Efficacy of the β2-adrenergic agonist formoterol in compensation of electrophysiological manifestations of steroid myopathy in animal experiments

Цель исследования - изучение с помощью стимуляционной электромиографии в экспериментах на крысах эффективности β2-адреноагониста формотерола в компенсации электрофизиологических нарушений передней большеберцовой мышцы (m. tibialis anterior), вызванных длительным введением дексаметазона. Методика. Исследования выполнены на 40 половозрелых крысах-самках в возрасте 4-5 мес массой 180-200 г. Животные были разделены на 4 группы: контрольную (К - группа, без каких-либо воздействий, n=10) и 3 экспериментальных по 10 животных в каждой. Крысы 1-й группы на протяжении 30 сут получали дексаметазон, 2-й группы - дексаметазон в комплексе с формотеролом, 3-я - получала только формотерол. Дексаметазон вводили внутрибрюшинно (0,25 мг/кг) 1 раз в 2 сут. Формотерол (1,5 мкг/кг) вводили ежедневно под кожу. Через 30 сут на наркотизированных животных (тиопентал натрия 100мг/кг внутрибрюшинно) проводили острый опыт. Изучали электрофизиологические параметры передней большеберцовой мышцы с помощью экспериментальной двухканальной установки, оба канала были связаны с регистрирующим устройством - запоминающим цифровым осциллографом Tektronix (TDS2004C). Результаты. Установлено, что формотерол в комплексе с дексаметазоном, предотвращал уменьшение количества активируемых двигательных единиц мышцы и удлинение латентного периода М-ответов. А также обусловливал существенное повышение амплитуды М-ответов (на 115% в сравнении с контролем). Вместе с тем, формотерол в комплексе с дексаметазоном не предотвращал появление полифазных М-ответов, но компенсировал снижение их амплитуды. Введение дексаметазона с формотеролом уменьшало частоту случаев сниженной надежности синаптической передачи (до 30% против 70% в группе крыс, получавших дексаметазон изолированно). Вместе с тем, в случае комплексного введения дексаметазона с формотеролом наблюдалось удлинение латентного периода М-ответов после выполнения утомляющей работы. Заключение. Полученные данные указывают на высокую эффективность β2-адреноагониста формотерола в предотвращении электрофизиологических нарушений в мышце, вызванных длительным введением дексаметазона. Вместе с тем формотерол в комплексе с дексаметазоном, хотя и снижал частоту случаев низкой надежности синаптической передачи в группе (до 30% против 70% в группе, получавших дексаметазон изолированно), в полной мере не предотвращал данного эффекта стероидной миопатии. Aim. To study efficacy of β2-adrenergic agonist formoterol (F) in compensation of electrophysiological disorders in mixed-type skeletal muscles (m. tibial anterior) induced by long-term dexamethasone (D) treatment. Methods. Experiments were performed on sexually mature female rats (180-210 g) divided into four groups: 1) control, group C (intact rats, n=10); 2) first experimental group, 30D (30-day dexamethasone treatment, n=10); 3) second experimental group, 30D+F (30-day dexamethasone plus formoterol treatment, n=10); and third experimental group, 30F (30-day formoterol treatment, n=10). Dexamethasone (KRKA, Slovenia) was administered every two days, i.p., at a dose of 0.25 mg/kg, which was equivalent to the clinical therapeutic dose. Formoterol (Foradil, Novartis, Switzerland) was administered daily at a dose of 1.5 µ/kg, s.c. On day 30, rats were anesthetized with sodium thiopental (100 mg/kg), and stimulation electromyography was performed in an acute experiment. The anterior tibial muscle was stimulated with suprathreshold electrical current via the fibular nerve, and electrophysiological parameters of the muscle were recorded. Results. Formoterol in combination with dexamethasone prevented the decrease in the number of activated muscle motor units and the prolongation of M-response latency, which were typical for the 30D group. Also, formoterol not only corrected the decreased M-response amplitude but even significantly increased it in the 30D+F group by 115% compared to the control (p<0.05). At the same time, formoterol in combination with dexamethasone did not prevent the emergence of polyphasic M-responses (as observed in 50% of animals in the 30D+F group and 40% of animals in the 30D group) but compensated for the decrease in their amplitude. Administration of F+D reduced the incidence of less reliable synaptic transmission (up to 30% in the 30D+F group vs. 70% in the 30D group) but did not completely prevent it. Formoterol administered together with dexamethasone did not prevent marked facilitation of synaptic transmission in 50% of rats at the optimal neuromuscular stimulation rate (30 imp/s). However, this combination increased the amplitude of the first M-response in a series, which indicated the absence of blocked synapses in the 30D+F group. Formoterol in combination with dexamethasone prevented the typical for D-group disorder of M-response, which was more pronounced than in control, and the decrease in the number of activated muscle motor units after performing a fatigable work. At the same time, the D+F treatment increased the M-response latency after performing the fatigable work, which was typical for the 30D group but was not characteristic of the control. This fact confirmed a lower reliability of synaptic transmission both in 30D and 30D+F groups. Conclusion. The study demonstrated a high efficacy of the β2-adrenergic agonist formoterol for preventing electrophysiological disorders in the muscle induced by long-term administration of dexamethasone, which indicated myopathic alterations. At the same time, formoterol in combination with dexamethasone, although reduced the incidence of low-reliability synaptic transmission (up to 30% vs. 70% in the group receiving dexamethasone alone), did not completely prevent this manifestation of steroid myopathy.

The modulatory effect of adrenaline on development of steroid myopathy induced by chronic administration of hydrocortisone in white rats

Цель исследования - изучение эффективности адреналина в компенсации негативных эффектов длительно вводимого гидрокортизона на скелетную мышцу смешанного типа. Методика. Эксперименты проводились на половозрелых крысах-самках (190-220 г), разделенных на 3 группы: контрольную (n = 10), I опытную (n = 10, ежедневно на протяжении 30 сут. получали гидрокортизона ацетат, Г-группа) и II опытную (n = 10, ежедневно на протяжении 30 сут. получали гидрокортизона ацетат в комплексе с адреналина гидрохлоридом, (Г+А)-группа). Гидрокортизона ацетат («Фармак», Украина) вводили внутрибрюшинно в дозе, адекватной терапевтической для человека, - 3 мг/кг. Адреналина гидрохлорид («Здоровье», Украина) вводили подкожно в дозе 0,2 мг/кг. На наркотизированных животных (тиопентал натрия, 100 мг/кг) с помощью методов электромиографии и миографии изучали параметры функционального состояния передней большеберцовой мышцы в условиях ее сокращения, индуцированного раздражением сверхпороговым электрическим током малоберцового нерва. Результаты. Длительное (в течение 30 сут.) введение гидрокортизона вызывало развитие симптомов стероидной миопатии, о чем свидетельствует появление низкоамплитудных М-ответов нормальной длительности, возрастание частоты полифазных потенциалов (до 30%), уменьшение количества активируемых двигательных единиц (на 33%) и мышечной массы (на 14%). Гидрокортизоновый гиперкортицизм сопровождался удлинением латентного периода одиночного сокращения передней большеберцовой мышцы (на 37%) и фазы его укорочения (на 20%), уменьшением амплитуды одиночных сокращений (на 32%), объема выполненной мышцей внешней работы (на 40%) и развиваемой мощности (на 41%) при тетаническом сокращении. Отмечены нарушения в целостном процессе нервно-мышечной передачи, что проявлялось в уменьшении степени ее надежности (у 30% особей), выраженном облегчении (более 85% у 50% особей) или депрессии (до -42% у 40% особей) при стимуляции нервно-мышечного аппарата с оптимальной частотой (30 имп/с). Адреналин, вводимый в комплексе с гидрокортизоном, предотвращал появление ряда симптомов миопатии, таких, как снижение амплитуды М-ответов, уменьшение количества активируемых двигательных единиц мышцы, ее массы, внешней работы и мощности, а также обусловливал уменьшение частоты генерации полифазных М-ответов (с 30% до 10%). Кроме того, адреналин ослаблял негативный эффект гидрокортизона на синаптический аппарат, что проявлялось в уменьшении частоты встречаемости сниженной надежности синаптической передачи (с 30% до 10%), выраженного ее облегчения (с 50% до 20%) и депрессии (с 40% до 10%) у животных (Г+А)-группы в сравнении с Г-группой. Заключение. Полученные в модельных экспериментах на животных в условиях in situ данные свидетельствуют о способности адреналина эффективно компенсировать ряд негативных эффектов, развивающихся в скелетной мышце при длительном введении гидрокортизона. Based on the beneficial effect of chronic adrenergic stimulation on the neuromuscular apparatus function, the aim of this study was to evaluate efficacy of adrenaline at therapeutic doses in compensation for adverse effects of chronically administered hydrocortisone on mixed-fiber type skeletal muscles ( m. tibialis anterior ). Method. Experiments were performed on sexually mature female rats (190-220 g) divided into 3 groups: control (n = 10), experimental group 1 (H group, n = 10, hydrocortisone acetate, for 30 days daily), and experimental group 2 (H+A group, n = 10, hydrocortisone acetate in combination with adrenaline hydrochloride, for 30 days daily). Hydrocortisone acetate (Farmak, Ukraine) was injected i.p. at a dose of 0.2 mg/kg, which was equivalent to the human therapeutic dose of 3 mg/kg. Adrenaline hydrochloride (Zdorovje, Ukraine) was injected s.c. at a dose of 0.2 mg/kg. Parameters of the tibialis anterior muscle function were studied on anesthetized animals (sodium thiopental, 100 mg/kg) using electromyography and myography methods. Muscle contractions were induced by suprathreshold electrical stimulation of the fibular nerve. Results. Chronic administration (30 days) of hydrocortisone caused symptoms of steroid myopathy evident as low-amplitude M-waves of normal duration, increased frequency of polyphase potentials (by 30%), decreased quantity of activated motor units (by 33%), and decreased muscle mass (by 14%). Hydrocortisone-induced hypercorticoidism was associated with prolonged latent period (by 37%) and shortening phase (by 20%) and decreased amplitude (by 32%), amount of muscular external work (by 40%) in a single tibialis anterior muscle contraction, and decreased muscular power (by 41%) developed in a tetanic contraction. Following repeated hydrocortisone injections, the overall process of neuromuscular transmission was disturbed, which was evident as its impaired reliability (30% of rats) and pronounced facilitation (>85% in 50% of rats) or depression (<-42% in 40% of rats) at an optimum stimulation frequency (30 imp/s). Adrenaline administered in combination with hydrocortisone prevented formation of myopathy symptoms, such as decreases in the M-wave amplitude, number of activated motor units, muscle weight, external work and power, and it also decreased the frequency of polyphase M-waves (from 30% to 10%). In addition, adrenaline attenuated the adverse effect of hydrocortisone on the synaptic apparatus by decreasing the incidence of reduced reliability of synaptic transmission (from 30% to 10%), facilitation (from 50% to 20%), and depression (from 40% to 10%) in the H+A-group compared to the H group. Conclusion. The experimental data obtained in model experiments on animals in situ support the adrenaline ability to effectively compensate for a number of adverse effects of chronic hydrocortisone treatment on the skeletal muscle.