Impact of сold adaptation on reactivity of muscular arteries to epinephrine in functional sympatholysis

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background: Functional sympatholysis is determined as a tenfold increase in blood flow in the muscular arteries following the muscle contraction. This is explained by various mechanisms. However, there are no works on quantitative analysis of the pharmacokinetics and pharmacodynamics of the epinephrine effects on the arterial α-adrenergic receptors in sympatholysis before and during the cold adaptation.

Aim: To study the effect of the 30-day cold adaptation on the adrenal reactivity of muscular arterial vessels to epinephrine in the functional sympatholysis.

Material and methods: The experiments used four groups of rabbits. First group: control ( n =20); second group ( n =15): modelling of the muscle contraction by electrical stimulation in the sympatholysis; third group ( n =15): after 30-day cold adaptation; and fourth group ( n =15): modelling of the muscle contraction by electrical stimulation after 30-day cold adaptation. Adaptation to low temperatures was modeled at the daily 6-hour cooling at 10°C. A unique technique was used: blood was perfused into the limb muscles of all the rabbits via the femoral artery, after ligation of all anastomoses, using a constant flow pump. The adrenal reactivity was analyzed using the “dose-effect” response in double-reversed Lineweaver–Burk plot. This approach allowed determining the maximum pressor (Pm) response, which characterizes the number of active adrenergic receptors and the sensitivity (1/K) of the adrenergic receptors to epinephrine.

Results: The sympatholysis was proved to be present in both the cold-adapted and control rabbits, but to a lesser extent. Sympatholysis reduced the contraction of arteries in response to epinephrine solely due to the mechanisms of the 24.49-fold reduced sensitivity of adrenergic receptors from 1/Km=1.2±6.7 1/μg.kg in the control group to 1/Km = 0.049±0.0016 1/μg.kg in the sympatholysis group ( p <0.05). The number of active adrenergic receptors did not significantly change (Pm=222.0 ±6.7 in the control group, Pm=222.0 ±7.5 in the sympatholysis group). As a process of arterial dilatation, sympatholysis reduced in the rabbits after the cold adaptation due to the increased number of the pressor adrenergic receptors in the cold conditions to Рm=312.5 ±11.0 mm Hg from Pm=222.0 ±7.5 mm Hg in the no-cold sympatholysis ( p <0.05). The sensitivity of adrenergic receptors to epinephrine (1/Km) in the no-cold sympatholysis and in the cold conditions did not significantly change ( p >0.05).

Conclusion: Sympatholysis persists in the cold conditions but to a lesser extent than in the control group. As a stress hormone, epinephrine causes a greater contraction of arteries in the cold-adapted rabbits in sympatholysis than in no-cold conditions, which helps conserving heat in the body in such source of stress as the arctic cold, and improves survival.

About the authors

Vladimir N. Ananev

Institute of Biomedical Problems of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: noradrenalin1952@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4679-6441
SPIN-code: 1718-8446

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, 76 Khoroshevskoe Highway, 123007 Moscow

Georgy V. Ananev

JSC "Pharmstandard"

Email: gvananiev@pharmstd.ru
ORCID iD: 0009-0005-4287-8430
SPIN-code: 4845-8340
Russian Federation, Moscow

Vladimir I. Torshin

Peoples' Friendship University of Russia

Email: vtorshin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3950-8296
SPIN-code: 8602-3159

Dr. Sci. (Biology), Professor

Russian Federation, Moscow

Olga V. Ananeva

Tyumen State Medical University

Email: olvasan@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0672-9164
SPIN-code: 1239-5484

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Tyumen

References

  1. Aghajanyan NA, Erma kova NV. Ecological portrait of a man in the North. Moscow: KRUK; 1997. (In Russ.)
  2. Kaznacheev V.P. Modern aspects of adaptation. Novosibirsk: Nauka; 1980. (In Russ.) EDN: RZYABH
  3. Maslov LN, Vychuzhanina EA. Role of sympatho-adrenomedullar system in adaptation to cold. Russian Journal of Physiology. 2015;101(2):145–162. EDN: THWQIH
  4. Pastukhov YuF, Khaskin VV. Adrenergic control of thermogenesis during experimental adaptation of animals to cold. Uspekhi fiziologicheskikh nauk. 1979. Vol. 10, N 3. P. 121–144.
  5. Dulaney CS, Heidorn CE, Singer TJ, McDaniel J. Mechanisms that underlie blood flow regulation at rest and during exercise. Adv Physiol Educ. 2023;47(1):26–36. doi: 10.1152/advan.00180.2022
  6. Krivoshchekov SG, Leutin VP, Chukhrova MG. Psychophysiological aspects of incomplete adaptation. Novosibirsk; 1998. (In Russ.) EDN: RNGKKD
  7. Gudkov AB, Tedder YuR, Dyogteva GN. Some features of the physiological reactions of workers’ bodies during the expeditionary-rotational method of labor organization in the Arctic. Fiziologiya Cheloveka. 1996;22(4):137–142. EDN: TYSRVZ
  8. Kelly KR, Pautz CM, Palombo LJ, et al. Altered sympathoadrenal activity following cold-water diving. J Spec Oper Med. 2023;23(3):74–81. doi: 10.55460/T5CZ-JXVK
  9. Sun Z, Cade R. Cold-induced hypertension and diuresis. J Therm Biol. 2000;25(1-2):105–109. d oi: 10.1016/s0306-4565(99)00085-6
  10. Shechtman O, Papanek PE, Fregly M. Reversibility of cold-induced hypertension after removal of rats from cold. Can J Physiol Pharmacol. 1990;68(7):830–835. doi: 10.1139/y90-126
  11. Hansen AB, Moralez G, Romero SA, et al. Mechanisms of sympathetic restraint in human skeletal muscle during exercise: role of α-adrenergic and nonadrenergic mechanisms. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2020;319(1):H192-H202. d oi: 10.1152/ajpheart.00208.2020
  12. van der Horst J, Møller S, Kjeldsen SAS, et al. Functional sympatholysis in mouse skeletal muscle involves sarcoplasmic reticulum swelling in arterial smooth muscle cells. Physiol Rep. 2021;9(23):e15133. doi: 10.14814/phy2.15133
  13. Saltin B, Mortensen SP. Inefficient functional sympatholysis is an overlooked cause of malperfusion in contracting skeletal muscle. J Physiol. 2012. Vol. 590, N 24. P. 6269–6275. d oi: 10.1113/jphysiol.2012.241026
  14. Burton DA, Stokes K, Hall GM. Physiological effects of exercise. Continuing Educ Anaesthesia Crit Care Pain. 2004. Vol. 4, N 6. P. 185–188. doi: 10.1093/bjaceaccp/mkh050
  15. Sarelius I, Pohl U. Control of muscle blood flow during exercise: local factors and integrative mechanisms. Acta Physiol (Oxf). 2010;199(4):349–365. doi: 10.1111/j.1748-1716.2010.02129.x
  16. Remensnyder JP, Mitchell JH, Sarnoff SJ. Functional sympatholysis during muscular activity. Observations on influence of carotid sinus on oxygen uptake. Circ Res. 1962;11:370–380. d oi: 10.1161/01.RES.11.3.370.
  17. Joyner MJ, Casey DP. Regulation of increased blood flow (hyperemia) to muscles during exercise: a hierarchy of competing physiological needs. Physiol Rev. 2015;95(2) :549–601. doi: 10.1152/physrev.00035.2013
  18. Thomas GD, Segal SS. Neural control of muscle blood flow during exercise. J Appl Physiol (1985). 2004;97(2):731–738. doi: 10. 1152/japplphysiol.00076.2004
  19. Manukhin BN, Ananieva OV, Ananiev VN. Changes of alpha1-adrenergic and muscarinic cholinergic responses of arterial blood pressure in the rabbit during adaptation to cold. Russian Journal of Physiology. 2006;92(3):308–317. EDN: HTGIXV
  20. Ananev VN, Ananev GV, Ananeva OV. The importance of arterial adrenoceptors in sympatholysis in the regulation of blood flow in working muscles. Human. Sport. Medicine. 2023;23(2):61–68. EDN: ILACTH doi: 10.14529/hsm230208
  21. Khayutin VM. Vasomotor reflexes. Moscow: Nauka; 1964. (In Russ.)
  22. Manukhin BN. Physiology of adrenoreceptors. Moscow: Nauka; 1968. (In Russ.)
  23. Lineweaver H, Burk D. The determination of enzyme dissociation constants. Journal of the American Chemical Society. 1934;56(3 ):658–666. doi: 10.1021/ja01318a036
  24. Varfolomeev SD, Gurevich KG. Biokinetics. Practical course. Moscow: Fair Press; 1999. EDN: (In Russ.) YLWARF
  25. Cornish-Bowden E. Fundamentals of enzymatic kinetics. Moscow: Mir; 1979. (In Russ.)
  26. Sergeev PV, Shimanovsky NL, Petrov VI. Receptors of physiologically active substances. Volgograd: Seven Winds; 1999. (In Russ.) EDN: PFIAIK
  27. Avdonin PV, Tkachuk VA. Receptors and intracellular calcium. Moscow: Nauka; 1994. (In Russ.)
  28. Galenko-Yaroshevsky PA, Adzienko LM, Bobrov VA, et al. Pharmacological regulation of vascular tone. Moscow: RAMN; 1999. (In Russ.) EDN: RDSPQF

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Increase in perfusion pressure in the femoral artery in 4 groups of rabbits by 8 doses of epinephrine in the control group of animals (N1), rabbits during sympatholysis (N2), animals after 30 days of cold adaptation (N3), animals after 30 days of cold adaptation during sympatholysis (N4) in double inverse Lainiover–Burk coordinates. X-axis: epinephrine dose in reciprocal 1/(µg/kg). Y-axis: perfusion pressure in reciprocal value 1/(mmHg).

Download (252KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Increase in perfusion pressure in the femoral artery in 4 groups of rabbits by 8 doses of epinephrine in the control group of animals (N1), rabbits during sympatholysis (N2), animals after 30 days of cold adaptation (N3), animals after 30 days of cold adaptation during sympatholysis (N4). X-axis: epinephrine dose in mcg/kg (Y), Y-axis: increase in perfusion pressure (mmHg). All differences in the experimental values during sympatholysis (N2) and control (N1) are significant ( p <0.01). All differences in the magnitude of the experiments during sympatholysis against the background of 30 days of cold (N4) and after 30 days of cold (N3) are significant ( p <0.01). Data from experiments with sympatholysis against the background of 30 days of cold (N4) and sympatholysis (N2) are reliable at doses of epinephrine from 2 μg/kg to 30 μg/kg ( p <0.05).

Download (144KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


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».