Annals of Clinical and Experimental NeurologyAnnals of Clinical and Experimental NeurologyАнналы клинической и экспериментальной неврологии2075-54732409-2533Eco-Vector78210.54101/ACEN.2022.3.5Original articlesОригинальные статьиResearch ArticleThe myoprotective effect of non-quantal acetylcholine: in vitro model of the myopathy component of chronic inflammatory demyelinating polyneuropathyМиопротективное действие неквантового ацетилхолина: модель миопатического компонента хронической воспалительной демиелинизирующей полиневропатии in vitrohttps://orcid.org/0000-0002-1286-7192GavrichenkoArthur V.ГавриченкоАртур Владимирович
Russian Federation

neurologist

врач-невролог Отделения неврологии № 2 клиники НИИ неврологии

arthyrgavrichenko@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8979-6460PasatetckaiaNatalia A.ПасатецкаяНаталья Анатольевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Biol.), Associate Professor, Department of normal physiology, junior researcher

к.б.н., доцент кафедры нормальной физиологии, м.н.с.

79046449523@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3829-9971SokolovaMaria G.СоколоваМария Георгиевна
Russian Federation

D. Sci. (Med.), Associate Professor, Department of human and animal anatomy and physiology

д.м.н., доцент кафедры анатомии и физиологии человека и животных

sokolova.m08@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0729-5852LopatinaEkaterina V.ЛопатинаЕкатерина Валентиновна
Russian Federation

D. Sci. (Biol.), Head, Department of normal physiology, leading researcher, Laboratory of physiology of cardiovascular system and lymphology

д.б.н., зав. кафедрой нормальной физиологии, в.н.с. лаб. физиологии сердечно-сосудистой и лимфатической систем

evlopatina@yandex.ruFirst Saint Petersburg State Medical UniversityФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени акад. И.П. Павлова»Pavlov Institute of PhysiologyФГБУН «Институт физиологии им. И.П. Павлова»Almazov National Medical Research CentreФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова»Herzen State Pedagogical University of RussiaФГБОУ ВО «Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена»1010202216341461111202118042022Copyright ©; 2022, Gavrichenko A.V., Pasatetckaia N.A., Sokolova M.G., Lopatina E.V.Copyright ©; 2022, Гавриченко А.В., Пасатецкая Н.А., Соколова М.Г., Лопатина Е.В.2022Gavrichenko A.V., Pasatetckaia N.A., Sokolova M.G., Lopatina E.V.Гавриченко А.В., Пасатецкая Н.А., Соколова М.Г., Лопатина Е.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://annaly-nevrologii.com/pathID/article/view/782

Introduction. Chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy (CIDP) is one of the most common primary polyneuropathies. A degenerative process is the underlying cause of muscular atrophy in CIDP, while muscle strength may not fully recover in patients after pathogenesis-based treatment, thus extending the period of disability. Information about factors affecting the trophic function of muscles can be used to treat neuromuscular disorders.

Study aim — to examine the trophotropic properties of the study participants' blood plasma and the myoprotective effect of acetylcholine concentration equivalent to non-quantal release, using an in vitro model of the myopathy component of CIDP.

Materials and methods. The study included 25 patients diagnosed with typical CIDP in accordance with the EFNS/PNS 2010 criteria. The control group consisted of 25 healthy individuals. Serum antibody levels to the nicotinic acetylcholine receptor were measured in all study participants. A method for organotypic cultivation of skeletal muscle tissue and an in vitro model of the myopathy component of CIPD were developed. The effect of the study participants' blood plasma on the growth of skeletal muscle explants in organotypic culture was assessed.

Results. Patients with CIPD were found to have symmetrical sensorimotor polyneuropathy of varying severity (100%); muscle atrophy (88%), and sensory ataxia (84%). The median INCAT Overall Disability Sum Score was 2 [1; 3] for the arms and 3 [2; 5] for the legs. The median Neurological Impairment Scale (NIS) score was 17 [10; 34]. The nicotinic acetylcholine receptor antibody levels were higher in patients with CIDP (0.47 [0.31; 0.54] nmol/l) than in the control group (0.02 [0.01; 0.03] nmol/l). For the first time, a myotoxic effect of the blood plasma from patients with CIDP was observed in organotypic skeletal muscle culture. Using 1:70 and 1:100 dilutions, patient blood plasma inhibited the growth of explants by 27% (n = 120; p < 0.001) and 21% (n = 120; p < 0.001), respectively. This myotoxic effect removed acetylcholine at a concentration equivalent to non-quantal release (10–8 М).

Conclusion. These results expand our understanding of skeletal muscle damage in CIPD and the role of non-quantal acetylcholine in regulating skeletal muscle growth.

Введение. Хроническая воспалительная демиелинизирующая полиневропатия (ХВДП) — одна из наиболее часто встречающихся первичных полиневропатий. В основе мышечной атрофии при ХВДП лежит денервационный процесс, в то же время восстановление мышечной силы у пациентов на фоне патогенетического лечения может происходить не в полной мере, продлевая период нетрудоспособности. Сведения о факторах, влияющих на трофическую функцию мышечной ткани, могут быть использованы для лечения нервно-мышечных болезней.

Цель исследования — изучить трофотропные свойства плазмы крови участников исследования и миопротективное действие ацетилхолина в концентрации, сопоставимой с неквантовым выбросом, на модели миопатического компонента ХВДП in vitro.

Материалы и методы. В исследование включены 25 пациентов с диагнозом: типичная форма ХВДП согласно критериям EFNS/PNS 2010. Контрольную группу составили 25 здоровых добровольцев. У всех участников исследования измеряли уровень антител к никотиновым холинорецепторам в плазме крови. Разработаны методика органотипического культивирования ткани скелетной мышцы и модель миопатического компонента ХВДП in vitro. Проведена оценка влияния плазмы крови участников исследования на рост эксплантатов ткани скелетной мышцы в условиях органотипического культивирования.

Результаты. У больных ХВДП выявлены полиневритический синдром с симметричными двигательными и чувствительными нарушениями разной степени выраженности (100%); синдром мышечных атрофий (88%) и синдром сенситивной атаксии (84%). По шкале инвалидизации (ODSS INCAT) в руках медиана составила 2 [1; 3] балла, в ногах — 3 [2; 5] балла. По Шкале невропатических нарушений (NIS) медиана составила 17 [10; 34] баллов. Уровень антител к никотиновым холинорецепторам у пациентов с ХВДП (0,47 [0,31; 0,54] нмоль/л) был выше, чем в контрольной группе (0,02 [0,01; 0,03] нмоль/л). Впервые в условиях органотипического культивирования ткани скелетной мышцы обнаружен миотоксический эффект плазмы крови пациентов с ХВПД. В разведениях 1 : 70 об. и 1 : 100 об. плазма крови больных ингибировала рост эксплантатов ткани скелетной мышцы на 27% (n = 120; p < 0,001) и 21% (n = 120; p < 0,001) соответственно. Данный миотоксический эффект устранял ацетилхолин в концентрации, сопоставимой с неквантовым выбросом (10–8 М).

Заключение. Полученные результаты расширяют представление о повреждении скелетных мышц при ХВДП и роли неквантового ацетилхолина в регуляции трофики скелетной мышцы.

non-quantal acetylcholinechronic inflammatory demyelinating polyneuropathyorganotypic tissue cultureнеквантовый ацетилхолинхроническая воспалительная демиелинизирующая полиневропатияорганотипическая культура тканиПравительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian Federation0134-2019-0001Dyck P.J.B., Tracy J.A. History, Diagnosis, and management of chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy. Mayo Clin. Proc. 2018; 93(6): 777–793. DOI: 10.1016/j.mayocp.2018.03.026Gilmore K.J., Kirk E.A., Doherty T.A. Abnormal motor unit firing rates in chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy. J. Neurol. Sci. 2020; 414: 116859. DOI: 10.1016/j.jns.2020.116859Hokkoku K., Matsukura K., Uchida Y. Quantitative muscle ultrasound is useful for evaluating secondary axonal degeneration in chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy. Brain Behav. 2017; 7(10): e00812. DOI: 10.1002/brb3.812Markvardsen L.K., Carstens A.K.R., Knak K.L. Muscle strength and aerobic capacity in patients with CIDP one year after participation in an exercise trial. J. Neuromuscul. Dis. 2019; 6(1): 93–97. DOI: 10.3233/JND-180344Gilmore K.J., Fanous J., Doherty T.J. Nerve dysfunction leads to muscle morphological abnormalities in chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy assessed by MRI. Clin. Anat. 2020; 33(1): 77–84. DOI: 10.1002/ca.23473Mitchell J.F., Silver A. The spontaneous release of acetylcholine from the denervated hemidiaphragm of the rat. J. Physiol. 1963; 165(1): 117–129. DOI: 10.1113/jphysiol.1963.sp007046Кубасов И.В., Кривой И.И., Лопатина Е.В. Влияние экзогенного ацетилхолина на нервно-мышечную передачу утомляемой диафрагмы крысы. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1994; 118 (5): 1153–1155. Kubasov I.V., Krivoj I.I., Lopatina E.V. The effect of exogenous acetylcholine on the neuromuscular transmission of the fatigued rat diaphragm. Bull. Exp. Biol. Med. 1994; 118 (5): 1153–1155. (In Russ.)Кривой И.И., Кубасов И.В., Лопатина Е.В. Исследование восстановления работоспособности утомляемой диафрагмы крысы после применения экзогенного ацетилхолина. Физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 1994; 80(9): 61–66. Krivoj I.I., Kubasov I.V., Lopatina E.V. Investigation of the restoration of the working capacity of the fatigued rat diaphragm after the use of exogenous acetylcholine. Fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova. 1994; 80(9): 61–66. (In Russ.)Кривой И.И., Кравцова В.В., Лопатина Е.В. Гиперполяризующий эффект ацетилхолина в скелетной мышце с различным типом мышечных волокон. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2000; 36(24): 377–379. Krivoj I.I., Kravsova V.V., Lopatina E.V. Hyperpolarizing effect of acetylcholine in skeletal muscle with different types of muscle fibers. Zhurnal evolyutsionnoy biokhimii i fiziologii. 2000; 36(24): 377–379. (In Russ.)Cisterna B.A., Vargas A.A., Puebla C. Active acetylcholine receptors prevent the atrophy of skeletal muscles and favor reinnervation. Nat. Commun. 2020; 11(1): 1073. DOI: 10.1038/s41467-019-14063-8Van den Bergh P.Y.K., Hadden R.D.M., Bouche P., Cornblath D.R. European Federation of Neurological Societies/Peripheral Nerve Society guideline on management of chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy: report of a joint task force of the European Federation of Neurological Societies and the Peripheral Nerve Society — first revision. Eur. J. Neurol. 2010; 17(3): 356–363. DOI:10.1111/j.1468-1331.2009.02930.xСупонева Н.А., Наумова Е.С., Гнедовская Е.В. Хроническая воспалительная демиелинизирующая полинейропатия у взрослых: принципы диагностики и терапия первой линии. Нервно-мышечные болезни. 2016; 6(1): 44–53. Suponeva N.A., Naumova E.S., Gnedovskaya E.V. Chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy in adults: diagnostic approaches and first line therapy. Nervno-myshechnye bolezni. 2016; 6(1): 44–53. (In Russ.) DOI: 10.17 650/2222-8721-2016-6-1-44-53Dolly J.O., Barnard E.A. Nicotinic acetylcholine receptors: An overview. Biochem Pharmacol. 1984; 33(6): 841–858. DOI: 10.1016/0006-2952(84)90437-4Lindstrom J., Criado M., Ratnam M. Using monoclonal antibodies to determine the structures of acetylcholine receptors from electric organs, muscles, and neurons. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1987; 505: 208–225. DOI: 10.1111/j.1749-6632.1987.tSudhof T.S. The synaptic vesicle cycle. Annu. Rev. Neurosci. 2004; 27: 509–547. DOI: 10.1146/annurev.neuro.26.041002.131412Kuffler S.W., Yoshikami D. The number of transmitter molecules in a quantum: an estimate from iontophoretic application of acetylcholine at the neuromuscular synapse. J. Physiol. 1975; 251(2): 465–482. DOI: 10.1113/jphysiol.1975.sp011103Fletcher P., Forrester T. The effect of curare on the release of acetylcholine from mammalian motor nerve terminals and an estimate of quantum content. J. Physiol. 1975; 251(1): 131–144. DOI: 10.1113/jphysiol.1975.sp011084Nikolsky E.E., Oranska T.I., Vyskocil F. Non-quantal acetylcholine release in the mouse diaphragm after phrenic nerve crush and during recovery. Exp. Physiol. 1996; 81(3): 341–348. DOI: 10.1113/expphysiol.1996.sp003938Vyskocil F., Vrbova G. Non-quantal release of acetylcholine affects polyneuronal innervation on developing rat muscle fibres. Eur. J. Neurosci. 1993; 5(12): 1677–1683. DOI: 10.1111/j.1460-9568.1993.tb00235.xBray J.J., Forrest J.W., Hubbard J.I. Evidence for the role of non-quantal acetylcholine in the maintenance of the membrane potential of rat skeletal muscle. J. Physiol. 1982; 326: 285–296. DOI: 10.1113/jphysiol.1982.sp014192