Общеизвестно, что при возбуждении мотонейрона в норме может регистрироваться потенциал действия (ПД) мышечного волокна, а само волокно будет сокращаться. ПД мышечных волокон предшествуют деполяризующие потенциалы концевой пластинки. Они возникают в ответ на поступление импульсов по мотонейронам, названы потенциалами концевой пластинки (ПКП) и относятся к постсинаптическим потенциалам. ПКП имеют максимальную амплитуду в области концевой пластинки, экспоненциально уменьшаются и исчезают по мере удаления от нее.

Классические эксперименты в лаборатории Бернарда Катца показали, что если подействовать на нервно-мышечный препарат ядом кураре (синтетический аналог - d–тубокурарин), блокатором постсинаптических Н-холинорецепторов, то величина ПКП становится меньше. d–тубокурарин используется для мышечной релаксации при операциях под общей анестезией. Как известно, d–тубокурарин является конкурентным антагонистом ацетилхолина. То есть при определенной концентрации он, полностью вытесняя ацетилхолин, не дает связываться последнему с никотиновыми холинорецепторами. Таким образом, применяя Н-холиноблокаторы, невозможно проследить весь ход коррелирования модуляции амплитуды вызванных токов концевой пластинки и силы сокращения мышцы, так как при определенной концентрации агента постсинаптические потенциалы просто исчезают. Кроме того, блокаторы холинорецепторов не только снижают амплитуду ПКП, но и изменяют их временные характеристики, что вносит свой существенный модулирующий эффект в генерацию ПД в околосинаптической области мышечного волокна.

Постепенное снижение собственно амплитуды постсинаптических ответов можно получить, используя модуляторы величины квантового состава нейромедиатора. Поиск эффективных (чье действие было бы крайне выражено, но обратимо) пресинаптических модуляторов мионевральной передачи идет, не прекращаясь, всю историю синаптологии, то есть более ста лет. В последнее время все больше ученых на основе всесторонних исследований приходят к выводу, что наиболее эффективными модуляторами нервно-мышечной передачи являются пуринергические эндогенные синаптические агенты – комедиатор ацетилхолина аденозинтрифосфат (АТФ) и его самый устойчивый метаболит – аденозин.

Ранее нами получены данные, что эти два пурина в физиологической концентрации имеют выраженный депрессорный эффект как на амплитуду постсинаптических ответов, так и на силу сокращения портняжной мышцы лягушки. Причем запас усиления ингибиторного влияния на эти параметры при увеличении концентрации данных пуринов выражен, как ни у одного другого эндогенного модулятора, так нами показано, что, к примеру, АТФ участвует в аккумуляции высвобождаемых при стрессе и гипертермии мышечных усилий. Исходя из всего этого, для выявления передаточных соотношений в работе двигательной единицы мы задались целью зарегистрировать и сопоставить изменения параметров вызванных ответов концевой пластинки и сокращения скелетной мышцы лягушки под влиянием АТФ и аденозина в концентрациях, различающихся до 5 порядков.

Стандартные электрофизиологические эксперименты проводились на лягушках Rana radibunda при комнатной температуре согласно Европейской Конвенции по защите лабораторных позвоночных животных с разрешением Этического комитета КазГМУ.

Статистический анализ данных был проведен с использованием пакета программ OriginPro 8. Нормальность распределения данных была проверена тестом Колмогорова-Смирнова. Результаты экспериментов были нормализованы относительно контроля и представлены как среднее ± стандартное отклонение, в процентах. Был проведен регрессионный анализ на наличие функциональной взаимосвязи, а также тест информационного критерия Акаике, для выбора оптимального уравнения регрессии. Для построения нелинейной кривой зависимости между амплитудой токов концевой пластинки и силы сокращения был использован метод ортогональной регрессии. Статистическая значимость была проверена с анализом дисперсии (ANOVA).

Мы установили, что при ингибировании как аденозином, так и АТФ амплитуды постсинаптических ответов вплоть до 2/3 от начальных значений снижение силы сокращения выражено в меньшей степени – как квадратный корень от значения сниженной амплитуды постсинаптических ответов (при тривиальном нормировании). При дальнейшей вызванной пресинаптическими ингибиторами депрессии эффект на амплитуду постсинаптических ответов становился равным по значению снижению силы сокращений. Полученные соотношения могут быть использованы для пересчета того влияния, которое оказывается на силу сокращения мышцы, когда известен лишь эффект в нервно-мышечном синапсе того или иного модулятора.

It is well known that, upon excitation of a motor neuron, an action potential (AP) of a muscle fiber can normally be recorded, and the fiber itself will contract. AP of muscle fibers is preceded by depolarizing potentials of the end plate. These arise in response to the entry of impulses along motor neurons and are called the end plate potentials (EPPs) and belong to the postsynaptic potentials. EPPs have maximum amplitude in the region of the end plate, decrease exponentially and disappear as they move away from it.

Classical experiments in Bernard Katz’s laboratory showed that if a neuromuscular agent is affected by curare (or its synthetic analogue - d–tubocurarine), a blocker of postsynaptic H-cholinergic receptors, the EPP value becomes smaller. d-tubocurarine is used for muscle relaxation during surgeries under general anesthesia. It is known that d-tubocurarine is a competitive acetylcholine antagonist. That is, at a certain concentration, it completely displaces acetylcholine, and does not allow the latter to bind to nicotinic cholinergic receptors. Thus, when using H-cholinergic antagonist, it is impossible to trace the entire course of the correlation between the amplitude modulation of the evoked end plate currents and the muscle contraction force, since at a certain concentration of the agent, postsynaptic potentials simply disappear. In addition, the cholinergic receptor blockers not only reduce the amplitude of EPP, but also change their temporal characteristics, and that has a significant modulating effect on AP generation in the near-synaptic region of the muscle fiber.

A gradual decrease of the postsynaptic response amplitudes can be obtained using the modulators of the neurotransmitter composition. The search for effective (with extremely pronounced but reversible effect) presynaptic modulators of myoneural transmission has been ongoing throughout the history of synaptology. On the basis of comprehensive studies it become apparent that the purinergic endogenous synaptic agents - the co-mediators of acetylcholine - adenosine triphosphate (ATP) and its most stable metabolite - adenosine are among the most effective modulators of neuromuscular transmission.

Earlier we obtained data that these two purines in physiological concentrations have a pronounced depressant effect both on the amplitude of postsynaptic responses and on the contraction force of the frog sartorius muscle (tailor’s muscle). Moreover, the enhancement reserve of the inhibitory effect on these parameters with an increase of these purines concentration is pronounced like no other endogenous modulator gives. We have shown, for example, that ATP is involved in the accumulation of muscle efforts released under stress and hyperthermia. Taking all this into account, in order to reveal the transmission correlations in the work of the motor unit, we aimed to record and compare changes in the parameters of the evoked responses of the end plate and contraction of the frog skeletal muscle under the influence of ATP and adenosine at concentrations differing by up to 5 orders of magnitude.

Standard electrophysiological experiments were performed on Rana radibunda frogs at room temperature in accordance with the European Convention for the Protection of Laboratory Vertebrate Animals with the permission of the Ethical Committee of Kazan State Medical University.

Statistical analysis of the data was performed using the OriginPro 8 software package. The normality of the data distribution was verified by the Kolmogorov-Smirnov test. Experimental results were normalized relative to the control and presented as the mean ± standard deviation, in percentages. Regression analysis for the presence of a functional relationship was performed, as well as the Akaike information criterion test, to select the optimal regression equation. The orthogonal regression method was used to construct a non-linear curve of the relationship between the amplitude of the end plate currents and the contraction force. Statistical significance was tested with analysis of variance (ANOVA).

We found that when inhibiting by either adenosine or ATP the amplitudes of postsynaptic responses of down to 2/3 of the initial values, the decrease of contraction force was less pronounced - as the square root of the value of the reduced amplitude of the postsynaptic responses (with trivial normalization). With further depression induced by these inhibitors the effect on the amplitude of postsynaptic responses became equal in value to a decrease of the contraction force. The obtained ratios can be used to recalculate the effect on the muscle contraction force, when only the effect in the neuromuscular synapse of some modulator is known.