Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Амплитудно-временные характеристки миниатюрных токов концевой пластинки при пластической перестройке нервно-мышечного синапса и после денервации

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Амплитудно-временные характеристки миниатюрных токов концевой пластинки при пластической перестройке нервно-мышечного синапса и после денервации"

КАЗАНСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ЗЕМСКОВА СВЕТЛАНА НИКОЛАЕВНА

АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИНИАТЮРНЫХ ТОКОВ КОНЦЕВОЙ ПЛАСТИНКИ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ПЕРЕСТРОЙКЕ НЕРВНО-МЫШЕЧНОГО СИНАПСА И ПОСЛЕ ДЕНЬТЧШИ1И

03. 00. 13— физиология человека и животных

Автореферат диссертации на соискание ученой, степени кандидата биологических паук

КАЗАНЬ 1992

Работа выполнена на кафедре нормальной физиологии Казанского государственного медицинского института им.С.В.Курашова

Научный руководитель: доктор медицинских наук

профессор Зефиров А.Л.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

профессор Каталымов Л.Л.

доктор медицинских наук профессор Полетаев Г.И.

Ведущая организация - Институт эволюционной физиологии

и биохимии им. И.М.Сеченова

Защита состоится в " ^Ц "" часов па заседании специализированного совета

К.113.19.02 но присуждению ученой степени кандидата биологических наук но специальности 03.00.13 - физиология человека и животных при Казанском ордена Трудового Красного Знамени государственном педагогическом институте по адресу: 420021, Казань, ул.М.Межлаука, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного педагогического института по адресу: Казань, уп.Межпаука, д.1.

Автореферат разослан " <£3 «Л^Л-О^г^ 1992 г.

Ученый секретарь сиен и'|;шзщ:>0ваш10Г0 совета,и /) канд.биол.паук, доцент и-1и-Мака"еев

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы. Вопросы, касающиеся пластичности, этого неотъемлемого и универсального свойства нервной системы, никогда не переставали интересовать исследователей, поскольку пластичность нейрональных систем лежит в основе таких основополагающих свойств центральной нервной системы как обучение и память. Этой теме посвящено огромное количество работ, однако клеточные механизмы, лежащие в основе пластичности, все еще изучены недостаточно.

По современным представлениям механизмы пластических перестроек локализованы, главньм образом, в синапсах, как центральных, так и периферических. В последнее время в качестве одного из подходов к данной проблеме все чаще стали использовать изучение пластических перестроек периферических синапсов, в частности, нервно-мышечного соединения амфибий.

Представление о том, что нервно-мышечное соединение не является застывшей, статичной структурой, сложилось постепенно, по мере накопления данных о структурной и функциональной неоднородности нервно-мышечного синапса скелетных мышц позвоночных (Зефиров, 1983; Bieser et al., 1984; Anzil et al., 1984; Robitaille, Tremblay,.1987; Wernig, Dorlochter, 1989). В частности, были изучены сезонные и возрастные измененения морфологии и функции синапса холоднокровных (Grinnell, Herrera, 1981; Wernig, Fischer, 1986; Dobretsow et al., 1990), а также выявлены различия между проксимальными и дистальными участками нервной терминали по ряду характеристик, определяющих секрецию ацетилхолина (АХ) (Зефиров, 1983; Безгина и др., 1986; Ко, 1985; Tremblay et al. , 1389). 'Если о пресинапти-ческих механизмах пластичности принято говорить, как об основном механизме пластических перестроек в синапсе, то свойства постсинаптической мембраны в этом плане почти не изучены.

Необходимо отметить, что одним из подходов к исследованию пластических перестроек (или ремоделирования)является изучение постденервационных изменений свойств нервно-мышеч-чного синапса. Этой теме посвящено большое количество работ (Birles et al., 1960; Fanbrough,' 1979; Rieser, Miledi,

1989). Однако большинство исследований проведено на теплокровных животных с использованием, главным образом, ультраструктурных, биохимических и радиоавтографических методов и на поздних сроках денервации.

В связи с этим, нам представлялось интересным изучить с помощью электрофиэиологических методов (регистрация амплитудно-временных характеристик спонтанных синаптических сигналов) свойства постсинаптической Мембраны скелетных мышечных волокон ь норме и при различных воздействиях, вызывающих ре-модолирование синапса. Это позволило бы вскрыть почти ие изученные постсинаптнческие -механизмы пластичности.

Цель п задачи исследования. Целью данного исследования »_________

было изучение развития процессов пластической перестройки нервно-мышечного .синапса интернированных и денервированных скелетных мышц с помощью анализа параметров миниатюрных то-коь концевой пластинки СМТКП).

Для выполнения этой цели были поставлены следующие кон-кретныэ задачи - произвести анализ амплитуды и длительности миниатюрных токов концевой пластинки : 1) в икнервнрованньк мышцах у холоднокровных

а) в различных участках одиночного синапса;

б) в синапсах зимних и летних лягушек;

?■) в денервированных скелетных мышечных волокнах у холоднокровных и теплокровных животных; 3) в процессе реиннервации у теплокровных.

Научная новизна.' В работе впервые изучены амплитудно-временные характеристики ¡Л.'КП при таких воздействиях, которые приводят к пластической перестройке периферического синапса.

Впервые, с помощью комплекс;'?го применения .электрофизиологических и электронно-микроскопических методов получены данные о гетерогенности свойств постсинаптической мембраны в пределах одного синапса. Показано наличие проксимо-дистально-го градиента не только амплитуды и частоты МТКП, но и времени полуспада МТКЛ. Эти исследования позволили сделать вывод о наличкк градиента плотности холинарецепторов СХР), а также плотности и глубины постсинаптическкх складок от проксимальны:: к дисгальным участкам одного и того же синапса.

Проведен сравнительный анализ спонтанной активности в синапсах у зимних и летних лягушек, что позволило выявить существенные различия свойств постсинаптической мембраны скелетных мышечных волокон амфибий в зависимости от времени года. Было показано, что зимой нервно-мышечный синапс амфибий претерпевает активные процессы ремоделироваиил, которые прежде всего проявляются в дистальных участках синапса.

Исследована также динамика изменений параметров ОТКГ1 в ходе развития процессов де- и реиннервации у холоднокровных и теплокровных животных. Впервые Еыявлены четкие электрофизиологические критерии наличия или отсутствия процессов ремоделирования в каждом отдельном синапсе и, следовательно, в целой мышце. К таким критериям можно отнести увеличение длительности спада МТКП, "расщепление" гистограмм распределения длительностей спонтанных сигналов на несколько классов, указывающее на появление нескольких групп сигналов с разной длительностью, а также увеличение количества сигналов с длительностью, превышающей длительность нормальных сигналов в 310 раз. Проанализированы свойства ионных каналов ХР, появляющихся после денервации.

Положения, выносимые на защиту.

1. В процессе пластической перестройки нервно-мышечного синапса холоднокровных и теплокровных животных происходит изменение амплитудных и временных характеристик МТКП.

2. Изменения параметров МТКП в ходе пластической перестройки и после денервации обусловлены следующими постсинапти-ческими механизмами: аЗ изменением плотности холинорецепто-ров; 6) появлением холинорецепторов, ионные каналы которых обладают большим временем открытого состояния и меньшей по-тенциалозависимостыо.

Научно-практическая ценность. Применение электрсфиэио-логических методов для изучения процессов пластических перестроек синапса позволило выявить наиболее ранние признаки этих процессов в скелетных мышцах позвоночных, а также вскрыть некоторые клеточные механизмы, лежащие ь основе пластических перестроек периферического синапса.

В результате проведенных исследований были обнаружены

четкие электрофизиологические критерии наличия пластических перестроек в синапсах холоднокровных■и теплокровных животных. Очевидно, что постоянному ремоделированию подвержены не толь- ко сингглы денервированных мышц, но и' интактных мышц. Следовательно, электрофизиологические изменения синаптической активности, сопутствующие пластическим перестройкам, могут был использованы в качестве критерия интенсивности пластических преобразований в данной мышце, а также наличия или отсутствш денервационно- реиннервационных процессов, что может быть важно при лечении нервно-мышечных патологий.

Полученные данные позволяет расширить и углубить понятие "пластическая перестройка", кроме того их можно аппроксимировать на аналогичные процессы, происходящие в синапсах ЦНС, что будет способствовать лучшему пониманию таких сложных и малоизученных явлений, как обучение и память.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на Всесоюзной конференции по нейронаукам, посвященной 100-летию со дня рождения академика АН УССР Д. С. Воронцова СКиев, 1986); на ХУ съезде Физиологического общества им. И.П.Павлова (Кишинев, 1987); на Всесоюзной конференции "Механизмы действия медиаторов и гормонов на эффек-торные клетки" (Суздаль, 1989); на Всесоюзном совещании "Одиночные ионные каналы в биологических мембраных" "(Пущино-на-Оке, 1987); на 1 Международном конгрессе патофизиологов (Москва, 1991); на заседаниях кафедры нормальной физиологии Казанского медицинского института и Татарского отделения Всесоюзного физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 1991), на заседаниях кафедры физиологии и анатомии Казанского педагогического института.

Реализация результатов исследования. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 работ. Материалы диссертации включены в лекционный курс по нормальной физиологии для студентов Казанского медицинского института.

Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 115 страниц состоит из введения, обзора литературы, глав "Объек' и методы исследования", "Результаты исследования и их обсуж' дение", заключения и выводов. Список цитируемой литературы

включает 130 названий, из них 110 - иностранных авторов. Диссертация содержит 13 рисунков и 5 таблиц.

ОБЬЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперименты на холоднокровных животных проводили на нервно-мышечном препарате кожно-грудинной мышцы лягушки Капа Е1сНЬипс1а. Часть экспериментов проведена на зимних лягушках с ноября по апрель, а часть - ка летних лягушках с июня по август. Животных содержали в террариуме при температуре 4-6° С. Эксперименты на теплокровных животных проводили на нервно-мышечном препарате диафрагмы белых лабораторных мь: шей.

Нервно-мышечный препарат выделяли и помещали в ванночку из органического стекла с рабочим объемом 2 мл. Все эксперименты выполнены в условиях постоянной перфузии препарата со скоростью 5 мл/мин.

Для работы с холоднокровными жиеотными использовали стандартный раствор Рингера следующего состава (в ммоль/л): N30,-115,0; Ка-2,5; СаО^-О.З; МдС1,2-2,0; N311003-2,4. Все эксперимента проводили при температуре 20±Р С; рН раствора поддерживали на уровне 7,2-7,4. Левый полудиафрагмалышй препарат мышей содержали в ванночке с перфузируемым раство-Кребса для теплокровных животных следующего состава (в ммоль/ л>: ИаС1-135,8; КС1.-5,0; МдС^- 1,2; 0аС1.2-2.0; ЯаН2Р04-1,0; КаНС03-24,0; глюкоза-11,0. До начала опыта раствор в течение 40-50 минут насыщали карбогеном (02-95%, СО^-й/О.

В части экспериментов под неглубоким наркозом в стерильных условиях производили денервацию кожно-грудинной мтшы лягушки, а также одностороннюю перерезку или передавливание Сдля изучения процесса рэинкервации) левого диафрагмаяьпого нерва у мьгшей на расстояния 10 мм.

Биопотенциалы регистрировали внутри- и ьнеклетсчио, используя обычную микроэлектродную установку (Костск, ЮбО).

Методика внеклеточного отведения спонтанных сигналов позволила регистрировать МТКП в проксимальных и дистальних участках одного синапса, которые идентифицировались по Форме внеклеточно регистрируемого тока действия нервного окончания СЗефиров, Халилов, 1984).

В некоторых экспериментах МТКП отводили в условиях фиксации мембранного потенциала с помощью двухэлектродного метода (Гебогоу е1 а1. , 1983). Данная методика позволила определить зависимость спада МТКП от потенциала фиксации в диапазоне от -110 до -50 мВ. которая подчиняется экспоненциальному закону и характеризуется параметром Н. Параметр Н -это значение, на которое необходимо изменить мембранный потенциал. чтобы изменить х спада МТКП в е раз. Кроме этого, ь условиях дву/электродной фиксации мембранного потенциала исследовалась автокорреляционная функция ацетилхолинового шума, которая позволяла судить об изменениях в работе ионных каналов г.остсинаптической мембраны, активируемых ацетилхоли-ном.

Электронно-микроскопическое исследование структуры различных участков одного и того же синапса у лягушек производили на серийных продольных и поперечных ультратонких срезах, получаемых на ультрамикротоме ЬКВ-З. Для изучения срезов использовали электронный микроскоп "Тез1а ВБ-БОО" Исследования проведены в лаборатории "Ультраструктуры нейрона" института биофизики г. Путано Сзав. - Д.А. Мошков) совместно с Л. А. Кашаловой и Е.К. Безгиной.

При статистической обработке экспериментальных'данных попользовали 1-критерий Стыодента СПлохинский, 1970).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОСТСИНАПТИЧЕСКОИ МЕМБРАНЫ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ ХОЛОДНОКРОВНЫХ В НОРМЕ.

Анализ амплитудно-временных характеристик (чТКП в разных участках отдельного нервно пешечного соединения лягушки.

При внеклеточной регистрации Ь!ТКП от различных участков одиночного кервно-мышечкого синапса лягушек было показано, что МТКП,. зарегистрированные от проксимальных участков, имеют более высокую амплитуду и время полуспада С1псЭ. Различия в амплитуде и йыли достоверными СР<0,05, п=25) и составляли, соответственно, 25,2% и 12,1% в среднем, хотя необходимо отметить, что в отдельных экспериментах разница была

- ? -

гораздо более значительной. Гистограммы распределения времени полуспада МТКП в интактных мышцах обычно были одномодаль-ными и компактными. Однако в ряде синапсов наряду с основной популяцией МТКП, имеющих 1пс в районе 1 мс, наблюдались сигналы с очень большой длительностью, 1пс которых превышало модальное значение в 3-10 раз' Стак называемые "медленные" МТКП. Эти сигналы составляли 1 -3% всех регистрируемых МТКП. Исключение таких сигналов из гистограммы распределения 1пс приводило к увеличению разницы в I между проксимальными и диетальными участками до 14,ОХ.

Добавление в перфузируемый раствор сЬтубокурарина Св концентрации Г10~^г/мл) приводило к уменьшению амплитуды и 1ПС МТКП. Однако выраженность этого снижения была неодинакова в разных участках: в проксимальных отделах амплитуда падала на 54,2%, а - на 21,8%, тогда как в дистальных - на

ПС»

тогда как в дистальных - на 42,6 и 15,6" соответственно (Р< 0,05, п= 20). Таким образом, на фоне действия тубокурари-на СТБЮ разница в амплитуде и I МТКП, зарегистрированных от разных участков синапса, исчезала (становилась недостоверной). Выдерживание мышцы в растворе с армином (Г 10 ^моль/ л) приводило к значительному увеличению амплитуды и длительности сигналов как в проксимальных, так и в дистальных участках. Однако эффект был более выражен в проксимальных участках. .Здесь амплитуда КГГКП возрастала на 60,8%, а 1пс - на 303,2%, тогда как в дистальном - всего лишь на 16,2% и 223,0% соответственно (Р<0,01, п=16).

Полученный нами феномен укорочения спада МТКП от проксимального к дистальному участкам синапса можно объяснить различием во времени открытого состояния ионных каналов ХР, однако неодинаковый эффект ТБК на длительность МТКП в разных участках синапса позволяет отказаться от этого предположения. Другой причиной различия в амплитуде и длительности МТКП по ходу отдельного синапса может яелятъся различие в условиях повторного связывания молекул АХ с ХР (Ка1г, МПе<Н, 1973; Магазаник, 1979). 0 том, что повторное связывание молекул АХ с ХР дает вклад в различия амплитуды и МТКП говорит и тот факт, что рассчитанный нами коэффициент корреляции (г) между

- в -

амплитудой и I МТКП был положительным в 95% исследованных проксимальных участках синапса и только в 60'/. случаев - в дистальных. Известно, что повторному связыванию молекул АХ с ХР способствуют все факторы, препятствующие удалению АХ из сина-птическои щели. К ним относятся: повышенная плотность ХР, недостаточная активность АХЭ, удлинение диффузионного пути молекул медиатора СМагазаник, 1979). Полученное нами более выраженное укорачивающее действие ТБК на спад МТКП в проксимальных районах, по сравнению с дистальныыи, позволяет сделать вывод о более высокой плотности ХР в постсинаптической мембране проксимальных участков синапса амфибий. Об этом же свидетельствует и серия экспериментов с ингибированием АХЭ, поскольку известно, что если разница в спаде МТКП связана с различной плотностью ХР, то она должна еще более возрасти на фоне действия армина, что мы и получили. Резкое увеличение различий в амплитуде и 1по МТКП в проксимальных и дистальных участках в армине позволяет считать, что активность АХЭ в разных участках синапса лягушки примерно одинакова.

Ультраструктурное исследование проксимальных и дистальных участков синапса амфибия.

Анализ серийных срезов портняжной и кожно-грудинной мышц лягушки позволил проанализировать ультраструктурные 'особенности проксимальных и дистальных участков синапса. Оказалось, что различные отделы синапса характеризуются некоторыми особенностями строения пре- и постсинаптических структур. Активные зоны и, соответственно, устья постсинаптических складок в проксимальных участках располагались более часто, чем в дистальных. Первичная синаптическая щель в проксимальных участках была несколько шире. За счет резкого уменьшения диаметра нервной терминали протяженность синаптического контакта в дистальных участках значительно уменьшалась. При используемом увеличении отличий в размерах устья постсинаптических складок и в размерах сннаптических везикул обнаружено не было. Таким . образом, данная серия экспериментов позволила нам с уверенностью говорить о наличии проксимо-дистального градиента амплитуды и 1ПС МТКП в пределах одного синапса, который обусловлен рагзятаими ь плотности хс.линорецептороь и в геометрии синап-

тлческой щели.

Сезонные изменения амплитуды и длительности МТКП.

Известно, что одним из проявлений пластических преобразований, происходящих 6 физиологических условиях, являются сезонные изменения нервно-мышечного синапса, наиболее ярко выраженные у амфибий.

Сравнительный анализ амплитуды и tnc МТКП в синапсах лягушек в различное время года показал, что как зимой, так и летом проксимо-дистальный градиент амплитуды и длительности спонтанных сигналов сохранялся, однако летом он был более выражен, чем зимой. В летнее время tnc МТКП в дистальных районах был ниже, чем в проксимальных, на 23,2%, а зимой - всего лишь на 18,ТА. Среднее значение tnc МТКП в синапсах летних лягушек составило 0,94t0,07 мс (проксимальные участки), тогда как зимой наблюдалось достоверное увеличение среднего значения ^ МТКП до 1,12±0,08 мс СР<0,05,п=10). Летом гистограммы распределения tnc МТКП были компактны и одномодальны. В синапсах же зимних лягушек довольно часто встречались гистограммы, имеющие несколько пиков Сипи модальных значений!. Кроме того зимой, особенно в дистальных районах синапса, увеличивалось количесво "медленных" МТКП. Интересно отметить, что "укорачивающий" эффект ТБК на спад МТКП в синапсах зимних лягушек был менее выражен, чем в синапсах летних лягушек. Так, при действии ТБК амплитуда МТКП в проксимальных участках синапса снижалась летом с 547,5436,5 мкВ в норме до 175,4±25,3 мкВ в ТБК, t-nc МТКП также уменьшалось с 0,97+0,04 мс (норма) до 0,81*0,02 мс (ТБК), тогда как зимой - с 482,4±100,2 до 235,1*43,1 мкВ и с 1,12±0,08 до 0,95±0,13 мс, соответственно. Этот феномен мы сочли возможным объяснить низкой чувствительностью ХР постсинаптической мембраны синапсов зимних лягушек к ТБК.

Полученные данные мы должны рассматривать, исходя из того, что зимой, по данным Wernig А. и соавт. (1980), в нервно-мышечных синапсах наблюдаются явные признаки спраутинга, то есть синапс активно перестраивается, а летом налицо признаки ретракции. Анализ сезонных изменений параметров МТКП хорошо согласуется с данными представлениями. Мы обнаружили в синап-

- 1и -

сах зимних лягушек, и особенно в дистальных районах, характерные изменения параметров МТКП, . которые были расценены нами как признаки наличия процессов пластических перестроек. ПООГДЕНЕРВАЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СПОНТАННОЙ

АКТИВНОСТИ НЕРВНО-МЫШЕЧНОГО СИНАПСА. Анализ амплитудно-временных характеристик МГКП на ранних стадиях после перерезки двигательного нерва. Еше одной моделью изучения механизмов, лежащих ь основе пластического ремоделирования синапса, может служить хирурги-гическая денервация скелетных мышечных волокон.

Эксперименты проводились в период с ноября по декабрь. В норме амплитуда МТКП составила 505,*54,5 мкВ и - 1,27± 0,04 мс. После перерезки двигательного нерва, иннервирующего кодно-грудинную мышцу лягушки, начиная со 2-3-го дня, происходило уменьшение амплитуды и частоты МТКП. Через 8-10 дней постсиналтические сигналы полностью исчезали. Этот процесс в разных синапсах происходит крайне неравномерно, то есть в одной и той же мышце можно было встретить синапсы с совершенно нормальной спонтанной активностью и синапсы, в ко-которых амплитуда и частота МТКП были, резко снижены.

Детальный анализ постденервационных изменений длительности МТКП позволил выявить две фазы развития данного процесса. В первые 3-4 дня денервация приводила к достоверному укорочению спада МТКП, так, на 4-й день 1ПС МТКП уменьшалось на 18, IX (Р<0,05, п=20). Начиная с 4-5-го дней денервации происходило удлинение спада МТКП и на 8-й день среднее зна-ченне 1ПС МТКП возрастало на 52,9% по сравнению с 4-м днем. Причем значительно увеличивались не только значения 1'пс МТКП основной популяции, но и количество "медленных" сигналов, по сравнению с нормой их количество возросло до 12% Начиная с 5-6 дней после перерезки двигательного нерва в гистограмме распределения 1пс основной популяции МГКП довольно четко выделялось несколько пиков, свидетельствующих о появлении нескольких групп сигналов, каждая из которых имела свое модальное значение 1пс.

Первоначальное укорочение спада МТКП может быть вызвано либо снижением уровня мембранного потенциала покоя СМПП) мы-

шечных волокон, либо уменьшением плотности ХР постсинаптичес-кой мембраны. Снижение МПП не может, по-видимому, быть причиной исследуемого феномена, поскольку мы наблюдали фазу укорочения спада МТКП даже тогда, когда потенциал на мембране был фиксирован (на уровне -70 мВ). Для проверки второго предположения был проведен сравнительный анализ степени денерва-ционного укорочения постсинаптических сигналов в контроле и в условиях ингибирования АХЭ. Укорочение спада МТКП в денер-вированных мышцах с интактной АХЭ составило 18,1%, тогда как на фоне действия армина оно достигало уже 53,4%. Однако известно, что если укорочение спада МТКП вызвано уменьшением плотности .ХР, то в условиях ингибированноЯ АХЭ оно должно быть более выраженным, так как в этом случае отсутствует фактор повторного связывания. Следовательно, можно сделать вывод, что в кожно-грудинной .мышце лягушки примерно со 2-го дня после денервации начинается процесс снижения плотности ХР в синаптической области. Увеличение времени полуспада МТКП можно объяснить несколькими причинами. Известно, что в процессе денервации снижается активность АХЭ, однако проведенное нами биохимическое исследование активности АХЭ в кожно-грудинной мышце лягушки не выявило каких-либо достоверных изменений на исследуемых нами сроках денервации. Наблюдаемое нами удлинение спада МТКП можно объяснить тек, что после денервации образуются новые KP CMiledi, 1960b; k'allo, Steinhardt, 1983). ионные каналы которых имеют более длительное время открытого состояния (Gage, Hamill, 1980). Такие вновь синтезированные ХР встраиваются, по-видимому, не только в зкстрасинаптическу» область синапса (Fambrough, 1979), но и в синаптическую. Вполне вероятно, что появление нескольких пиков ь гистограмме распределения I МТКП свидетельствует о наличии двух видов ХР в синаптической области. Для более прямого подтверждения этой гипотезы мы провели сравнительный анализ АХ-шума в синапсах нормальных и денервированкьи скелетных мышц у амфибии. Эта методика, основанная на регистрации автокорреляционной функции АХ-шума в условиях двухэлектродноП фиксации мембранного потенциала, позволила нам судить о времени открытого состояния ионных каналов, активируемых ац^тилхолкном.

Оказалось, что на 8-9-й дни после денервации, когда постде-нервационные изменения уже ярко выражены, встречались синапсы, в которых время открытого состояния ионных каналов ХР превышало в 2-3 раза таковое в иннервированных мышцах.

При анализе потенциалозависимости времени полуспада МТКП было показано, что сигналы, имеющие наиболее длительный спад, характеризуются меньшей потенциалозависимостыо. Необходимо также отметить, что ХР денервированных мышц, также как и ХР постсинаптической мембраны у зимних лягушек, обладают сниженной чувствительностью к ТБК.

Динамика изменений параметров МТКП в ходе развития

^ процессов де- и реинн&рвации у теплокровных.

Динамика постденервационных изменений амплитудно-временных характеристик МТКП в синапсах полудиафрагмы мыши после перерезки френико-диафрагмального нерва была такой же, как и в синапсах амфибий, но все изменения протекали гораздо быстрее. После перерезки нерва также наблюдалось резкое и быстрое уменьшение амплитуды и частоты МТКП, и, спустя 12 часов, спонтанные сигналы полностью исчезали.

Изменения времени полуспада МТКП также носили двухфазный характер, однако первоначальное укорочение было более выражено С с 1,10*0,03 мс в норме до 0,78±0,02 мс спустя 4 часа после перерезки), а последующее удлинение - менее значительно С1пс МТКП, зарегистрированных спустя 20-12 часов составило в среднем 0,88±0,05 мс). Примерно до 4-го часа после перерезки двигательного нерва гистограммы распределения 1пс МТКП оставались компактными и одномодальными. Количество "медленных" сигналов составляло всего лишь 0,64% от всех зарегистрированных в данном синапсе сигна.--ь. Необходимо отметить, что гистограммы распределения амплитуд и 1пс МТКП в синапсах у мьплей всегда были более компактны, чем в синапсах лягушек и сигналь; о очень большой длительностью встречались довольно редко. Начиная с С-го часа после денерьаиии в основной популяции МТКП на гистограмме распределения 1ПС можно было выделить несколько мод.

В процессе реиннерьаиии полудиафрагмальной мышцы мышн Спооле передавливания френико-диафрагмального нерва) мы не

смогли зарегистрировать какую-либо постсинаптическую активность. КГГКП появились только на 17-й день после передавлива-ния нерва, что согласуется с данными литературы СGregorio F.Di et al., 1989, 1990). Амплитуда наблюдаемых МТКП 'била невелика Св среднем 119,58±19,79 мкВ), а гистограммы распределения амплитуд были скошенными, так называемые "skew" -гистограммы, характерные для эмбриональных и регенерирующих синапсов СVautrin, 1990). Частота МТКП была очень низкой и составляла в среднем 0,098*0,02 с3 . Среднее время полуспада таких МТКП было достоверно выше, чем в контроле СР<0,05, п=6). Кроме этого, гистограммы распределения t МТКП были во всех исследованных синапсах весьма характерными: они как бы "распадались" на несколько классов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .

Синапсы нормальных, иннервированных мышц, претерпевающих пластические перестройки, а также мышц, находящихся в стадии денервации'или реиннервации, обнаруживают весьма характерные и схожие изменения свойств постсинаптической мембраны, что отражается, прежде всего, на амплитудных и временных параметрах МТКП. Изменения характеристик спонтанных пост-синаптических сигналов обусловлены изменением плотности холи-норецепторов, а также появлением холинорецепторов, ионные каналы которых обладают.большим временем открытого состояния и меньшей потенциалозависимостью.

■ Наше исследование позволило выявить четкие электрофизи-ологичёские критерии наличия или отсутствия пластических перестроек в нервно-мышечных синапсах холоднокровных и теплокровных животных. К ним относятся, прежде всего, уменьшение амплитуды и увеличение длительности полуспада МТКП, "расщепление" гистограммы распределения t. МТКП на несколько классов, каждый со своим модальным значением, а также снижение чувствительности it действию ТБК. На наличие процессов реко-делирования может указывать также увеличение количества "медленных" МТКП.

ВЫВОДЫ

1. В нервно-мышечном синапсе амфибий существует прокси-

мо-дисталькый градиент амплитуды и длительности спада МТКП. Амплитуда и время полуспада МТКП, зарегистрированных от проксимальных участков синапса, превышают аналогичные параметры МТКП т, дистальных районах.

2. Проксимальные отделы синапса, по сравнению с дисталь-ныыи, характеризуются повышенной плотностью ХР и постсинапти-ческих складок (ПСС), а также большей длийой синаптического контакта и меньшей разветвленностыэ ПСС.

3. Сезонные пластические перестройки синапсов амфибий наиболее отчетливо проявляются зимой в дистальных участках: это выражается в уменьшении амплитуды и увеличении 1по МТКП, а также в увеличении количества "медленных" МТКП. ХР постси-наптической мембраны синапсов у зимних лягушек менее чувствительны к ТБК, чем у летних.

4. Изменения времени полуопада МТКП в ходе денервации включают две фазы: первоначальное укорочение спада МТКП Сначиная со 2-4-го дней) сменяется его удлинением, продолжающимся вплоть до исчезновения спонтанной активности (8-9-й дни после денервации).

5. В синапсах у мышей наблюдается .аналогичная динамика изменений времени полуспада МТКП в условиях денервации, однако все изменения протекали гораздо быстрее Св течение 12 часов).

6. Через 4-5 дней после денервации в постсинаптической мембране появляются ХР, характеризующиеся сниженной чувствительностью к тубокурарину, а их ионные каналы обладают большим временем открытого состояния и меньшей потенциалозави-симостыэ.

7. Изменения амплитудно-временных характеристик МТКП, зарегистрированных в синапсах полудиафрагмальной мышцы мыши в процессе реиннервации, были аналогичны таковым в синапсах денерьированных мышц.

8. Признаками наличия процессов пластической перестройки Сремоделирования) в синапсах холоднокровных и теплокровных животных являются:

1) увеличение времени полуспада МТКП;

2) "расцепление" гистограммы'распределения Ц МТКП н;

несколько классов;

3) увеличение количества "медленных" спонтанных сигналов;

4) снижение чувствительности к действию тубокурарина. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Зефиров А.Л., Земскова С. Н. Особенности освобождения медиаторов в нервно-мышечных синапсах крупных и мелких мышечных волокон скелетной мышцы лягушки // В кн.: Физиология двигательного аппарата и физиология труда. - Казань, 1978. - С. 57-63.

2. Зефиров А.Л., Земскова С.Н. Освобождение медиатора в нервно-мышечных соединениях портняжной мышцы лягушки при ритмическом раздражении // Физиол. журнал СССР. - 1979. -Т. 65, N 8. - С. 1220-1225.

3. Земскова С.Н., Зефиров А.Л. Амплитудные и временные характеристики миниатюрных токов в различных отделах нервно-мышечного соединения // Мат. Всесоюзной конф. по нейронаукам. -Киев, 1988. - С. 83.

4. Безгина E.H., Кашапоза Л. А., Мошков Д. А., Драбкина Т.М.. Земскова С.Н., Зефиров А.Л., Халалов H.A. Особенности временного течения миниатюрных-тсков концевой пластинки в разных участках нервно-мышечного соединения лягушки // Нейрофизиология. - 1987. - Т. 19, N 6. - С. 778-769.

5.' Волкова И.Н., Зефиров А.Л., Ахтямова Д.А., Земскова С.Н., Халилов И. А. Особенности злектрогенеза и секреции медиатора в нервно-мышечном синапсе // В кн.: ХУ Съезд. Физиологического общества. Тез. докл. - 1987. - С. 120-121.

6. Земскова С. Н., Эдер К., Зефиров А. Л Денервашюнныэ изменения свойств поетеинаптическсй мембраны мышечных волокон лягушки // Тез. докл. Всесоюзн. конфер. "Механизмы действия медиаторов и гормонов на эффекторнве клетки".- 26-28 сентября Суздаль. - 1989: - С. 78.

7. Земскова С.Н., Эдер К., Гнниатуллин P.A., Зрфиров А.Л., Хаэипов Р-Н. Ранние постдекервэционнке изменения свойств постсинаптической мембраны мышечного волокна амфибии /.' Физиол. журн. СССР. - 1991. •- Т. 77, N 2. - С. 57-G5.

'8. Земскова С. Н. . Б';эг::на Е. К., Кгтпсгъ .i.A., Е>лко г.а

И. Н. О возможном участии Шванновских клеток в спонтанном освобождении медиатора // В кн.: Тез. докл. У1 Всесоюзной конф. "Физиология медиаторов. Периферический синапс". - Казань, 1991. - С. 46.

9. Zefirov A.L., Zemskova S.N., Eder К. Early postdene-rvation alterations of the skeletal muscle postsynaptic membrane // Proceedings of f*- Congress of Int. Society for Pathophysiology. - Moskcw, May S8-June 1, 1S91. - P. 73-75.

Подписано к печати 13,1.92.

ТирIЛ00__________________________________________Зак. 12-92

Лаборатория офсетной печати Казанского госпединститута 420015 г.Казань, уя.Пушккна,!.