Введение к работе
Актуальность проблемы. Роль нервной системы в регуляции периферических гомеостатических процессов изучается в течение длительного времени Новый аспект этих исследований - выявление физиологической роли первичных сенсорных нейронов, которые составляют афферентное звено центральной нервной системы [Beltran J et al, 2007, Tang L, 2007] Чувствительные нейроны не только передают в головной мозг информацию о действии физических и химических факторов, но и оказывают локальные эффекты на периферии, механизмы которых не определены [Albutaihi I et al, 2004, Demirbilek S et al, 2004, Lo Y et al, 2005] При решении этой актуальной проблемы современной физиологии получены новые доказательства проявления эфферентной функции заднекорешковых нервов на периферии, в частности, в контроле капиллярно-венозной проницаемости, регуляции структурного гомеостаза и клеточных реакций в лимфоидных органах, крови и биологических жидкостях Впервые экспериментально доказано наличие центральной регуляции над реализацией влияний чувствительных нейронов спинальных ганглиев Этому способствовало применение сочетания классических методов невротомии с модифицированной экспериментальной моделью фармакологической деафферентации капсаицином
Хирургическая невротомия (дорзальная ризитомия, иссечение спинномозговых узлов, перерезка седалищного, блуждающего нервов) не позволяет исключать эффекты оперативного вмешательства и проводить чистую деафферентацию, так как все периферические нервные стволы смешанные Анализ результатов острых опытов приводил к нечеткой, а порой, и не правильной трактовке наблюдаемых изменений [George F, Sampol J, 1994, Абдуллаев М С, Маметова Е Г, 2000] Решению проблемы способствовало выявление медиаторов первичных сенсорных нейронов - нейропептидов группы тахикининов - вещества П и кальцитонин-ген-родственного пептида - КГРП [Марр et al, 1990, Nagy I, Rang H, 1999] и доказательство их селективной чувствительности к растительному алкалоиду капсаицину [Geppetti et al, 1988] Действие капсаицина зависит от дозы Инъекции нейротоксических доз (более 200 мг/кг) приводят к значительному повреждению сомы этих нейронов [Arbuckle J , Docherty R, 1995, Румянцева T А, Шилкин В В, 2001] и атрофии тонких немиелизированных волокон С- и А-типа [Vizzard М et al, 1995] Одновременно снижается порог восприимчивости термочувствительных рецепторов [Lu Z et al, 1990, Malberg H et al, 2004], в тканях развивается нейродистрофический процесс с наиболее выраженным повреждением капилляров и вен [Anand Р, 2003, Chen S et al, 2007]
Подкожная инъекция минимальной нейротоксической дозы капсаицина (150 мг/кг) вызывает выделение медиаторов (нейропептидов) из окончаний КЧН одновременно в коже и висцеральных органах Полагают, что эффект реализуется по механизму аксон - рефлекса [Scardina G et al, 2006] и проявляется, прежде всего, в органах, имеющих прямую (без переключения в интрамуральных ганглиях) иннервацию от КЧН Лимфоидная ткань и кожа содержат наибольшее число окончаний первичных нейронов спинальных ганглиев, поступающих сюда без переключения [Elfvin L et al, 1993, Felten D et al, 1993] Клетки подкожной соединительной и лимфоидной тканей, крови и биологических жидкостей, связанные в единую систему вследствие процессов циркуляции и рециркуляции,
имеют NK- и ваниллоидные рецепторы к нейропептидам и капсаицину [Donnerer J et al, 2004] Тимус по плотности иммунореактивности к нейропептидам уступает только головному мозгу [Jurjus A et al, 1998], в нем иммунореактивные к веществу П волокна связаны с сосудами капсулы и перегородок [Atoji J et al, 1997], а в медуллярной зоне лежат свободно между ОХ-8+-тимоцитами и тканевыми базофилами [Lorton D et al, 1990] Интенсивное рецепторное связывание вещества П в тимусе снижается после неонатальной обработки капсаицином [Santoni G et al, 2000] Сенсорную иннервацию селезенки обеспечивают волокна спинномозговых ганглиев уровня Д6-Д10, которые не переключаются в интрамуральных ганглиях Прямую чувствительную иннервацию получают синовии и подколенные лимфатические узлы [Бородин ЮИ и др, 1990] Получены данные о влиянии медиаторов КЧН на функциональную активность клеток иммунной защиты, в частности, на выработку цитокинов [Savmo W, Dardenne N, 2000, Santoni G et al, 2003] Капсаицин-чувствительные нейроны (КЧН) генерируют импульсные и градуальные сигналы, что принципиально позволяет им выполнять двойную афферентно-эфферентную функцию передавать сигнальную информацию в ЦНС и оказывать влияние на периферии [Holzer Р, 1998, Permkumar L, 2001] Попадая в кровь, капсаицин действует на клетки -эффекторы воспаления через активацию тахикининовых и ваниллоидных рецепторов [Esquisatto L et al, 2001] Роль нейропептидов КЧН в организации нейрогенного воспаления интенсивно исследовалась в эксперименте и в клинике [Hever G et al, 1998, Xue Q , et al, 2007] На основании полученных данных предположили, что нейропептиды реализуют свое влияние через макрофаги, тканевые базофилы и с помощью изменения проницаемости сосудов [Lotz М et al, 1990, Evan С et al, 1998, Barbara G et al, 2007]
Исследование структурного гомеостаза и клеточных реакций в лимфоидных органах, крови и биологических жидкостях в условиях изменения активности КЧН важно для определения роли нервной системы в механизмах неспецифической и иммунной защиты [Beinth A et al, 2003, Johaek L, 2004] Нарушение этих взаимодействий может способствовать развитию гиперчувствительности при хронических воспалительных и психосоматических патологиях Таким образом, роль первичных афферентных нейронов в регуляции структурного гомеостаза в лимфоидных органах не исследована Не изучались клеточные реакции в дренирующих лимфоидную ткань биологических жидкостях и венозной крови после введения капсаицина Не определена реакция на капсаициновую блокаду капиллярно-венозных сосудов и системы свертывания крови Не установлено, контролируется ли функциональная активность капсаицин-чувствительных нейронов центральной нервной системой Эти данные важны для понимания физиологических функций первичных афферентных нейронов, которые обеспечивают реализацию адаптационных механизмов в норме и при развитии патологических процессов
Цель исследования: изучить капиллярно-венозную проницаемость в коже, клеточные реакции и структурный гомеостаз в лимфоидных органах, крови, биологических жидкостях в условиях изменения функциональной активности капсаицин - чувствительных нейронов и выявить роль центральной нервной системы в контроле их эфферентной функции
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи
Исследовать регуляцию капсаицин-чувствительными нейронами капиллярно-венозной проницаемости кожи у животных разного возраста и пола,
Установить роль центральной нервной системы в контроле эфферентной функции капсаицин-чувствительных нейронов,
Определить изменения структурного гомеостаза лимфоидных органов в условиях блокады капсаицин-чувствительных нейронов,
Выявить зависимость между состоянием капсаицин-чувствительных нейронов и функциональной активностью эпителиоцитов и макрофагов тимуса,
Оценить динамические изменения клеточного состава крови и биологических жидкостей после фармакологической деафферентации капсаицином,
Выявить изменения в системе свертывания крови и реологии в условиях изменения функциональной активности первичных афферентных нейронов
Научная новизна. Впервые показано, что вызванное введением капсаицина усиление экстравазии витального красителя в области локализации сенсорных окончаний в коже устраняется после перерезки проводящих путей дорзальных рогов спинного мозга, что доказывает наличие рефлекторного тормозного контроля над эффектами капсаицин-чувствительных нейронов со стороны центральной нервной системы Контроль капиллярно-венозной проницаемости капсаицин-чувствительными нейронами различается у молодых животных разного пола и ослабевает в результате снижения активности сенсорных нейропептидов в онтогенезе
Получены экспериментальные доказательства участия капсицин-чувствительных нейронов в регуляции клеточных реакций и структурного гомеостаза лимфоидных органов Блокада капсаицин-чувствительных нейронов приводит к сокращению объема лимфоидной паренхимы тимуса, активации популяций макрофагов и тканевых базофилов, снижению гормонсинтезирующей активности эпителиоцитов В селезенке в условиях дисбаланса медиаторов капсаицин-чувствительных нейронов активировались герминативные центры, усиливалась фагоцитарная активность макрофагов и плазматизация красной пульпы, нарушалась трансформация мегакариобластов В подколенном лимфатическом узле при блокаде медиаторов капсаицин-чувствительных нейронов расширялся объем микроциркуляторного русла, увеличивалась популяция тканевых базофилов и число макрофагов в мозговых синусах, усиливалась плазматизация мякотных тяжей Эти результаты обсуждаются и сравниваются с патологическими и возрастными перестройками структуры лимфоидных органов В работе обосновывается концепция, позволяющая считать первичные сенсорные нейроны анатомическим субстратом нейроиммунных взаимодействий
Выявлены общие закономерности и особенности изменения клеточного состава венозной крови и биологических жидкостей в условиях нарушения нормального функционирования КЧН Установлено, что блокада медиаторов капсаицин-чувствительных нейронов приводит к перестройкам клеточного состава перитонеальной жидкости и бронхоальвеолярного жидкостного смыва, увеличению вязкости крови, ускорению свертываемости, снижению способности
нейтрофилов к продукции биоокислителей и общей антиокислительной активности крови Показано, что капсаицин-чувствительные нейроны регулируют способность тромбоцитов к наработке тромбина, ключевого фермента внутрисосудистого свертывания Этот эффект ослабевает после электрокоагуляции проводящих путей дорзальных рогов спинного мозга, то есть эфферентная функция капсаицин-чувствительных нейронов по регуляции системы свертывания крови контролируется центральной нервной системой
Теоретическая и практическая значимость. Настоящая работа вносит важный вклад в понимание роли первичных афферентных нейронов обосновывается гипотеза об их двойной афферентно-эфферентной функции Получены новые доказательства участия капсаицин-чувствительных нейронов в контроле капиллярно-венозной проницаемости, структурного гомеостаза лимфоидных органов, функциональной активности клеток крови и биологических жидкостей, системы свертывания крови Раскрытие механизмов трофического действия неиропептидов в иммунных органах позволяет предполагать их включение в регуляцию нейроиммунных взаимодействий в качестве анатомического субстрата, в обеспечение реакций гиперчувствительности, хронизации воспалительных патологий В этой связи выполненная работа имеет и практическую ценность для клиницистов Впервые получены данные, подтверждающие наличие рефлекторных тормозных влияний на физиологическую активность афферентных нейронов спинальных ганглиев в норме со стороны центральной нервной системы Патологические воздействия на эти нейроны могут приводить к развитию заболеваний психосоматической природы
Результаты исследования расширяют современные представления о роли чувствительных к капсаицину нейронов в регуляции клеточных реакций при развитии нейрогенного воспаления Обоснована перспективность исследования механизмов периферического действия медиаторов капсаицин-чувствительных нейронов в клинике для коррекции хронических воспалений и невропатических болей в НИИ курортологии Материалы используются при чтении лекции по курсу «Клиническая психология» (тема «Психосоматические и соматотрофные патологии») на кафедре психологии Новосибирского высшего военного командного училища (военного института) Модификация метода капсаициновой деафферентации применяется для научно-исследовательской работы лаборатории функциональной нейроморфологии ГУ НИИ физиологии СО РАМН
Положения, выносимые на защиту:
Блокада медиаторов капсаицин-чувствительных нейронов усиливает капиллярно-венозную проницаемость и лейкоцитоз крови, снижает функциональную активность элителиоцитов тимуса, способность нейтрофилов к продукции биологических окислителей и общую антиокислительную активность крови, стимулирует активность фагоцитов, активирует внутрисосудистые механизмы свертывания крови, увеличивая ее вязкость
Фармакологическая деафферентация капсаицином вызывает истощение структурных резервов тимуса, усиливает иммунную и нарушает кроветворную функции селезенки, увеличивает популяцию макрофагов и тканевых базофилов подколенного лимфатического узла
3 Реализация периферических эффектов капсаицин-чувствительных
нейронов находится под контролем центральной нервной системы
Апробация работы Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзной конференции «Нейрогуморальные механизмы регуляции висцеральных систем и органов» (Томск, 1989), научной конференции (с международным участием) «Патогенез хронического воспаления» (Новосибирск, 1991), Всесоюзном симпозиуме «Современные проблемы клинической и экспериментальной психонейроиммунологии» (Томск, 1992), II и III Съездах физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1995, 1997), I Съезде патофизиологов Росии «Патофизиология органов и систем» (Москва, 1996), III Международной конференции «Колосовские чтения-97» (Санкт-Петербург, 1997), XVIII Съезде физиологов России (Ростов-на-Дону, 1998), Международном симпозиуме «Проблемы лимфологии и эндокринологии» (Новосибирск, 1998), Всероссийской научно-практической конференции «Морфологические науки -практике здравоохранения и ветеринарии (Омск, 1999), Всероссийской научной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения ИП Павлова (Санкт-Петербург, 1999), I и II Всероссийских конференциях с международным участием по нейроиммунопатологии (Москва, 1999, 2002), Международной конференции «Проблемы экспериментальной, клинической и профилактической лимфологии» (Новосибирск, 2000), IV Международном симпозиуме "Проблемы саногенного и патогенного эффектов экологического воздействия на внутреннюю среду организма" (Бишкек, 1999), Международной научной конференции к юбилею Казахского института физиологии (Алма-Аты, 2001), Международном конгрессе нейроморфологов (Санкт-Петербург, 2002), Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 50-летию ЧГМА (Чита, 2003), Международном симпозиуме «Механизмы регуляции висцеральных функций» (Санкт- Петербург, 2003, 2005), IX Международном симпозиуме «Гомеостаз и экстремальные состояния организма» (Красноярск, 2003), V Сибирском физиологическом съезде, (Томск, 2005), I Сибирском съезде лимфологов с международным участием «Проблемы экспериментальной, клинической и профилактической лимфологии», (Новосибирск, 2006), Всероссийской научной конференции «Механизмы индивидуальной адаптации», (Томск, 2006), XVIII (Казань, 2001) и XIX (Москва, 2007) Съездах Всероссийского физиологического общества
Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 научных работ В ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК, опубликовано 13 статей
Структура и объем диссертации Диссертация изложена на 269 стр машинописного текста Состоит из введения и пяти глав, включающих обзор литературы, описание материалов и методов исследования, результаты собственных исследований, обсуждение полученных результатов и выводов Список литературы включает 827 публикаций, из них 184 - отечественных авторов Работа иллюстрирована сорока тремя рисунками, четырьмя таблицами и тремя схемами
Автор глубоко признателен научному консультанту работы д м н, профессору С В Логвинову и выражает большую благодарность за помощь в выполнении диссертации вне НЦКЭМ СО РАМН д б н О П Макаровой, зав лабораторией ультраструктурных исследований ГУ НИИ КиЭЛ СО РАМН, д б н Н П Бгатовой, в н с ГУ НИИ КиЭЛ СО РАМН, д м н Л А Обуховой
