Введение к работе
&ю:/адьносвиіссдедОЕания,
Первичным звеном болевой рецепции у человека (или, применительно к животным, ноцицепции, т.е. восприятия вредоносных раздражений) в коже являются высокопороговые полимодальные сенсорные единицы (ноцицепторы). Такие сенсорные единицы состоят из афферентного А-дельта- или С-аксона, его центральных и периферических разветвлений. Поскольку высокопороговые С-аксонные сенсорные единицы кожи обладают чувствительностью к механическому и тепловому воздействию их также называют С-механо-термочувствительные единицы (СМТ-единицы).
Со времени открытия СМТ-единиц (Bessou, Perl, 1969) накоплены обширные данные, характеризующие их возбуждение при действии механических, тепловых и химических раздражителей (обзоры: Лиманский, 1989; Bovie, Perl, 1975; Zimmerman, 1979; Lynn, 1984; Besson, Chaouch, 1987; Cervero, 1994; Handwerker, 1994). Напротив, механизмы ингибирования этих сенсоров изучены в значительно меньшей степени. Понимание механизмов ингибирования СМТ-единиц расширило бы наши представления о путях регулирования их разрядов и могло бы привести к созданию новых способов местного обезболивания.
Традиционное местное обезболивание основано на полной блокаде нервного проведения по аксонам путем применения местных анестетиков в относительно высоких концентрациях (2-10%), что нередко сопровождается отрицательными побочными эффектами. Ряд таких эффектов можно избежать с помощью избирательной ("дифференциальной") мэстной анестезии, которая приводит к подавлению болевого ощущения при сохранении тактильной, тепловой и проприоцептивной модальностей. Современные методы дифференциальной местной анестезии основаны на применении местных анестетиков в низких концентрациях (10"3-10'5м) (Abram, Yaksh, 1994;
Barlett, Hutaserani, 1961; Brose, Cousins, 1991; Chabal et al, 1992; Devor et al, 1992; Tanelian, Brose, 1991; Wiesenfeld-Hallin, Lindblom, 1935). При этом остаются неясными механизмы, ведущие к обезболиванию, поскольку местные анестетики в применяемых низких концентрациях неполностью блокируют проведение нервных импульсов. Возможно, что мишенью действия местных анестетиков в этом случае является тканевой отцеп полимодальных С-аксонных сенсорных единиц. Эта гипотеза находит подтверждение в новых данных о свойствах СМТ-единиц.
В 1980-е годы было обнаружено возбуждение ноцицепторов кожи человека при механическом и термическом раздражении, не приводящее к возникновению болевых ощущений (Van Hees, Gybels, 1981; 1985). В нашей лаборатории было показано существование субноцигенного возбуждения СМТ-единиц химическими стимулами, которое характеризуется низкой частотой (<2Гц) (Ермишкин, 1989; Ревекко, 1988; Селектор, 1938). Существование субноцигенного возбуждения СМТ-единиц теоретически допускает дифференциальную местную анестезию особого рода, основанную на подавлении ноцицептивных высокочастотных разрядов ноцицепторов без угнетения низкочастотных разрядов. Для этой цели могли бы служить блокаторы возбудимых мембран с частотно-зависимым (более строго, стимулозаьисимым) эффектом, усиливающимся с повышением частоты возбуждения (стимуляции) мембраны. Такие агенты следует искать, о первую очередь, среди местных анестетиков и сердечных антиаритмиков, многие из которых являются стимулозависимыми блокаторами ионных каналов возбудимых мембран (Ходоров и др., 1976; Strichartz, 1973; Courtney, 1975; Hille, 1977).
Применительно к С-аксонам действие местных анестетиков изучали лишь на их проводниковой части, где стимулозависимое ингибиролание наблюдали только при высокой (нехарактерной для возбуждения ноцицепторов) частоте электрической стимуляции (выше 40 Гц: Courtney, 1985; Fink. Cairns. 1987). Эти данные привели к представлению о
незначительной роли стимулозависимого угнетения в регуляции разрядов ноцицепторов в реальных условиях и, соответственно, об отсутствии заметного вклада стимулозависимого угнетения ноцицепторов при местном обезболивании (Fink, Cairns, 1987). Наша работа привела к прямо противоположным выводам.
В 1989 г. была обнаружена нечувствительность тканевого отдела (к которому относят свободные нервные окончания и претерминальный участок аксона - "termination") С-аксонных сенсорных единиц к тетродотоксину (ТТХ) при механическом раздражении кожи крысы (Kirchhoff et al, 1989). Это позволяет предполагать, что в отличие от проводникового участка, в тканевом отделе СМТ-единиц имеется значительная фракция ТТХ-резистентных Na-каналов. Поскольку такие каналы отличаются особыми кинетическими характеристиками от ТТХ-чувствительных каналов (Koerber et al, 1988; Jeftlnija, 1992), это могло бы отразиться на эффективности их стимулозависимого ингибирования. Не исключено, что препараты стимулозависимого действия могли бы более эффективно действовать на тканевой отдел СМТ-единиц.
Для проверки этой гипотезы мы выбрали два местных анестетика -лидокаин и N-пропилаймалин, принадлежащих к двум основным классам аминных блокаторов ионных каналов возбудимых мембран и обладающих выраженным стимулозависимым механизмом действия на Na-кэналы перехватов Ранвье (Заборовская, Ходоров, 1980; Courtney, 1980).
Цепь исследования: изучить механизмы ингибирования тканевого отдела С-аксонных полимодальных сенсорных единиц кожи кошки местными анестетиками и выяснить принципиальную возможность дифференциального местного обезболивания путем избирательного угнетения высокочастотных разрядов ноцицептивных сенсорных единиц.
Для этого необходимо было решить следующие задачи:
1. Исследовать ингибирующее действие тетродотоксина на механическую и тепловую чувствительность ноцицептивных сенсорных
единиц кожи кошки и выяснить, обладает ли тканевой отдел СМТ-единиц резистентностью к блокирующему эффекту тетродотокеина.
-
Установить, способны ли местные анестетики, подводимые к тканевому отделу полимодальных С-аксонных сенсорных единиц, изменить структуру ответов, вызываемых ноцигенными механическими и тепловыми воздействиями, без полного угнетения их активности.
-
Определить вклад тонического и стимулозависимого механизмов действия местных анестетиков в ингибирование тканевого отдела СМТ-единиц и выявить возможность длительного подавления высокочастотных разрядов на основе стимулозависимого механизма при сохранении разрядов низкой частоты.
-
Сравнить действие нейтрального третичного местного анестетика лидокаина и четвертичного перманентно заряженного - N-пропилаймзлина на С-аксонные полимодапьныс сенсорные единицы и выявить отличительные черты эффектов этих соединений.
Научная новизна.
Впервые на коже кошки показана низкая чувствительность тканевого отдела СМТ-единиц к блокирующему действию тетродотоксина при тепловом и механическом раздражении, что свидетельствует о наличии в кожном участке СМТ-единиц особого типа натриевых каналов -тетродотоксин-резистентных.
Впервые проведено исследование тонического и стимулозависимого механизмов ингибирования тканевого отдела ноцицептивных сенсорных единиц кожи кошки местными анестетиками.
Впервые показана высокая эффективность стимулозависимого ингибирования тканевого отдела СМТ-единиц местными анестетиками при их раздражении естественными (механическими и тепловыми) ноцигенными стимулами, что приводит к подавлению высокочастотных ноцицептивных разрядов.
Впервые показана принципиальная возможность существенного ограничения возбуждения высокочастотных ноцицептивных разрядов с
помощью местных анестетиков стимулозависимого действия без полного угнетения активности СМТ-единиц.
Впервые предложен новый способ дифференциальной местного обезбояиаакия, основанный на регуляции разрядов СМТ-единиц местными анестетиками в зависимости от активности зтих единиц и приводящий к подавлению высокочастотных ноцицептионых разрядов при сохранении низкочастотных ответов.
Впервые обнаружено, что сердечный антиаритмик N-пропилаймалин намного эффективнее угнетает ноцицептивные сенсорные единицы, чем традиционный анестетик лидокаин, что позволяет предположить возможность применения соединений аймалинового ряда для местного обезболивания.
Теоретическое и практическое значение.
Результаты проведенного исследования углубляют и расширяют существующие представления о свойствах натриевых каналов тканевого отдела СМТ-единиц кожи кошки, о способах регулирования их разрядов, а также о механизмах действия местных анестетиков.
Эффективное ингибирование высокочастотных разрядов ноцицептивных сенсорных единиц путем стимулозависимого действия местных анестетиков на их тканевой отдел указывает на принципиально новый подход к дифференциальной местной анестезии. Неполное угнетение возбудимости сенсорных единиц при длительной местной анестезии позволит сохранить нервную связь пораженного органа с ЦНС. Полученные новые сведения будут важны для фармакологов и клиницистов, занимающихся направленным поиском новых эффективных средств и методов обезболивания.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Всесоюзной конференции "Физиология рецепторов кожи" (Нижний Новгород, 1991), на 1-ой и 2-ой конференциях Российской ассоциации по изучению боли (Москва, 1993; Новгород, 1995), на 6-ом Российско-Американском симпозиуме по внезапной смерти (Москва,
1993); на 38-ой Ежегодной конференции Биофизического общества (Новый-Орлеан, 1994), на 17-ом и 18-ом ежегодных симпозиумах Европейской ассоциации по нейронаукам (Вена, 1994; Амстердам, 1995); на межлабораторном семинаре Института экспериментальной кардиологии КНЦ РАМН и на заседании кафедры Физиологии человека и животных биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, изложения результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы.
Опыты проведены на 67 кошках, наркотизированных хлоралозой (40 мг/кг) и уретаном (600 мг/кг). На задней конечности выделяли подкожный нерв (п. saphenus). Для достижения длительной работоспособности нерва со вскрытой оболочкой постоянно омывали отпрепарированный участок нерва оксигенированным раствором Кребса-Хеиселейта.
Тонкие прядки нервных волокон выделяли препаровальными иглами по стандартной методике (Paintal, 1958; Iggo, 1959). Электрические сигналы в нервных волоконах микропучка отводили монополярным платиновым электродом. Электрические сигналы усиливали, фильтровали полосовым фильтром в диапазоне 85-2000 Гц. Принадлежность аксонов сенсорных единиц к классу С определяли по скорости проведения импульсов. Для исследованных сенсорных единиц она составляла 0.7-2.1 м/с. Если тонкая нервная прядка содержала работающее С-волокно, приступали к поиску и идентификации рецепторных окончаний. Сенсорные единицы группы С относили к полимодальным СМТ-единицам, если они возбуждались лишь интенсивными механическими (выше 25 r/мм^) и тепловыми (выше 40С) стимулами, наносимыми на рецепторный участок кожи (Bessou, Perl, 1969).
Механическое раздражение наносили калиброзанными волосками Фрея. Тепловой стимул подавали при помощи лампы с автоматически регулируемым накалом, что позволяло поддерживать заданную температуру на поверхности кожи в зоне рецептора. Для тепловой стимуля1«ии применяли линейно нарастающие и прямоугольные воздействия. Растворы исследуемых веществ вводили через канюлю в подкожную полость со стороны дермы под рецепторную зону СМТ-единицы. Достоверность различия средних величин параметров ответов в контроле и после аппликации местных анестетиков определяли по парному или групповому t-критерию Стьюдента.