Одним із ключових факторів виникнення втоми скелетних м’язів є накопичення активних форм кисню (АФК) та інших метаболітів, що утворюються внаслідок їх активного скорочення. На сьогодні для зменшення проявів м’язової втоми часто використовують екзогенні антиоксиданти. Метою роботи було дослідити розвиток втоми скелетного м’яза щура за дії водорозчинних наночастинок С60 фулеренів. Для її досягнення використано електрофізіологічні та біохімічні методи, поведінкові тести на моделі експериментального геміпаркінсонізму і методи математичної статистики. Експериментальна робота складалася з трьох основних серій: І – дослідження на тваринах, яким уводили водний колоїдний розчин С60 фулерену (C60ВРФ) у дозі 0,15 мг/кг під час розвитку втоми скелетних м’язів; ІІ – дослідження на тваринах, яким за годину до електричної стимуляції, що викликала втому, вводили C60ВРФ, або N-ацетилцистеїн (NAC), або β-аланін (доза 0,15 мг/кг); ІІІ – дослідження на неанестезованих тваринах (модель експериментального геміпаркінсонізму), яким попередньо, за годину до хімічної стимуляції, що викликала інтенсивні циркуляторні рухи і, як наслідок, призводила до м’язової втоми, уводили C60ВРФ або NAC (доза 0,15 мг/кг).
Щоб викликати м’язову втому триголового м’яза литки (m.m. gastrocnemius – soleus) щура, застосовували 3 і 5 серій високочастотної електричної стимуляції тривалістю 30 хв, розділених інтервалами відпочинку по 15 хв. Втомою вважали зниження рівня зусилля, яке розвивалося м’язом, на 50% і більше від початкових значень.
За допомогою електрофізіологічного методу виявлено, що під час розвитку втоми скелетних м’язів, спричиненої електричною стимуляцією, відбувалося зниження рівня м’язового зусилля в експериментальних щурів. Проте після застосування внутрішньом’язової ін’єкції C60ВРФ у цих тварин відбувалося часткове відновлення сили скорочення м’яза з її подальшим утриманням на певному рівні впродовж тривалого часу.
Після електрофізіологічних експериментів проводили біохімічні дослідження найбільш інформативних маркерів втоми. Зокрема, оцінено кількість продуктів метаболізму м’язів (молочної кислоти, LA), маркерів окисного стресу (тіобарбітурореактивної речовини, TBARS; перекису водню, Н2О2), а також рівень активності таких ендогенних антиоксидантів, як відновлений глутатіон (GSH), каталаза (CAT), глутатіонпероксидаза (GPx) та супероксиддисмутаза (SOD) у тканині втомленого м’яза. Встановлено, що електрична м’язова стимуляція призводила до збільшення продуктів обміну (LA) у функціонуючому м’язі та інтенсифікації окислювальних процесів, а саме значного збільшення АФК та перекисного окиснення ліпідів, що відбувалося одночасно зі збільшенням активності ендогенних антиоксидантів CAT і GSH. Аналіз змін метаболічних процесів, які супроводжують м’язову втому, засвідчив збільшення маркерів окисного стресу H2O2 і TBARS щодо інтактних м’язів. Після внутрішньом’язового введення C60ВРФ концентрація TBARS та рівень H2O2 достовірно знижувалися.
Застосування моделі тварин з експериментальним геміпаркінсонізмом дозволило виявити у поведінкових тестах вплив С60ВРФ на динаміку їхньої рухової активності за умов розвитку м’язової втоми. Встановлено позитивний ефект С60 фулеренів на розвиток втоми у геміпаркінсонічних щурів, що й засвідчує відносно стала швидкість їх циркуляторних рухів упродовж усього експерименту на тлі значного зменшення кількості обертів у тварин контрольної групи. Це підтверджує значну антиоксидантну дію С60ВРФ на рівні цілісного організму.
Проведено порівняльний аналіз впливу С60ВРФ залежно від способу його введення в організм (системного або перорального). В електрофізіологічних та біохімічних експериментах досліджено ефективність антиоксидантних властивостей С60 фулерену за розвитку м’язової втоми порівняно з дією відомих антиоксидантів, зокрема NAC та β-аланіну. Показано, що у тварин, які перорально вживали C60ВРФ і яким системно вводили NAC або β-аланін, відбувалося незначне зниження сили м’язового скорочення з подальшим тривалим утриманням її рівня, тоді як у контролі простежено постійне зниження рівня сили скорочення м’яза, кількість АФК і концентрації TBARS, H2O2 і LA за втоми також були достовірно нижчими (p<0,05) порівняно зі щурами контрольної групи. Рівні концентрацій ендогенних антиоксидантів (GSH і GPx) та активність ферментів (CAT і SOD) у тварин цих груп також були достовірно нижчими щодо контрольної групи.
Отримані експериментальні дані засвідчують, що водорозчинні наночастинки С60 фулеренів можуть бути випробувані у клінічних дослідженнях і як ефективні терапевтичні наноагенти увійти до складу нових фармпрепаратів, які застосовують у спортивній медицині для швидкого відновлення спортсменів після тривалих навантажень, а також лікування патологічної втоми, що призводить до виникнення хронічного болю.
