Влияние медиаторов воспаления на кратковременную пластичность в нервно-мышечном синапсе Хабибуллина, Наиля Камильевна

Введение к работе

Актуальность исследования. Одной из актуальных проблем современной нейрофизиологии является изучение модуляции синаптической передачи фармакологическими агентами и физиологически активными веществами. Особый интерес среди возможных модуляторов синаптической передачи представляют эндогенные вещества, способные достигать синаптического аппарата in vivo. Среди них могут быть медиаторы воспаления, такие как гистамин, серотонин и брадикинин, концентрация которых возрастает при воспалительных и аллергических состояниях [Зайко, 1994]. Наибольший интерес может представлять действие этих медиаторов воспаления на проведение серий импульсов, близких двигательной команде мотонейрона. При передаче ритмической серии импульсов проявляются признаки кратковременного изменения функциональных свойств постсинаптической мембраны в виде снижения (десенситизация) или повышения (постсинаптическая потенциация) чувствительности постсинаптических рецепторов к медиатору [Гиниатуллин и др., 1986; Magazanik, Nikolsky, Giniatullin, 1984; Scuka, Mozrzymas, 1992]. -Кроме того, описаны пресинаптические формы кратковременной пластичности, проявляющиеся в условиях ритмической активности как в увеличении (облегчение и потенциация) и снижении (депрессия) синаптических сигналов [Zucker, 1989].

Предыдущими исследованиями было показано, что гистамин способен угнетать одиночные синаптические сигналы [Ariyoshi et al., 19S5; Scuka, 1971]. Однако, механизм депрессивного действия этого агента на нервно-мышечную передачу остается невыясненным. По некоторым данным [Scuka, 1973], основной мишенью для действия гистамина служит пресинаптическая мембрана, а основным проявлением - снижение вызванной секреции ацетилхолина из нервного окончания. С другой стороны, есть данные и о том, что гистамин способен взаимодействовать с рецепторно-канальным комплексом постсинаптической мембраны, проявляя зависимый от предшествующей активности (use-dependent) эффект (Ariyoshi et al., 1985]. Однако, и в этом случае не ясно, какой из зависимых от предшествующей активности - каналоблокирующий или ускоряющий десенситизацию эффект проявляет это соединение.

В отношении действия серотонина на синаптический аппарат данные литературы противоречивы. Имеются данные о постсинаптическом действии серотонина, который заключается, по данным авторов [Akasu et al., 1981], во взаимодействии с активным центром холинорецептора. С другой стороны предполагается, что серотонин через собственные рецепторы на постсинаптической мембране способен менять потенциалозависимость взаимодействия ацетилхолина с холинорецепторным комплексом [Магазаник и др., 1976]. Есть данные как об облегчающем пресинаптическом эффекте этого агента [Полетаев, 1974], так и об угнетающем влиянии серотонина на синаптическую передачу в скелетной мышце [Gawecka, Kostowski, 1966].

Брадикинин обладает выраженным эффектом на многие нервные клетки вызывая, в основном, увеличение концентрации инозитолтрифосфата {Miller, 1987] и повышение уровня внутриклеточного кальция [Akihiko et al., 1990]. Однако данные о влиянии брадикинина на нервно-мышечный синапс в литературе отсутствуют, хотя известно, что в культуре нейронов, образовавших синапс с мышечными волокнами, брадикинин угнетает секрецию трансмиттера [Nirenberg et al., 1983].

Таким образом, механизмы влияния физиологически активных соединений, появляющихся при воспалительных и аллергических заболеваниях на кратковременную пре- и постсинаптическую пластичность в нервно-мышечном синапсе остаются малоизученными. Изучение механизмов действия биологически активных соединений на синаптический аппарат находится в рамках традиционного научного направления Казанской физиологической школы - изучения регуляции и саморегуляции синаптической функции.

Цели и задачи исследования. Целью настоящего исследования было изучение влияния медиаторов воспаления на кратковременную пре- и постсинаптическую пластичность, проявляющуюся в условиях ритмической активности в нервно-мышечном синапсе. В соответствии с этой целью были сформулированы следующие задачи: 1. Выяснить влияние гистамина на параметры синаптических токов при

физиологическом уровне квантового выброса медиатора в условиях

одиночного и ритмического раздражения.

1. Изучить влияние гистамина на скорость спонтанной секреции трансмиттера из двигательного нервного окончания.

2. Исследовать возможность действия эндогенного гистамина, выделяемого при дегрануляции тучных клеток у сенсибилизированных животных на параметры синаптических токов.

3. Изучить влияние брадикинина на проведение одиночных сигналов и ритмических серий импульсов через нервно-мышечный синапс.

4. Исследовать механизмы действия серотонина на проведение серий токов концевой пластинки и рецепторно-канальный комплекс постсинаптической мембраны.

Положения, выносимые на защиту:

1. Экзогенный гистамин вызывает депрессию амплитуд многоквантовых и миниатюрных токов концевой пластинки и увеличение частоты последних, тогда как моделирование ситуации выделения эндогенного гистамина из тучных клеток сенсибилизированных животных введением разрешающей дозы антигена не приводит к снижению амплитуды миниатюрных токов, но вызывает учащение спонтанных сигналов.

2. Медиаторы воспаления брадикинин и серотонин вызывают частотно-зависимую депрессию многоквантовых токов концевой пластинки, в основе которой лежат пресинаптическая десинхронизация секреции и блок открытых ионных каналов постсинаптической мембраны.

Научная новизна. Новизна настоящего исследования заключается в том, что выяснены основные механизмы действия медиаторов воспаления гистамина, брадикинина и серотонина на проведение ритмических серий импульсов через нервно-мышечное соединение. Показана способность гистамина угнетать вызванную секрецию трансмиттера и снижать чувствительность постсинаптической мембраны к ацетилхолину. В синапсах морской свинки впервые выявлена способность гистамина вызывать преходящее повышение частоты миниатюрных токов концевой пластинки. Установлена способность серотонина блокировать ионные каналы холинорецептора в открытом состоянии и вызывать зависимый от предшествующей активности депрессорный эффект на проведение ритмических серий импульсов. Показана способность серотонина

усиливать постсинаптическую потенциацию при парной стимуляции двигательного нерва. Впервые исследован эффект брадикинина на нервно-мышечный синапс и установлено, что в основе его угнетающего влияния на проведение высокочастотных ритмических серий импульсов лежит нарастающая асинхронность секреции трансмиттера. Этот факт является первым описанием действия физиологически активного вещества через данный механизм модуляции синаптической передачи.

Научно-практическая ценность. Полученные результаты позволяют приблизиться к пониманию процессов, происходящих на пре- и постсинаптической мембране нервно-мышечного синапса при воспалительных и аллергических заболеваниях, сопровождающихся появлением медиаторов воспаления в синаптической щели. Наши данные свидетельствуют о том, что медиаторы воспаления гистамин, брадикинин и серотонин обладают общим свойством угнетать нервно-мышечную передачу, что может лежать в основе мышечной слабости, наблюдаемой при этих состояниях. Важно подчеркнуть, что угнетающее действие исследованных медиаторов воспаления является аддитивным, реализуемым за счет разных пре- и постсинаптических механизмов, таких как блокирование постсинаптических рецепторов, каналоблокирующий эффект, снижение вызванной секреции и усиление асинхронностн секреции трансмиттера из нервных окончаний. Полученные данные вскрывают новые мишени для действия биологически активных соединений в нервно-мышечном синапсе.

Апробация работы. Основные результаты доложены на Всероссийской конференции "Растущий организм, адаптация к возрастающей физической нагрузке" (Казань, 1996), на 9 Международном симпозиуме по холинергическим механизмам (Майнц, Германия, 1995), на конференции молодых ученых по холинергическим и пуринергическим механизмам (Казань, 1997), на Международной конференции по нейропатологии (С-Моритц, Швецария, 1998), на заседаниях кафедры нормальной физиологии КГМУ (1997).

Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 125 страниц состоит из введения, обзора литературы, описания методики

исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Список цитируемой литературы включает 217 источников, из них 151 иностранных авторов. Диссертация иллюстрирована 22 рисунками.

Объектом исследования был нервно-мышечный препарат седалищный нерв - портняжная мышца лягушек Rana Ridibunda и Rana Temporaria и диафрагмальная мышца морской свинки. Для предотвращения мышечных сокращений во время регистрации сигналов и сохранения высокого уровня квантового освобождения медиатора, мышечные волокна поперечно рассекали [Волкова и др., 1975]. Ванночка, в которой размещался нервно-мышечный препарат, имела рабочую емкость 2 мл. В течение эксперимента через ванночку непрерывно протекал раствор Рингера для холоднокровных, содержащий (в ммоль/л): NaCl - 115,0; КС1 - 2,5; СаС1₂ - 1,8; Na₂HC0₃ - .11,0. Для теплокровных использовали раствор Рингера-Локка следующего состава (в ммоль/л): NaCl - 137,0; КС1 - 5,0; СаС1₂ - 2,0; MgC!₂ - 1,0; NaHC0₃ - 11,0; NaH₂P0₄ - 1,0; глюкоза - 11,0 (Liley, 1956). В течение 40-50 минут до начала и во время эксперимента раствор аэрировали газовой смесью, состоящей из 95% кислорода и 5% углекислого газа. рН растворов поддерживали на уровне 7,2-7,4. Для ингибирования ацетилхолинэстеразы (АХЭ) использовали обратимый ингибитор прозерин (Serva, США) в концентрации 3-Ю"⁶ моль/л. Прозерин находился в проточном растворе в ходе всего опыта. Эксперименты проводили при температуре 20±2С для холоднокровных и 30±1С для теплокровных животных. Токи концевой пластинки (ТКП) и миниатюрные токи (МТКП) отводили в условиях двухэлектродной фиксации потенциала. Регистрацию потенциалов действия нервного окончания (ПДНО) и экстраклеточных токов концевой пластинки осуществляли с помощью внеклеточных микроэлектродов. Накопление и усреднение синаптических сигналов производили при помощи персонального компьютера с периодом опроса 20-60 мкс на точку. Расчет параметров и характера спада МТКП и многоквантовых ТКП производили при помощи оригинальных компьютерных программ

(автор Т.В. Лайков). Достоверность различий оценивали по критерию (t) Стьюдента.