The Effect of Na+, K+-ATPase and Dihydropyridine Receptor Activity on Ca2+ Content and Contractile Properties of M. Soleus in Rats under Three-Day Functional Unloading

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Hypokinesia is characterized by muscle atrophy and decreased strength, which can occur at the earliest stages of unloading. To study the relationship between calcium-dependent processes in the fiber and changes in the contractile properties of m. soleus, a 3-day period of unloading was used in male Wistar rats, which were administered nifedipine, a dihydropyridine receptor (DHPR) blocker, or ouabain, a cardiac glycoside that binds to the α-subunit of Na+,K+-ATPase. In two series of experiments, three groups of rats were used (16 individuals in each group): control (C), suspension (3HS), suspension + nifedipine (3HS + N), or (for the second series) suspension + ouabain (3HS + Ou). A decrease in m. soleus weight was found in all suspension groups (HS, 3HS + N, 3HS + Ou) (p < 0.05). The three-day inhibition of DHPR during functional unloading prevented the decrease in force and the increase in the Ca2+ level in the myoplasm of m. soleus. Administration of nifedipine at early stages of unloading prevents the decrease in the maximum force of single and tetanic contraction of the soleus (in contrast to the group of suspension without the drug, where the decrease occurs by 24 and 29% relative to the control, respectively, p < 0.05). Administration of ouabain led to a decrease (by 22 and 18%, respectively, p < 0.05) in the specific maximum force of single and tetanic contraction of the soleus in animals subjected to suspension (without and with the drug), relative to the intact control. However, the drug significantly affected the passive mechanical properties of m. soleus: the maximum peak force and the maximum force at the end of the stretch test in muscles with ouabain administration did not differ from the intact control group, whereas in the suspended group (3HS) it decreased (by 33 and 34%, respectively, p < 0.05). In summary, the administration of ouabain and nifedipine leads to the prevention of myoplasmic calcium accumulation against the background of hindlimb unloading, which is accompanied by the preservation of specific muscle stiffness and strength, a slowdown in the decrease in the cross-sectional area of muscle fibers, and the prevention of a change in the percentage of fibers towards fast-type fibers.

About the authors

T. L. Nemirovskaya

Myology Laboratory, Institute of Biomedical Problems (IBP), Russian Academy of Sciences

Email: Nemirovskaya@bk.ru
Moscow, 123007 Russia

K. A. Sharlo

Myology Laboratory, Institute of Biomedical Problems (IBP), Russian Academy of Sciences

Email: Nemirovskaya@bk.ru
Moscow, 123007 Russia

S. A. Tyganov

Myology Laboratory, Institute of Biomedical Problems (IBP), Russian Academy of Sciences

Email: Nemirovskaya@bk.ru
Moscow, 123007 Russia

D. A. Sidorenko

Myology Laboratory, Institute of Biomedical Problems (IBP), Russian Academy of Sciences

Email: Nemirovskaya@bk.ru
Moscow, 123007 Russia

R. O. Bokov

Myology Laboratory, Institute of Biomedical Problems (IBP), Russian Academy of Sciences

Email: Nemirovskaya@bk.ru
Moscow, 123007 Russia

K. A. Zaripova

Myology Laboratory, Institute of Biomedical Problems (IBP), Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: Nemirovskaya@bk.ru
Moscow, 123007 Russia

References

  1. Marusic U., Narici M., Simunic B., Pisot R., Ritzmann R. 2021. Nonuniform loss of muscle strength and atrophy during bed rest: a systematic review. J. Appl. Physiol. (1985). 131 (1), 194–206. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00363.2020
  2. Baldwin K.M., Haddad F. 2002. Skeletal muscle plasticity: Сellular and molecular responses to altered physical activity paradigms. Am. J. Phys. Med. Rehabil. 81, 40–51. https://doi.org/10.1097/01.PHM.0000029723.36419.0D
  3. Shenkman B.S. 2020. How postural muscle senses disuse? Early signs and signals. Int. J. Mol. Sci. 21 (14), 5037. https://doi.org/10.3390/ijms21145037
  4. Ingalls C.P., Warren G.L., Armstrong R.B. 1999. Intracellular Ca2+ transients in mouse soleus muscle after hindlimb unloading and reloading. J. Appl. Physiol. 87 (1), 386–390. https://doi.org/10.1152/jappl.1999.87.1.386
  5. Zaripova K.A., Kalashnikova E.P., Belova S.P., Kostrominova T.Y., Shenkman B.S., Nemirovskaya T.L. 2021. Role of pannexin 1 ATP-permeable channels in the regulation of signaling pathways during skeletal muscle unloading. Int. J. Mol. Sci. 22 (19), 10444. https://doi.org/10.3390/ijms221910444
  6. Kravtsova V.V., Matchkov V.V., Bouzinova E.V., Vasiliev A.N., Razgovorova I.A., Heiny J.A., Krivoi I.I. 2015. Isoform-specific Na,K-ATPase alterations precede disuse-induced atrophy of rat soleus muscle. Biomed Res Int. 2015, 720172. https://doi.org/10.1155/2015/720172
  7. Kravtsova V.V., Petrov A.M., Matchkov V.V., Bouzinova E.V., Vasiliev A.N., Benziane B, Zefirov A.L., Chibalin A.V., Heiny J.A., Krivoi I.I. 2016. Distinct alpha2 Na,K-ATPase membrane pools are differently involved in early skeletal muscle remodeling during disuse. J. Gen. Physiol. 147 (2), 175–188. https://doi.org/10.1085/jgp.201511494
  8. Kravtsova V.V., Bouzinova E.V., Matchkov V.V., Krivoi I.I. 2020. Skeletal muscle Na,K-ATPase as a target for circulating ouabain. Int. J. Mol. Sci. 21 (8), 2875. https://doi.org/10.3390/ijms21082875
  9. Morey-Holton E.R., Globus R.K. 2002. Hindlimb unloading rodent model: Technical aspects. J. Appl. Physiol. 92 (4), 1367–1377. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00969.2001
  10. Sharlo K., Lvova I., Turtikova O., Tyganov S., Kalashnikov V., Shenkman B. 2022. Plantar stimulation prevents the decrease in fatigue resistance in rat soleus muscle under one week of hindlimb suspension. Arch Biochem Biophys. 718, 109150. https://doi.org/10.1016/j.abb.2022.109150
  11. Belova S.P., Lomonosova Y.N., Shenkman B.S., Nemirovskaya T.L. 2015. The blockade of dihydropyridine channels prevents an increase in mu-calpain level under m. soleus unloading. Dokl. Biochem. Biophys. 460, 1–3. https://doi.org/10.1134/S1607672915010019
  12. Nicogossian A.E., Williams R., Huntoon C.L., Doarn C.R., Poll J.D., Schneider V.S. 2016. Space physiology and medicine: From evidence to practice. Eds. A.E. Nicogossian, R.S. Williams, C.L. Huntoon et al. New York: Springer. 509 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-6652-3
  13. Глашев М.М., Разговорова И.А., Михайлова Е. В., Кравцова В.В., Кривой И.И. 2011. Электрофизиологические и сократительные характеристики m. soleus крысы и монгольской песчанки при функциональной разгрузке. Вестник СПбГУ. 4, 73–83.
  14. Melnikov I.Y., Tyganov S.A., Sharlo K.A., Ulanova A.D., Vikhlyantsev I.M., Mirzoev T.M., Shenkman B.S. 2022. Calpain-dependent degradation of cytoskeletal proteins as a key mechanism for a reduction in intrinsic passive stiffness of unloaded rat postural muscle. Pflugers Arch. 474 (11), 1171–1183. https://doi.org/10.1007/s00424-022-02740-5

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».