Η επίδραση των αντιοξειδωτικών σε χρόνια ισχαιμικούς γραμμωτούς μυς επιμύων

Abstract

The role of vitamin C and E and physical exercise was studied in chronic ischemic skeletal muscle of Wistar rats. Ligation of common iliac artery in of the limbs decreased blood flow, which though remained sufficient while the animal was at rest. Collateral circulation was developed in about 5 weeks. The influence of induced chronic ischemia was studied in two muscles: extensor digitorum longus (edl) and soleus (sol) of the lower limb of the rat. Single twitch tension, tetanic tension in 40, 80 and 100Hz and time course contraction were measured 14 days after ligation of the right common iliac artery. Time to peak, half relaxation time of the single twitch as well as the weights of the examined muscles were measured at that time. Comparisons between the ischemic and the control muscle were performed using the paired t-test and comparisons between the groups were performed using Analysis of variance, One Way Anova test. Level of significance was set to p<0,05. Morphological data were studied with the use of transverse sections of the muscle 8μ thick and dyed with the use of eosin hematoxyline dye. Immunochemistry was used for the evaluation of the cross sectional area of the muscle fibers and the arterioles; antibodies against actine and factor VIII of the arterioles were used respectively. The animals were divided into six groups: Group I: The right common artery of the rats in this group was ligated and measurements were made after 14 days. The left limb muscles were used as control muscles. Group II: The right common iliac artery of the animals of this group was ligated and vitamin C was administrated intraperitoneally (100mgr/24hours). Group HI: The right common iliac artery of the animals of this group was ligated and vitamin E was administrated intraperitoneally (100mgr/24hours). Group IV: The right common iliac artery of the animals of this group was ligated and the animals were trained according to an exercise protocol. The protocol included 10 courses of 5 minutes each of running in a special treadmill with speed of 16meter/min. Between the courses there was a 3 minutes interval. Group V: The right common iliac artery of the animals of this group was ligated and the animals were trained according to an exercise protocol and vitamin C was administrated intraperitoneally 100mgr/24hours). Group VI: The right common iliac artery of the animals of this group was ligated and the animals were trained according to an exercise protocol and vitamin E was administrated intraperitoneally (100mgr/24hours). According to the results: Effects of ligation of the right common iliac artery on the examined muscles: 1. Decrease of the weight of ischemic edl muscle but not of the ischemic sol muscle 2. Decrease of twitch and tetanic tension in both ischemic muscles compared to the controls 3. Decrease of contraction speed of both the ischemic muscles 4. Decrease of cross sectional area of the ischemic sol muscle fibers compared to the controls. The effectiveness of ischemic edl to contract is diminished partially, while in the ischemic sol this is diminished considerably. The sol muscle fibre cross sectional area was affected by the ischemia, while this was not the case in edl muscle. Effects of the ligation of the right common iliac artery after the administration of vitamin C on the examined muscles: 1. Decrease of muscle weight particular of edl compared to the contralateral control. 2. Twitch tension of edl remained unchanged, whereas in sol it was decreased substantially, compared to the contralateral controls. 3. Tetanic tension of edl remained unchanged, whereas in sol it was decreased. 4. The speed of contraction of edl was increased, while in sol it was decreased compared to the contralateral controls. 5. Considerable decrease of the mean cross sectional area of the ischemic muscle fibers of both ischemic muscle compared to the contralateral controls. Therefore, administration of vitamin C in the rats maintained the initial strength of the ischemic edl, but not of the sol, whereas it decreased the cross sectional area. Effects of ligation of the. right common iliac artery after the administration of vitamin E on the examined muscles: 1. Significant decrease of the weight of ischemic muscles, in both edl and sol. 2. Decrease of twitch and tetanic tensions of both the ischemic muscles compared to the contralateral controls. 3. Prolongation of time to peak and half relaxation time of both the ischemic muscles. 4. Decrease of the mean cross sectional area of muscle fibers of edl and sol compared to the contralateral controls. Therefore administration of vitamin E in rats did not significantly improve neither the morphological structure nor the ability of the ischemic muscles to develop tension. Mean cross sectional area and tension (twitch and tetanic) of both ischemic muscles were decreased. Time to peak and half relaxation time were prolonged compared to the contralateral controls. Effects of ligation of the right common iliac artery combined with an exercise protocol on the examined muscles: 1. Maintenance of the ischemic muscle weights compared to the contralateral controls. 2. Twitch tension of edl remained unchanged, while of sol it was decreased compared to the contralateral controls. 3. Prolongation of half relaxation time of both ischemic muscles. Time to peak in edl remained unchanged compared to the contralateral control while in sol it was decreased. 4. Decreased tension of the tetanic contractions of ischemic edl compared to the contralateral control. Sol tetanic tension was decreased in low frequencies of contraction, but there was no difference in high frequencies of tetanic contraction compared to the contralateral controls. 5. The mean cross sectional area of edl muscle fibers was decreased compared to the contralateral controls. The exercise protocol, for rats who sustained ligation of the right common artery, improved the strength as well as the time course of contraction of both the ischemic muscles, even though it induced pathological changes to muscle fiber morphology. Effects of ligation of the right common iliac artery combined with an exercise protocol after the administration of vitamin C on the examined muscles: 1. Decrease of muscle weight of edl compared to the contralateral controls, while the weight of sol remained unchanged. 2. Decrease of twitch and tetanic tensions of both ischemic muscles compared to the contralateral controls. 3. Significant prolongation of half relaxation time of both ischemic muscles compared to the contralateral controls. 4. Decrease of speed contraction of both ischemic muscles compared to the contralateral controls; however, the decrease was statistical significant only for sol ischemic muscle. 5. Significant decrease of the mean cross sectional area of ischemic sol compared to the contralateral controls. In conclusion, administration of vitamin C in ischemic - trained rats did not improve the twitch tension compared to the vitamin C untrained ischemic ones. On the contrary, the speed of contraction of edl muscles was significantly decreased. Vitamin C diminished the difference between the ischemic edl and the contralateral control as regards the mean muscle fiber cross sectional area. This was not the case for sol muscle, which difference remained significantly decreased. Effects of ligation of the right common iliac artery combined with an exercise protocol after the administration of vitamin E in the examined muscles: 1. Decrease of muscle weight of both ischemic muscles compared to the contralateral controls. 2. Decrease of twitch and tetanic tensions of both ischemic muscles compared to the contralateral controls. 3. Insignificant prolongations of time to peak and half relaxation time of both ischemic muscles compared to the contralateral controls; the half relaxation time was statistically significant only in edl muscle. 4. Significant decrease of the mean cross sectional area of muscle fibers of both ischemic muscles compared to the contralateral controls. In conclusion administration of vitamin E in ischemic - trained rats decreased the twitch and tetanic tensions of both ischemic muscles as well as and the mean cross sectional area of muscle fiberscompared to the contralateral controls. Insignificant prolongation of time to peak and half relaxation time of the ischemic muscles compared to the contralateral control was also noted. According to our results exercise training on chronic ischemic muscles improved the time course of muscle contraction, but the damages of ischemia were still present. Ischemic edl but not sol was protected by the administration of vitamin C, no matter whether the rats were exercised or not. On the contrary vitamin E did not protect the ischemic muscles since their ability to contract and the pathological effects of exercise remained unchanged.

Στην εργασία αυτή μελετήθηκε η δράση των βιταμινών C και Ε καθώς και η διακοπτόμενη σωματική άσκηση μέτριας έντασης σε επίμυες με χρόνια ισχαιμία κάτω άκρων. Η απολίνωση της κοινής λαγόνιας αρτηρίας προκάλεσε μείωση της αιματικής παροχής στο άκρο, αλλά διατήρησε την απαραίτητη αιμάτωση των μυών σε ανάπαυση (Angersbach, D. 1988). Ο χρόνος που χρειάσθηκε για την ανάπτυξη παράπλευρης κυκλοφορίας από την έσω σπερματική, την υπογάστρια ή αιδοιϊκή και την αντίθετη κοινή λαγόνια αρτηρία ήταν περίπου 5 εβδομάδες (Dawson, JM. 1990). Η επίδραση της χρόνιας ισχαιμίας των κάτω άκρων μετά την απολίνωση της δεξιάς κοινής λαγόνιας, ελέγχθηκε σε δύο μυς, τον μακρό εκτείνοντα τους δακτύλους και τον υποκνημίδιο. Ως παράμετροι χρησιμοποιήθηκαν οι μονήρεις και οι τετανικές συστολές, οι χρόνοι μέγιστης συστολής και ημίσειας χάλασης, καθώς και το βάρος του δεξιού ισχαιμικού και αριστερού μυός (μάρτυρα) 14 ημέρες μετά την απολίνωση. Για τη στατιστική μελέτη των αποτελεσμάτων μεταξύ του ισχαιμικού και του μάρτυρα μυών χρησιμοποιήθηκε η στατιστική δοκιμασία t-test κατά ζεύγη. Για τις συγκρίσεις μεταξύ των ομάδων χρησιμοποιήθηκε η στατιστική δοκιμασία One Way Anova. Για την εκτίμηση της μορφολογικής εικόνας των μυών χρησιμοποιήθηκαν τομές μετά από χρώση με εωσίνη αιματοξυλίνη. Η εκτίμηση της μέσης επιφάνειας των μυϊκών ινών και των αρτηριδίων έγινε με ανοσοϊστοχημεία (χρώση με αντισώματα έναντι της ακτίνης και του παράγοντα VIII του ενδοθηλίου). Τα πειραματόζωα χωρίστηκαν σε έξι ομάδες. Η ομάδα Ι περιλάμβανε επίμυες οι οποίοι υπέστησαν απολίνωση της δεξιάς κοινής λαγόνιας αρτηρίας. Το αριστερό άκρο χρησιμοποιήθηκε ως μάρτυρας. Η ομάδα II περιλάμβανε επίμυες οι οποίοι υπέστησαν απολίνωση της δεξιάς κοινής λαγόνιας, και τους χορηγήθηκε και βιταμίνη C (100mgr/24ώρες). Η ομάδα III περιλάμβανε επίμυες οι οποίοι υπέστησαν απολίνωση της δεξιάς κοινής λαγόνιας και τους χορηγήθηκε και βιταμίνη Ε (100mgr/24ώρες). Η ομάδα IV περιλάμβανε επίμυες οι οποίοι υπέστησαν απολίνωση της δεξιάς κοινής λαγόνιας αρτηρίας και υποβλήθηκαν και σε πρωτόκολλο διακοπτόμενης άσκησης μέτριας βαρύτητας. Το πρωτόκολλο της άσκησης περιλάμβανε 10 συνεδρίες των 5 λεπτών, τρέξιμο σε ειδικό κυλιόμενο τάπητα με ταχύτητα 16μέτρα/λεπτό, με ανάπαυση των επιμύων επί 3 λεπτά ανάμεσα στις συνεδρίες. Η ομάδα V περιλάμβανε επίμυες οι οποίοι υπέστησαν απολίνωση της δεξιάς κοινής λαγόνιας αρτηρίας, τους χορηγήθηκε βιταμίνη C (100mgr/24ώρες) και συμμετείχαν σε πρωτόκολλο άσκησης. Η ομάδα VI περιλάμβανε επίμυες οι οποίοι υπέστησαν απολίνωση της δεξιάς κοινής λαγόνιας αρτηρίας τους χορηγήθηκε βιταμίνη Ε (100mgr/24ώρες) και συμμετείχαν στο πρωτόκολλο άσκησης. Από τα αποτελέσματα μας συμπεραίνεται ότι: Η απολίνωση της κοινής λαγόνιας αρτηρίας προκάλεσε: 1. Μείωση του βάρους του ισχαιμικού ΜΕΔ μυός. 2. Μείωση του ύψους των μονήρων και τετανικών συστολών και στους δύο εξεταζόμενους ισχαιμικούς μύες σε σχέση με τους αντίστοιχους μάρτυρες. 3. Μείωση της ταχύτητας συστολής των δύο ισχαιμικών μυών. 4. Μείωση της μέσης επιφάνειας των μυϊκών ινών του ισχαιμικού ΥΠΚ σε σχέση με τον αντίστοιχο μάρτυρα. Η απολίνωση της κοινής λαγόνιας αρτηρίας μείωσε μερικά την απόδοση του ισχαιμικού ΜΕΔ, ενώ του ΥΠΚ την περιόρισε αρκετά. Η μέση επιφάνεια του ΜΕΔ δεν επηρεάστηκε ιδιαίτερα ενώ του ΥΠΚ παρουσίασε σημαντική μείωση. Η χορήγηση βιταμίνης C στους επίμυες οι οποίοι υπέστησαν απολίνωση της δεξιάς κοινής λαγόνιας προκάλεσε: 1. Μείωση του βάρους των ισχαιμικών μυών, ιδιαίτερα δε του ΜΕΔ 2. Διατήρηση του ύψους της μονήρους συστολής του ισχαιμικού ΜΕΔ μυός, ενώ του ΥΠΚ μυός υπέστη σημαντική μείωση. 3. Διατήρηση του ύψους των τετανικών συστολών του ισχαιμικού ΜΕΔ μυός ενώ του ΥΠΚ μυός μειώθηκαν. 4. Μεταβολή της ταχύτητας συστολής των ισχαιμικών μυών: αύξηση στον ΜΕΔ, μείωση στον ΥΠΚ. 5. Σημαντική μείωση της μέσης επιφάνειας των ισχαιμικών μυϊκών ινών, τόσο του ΜΕΔ μυός όσο και του ΥΠΚ. Με τη χορήγηση της βιταμίνης C διατηρήθηκε το ύψος των συστολών του ισχαιμικού ΜΕΔ, αλλά μειώθηκε η μέση επιφάνεια των μυϊκών ινών. Αντίθετα στον ΥΠΚ μυ το ύψος των συστολών δεν διατηρήθηκε στα επίπεδα του μάρτυρα, ενώ η μέση επιφάνεια των μυϊκών ινών του ισχαιμικού ΥΠΚ μυός παρουσίασε σημαντική μείωση. Η χορήγηση βιταμίνης Ε στους επίμυες οι οποίοι υπέστησαν απολίνωση της δεξιάς κοινής λαγόνιας προκάλεσε: 1. Σημαντική μείωση του βάρους των ισχαιμικών ΜΕΔ και ΥΠΚ μυών. 2. Πτώση της δύναμης των μονήρων και τετανικών συστολών των ισχαιμικών ΜΕΔ και ΥΠΚ μυών. 3. Παράταση του χρόνου μέγιστης συστολής και του χρόνου ημίσειας χαλάρωσης και για τους δύο ισχαιμικούς μυς. 4. Μείωση της μέσης επιφάνειας των ισχαιμικών μυϊκών ινών του ΜΕΔ και ΥΠΚ μυών. Η χορήγηση της βιταμίνης Ε δεν «βελτίωσε» ικανοποιητικά τη λειτουργικότητα ούτε τις μορφολογικές αλλοιώσεις των ισχαιμικών ΜΕΔ και ΥΠΚ. Οι ισχαιμικοί μύες παρουσίασαν μείωση του βάρους τους και πτώση της δύναμης τους τόσο στις μονήρεις όσο και στις τετανικές μυϊκές συστολές τους. Επίσης εμφανίστηκε παράταση των χρόνων μέγιστης σύσπασης και ημίσειας χαλάρωσης, καθώς και μείωση της μέσης επιφάνειας των μυϊκών ινών τους. Η απολίνωση της κοινής λαγόνιας αρτηρίας σε συνδυασμό με τη διακοπτόμενη σωματική άσκηση προκάλεσε: 1. Διατήρηση του βάρους των ισχαιμικών μυών στα επίπεδα του αντίστοιχου μάρτυρα. 2. Διατήρηση της δύναμης μονήρους συστολής του ισχαιμικού ΜΕΔ μυός στα επίπεδα του αντίστοιχου μάρτυρα ενώ στον ΥΠΚ μυ η παράμετρος αυτή ελαττώθηκε. 3. Παράταση του χρόνου ημίσειας χάλασης των ισχαιμικών ΜΕΔ και ΥΠΚ μυών. Αντίθετα, ο χρόνος μέγιστης συστολής στον ισχαιμικό ΜΕΔ παρέμεινε στα επίπεδα του μάρτυρα ενώ στον ισχαιμικό ΥΠΚ μειώθηκε. 4. Μείωση της δύναμης των τετανικών συστολών του ισχαιμικού ΜΕΔ μυός σε σχέση με τον αντίστοιχο μάρτυρα. Ο ισχαιμικός ΥΠΚ μυς εμφάνισε μείωση της δύναμης του στις χαμηλές συχνότητες τετανικών συστολών σε σχέση με τον αντίστοιχο μάρτυρα, ενώ στις υψηλές συχνότητες δεν παρατηρήθηκε διαφορά. 5. Η μέση επιφάνεια των μυϊκών ινών του ισχαιμικού ΜΕΔ μυός παρουσίασε σημαντική μείωση σε σχέση με τον αντίστοιχο μάρτυρα μυ ενώ του ισχαιμικού ΥΠΚ μυός όχι. Η διακοπτόμενη σωματική άσκηση ήπιας έντασης σε αυτό το πειραματικό μοντέλο έδειξε ότι βελτιώνει τόσο την ένταση της μονήρους συστολής όσο και το χρόνο σύσπασης των ισχαιμικών ΜΕΔ και ΥΠΚ μυών. Παρατηρήθηκε ότι ο χρόνος ανάπτυξης δύναμης και των δύο ισχαιμικών μύων παρέμεινε στα επίπεδα των μαρτύρων και ότι για τον ΥΠΚ ο χρόνος συστολής ήταν ο χαμηλότερος που καταγράφηκε από όλες τις ομάδες. Η απολίνωση της κοινής λαγόνιας αρτηρίας σε συνδυασμό με τη χορήγηση βιταμίνης C και τη διακοπτόμενη σωματική άσκηση προκάλεσε: 1. Μείωση του βάρους του ισχαιμικού ΜΕΔ μυός σε σχέση με το μάρτυρα, αλλά διατήρηση του βάρους του ισχαιμικού ΥΠΚ μυός. 2. Πτώση του ύψους των μονήρων και τετανικών συστολών των ισχαιμικών ΜΕΔ και ΥΠΚ μυών σε σχέση με τους αντίστοιχους μάρτυρες. 3. Παράταση του χρόνου μέγιστης συστολής των ισχαιμικών ΜΕΔ και ΥΠΚ μυών και σημαντική παράταση του χρόνου ημίσειας χαλάρωσης τους. 4. Μείωση της ταχύτητας ανάπτυξης δύναμης των ισχαιμικών ΥΠΚ και ΜΕΔ. Για τον ισχαιμικό ΜΕΔ η μείωση ήταν στατιστικά σημαντική. 5. Σημαντική μείωση της μέσης επιφάνειας των μυϊκών ινών του ισχαιμικού ΥΠΚ, όχι όμως και του ισχαιμικού ΜΕΔ μυός. Η χορήγηση της βιταμίνης C στους επίμυες που υποβλήθηκαν σε σωματική άσκηση δε βελτίωσε ιδιαίτερα τη δύναμη της μονήρους συστολής σε σχέση με αυτά που ασκήθηκαν χωρίς όμως τη χορήγηση βιταμινών. Αντίθετα, μειώθηκε σημαντικά η ταχύτητα σύσπασης των ισχαιμικών ΜΕΔ μυών. Η χορήγηση της βιταμίνης C σε συνδυασμό με την άσκηση, δεν βελτίωσε τις παθολογικές αλλοιώσεις των μυϊκών ινών αλλά μείωσε τη διαφορά της μέσης επιφάνειας των μυϊκών ινών μεταξύ του ισχαιμικού ΜΕΔ και του αντίστοιχου μάρτυρα σε σχέση με τους επίμυες που τους χορηγήθηκε η βιταμίνη χωρίς να υποβληθούν σε άσκηση. Αντίθετα για τον ισχαιμικό ΥΠΚ της ίδιας ομάδας η μέση επιφάνεια των μυϊκών ινών σε σχέση με του μάρτυρα παρέμεινε μειωμένη. Η απολίνωση της κοινής λαγόνιας αρτηρίας σε συνδυασμό με τη χορήγηση της βιταμίνης Ε και της διακοπτόμενης σωματικής άσκησης προκάλεσε: 1. Μείωση του βάρους των ισχαιμικών ΜΕΔ και ΥΠΚ μυών σε σχέση με τους αντίστοιχους μάρτυρες. 2. Μείωση της δύναμης μονήρους και τετανικών συστολών των ισχαιμικών ΜΕΔ και ΥΠΚ μυών. Στις τετανικές συστολές υψηλής συχνότητας, η διαφορά της δύναμης του ισχαιμικού ΥΠΚ μυός σε σχέση με τον αντίστοιχο μάρτυρα μειώθηκε. 3. Παράταση του χρόνου μέγιστης συστολής και ημίσειας χαλάρωσης των ισχαιμικών ΜΕΔ και ΥΠΚ μυών, ενώ του ισχαιμικού ΜΕΔ η παράταση του χρόνου ημίσειας χαλάρωσης ήταν στατιστικά σημαντική. 4. Σημαντική μείωση της μέσης επιφάνειας των ισχαιμικών μυϊκών ινών των ΜΕΔ και ΥΠΚ μυών σε σχέση με τους αντίστοιχους μάρτυρες. Συμπεραίνεται ότι η χορήγηση της βιταμίνης Ε στους επίμυες που είχαν υποστεί απολίνωση της κοινής λαγόνιας αρτηρίας και υποβλήθηκαν σε διακοπτόμενη σωματική άσκηση παρουσίασε μείωση της δύναμης των ισχαιμικών ΜΕΔ και ΥΠΚ μυών στις μονήρεις και τετανικές συστολές και μείωση της μέσης επιφάνειας των μυϊκών ινών τους. Παράλληλα παρατηρήθηκε παράταση του χρόνου μέγιστης συστολής και ημίσειας χαλάρωσης των ισχαιμικών ΜΕΔ και ΥΠΚ σε σχέση με τους αντίστοιχους μάρτυρες. Από τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης διαπιστώθηκε ότι σε χρόνια ισχαιμία, η διακοπτόμενη άσκηση βελτίωσε την απόδοση των μυών (ΜΕΔ και ΥΠΚ) αλλά δε μείωσε τις βλάβες που προκαλεί η ισχαιμία. Επίσης παρατηρήθηκε ότι η χορήγηση της βιταμίνης C βελτίωσε τις βλάβες που προκάλεσε η ισχαιμία στον ΜΕΔ ενώ η χορήγηση των 100mgr/24ώρο δεν προστάτευσε τον ΥΠΚ, ανεξάρτητα από το αν οι επίμυες υποβλήθηκαν σε σωματική άσκηση ή όχι. Τέλος η βιταμίνη Ε δεν πρόσφερε προστασία στους ισχαιμικούς σκελετικούς μυς όπως φάνηκε από τη διαταραγμένη μορφολογία τους και την αλλοιωμένη απόδοση τους.