Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Физиологические механизмы синаптической передачи в электрорецепторах (ампулах лоренцини) скатов

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Физиологические механизмы синаптической передачи в электрорецепторах (ампулах лоренцини) скатов"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР .

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ /О &/ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ им. И. П. ПАВЛОВА ---¿<5

На правах рукописи

АНДРИАНОВ Юрий Николаевич

УДК 597.35 + 591.185.1 + (Н2.8Н).7

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ В ЭЛЕКТРОРЕЦЕПТОРАХ (АМПУЛАХ ЛОРЕНЦИНИ)

СКАТОВ

03.00.13 — физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

ЛЕНИНГРАД 1989

Работа выполнена в лаборатории физиологии рецепции Института физиологии .им. И. П. Павлова АН СССР.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Ю. Е. Мандельштам; доктор биологических наук Ю. П. Пушкарев; доктор медицинских наук М. О. Самойлов.

Ведущее учреждение: Ленинградский государственный университет.

Защита состоится « » ¡1989 г. в час.

на заседании Специализированного совета (Д 002.36.01) по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук Института физиологии им. И. П. .Павлова АН СССР (199034, Ленинград, наб. Макарова, д. 6).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии им. И. П. Павлова АН СССР.

Автореферат разослан « » 1989 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, доктор биологических наук

/Ъ ^ нГмГЪавилова

У--- ' ......3 ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТШСА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Акустико-лятеральная система играет ажную роль в жизнедеятельности позвоночных животных. Она вюто-пет в себя рецепторные структуры, расположенные в органе Корти, естибулярном и отолитовом аппаратах и боковой линии ^Аг1ёэа Кяр-пга et аХ., 1936; Шмальгаузен, 1938; Дислер, 1960; Ш^гааГ, .963; Викников, 1979). Органы боковой линии и внутреннего уха :ходны по своему строению, хотя первые расположены в коже и под-юкных структурах. Рецептируюшим элементом для тех и других яв-шется колосковая клетка, синаптически контактирующая с аффе-)енткым волокном. В эмбриональный период органы боковой линии и знутреннего уха развиваются из одного и того же октсдермального 'толчения височной области. Общность происхождения и иннервации, сходство функциональной и морфологической организации перифери-геской и центральной частей являются основанием для объединения органов внутреннего уха и боковой линии в единую акустико-лате-зальную систему. Большое сходство структуры и механизмов, обеспечивающих восприятие механических стимулов, позволяет использо-зать сведения, полученные при изучении более доступных периферических сенсорных приборов органов боковой линии, для понимания [деятельности рецепторов внутреннего уха, исследование которых ю методическим причинам значительно более затруднено.

В связи с открытием в составе органов боковой линии некоторых низших позвоночных животных специализированных рецепторов мя восприятия электрического состояния водной среды к акусткко-натеральной системе была отнесена и электрорецепторная система (Ыавтаапп, 1958; Иашаала, ЫаоМп, 1958). Со времени открытия

элекгрорецепторов эта система привлекает пристальное внимание исследователей (см.обзоры: Андрианов и др., 1979; V.iencour,I979; Bullock, 1982; Андрианов, Ильинский, 1983; Electroreception, 1986). Источниками сигналов для электрорецепторов могут служить самые разнообразные электрические явления, возникающие в водной среде в результате различных физических и физико-химических процессов (при перепадах солености, изменениях температуры, движении воды в магнитном поле Земли и др.), а также обусловленные многочисленными биологическими процессами, связанными с жизнедеятельностью животных. Столь широкий круг факторов, являющихся раздражителями для системы электрорецепторов, свидетельствует о важной роли этой системы в жизни жкзотных.

Внимание к проблеме электрорецепции обусловлено тем, что алектрорецепторы как производные органов боковой линии представляют собой относительно просто организованные и легкодоступные структуры. Это обстоятельство в сочетании с преимуществами использования электрического тока в качестве раздражителя делает электрорецепторы удобной моделью для исследования рецепторных процессов. Распространенным объектом при изучении различных аспектов электрорецощщи являются пластиножаберные рыбы (акулы и скаты), которые обладают хорошо развитым и высокочувствительным электрорецептзрным аппаратом амцул Лоренцини.

Хорошо известно, что рецепторы акустико-латеральной системы принадлежат к тицу вторичночувствующих рецепторов, которые характеризуются пространственным разграничением рецептиругщей и спайкгенерирующей систем и наличием синаптической передачи с ре-цепторной клетки на афферентное нервное волокно. Понимание меха'' низмов спнаптической передачи важно со многих точек зрения. Именно на синаптическом уровне происходит трансформация локг.ль-

- б -

ных рецепторных потенциалов в импульсную активность афферентных волокон. Наличие синаптической передачи обеспечивает конвергенцию большого числа рецепторных клеток на одно афферентное волокно и повышение чувствительности рзцепторов к адекватной стикуля-ции. Существенней особенностью синаптических образований рецепторов акустико-латеральной системы является их высокая чувствительность к потенциалу. Физиология сенсорного синапса до настоящего времени исследована недостаточно, в частности, не решен вопрос об ионных механизмах синаптической передачи и природе ■ нейромедиатора, выделяемого рецепторной клеткой. Выяснение механизмов синаптической передачи в электрорецепторах и, как частный вопрос, природы нейропередатчика имеет важное значение и для понимания функционирования других рецепторов акустико- тате-ральной системы, а .акже фоторецепторов, основу функциональной организации которых составляет химический синапс с высокой электрической чувствительностью (Bennett, 1976).

Несмотря на большой интерео к проблеме идентификации нейропередатчика в рецепторах акустико-латеральной системы (см. обзоры: Guth et'al., 1976; Klinke, 1981, 1966; Outh, Uelaned, 1982; Bobbin et al., 1984; Акоев, Андрианов, 1988) этот вопроо нельзя считать окончательно решенным. Данные разных авторов часто носят 'ротиворечивый характер и не всегда соответствуют друг другу. В определенной степени это объясняется различиями в свойствах объектов исследования, а также методик изучения рецепторов внутреннего уха. Значительные преимущества в этом плане имеют электрорецепторы (ампулы Лоренцини) некоторых рыб, имеющие относительно крупные размеры, что позволяет проводить эксперименты в условиях изолированного препарата.

- G -

Цель и задачи исследования. Основной целью работы ярилось исследование физиологических механизмов синаптической передачи в рецепторах акустико-латеральной систеш. Были поставлены еле даюцие конкретные задачи:

1. Исследовать электрофизиологические свойства электрорецепторов (еыпул Лоренцини) мандибулярной группы черноморского ската ßaja olavatp.

2. Выяснить роль одно- и двухвалентных ионов в механизмах фонового выделения медиатора и вызванной активности рецепторов

3. Определить вещества,специфически действующие на постси наптическую мембрану ампул Лоренцини путем проведения анализа эффектов предполагаемых кандидатов з нейромедиаторы: Ь- и D -глуташновой кислот (L- и D -ГЛУ), ь -аспарагиновой кислоты ( j -АСП), ацетилхолина (АХ), гашааминоыасляной кислоты (ГАШ) таурина (ТАУ), адреналина (АДР), норадреналина (НорАДР), серо-тонина (СЕР) и допашна (ДСП), а также блокаторов соответствующих синагггических рецепторов,

4. С целью определения типов аминокислотных постсинапти-ческих рецепторов изучить влияние агонистов возбуждающих аминокислот - каиновой кислоты (КК), квискваловой кислоты (КВ) и Я метил-D-аспарагиновой кислоты (НВДА), а также их антагонистов диэткливого афира l-глутаминовой кислоты (ДЭЭ-ГЙУ), диметшю-вого эфира Ь -глутаминовой кислоты (ДОЭ-ГЛУ), D - JL -аминоади-пиновой кислоты (АА), 2-амино-4-фосфоноЗутановой кислоты (АФБ), 2-амино-5-фосфоновалериановой кислоты (А®), кинуреновой кислоты (КЕН), цис-2,3-шшеридиндикарбоксиловой кислоты (ПДА) и D -глутаыилглицина (ДГТ).

Положения диссертации, выносимые на защиту.

I. Ампулы Лоренцини мандибулярной группы скатов Kaja с1ата

I обладают функциональными свойствами, типичными для ампулиро-анных электрорецепторов,'характерным свойством которых являет-я передача возбуждения от рецепторной клетки на окончание аф-ерентного волокна с помощью возбуждающего медиатора. Фоновое ыделение медиатора и вызванная афферентная активнооть электро-ецепторов регулируется ионами кальция И магния и не зависит от онцентрации ионов калия.

2. Из широкого круга предполагаемых кандидатов в нейромеди-торы в афферентном синапсе ампул Лоренцинм только Ь -ГЛУ и Ъ -.СП удовлетворяют требованиям, предъявляемым к Нейромедиатору.

I работе демонстрируется существование постсинаптических рецеп-■оров,специфических для возбуждающих аминокислот, сходство эффектов экзогенных Ъ -ГЛУ и Ь-АСП и эндогенного переда чика, > также идентичносго действия антагонистов возбуждающих амино-сислот на эффекты аминокислот и эндогенного медиатора. Получение данные позволяют предполагать, что функцию передатчика в афферентном синапсе ампул Лоренцини выполняет Ь-ГЛУ.

3. Аминокислотные постсинаптическиз рецепторы емпул Лоренцини обладают чувствительностью к основным агонистан возбуждающих аминокислот - КК, КБ и ЩЦА, а также к действия соответствующих специфических блоке-"оров. Предполагается, что глугаматкый рецептор ампул Ж ренцини представлен тремя типами постсккаптичоских рецепторов, чувствительных к КК, КВ и НВДА,

Научная новизна. Разработана методика нейрофарнакологичес-кого исследования изолированных электрорецептороп (аыцул Лорон-цини) скатов, включающая в себя методы перфузии базалымх мембран электрорецепторных клеток в сочетании с отведением импульсной активности от одиночных нервных волокон» связанных о электрорецепторами. Результаты исследований позволили обнаружить но-

вые, принципиально важные механизмы, лежащие в основе преобразования электрического стимула в нервную импульсацию в афферент ных волокнах. Детально иоследована роль одно- и двухвалентных ионов в регуляции фонового выделения медиатора и чувствительности рецепторов к электрическому и температурному воздействию. Доказано, что афферентный синапс электрорецепторов принадлежит к аминокислотному типу, а функцию нейропередатчика в этих рецепторах могут выполнять X. -ГЛУ и 1 -АСП. Впервые показано, что реализация эффектов L -ГЛУ и L -АСП в электрорецепторах (оыцулах Лоренцини) осуществляется за счет активации нескольких мест связывания на постсинаптической мембране для трех агонис-тов возбуждающих аминокислот - КК, КВ и НВДА. Доказывается, что общность морфо-фунициональной организации различных рецепторов екустико-латеральной системы но сопровождается идентичностью молекулярных механизмов синоптической передачи.

Теоретическая и практическая значимость. Изучение физиологии синоптической передачи в электрорецепторной системе рыб вашо для понимания функционирования рецепторов акустико-лате-ральной системы (рецепторов органа Кортн, вестибулярного аппарата и боковой линии). Морфологические особенности организации сенсорных синапоов ампул Лоренцини, которые проявляются с конвергенции большого числа рецепторных клеток на одно афферентное волокно, являются основой периферических механизмов сенсорной интеграции. Методические разработки, применные для изучения процесса выделения медиатора из пресинаптической области и его взаимодействия о рецепторами постсинаптической мембраны, позволяют использовать рецепторные структуры ампул Лорекцини в качестве удоьного объекта для изучения общих механизмов синоптической передачи. Чувствительность п$ферентных синапоов к действию

агонистов и антагонистов глутаминовай кислоты позволяет также применять этот синапс как методическую модель для изучения фармакологии глутаматных рецепторов и изыскания соединений, взаимодействующих с этими рецепторами. В частности, антагониоты глу-таминовой кислоты могут использоваться в качестве медицинских препаратов, обладающих противосудорожным действием и влияющих также на вестибулярные реакции человека.

Широкое использование в последние годы гербицидов, инсектицидов часто приводит к попадании их в водную среду и, таким образом, неизбежно влияет на поведенческие реакции рыб, В этой связи исследование механизмов синаптической передачи в рецеп-торном аппарате боковой линии имеет не только общетеоретическое значение, но важно практически для изучения возможных ток ичес-ких воздействий укь-^анных соединений и, как следствие, для борьбы с этими вредными факторами, дутем создания более жестких нормативов для водоемов.

Результаты настоящей работы могут использоваться в курсе лекций по нормальной физиологии и сенсорной физиологии. Они отражены в главе Руководства по физиологии (Эволюционная физиология, ч.П), написанной в соавторстве о О.Б.Ильинским, нескольких обзорах, а также в направленной в печать монографии ''Синапти-чеекая перег дча в рецепторах акустико-лагеральной система", написанной совместно с Г.Н.Акоевым,

Исследованная проблема является составной частью Общегосударственной комплексной программы исследования и использования Мирового океана в интересах науки и народного хозяйства (Задание 03.I7.H3).

Апробация работы. Результаты данной работы доложены на ХХУШ международном физиологическом конгрессе, Будапешт (1980);

-ГО-

на Ш Всесоюзной конференции, посвященной 80-летию со дня рождения акад,Х.С.Коштоянца, Москва (1980); на I Всесоюзном биофизическом съезде, Москва (1982); на Симпозиуме по физиологии морских рыб, Мурманск (1984); на Симпозиуме "Физиология медиаторов. Периферический синапс", Казань (1984); на Симпозиуме по физиологии и биохимии медиаторных процессов, Москва (1985); на Конференции, посвященной 100-летию со дня рождения акад.Л.А.Оро'ели Ленинград (1986); на Всесоюзной конференции по нейронаукаы, Киев (1986); на 15 Съезде Всесоюзного физиологического общества, Кишинев (1987); на Всесоюзной конференции "Исследование глута-матэргических синапсов", Ленинград (1987); на Всесоюзном симпозиума по сенсорной рецепции, Москва (1988),

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 356 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания методики исследования, семи глав полученных результатов, обсуждения результатов исследования, заключения, выводов и списка литературы. Работа содержит 91 рисунок. Указатель литературы содержит 66 отечественных и 401 иностранных источников.

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объекта исследования использовался черноморский шиповатый скат йа^а olavata , Перед экспериментом животных выдерживали в аквариумах не менее 2-3 суток при температуре 12-17°0. Под контролем бинокулярного микроскопа с помощью препаровальных ножниц и бритв выделялась мандибулярная группа емпул Лоренциги с отходящим от нее нервом,

П. лочная ванночка, куда помечался выделенный из тела ската препарат, имела размеры 3 х 3 х 30 мм (объем 0.2 мл). Здесь

производилось вскрнтие капсулы и удаление части желе, затрудняющего доступ растворов к области базальных мембран рецепторов. Ванночка располагалась на термоэлементе термостатируюиего столика, который позволял поддерживать стационарную температуру в объеме ванночки в требуемом пределе. Температура в экспериментальной ванночке с препаратом в течение всего опыта контролировалась микротермистором и стрелочным прибором оригинальной конструкции и непрерывно регистрировалась на одном из каналов чернилопишущего прибора.

Отведение импульсной активности одиночных афферентных нервных волокон, иннервирующих ампулы Лоренцини, производилось с помощью схемы "вазелинового мостика" на специальной препаровальной площадке, соединенной со входом усилителя переменного гока. Усиленные потенциалы действия визуально контролировались на экране электронного осциллографа, в отдельных экспериментах регистрировались с экрана другого осциллографа на фотопленку о помощью фоторегистратора. Средняя частота имцульсной активности визуально оценивалась на табло электронно-счетного частотомера и регистрировалась на одном из каналов самопишущего прибора. Для регистрации среднего уровня частоты импульсной активности потенциалы действип с усилителя подавались на осциллограф, работающий в peí :ме внутреннего запуска, при этом каждый нервный импульс запускал развертку, скорость которой подбиралась таким образом, чтобы каждый импульс соответствовал одному пробегу луча. С выхода генератора пилообразного напряжения осциллографа запускался стимулятор, который использовался в качестве формирователя стандартных импульсов. От стимулятора импульсы подавались на вход частотомера, а через интегрирующую цепь на черни-лопищущий прибор.

Для машинной обработки данных импульсы с усилителя подавались на формирователь импульсов оригинальной конструкции и записывались на магнитную ленту. В последующем б условиях стационара записанная на магнитной ленте импульсная активность подвергалась машинной обработке на анализаторе импульсов Ф-37. В части экспериментов импульсная активность обрабатывалась непосредственно в ходе опытов на специализированной аналогово-цифровой машине АНШС-101.

Температурное воздействие (нагревание) осуществлялось с помощью термода, подвгцимого непосредственно к ампуле. Скорость изменения температуры составляла 0.2-0.5°С/с; конечное значение температуры регулировалось с помощью тока, пропускаемого vepea термод. Охлаждение препарата производилось путем кратковременного (обычно 30 с) прекращения перфузии раствора. За этот период температура препарата снижалась до уровня, создаваемого термостатируемым столиком. Для электрической стимуляции рецепторов использовали преимущественно прямоугольные толчки тока, подаваемые через изолирующую приставку от генератора на пару серебряных электродов.

Для перфузии препарата использовался нормальный раствор следующего состава (в мМ): NaOi - 260, KCl - 3, MgCi2 - I, глюкоза - б, тркс-буфер - 2, CeClg - 2, мочевина - 350; рН 7.4. Такой состав нормального раствора создан нами на основании экспериментальных данных по анализу ионного состава плазмы крови и черепнсмозговой жидкости шиповатых скатов Raja claveta (Ильинский, Красникова, 197I, 1974). В растворах с повышенной концентрацией ионов магния, с пониженной концентрацией ионов кальция (0.2 мМ'/, без ионов кальция с 10 мМ ЭГТА и с повышенной концентрацией ионов кальция (20 мМ) соответственно уменьшалась кончент-

рация ионов натрия. Растворы, содержащие тестируемые вещества, готовились перед опытом путем добавления соответствующего вещество к нормальному раствору. Использовались следующие вещества: L- и D- глутаминозая кислота (sigma), ь-глутамат (натриевая соль) (Sigma), L- и D -аспарагиновая кислота (sigma), каиновая кислота (Sigma), квискваловая кислота (Sigma), Н-метил- D-ac-парагиновая кислота (Sigma), диэтиловый эфир L-гдутаминовой кислоты (Sigma), диметиловый эфир Ь-глутаминовой кислоты (Sigma), D-<к -аминоадипиновая кислота (Sigma), 2-амино-4-фос-фонобутановая кислота (Sigma), 2-амино-5-фосфоновалериановая кислота (Sigma), кинуреновая кислота (Sigma), цис-2,3-пипери-диндикарбоксиловая кислота (Sigma), Y - D-глутамилглицин (sigma), ацетилхолин, d-тубокурзрин, атропин, гаммааминомасл ная кислота (Sigma), та/рин, адреналин, норадреналин, пикротоксин (Sigma), фентоламин (Sigma), серотонин, допамин, метерголин (Sigma), флуфеназин (Sigma).

Растворы подводились через канюлю к области баэальной .части рецепторных клеток. Скорость перфузии составляла 0.2 мл/мин. Полная смена раствора достигалась примерно за 30-40 о.

Глава 3. .ФУ 1 ЗОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АМПУЛ ЛОРЕНЦИНИ МАНДИЕУЛЯРНОЙ ГРУППЫ СКАТОВ ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТИМУЛЯЦИИ

В отсутствие стимуляции все нервные волокна, связанные о ампулами Лоренцини мандибулярной группы, обладали фоновой активностью. Распределение нервных волокон (а = 1047) по уровню фоновой активности показало, что в стационарных условиях эксперимента (t = I0-I2°C) средняя частота фоновой импульсации варьировала в широких пределах - от 3-5 имп/с до 50 имп/о при сред-

нем значении 17.56+0.25 ими/с. При атом подавляющее йольшинство нервных волокон (65.43$) характеризовались средними частотами фоновой активности в диапазоне от 10 до 25 имп/с. Стационарный уровень фоновой имцульсации обнаруживал четкую зависимость от температуры окружающего раствора и характеризовался положительным температурным коэффициентом.

Фоновая активность носила достаточно равномерный характер. Гистограммы межимпульсных интервалов фоновой активности обычно были мономодальными и характеризовались распределением, близким к гауссову. Устойчивый уровень фоновой активности мог сохраняться длительное время, вплоть до более 10 часов.

Создание в перфузионной ванночке электрического поля вызывало у ампул Лореедини мандибулярной группы реакции, типичные для эмулированных влектрорецепторов пластинокаберных рыб ("on"-ответ при действии катодического и "off" -ответ при действии анодического стимулов). Функция пход-выход была весьма однообразна у разных элементов и состояла из прямолинейного участка в достаточно большом диапазоне интенсивностей стимула, после чего кривая зависимости выходила на плато.

Рецепторы ампул практически полностью адаптировались к сти мулам обеих полярностей. В некоторых случаях отмечался неадап-тиругщийся компонент ответа, Пороги реакций рецепторов, полностью адаптированных к действию постоянного тока, не отличались от таковых до начала поляризации. Постоянная времени адаптации составляла 10-20 с.

D ответ на синуооидальное электрическое раздражение импуль сация нервных волокон менялась в такт со стикулом. При этом одно направление электрического поля вызывало импульсный разряд, а на другую часть синусоиды наблюдалось торможение импульсной

активности. Оказалось, что величина импульсных реакций, которая оценивалась по значениям максимальной частоты импульсной активности при регистрации мгновенной частоты ответа является функцией частоты стимуляции. Оптимальный частотный диапазон восприятия синусоидальных сигналов оказался в пределах 1-3 Гц.

Изменеьия температуры оказывали влияние как на фоновую, так и вызванную активность ампул Лоренцини. В начальный момент снижения температуры наблюдалось резкое повышение частоты импульсной активности, за которым следовало постепенное ее падение ниже исходной величины и последующая стабилизация на определенном для каждой температуры уровне. Повышение температуры вызывало противоположный эффект - кратковременное снижение частоты импульсации и следующзе за ней постепенное увеличени частоты спайков.

Чувствительность рецепторов к изменению температуры была высока. В наших экспериментах изменения частоты импульсации наблюдалось при сдвигах температуры на 0.1-0.2°С/с. Чувствительность к температурному воздействию была тем выше, чем выше была чувствительность к электрическим стимулам.

Как показали настоящие исследования, ампулы Лоренцини ман-дибулярной группа по своим функциональным свойствам практически не отличаютгi от ампул Лоренцини гиоидной группы, которая служит наиболее частым объектом электрофизиологического исследования (Акоев и др., 1974, 1976а,б; Броун, Ильинский, 1984; Montgomery, 1984). В имдульсной последовательности в афферентных нервных волокнах оказывается отраженной информация о таких параметрах электрических сти^лов, как полярность, интенсивность, длительность и частота. Латентные периоды реакций нервных волокон при средней силе раздражения составляли 30-50 мс. Столь длитель-

ные латентные периода являются одним из факторов, ограничивающих частотные возможности электрорецепторной системы областью низких частот. Основная роль в этом принадлежит собственно свойствам сенсорного эпителия, что делает ампулы Лоренцини приспособленными для анализа сигналов низкочастотного диапазона. Возможно, определенная роль а формировании эффективного частотного диапазона ампул Лоренцини принадлежит и инерционности выделения медиатора (Bennett, 1971),

Глава 4. АНШЗ РТОЯНИЯ ДВУХ- И ОДНОВАЛЕНТНЫХ ИОНОВ

НА СШШТИЧЕСКУЮ ПЕРЕДАЧУ В АМПУЛАХ ЛОРЕНЦИНИ

Исследование влияния различных ионов на синаптические процессы в рецепторах акустико-латеральной системы позволяет выяснить некоторые закономерности передачи сигналов с рецепторных клеток на афферентные волокна. Особый интерес представляет изучение влияния двух- и одновалентных ионов, которые, как известно, играют важную роль в различных синапсах периферической и центральной нервной системы.

Данные настоящих экспериментов свидетельствуют о тем« что

повышение в растворе концентрации iig21" (20-60 uM) приводит к

снижению возбудимости рецепторов и уменьшения частоты фоновой

2+

и вызванной активности, Mg оказывает, в основном, преоинапти-ческое действие на глек?рорецепторы скатов. Так, в условиях блокирования еинаптичеокой передачи Mg2+ поотойналтическая мембрана сохраняет чувствительность к экзогенное Ь -ГЛУ, Изменения в частоте фоновой активности, наблюдаемые в растворе с повышенной концентрацией , свидетельству*» о том, что фо-

новая -ктивнооть обусловлена выделением медиатора базальной мембраной рецепторной клетки*

Как свидетельствуют результаты настоящих экспериментов, иэ> 2ч-

менения концентрации Са в области базальной мембраны существенно влияют на электрическую и температурную чувствительность

2+

ампул Лоренцини скатов. При этом в растворе без Са , содержащем 10 мМ 8ГТА, вначале наблюдалось кратковременное снижение чувствительности, затем ее повышение, которое сменялооь фазой полного отсутствия ответных реакций. Напротив, в растворе о повышенной концентрацией Са2+ (20 мМ) отмечалась фаза пониженной возбудимости рецепторов, В раотворе с пониженной концентрацией 0аг+ первоначально оказывался оффект уменьшения градиента этих ионов и выброс медиатора уменьшался. Однако по море действия раствора без Са2+ пресинаптическая мембрана деполяризовалась и кальциевые каналы становились более чувствительными к неб льгаим изменениям потенциала, В растворе о повышенной концентрацией с а2*» по-видимому, преобладал экранирующий эффект этих ионов, что приводило к гиперполяриэации пресинаптической мембраны и снижению температурной и электрической чувствительности»

Полученные результаты показывают, что изменения концентрации Са2+ в области базальной мембраны однонаправленно влияют на температурную и электрическую чувствительность рецепторов, Это может свидетельствовать о том, что пресинаптическая область Рб-цепторной к. зтии является общим звеном в рецепции температурных и электрических стимулов. Однако о ряде случаев при длительном воздействии раствора без Са2+, когда происходит снижение фоновой активности и электрической чувствительности, рецепторы сохранпзт хорощую реакцию на охлаждение. При этом можно наблюдать явление облегчения, когда возрастают ответные реакции па каждое последующее температурное воздействие.

Настоящие эксперименты показывают, что в растворе о изме-

ненной концентрацией Ca сдвиги частоты фоновой активности наступали значительно позже изменений реакций на температурное и электрическое воздействия. Эти данные могут свидетельствовать в пользу того, что для осуществления фоновой и вызванной активности рецепторов необходимы количественные различия в содержании ионов кальция. В этой связи можно предполагать, что фоновое выделение медиатора в большей степени определяется концентрацией в

цитоплазме Са2+, тогда как механизм вызванной активности зави-

2+

сит от наружной концентрации Ca .

Повшение (6-15 ¡4) или понижение концентрации ионов калия вызывали лишь кратковременные изменения частоты импульсной активности, за которым следовало восстрновление исходного уровня имцульсации. Согласно теории Девиса (Davis, 1965), наличие градиента концентрации для ионов К4" между эндолимфой и перилимфой создает условия для возникновения эндо-кохлеарного потенциала, который определяет высокую чувствительность рецепторов и обусловливает протекание постоянного тока между апикальной и базаль-ной мембранами волосковой ".летки. Считается, что этот ток вызывает постоянную деполяризацию баэальной мембраны, увеличивает выделение медиатора и приводит к повышению частоты фоновой активности в афферентных волокнах. В настоящих экспериментах установлено, что увеличение фоновой активности амцул Лоренцини в гиперкалиевом растворе не сопровождалось изменением вызванных реакций и порогов рецепторов к действию электрических стимулов. Все эти данные противоречат основному положению теории Девиса, которая, по предположению ряда исследователей, применима также для органов боковой линии (ilook, 1971) и, в частности, для •електро^ецепторов (Oklteu et al., 1978). Полученные данные ставят под сомнение роль К* в первичных процессах в волосковых

клетках. В этой свяэи кажется более достоверной представленная нами гипотеза о независимости фонового выделения медиатора и чувствительности электрорецепторов от наружной концентрации 1С*".

Убедительным подтверждением представленных в данной работе результатов о независимости чувствительности рецепторов акусти-ко-латеральной системы от концентрации К4" являются данные, подученные в самое последнее время (Пшшааг, Мал1еу, 1987). С помощью {("'■-селективных микроэлектродов удалось показать,' что в противоположность устоявшейся точка зрения концентрации К*' в эндо- и перилимфэ Кортиевого органа нэ отличаются друг от друга. Отсюда следует, что апикальная поверхность волосковьк клеток контактирует с кидкостыэ, не отличающейся по ионному составу от перилимфы.

Глава б. ВЛИЯНИЕ ГАШААМИНОМАСЛЯНОЙ КИСЛОТЫ, ТАУРИНА, КАТЕХОЛАМИНОВ, СЕРОТОНИНА, ДОМИНА И ИХ ЕЛ0КАТ0Р0В НА СИНАПТИЧЕСКУЮ ПЕРЕДАЧУ В АМПУЛАХ ЛОРЕНЦИНИ

Литературные данные о влиянии ГАМК, катехолаыинов, допамина, таурина и серотонина на сиьапгическую передачу в рецепторах акустико-латерал ной системы в высшей степени неоднознзчни, а в электрорегепторах действие этих веществ практически не исследовано вообще. Однако, учитывая их несомненную биологическую активность.нельзя было исключить возможную роль этих вещеотв в синаптической передаче и в ампулах Лоренцини.

В экспериментах ГАМК (Ю-4- Ю-5!!) и таурин (Ю-3- КГ^И) оказывали влияние на фоновую активность в афферентных нервных волокнах, иннервирующих ампулы Лоренцини. Однако это влияние было всегда тормозным. Пикрогоксин являющийся специфи-

ческим антагонистом ГАЫК, не блокировал синаптическую передачу. Полученные результаты вполне совпадают с имеющимися в литературе сведениями, полученными в последнее время, о влиянии ГАМК на синаптическую передачу в других рецепторах акустико-латеральной оистемы. Есть основания полагать, что тормозное влияние ГАМК, по-видимому, обусловлено ее пресинаптнческим действием и связано с уменьшением выделения естественного нейропередатчика.

Катехоламины (адреналин и норадреналин) в концентрации Ю-4- 10"®М в наших экспериментах оказывали тормозное влияние на фоновую активность эыпул Лоренцини, а адреноблокаторц фен-толамин и пропранолол (Ю-^- не блокировали синаптичес-

кую передачу. Известно, что катехолакины вызывают гиперполяри-ьацию различных возбудимых образований за счет стимуляции механизма активного транспорта ионов. По-видимоцу, и в наших экспериментах катехоламины вызывают гиперполяризацию базальной мембраны рецепторной клетки и постсинаптической мембраны, что приводит к уменьшению выделения медиатора и снижению частоты фоновой активности. При совместной перфузии адреналнна и норадрена-лина с * - или ^-адреноб локаторами обнаружено, что тормозный эффект катехоламинов снимается Л -адреноблокатором фентолами-ном, но нечувствителен к действию -адреноблокатора пропрано-лола. На основании этого можно полагать, что «(-адренореиепто-ры учаотвуют о гиперполяризующем влиянии катехоламинов на электрическую активность амгул Лоренцини,

При исследовании влияния серотоьина и допамина на синаптическую передачу в ампулах Лоренцини производилось изучение эффектов самих кандидатов в нойромедиаторы в концентрации Ю-^-•М"6!!, а также эффектов их антагонистов - метерголиня и флуфе-назина. Эксперименты показали, что как аппликация серотонина и

допамина, так и их чнтагонистов.былс неэффективной и не изменяла частоту фоновой и вызванной импульсации в афферентных волокнах.

Полученные данные позволяют исключить ГАМК, катехоламинн, таурин, серотонин и допамин из числа возможных нейромедиаторов в ампулах Лоренцини.

' Глава 6. ДЕЙСТВИЕ АЦЕГИЛХОЛИНА И ХОЛИНОЛЙТИКОВ •

НА СИНАПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В АМПУЛАХ ЛОРЕНЦИНИ

Ацетилхолин (АХ) весьма эффективно влияет на оинаптическуто передачу в рецепторах акустико-латеральной системы, хотя существование специфических холинорецепторов постсинаптических мембран в указанных структурах пока нельзя считать доказанным. По-луо^нные данные свидетельствуют о том, что АХ в концентрации

о с

10 -10 М оказывал влияние на активность ампул Лоренцини скатов. Однако, несмотря на сильный возбуждающий эффект АХ, полученные данные не позволяют связывать его действие с постсинап-тическими структурами и рассматривать в качестве возможного нейропередатчика в ампулах Лоренцнни. При этом прежде всего обращает на себя внимание тот факт, что в условиях блока сннап-тической передачи АХ не вызвал появления импульсной активности в афферентных волокнах, что свидетельствует об отсутствии влияния АХ на изменение проводимости поотсинаптической мембраны.

С точки зрения о пресинаптическоы влиянии АХ каходш объяснение и наблюдаемым эффектам действия АХ на фоновув активность, регистрируемую в афферентных нервных волокнах. При этом можно полагать, что введение в перфузирующий раствор АХ является тем фактором, который приводит к деполяризации пресинапти-ческой мембраны и к повышению вероятности выделения медиатора.

Чю касается влияния холинолптиков ( d -тубокурарина и атро-

шше) на синоптическую передачу в электрорецепторах, то следует

-4 -5 ,

отметить, что эти вещества в концентрации 10 - 10 г/ыл не блокировали синаптическую передачу. Более того, d-тубокурарин даже повышал частоту разрядов в афферентных волокнах. По-видимому, эдзсь наблюдается неспецифическое влияние указанного вещества. Подобные kg эффекты d-тубокурарина наблюдались также в опытах на колгечццх веретенах (Granit ot al., 1953), холодоеых рецепторах (Cpray, Galrusliy, 1975) и тельцах Пачини (Акоев, Малышев, 1977).

Совокупность приведенных ешш фактов, касающихся влияния SÙI и холинолнтиксв на активность ампул Лоренцини скатов, позволяет сделать вывод о пресинаптическоы действии АХ и отрицать возможность рассмотрения данного ьецества в качестве нзйропере-датчика в амцулах Лоренцини.

Глава 7. АНАЛИЗ ЭКЕКТОВ ГЛУТАМИНОВОй И АСПАРАГИНОВОЯ АМИНОКИСЛОТ НА СИНАПТИЧЕСКУЮ ПЕРЕДАЧУ В АМПУЛАХ ЛОРЕНЦИНИ

В последние годы большое внимание исследователей привлекает идея о возможной роли гдутаминовой и аспарагиновой аминокислот или их солей - глутаыата и сспартата (ГЛУ и АШ) в осуществлении медиаторной функции в рецепторах акустико-латеральной системы, Известно, что эти вещества выполняют функцию нейропе-редатчика в ряде синапсоа периферической и центральной нервной системы беспозвоночных и позвоночных животных (Werman, 1966; Qerachenfeld, 1973; Krnjevlô, 1974; Мандельштам, 1983; Ponnua, -1984; Voater, Fagg, 1984; Hoberts, 1984; Klinke, 1936; Пиотровский, 1987).

Учитывал важную роль Ъ -ГЛУ и L -АСП в синаптической передаче в рецепторах акустико-латерадьной системы, представлялось целесообразным исследовать эффекты этих аминокислот с целью выявления специфической чувствительности постсинаптических мембран ампул Лоренцини к действию указанных веществ.

Данные проведенных экспериментов показали, что Ь -ГЛУ и L -АС т. являются сильными возбуждающими агентами по отношению к ампулам Лоренцини скатов. В подавляющем большинстве экспериментов (71$ для т. -ГЛУ и 81$ для Ь -АСП) эти вещества вызывали увеличение частоты импульсной активности, которое сменялось урсжением пмпульсации в ходе продолжающейся перфузии аминокислот. Результаты экспериментов о внешней перфузией амдул Ь -ГЛУ и ь-АСП но позволяют выделить аминокислоту, имеющую более высокую эффективность; для обеих аминокислот пороговые концентрации

п

составили 10 М.

Результаты проведенных экспериментов позволяют считать, что влияние экзогенных L -ГЛУ и L -АСП на импульсную активность рецепторов обусловлено его действием на аостсинаптическую мембрану. Это предположение основано на том, что э условиях блокирования ионами магния выделения медиатора прзсинаптически-ми структурами добавление в гипермагниевый раствор L -ГЛУ или L -АСП приводило к восстановлению фоновой активности рецепторов и не изменяло чувствительности рецептгров к электрическим стимулам, а на температурную стимуляцию наблюдались инвертированные (относителвно ответов в нормальном растворе) реакции.

Уровень имцульсной активности, наблюдаемый в афферентных волокнах после гипермагниевой блокады и восстановления имцульсной активности при добавлении L -ГЛУ или Ь -АСП, сохранялся в течение всего времег' действия аминокислот. Можно полагать

в этой связи, что процессы инактивации постсинаптических рецепторов в амцулах Лоренцини практически отсутствуют. Это обстоятельство имеет важное значение для рецепторов с равномерной фоновой активностью, обусловленной постоянным выделением медиатора пресинаптическими окончаниями. Отсутствие процессов инактивации постсинаптических рецепторов позволяет ампулам Лоренцини постоянно поддерживать высокую чувствительность к изменениям потенциала.

Наряду с влиянием на постсинаптическую мембрану, есть также основание полагать, что возбуждающие аминокислоты могут оказывать также пресинаптическое действие. Действительно, Ь -ГЛУ и Ь -АСП при внешней перфузии базальной мембраны рецепторов вызывают динамическое увеличение частоты импульсации с последующим снижением активности. По своим временным параметрам и выраженности эти реакции существенно отличаются ст чисто постсинаптических эффектов этих аминокислот, наблюдаемых в гипермагниевом растворе, когда происходят медленные тонические изменения частоты имцульсации. Кроме того, аппликация Ъ -ГЛУ и ь -АСП, особенно в высоких дозах, приводит к ухудшение процесса восстановления в нормальном растворе, и возбудимость рецепторов может быть необратимо потеряна.

Глаза 8. ВЛИЯНИЕ АГОНИСТОВ ГЛУТАШОВОЙ И АСПАРАГИНОВОЙ АМИНОКИСЛОТ НА СИНШТИЧЕСКУЮ ПЕРЕДАЧУ В АМПУЛАХ ЛОРЩИНИ

Данные, изложенные в предыдущих главах, свидетельствуют о том, что из возможных кандидатов ь -ГЛУ и ь -АСП в большей степени отвечают тем критериям, которые предъявляются к эндогенному нейромедиатору. В этой связи представляет значительный ин~

терес исследование свойств рецепторов глутамата в синапсах ампул Лоренцини. Возможности использования агонистов возбуждающих аминокислот для целей выявления типов постсинаптических рецепторов будут рассмотрены в настоящей главе.

Наиболее эффективным агонистом в сенсорном синапсе ампул Лоренцини сказалась каиновая кислота. Пороговые концентрации даннс-'о вещества составляли 1СГ%. Существенным отличием эффекта каиновой кислоты от талового аминокислот явилось то, что при блоке сикаптической передачи ионами магния добавление в гипермагниевый раствор каиновой кислоты восстанавливало не только фоновую, но и вызванную активность рецепторов. Исходя из этого можно полагато, что кайнозоя кислота в значительной степени влияет на процессы, которые связаны с выделением медиатора; поэтому рецепторы и восстанавливали реакции на электрические стимулы.

Другие агонисты возбуждающих аминокислот - квисквалат и к -метил-Б -аспартат (НМДА) - были эффективны при внешней перфузии ампул Лоренцини. Особенно это относится к квисквалату, пороговые концентрации которого составили ЮМ, что на три порядка превышает пороговую концентрацию НМДА. Как известно из литературных данных, первым антагонистом, разделяющим эффекты ИЩА от эффектов других агонистов возбуждающих аминокислот на нейронах центральной нервной системы .-эились ионы магния (Етапа

еъ а!., 1977; де.г1з, ПаО£1па, 1977). Наши эксперименты также

2+

показали, что с помощью Мд можно отделять эффекты НМДА от

влияния квисквалата. Действительно, при повышении концентрации р.

Ые ■ ответы, вызываемые НМДА полностью исчезали, тогда как ответы, вызываемые кзискчалптом, уменьшались незначительно. В свете этих дашчи: следует напомнить, что а гипермагниевом растворе

восстановление фоновой активности под действием ь -ГЛУ и ь -АШ происходило крайне медленно. Особенно это относится к Ъ -ГЛ/, когда уровень фоновой активности в гипермагниевом растворе, содержащем X -ГЛУ, оставался всегда ниже исходього уровня фоновой активности в нормальном растворе. Учитывая данные экспериментов, изложенных в настоящей главе, можно полагать, что причиной такого неполного восстановления имцульсной активности является блокада части рецепторов (по крайней мере НМДА-рецепто-ров) под действием

Таким образом, чувствительность афферентного синапса амцул Лоренцини к действию предполагаемых нейропередатчиков и их аго-нистов может быть представлена следующим рядом: каиновая кислота > квискваловая кислота^ ь -ГЛУ (=ЬНМДА.

Глава 9. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ АНТАГОНИСТОВ ВОЗШЩАЩИХ АМИНОКИСЛОТ НА СИНАЛТИЧЕСКУЮ ПЕРЕДАЧУ В АМПУЛАХ ЛОРЕНЦИНИ

Общепринятая в настоящее время классификация аминокислотных постсинаптических рецепторов основывав.ся на эффектах трех структурных аналогов возбуждающих аминокислот - каинета, квис-квалата и N -метил-о-аспартата, влиянии специфических блокато-ров и сродства радиоактивных лигандог к синаптическим мембранам. Выше уже отмечалась высокая эффективность структурных аналогов аминокислот в сенсор :ом синапсе амдул Лоренцини. Целью экспериментов, из.-ожению которых посвящена настоящая глава, явилась идентификация типов синаптических рецепторов с помошью фармакологических блокаторов.

Согласно современной классификации в афферентном синапсе ампул Лоренцини можно выделить НВДА- и н е -1- ИДА -рецепторы. Суще-

ствование НМДА-рецепторов доказывается действием самого агонис-та, влиянием 2-амино-5-фосфэновалериаковой кислоты (АФВ) на фоновую и вызванную активность и ответы, обусловленные апплика-

2-Î

цией НМДА, а также блокированием ШДА-ответов Mg . В связи с относительно низкой чувствительностью препаратов к НМДЛ (пороговая концентрация следует заметить, что ни D , -аминг }дипиноБая, ни 2-амино-4-фоофонобутановая кислоты не влияли на синаптическую передачу в ампулах Лоренцини. Только АЙВ, которая является наиболее селективным антагонистом НМДА-рецеп-торов (watkina, 1981), активно ингибировала синаптическую передачу.

Эксперт/,анты с влиянием АФВ на ответы, вызываемые НМДА и L -АСП показали, что наиболее чувствительными к АФВ оказались НМДА-ответы, тогда как ответы на предъявление 1 -AGI изменялись несущественно. Этот факт в принципе может свидетельствовать о том, что L -ACTÎ осуществляет свои эффекты за счет активации не-НМДА-рецепторов.

Присутствие квисквалатных рецепторов также весьма вероятно

в афферентном синапсе ампул Лоренцини, так как квисквалат очень

активно влиял на синаптическую передачу. Его эффекты были относи-

2.

тельно нечувствительны к действию Kg , а диэтиловый эфир L -глутаминовой кислоты (ДЗЭ-ГЛУ) активно блокировал синаптическую передачу в электрорецепторах. ДЭЭ-ГЛУ как известно из литературы, ке является высокоспецнфичным блокатором и влияет на ответы, вызываете L -ГЛУ, L -ACTi и их производными. Однако в большей степени он оказывает воздействие на квисквалатный тип рецепторов и не влияет на каинэтный тип рецепторов ( Haldemann, McLennan, 1972; Watkino, 1981; 'atkins, Evans, ISSI; Roberta, 1984). Результаты настоящего исследования свидетельствуют о том,

что ДЭЭ-ГЛУ не только оказывал тормозящий аффект на фоновую и вызванную активность рецепторов, но, что особенно существенно, в концентрациях 10"^- блокировал постсинаптические отве-

ты, вызываемые возбуждающими аминокислотами в присутствии высокой концентрации Mg2+. Необходимо отметить, что пороговые концентрации антагониста (10"%) оказались близки к таковым h -ГЛУ и l -АСП. Учитывал сказанное, есть основания полагать, что аффект ДЭЭ-ГЛУ на возбуждающую постоинаптическую активность ампул Лоренцини, вызванную аминокислотами, обусловлен, вероятно, его взаимодействием с квисквалатными рецепторами. Что касается влияния диметилового эфира L -гдутаминовой кислоты, то, несмотря на его несомненное влияние на синаптическую передачу в ампулах Лоренцини, его блокирующая способность существенно ниже таковой ДЭЭ-ГЛУ, Это не позволяет рассматривать диметиловый эфир I» -глутаминовой кислоты в качестве эффективного антагониста возбуждающих аминокислот.

Кинуреновая кислота» цис-2,3-пиперидиндикарбоксиловая кислота и D-глутемилглицин являются антагонистами "смешанного" типа, влияющими на каинатный, квисквалатный » НМДА-тиш рецепторов (Watklne, Б van а, 1981; Perkins, Stone, 1982; Poster, Pegs, 1984). Эти антагонисты в концентрации 10"^- 10"®М уменьшали частоту фоновой и вызванной активности ампул Лоренцини. Кинуреновая киолота в большей степени влияла на ответы, вызываемые Ь -Ш, чем 1> —АСП. Цис-2,3-пиперидиндикарбоксиловая кислота, напротив, гятивнее подавляла ответы на аппликацию I -АСП. Учитывая спектр действия указанных антагонистов, а также высокую эффективность каиновой кислоты, можно сделать вывод о наличии в сенсорном синапсе амдул Лоренцини и каинатных рецепторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данные, представленные в настоящем исследовании, свидетельствуют о том, что ампулы Лоренцини представляют собой структурно-высокоспециализированную чувствительную систему» предназначенную для восприятия широкого круга электрических стиц/лов самого разнообразного происхождения. Существование разнообразных естественных раздражителей для системы электрорецепторов, обширное представительство данных рецепторов в различных отделах центральной нервной системы, включая конечный мозг, сильно развитая иннервация указывают на важную роль, какую играет рассматриваемая система в жизнедеятельности животных.

Учитывая морфологическую, генетическую и функциональную близость органов боковой линии и, в частности, электрорецепторов, с рецепторами внутреннего уха, что позволило объединить их в единую акустино-латеральную систему, представляется целесообразным сопоотавкть полученные в настоящей работе нейрофар-макологические характеристики ампул Лоренцини с имеющимися в литературе данными об относительной эффективности агонистов и антагонистов возбуждающих аминокислот. Проведение такого сопоставления позволит ответить на вопрос, приводит ли общность эволюционного происхождения к идентичности нейропередатчика и свойств синаптических рецепторов в ак}стико-латеральной системе. Сопоставление биохимических и фармакологических данных, характеризующих синаптическую передачу в разных рецепторах анустико-латеральной системы, показывает, что между ними имеются существенные различия. Оказалось, что эти рецепторы, несмотря на общую высокую чувствительность к Ь-ГЛУ и Ь-АСП, различаются между собой прежде всг о чувствительностью к действию НЦДА и его

антагонистов. Так, если в органах боковой линии (Bledsoe, Bobbin, 1982; Bledsoe et el., 1983) и вестибулярного синапса (Annoni et el., 1984; Valli et al., 1985) НЗДА более эффективен, чем L -ГЛУ, а блокаторы НМДА-рецепторов снижают эффекты L -ГЛУ и ответы на адекватную стимуляцию, то в электрорецепторах морского сомика Plotoaua (Nagai, Obara,I985) и афферентном синапсе органа Корти (Bobbin et al., 1984; Jenlaon et al., 1986) НМДА и антагонисты НМДА-рецепторов малоэффективны, что противоречит роли НМДА-рецепторов в синаптической передаче в волосковых клетках Кортиевого органа и эмулированных электрорецепторах морского сомика. В этой связи относительная чувствительность афферентного синапса ампул Лоренцини скатов к НЫДА и его антагонистам занимает как бы промея<уточное положение. С одной стороны, сенсорный синапс этих органов, несомненно, обладает чувствительностью к ЩДА, но его относительная эффективность по сравнению с L -ГЛУ оказывается на два порядка ниже, D - йС-аминоадипиновая и 2-аыино-4-фосфонобутановая кислоты неэффективны и только 2-амино-5-фосфоновалериановая кислота блокирует синаптическую передачу в амцулах Лоренцини. В отношении влияния каината и квисквалата все указанные системы высокочувствительны к этим агонистам; отмечается и высокая активность антагонистов данного типе реце' торов. Таким образом, имеющиеся в нашем распоряжении данные показывают, что несмотря на общность морфо-фунга. юнальной организации органа Корти, вестибулярного ~ппарата,боковой линии и электрорецепторов, нет оснований предполагать идентичность биохимических и фармакологических свойств рецепторов, участвующих в синаптической передаче в акустико-латеральной системе.

Необходимо отметить, что существование трех типов рецепто-

ров возбуждающих аминокислот (Watkine, Evana, 1981} Poster, Fagg, 1984; Roberta, 1984) предполагает их овязь о тремя типами катион-избирательных каналов, отличающихся кинетическими и амплитудными параметрами. Наличие нескольких типов ионных каналов постсинаптической мембраны кажется более вероятным для нейронов центральной нервной системы, имеющих большое число (до нескольких ; зсяткоя тысяч) различных синаптических входов на каждом нейрональном элементе. В ампулах Лоренцини сенсорный эпителий представлен только одним типом рецепторных клеток, которые выполняют одну и ту же функцию, связанную с восприятием электрического состояния среды. Эти клетки синаптически не связаны друг с другом, эфферентная регуляция здесь отсутствует, а морфологическая структура синаптических контактов в этих органах выглядит однообразной. В этой связи встает вопрос о существовании нескольких типов или одного типа глутамат-активируемых ионных каналов. Учитывая чувствительность синаптической передачи ампул Лоренцини к действию трех основных типов агонистов возбуждающих аминокислот и широкого спектра антагонистов, есть основания полагать, что постсикаптическая мембрана ампул Лоренцини содержит глутаматные (аспартатные) рецепторы, которые имеют несколько мест связывания для различных агонистов. Принимая во внимание данные литературы, можно предполагать, что глутамат-ный рецептор ампул Лоренцини имеет одгч' тип ионного канала, способный активироваться различны!™ агонистами на разную проводимость. Действительно, существование таких каналов недавно продемонстрировано на нейронах центральной нервной системы с помощью регистрации активности одиночных ионных каналов (Cull-Candy, Uaowisa, 1987; Jshr, stevena, 1987), Оказалось, что аминокислотные рецепторы "вязаны с одним типом ионного канала.

В этом канале, имеющем много подуровней проводимости, при действии КК и КВ активируются подуровни с низкой проводимостью, а при действии НЗДА велика вероятность активации каналов на полную проводимость. Существование таких каналов в однородных с морфо-функциональной точки зрения рецепторных системах как ампулы Ло-ренцини и вестибулярный аппарат низших позвоночных, имеющий только афферентную иннервацию, представляется даже более вероятным, чем в нейронах центральной нервной системы, где их наличие показано экспериментально. Это позволяет объяснить избирательное действие КК, КВ и НМДА, на макроскопическом уровне различиями в вероятностях активации подуровней проводимости одного типа ионных каналов.

Таким образом, имеющиеся экспериментальные данные свидетельствуют о том, что наиболее вероятным нейромедиатором в рецепторах акустико-латеральной системы является Ъ -ГЛУ или вещество близкой к нему природы. Однако многие аспекты этой проблемы необходимо еще исследовать с использованием различных методов. Идея о том, что Ь-ГЛУ является нейропередатчиком, предполагает существование специфических глутамаг.лых рецепторов. Однако не совсем понятно, почему в ряде синапсов Ь-ГЛУ вызывает эффекты только в высоких концентрациях. Возможно, что при этом экзогенный Ь-ГЛУ может взаимодействовать и с внесиналтическими рецепторами или.рецепторами нервных терминалей. В ряде случаев эффекты возбуждающих аминокислот могут быть связаны с ингибиро-ванием обре ^ного -зйхвата естественного нейропередатчика. К тому же хорошо известно, что некоторые аминокислоты оказывают возбуждающее влияние на самые разнообразные структуры центральной нервной системы и во многих случаях его эффекты совсем не связаны с синаптичесчими процессами. В принципе Ь-ГЛУ может оказы-

вать лотенциирующее влияние и но процесс выделения нейромедиа-тора пресинаптическими структурами. Эта точка зрения не лишена оснований, так как существование прзсинаптических глутаматных рецепторов показано экспериментально (а±ог^и1еИ вt а1., 1977). В то же время не следует забывать, что хотя концентрация 1-ГЛУ и Ь-АШ и волосковых клетках выше, чем в других областях рецеп-торга : органов, эти аминокислоты участвуют в цикле трикарбоно-вых кислот и необходимы для поддержания энергетического обмена.

Исследование синаптических процессов в электрорецепторах представляется важным в том отношении, что в данной сенсорной системе афферентные нервные волокна иннервируют только один тип нервных окончаний - рецепториую клетку, имеющую только один тип синаптических структур. В других органах, даже принадлежащих к акустико-латеральной системе, наблюдается более сложная ситуация. Например, в органе Корти имеется два типа волосковых клеток - наружные и внутренние. Вполне вероятно,что вещества, выполняете функцию нейропередатчика у двух типов синаптических контактов, могут быть различными. Действительно, недавно была продемонстрирована различная чувствительность наружных и внутренних волосковых клеток к действию каиновой кислоты -Вся совокупность имеющихся пока фармакологических данных получена на внутренних волосковых клетках, что следует из предположения, что кохлеарные потенциалы действия и рчтивность одиночных нервных волокон слухового нерва связаны о радиальными волокнами, икнервирующими внутренние волосковые клетки. Учитывая сказанное, есть основания полагать, что сенсорный синапс электрорецепторов оказывается такой же удобной моделью для изучения глутаматорги-ческих синапсов, как нервно-мьшечний синапс в исследовании аце-тилхолиновых рецепторе. Изучение физиологии синаптической пере-

дачи в этой системе может привести к пониманию общих механизмов синаптических процессов в нейронах центральной нервной системы, имеющих множественную иннервацию. Поэтому можно надеяться, что исследования этой относительно простой модели помогут разрешить некоторые сложности в интерпретации электрофизиологичеоких данных о влиянии зкзо- и эндогенных веществ в различных отделах центральной норвной системы.

ВЫВОДЫ

1. С помощью разработанной методики непрерывной внешней перфузии базальных мембран рецепторных клеток ампул Лоренцини in vitro и отведения импульсной активности от одиночных афферентных волокон показано, что у скатов Raja olavata рецепторы мандибулярной группы ампул по своим функциональным свойствам являются тоническими электрорецепторами, которые образуют си-наптические контакты с афферентными волокнами, а передача возбуждения в этих синапсах осуществляется химическим способом.

В стационарных условиях (t = I0-I2°C) средняя частота фоновой активности составляет 17,56+0.25 имп/'с и имеет положительный температурный коэффициент. В импульсной последовательности афферентных волокон отражена информация о полярности, интенсивности, длительности и частоте электрического стимула. Оптимальный частотный диапазон восприятия синусоидальных электрических сигналов составляет 1-3 Гц.

2. Показано, что в условиях эксперимента выход медиатора из пресинаптической области определяется иенами магния и кальция и не зависит от содержания ионов калия. Увеличение концентрации ионов магния до 20-50 мМ вызывает блокирование синаптичес-

кой передачи. В гиперкальциевом (20 мМ) растворе возбудимость рецепторов уменьшается. Перфузия бескальциевым раствором, содержащим 10 ыМ ЭГТА, нарушает проведение в синапсе, что доказывает существование кальциевых каналов на базальной мембране ре-цепторных клеток. Ооновое выделение медиатора обеспечивается цитоплазматическим кальцием, а при вызванной активности для обесг учения выхода больших количеств медиатора необходимо вхождение кальция из окружающей среды. Повышение (6-15 мЮ или снижение концентрации ионов калия вызывает лишь кратковременные изменения частоты импульсной активности, за которыми следует восстановление исходного уровня импульсации. Увеличение частоты фоновой активности э гипвркалиевом растворе не сопровождается изменением вызванных реакций и порогов рецепторов к действию электрических стимулов.

3. 3 процессе выяснения природы нейромедиатороз э ампулах Лоренцини было показано, что ГАМК, таурин и катехоламины в кон-

л с

центрации 10 - ЮМ тормозят синаптическую передачу. Тормозные эффекты адреналина устраняются »С -адреноблокатором - фен-толамином, но не изменяются при действии уЗ-адреноблокатора -пропранолола, что свидетельствует об участии -адренорецепто-ров в гиперполяризующем влиянии катехоламинов. Серотонин, доп-амин и их антагонисты (метерголин, флуфеназин) на влияют на синаптическую передачу. Ацетилхолин окагмвает преимущественно возбуждающий эффект, однако этот эффект не проявляется после действия ионов магния, блокирующих выделение медиатора из преоинап-тических окончаний. Холинолитические соединения (а -тубокурарин, атропин) не злияют на синаптическую передачу в исследованных синапсах. Полученные данные не позволяют считать ГАМК, таурин, катехоламины, серотонин, допьмин и ацетилхолин медиаторами рецеп-

торов ампул Лоренцини, и эти соединения, по всей вероятности, являются модуляторами или регуляторами синаптической передачи.

4, ь -глутаминовая (L -ГЛУ) и ь -аспарагиновая (ь -АСШ аминокислоты в концентрации 10 М активируют сенсорный синапс

О <1

ампул Лоренцини. В диапазоне концентраций 10""- ЮМ эти аминокислоты вызывают зависимое от дозы динамическое увеличение частоты имцульсоции о последующим снижением активности. Способность Ь -ГЛУ и L -АСП вызывать в афферентных волокнах импульсную активность иа фоне действия ионов магния и блока синаптической передачи доказывает постсинаптическую локализацию аминокислотных рецепторов.

б. Впервые показано, что сенсорный синапс ампул Лоренцини чувствителен к действию агонистов возбуждающих аминокислот. Пороговые концентрации, вызывающие усиление импульсной активности, для каината, квисквалата и И -метил-D -аспартата составляют соответственно 10"^, КГ® и 10~^М, Направленность эффектов каината определяется исходным уровнем фоновой активности. С помощью ионов магния доказано существование пресинаптического компонента действия каината. Показано, что ионы магнии блокируют постсинап-тические ответы, вызываемые Н -метил-D -аспартатом, и незначительно влияют на ответы при аппликации квисквалата.

6. Большинство исследованных антг.гонистов возбуждающих аминокислот нарушают функцию сенсорных синапсов и изменяют ответы посгсинаптической мембраны на Ь -ГЛУ и L -АСП. Диэтиловый эфир

диметиловый эфир (I0"^M) L -глутаминовой кислоты блокируют фоновую, вызванную активность, а также постсинаптичес-кие ответы на действие возбуждающих аминокислот. 2-амино-5-фос-фоновалериановая кислота снижает фоновую и вызванную активность (IO-^M),

полностью блокируют возбуждающие эффекты К -метил-D -

аспартата, также уменьшает ответы на аппликацию Ь-АСП. О-/ -аминоадипиновая и 2-амино-4-фосфонобутановал кислоты в концентрации не влияют на синаптическую передачу. Цис-2,3-пиперидиндикарбоксилат блокирует ответы на ь-АСП, а кинурено-

вая кислота эти ответы усиливает и уменьшает ответы на Ь-ГЛУ.

л к

о -глутамилглицин в концентрации 10 -10 М обратимо снижает чаете ?у импульсной активности.

7. Полученные результаты позволяют заключить» что возбуждающие аминокислоты выполняют функцию медиатора в сенсорном синапсе емлул Лоренцини. Проведенный анализ показывает, что свойства глутаматных рецепторов е различных синапсах акустико-лате-ральной систем неидентичны. Способность постсинаптических рецепторов сенсорных синапсов активироваться различными агониста-ми возбуждающих аминокислот (каинат, квисквалат, и -метил-Б-ас партат) позволяет сделать вывод о существовании на лостсинапти-ческой мембране ампул Лоренцини глутаматных рецепторов, которые представлены рецепторно-канальным комплексом, имеющим несколько мест связывания для разных агонистов. Разработанная электрофизиологическая методика и результаты проведенного исследования позволяют рекомендовать сенсорный синапс ампул Лоренцини в качестве удобной модели для изучения свойств глутаматных рецепторов и изыскания новых соединений, влияющих на функцию глутамат-эргических синапсов.

СПИСОК РАБОТ, (ПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕШ ДИССЕРТАЦИИ

1. Андрианов Ю.Н,, Броун P.P., Ильинский О.Б. Обзор: Физиология электрорецепторов рыб // Физиол.журн.СССР. 1979. Т.65,

» 6. С,765-800,

2. Акоев Т.Н., Андрианов Ю,Н., Вольпе Н.О. L -глутамат как возможный нейропередвтчик в ампулах Лоренцини скатов // Докл.АН СССР. I960. Т.253, » 4. C.I003-I005.

3. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н., Вольпе Н.О. Влияние ионов кальция на электрическую и температурную чувствительность ампул Лоренцини черноморских скатов П Физиол.журн.СССР. 1980. Т.66, » I. С.56-63.

4. (Акоев Т.Н., Андрианов Ю.Н., Вольпе И.О.) Akoev о.»., Andrianov S.U., Volpe N.O. Effecte of divalent ions and drugs on electric and thermal sensitivity of the ampullae oi Lorenzini // Proc.of the XXVIIIth Int.a0n3r.0i Physiol.Sei. Budapest, 1960. Р.2Э4.

5. Акоев Т.Н., Андрианов Ю.Н., Вольпе Н.О. О возможней роли ь-глутоыата в синаптичеокой передаче в элентрорецептор-ных клетках ампул Лоренцини скатов // Физиология и биохимия ме-диаторкых процессов. Тезисы докл. Ш Всесоюзной конф. М., 1980. С.7.

6. (Акоев Т.Н., Андрианов Ю.Н., Вольпе Н.О.) Akoev G.N,, Andrianov Q,K,, Volpe K.O. Ir-glutamate aa possible neurotransmitter in the ampullae of Lorenzini of the skate // Neuroeoi. Let. 1980. Vol.20, N 3. Р.307-Э12,

7. (Акоев Г.Н., Андрианов D.H., Вольпе Н.О.) Alcoev 2.и., Andrianov G.G., Volpe H.O. Postsynaptic actione of L-glutamate

and presynaptic actions of acetylcholine in skates electrore-coptors // Proo.of the 9th Turkish Pation.Congr.of Physiol. Sci. Istanbul, 1981. P.13.

8- (Лкоев Г.Н., Андрианоз Ю.Н.) Alcoev G.H., Andrianov О.Ы. Tha action of divalent ions and dru^s on thermal and electrical sensitivity of the ampullae of Lorenaini // Adv.Physiol.Soi. Vol.31: Sensory Physiol.of Aquatic lower Vertebrate. Budapest} Pergamon Press - Academiai Kiudo, 1931. P.57-73.

У. Akogb Г.Н., Андрианов Ю.Н., Вольпе H.O. Исследование' механизмов синаптической передачи в аыцулах Лорещини скатов // Нейрофизиология. 198I. Т.13, № 3. С.292-298.

10. Андрианов Ю.Н., Ильинский О.Б. Органы боковой линии И Эволюционная физиология, ч.2. Л.: Наука, 1983. С.1Ю-160 / (Руководство по физиологии).

11. Акоев Г.Н., Андрианов D.H., Вольпе Н.О. Влияние ацетил-холина и холинолитиков на синаптические процессы в ампулах Ло-реицини скатов // Докл.АН СССР. 1982. Т.262, » 3. С.733-736.

12. (Акоев Т.К., Андрианов Ю.Н., Шермвн Н.О.) Akoev G.H., Andrianov G.H., Sherman H.O. Sffects of acetylcholine and cho-linolytics on the synaptic transmission ia the ampullae of Lorenzini of the skate.// Сотр.Biochem.Physiol. 1983. Vol.740»

N 1, P.95-97»

13. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н., Шерыан Н.О. Синапгическая передача э электрорецепторах скатов // I Всесоюзный Биофизический Съезд. Ы., 1982. Т.2. С.92.

14. (Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н., Шерман Н.О.) Akoev а.Н., Andrianov G.H., Sherman N.O. Bffeots of acetylcholine and choli-nolitios on the synaptic transmission in the ampullae of Loren-aini of the skate // Abstracts of the Vlth European Heurosci.

Congress. Halaga, Torremolinoo, Spain, 1932. Keurosci.Lett. Suppl. 10. 3,37.

15. (Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н.) Akoev G.N., Andrlanov Q.N, Effect Oi K+ on the iBpu3.ee activity оf the ampullae of borenzini // Abstr.of the IXth European Congress of Pathology. Miin-ohen, 1983. P.256.

16. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н., Шерман Н.О. Влияние глу-таминовой и аспарагиновой аминокислот на электрическую активность амцул Лоренцини скатов // Физиол.журн.СССР. 1984. Т.70, № 3. С.322-325.

17. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н., Шерман Н.О. Влияние ионов калия на электрическую активность ампул Лоренциии скатов // Нейрофизиология. 1984. T.I6, № 4. С.493-497.

18. (Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н., Шерман Н.О.) Akoev a.N., Andriartov С.К., Sherman К.О, Effects of potassium ions on the impulse activity of the ampullae of Loreuaini of the skate // Neurosci.Lett. 1904. Vol.46, И 4. P.341-345.

19. (Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н.) Akoev G.N., Andrianov Q.N. Synaptic transmission in the ampullae of Lorenaini of the skate Raja // 9th Int.Congr.of Pharmacology. Xondon, 1984. P.1б12.

20. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н. Синаптическая передача ь электрорецепторах скатов И Симпозиум по сенсорной физиологии морских рыб. Мурманск, 1984. С.84-85.

21. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н. Синаптическая передача в электрорец^пторах // Физиология медиаторов. Периферический синапс: Материалы симп. Казань, 1984. С.5-7.

22. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н., Шерман Н.О. Влияние у-аыиномасляпой кислоты, таурина и катехоламинов на синаптические процессы ампул Л' ренцини черноморских скатов // Физиол.журн.

СССР. 1985. Т.71, )М. С.466-471.

23. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н. Синаптическая передача в электрорецепторах // Сигнализация и поведение рыб. Апатиты, 1985. С.33-41.

24. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н. Влияние каиновой кислоты

на синаптическую передачу в электрорецепторах // Симп.по физиологи: и биохимии медиаторных процессов. М., 1985. С.5.

25. Акоев Г.К., Андрианов Ю.Н., Шерман Н.С. Влияние каиновой кислоты на синаптическую передачу в электрорецепторах (ампулах Лоренцини) шиповатых скатов // Нейрофизиология. 1986. Т.18, № 2. С.147-153.

26. Акое£ Г.Н., Андрианов Ю.Н., Моисеева А.В., Рыжове. И.В., Шерман И.О., Яковлева М.Ф. Исследование механизма синаптической передачи в электрорецепторах (ампулах Лоренцини) скатов // Вопросы эволюц.физиологии. 9-е совещание, лосвяш. 100-летию Л.А. Орбелм. Л., 1986. С.8.

27. Акоев Г.Н., Андрианов 10.Н. Глутамат и аслартат как предполагаемые нейропередатчики в электрорецепторах (ампулах Лоренцини) пластиножаберных рыб // Всесоюзная конф.по нейронау-кам. Киев, 1986. С.58.

28. (Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н., Сабо Т.) Akoev Q.N., Andrianov G.H., Szabo Т. Effects of kainio acid on synaptic transmission in eleotroreceptor3 (the ampullae of Lorenzini) of skates // Сотр.Biochem.Physiol. 1937. Vol.83A, N 1. P.61-63.

29. (Акоез Г.П., Андрианов Ю.Н.) Akoev G.N., Andrianov Q.N. Effects of putative transnittcrs on afferent synapses in the umpullary electroreceptors of ths skate Raja clavata // 1th Congress of the Int.Зое.for Seuroethology. Tokyo, 1987. P.83.

30. Акоеп Г.Н., А«дриансэ Ю.Н., Шерман Н.О. Синаптические

эффекты аспарагкновой аминокислоты в злектрорецепторах скатов //' Нейрофизиология. 1987. T.I9, № I. C.6I-67.

31. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н., Шерман И.О. Анализ влияния диитилового эфира глутаминовой кислоты на синаптические процессы в ампулах Лоренцини скатов // Нейрофизиология. 1987. Т.19, № 3. С.323-327.

32. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н., Кузнецов В.И., Рыкова И.В., Шерман Н.О. Сенсорный афферентный синапс электрорецепторов как модель глутаматэргического синапса // Исследование глутаматэр-гических синапсов. Всес.конф.: Теомсы сообщений. Л., 1987. С.З.

33. Акоев Г.Н., Андрианов Ю,Н., Кузнзцов В.И., Моисеева А.В. Рыжова И.В., Шерман Н.О. Яковлева М.Ф. Синаптическая передача

в электроиецвпторах // Тезисы 15-го съезда Всес.физиол.общества. Кишинев, 1987. С.292-293.

34. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н, Синаптическая передача в рецепторах акустико-латеральной системы // Успехи физиол.наук. 1988. Г.19, » 3. С.81-98.

35. Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н., Шерман Н.О. Влияние некоторых антагонистов возбуждающих аминокислот на синаптическую передачу в электрорецепторах (ампулах Лоренцини) скатов // Нейрофизиология. 1988. Т.20, »3. С,439-445.

36. (Акоев Г.Н., Андрианов Ю.Н.) Alcoav G.N., Andrianov G.N. Synaptio tranemlssion ia tha mediano- and electroreoeptora oí the aoouaticolateral aystem // Progr.Sena.Phyeiol. 1989. Tol.9. P.53-95.