Введение к работе
Актуальность исследования. Одной из главных проблем, рассматриваемых при изучении принципов функционирования нейронов, является проблема взаимосвязи между структурными и функциональными изменениями на тканевом, клеточном и субклеточном уровнях. Нормальная функциональная активность нервных клеток осуществляется благодаря слаженному взаимодействию всех его органоидов. Отвечая на воздействия внешней среды, нейроны не просто статично поддерживают свою целостность, но направленно, специфично изменяют и модифицируют деятельность всех своих компонентов (Косицын, 1975: Боголепов, 1979; Меркулова, Даринский, 1982; Машанский, Рабинович, 1987).
Несмотря на то, что нервная система весьма пластична, функциональные перегрузки могут привести к развитию патологических явлений, которые проявляются в структуре и функции нейронов. Важное,. если не основное значение в этих процессах имеют ионы кальция. Установлено, что значительное увеличение их концентрации в цитоплазме клетки ведет к повреждению органоидов, деструкции цитоскелета, активации катаболических энзимов, что в конечном счете может вызвать гибель клетки (Orrenius et al., 1989). В нейронах, как в любых клетках эукариотов, имеется целый ряд внутриклеточных систем и органоидов, регулирующих количество кальциевых ионов в цитозоле и управляющих их распределением в разных участках нейрона - соме, дендритах, аксоне. Сюда относятся митохондрии, ядро, секреторные гранулы, аппарат Гольджи и гладкий ретикулум. Последнему в настоящее время уделяется особое внимание специалистов разного профиля в связи с его активным участием в быстром захвате и аккумуляции кальциевых ионов (Костюк, 1992; Hepler et al.,1990; Koch 1990; Terasakl 1994;Pozzan et al,1994).
Для успешного выяснения механизмов пластичности нервных клеток и их органоидов применяется широкий диапазон различных методических подходов, и в их числе, несомненно, важное значение имеет морфология и особенно электронная микроскопия (Мошков, 1985). Особенно продуктивны ультраструктурные исследования на таком классическом объекте, каким считаются маутнеровские нейроны (МН) костистых рыб, единственные идентифицированные нейроны позвоночных, представляющие собой парные командные нейроны, принимающие афферентные окончания от разных сенсорных систем и отделов головного мозга и управляющие специфическими формами плавательной активности (Сахаров, 1961; Diamond, 1971; Zottoli et
al., 1987; Confield et al., 1993).
Цель и задачи работы. Целью работы было изучение особенностей ультраструктурной организации гладкого эндоплазма-тического ретикулума МН некоторых видов рыб, а также структурной изменчивости этого органоида, при определенных, экспериментально вызванных состояниях нейронов.
Были поставлены следующие задачи. 1. Проанализировать морфологические особенности гладкого ретикулума МН некоторых видов рыб, характеризующихся разньш уровнем врожденной двигательной активности. 2. Исследовать строение гладкого ретикулума в незрелых МН мальков рыб. 3. Провести сравнительный количественный анализ ультраструктурных перестроек ретикулума, возникающих в МН взрослых рыб и мальков в результате интенсивной сенсорной стимуляции. 4. Установить значение частичной деафферентации МН взрослых рыб и мальков для ультраструктуры данных нейронов в условиях относительного покоя и при интенсивной сенсорной стимуляции. 5. Определить цитохимически локализацию ионов кальция в дендроплазме МН рыб в интактном состоянии и после длительной стимуляции.
Научная новизна. В дендроплазме МН рыб впервые выявлена специфическая, упорядоченная организация гладкого эндоплазматическо-го ретикулума, состоящая из продольных и регулярных поперечно расположенных цистерн и канальцев, напоминающая септальный гладкий ретикулум, описанный в некоторых нейронах беспозвоночных и позвоночных животных. Установлено закономерное усложнение развития гладкого ретикулума в МН зрелых рыб по сравнению с нейронами мальков. Оно состоит в увеличении общей протяженности элементов ретикулума и увеличении числа его поперечных компонентов. Выявлено, что интенсивная сенсорная стимуляция МН мальков и взрослых рыб приводит к пролиферации гладкого ретикулума, которая значительно сильнее проявляется в незрелых МН мальков и достигает уровня развития, характерного для этой структуры у взрослых рыб. Обнаружено, что сенсорная стимуляция МН на фоне их частичной деафферентации оказывается более щадящей как для ультраструктурного, так и для функционального состояния данных нейронов. Цитохимическое выявление ионов кальция в МН, находящихся в разных функциональных состояниях, показало, что первичное накопление и перераспределение этих ионов в МН в результате интенсивной стимуляции происходит с участием гладкого ретикулума и его производных - субповерхностных цистерн.
Научно-практическая ценность работы. Проведенное исследование имеет в основном теоретическое значение. Установленные в работе видоспецифические закономерности в организации и развитии гладкого эндоплазматического ретикулума в МН рыб и цитохимическое выявление перераспределения ионов кальция в результате стимуляции расширяют наши представления об адаптивных ультраструктурных преобразованиях на уровне отдельного нейрона при изменении его функционального состояния и свидетельствуют об участии гладкого ретикулума МН в устранении повышенной концентрации кальция в цитоплазме клетки. Данные результаты имеют определенную практическую значимость при разработке подходов к профилактике и коррекции нейронального утомления. Результаты работы используются при чтении курса лекций в Пущинском ГУ.
Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на рабочем совещании "Ультраструктура и пластичность нейронов" (Пушино, 1990). международном симпозиуме "Signal molecules and mechanism of animal behaviour" (Пущино, 1989), нейрогистологических колосовских чтениях (С.-Петербург, 1993 и 1994 гг.), ежегодной научной конференции ИТЭБ РАН (Пущино, 1994 и 1995гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Материалы изложены на 112стр., содержат 9 таблиц и 36 рис. Список цитируемой литературы включает 175 наименований отечественной и зарубежной литературы.