.L., Han X. et al. Systemic administration of an antagonist of the ATP-sensitive receptor P2X7 improves recovery after spinal cord injury. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009;106(30):12489–12493. DOI: 10.1073/pnas.0902531106Kobayashi K., Yamanaka H., Noguchi K. Expression of ATP receptors in the rat dorsal root ganglion and spinal cord. Anat. Sci. Int. 2013;88(1):10–16. DOI: 10.1007/s12565-012-0163-9Abbadie C., Bhangoo S., De Koninck Y. et al. Chemokines and pain mechanisms. Brain Res. Rev. 2009;60(1):125–134. DOI: 10.1016/j.brainresrev.2008.12.002Gourine A.V., Dale N., Llaudet E. et al. Release of ATP in the central nervous system during systemic inflammation: real-time measurement in the hypothalamus of conscious rabbits. J. Physiol. 2007;585(1):305–316. DOI: 10.1113/jphysiol.2007.143933Хайруллин А.Е., Ефимова Д.В., Гришин С.Н., Зиганшин А.У. Влияние спинализации на динамику сокращений скелетных мышц крысы при активации P2-рецепторов. В сб.: XXIV съезд физиологического общества им. И.П. Павлова (Санкт-Петербург, 11–15 сентября 2023 г.). Санкт-Петербург; 2023:434.Патент РФ № 216564 U1. Всасывающий культю нерва электрод для электрической стимуляции / Гришин С.Н., Хайруллин А.Е., Зиганшин А.У., Ефимова Д.В. 2023.Eshpay R.A., Khairullin A.E., Karimova R.G., Nurieva L.R., Rizvanov A.A., Mukhamedyarov M.A., Ziganshin A.U., Grishin S.N. Parameters of single and summated contractions of skeletal muscles in vivo and in vitro. Genes & Cells. 2015;10(4):123–126. DOI: 10.23868/gc120535Хайруллин А.Е., Ефимова Д.В., Еремеев А.А. и др. Влияние травмы спинного мозга на Р2-сигнализацию в холинергическом синапсе. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2023;109(5):588–599.Wang X., Arcuino G., Takano T. et al. P2X7 receptor inhibition improves recovery after spinal cord injury. Nat. Med. 2004;10(8):821–827. DOI: 10.1038/nm1082Profyris C., Cheema S.S., Zang D.W. et al. Degenerative and regenerative mechanisms governing spinal cord injury. Neurobiol. Dis. 2004;15(3):415–436. DOI: 10.1016/j.nbd.2003.11.015Valiullin V.V., Khairullin A.E., Eremeev A.A. et al. Contractions dynamic of fast and slow rat muscle under spinal shock and modulators of contraction. Kazan Medical Journal. 2021;102(3):329–334. DOI: 10.17816/KMJ2021-329Tsuda M., Shigemoto-Mogami Y., Koizumi S. et al. P2X4 receptors induced in spinal microglia gate tactile allodynia after nerve injury. Nature. 2003;424(6950):778–783. DOI: 10.1038/nature01786North R.A. Molecular physiology of P2X receptors. Physiol. Rev. 2002;82(4):1013–1067. DOI: 10.1152/physrev.00015.2002Visentin S., Nuccio C.D., Bellenchi G.C. Different patterns of Ca²⁺ signals are induced by low compared to high concentrations of P2Y agonists in microglia. Purinergic Signal. 2006;2(4):605–617. DOI: 10.1007/s11302-006-9023-1Bianco F., Fumagalli M., Pravettoni E. et al. Pathophysiological roles of extracellular nucleotides in glial cells: differential expression of purinergic receptors in resting and activated microglia. Brain Res. Rev. 2005;48(2):144–156. DOI: 10.1016/j.brainresrev.2004.12.004Gerasimenko Y.P., Avelev V.D., Nikitin O.A., Lavrov I.A. Initiation of locomotor activity in spinal cats by epidural stimulation of the spinal cord. Neurosci. Behav. Physiol. 2003;33(3):247–254. DOI: 10.1023/a:1022199214515Lavrov I., Dy C.J., Fong A.J. et al. Epidural stimulation induced modu- lation of spinal locomotor networks in adult spinal rats. J. Neurosci. 2008;28(23):6022–6029. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0080-08.2008Illes P., Verkhratsky A., Burnstock G., Franke H. P2X receptors and their roles in astroglia in the central and peripheral nervous system. Neuroscientist. 2012;18(5):422–438. DOI: 10.1177/1073858411418524