Preview

Вестник Московского университета. Серия 16. Биология

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Диафрагма: связь регуляции кровоснабжения с особенностями сократительной функции

Полный текст:

Аннотация

Диафрагма – уникальная скелетная мышца, она активна в течение всей жизни организма и поэтому отличается от локомоторных мышц по свойствам мышечных волокон и механизмам регуляции кровеносного русла. В данном обзоре мы ставили перед собой задачи рассмотреть особенности строения мышечной ткани диафрагмы, которые обеспечивают ее интегральные сократительные характеристики, сопоставить механизмы регуляции тонуса сосудов в диафрагме и локомоторных мышцах и показать взаимосвязь регуляторных механизмов сосудистого тонуса в диафрагме с особенностями ее сократительной функции. Диафрагма отличается от большинства других скелетных мышц высоким содержанием как медленных низкоутомляемых мышечных волокон типа I, так и быстрых волокон типа IIb, что обеспечивает выносливость и высокие скоростно-силовые характеристики диафрагмы. Мышечные волокна в диафрагме мельче, а плотность капиллярного русла намного выше, чем в локомоторных мышцах. Поступление крови в капиллярное русло диафрагмы регулируют артерии и артериолы, которые по регуляторным механизмам частично сходны с сосудами мышц, состоящих преимущественно из оксидативных мышечных волокон, а частично – с сосудами мышц, состоящих из преимущественно гликолитических мышечных волокон. Такое разнообразие регуляторных механизмов обеспечивает кровоснабжение диафрагмы, адекватное ее функциональной нагрузке при различных режимах активности. Активность некоторых механизмов регуляции тонуса сосудов сильно различается на проксимальном и дистальном участках сосудистого русла диафрагмы, при этом функциональные особенности проксимальных артерий частично объясняются их близостью к аорте и небольшой длиной. Особенности сократительной функции и кровоснабжения диафрагмы в различных условиях надо учитывать при проведении тренировок дыхательной мускулатуры в спортивной и восстановительной медицине.

Об авторах

А. А. Борзых
Институт медико-биологических проблем РАН
Россия

Борзых Анна Анатольевна – канд. биол. наук, науч. сотр. лаборатории физиологии мышечной деятельности ГНЦ РФ ИМБП РАН.

123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, д. 76А.



О. Л. Виноградова
Институт медико-биологических проблем РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Виноградова Ольга Леонидовна – докт. биол. наук, проф., вед. науч. сотр. лаборатории физиологии мышечной деятельности ГНЦ РФ ИМБП РАН, проф. кафедры экстремальной и экологической медицины факультета фундаментальной медицины МГУ.

123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, д. 76А;

119991, г. Москва, Ломоносовский пр-т., д. 27, корп. 1.



О. С. Тарасова
Институт медико-биологических проблем РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия

Тарасова Ольга Сергеевна – докт. биол. наук, доц., вед. науч. сотр. лаборатории физиологии мышечной деятельности ГНЦ РФ ИМБП РАН, проф. кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ.

123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, д. 76А;

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12.



Список литературы

1. Fogarty M.J., Sieck G.C. Evolution and functional differentiation of the diaphragm muscle of mammals // Compr. Physiol. 2019. Vol. 9. N 2. P. 715–766.

2. Manohar M. Costal vs. crural diaphragmatic blood flow during submaximal and near-maximal exercise in ponies // J. Appl. Physiol. 1988. Vol. 65. N 4. P. 1514–1519.

3. Kirkton S.D., Howlett R.A., Gonzalez N.C., Giuliano P.G., Britton S.L., Koch L.G., Wagner H.E., Wagner P.D. Continued artificial selection for running endurance in rats is associated with improved lung function // J. Appl. Physiol. 2009. Vol. 106. N 6. P. 1810–1818.

4. Rosser-Stanford B., Backx K., Lord R., Williams E.M. Static and dynamic lung volumes in swimmers and their ventilatory response to maximal exercise // Lung. 2019. Vol. 197. N 1. P. 15–19.

5. Neder J.A., Dal Corso S., Malaguti C., Reis S., De Fuccio M.B., Schmidt H., Fuld J.P., Nery L.E. The pattern and timing of breathing during incremental exercise: A normative study // Eur. Respir. J. 2003. Vol. 21. N 3. P. 530–538.

6. Fogarty M.J., Mantilla C.B., Sieck G.C. Breathing: Motor control of diaphragm muscle // Physiology (Bethesda). 2018. Vol. 33. N 2. P. 113–126.

7. Schiaffino S., Reggiani C. Fiber types in mammalian skeletal muscles // Physiol. Rev. 2011. Vol. 91. N 4. P. 1447–1531.

8. Schiaffino S., Sandri M., Murgia M. Activitydependent signaling pathways controlling muscle diversity and plasticity // Physiology (Bethesda). 2007. Vol. 22. N 4. P. 269–278.

9. Bloemberg D., Quadrilatero J. Rapid determination of myosin heavy chain expression in rat, mouse, and human skeletal muscle using multicolor immunofluorescence analysis // PLoS One. 2012. Vol. 7. N 4: e35273.

10. Delp M.D., Duan C. Composition and size of type I, IIA, IID/X, and IIB fibers and citrate synthase activity of rat muscle // J. Appl. Physiol. 1996. Vol. 80. N 1. P. 261–270.

11. Тарасова О.С., Каленчук В.У., Борзых А.А., Андреев-Андриевский А.А, Буравков С.В., Шарова А.П., Виноградова О.Л. Сравнение вазомоторных реакций и иннервации мелких артерий локомоторной и дыхательной мускулатуры у крыс // Биофизика. 2008. Т. 53. №. 6. С. 1095–1102.

12. Borzykh A.A., Andreev-Andrievskiy A.A., Kalenchuk V.U., Mochalov S.V., Buravkov S.V., Kuzmin I.V., Borovik A.S., Vinogradova O.L., Tarasova O.S. Strategies of adaptation of small arteries in diaphragm and gastrocnemius muscle to aerobic exercise training // Hum. Physiol. 2017. Vol. 43. N 4. P. 437–445.

13. Metzger J.M., Scheidt K.B., Fitts R.H. Histochemical and physiological characteristics of the rat diaphragm // J. Appl. Physiol. 1985. Vol. 58. N 4. P. 1085–1091.

14. Борзых А.А., Гайнуллина Д.К., Кузьмин И.В., Шарова А.П., Тарасова О.С., Виноградова О.Л. Сравнительный анализ экспрессии генов в локомоторных мышцах и диафрагме крысы // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2012. Т. 98. № 12. С. 1587–1594.

15. Uribe J.M., Stump C.S., Tipton C.M., Fregosi R.F. Influence of exercise training on the oxidative capacity of rat abdominal muscles // Respir. Physiol. 1992. Vol. 88. N 1–2. P. 171–180.

16. Metzger J.M., Fitts R.H. Contractile and biochemical properties of diaphragm: effects of exercise training and fatigue // J. Appl. Physiol. 1986. Vol. 60. N 5. P. 1752–1758.

17. Popov D.V. Adaptation of skeletal muscles to contractile activity of varying duration and intensity: the role of PGC-1α // Biochemistry (Moscow). 2018. Vol. 83. N 6. P. 613–628.

18. Suzuki J. Microvascular remodelling after endurance training with Co 2+ treatment in the rat diaphragm and hindleg muscles // Jpn. J. Physiol. 2002. Vol. 52. N 5. P. 409–419.

19. Gute D., Fraga C., Laughlin M.H., Amann J.F. Regional changes in capillary supply in skeletal muscle of high-intensity endurance-trained rats // J. Appl. Physiol. 1996. Vol. 81. N 2. P. 619–626.

20. Green H.J., Plyley M.J., Smith D.M., Kile J.G. Extreme endurance training and fiber type adaptation in rat diaphragm // J. Appl. Physiol. 1989. Vol. 66. N 4. P. 1914–1920.

21. Gosselin L.E., Betlach M., Vailas A.C., Thomas D.P. Training-induced alterations in young and senescent rat diaphragm muscle // J. Appl. Physiol. 1992. Vol. 72. N 4. P. 1506–1511.

22. Domínguez-Álvarez M., Gea J., Barreiro E. Inflammatory events and oxidant production in the diaphragm, gastrocnemius, and blood of rats exposed to chronic intermittent hypoxia: therapeutic strategies // J. Cell. Physiol. 2017. Vol. 232. N 5. P. 1165–1175.

23. Armstrong R.B., Laughlin M.H. Metabolic indicators of fibre recruitment in mammalian muscles during locomotion // J. Exp. Biol. 1985. Vol. 115. P. 201–213.

24. Joyner M.J., Casey D.P. Regulation of increased blood flow (Hyperemia) to muscles during exercise: A hierarchy of competing physiological needs // Physiol. Rev. 2015. Vol. 95. N 2. P. 549–601.

25. Murrant C.L., Sarelius I.H. Local control of blood flow during active hyperaemia: What kinds of integration are important? // J. Physiol. 2015. Vol. 593. N 21. P. 4699–4711.

26. Sexton W.L., Poole D.C. Costal diaphragm blood flow heterogeneity at rest and during exercise // Respir. Physiol. 1995. Vol. 101. N 2. P. 171–182.

27. Laughlin M.H., Armstrong R.B. Rat muscle blood flows as a function of time during prolonged slow treadmill exercise // Am. J. Physiol. 1983. Vol. 244. N 6. P. H814–824.

28. Sarelius I., Pohl U. Control of muscle blood flow during exercise: local factors and integrative mechanisms // Acta Physiol. (Oxf.). 2010. Vol. 199. N 4. P. 349–365.

29. Bagher P., Segal S.S. Regulation of blood flow in the microcirculation: Role of conducted vasodilation // Acta Physiologica. 2011. Vol. 202. N 3. P. 271–284.

30. Мелькумянц А.М. О роли эндотелиального гликокаликса в механогенной регуляции сопротивления артериальных сосудов // Успехи физиол. наук. 2012. Т. 43. № 4. С. 45–58.

31. Fixler D.E., Atkins J.M., Mitchell J.H., Horwitz L.D. Blood flow to respiratory, cardiac, and limb muscles in dogs during graded exercise // Am. J. Physiol. 1976. Vol. 231. N 5. P. 1515–1519.

32. Manohar M. Inspiratory and expiratory muscle perfusion in maximally exercised ponies // J. Appl. Physiol. 1990. Vol. 68. N 2. P. 544–548.

33. Nobrega A.C.L., O’Leary D., Silva B.M., Marongiu E., Piepoli M.F., Crisafulli A. Neural regulation of cardiovascular response to exercise: role of central command and peripheral afferents // Biomed Res. Int. 2014. Vol. 2014. P. 478965.

34. O’Leary D.S., Robinson E.D., Butler J.L. Is active skeletal muscle functionally vasoconstricted during dynamic exercise in conscious dogs? // Am. J. Physiol. 1997. Vol. 272. N 1. P. R386–R391.

35. Manohar M. Vasodilator reserve in respiratory muscles during maximal exertion in ponies // J. Appl. Physiol (1985). 1986. Vol. 60. N 5. P. 1571–1577.

36. Sheel A.W., Boushel R., Dempsey J.A. Competition for blood flow distribution between respiratory and locomotor muscles: Implications for muscle fatigue // J. Appl. Physiol. 2018. Vol. 125. N 3. P. 820–831.

37. Dempsey J.A., Romer L., Rodman J., Miller J., Smith C. Consequences of exercise-induced respiratory muscle work // Respir. Physiol. Neurobiol. 2006. Vol. 151. N 2–3. P. 242–250.

38. Laughlin M.H., Armstrong R.B. Adrenoreceptor effects on rat muscle blood flow during treadmill exercise // J. Appl. Physiol. 1987. Vol. 62. N 4. P. 1465–1472.

39. Behnke B.J., Armstrong R.B., Delp M.D. Adrenergic control of vascular resistance varies in muscles composed of different fiber types: Influence of the vascular endothelium // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2011. Vol. 301. N 3. P. R783–R790.

40. Hilton S.M., Jeffries M.G., Vrbová G. Functional specializations of the vascular bed of soleus // J. Physiol. 1970. Vol. 206. N 3. P. 543–562.

41. Aaker A., Laughlin M.H. Diaphragm arterioles are less responsive to alpha1-adrenergic constriction than gastrocnemius arterioles // J. Appl. Physiol. 2002. Vol. 92. N 5. P. 1808–1816.

42. Laughlin M.H., Woodman C.R., Schrage W.G., Gute D., Price E.M. Interval sprint training enhances endothelial function and eNOS content in some arteries that perfuse white gastrocnemius muscle // J. Appl. Physiol. 2004. Vol. 96. N 1. P. 233–244.

43. Van Teeffelen J.W.G.E., Segal S.S. Interaction between sympathetic nerve activation and muscle fibre contraction in resistance vessels of hamster retractor muscle // J Physiol. 2003. Vol. 550. N. 2. P. 563–574.

44. McCurdy M.R., Colleran P.N., Muller-Delp J., Delp M.D. Effects of fiber composition and hindlimb unloading on the vasodilator properties of skeletal muscle arterioles // J. Appl. Physiol. 2000. Vol. 89. N 1. P. 398–405.

45. Schwartz L.M., McKenzie J.E. Adenosine and active hyperemia in soleus and gracilis muscle of cats // Am. J. Physiol. 1990. Vol. 259. N 4. P. H1295–H1304.

46. Muller-Delp J.M., Spier S.A., Ramsey M.W., Delp M.D. Aging impairs endothelium-dependent vasodilation in rat skeletal muscle arterioles // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2002. Vol. 283. N 4. P. H1662–H1672.

47. Aaker A., Laughlin M.H. Differential adenosine sensitivity of diaphragm and skeletal muscle arterioles // J. Appl. Physiol. 2002. Vol. 93. N 3. P. 848–856.

48. Гайнуллина Д.К., Кирюхина О.О., Тарасова О.С. Оксид азота в эндотелии сосудов: регуляция продукции и механизмы действия // Успехи физиол. наук. 2013. Т. 44. № 4. С. 88–102.

49. McAllister R.M. Endothelium-dependent vasodilation in different rat hindlimb skeletal muscles // J. Appl. Physiol. 2003. Vol. 94. N 5. P. 1777–1784.

50. Copp S.W., Holdsworth C.T., Ferguson S.K., Hirai D.M., Poole D.C., Musch T.I. Muscle fibre-type dependence of neuronal nitric oxide synthase-mediated vascular control in the rat during high speed treadmill running // J. Physiol. 2013. Vol. 591. N 11. P. 2885–2896.

51. Shipley R.D., Kim S.J., Muller-Delp J.M. Time course of flow-induced vasodilation in skeletal muscle: contributions of dilator and constrictor mechanisms // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2005. Vol. 288. N 4. P. H1499–H1507.

52. Александрова Н.П., Баранов В.М., Тихонов М.А., Колесников В.И., Котов А.Н., Кочанов В.С. Влияние антиортостатической гипокинезии на функциональное состояние диафрагмы у крыс // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2005. Vol. 91. N 11. P. 1312–1319.

53. Neder J.A., Marillier M., Bernard A., Matthew J.D., Kathryn M.M., O’Donnell D.E. The integrative physiology of exercise training in patients with COPD // COPD: 2019. Vol. 16. N 2. P. 182–195.

54. Illi S.K. Held U., Frank I., Spengler C.M. Effect of respiratory muscle training on exercise performance in healthy individuals: A systematic review and metaanalysis // Sports Med. 2012. Vol. 42. N 8. P. 707–724.


Для цитирования:


Борзых А.А., Виноградова О.Л., Тарасова О.С. Диафрагма: связь регуляции кровоснабжения с особенностями сократительной функции. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2020;75(2):55-64.

For citation:


Borzykh A.A., Vinogradova O.L., Tarasova O.S. Diaphragm: relationship between the regulation of blood supply and the characteristics of the contractile function. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2020;75(2):55-64. (In Russ.)

Просмотров: 183


ISSN 0137-0952 (Print)