Analele SNBC Vol. XIII/2008 CAP. II – Date Morfofiziologice şi Biochimice

- 128 -

MODEL EXPERIMENTAL DE EVALUARE IN VIVO A EFECTELOR MIORELAXANTELOR ASUPRA TONUSULUI MUSCULAR BAZAL

Oana M. Duicu, O. Fira-Mladinescu , Danina Muntean, Andreea Raducan, Nicoleta Mirica, Germaine Savoiu, M. Hancu, A. Cristescu

UNIVERSITATEA DE MEDICINĂ ŞI FARMACIE “VICTOR BABEŞ” TIMIŞOARA, DEPARTAMENTUL DE FIZIOPATOLOGIE

EXPERIMENTAL MODEL FOR IN VIVO TESTING OF MIORELAXANT DRUGS ON MUSCLE TONE UNDER BASAL CONDITION

Abstract. The transversal deformation response force is an useful parameter for in vivo evaluation of skeletal muscle contractile response in basal conditions, electrical stimulation (induced tetany) or after myorelaxing drugs administration. The present device allows the recording of the transversal deformation response force which represents the parameter for the evaluation of skeletal muscle tone. The purpose of this study was to evaluate the in vivo relaxing effects of a new purified Helleborus Purpurascens root extract (ACSw05) on skeletal muscle tone, using an experimental device. In this study we used Sprague Dawley rats (200-250g), that were immobilized on the contention table, after they have been anesthetized with Nembutal 20 mg/kg i.p. The evaluation of ACSw05 extract effects on skeletal muscle tone was performed by analyzing the plotted length-force curves; the follow-up period was 90 minutes. First we performed a control recording curve and afterwards we injected intramuscular 200 µl ACSw05 extract. We noticed a decrease of length-force curve slope and a 40% decrease of the contractile muscle response compared with the control recording curve. The relaxation curve slope hasn’t shown significant changes compared to the control recording curve. The device and method for skeletal muscle tone evaluation by measuring the transversal deformation response force can be used to compare the effects of different physical, chemical factors and drugs on skeletal muscle.

Key words: skeletal muscle, muscle tone, myorelaxing drugs Introducere

Tonusul muscular reprezintă un parametru important în explorarea funcţiei normale şi patologice a sistemului neuromuscular, foarte util în evaluarea antrenamentului la sportivi, în diagnosticul bolilor neuromusculare şi în monitorizarea procesului de recuperare. Măsurarea tonusului muscular este de asemenea utilizată şi pentru testarea efectelor farmacodinamice ale compuşilor cu acţiune asupra musculaturii striate scheletale

Relaţia dintre tonusul muscular măsurat în urma aplicării unei forţe perpendiculare pe muşchi şi lungimea sau tensiunea muşchiului, nu a fost încă demonstrată.

În momentul în care lezarea perpendiculară este aplicată pe fibre sub tensiune, tensiunea de repaus sau tensiunea de contracţie fiind astfel crescute, apare o mai mare rezistenţă a fibrelor, exact ca în cazul presării unui corzi tensionate. (Murayama M şi colab., 2005)

Scopul acestui studiu este implementarea unei metode şi instalaţii, originale, care să asigure măsurarea precisă şi reproductibilă a forţei de reacţie determinată de deformarea lineară a muşchiului, instalaţie necesară pentru evaluarea in vivo a efectelor farmacodinamice ale medicamentelor miorelaxante asupra tonusului muscular.

Analele SNBC Vol. XIII/2008 CAP. II – Date Morfofiziologice şi Biochimice

129

Material şi metode Aparatul şi metoda utilizate sunt

concepute pentru evaluarea neinvazivă a tonusului musculaturii striate la şobolani.

Materialul utilizat este reprezentat de şobolani Sprague Dawley, greutate 200-250g. Toate experimentele au fost efectuate în conformitate cu prevederile legale în vigoare cu privire la experimentele care necesită animale de laborator, fiind aprobate de Comisia de Etică pentru animale, din cadrul Universităţii de Medicină şi Farmacie Timişoara.

Şobolanii au fost imobilizaţi pe masa de contenţie şi anesteziaţi cu Nembutal 20 mg/kg. toate experimentele au fost realizate la temeperatura camerei, 20 °C.

Modelul experimental evaluează tonusul muscular în condiţii bazale

(tensiunea pasivă musculară). Muşchiul solear se deformează prin aplicarea unei presiuni, perpendicular pe lungimea fibrelor. Se apreciază întinderea fibrelor musculare prin măsurarea gradului de deformare transversală a muşchiului. Pentru măsurarea tonusului muscular se înregistrează tensiunea de reacţie care apare în cursul deformării transversale a muşchiului solear. Deformarea pasivă a muşchiului se realizează cu un sistem de deplasare lineară (Hugo Sachs Vernier Control 850EM), acţionat de un motor electric. Rezistenţa la deformare, proporţională cu tonusul muscular, este măsurată cu ajutorul unui traductor izometric de forţă (Hugo Sachs K300). Deformarea muşchiului care determină alungirea sa progresivă, este măsurată cu ajutorul unui traductor de deplasare (Hugo Sachs B40). (Figura 1)

Figura 1. Modelul experimental pentru înregistrarea tonusului muscular: sistem de deplasare linear, acţionat de un motor electric (V + M), traductor izometric de forţă, prevăzut cu tijă de presiune (TT + PR), traductor de deplasare (MT), electrod de stimulare (SE)

Analele SNBC Vol. XIII/2008 CAP. II – Date Morfofiziologice şi Biochimice

130

Semnalele provenite de la cele două traductoare sunt eşantionate şi convertite cu ajutorul unui sistem de achiziţie Axon Digidata 1200 A, datele fiind analizate cu ajutorul programului de

achiziţie Axoscope versiunea 9. În acest fel, este măsurată tensiunea pasivă realizată de muşchi în cursul alungirii sale şi poate fi trasată caracteristica lungime-tensiune.(Figura 2)

Figura 2. Curba lungime-tensiune.

Tonusul muscular (forţa de răspuns

la presiunea de deformare transversală ) creşte în timpul alungirii progresive a muşchiului (faza ascendentă) şi scade în timpul revenirii muşchiului la lungimea iniţială (faza descendentă). În mod specific, forţa de răspuns a muşchiului se corelează cu tonusul pasiv, fără a fi influenţată de fenomenul de histereză ce apare în cursul fazei descendente.

Rezultate şi discuţii Pentru a diferenţia efectele

farmacodinamice ale drogului administrat faţă de efectele anestezicului asupra tonusului muscular bazal, am urmărit evoluţia tonusului muscular bazal la şobolanii anesteziaţi, timp de 90 minute din momentul anesteziei.

S-a remarcat o scădere < 4% a tensiunii pasive faţă de valoarea măsurată imediat după instituirea anesteziei.(Figura 3)

Figura 3. Evoluţia tonusului muscular bazal la şobolanii anesteziaţi înainte de

administrarea ACSw05

Analele SNBC Vol. XIII/2008 CAP. II – Date Morfofiziologice şi Biochimice

131

Toate măsurătorile realizate pentru testarea efectelor ACSw05 au fost corectate în funcţie de această scădere spontană a tensiunii pasive.

Efectele ACSw05 asupra tonusului bazal Administrarea intramusculară de

ACSw05 10µg/kg la şobolanii anesteziaţi produce o scădere progresivă a tensiunii passive izometrice, ca răspuns la alungirea progresivă a muşchiului solear. Rata alungirii progressive este de 0,5-4 mm (tabel 1).

Tabel 1

Efectele ACSw05 (10µg/kg) asupra tonusului bazal

alungire (mm)

Momentul înregistrării Con trol 10 min 20 min 30 min 40 min 50 min 60 min 70 min 80 min 90 min

0,5 0,18 0,24 0,15 0,22 0,18 0,07 0,19 0,12 0,11 0,13 1,0 1,49 1,67 0,87 0,78 0,78 0,55 0,80 1,16 1,51 0,96 1,5 4,24 4,23 3,77 3,77 3,49 3,2 3,19 3,63 4,10 3,47 2,0 8,12 8,43 7,36 7,2 7,02 6,61 6,46 6,89 6,60 6,6 2,5 14,42 15,17 13,71 11,55 13,1 12,7 12,78 13,71 14,79 13,90 3,0 27,85 27,52 26,7 24,9 24,14 22,6 22,59 24,14 24,9 25,8 3,5 49,8 48,9 45,7 46,33 44,58 42,5 42,37 41,20 42,04 44,05 4,0 89,57 87,74 84,6 83,3 82,71 78,3 76,6 75,47 76,21 79,14

Analiza datelor din acest tabel

demonstrează faptul că sensibilitatea maximă a efectului miorelaxant s-a obţinut la o deformare musculară transversală de 4mm (valoarea tensiunii pasive e maximă).

Astfel, caracteristica timp – efect pentru ACS (10µg/kg), a fost realizată în funcţie de valorile tonusului bazal măsurat în urma deformării musculare transversale de 4mm.

Efectul miorelaxant al ACSw05 a devenit evident după 20min de la administrare (5,56%). În continuare, efectul miorelaxant a crescut progresiv, prezentând un maxim (15,74%) la 70 min de la administrarea ACS. După acest moment, efectul ACS începe să scadă (la 90min de la administrarea ACS – 11,67%). (Figura 4)

Figura 4. Caracteristica timp-efect după administrarea i.m. a unei doze unice de

10µg/kg ACSw05

Analele SNBC Vol. XIII/2008 CAP. II – Date Morfofiziologice şi Biochimice

132

Este bine cunoscut faptul că în momentul în care muşchiul este întins pornind de la lungimea de repaus, componenta elastică paralelă are un efect asupra tensiunii de repaus.

Studiile biofizice au arătat că connectin/titin, care este o proteină structurală gigantă a musculaturii striate, ar avea un rol fiziologic în producerea tensiunii de repaus (Higuchi, 1992, Maruyama, 1997). Pe de altă parte, în timpul fazei descendente, muşchiul s-a scurtat şi tensiunea a scăzut ca urmare a efectului vîscozoelastic. Acest efect a fost legat de proprietăţile ţesutului conjunctiv moale (Winters, 1990).

În general, dacă o coardă este ţinută în tensiune de o forţă de tensiune, aceasta devine mai dură, în timp ce rezistenţa care determină reacţia de respingere devine de asemenea mai mare.

În mod similar, modificarea tensiunii la nivelul muşchiului ar trebui să fie determinată de această proprietate a muşchiului de „încordare”. Această proprietate influenţează probabil foarte puternic modificările tonusului muscular (Komiya H, 2001)

Murayama şi col. (2005) a confirmat relaţia dintre tonusul muscular şi tensiunea sa, în urma unei lezări perpendiculare pe muşchi izolat de broască, neirigat; evaluarea tonusului muscular a fost realizată în două forme de montare – tipul „îndoirea unei corzi” („bending a string”) şi tipul „crestarea unei mase” („denting a mass”). Răspunsurile fibrelor musculare în ambele condiţii de „crestare” şi de „îndoire” au determinat creşterea tonusului muscular, remarcându-se o relaţie similară între tonusul muscular şi amplitudinea tensiunii de repaus sau a tensiunii de contracţie.

În studiul nostru, a părut rezonabil ca tonusul muşchiului solear să crească odată cu creşterea tensiunii musculare, deoarece muşchiul solear s-a comportat ca o coardă ţinută în tensiune. în condiţiile în care s-au meţinut inseritiile osoase ale capetelor muşchiului. În concluzie,

modificarea tonusului muscular se însoţeşte de modificări ale tensiunii musculare pasive, după cum am demostrat în acest experiment. Concluzii

Datele noastre au demonstrat că măsurarea forţei de răspuns a muşchiului solear la deformarea transversală aplicată perpendicular pe muşchi, este o metodă ce permite evaluarea precisă şi reproductibilă a efectelor farmacodinamice ale medicamentelor miorelaxante Bibliografie Higuchi H, Changes in contractile properties

with selective digestion of connectin (titin) in skinned .bers of frog skeletal muscle. J Biochem, 111: 291–295, 1992

Komiya H, Kurokawa N, Maeda J, Takemiya T, Influencing factors on muscle stifness accompanying stepwise increased muscle tension during isometric contraction of extensor digitorum muscle. J Exerc Sport Physiol, 8: 25–32, 2001

Maruyama K, Connectin/titin, giant elastic protein of muscle. Faseb J, 11: 341–345, 1997

Murayama M, Yoneda T, Kawai S, Muscle tension dynamics of isolated frog muscle with application of perpendicular distortion. Eur J Appl Physiol 93: 489–495, 2005

Winters JM, Hill-based muscle models: A systems engineering perspective. In: Winters JM, Woo SL-Y (eds), Multiple muscle systems: biomechanics and movement organization. Springer, Berlin, Heidelberg New York, pp 69–93 495, 1990