Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Кардиорегулирующие мультифункциональные нейроны брюхоногих моллюсков

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Кардиорегулирующие мультифункциональные нейроны брюхоногих моллюсков"

> >

\ b ^^ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукст' иси

БЫЧКОВ Ростислав Евгепьевич

Кардиорегулирующие мультифункциоиальнке нейроны брюхоногих моллюсков

(Helix sp., Achatina fúlica)

03.1)0.13 — Физиология человека и жипотных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Санкт-Петербург

1993

Работа выполнена на кафедре физиологии человека и животных Санкт-Петербургского государственного университета

Научный руководитель-, кандидат биологических наук доцент B.JI. Журавлев

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Ю.П. Пушкарев доктор медицинских наук, профессор Д.П. Матюшкин

Ведущая организация:

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова

Защита состоится " О " 1993 г.- в 16 часов на

заседании специализированного Совета К 063.57.09 по присуждению ученой. степени кандидата биологических наук в Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034 Санкт-Петербург, Университетская набережная 7/9, биолого-почвенный факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Санкт-Петербургского университета по адресу: 199034 Санкт-Петербург, Университетская набережная 7/9.

Автореферат pojuwuui

И

1993 г.

I

Ученый секретарь

А.Г. Марков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность__Ш2облемы. Только два типа животных имеют

камерные сердца: моллюски я позвоночные. У многих животных обоих типов сердца внешне похожи, и можно отметить ряд'"функциональных аналогий в работе и. регуляции какерных сердец позвоночных я моллюсков [особенно гастропод): миогенная автоматик, двойная иннервация (торнозная и возбуждающая). У некоторых видов моллюсков, в частности у виноградной улитки, преобладающим в сердце является тонус тормозных нервных волокон /(ИррНпдег, 1957/. Центральные нейроны, регулирующие работу миокарда улитки, исследуются уже около пятнадцати лет я идентификация тормозных клеток висцерального ганглия показала наличие в них выраженной фоновой импульсации /Журавлев и др. , 1934/. Небольшие колебания частоты фоновых разрядов тормозных нейронов нодулвруют частоту сердечных сокращений. Регистрация синаптических потенциалов в предсердии и в желудочке также подтвердила преобладание потоков фоновых ТГ.СП в сердце с сохраненной иннервацией /Инютин, 1936; Журавлев, Инюшин, Сафонова, 1936/.

Стимуляция афферентов различных внутренних органов, мантии и ноги обычно приводит к активации тормозных нейронов и угнетению работы сердца /в.-Яогза, 197В/. Механическое раздражение самого сердца (отдельно предсердия к желудочка) также сопровождается торможением его работы /Зубков, 1934/. На роль центрального сенсорного элэнента внутренних органов был предложен нейрон висцерального ганглия который реагирует на тактильную

стимуляцию почни, печени, перикарда и сердца /Б.-Когза, 1976/. Позднее было показано, что торможение сердца при раздражении афферентов внутренних органов сохраняется после перерезки интестинального нерва (иннервируюиего сердце), что привело к гипотезе об участии в кардиальиых рефлексах сети периферических нейронов /Вадиэ! et а1., 1979/. Нужно подчеркнуть, что в данной работе регистрировались только тормозные реакции сердца.

Изучение. электрофизиологических характеристик самих периферических нейронов не выявило среди них клеток, задействованных в организации кардиальных рефлексов /УеЬоуггКу & Е1екез, 1935/. Оказалось также, что исследованные периферические нейроны не имеют прямых коно- или лолисинаптических связей с

идентифицированными центральными кардиорегулирующими нервными клеткани.

Таким образок в общей схеме висцеро-кардиальных рефлексов улитки оставался невыяснянным ряд вопросов. Целью работы явилось выяснение следующих трех.вопросов:

1. Сколько тормозных нейронов участвует в регуляции работы сердца (по косвенным оценкам разных авторов их может быть от двух до пяти).

2. Как взаимодействуют тормозные нейро!ы с центральным сенсорным нейроном V21 при осуществлении кардиальных рефлексов.

3. Какую роль играют в этих рефлексах периферические нейроны.

С5£2и25_й2222£2_2_2£5222Ы2..22522В52£_Е2ё21Ы- в работе впервые

показано, что тормозные постсинаптические потенциалы в миокарде виноградной улитки контролируются всего двумя нейронани, расположенными в висцеральном ганглии. Тормозные котонейроны иннервируют сердце моносинаптичэски, и не взаимодействуют между собой. окончания этих тормозных мотонейронов в различных-внутренних органах, в том числе и в сердце, реагируют на слабую механическую стимуляции. У тормозных нейронов сердца улиток имеются две зоны генерации потенциалов действия. Одна находится на периферии рядом с сердцем, вторая в нейропиле рядом с телом нейрона. Потоки антидромных импульсов к телу клетки от механочувствктельных окончаний и ортодромная импульсация от тела клетки в этих нейронах у виноградной улитки проводится по одному нейриту. Сходными свойствами обладают и тормозные нейроны сердца гигантской африканской улитки Achatina fúlica, обнаруженные наки впервые. Они моносинаптически иннервируют сердце, нервные окончания идентифицированных тормозных нейронов в сердце, почке и печени являются механочувствительными, у них есть по крайней мере две зоны генерации: одна на периферии рядом с сердцем, вторая в UKC. По-видимому, тормозные нейроны сердца виноградной улитки и ахатины - являются гоиологичным» нервными клетками. Другие идентифицированные нейроны кардиорегулирующей сети - возбуждающие мотонейроны сердца * не реагируют на тактильную стимуляцию сердца, почки и печени. Норфофункциональные особенности обоих идентифицированных мотонейронов виноградной улитки свидетельствуют об их тождестве с ранее обнаруженным сенсорным нейроном V21.

Исследованные тормозные нейроны сердца виноградной улитки и

ахатины сами выполняют одновременно и сенсорную и моторную функции без помощи каких либо вспомогательных клеток. Ны определяем такой тип нервных клеток, как культ«функциональные нейроны.

Показано, что мультифункциональные нейроны занимают центральное место в организации горкозных кардио-кардиальлых рефлексов у виноградное улитки и ахатины, они являются центральным звеном в организации тормозных кардио-кардиальных рефлексов, и осуществляют их без прямого участия периферических я специализированных сенсорных нейронов.

____значение. Данные настоящей

работы имеют важное значение для понимания основных принципов функциональной организации кардиорегулирующей нойрональной сети моллюсков. Они расширяют существующие представления о структурной и функциональной организации ЦНС и рецепторкых органов беспозвоночных животных. Результаты диссертации могут быть использованы при решении экспериментальных задач ряда биологических и медицинских учреждений, а также при моделировании механизмов нервной деятельности и функционирования нейронных сетей.

Данные диссертации включены в курс лекций но электрофизиологии, физиологии клетни и физиологии сердца, читаемых кафедрой физиологии человека и животных, а также в курс лекций по общей физиологии, читаемый в Педиатрическом институте Санкт-Петербурга.

Публикации__и__эпЕобация__Основные положения

диссертации изложены в 5 печатных работах. Материалы диссертации докладывались на II Всесоюзной конференции "Простые нервные системы и их значение для теории и практики" (Казань, 1988), на V Всесоюзной конференции посвяенной 90-летию Х.С. Коштоянца (Москва, 1950], на X Всесоюзном совещании по эволюционоой физиология, посвященной П. к. Орбели (Ленинград, 1990), на Региональной конференции Международного общества нейробиологии беспозвоночных (ТвШ, Минск. 1391)

£1Е2£1£Е5__5__объен__52££2В1&355- Диссертация состоит из

введения, четырех глав (включающих обзор литературы, катоды исследования, результаты и их обсуждение), а также выводов и списка литературы. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, включающих 28 рисунков. Библиография содержит 117 наименования.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперименты проводились на полуинтакгных препаратах Helix Poroatia к Achatina Fulica. Это легочные брюхоногие ноллюски (класс Gastropoda, подкласс. Pulnonata). Полуинтактный препарат представляет из себя висцеральный мешок, где сохраняются большинство внутренних органов, и окологлоточное кольцо ганглиев, соединенное с ник соответствущими нервами. Окологлоточное кольцо растягивали кактусовыми иглам, после чего наружную соединительнотканную оболочку удаляли заточенными пинцетами. Монофазные электрограимы сердца регистрировались с помощью гибких присасывающихся электродов, заполненных изотоническим КС1 (Бычков, Хуравлев, уд. на рацпредл. ЛГУ N 943, 1987). Для усиления электрогракк сердца, нервов и нейронов использовался специальный щестиканальный универсальный усилитель с калибратором и измерителем сопротивления электродов (Игеошин, 1986). Конструкция предусилителей позволяла деполяризовать или гиперполяризовать нейрон постоянык током до 10 нА через регистрирующий внутриклеточный никроэлектрод. Сигналы контролировались с помощью многоканального монитора НК-789. Измерение параметров нейрограмм проводилось с помощью двухканального осциллографа С1-83 и цифрового электрокардиометра ЭКМ-ЗЦ-01. Сигналы с выходов усилителей регистрировались на быстродействующей самопишущем приборе Н3031/4. Инъекция красителя люциферового желтого /Sigma/ проводилась при помощи стабилизатора тока.' Препараты исследовались и изучались на специализированном микроскопе ЛЮНАМ-И1. Для визуализации тел кардиостимулирущих серотонинэргических нейронов использовался кетод предложенный Балабаном /Балабан и др. , 1985/.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Фоновые_ТПСП_в__MHOKagne__виноградной__£22122' Фоновые ТПСП,

регистрируемые от сердца виноградной улитки, на полуинтактнон препарате различаются по анлитуда и длительностям. Помимо одиночных ТПСП очень часто встречаются сдвоенные и строенные тормозные ПСП. Более быстрые ТПСП с длительностью 60-120 мс характерны для предсердия. Они появляются раньше, затем с задержкой 10-40 мс ТПСП длительность» 120-200 мс регистрируются в желудочке. Разница в длительности между желудочковыми и

предсердными ТПСП постоянна на каждом препарате, и в желудочке длительность ТПСП обычно больше, оказалось, что ока вызвана различиями в постоянной времени мышечных волокон. Слвдует отметить, что фоновые ТПСП в миокарде виноградной улитки продолжают генерироваться в течении длительного врекени (десятки минут) после перерезки всех висцеральных нервов. Активация потока ТПСП происходит при стимуляции периферических концов интестинального и левого паллиального нервов.

Центральны^тормозныв_ HJiPJHbV „яшуааюдио__ТПСП__ в__ миокарпо

Hf.lix. Нейроны, тормозящие активность сердца, находятся в висцеральном ганглии с дорзальной стороны /Журавлев и др., 1984; Инютин, 1986/. После введения микрозлектрода в тормозной нейрон в сома клетки могут регистрироваться спонтанные ПД, а в сердце с постоянной задержкой появляются вызванные ими ТПСП. В ряде экспериментов нам удалось найти вше одну . нерэнуга клетку, чьи спайки вызывали ТПСП в сердце постоянной задержкой. Этот тормозный нейрон (назовем его нейрон-г (Н-2), а первый - HI) располагается латераяьнее HI в висцеральном ганглии ближе к левому паллиальноку нерву.

Кроме

длительных пачек и отдельных нерегулярных ТПСП в продсерции можно было наблюдать небольшие серки ТПСП, синхротгые с систолами желудочка. как только желудочковый ниокардиальный ПД достигает своего максимума (это совпадает с максимумом систолы), в предсердии появляются несколько ТПСП. Мы предположили, что синхронные ТПСП возникают в результате раздражения неханорецептороп во время систол. Действительно механическая стимуляция желудочка однозначно приводила к появлению одного или нескольких ТПСП в предсердии. Дальнейшие исследования показали, что синхронные с систолами желудочка ТПСП в предсердии сохраняются после перерезки хитестхнального нерва, причем в первый момент после перерезки такие реакции даже усиливаются. Время задержки от момента нанесения тактильного стимула до появления ТПСП как до, так и после перерезки нерва не изменялось (120 мс). Такие Оказалось, что при перфузии сердца увеличение давления в вено приводило к резкому усилению частоты и силы сокращений предсердия и желудочка. Такая реакция приводила к повышению частоты тормозного притока в сердце. В первые секунды после повышения

давления синхронные с скстоланя желудочка ТПСП возникали не только в предсердии, но и желудочке. После того как ТПСП в желудочке уже не генерировались некоторое время ножно было наблюдать чистые желудочково-предсердные рефлексы.

актибность_в.тормоз нон.нейроне_ н_KKOKapge__ во_ _ время__кардио;

кардиального__рафлекса. После длительной серии высокочастотных

разрядов в нейрона, которая.торнозит сокращения сердца, несколько первых систол оказываются больше обычных по амплитуде и длительности. И именно эти систолы желудочка вызывают появление синхронных с ними ТПСП в предсердии и желудочке, в тормозном нейроне в ответ на усиленные систолы регистрируются антидромные ПД. У них нет препотенциала, и их амплитуда уменьшается при гиперполяризации. в литературе такие потенциалы называются А-спайками /Таио, 1966; Палихова, 1986/. Нами были обнаружены несколько неожиданные временные отношения кежду А-спайками в тормозном нейроне и ТПСП в предсердии. Первый пример, это случай, когда ТПСП появляются вначале в предсердии, затек через 120 не в нейроне регистрируются антидромные ПЛ (после каждого ТПСП один ПД). Во втором случае предсердный ТПСП также появляется первым, а потом возникает ПД в тормозном нейроне , после которого с задержкой 160 не в предсердии регистрируется второй ТПСП. В последнем примере антидромный ПД больше по амплитуде, так как "отражается", по-видимому, зоной генерации вблизи сомы, идет на периферию к служит причиной появления второго ТПСП в предсердии. Наблюдаемые временные отношения можно объяснить существованием по меньшей мере двух триггерных ток, одна из которых находится на периферии рядок с сердцем, вторая - вблизи сокы нейрона в начале интестинального или в области нейропиля. В пользу этой модели говорит тот факт, что сильная гкперполдрязация нейрона блокирует появление второго ТПСП после A-потенциала. Таким образом уненьшая величину мембранного потенциала (гиперполяризация), мы подавляем генерацию спайков в ближней триггерной зоне, тогда как на активность периферической зоны это не влияет. Третий вариант временных отношений между ПД в тормозном нейроне и ТПСП в миокарде это ортодрокные ПД, которые вызывают ТПСП в сердце с постоянной задержкой.

i

б

Ulli I

Рис. 1. Различные варианты временных задержек между ПД в тормозном нейроне и ТПСП в предсердии (а). Треугольником отмечен момент механическое стимуляции.

В дальнейшем мы стали более подробно наблюдать фазовые отношения между ТПСП в сердце и ПД в тормозном нейроне. На рис. 1 приведены различные варианты временных отношений при генерации потенциалов в нейроне и миокарде. Одиночные спайки, возникающие в зоне генерации вблизи сомы (в дальнейшем 1-я зона генерации), вызывают ТПСП в предсердии с задержкой 140 не (рис. 1д). Антидромные ПД - результат активации периферической триггерной зоны механическим стимулом (вторая зона генерации), также появляются с постоянной задержкой (100 мс) После ТПСП в предсердии (рис. 1В). В норме во время высокочастотных ортодромию пачек вторая триггерная зона работает в режиме первой. При увеличения периода между ортодромными ПД она может вызвать появление дополнительных ТПСП. Но когда первая триггерная зона (вблизи сомы) генерирует одиночные ПД, она может активировать вторую. Возможны два вида такого взаимодействия. Посла шестого спайка в нейрон» (рис. 1А) в предсердии появляется высокоамплитудный ТПСП с характерной задеракой (140 мс) и второй ТПСП меньшей амплитуды .

А-потенциал от второго ТПСП не доходит до сомы нейрона. Второй случай хорошо иллюстрируется на примере третьего ПЛ (рис. 1А), который вызывает ТПСП с задержкой в 140 не. , а следующий за ник ТПСП такой же амплитуды появляется в результате активации второй зоны генерации третьим, соматическим спайком. Здесь уже А-потенциал (4-й ПЛ на рис. 1А) регистрируется в семе с задержкой 100 мс. Эффект отражения, по-видимому, также может осуществляться двумя механизмами. Первый - когда А-потенциал усиливается и "отражается" триггерной зоной вблизи сомы нейрона . Во втором случае антидромный спайк также активирует первую зону генерации, но не идет обратно на периферию, а только является причиной генерации нового, более высскоамплитудного ПЛ (60 мВ), который уже и вызывает ТПСП в предсердии (рис.1С). Поэтому на этой осциллограмме видны сдвоенные ПЛ, с интервалом между ними около 20 мс, причем первый обычно некьшей амплитуды. В предсердии возникают ТПСП до а после спаренных спайков. но второй ПД не всегда доходит до сомы нейрона. От него ножет быть зарегистрирована только деполяризационная волна после А-потенциала, как на рис. 1Г. Это подтверждает предположение, что первая триггерная зона находится не в непосредственной близости от сомы нейрона (например в области аксонного холмика), а где-то в районе нейропхля или в начале иктестинального нерва. В этом случае после генерации первого спайка с интервалом около 20-30 не появляется второй, и его распространение по отросткак нервной клетки приходится на период восстановления электрических параметров мембраны. Поэтому время задержки появления ТПСП от момента возникновения ПД в нейроне может увеличиваться. Такой пример пример приведен на рис. 1Е.

2®и222_Ш22!52..2_££Е£!1а' Наши эксперименты показали, что тормозные нейроны имеют большие рецептивные поля, и реагируют на стимуляцию афферектов почти всех внутренних органов. Ко вызванная активность отличается в зависимости от стимулируемых зон. Напринер, после тактильной стимуляции мантии в нейроне возникает длительная высокочастотная пачка ПД, причем в ней все спайки только ортодрокные. для афферентов мантии характерно то, что они возбуждают тормозной нейрон с большим латентным периодом от 2.5 до 3.0 с. Сердце тормозится во время всего паттерна вызванной активности в этой нервной клетке. Усиленные систолы желудочка,

после прекращения высокочастотной кнпульсацкх в тормозном нейроне. вызывают в соме нейрона появление антидромных ПЛ. При механической стимуляции желудочка мы также наблюдаем ТПСП в предсердии, которые появляются через 50-100 не после нанесения тактильного раздражения, причем до пояяленггя Л-слаЯка в тормозном нейроне. Механическая стимуляция печени вызывает вначале появление небольшого па амплитуде ТПСП в предсердии, после которого в тормозной нервной клетке регистрируется один антидромный ПЛ. который может активировать первую трмггерну» 303*7.

Нам удалось зарегистрировать в течении одного опыта активность двух тормозных нейронов, и мы убедились, что все варианты ранее описанных паттернов ТПСП в сердце определяются комбинацией активности этих двух нейронов. Каждый нейрон иннервирует и предсердие, и желудочек. Эффективность тормозного воздействия нейронов на сердце примерно одинакова. Серия ПД в любом нейроне притормаживает активность сердца, уменьшает силу сердечных систол и увеличивает интервал между пики. Длительная серия ПД в двух нервных клетках лолностю тормозит сокращения предсердия и желудочка. Если пачки ПД в обоих нейронах совпадают частично или полностью, то в желудочке можно наблюдать сумкацик? ТПСП, котора/г приводит к очень сильной гиперлоляризании клеток шюкарда. В предсердии ТПСП суммируются при больших частотах, что связано, по-видимому, с различием в постоянной времени мышечных трабекул предсердия и желудочка. Усиление систол после периода торможения всегда вызывает появление кардно-кардиального рефлекса, в котором, как выяснилось, участвуют оба тормозных нейрона. Все виды фазовых отношений ПД э тормозной нейроне и ТПСП в миокарде во время кардио-кардиального рефлекса, обнаруженные в предыдущих опытах между, наблюдаются в обоих клетках. Тормозные нейроны могут включаться а кардио-кардиальный рефлекс одновременно или поочередно. При длительном наблюдении активности сердца и двух тормозных нейронов оказалось, что не только систолы желудочка, но и сильные систолы предсердия могут инициировать кгрвкс-кардкальный рефлекс.

Реакция____1!2£Е2£25___К______£1££ШШ!ёЭ

__Е52152Е®- ® работах

Веховски и Элекеш, Вагуста с соавторами предполагается возможное

участив периферических нейронов в организации кардио-кардиальных я висцеро-кардиальных рефлексов /Baguat et al., 1979; VehovezJci С El ekes, 1985/. Ни также не исключал* вначале возможность уч астм периферических . нейронов в кардио-иардиальных рефлексах. Спустя один час после смени обычного физиологического раствора на раствор с ионами cd++ (1 ммоль) тормозкий нейрон также реагировал ка механическую стимуляцию афферентов. Яо уже не наблюдалось высокочастотно! пачки спайков и усиления общего синаптического притока, как в нормальном физиологическом растворе. Тактильное раздражение вызывало появление только антидромных спайков я соответствующих им ТПСП в сердце. Хотя амплитуда ТПСП уменьшалась в 2-8 раз, их ещо . можно было. зарегистрировать. Желудочково-предсердный рефлекс такжп сохранялся. После ТПСП в предсердия, вызванного систолой желудочка, в тормозном нейроне регистрировался А-спайк с постоянной задержкой, время которой было такое же, как я до замены раствора. Тормозный нейрон сохранял механочуствятельные свойства. он реагирует на тактильную стимуляцию сердца почени я почки. Латентный период от нанесения стимула до появления электрического ответа в нервной клетке не изменялся после добавления Cd++. Эти данные говорят в пользу того, что чувствительность тормозного нейрона к тактильной стимуляции висцеральных органов к растяжению миокарда обеспечивается самой нервной клеткой без участия периферических сенсорных нейронов.

2®Sä2,5äE5EXSE2£IHii2_!SäES22£XS!!ii!!E£!2S!!5-!!SSE252ä__Helix__sjk

Сердце виноградной улитки получает, как тормозные, так к возбуждающие входы. Только ля тормозные нейроны в сети кардиорегулируюаих нервных клеток являются одновременно котонейронани сердца и сенсорными механочувствктепьиыки клетками. Может быть это общее свойство мотонейронов сердца улитки ? Лля проверки этой гипотезы з специальной серии экспериментов мы проанализировали работу кардиостикулирующхх нейронов. Одним кз возбуждающих нейротрансмиттеров в сердце Helix является серотонин /Сахаров, 1974; Jones, 1983; Инюшин, 1В8В/. Идентифицированные возбуждающие мотонейроны сердца расположены в области, в которой локализована группа серотониновых нейронов /Сахаров, 1974/, в висцеральном и правом париетальном ганглии рядон с висцеро-париетальной коккссурой (S.-Rozsa & Zhuravlev, 1981, Журавлев и др., 1984). - Нам удалось провести одновременную

регистрацию электрической активности сердца и двух мотонейронов: возбуждающего и тормозного. Оказалось, что нейроны но связаны нежду собой, и не влияют друг на друга. Тактильная стимуляция сердца и висцеральных органов как обычно приводила к появлению с постоянной задержкой Л-спайков в тормозном нейроне и соответствующих им ТПСП в миокарде, но не влияла на активность возбуждающего нейрона. В то же вреня мы знаем, что серотонинергические нейроны имеют пряные выходы в сердце (Сахаров, 1974). Стабильная идентификация каряиостимулирующих нейронов в иаиих опытах на виноградной улитке не всегда удавалась. Лля визуализации тел нервных клеток и облегчения идентификации мы использовали недавно предложений метод прижизненного выявления серотонинэргических нейронов с использованием б- или 7-гидрокситриптанина /Балабан и др., 1985; S.-Rozsa et al., 1986/. Выявленное в этой серии экспериментов распределение серотонинэргических нейронов на дорзальной поверхности подглоточпого комплекса ганглиев Helix не отличалось от описанного в предыдущих работах. Электрическая активность пигментированных нейронов ие отличалась от таковой в нормальных серотониновых нейронах не обработаных 5.6-дигидрокситриптамином (5.6DHT). В работе Гадотти /Gadottl et al., 1988/ отмечается, что содержание серотонина восстанавливается уже через два месяца после обработки нейронов 5,6-DHT, однако в наших опытах не было обнаружено восстановление кардиостимулирующего влияния пигментированых нервных клеток на сердце. Эта методика позволила также выявить еще ряд интересных особенностей в организации работы сети кардиостинулирующих нейронов, которые важны для общего анализа нервной регуляции сердца у улитки.

Оказалось, что все серотакиновыа нейроны подглоточного комплекса ганглиев активируются каким-то общим интернейроном (или группой клеток). При одновременной регистрации электрической активности различных пар нейронов было обнаружено наличие двух типов синхронной активности. Для первого характерны синхронные ПД или низкоамплитудные ВПСП, амплитуда которых слабо зависит от мембранного потенциала нейронов. Синхронная синаптическая активность в пигментированных серотонинэргических нейронах не является результатом инъекции 5,6-DHT, так как она регистрируется и в нейронах не обработанных 5,6-DHT. Второй тип синхронной

активности в пигнентированных нейронах резко отличается от первого. Это высокоамплитудные БПСП появление которых всегда коррелирует с мощной активацией сердца и с уменьшением частоты следования ТСПП в миокарде. Очевидно, существует интернейрон или группа связанных интернейронов, которая одновременно возбуждает серотониновые мотонейроны., тормозит тормозные и влияет на сердце непосредственно или через несеротонинэргические возбуждающие мотонейроны. Нервная клетка, выполняющая все перечисленные функции, пока не идентифицирована. Однако функционально эта клетка или группа клеток очень похожа на командный нейрон кардиоваскулярной системы аплизии L10 /Кэндел, 1980/ и мы обозначили аналогичный центр на нашей схеме как L10L (L10 - like).

Для сравнительного анализа тормозных кардиорегулирующих нейронов сердца была проведена серия экспериментов на гигантской африканской улитке Achatlna fúlica.

fúlica. У гигантской африканской улитки Achatina fúlica тоже двухкамерное сердце. В фоновой электрической активности миокарда ахатины также, как и у виноградной улитки преобладают ТПСП. В желудочке ТПСП больше по амплитуде и длительности, с менее крутын передним фронтом и более длительным спадом. При одинаковой частоте следования ТПСП в обоих отделах сердца синаптические потенциалы эффективнее суммируются в желудочке. Такое разное поведение синаптических потенциалов, как'и у виноградной улитки, по видимому обусловленно различными величинами постоянной времени кардиониоцитов в различных отделах сердца. Здесь также часто можно было наблюдать четкие корреляции между систолами желудочка и отдельными ТПСП в предсердии, то есть в сердце ахатины наблюдается четкий кардио-кардиальный рефлекс.

ñchatina_fulica. Работа возбуждающих мотонейронов сердца ахатины довольно детально изучена в работах Фурукава и Кобайаши /Furukawa & Kobayashí, 1987а, в/. Всего имеется четыре кардиостимулирующие нервные клетки. Нейроны различаются не только по положению, но и Функционально. Отдельный нейрон, расположенный около паллиального нерва, в норме является молчащим, с редкими пачками из 2-4 ПД. которые появляются вследствии усиления фонового притока ВПСП. Это так называемый периодически активный нейрон (Periodically

Oscillating Neuron или в дальнейшем теисте PON), он является тоническим возбуждающим мотонейроном сердца /Furukawa & Kobayashi, 1987а/. Три другие клетки - постоянно активные тонические нейроны (Tonically Autoactive Neurons - TAN, TAN2,TAN3). Они оказывают слабое тоническое воздействие преимущественно на предсердие. Центральные тормозные нейроны, вызывающие ТПСП в миокарде ахатины, ранее не были идентифицированы. Нам удалось впервые обнаружить один из них примерно в середине висцерального ганглкя. Каждому спайку в тормозной нервной клетки соответствует один IllCii а сердце, ""который возникает в миокарде с постоянной задержкой около 200 мс. При гиперполяризации тормозного нейрона и соме можно обнаружить антидромные спайки, вызванные механическим растяжением желудочка во время систолы. Как и у виноградной улитки, каждому сокращению желудочка соответствовала серия А-спайков в тормозном нейроне. Так же, как и у виноградной улитки, у ахатины растяжение желудочка приводит к активации периферической зоны генерации, от которой А-спайк распространяется одновременно и к сердцу, и к соме нейрона. Поэтому вначале регистрируется ТПСП в сердце, вызванный А-спайком, затем с постоянной задержкой антидромный ПД в соме нейрона. Одновременная регистрация электрической активности тормозного и возбуждающих нейронов средца ахатины показала, что клетки между собой не связаны. У ахатины также вероятно существует иктернейрон или группа клеток (гомолог L10L), которые притормаживают тормозный нейрон к активируют PON.

£12ЗДляцию_се£дца,__почки,__печени^и.кантик. Механкчекая стимуляция

висцеральных органов и сердца проводилась тонкими волосками, сила давления которых составляла 0.005-0.01 г, О. t г к 2 г соответственно. Дальнейшее увеличение силы давления как правило приводило к отрыву сердца от присасывающихся электродов. Тактильная стимуляция желудочка волоском как с минимальной, так и с максимальной силой вызывала изменение электрической активности только в тормозном нейроне. Через 200 мс после нанесения механического стимула, артефакт от которого почти совпадает с появлением ТПСП в предсердии, в тормозном нейроне регистрируется первый А-спайк в пачке, вызывающей в предсердии высокоакплитудный суммарный ТПСП. Увеличение силы тактильной стимуляции может приводить к появлению большего количества А-спайков в тормозном

нейроне. Но не все А-спайки доходят до сомы клетка. Во всех случаях антидромные ' ПД появляются после ТПСП с постоянно! задержкой. Тактильная стимуляция мантии с большак латентным пераодок, постоянно вызывает синаптаческую актаваца» всех кардиорегулирующах нейронов. В ответ на механическую стимуляцию печена а почка в тормозном нейроне, гаперполлразованном постоянным током, вначале появляются А-спайки с характерным крутым переднам Фронтом, без фазы препотенциала. Задержка между началом ТПСП а появлением антидромного ЛЛ постоянна в тэчеиаа опыта.

ESS2lJH2_I2E!!22Hffií_í!22E2S22_S5SISSS.I!S_!!S52SS3S£KZ5_£IS!!Z22iH2 cegju]a_B_gacTB0ge_c_50HaMK_Cd^. Кадмий (1 кмолЫ довольно быстро уменьшает анплитуду ТПСП в сердце ахатины до такого уровня, что ах уже трудно зарегистрировать. Но длательная активация Тормозного нейрона по прежнему праводат к отчетлавому увеличению диастолического интервала. Латентный перход между ПД в нервно! клетке и маленькака ТПСП в каокарде по сравнена«) с нормой не азменяется. Кардио-кардиальний рефлекс также сохраняется в кадкхевом растворе. Растяженае желудочка во время смстол по прежнему праводат к появлению А-спайков в тормозном нейроне. Полученные данные свидетельствуют, что тормозные нейроны сердца ахатаны связаны с маокардом коносанаптаческа.

Но£фологичоекие__особенности__T0gM03tora__HgllgoHoB__Helix. в

спецаальных опытах после электрофазаологаческах исследований тормозных нейронов ах окрао£вала люцкферовыи желтым (Lucifer Yellow "Sigma"). Это удалось сделать пока только для тормозных нейронов ваноградной улатка.

Оба тормозных нейрона являются типичными униполярным» нейронама среднах размеров, которые посылают по одному отростку в интестиналькый нерв (рас.2). Диаметр тела первой (медиальной) клетка пракерно равен 70-100 мкм. От него в глубь нейропаля отходат одан постепенно утончающийся отросток. Наабольшая плотность дендратного: дерева наблюдается на второВ половане основного отростка (на участке от сомы клетка до места входа в интестиналькый нерв). Лендратное дерево достаточно плотно a компактно, наблюдаются как толстые, так а тонкие нейриты, все дендрвтвое дерево сосредоточено в висцеральном ганглии. Второй тормозный нейрон находится в гангла более латерально, блаже к левому париетальному ганглию. Здесь пра общем сходстве бросается в

Рис.Z. Морфологическая реконструкция культифункцио-нальных нейронов (m.f.n.l, in.f.n.2} Helix (А); схвна связей мультифункциональных нейронов (BJ.

глаза, что все нейриты, отходящие от основного ствола, тоньше

последнего в 5-10 раз. На препарате дендритное дерево этой клотки выглядит как рыхлый клочок ваты, расположенный вокруг основного нейрита.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Особенности_ф£нкциональной__организ ауии__тормозных__ней£онов^

Наши эксперименты впервые показали, что тормозные нейроны сердца у двух видов пульмонат выполняют одновременно две различные функции: сенсорную и моторную, которые обычно осуществляются разными

специализированными нейронами. Это позволяет нам определить данные нервные клетки как мультифункииональные нейроны (дальше в тексте они будут обозначаться как МФН1 и МФН2).

Культ»функциональные нейроны включены параллельно и не взаимодействуют напрямую друг с другом. Но в течении опыта в обоих нейронах, когда они работают в пачечном режиме, возникали синхронные серии икпульсоь. Статистический анализ позволил предположить, что оба МФН имеют несколько активирующих перекрывающихся входов. Таким образок, хотя КФН1 и НФН2 не связаны друг с другом, но их работа может координироваться наличием общих входов. Афференты внутренних органов могут образовывать и общие полисинаптические входы, и в то же время они могут независимо активировать МФН1 и МФН2 I рис. 2). Кроме того, полученные данные указывают на то, что все кардиорегулирующие нейроны сердца виноградной улитки имеют общий функциональный вход, который на нашей схеме показан как L10L (L10-like, вход похожий на нейрон сердечно сосудистых рефлексов L10 аплизии - см. Кэндел. 1980).

Идентифицированный у Helix и Achatina пока только функционально, нейрон (или группа связанных нейронов) тормозит тормозные и активирует возбуждающие нейроны сердца, взаимодействуя со всеми кардиорегулиругацими элементами и, возможно, прямо с сердцем. Таким образок, 1ЛОЬ обеспечивает суммарный кумулятивный стимулирующий эффект. В исследованных нами ИФН1 и ИФН2 регистрировались серии ПД или отдельные спайки при неханической стимуляции сердца. Анализ показал, что в обоих клетках есть по крайней нере две триггерные зоны. Одна на периферии рядом с сердцем (перерезка нервов не устраняет спонтанные серии ТПСП), другая - в ганглии в области нейропиля. Поэтому при внутриклеточном отведении от сомы клеток мы регистрируем как антидромные, гак и ортодромные спайки, а также разнообразные варианты их комбинаций, которые указывают на наличие сложного взаимодействия двух триггерных зон генерации.

Впервые проанализированные в наших экспериментах тормозные ПСП в сердце африканской улитки также вызываются по крайней нере двумя нейронами. Можно по пунктам перечислить следующие элементы

сходства:

I. Тормозные мотонейроны связаны моносинаптически с предсердием и желудочк«»

2. Окончания тормозных нейронов в различных внутренних органах, в том числе и а сердце, реагируют на механическую стимуляцию.

3. Тормозные нейроны занимают центральное место и организации тормозных кардио-кардиальных рефлексов.

Эти нейроны также являются мультифункциональными. Таким образом, сравнение характеристик тормозных мотонейронов, точнео культифункциональных нейронов сердца виноградной и африканской улитки позволяет сделать заключение о их гомологичности.

В "Ш1С виноградной улитки был идентифицированы сенсорным нейрон У21, имеющий чувствительные окончания в сердце, перикарде, почке, печени /Б.-Яогэа, 1976/. Считалось,что этот же нейрон тормозит работу сердца, взаимодействуя с тормозными нейронами. Функциональные характеристики нейрона У21, его морфологические особенности /ЕХекеэ & Б.-Иогга, 1984/, а также расположение клетки в висцеральном ганглии такое же, как и у идентифицированных нами МФН1 и МФН2 (по последнему критерию У21 ближе к МФН1 ), позволяют говорить об идентичности У21 и МФК. Отличить МФН1 от МФН2 ножно липь в том случае, если оба нейрона находятся в одном опыте. Во всех предыдущих схемах сети кардиорегулирующих нейронов прямо или косвенно предполагалось переключение импульсации от клетки 721 или тормозных нейронов на на других клетках ( в частности, периферических). Большинство морфологических и физиологических наблюдений говорит в пользу того, что такого переключения не существует. Однако не исключено, что периферические нейроны могут участвовать в модуляции активности периферических отростков мул^тифункциональных нейронов, и тем самым они могут регулировать потоки орто- и антидромных ПД в МФК.

Мультифункциональность нейронов приводит к тому, что МФН1 и МФН2 могут сами обеспечивать осуществление кардио-кардиальных рефлексов без участия специализированных сенсорных и периферических нейронов. Остается невыясненным вопрос, существует ли морфологическая и функциональная специализация но торных л сенсорных нервных окончаний в миокарде, или же это одни и те же окончания.

выводы

1. Тормозные постсинаптические потенциалы в миокарде виноградной улитки контролируются всего двумя нейронами, расположенными в висцеральном ганглии. Тормозные мотонейроны включены параллельно и не взаимодействуют между собой.

2. Окончания тормозных нотонейронов виноградной улитки и ахатины в различных внутренних органах, в том числе и в сердце, реагируют на слабую механическую стимуляцию. В возбуждающих мотонейронах сердца антидромные потенциалы действия в ответ на тактильную стимуляцию этих же органов не возникают.

3. У тормозных нейронов сердца улиток имеются по крайней мере две зоны генерации потенциалов действия - на периферии рядом с сердцем, и в нейропиле рядом с телон нейрона. Потоки антидромных импульсов к телу клетки от механочувствительных окончаний и ортодромная импульсаиия от тела клетки в каждом таком нейроне у виноградной улитки проводится по одному нейриту.

4. Исследованные тормозные нейроны сердца виноградной улитки и ахатины являются мультифункциональными, то есть они одновременно выполняют и сенсорную, я моторную функции без помощи каких либо вспомогательных клеток.

5. Морфологическая реконструкция мульт«функциональных нейронов виноградной улитки показала, что это униполярные нервные клетки, которые посылают один отросток в интестинальный нерв. Дендритное дерево обоих нейронов расположено только в висцеральном ганглии. Корфофункциональные особенности двух идентифицированных мультифункциональных нейронов свидетельствуют об их тождестве с ранее обнаруженный мультифункциовальным интернейроном V21.

6. Мультифункциональные нейроны занимают центральное место в организации тормозных кардио-кардиальных рефлексов у виноградной улитки и ахатины.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бычков P.E. Удостверение на рационализаторское предложение N 934 от 21. 12.1987 г. "Присасывающийся электрод для регистрации биопотенциалов. "

2. Журавлев В. Л., Бычков P.E., Сафонова Т.Ч. О роли подглоточных и надглоточных ганглиев виноградной улитки в регуляции

деятельности сердца. // В сб. : -Простые нервные системы и их значение для теории и практики. - Л. : Наука, - 1983. -с. 102- 105.

3. Журавлев В. л. , Бычков Р. Е. , Сафонова Т. А. Сенсорно-моторные нейроны виноградной улитки // В сб. : Тезисы докл. X Всесоюэ. совещ. по эволюционной физиологии. - Л. : Наука. - 1990.

с. 163.

4. Журавлев В. л.. Бычков Р. Е., Сафонова Т. А. Нервный контроль гладкой кылщы сердца легочных коллюсков // В сб. : Физиология и биохимия медиаторных процессов. - М. : Наука. - 1990.

5. Zhuravlev V.L., Bychkov R.E., Safonova Т.A. The multifunctional neuron V21 in the Helix central nervoue system heart // In: Simpler nervous system. - Minsk, 1991. -p.116.

6. Zhuravlev V.L., Safonova Т.Д., Bychkov R.E. Neuronal control and coordination of the heartbeat in Helix pomatia // In: Simpler nervous systems, (ed. by Sakharov 5 Winlow).,

Manchester TJniv. Press. - 1991. - p.343-359.

Подписано к печати 24.11.92 Заказ 362 Тираж 100 Об'ем 1г2Ъ п.л. ПМЛ СПГУ

199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова б