Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Морфофизиологические основы локомоции аннелид

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Морфофизиологические основы локомоции аннелид"

1 - я з з

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ФИЗИОЛОГИИ И БИОХИМИИ имени И. М. СЕЧЕНОВА

7".....г. ¿У

На правах рукописи

ДАВИД Олег Федорович

УДК 612.821.35+612.833.96 + 612.76

МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ основы ЛОКОМОЦИИ АННЕЛИД

(03.00.13 —ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1992

Работа выполнена в лаборатории нейрофизиологии беспозвоночных (зав.—академик В. Л. Свидерский) Института эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН (директор — академик В. Л. Свидерский).

Официальные оппоненты: доктор биологических наук В. П. ЛАПИЦКИЙ доктор биологических наук Б. А. ШИШОВ доктор биологических наук профессор Я. А. ВИННИКОВ

Ведущая организация — Институт физиологии имени И. П. Павлова РАН.

Защита диссертации состоится « ^ » ^ 1993 г.

в часов на заседании секции специализированного совета Д 002.89.01 при Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН (194223, Санкт-Петербург, пр. М. Тореза, д. 44).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН.

Автореферат разослан « » 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор биологических наук профессор

МАСЛОВА М. Н.

Актуальность исследования

/

Изучение основ межнейронной интеграции является одной из актуальных проблем современной нейробиологии. Существенной частью этой проблемы является исследование механизмов нервного контроля двигательной активности беспозвоночных животных. Среди последних в этом отношении наиболее изученными оказались насекомые. Небольшое число нейронов, входящих в состав ганглиев ЦНС этих животных, способных обеспечивать им даже такую высокоспециализированную двигательную деятельность как полет, дает возможность достаточно точно, на клеточном уровне, анализировать механизмы нервного контроля различных поведенческих реакций и таким образом существенно расширить наши представления об основных закономерностях образования межнейронных связей и межнейронной интеграции. Огромный фактический материал, полученный по этим вопросам, обобщен в широко известных монографиях последнего десятилетия ( Свидерский,1973, 1988; Мандельштам,1983; Попов,1985; Лапицкий. 1991 ,; Грибакин, 1981 и др. ).

Аналогичные исследования проводятся и на аннелидах, которые, согласно современным представлениям, занимают ключевое положение в едином с насекомыми филогенетическом ряду первичноротых. Возможность выявления у них, как у более примитивных представителей беспозвоночных, общебиологическнх закономерностей развития и становления основных физиологических функций, в частности механизмов, обеспечивающих их локомоторную активность, является весьма перспективной и придает этим исследованиям особую значимость.

Данная работа выполнена на земляных червях и медицинских пиявках. Такой выбор объектов сделан не случайно. Сопоставление основных нейромоторных механизмов, реализующих и обеспечивающих

столь разнообразную по своим проявлениям двигательную активность этих животных в диапазоне от простейшего ползания до высокоспециализированных плавательных движений, может представлять большой интерес в теоретическом отношении, а также решать чисто практические вопросы, связанные с экологией и жизнедеятельностью столь полезных и необходимых нам живых организмов.

Механизмы контроля и координации двигательной активности аннелид изучены еще крайне мало. Объясняется это в первую очередь небольшими размерами их нервных и мышечных элементов, трудно доступными для микрофизиологических исследований. Кроме того, легкая ранимость и плохая жизнеспособность нейронального состава вне целостного организма, характерные, например, для брюшной нервной цепочки земляных червей, являются еще одним серьезным препятствием прежде всего для физиологических исследований. Не случайно поэтому основное внимание в физиологии ЦНС земляных червей долгое время занимали вопросы, связанные с выяснением функциональной роли и работы гигантских нервных волокон, которые ввиду своих относительно крупных размеров представлялись более доступными и удобными для электрофизиологического анализа. То же самое можно сказать и о соматической мускулатуре аннелид. Первые работы с применением внутриклеточной регистрации в волокнах продольной мускулатуры земляных червей появились только в самом конце 60-х, начале 70-х годов, а соматическая мускулатура пиявки на внутриклеточном уровне до сих пор остается практически неисследованной. Ввиду этих причин оказалось, что нервно-мышечная физиология аннелид имеет существенные пробелы, частично восполнить которые и попытался автор этой работы.

Цель и задачи исследования

Целью данного исследования являлось изучение основных нейро-моторных механизмов, лежащих в основе двигательной активности кольчатых червей, - животных, занимающих ключевое положение в едином филогенетическом ряду аннелиды - членистоногие. В центре внимания находились физиологические механизмы управления локомоцией у земляных червей и медицинских пиявок.

Соответственно поставленной цели, решались следующие задачи:

1.Изучить двигательное поведение этих животных.

2.Из достаточно широкого спектра движений, выполняемых и земляным червем, и пиявкой, выбрать такие, которые, во-первых, были бы наиболее типичными, а, во-вторых, удобными для дальнейшего физиологического анализа.

3.Получить основные электрофизиологические и фармакологические характеристики работы нервно-мышечного аппарата этих животных в рамках исследуемых двигательных актов.

4.На основании полученных результатов и имеющихся литературных данных попытаться приблизиться к пониманию проблемы контроля и координации локомоторной активности названных представителей аннелид.

5.Выявить наличие эволюционной динамики в процессе формирования исследуемых движений.

Научная новизна работы

Подробный электрофизиологический и фармакологический анализ работы нервно-мышечного аппарата аннелид проводится впервые. Полученные результаты позволяют существенно расширить наши прежние представления о механизмах управления и путях реализации двигательной активности этих животных. В результате электрофизиологического исследования спонтанной мышечной активности, свойственной соматической мускулатуре стенки тела земляных червей, был получен ряд новых, до сих пор неизвестных факторов, имеющих, на наш взгляд, принципиальное значение. Так, экспериментально было доказано, что эта спонтанная мышечная активность, лежащая в основе поступательного движения червя, обеспечивается и реализуется простейшим, периферически обусловленным нейрогенным механизмом без участия центральной нервной системы. В то же время было отвергнуто существовавшее ранее представление об этих сокращениях, как о миогенном процессе. Посредством внутриклеточной регистрации, в продольной мускулатуре земляных червей было выявлено два функционально различных типа мышечных волокон - "молчащих" и электрически активных. Функциональная их роль обсуждается по ходу изложения фактического материала. Результаты физиологических экспериментов подтверждены полученными морфологическими данными о топографии периферических рецепторов, которые, по всей вероятности, могут осуществлять у земляных червей связи между рецепторным аппаратом и двигательными элементами.

Эволюционная направленность данного исследования позволила получить еще ряд фактов, подтверждающих основные положения теории Л.А.Орбели о пусковых и регулирующих влияниях ЦНС в отношении эф-фекторных органов. В частности, было установлено, что влияния,

поступающие из центров, в отношении спонтанной мышечной активности у земляных червей, имеют не пусковой, а регулирующий характер. Такой вывод был сделан на основании многочисленных экспериментов, в которых посредством электростимуляции брюшной нервной цепочки червя удавалось усилить или, наоборот, подавить спонтанные сокращения его соматической мускулатуры. Существенно, что этот вывод подтверждается и морфологическими исследованиями, согласно которым в ЦНС олигохет имеется большое количество поливалентных нейронов, обладающих одновременно свойствами как двигательных, так и ассоциативных нервных элементов.

Приведенные данные по организации межнейронных связей в ЦНС пиявок, ее отчетливо выраженный пусковой характер- влияний на эф-фекторный мышечный прибор, указывает на большую степень специализации их нервно-мышечного аппарата, способного уже обеспечивать более широкий диапазон движений и даже такой сложный вид локомо-ции,как плавание.

Теоретическая и практическая ценность работы

Основной фактический материал, изложенный в монографии, является первой отечественной сводкой данных по морфологии, физиологии и фармакологии нервной системы и двигательного аппарата двух наиболее значимых представителей аннелид - земляных червей и медицинских пиявок. В работе достаточно широко представлены исследования структурной организации и функциональных особенностей центральной и периферической нервной системы этих животных, данные по ультраструктуре и электрофизиологии их соматической мускулатуры, физиологии и фармакологии нервно-мышечных синапсов, а также сведения о медиаторах центральной и периферической нервной системы.

Эволюционный подход к пониманию структурно-функциональной организации нервно-мышечного аппарата исследованных представителей кольчатых червей позволил расширить наши представления о путях становления и формирования такой важнейшей физиологической функции организма,как движение, и на их основе провести возможные параллели в рамках единой филогенетической ветви аннелиды - членистоногие. На основании проведенных экспериментов стало очевидным, что за внешней простотой нервной и мышечной систем этих животных скрываются отнюдь не простые, до конца еще не разгаданные физиологические механизмы, обеспечивающие большую вариабельность выполняемых ими движений.

Существенно отметить, что специализация рассматриваемых локомоторных механизмов в значительной степени предопределяется уровнем развития и обусловленных ими функциональных возможностей элементов нервной системы. Сравнительный морфологический анализ показал, что среди исследованных аннелид наиболее развитым и, следовательно, наиболее специализированным нейропилем обладает ЦНС пиявок. Такой вывод был сделан с учетом степени дорсовентральной дифференцировки брюшного мозга полихет, олигохет и пиявок, поливалентности нейронального состава, а также на основании характера выявленных у них межнейрональных связей. Эти данные хорошо согласуются с результатами, полученными в физиологических экспериментах, согласно которым тенденция к смене миогенного автоматизма на нейрогенный механизм, а также переход от регулирующего типа влияний со стороны ЦНС к коррегирующему и двойному нервному контролю локомоции особенно отчетливо проявляется у-представителей олигохет, т.е. у земляных червей.

Учитывая ту пользу, которую приносят и земляные черви и пиявки, большое внимание в работе уделено особенностям их жизне-

- э -

деятельности, и экологии, чт<> дает возможность заинтересованным специалистам делать практические выводы по интересующим вопросам.

Результаты работы ислользу.этся з курсе лекций по сравнительной нейрофизиологии беспозвоночных в С.-петербургском и Казанском Университетах и входят в научную программу "Физиологические механизмы, обеспечивающие нормальное развитие и. устойчивость организма человека и животных".

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Б основе поступательного движения кольчатых червей лежат периодические сокращения соматической мускулатуры их стенки тела. У земляных червой чти сокращения реализуются посредством простейшего периферического нейрогенного механизма, находящегося под регулирующим влиянием центров. Наличие такого периферически обусловленного локомоторного механизма, по всей вероятности, связано с экологией и образок жизни данных представителей аннелид.

2. Необходимость передвижения з водной среде, жизнь, связанная с активным поисков добычи, привела к формированию у пиявок более совершенны.'-:, чем у земляных червей, центрально обусловленных нейрог..отсрных механизмов, способных обеспечить во время плавания четкую и хорошо скоординированную работу всего двигательного аппарата тавотного.

о. полученные результаты полностью соответствуют представле-ния'с Л.А.Орбели и его :нк )лы о смене миогенного автоматизма, свойственного низшим этапа;.- эволюции нервно-мышечного прибора, на нейро-г-^нный механизм у более высокоорганизованных представителей животного :.'мра, а также свидетельствуют о переходе от регулирующего типа влияний со стороны -ЦПС в отношении двигательного аппарата на корригирующий и двойной тип иннервации.

- 1У -

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на У научном совещании по эволюционной физиологии (Ленинград,1968); II Всесоюзном биохимическом съезде (Ташкент,1969); на II Международном симпозиуме гельминтологического Института в Чехословакии (ЧССР, г.Кошице,1970); на Всесоюзной конференции, посвященной памяти академика Х.б.Каштоянца (Ереван,1971); на III Международном симпозиуме Гельминтологического института в Чехословакии (ЧрСР,г.К6-шице,1976); на Всесоюзной конференции "Простые нервныесистемы и их значение для теории и практики"(Казань,1985); на секции .нейрофизиологии беспозвоночных (Ленинград,1986); на X Всесоюзном совещании по эволюционной физиологии (Ленинград,1990); на Международной конференции по нейробиологии беспозвоночных-"Простые нервные системы" (Минск,1991), а также на заседаниях отдела эволюции сенсорных систем.Института эволюционной физиологии и биохимии им.И.М.Сеченова РАН

Структура и. объем работы

Работа представлена в виде монографии объемом 10,5 печатных листов (166 страниц), содержащей 76 рисунков и 3 таблицы. Список литературы содержат. 2?>6 названий работ (83 на русском и 213 на иностранных языках).

Объекты и методы исследования

Все исследования проводились на половозрелых особях земляных червей 1/U.lolobophora Longa, Dendrobaena octaedra и медицинских пиявках Hirudo medicinaiis.

В зимнее время земляные черви содержались в холодильнике при температуре +2 - в ящиках с землей, удобренной•прелыми листьями, перегноем и испитым чаем. Земля систематически увлажнялась и не реже I раза в месяц заменялась новой, предварительно взятой из мест сбора червей. В таких условиях черви обычно хорошо сохранялись в течение нескольких месяцев.

Пиявки содержались при комнатной температуре (+18 - +22^С) в банках с водой, которая менялась не реже чем I раз в 2-3 дня. Учитывая плохое качество невской воды, ее приходилось отстаивать в течение 2-5 дней и только потом заливать в банки с пиявками. Один раз в 2-3 месяца пиявок подкармливали кровью различных животных.

Механические сокращения соматической мускулатуры стенки тела земляных червей регистрировались с помощью тензодатчика, представляющего собой тонкую бамбуковую пластинку (толщиной - I и шириной - ?-мм), на две протчгчппг>"05»нче стороны которого наклеивались полупроводниковые тензорезисторы типа КТД-2а. Электрическая часть датчика выполнена в виде йбычного тензометрического моста, для повышения чувствительности которого использовался усилитель постоянного тока на микросхеме УТ-401 В, позволявший регистрировать даже самые незначительные напряжения в мышце. Выход этого усилителя подавался на вход осциллографа.. В качестве регистрирующего устройства использовался фоторегистратор типа ФОР-2. Для удобства обработки полученных результатов регистрацию мышечного

напряжения вели в условных единицах (I единица = 300 мг).

Поскольку все электрофизиологические, фармакологические и морфологические исследования проводились обычными, широко распространенными методическими приемами, нет необходимости в их подробном описании.

Следует отметить только, что значительные трудности возникли при внутриклеточной регистрации электрической активности в волокнах соматической мускулатуры земляных червей. Сложности -эти были связаны не столько с чрезвычайно малыми размерами самих мышечных волокон (диаметр их колеблется от 5 до 15 мкм), сколько тем, что изолированные полости стенки тела, используемые в опытах, периодически и спонтанно сокращались и расслаблялись, смещаясь в стороны на 2-3 ми и увлекая при этом за собой регистрирующий электрод, который довольно часто повреждал мембрану мышечного волокна и в конце концов просто ломался. Избавиться от этих неприятностей удалось с помощью более тонки* и более длинных, чем обычно, микроэлектродов, которые в силу своей большей эластичности и подвижности кончика позволяли получить более уверенную и стабильную регистрацию.

В экспериментах использовались физиологические растворы следующего состава: для земляных червей - Нао!-^,5; Кс1-0,12; Сас10-0,14; ИаНСО^-О.г; А.й.- 1000; для медицинских плявгк -:,ас1-0,'5; Кс1-0,15; Сас12-0,2; .гаКС03-0,2; Л.а.-1000.

Введение

Двигательная активность кольчатых червей, с физиологической точки зрения, представляет собой весьма интересный и в то же время достаточно сложный процесс., который, к сожалению, до сих пор нельзя считать окончательно изученным и понятым.

На основании поведенческих опытов, а также обычных наблюдений стало очевидным, что земляные черви способны совершать самые разнообразные движения, начиная с поступательного, включая повороты тела в разные стороны, и кончая всевозможными двигательными реакциями защитного характера. Однако основным среди них следует считать ползание, обеспечивающее передвижение вперед и реализуемое путем чередующихся сокращений продольной и кольцевой мускулатуры стенки их тела. Каждое такое движение начинается с удлинения и значительного сужения нескольких передних сегментов за счет активности кольцевых и расслабления продольных мышц. Этот процесс распространяется назад, образуя своего рода мышечную волну. Однако, прежде чем эта волна достигнет середины тела, начинается сокращение продольной мускулатуры передних сегментов, в результате чего передний головной конец черзя укорачивается и утолщается. Эта новая волна сокращения, но уже продольной мускулатуры, также распространяется назад и постепенно достигает заднего конца тела. При этом утонченные и удлиненные за счет продолжающегося сокращения кольцевых мышц участки тела подтягиваются к передним, уже укороченным и утолщенным сегментам. Когда волна сокращения продольной мускулатуры достигнет заднего конца тела, весь цикл повторяется заново. Неотъемлемую роль в этом процессе играют щетинки. Направленные своими свободными концами назад, они создают те необходимые рычаги, которые препятствуют перемещению тела назад, обуслов-

ленному сокращением продольной мускулатуры. Так, в результате однократного сокращения всех кольцевых и продольных мышц животное делает один "шаг" вперед.

Самые быстрые движения проявляются , как правило, в виде различных рефлекторных реакций, возникающих мгновенно после раздражения практически любого участка поверхности тела, в особенности области простомиума. Достаточно интенсивное раздражение головного конца способно вызвать общую защитную реакцию. При этом происходит быстрое сокращение всей продольной мускулатуры, благодаря чему животное укорачивается сразу во всех сегментах и вследствие этого быстро отодвигается назад. Слабые раздражители вызывают обычно местные двигательные реакции, охватывающие мускулатуру лишь нескольких впереди и сзади лежащих сегментов. В зависимости от локализации, подобные раздражения могут вызывать сокращения любой из четырех груш продольных мышечных волокон (спинной, брюшной или боковых). Так осуществляются повороты тела в стороны, вверх и вниз. Такой механизм существенно расширяет двигательные возможности животного и придает им определенный динамизм.

Локомоторная активность пиявок'по сравнению с двигательной активностью земляных червей представляется.еще более интересной, поскольку помимо общности (ползания) имеет и существенные различия, связанные с выполнением таких сложных поведенческих актов, как "хождение" и плавание. При "хождении" важную и можно сказать первостепенную роль играют присоски. После прикрепления передней дрисоски к какому-нибудь субстрату, просходит сокращение продольных мышц и одновременное расслабление кольцевых. Однако, вследствие более сильного сокращения брюшных продольных мышц по отношению к спинным, все тело пиявки изгибается в виде петли, и таким обра-

зом задняя присоска оказывается рядом с передней. После прикрепления к субстрату задней присоски, передняя освобождается, и в это время наблюдается противоположный эффект, т.е. происходит сокращение кольцевых и расслабление продольных мышц стенки тела, благодаря чему животное вытягивается головой вперед. Если передняя присоска опять прикрепляется к субстрату, то весь цикл повторяется заново.

В осуществлении плавательных движений пиявки принимают участие все группы мышц. Начинается плавательное движение с того, что вся кольцевая мускулатура расслабляется, а дорсовентральные мышцы сокращаются по всей длине, вследствие чего все тело пиявки становится плоским. Это значительно облегчает передвижение животного в водной среде, так как, во-первых, приводит к уменьшению лобового сопротивления, а, во-вторых, создает дополнительную площадь опоры. Во время прямолинейного плавания фазную деятельность выполняют главным образом продольные мышцы, спинной и брюшной отделы которых в данном случае выступают как антагонисты. При выполнении поворотов в ту или иную сторону в действие вступают кроме того и боковые отделы продольной мускулатуры, также в этом случае находящиеся между собой в антагонистических отношениях и, следовательно, работающие в противофазе. Чередующиеся сокращения и расслабления брюшной и спинной продольной мускулатуры формируют в конечном итоге волнообразные движения тела, происходящие, как правило, в вертикальной плоскости и распространяющиеся от головы в каудальном направлении. Каждая такая волна составляет одно плавательное движение. Как только волна мышечного сокращения достигнет заднего конца тела, сразу же в головной части возникает новая и т.д. Таким образом, получается как бы'замкнутый круг, или

круговая цикличность, обеспечивающая животному длительное плавание.

В реализафш ползания, которое по сравнению с хождением и плаванием,несомненно,является более простой формой локомоторного поведения пиявки, участвуют те же группы мышц, что и у земляных червей, формирующих, таким образом, общий для этих животных механизм поступательного движения.

Учитывая такое многообразие двигательного поведения аннелид и всю сложность проблемы в целом, нам необходимо было прежде всего выбрать форму движения, которая была бы наиболее подходящей и удобной для намеченного анализа. Поэтому было решено основное внимание уделить поступательному движению у земляного червя и плавательным движениям пиявки.

Физиологические механизмы локомоции земляных червей

Изучение механизмов, обеспечивающих.двигательную активность земляных червей, было начато еще в прошлом веке с простых поведенческих опытов. В результате, путем различных вариантов перерезки брюшной нервной цепочки и кожно-мускульного мешка,было установлено, что источником координации поступательного движения служат надглоточный и подглоточный ганглии. Последовавшие за этими электрофизиологические исследования, преследовавшие цель с помощью раздражения элементов ЦНС получить представление о нервном контроле локомоции земляных червей, оказались по сути дела мало информативными. С другой стороны, они со всей очевидностью показали, что с помощью только прежних, классических методик решить все сложные вопросы, связанные с механизмами локомоторной активности этих животных, не представляется возможным. Требовались другие подходы и другие методические приемы. Одним из таких под-

ходов можно считать предложенное нами условное ввделение из двигательного поведения земляных червей так называемой "спонтанной активности", т.е. периодических спонтанных сокращений мускулатуры стенки тела, лежащих в основе поступательного движения. В наших опытах эти периодические сокращения в своем механическом выражении имели вид обычных мышечных контрактур, а электрически проявлялись в виде хорошо различимых вспышек мышечной активности, следовавших одна за другой с небольшими временными интервалами. Не останавливаясь подробно на основных параметрах этих периодических сокращений, следует подчеркнуть, что они были присущи препаратам как с интактной иннервацией, так и отрезкам кожно-мускульного мешка с полностью удаленной из них брюшной нервной цепочкой. Этот факт давал все основания считать, что исследуемая мышечная активность не центрального происхождения, поскольку инициируется и осуществляется без участия ЦНС. Можно было предположить, что эти спонтанные мышечные сокращения являются проявлением мышечного автоматизма, свойственного, как известно, ранним ступеням эволюционного развития сократительного аппарата. Такое предположение казалось тем более заманчивым, т.к. анало-логичный механизм почти одновременно с нашими исследованиями был обнаружен у аскарид (круглых червей) работами Дель Кастилло, в которых с помощью внутриклеточной поляризации была доказана мкогенная природа регистрируемых спонтанных спайков. Однако в дальнейшем нами были получены факты, полностью отвергавшие мышечный автоматизм и свидетельствующие в то же время в пользу нейро-генного ее происхождения за счет активации периферических нервных элементов. Различные виды стимуляции поверхностных рецепторов кутикулы приводили к значительному усилению уровня мышечной

активности^ сохранявшейся в препарате после удаления брюшной нервной цепочки и отходящих от нее сегментарных нервов. С другой стороны, выключение сенсорного входа различными анестезирующими веществами (дикаин, кокаин, новокаин) приводило к полному, но обратимому подавлению спонтанных сокращений. Было установлено. также, что указанные спонтанные сокращения сохраняются у переживающей мышцы до 10 - 12-го дня после децентрализации, т.е. в течение срока,необходимого для дегенерации нервных окончаний. Кроме того, физиологическим доказательством участия периферических нервных элементов в механизме формирования мышечных сокращений могут служить и наши последующие эксперименты, в которых посредством внеклеточной интрамуральной электростимуляции децентрализованных препаратов нам удавалось получать мышечные контрактуры, ни по механическим, ни по электрическим параметрам практически ничем не отличавшиеся от спонтанных сокращений. Эти вызванные сокращения хорошо потенциировались прозерином и подавлялись с1-тубокурарином. При этом следует отметить, что возбуждение одного мышечного волокна никогда на передается на соседние. Это касается как спонтанных разрядов, так и потенциалов, вызванных внутриклеточной поляризацией.

Тем не менее, несмотря на, как нам кажется, вполне убедительные основания считать природу этих сокращений нейрогенной, мы не могли ответить на вопрос о способе передачи возбуждения с чувствительных элементов на двигательные. И чтобы хоть как-то приблизиться к истине, нами было предпринято детальное гистологическое исследование периферических нервных элементов, расположенных в стенке тела червя. Среди прочих особое наше внимание привлекли трехотросчатые нейроны, расположенные в толще муску-

латуры по ходу сегментарных нервов. По ходу первого нерва было выявлено 12, а по ходу сдвоенного нерва - 14 таких клеток. На полученных препаратах хорошо видно, что все они имеют достаточно крупные размеры клеточных тел, порядка 35-40 мкм. Отходящий от них один, наиболее толстый отросток, проходит через слой кольцевых мышц в эпителий, где и заканчивается терминальным утолщением, проникающим в кутикулу. Второй отросток, проходя вдоль кольцевого нерва, регулярно, через определенные промежутки,отдает мелкие веточки, каждая из которых прослеживается на некотором протяжении между мышечными слоями, затем ветвится и заканчивается на волокнах продольной мускулатуры. Аксоны этих клеток идут в составе I и III сегментарных нервов в бршнуо нервнуй цепочку. Кроме таких трехотросчатых нейронов нами были обнаружены клетки, денд-риты, или апикальная часть которых доходит до кутикулы, а от баг« зальной их части отходят отростки, заканчивающиеся между клеткам ми эпителия в субэпидермальной соединительной ткани и в толще кольцевых мышц. Аксоны этих клеток уходят через субэпителиальное нервное сплетение и кольцевую мускулатуру в брюшную нервную цепочку. В связи с тем, что часть отростков этих клеток оканчивается в эпителии и на кольцевых мышечных волокнах, можно предположить, что они выполняют роль проприорецепторов. Поскольку других нервных элементов, отростки которых заканчивались бы на волокнах соматической мускулатуры червя нам обнаружить не удалось, можно думать, что именно эти клетки могут осуществлять связи между рецепторным аппаратом и двигательными элементами. Остается только сожалеть, что пока, в рамках используемых нами методик, других, более убедительных доказательств в пользу причастности вышеописанных нейронов к формированию исследуемого

двигательного акта, получить не удается. Однако возможность участия их в иннервации соматической мускулатуры земляных червей не вызывает сомнения.

Согласно электронномикроскопическим исследованиям, продольная мускулатура стенки тела земляных червей очень сходна с поперечнополосатой мускулатурой позвоночных животных, но ввиду смещения Ъ «линий, она имеет вид не поперечно-, а косоисчерчен-ной. В структурном отношении все волокна продольной мускулатуры могут быть отнесены к одному морфологическому типу, поскольку никаких существенных различий между ними обнаружено не было. Как и У других беспозвоночных, все эти мышечные волокна имеют поли-нейрональную, мультитерминальную иннервацию. Обнаруженным здесь двум типам аксонов соответствуют два типа нейромышечных синапсов. Синапсы I типа скорее всего являются возбуждающими, так как по своей структурной организации очень схожи с холинергичес-кими синапсами позвоночных животных. 11-ой тип нейромышечных соединений, по всей вероятности, может осуществлять тормозные влияния, поскольку по своим признакам очень напоминает синапсы адренергической природы, иннервирующие гладкую мускулатуру позвоночных. Так как на одном и том же мышечном волокне одновременно могут находиться синапсы I и II типов, здесь можно говорить о двойном иннервационном механизме. Однако не иск-ючено, что в действительности спектр иннервационных влияний может оказаться и более широким.

Весьма существенный вклад в нервно-мыпечную физиологию аннелид внесли микроэлектрофизиологические исследования, которые значительно приблизили нас к пониманию существующих здесь механизмов. Оказалось, что МП в волокнах продольной «мускулатуры зем-

ляных червей довольно низкий и при разбросах от 25 до 45-50 мВ составляет в среднем около 37 мВ. Такой сравнительно низкий уровень МП мог быть обусловлен различными причинами. Величина МП, как известно, предопределяется избирательной проницаемостью клеточной мембраны для различных ионов, что обеспечивает необходимую разность зарядов внутри и вне клетки. В мышечных волокнах позвоночных основная роль в поддержании уровня МП принадлежит ионам К+ и СР. У земляного червя раздельное удаление Ыа+ и С1Г из окружающего раствора не вызывает изменений величины МП. Изменение уровня МЛ наступали лишь при одновременном удалении этих катионов, что дает основания предположить наличие сочетан-ного действия этих ионов на проницаемость мышечной мембраны. В отсутствие {1а+ и С17 зависимость величины МП от концентрации наружного калия была такой же, как в мышечных волокнах лягушки. Согласно данным японских исследователей (Ито с сотр.,1969) такой относительно низкий уровень МП в соматической мускулатуре земляных червей, очевидно, обусловлен низкой проницаемостью клеточной мембраны для ионов К+ и высокой проницаемостью для ионов !1а+, которая, в свою очередь, контролируется ионами Са^+.

В процессе внутриклеточных регистраций нами был обнаружен весьма интересный факт. Оказалось, что в продольной мускулатуре земляных червей имеется два функционально различных типа волокон. Одни из них после введений"микроэлектрода оставались "молчащим" к об их функциональной целостности можно было судить лишь по уровня МЛ, который в этих случаях составлял 25-30 мВ. Другая, меньшая часть волокон г.оеле введения в них электрода становилась электрически активной и начинала генерировать разряды, следовавшие, как правило, в виде вспышки импульсации. Латентный пе-

риод от введения электрода до момента начала генерации этих разрядов составлял всего 2-3 мс. Продолжительность таких вспышек обычно колебалась от 4 до 15 сек. Частота мышечных разрядов была не постоянной и могла изменяться от 3 до 12 имп/сек. Колебания частоты были особенно заметны в начале и конце вспышки. Максимум амплитуды генерируемых потенциалов обычно наблюдался в самом начале вспышки и зависел от величины МП, которая в этих случаях была несколько больше, чем в "молчащих" волокнах. В хороших препаратах амплитуда потенциалов составляла 41 мВ при овершуте в 2-3 мЗ., что совпадает с наблюдениями Чанга (Chang, 1969) и Хидака с сотр. (Hidaka & coll.,1969). В некоторых препаратах овершут достигал 15 и даже 20 мВ. В ходе этих экспериментов нами были установлены еще два весьма существенных факта. Во-первых, отсутствовала корреляция между генерацией этих потенциалов и периодическими спонтанными сокращениями препарата, регистрируемыми одновременно с помощью чувствительных тензодат-чиков. И, во-вторых, отсутствие повторяемости - спонтанных вспышек в электрически активных волокнах. Повторные вспышки можно было наблюдать лишь после какого-нибудь механического раздражения мышечной мембраны, например, легким постукиванием по камере и т.п. Такая высокая чувствительность мембраны этих мышечных волокон к механическому раздражению замечалась и японскими исследователями (Хидака с сотр.,1969). При резком введении микроэлектрода, вслед за проколом появлялась серия разрядов, очень похожих на гаснущую осцилляцию. Разряды эти были всегда более частыми и продолжались очень недолго. При более деликатном введении микроэлектрода частота разрядов была меньше к генерация их продолжалась значительно дольше. Внутриклеточная поляризация электричес-

ки активных мышечных волокон всегда вызывала изменение не только амплитуды, но и частоты мышечных разрядов. Кроме того, инъецируемый в ванночку тетродотоксин, блокируя нервную проводимость, никак не влиял на генерацию мышечных разрядов. На основании этих фактов японские физиологи пришли к выводу, что в данном случае можно говорить о миогенной активности. К такому же выводу пришли и мы. Анализ собственных осциллограмм, полученных при отведении от электрически активных волокон, показывает наличие у них как обязательного компонента препотенциала и длительной следовой гиперполяризации, что также свидетельствует в пользу миогенного происхождения этих разрядов. Однако, полное отсутствие корреляции между мышечными разрядами и периодическими спонтанными сокращениями препарата говорит о том, что отождествлять два этих процесса, как явствовало из работы японских исследователей, было бы ошибочным.

Подтвердив наши данные о наличии в продольной мускулатуре земляных червей двух типов "поведения" мышечных волокон, (Chan^, 1975) попытался выяснить причины такой их функциональной неоднородности. Используя отрезок кожно-мускульного мешка с интактной иннервацией, он показал, что спонтанно разряжающиеся мышечные волокна никогда не разряжались вследствие стимуляции сегментарного нерва, тогда как молчащие волокна, наоборот, в ответ на раздражение нерва начинали генерировать ПД, но никогда не разряжались спонтанно. Ни нам, ни Чангу не удалось выявить ни одной мышечной клетки, в которой бы сочетались и спонтанные разряды, и вызванные стимуляцией сегментарного нерва.

Кратко суммируя вышеизложенное, можно сказать, что разряды, регистрируемые в электрически активных волокнах продольной мускулатуры земляных червей, по всей вероятности, связаны с введе-

нием микроэлектрода и являются, таким образом, результатом реакции мембраны на прокол, т.е. артефактом, не имеющим ничего общего с электрическим выражением самого контрактурного акта. Истиными мышечными спайками следует считать лишь те, которые возникают в ответ на стимуляцию сегментарного нерва, когда . ВПСП достигают критического значения и приводят к возникновению в мышечном волокне ПД и как их результат- к сокращению. Что касается функциональной роли спонтанно разряжающихся мышечных волокон, то она пока, к сожалению, остается неясной, равно как неясен и механизм распространения волны мышечного сокращения, поскольку возбуждение одного мышечного волокна не передается на соседние.

Естественно возникает вопрос, какова же роль ЦНС в механизме формирования поступательного движения ? Прежде всего, заслуживает внимания тот факт, что ни нам, ни другим исследователям (Лаверак, 1961; Проссер, 1935) не удавалось путем стимуляции брюшной нервной цепочки червя вызвать новые,,внеочередные вспышки мышечной активности. При самых разных параметрах электростимуляции, производимой в интервалах между спонтанными сокращениями, в ответ на раздражение центров в лучшем случае реагировали лишь несколько мышечных единиц. Число мышечных ответов на один приложенный стимул могло колебаться от одного до трех. Оптимальной была стимуляция с частотой 10-15 имп/с. По мере возрастания интенсивности стимуляции амплитуда мышечных потенциалов увеличивалась. Все это еще раз свидетельствует об отсутствии пусковых влияний из центров. В то же время, нами было показано и статистически подтверждено, что основные параметры спонтанной активности в децентрализованной мышце претерпевают существенные

изменения. После удаления брюшной цепочки резко снижается амплитудный уровень мышечных потенциалов, значительно увеличиваются интервалы между отдельными вспышками активности, уменьшается их продолжительность, хотя сам вспышкообразный, периодический характер этих сокращений сохраняется неизменным. Таким образом, мы имели полное право считать, что по отношению к спонтанной активности иннервационные влияния, поступающие из центров, имеют регулирующий характер и ограничиваются лишь способностью усиливать или, наоборот, ослаблять мышечные сокращения, как это наблюдалось в наших опытах с электростимуляцией сегментарных нервов, в которых, по сути дела, нам удалось воспроизвести эти регулирующие влияния от усиления до полного торможения спонтанных сокращений.

Наиболее демонстративно роль ЦНС у земляных червей проявляется при осуществлении быстрых двигательных актов. Здесь в действие вступает система гигантских нервных волокон и связанных с ними гигантских мотонейронов, обеспечивающих быструю передачу возбуждения в соотношении 1:1 без облегчения и без декремента.

Фармакология нервно-мышечных синапсов

Большой раздел работы посвящен изучению природы медиаторов в нервно-мышечных синапсах червей. Еще Н.А.Итиной очень давно было показано, что изолированные полоски стенки тела некоторых полихет, земляных червей и пиявок чувствительны не только к АХ, но также к мускарину, никотину, кураре, атропину и другим биологическим "ядам". Тем не менее, благодаря синтезу новых биологически активных веществ, представлялось целесообразным провести количественное сопоставление действия некоторых холиномиме-

тиков, холинолитиков, а также веществ, относящихся к различным классам ингибиторов холинестеразы. Поскольку приготовленные в день опыта препараты обладали хорошо выраженной спонтанной активностью, значительно затруднявшей дальнейший анализ, нам пришлось прибегнуть к феномену переживающей мышцы. По мере увеличения сроков после децентрализации спонтанная активность препаратов снижалась и в то же время происходило увеличение чувствительности мышцы к АХ и его аналогам. Из холиномимети-ков, кроме АХ, нами были использованы сукцинилдихолин Ц^) и себацинилдихолин (Дд) - бисчетвертичные соединения, содержащие межазотистую цепочку из 10 и 16 атомов углерода соответственно. В период максимальной чувствительности мышцы к АХ (обычно это был 12-14-ый день после денервации) себацинилдихолин оказался на порядок активнее, чем АХ, а сукцинилдихолин по своей активности был аналогичен АХ. Активность холинолитиков исследовалась также в период максимальной чувствительности мышц к АХ и полного отсутствия спонтанных сокращений. В их числе были атропин, месфенал, пентафен, мерпанит, Д-тубокурарин, флаксидил, а также ХБ-424 и Г-562. Активность всех этих соединений оказалась довольно низкой. Снижение чувствительности мышц к АХ в два раза происходило лишь под действием довольно высоких концентраций, порядка 2.10"5 - 2.10-4 М.

Причину такой низкой чувствительности соматической мускулатуры земляных червей к различит! холинолитикам при одновременно высокой чувствительности к АХ и его аналогам объяснить пока трудно, однако примеры такого несоответствия между чувствительностью к холиномиметикам и холинолитикам имеют место и у других беспозвоночных (Зеймахь, 197о).

Все исследованные наш антихолинестеразные соединения (прозерин,армин,ГТ~165) потенциировали как спонтанную активность, так и сокращения, вызванные интрамуральной электростимуляцией.

Влияние холинолитических веществ, избирательно действующих на никотиновые и мускуриновые рецепторы позвоночных, было исследовано и на сократительные ответы продольной мускулатуры

земляных червей, вызванные интрамуральной электростимуляцией.

—4

Эти опыты показали, что тубокурарин в концентрации 1.10 М

уменьшает вызванные ответы в мышце, а в концентрации 3.10"^ М

полностью их блокирует. Гексоний в той. ме концентрации оказал-

—4

ся неэффективным. Ь -глутамат в концентрациях вплоть до 1.10 М не вызывал ни сокращения, ни расслабления как нормальных, так и переживающих при низких температурах мышц. ГАМК также не влияла на тонус продольной мускулатуры даже в концентрации 1.10"^ М. Однако сократительные ответы этих мышц, вызванные интрамуральной электростимуляцией, как правило, возрастали после аппликации ГАМК в концентрациях от 1.10"^ до 1.10"^ М. Этот факт может служить косвенным доказательством гиперполяризующего действия ГАМК на мембрану мышечных волокон. Окончательно это действие может быть оценено под контролем уровня МП. Точно также можно оценить отсутствие эффекта Ь-глутамата в рамках использованной нами методики. Эти данные подтверждаются исследованиями японских авторов, которые на внутриклеточном уровне показали, что МТПСП и ТПСЬ, регистрируемые в волокнах продольной мускулатуры земляных червей, являются результатом вцделения из нервных терминален ГАМК и, таким образом, доказывают наличие тормозной иннервации в мышечных системах аннелид. А генерация МВПСГ1 и ВПСП связана с выделением возбуждающего медиатора, которым является АХ.

Физиологические механизмы локомоторной активности пиявок

Основные виды локомоторного поведения пиявок описаны в разделе "введение". Наиболее специализированным среди них, несомненно, является плавание. Совершенно очевидно, что для осуществления достаточно сложных плавательных актов требуется четкая и хорошо скоординированная работа всей нервно-мышечной системы животного, способной не только реализовать тот или иной вид движения, но и обеспечить выполнение этих движений с определенной скоростью. Если учесть при этом, что такая сложная и специализированная работа локомоторного аппарата пиявки о0еспечивается относительно простой нервной системой, практически элементарными рефлексами, становится очевидным, какие широкие возможности для понимания механизмов высшей интеграции не только беспозвоночных, но и более высокоорганизованных животных могут дать исследования такой биологической модели на клеточном уровне.

В то же время, поскольку в основе плавательных движений пиявки лежат такие же периодические сокращения мускулатуры стенки тела, как и у земляного червя, имеется возможность сравнивать два этих процесса.

Как отмечалось выше, во время прямолинейного плавания фазную деятельность выполняют главным образом продольные мышцы, спинной и брюшной отделы которых выступают в данном случае как антагонисты. Это означает, что, если спинная группа мышечных волокон данного сегмента сократилась, то в это время брюшные мышцы этого же сегмента находятся в расслабленном состоянии, т.е., в противофазе.

Спонтанная сократительная активность соматической муску-

латуры, столь отчетливо выраженная у земляных червей, в препаратах кожно-мускульного мешка пиявок выражена крайне слабо и сохраняется немногим более 20-25 мин, после препаровки. Проведенные эксперименты показали, что регистрируемая в таких препаратах суммарная электрическая активность продольной мускулатуры проявляется, как и у земляных червей,в виде периодических вспышек импульсации. Продолжительность этих вспышек колеблется от препарата к препарату и достигает в отдельных случаях 20-25 с. Средняя их продолжительность составляет 16-18 с. Интервалы между отдельными вспышками могут изменяться от 3 до 10 с. Амплитуда потенциалов в пределах вспышки колеблется от 50 до 350 мкв. Частота потенциалов, следующих во время вспышки, в среднем составляет 17-18 имп/с. У одного и того же препарата разбросы по частоте импульсации не превышали 3-4 имп/с.

После полной децентрализации препарата, достигавшейся перерезкой всех сегментарных нервов с последующим удалением брюшной цепочки, электрическая активность в продольной мускулатуре пиявки исчезла полностью. Для получения такого эффекта достаточно было даже удаления участка брюшке/, цяпочки и отходящих от нее сегментарных нервов на протяжении трех рядом лежащих сегментов при условии регистрации мышечной активности в среднем из них. В то же время в соседних сегментах, иннервация которых оставалась интактной, активность в мышце сохранялась в полном объеме. В другой серии опытов помимо полной двусторонней децентрализации производилась полная или частичная (с перерезкой одного из двух сегментарных нервов) односторонняя децентрализация препарата без последующего удаления брюшной цепочки. В этих случаях на оперированной стороне мышечная активность либо пропадала совсем,

либо становилась значительно слабее, чем на стороне с интактной иннервацией. На основании этих результатов мы пришли к выводу, что периодические спонтанные сокращения, возникающие в соматической мускулатуре стенки тела пиявки, имеют четко выраженную центральную обусловленность и нейрогенное их происхождение не вызывает сомнения. Тем не менее, наши опыты показали, что даже после полного удаления брюшной цепочки мышечный аппарат пиявки не совсем утрачивает способность к рефлекторным реакциям, незначительным тоническим сокращениям спонтанного характера, а главное - проявляет выраженную готовность отвечать на раздражение кожных рецепторов. Это указывает на наличие и у этих представителей кольчатых червей своеобразных периферических рефлексов, осуществляемых без участия ЦНС, которые еще в более отчетливой и постоянной форме имеют место у земляных червей. Как выяснилось в дальнейшем, ответственными за осуществление этих местных рефлекторных реакций, по всей вероятности, являются скопления нервных клеток, расположенных по ходу сегментарных нервов, аналогичные т.н. параподиальным ганглиям у полихет и очень напоминающие по своей локализации вышеописанные трехотрос-чаты'е нейроны у земляных червей. В препаратах, сохраняющих связь с отсеченными от ганглиев (выше перемычки) сегментарными нервами,можно наблюдать местные спонтанные сокращения. В результате электрического раздражения одной ветви сегментарного нерва, также отсеченного от ганглия выше перемычки, и регистрации активности в другой его ветви (которые по ходу опыта могли меняться местами)ответы наступали со значительным латентным периодом, указывающим на наличие синаптической задержки. И, наконец, в полностью изолированных сегментарных нервах сохраняется элект-

рическая активность, ограниченная возбуждением двух-трех нервных клеток. Все эти данные со всей очевидностью показывают возможность образования у пиявок местных рефлекторных реакций, реализуемых без участия ЦНС.

У пиявок, так же как у других аннелид и всех беспозвоночных животных, иннервация большого числа мышечных волокон обеспечивается сравнительно небольшим количеством нервных элементов. Описанная выше полинейрональная, мультитерминальная система иннервации волокон соматической мускулатуры земляных червей в полной мере относится и к пиявкам. Посредством электронномикроскопичес-кого исследования мионевральных синапсов пиявки было выявлено два типа нервно-мышечных соединений, отличающихся между собой морфологией синаптических пузырьков. Для 1-го типа характерно наличие большого количества сферических пузырьков диаметром 40-50 нм, аналогичных по своему виду и структуре пузырькам холи-нергических синапсов других животных. П-ой тип нервно-мышечных соединений в соматической мускулатуре пиявки отличается наличием более крупных пузырьков, имеющих 90-120 нм в диаметре и содержащих эксцентрически располагающуюся электронноплотную сердцевину. Кроме того, в мионевральных синапсах медицинской пиявки выявле- -ны даа различных типа нервных окончаний, содержащих пузырьки с электронноплотной сердцевиной. Один'из них образован тонкими нервными веточками, подходящими непосредственно к мышцам и образующими обычные нервно-мышечные соединения. Основным претендентом на роль медиатора в этих синапсах можно считать серотонин. Второй тип представлен более крупными аксонами, имеющими по сравнению с первыми более сложную структурную организацию: помимо пузырьков с электронноплотной сердцевиной в пресинаптической облас-

ти они содержат большое количество мелких пузырьков сферической формы.. Более того, установлено, что эти крупные нервные термина-ли непосредственного контакта с мышечными волокнами не имеют, а осуществляют его опосредованно через окончания со сферическими пузырьками. Предполагается, что в данном случае имеет место морфологическая специализация в виде аксо-аксонального синаптичес-кого соединения. Таким образом, медиатор, выделяющийся из тонких окончаний,может оказывать регулирующее или тормозное влияние пресинаптически, изменяя выход медиатора из аксонов, содержащих сферические синаптические пузырьки. Подобные аксо-аксональ-ные соединения описаны в ЦНС позвоночных, мышечных системах ракообразных и у земляных червей.

По сравнению с земляными червями, толстые и трудно прокалываемые стеклянными микроэлектродами соединительнотканные оболочки, покрывающие отдельные группы волокон соматической мускулатуры стенки тела медицинских пиявок, до сих пор сдерживают ее электрофизиологическое исследование на клеточном уровне. Насколько нам известно, всего лишь нескольким исследователям удалось преодолеть этот методический барьер и получить только некоторые электрические характеристики этих мышечных клеток. Поэтому для полноты картины мы приводим данные этих авторов (Волкер и сотр., 1970). Прежде всего, они отмечают, что наилучшие результаты им удалось получить при использовании микроэлектродов с довольно большим входным сопротивлением, порядка ЗС-60 мОм, которые давали возможность находиться в клетке в течение 2-3-х часов.

Использование более толстых электродов, входное сопротивление которых составляло 20 мОм и менее, через несколько минут после прокола приводило к постепенной спонтанной деполяризации

мембраны мышечного волокна и резкому снижению амплитуды регистрируемых потенциалов.

Согласно этим исследованиям, величина МП в волокнах продольной мускулатуры пиявки колеблется от -22 до -64 мВ. Ионные механизмы, определяющие уровень MJI в соматических мышцах пиявок пока не исследованы.

Вслед за проколом, как и в препаратах земляных червей, в мышечных клетках часто возникали спонтанные ПД, обычно генерирующиеся несколько секунд. Амплитуда их, как правило, не превышала 30 мВ, а средняя длительность каждого из них составляла около 100 мс. Генерации этих потенциалов обычно предшествовала небольшая деполяризация клеточной мембраны с амплитудой от I до 10 мВ. Кроме того, иногда удавалось регистрировать небольшие потенциалы, напоминающие ВПСП. При более глубоком, чем обычно, погружении микроэлектрода, когда кончик, скорее всего, достигал циркулярного мышечного слоя, в волокнах последнего помимо ПД, сходных по амплитуде и длительности с потенциалами продольной мускулатуры, иногда регистрировались и тормозные гиперполяризационные потенциалы, максимальная амплитуда которых составляла -4 мВ при длительности каждого из них до 150 мс.

Изучение роли нервных влияний в контроле и реализации различных форм двигательного поведения пиявок, так же как и в случае с земляным червем, прошло длинный и сложный путь от обычных наблюдений и простых поведенческих опытов до идентификации отдельных мото- и интернейронов, участвующих з формировании локомоторной активности этих животных. Свой посильный вклзд в изучение этих вопросов внес и автор данной работы.

В наших экпериментах нейрональная активность, регистрируемая в сегментарных нервах интактной пиявки, имела отчетливо выраженный вспышкообразный характер, хотя продолжительность отдельных вспышек как в одном, так и в разных препаратах могла изменяться в больших пределах. В большинстве препаратов частота следования отдельных нервных импульсов варьировала от 60 до 90 имп/с и лишь в нескольких случаях достигала 140-150 имп/с. Амплитуда суммарно регистрируемых потенциалов колебалась от 25 до 200-250 мкВ. В разных сегментарных нервах одного и того же

ч

сегмента электрическая активность возникает асинхронно. То усиливающаяся, то ослабевающая,она сохраняется даже при полной изоляции ганглия вместе с отходящими от него сегментарными нервами. Наличие такой автономной активности известно и у насекомых. Описано уже много случаев, когда полностью изолированные ганглии (например, грудные ганглии саранчи) или бабочек (Вейс-Фо, 1956; Каммер,1971) способны генерировать импульсацию, необходимую для поддержания такой сложной формы локомоции, как полет. Мезоторакальный ганглий саранчи,иннервирующий мускулатуру второй пары ног, изолированный вместе с соответствующим сегментом тела,' может в течение нескольких суток координировать ходильныо движения этих конечностей (Свидерский, 1973). Все это говорит об общности физиологических механизмов, используемых при реализации моторных команд в филогенетическом ряду аннелиды-насекомые.

При электрическом раздражении коннективов и регистрации от сегментарных нервов можно было наблюдать как возбуждающие, так и тормозные эффекты. Замеренная при этом скорость проведения возбуждения составляла около 1м/с, что почти в 20 раз меньше, чем в миэлинизированных нервных волокнах лягушки. При редких

единичных раздражениях коннективы в ответ на каждый стимул в боковом нерве возникала группа импульсов, более частых, чем при спонтанной активности, что указывало на вовлечение в процесс возбуждения дополнительного числа ассоциативных и двигательных нейронов. Ответ бокового нерва на раздражение коннективы всегда наступал с заметным латентным периодом, что свидетельствовало о синаптической задержке передачи в ганглиях.

Для регистрации эфферентной активности необходимое отключение афферентного потока в наших опытах достигалось перерезкой сегментарных нервов как можно ближе к месту вхождения их в продольную мускулатуру стенки тела. Последующая регистрация от центральных отрезков перерезанных таким образом нервов показала, что периодический, вспышкообразный характер нейрональной активности при этом сохраняется. И, самое главное, что по частоте и продолжительности эти вспышки обычно коррелировали с ранее зарегистрированной в этих сегментах ритмикой сократительного аппарата. После указанной перерезки сегментарных нервов снижался лишь общий уровень нейрональной активности, что проявлялось в урежении импульсного потока до частоты 40-50 имп/с, а также в снижении амплитуды отдельных потенциалов в среднем до 75-100 мкВ, при практически неизменной продолжительности самих вспышек.

Полностью изолированная брюшная цепочка пиявки в наших опытах не утрачивала способности к периодической импульсации, которая могла быть зарегистрирована как от сегментарных нервов, так и от коннективов.

Несколько иные результаты, чем в опытах с земляным червем, были получены при электростимуляции сегментарных нервов медицинской пиявки в препаратах с интактной иннервацией. Редкие стимулы

(от I до 10 в I с) небольшой амплитуды и длительности, произведенные в интервалах между спонтанно возникающими вспышками мышечной активности, вызывали возбуждение небольшого числа мышечных волокон. Ответы эти были постоянными и строго коррелировали с частотой стимуляции. Максимальная частота раздражения, при которой мышечные волокна сохраняли еще способность к ответам, лежала в пределах 20-25 имп/с. При раздражении с большей частотой мышечные ответы становились непостоянными и в конце концов исчезали совсем.

Увеличение амплитуды и длительности раздражающих стимулов при небольшой частоте их следования (от 2 до 5 имп/с) вызывало возбуждение большего числа мышечных волокон, которые разряжались несинхронно. В результате на один приложенный стимул возникали множественные ответы аналогично тому, что было обнаружено у земляных червей. И, наконец, были препараты, в которых раздражение бокового нерва, произведенное в интервалах между спонтанными вспышками мышечной активности, провоцировало возникновение новых, внеочередных вспышек импульсации в мышце. Очевидно, в этих случаях происходило возбуждение и центральных мотонейронов, активирующихся за счет стимуляции афферентных аксонов, проходящих в сегментарном нерве.

Описанные только что факты, полученные посредством экстраклеточной регистрации, не могли, естественно, дать полного представления о межнейрональных связях, обеспечивающих те рефлекторные механизмы, которые формируют в конечном итоге координацию основных звеньев двигательного поведения животного. В изучении этих важных для всей нервно-мышечной физиологии вопросов значительный шаг вперед был сделан только с помощью исследований на клеточном

уровне. Брюшная нервная цепочка медицинской пиявки в этом отношении оказалась очень удобным, "модельным" объектом, поскольку достаточно сложные функциональные задачи решаются здесь относительно небольшим количеством нервных элементов. Однотипное строение ганглиев, каждый из которых содержит около 400 нервных клеток, в большинстве своем пригодных для введения микроэлектродов, дает возможность изучать топографию клеточных тел, их отростков и дендритов, особенности межнейронных связей, природу нейромедиа-торов, а также исследовать нейронные ансамбли, обеспечивающие инт.°гративную функцию ЦНС этих животных.

К настоящему времени в ганглиях пиявок идентифицировано .уже достаточно большое количество нейронов, так или иначе участвующих в формировании механизмов запуска и поддержания их плавательной активности. Прежде всег^, было установлено, что плавательные движения реализуются благодаря антагонистическим отношениям между спинной и брюшной продольной мускулатурой, сокращающейся посэгментно и работающей в противофазе. Такие периодические изменения длины дорсальной и вентральной сторон сегмента, вызванные фазными локальными сокращениями соответствующих участков продольной мускулатуры, достигаются активацией в определенной последовательности групп возбуждающих и тормозных мотонейронов. На основании имеющихся данных, координация работы этих эф-^екторных мотонейронов может быть представлена в следующем виде: возбуждение рецептивных полей определенных участков кожных покровов пиявки передается периферическими рецепторами на специализированные механосенсорные нейроны Т,Р и М, которые, в свою очередь, полисинаптически активируют командные триггерные нейроны Тр-1 и Тр-2, а также клетки 204 и 20о, относящиеся к системе за-

пуска плавания. Практически' одновременно с активацией последних возбуждаются клетки 208, присутствующие в кавдом сегментарном ганглии пиявки и генерирующие периодическую вспышкообразную импульсную активность, необходимую для возбуждения упомянутых вше эффекторных мотонейронов, управляющих работой соответствующих участков соматической мускулатуры стенки тела. Конечно, в ~ действительности все может оказаться значительно сложнее, тем не менее, подробно приведенные в монографии эти экспериментальные данные являются первой попыткой использования современных электрофизиологических методик для объяснения и понимания роли отдельных звеньев ЦНС аннелид в осуществлении сложных локомоторных актов.

Общие выводы

1. В основе поступательного движения земляных червей лежат периодические спонтанные сокращения соматической мускулатуры стенки тела, свободные от пусковых^влияний из центров.

2. Выявленная в экспериментах зависимость этих сокращений от активности периферического чувствительного аппарата указывает, что в данном случае имеет место не миогенный (как думали ранее), а нейрогенный процесс.

3. Обнаруженные нами на волокнах соматической мускулатуры червя окончания трехотросчатых чувствительных нейронов указывают на возможность участия последних в осуществлении этого периферического рефлекторного механизма.

4. Участие ЦНС в реализации спонтанных сокращений ограничивается регулирующими влияниями, о чем свидетельствуют эксперименты с электростимуляцией брюшной нервной цепочки, посредством которой удавалось либо усилить, либо, наоборот, подавить мышечную активность.

5. Наличие у земляных червей такого периферически обусловленного локомоторного механизма, находящегося под регулирующим влиянием центров, как нельзя лучше подтверждает основные принципы эволюционного становления нервно-мышечных функций в филогенетической линии первичноротых.

6. Реализация быстрых двигательных реакций у земляных червей обеспечивается специализированной системой гигантских нервных волокон и связанных с ними гигантских мотонейронов, дающих возможность животному практически мгновенно реагировать на тот

или иной вид раздражения. \

7. В осуществлении плавательных движений пиявки участвуют более совершенные нейромоторные механизмы, в которых задействованы такие специализированные нервные элементы, как пейсмекерные, или центральные генераторы ритма, благодаря которым стала возможной четкая и хорошо скоординированная работа центральных мотонейронов, непосредственно управляющих деятельностью соматической мускулатуры пиявки.

8. Сложная нейрональная цепь и формируемые ею рефлекторные механизмы, обеспечивающие запуск и поддержание плавательной активности пиявки, в принципе аналогичны путям реализации такой специализированной формы двигательного поведение, кагхй меняется ¡юлет насекомых. Тот же сенсорный вход; специализированные механосен-сорные нейроны (клетки Т,Р и М, перерабатывающие афферентную информацию; командные триггерные нейроны, активирующие и поддерживающие работу центрального генератора- ритма; и, наконец, возбуждающие и тормозные мотонейроны, обеспечивающие быстрые фазные сокращения продольной мускулатуры стенки тела. Этот вывод имеет большое значение для понимания общебиологических закономерностей, формирующих в конечном итоге различные типы активности нервно-мышечного аппарата аннелид и насекомых, т.е. внутри одной ¿ил .'<:••-— нетической линии развития.

Список основных работ по теме диссертации

1. Давид О.Ф. Спонтанная электрическая активность продольных мышц земляных червей // Физиология и биохимия беспозвоночных. Л., 1968, С.152-160.

2. Давид О.Ф. Спонтанная электрическая активность продольной мускулатуры кольчатых червей. У научное совещание по эволюционной физиологии, посвященное памяти акад. Л.А.Орбели. Л., 1969, С. 83.

3. Давид О.Ф. Спонтанная электрическая активность продольной мускулатуры пиявки Н1ги<1о тей1о1паИа // Журн.эволюц.биохим. и физиол. 1969, Т 5, № 6, С.540-546.

4. Гер Б.А.,Давид О.Ф., Лаврентьева В.В., Рожкова Е.К. Ху'/ш-кофармакологическое исследование холинорецепторов невисцеральных мышц молюсков и кольчатых червей.II Всесоюзный биохимический съезд. Ташкент, 1969, С.67-69.

5. Давид О.Ф. Спонтанная электрическая активность продольной мускулатуры полихет ИерЬЪуз ЬотЬегеИ // Журн.эволюц.биохим. и физиол. 1970,Т 6, № I, С.87-90.

6. Давид О.Ф. Роль центральной нервной системы в функции локомоторных мышц аннелид.Автореф..канд.дисс. Л.,1970, 14 с.

7. Давид О.Ф. Механизмы локомоции аннелид. II Международный симпозиум Гельминтологического Института. ЧССР, Кошице, 1971,

С.28-30.

8. Давид О.Ф.,Рожкова Е.К. Холинорецепция локомоторных мышц земляных червей // Журн.эволюц.биохим. и физиол. 1971, Т 7, № I,. С.59-65.

9. Свидерский В.Л., Давид О.Ф., Мандельштам Ю.Е., Плотникова С.И. Механизмы нервного контроля двигательной активности насекомых и аннелид. Всесоюзная конференция, посвященная 70-летию Х.С.Каш-

тоянца. Ереван, 1971, С.103-106.

10. Давид 0.$. О природе спонтанной электрической активности соматической мускулатуры земляного червя Allolobophora longa // Журн.эволюц.биохим. и физиол.1974, Т.10, С.413-416.'

11. Давид О.Ф. Современные представления о природе спонтанной активности соматической мускулатуры земляного червя и аннели-ды. III Международный симпозиум Гельминтологического Института Словацкой АН.ЧССР, Кошице, 1976, С.12-13.

12. Давид О.Ф., Фоминых М.Я. Структурно-функциональные особе ности периферических рецепторов земляного червя // Журн.эволюц. биохим.ифизиол. 1977,Т.13, W 6, С.729-732.

13. Давид O.S. Нервный контроль функции соматических мышц земляного червя и медицинской пиявки // Журн.эволюц.биохим.и физи 1978, Т.14, № I С.34-42.

14. David O.P. About the origine of- the rhythmic activity of the somatic muscles of earthworms // J. Helmintologia. 1979, Vol.16, P.51-62.

15. Давид 0.5. Роль центральной нервной системы в функции локомоторных мышц морских пресноводных и наземных аннелид // Физиология и биохимия морских к пресноводных животных. Л.,1979

С.210-222.

16. Рожкова Е.К..Давид 0.5. Пери^еричоский механизм, лежащий в основе спонтанной активности соматическом .мускулатуры земляных червей // Яурн.эволюц.бкогигч. и физиол. 1ЭЗЗ, Т.

К- I, С.30-37.

17. Давид C.i. -¿изиологическис основы лояомсции земляных червей и пиявок // Мурн. Биология моря. 1984, Т.о, S I, С.55-62.

18. Давид O.-i?. 0 механизмах локсгпции земляных червей. Ьс-з-союзн.конфер. "Лростыэ нервны;; систэчы" Казань, 1966, С.51-53.

19.Давид О.Ф..Мандельштам Ю.Е..Сундуков О.В. Локализация хо-линэстеразы в сегментарных ганглиях земляного червя 1)егк1гоЬаепа ос^аес1га // журн.эволюц.биохим.и физиол. 1988, Т.24, С.269-271.

20. Давид О.Ф. Глутаматная рецепция в ЦНС медицинской пиявки. X Всесоюзное совещание по эволюционной физиол., посвященное памяти акад. Л.А.Орбели.Ленинград, 1990, С.25.

21. Давид О.Ф. Морфофизиологические основы локомоции аннелид. Л.,1990, 166 с.

- 22. Давид О.Ф. Действие антагонистов глутамата на клетки Ретциуса (Нз.ги<1о те<Ис3.паИз). Региональная конфер. "Простые нервные системы".Минск, 1991, С.58.

23. Давид О.Ф. Нервный контроль двигательной активности пиявки (Hiru.dc> гаей1с1па11з). // Журн.эволюц. биохим. и физиол. 1991, Т.27, № 5, С.547-561.

24. Давид О.Ф. Физиология соматической мускулатуры земляных червей // Журн.эволюц.биохим.и физиол. 1991, Т.27, № 5, С.562-573.

25. Давид О.Ф. Нейрофармакологические свойства клетки Ретциуса. (сдана в печать).

Подписано к печати /2.01М. . Заказа . Тираж № Формат бумаги 60x84 1/16, ^ЯГпеч.л. Бесплатно. ПО-3. 191104 С.-Петербург, Литейный пр., дом № оо.