Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Реакция возбудимых структур на действие стеригматоцистина

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Уразаева, Лариса Александровна, Казань

» < / 'г ' I - л ( ,л ь/ . ■» . У

■ 7 ; ч Ч - б / б 7 {

КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ

МЕДИЦИНЫ им. Н.Э.БАУМАНА

на правах рукописи

УРАЗАЕВА ЛАРИСА АЛЕКСАНДРОВНА

РЕАКЦИЯ ВОЗБУДИМЫХ СТРУКТУР НА ДЕЙСТВИЕ СТЕРИГМАТОЦИСТИНА

03.00.13. - Физиология человека и животных 16.00.04. - Ветеринарная фармакология с токсикологией

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

^ ^ Научные руководители:

Доктор биологических наук,проф. Лысов В.Ф. Доктор биологических наук, проф. Тремасов М.Я.

КАЗАНЬ-1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общая характеристика работы............................. 5

1. Обзор литературы....................................... 9

1.1. Механизмы генерации активности нервно-мышечных структур 9

1.2. Поступление в организм и реакция на действие стеригматоцистина 15

1.3. Реакция возбудимых структур на действие стеригматоцистина 18

2. Собственные исследования.............................. 23

2.1. Материалы и методы исследований...................... 23

2.2. Результаты собственных исследований................... 33

2.2.1. Источники, распространение микроскопических грибов рода Aspergillus, продуцентов стеригматоцистина....................... 33

2.2.2. Определение влияния стеригматоцистина на симпато- адреналовую нервную систему.............................................. 35

2.2.3. Оценка физиологических свойств нервно-мышечных

структур................................................. 39

2.2.3.1. Потенциал действия седалищного нерва................ 39

2.2.3.2. Сократительная реакция поперечно-полосатых и гладких мышц 42

2.2.3.2.1. Портняжная мышца лягушки....................... 42

2.2.3.2.2. Френико-диафрагмальный препарат крысы............ 43

2.2.3.2.3. Изолированный отрезок тощей кишки кролика......... 50

2.2.3.2.4. Изолированный препарат матки крысы................ 50

2.2.3.2.5. М- и Н-холинорецепторы........................... 54

2.2.3.2.5.1. Сократительная активность гладких мышц тощей кишки при действии холиномиметиков....................................... 54

2.2.3.2.5.2. Сократительная активность изолированного отрезка тощей кишки кролика при действии холинолитика атропина.................. 58

2.2.3.2.6. а- и ß-адренорецепторы............................ 60

2.2.3.2.6.1. Сократительная активность отрезка тощей кишки при действии адреномиметиков..................................... 60

2.2.3.2.6.2. Сократительная активность матки крыс при действии адреномиметиков.............................................. 62

2.2.3.2.6.3. Сократительная реакция семявыносящего протока крыс-самцов в ответ на действие адреналина........................... 62

2.2.3.2.7. Электрогенные свойства мембран гладкомышечных волокон

2.2.3.2.7.1. Моторная деятельность гладкомышечных тканей под влиянием одновалентных ионов калия..........................................................65

2.2.3.2.7.2. Моторная деятельность гладких мышц под действием гиперкальциевого раствора Тироде............................... 68

2.2.4. Изменение проявления физиологических свойств нервно-мьппечных структур под влиянием стеригматоцистина................................68

2.2.4.1. Электрогенные свойства мембраны нервного проводника.. 68

2.2.4.2. Реакция портняжной мышцы озерной лягушки при непрямом раздражении препарата......................................... 74

2.2.4.3. Сократительная реакция поперечно-полосатых мышц диафрагмы крысы....................................................... 76

2.2.4.4. Реакция гладких мышц тощей кишки половозрелых и неполовозрелых кроликов..................................... 80

2.2.4.5. Реакция гладких мышц изолированной матки крыс....... 91

2.2.4.6. Оценка адренергической рецепции..................... 92

2.2.4.6.1. Оценка а - адренорецепции........................ 99

2.2.4.6.2. Оценка р - адренорецепции......................... 100

2.2.4.7. Оценка холинорецепции............................ 100

2.2.4.8. Электрогенные свойства мембран гладкомышечных клеток 114

3. Обсуждение результатов собственных исследований.......... 122

4. Выводы..............................................................................................134

5. Практические предложения............................................................137

6. Список использованных источников..............................................138

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Все факторы окружающей среды могут при известных условиях явиться раздражителями, вызывающими реакцию живой ткани. В процессе эволюции клетки нервной, мышечной и железистой тканей приспособились быстро реагировать на раздражение возбуждением, изменением характера и интенсивности прот екающих в них процессов. Возбуждение является носителем информации о свойствах раздражителей и средством регуляции функций органов и систем организма. Возбуждение нервных, мышечных и железистых клеток служит фактором, запускающим специфическую деятельность органов. Реакция возбудимых тканей неразрывно связана с особенностями электрогенной мембраны клетки, а именно, с перемещением ионов. В естественных условиях происходит активация особых механизмов, преобразующих внешнее раздражение в электрический ток. В синаптических соединениях, выделяемый окончаниями аксона нервной клетки, медиатор взаимодействует с рецепторными группировками постсинаптической мембраны эффекторной клетки, что приводит, либо к местной деполяризации мембраны -возникновению возбуждающих постсинаптических потенциалов, либо к гиперполяризации, и возникновению тормозных постсинаптических потенциалов. Возбуждение также связано с развитием сложных структурных и биохимических изменений. В этой связи постоянен повышенный интерес к вопросам, связанным с оценкой роли отдельных условий в поддержании физиологических свойств возбудимых тканей и их физиологических возможностей. В фундаментальных исследованиях при изучении физиологических свойств возбудимых тканей широко применяются изолированные биологические объекты. Возбудимость и проводимость могут быть снижены или полностью устранены действием ряда факторов. Очевидно, что идентификация физиологических изменений, возникающих в процессе

взаимодействия организма и отдельных факторов среды, и обнаружение механизмов этих изменений - задача физиологии. Они необходимы для создания рациональной научной основы для решения конкретных практических вопросов. Одним из таких факторов является широко распространенные плесневые грибы и их токсины. Микотоксины, поступающие в организм животных с загрязненными ими кормами, включаясь в биохимические реакции, нарушают функционирование ферментных систем и клеточных мембранных структур (Тутельян В.А. и соавт., 1985).

Литературные сведения о реакции возбудимых тканей на действие микотоксинов отрывочны и разноречивы. Нет работ по изучению реакции возбудимых тканей на действие стеригматоцистина, одного из высокотоксичных и опасных для здоровья человека и животных микотоксинов.

Цель и задачи исследований. Основной целью наших исследований явилось: оценка физиологических свойств изолированных возбудимых тканей, изучение реакции симпато-адреналовой системы и нервно-мышечных структур на действие стеригматоцистина. В соответствии с этим были поставлены задачи:

1. Оценить физиологические свойства нервно-мышечных структур после изоляции и помещения в оптимальные условия.

2.0пределить реакцию симпато-адреналовой системы на действие стеригматоцистина.

3. Изучить влияние стеригматоцистина на физиологические свойства нервно-мышечных структур.

4. Определить влияние стеригматоцистина на адрено- и холино-рецепторы, мембраны гладкомышечных клеток.

Научная новизна. Получены новые данные о физиологических свойствах изолированных нерва и нервно-мышечных структур, свидетельствующие о возможности их длительного использования в качестве объекта для изучения реакции возбудимых тканей на действие биологически активных соединений.

Определены характер и степень реакции симпато-адреналовой системы, нерва и мышц, поперечно-полосатых и гладких, на действие стеригматоцистина. Установлено участие синаптических структур и мембран клеток в механизме действия стеригматоцистина на возбудимые ткани.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Изолированный нерв и нервно-мышечный препарат портняжной мышцы лягушки, френико-диафрагмальный препарат, семявыносящий проток и матка крысы, отрезок тощей кишки кролика в оптимальных условиях в течение 1-2 часов после изоляции сохраняют стабильно физиологические свойства.

2. Симпато-адреналовая система реагирует повышением функциональной активности на введение стеригматоцистина в дозе 110 мг/кг живой массы тела крыс.

3. Стеригматоцистин в концентрациях 8х10"5 и ШО*4 г/мл вызывает повышение возбудимости седалищного нерва, а в концентрациях 1x10"6 и 1х10"5 г/мл - увеличение сократительной активности гладких мышц тощей кишки соответственно половозрелых и неполовозрелых кроликов.

4. Стеригматоцистин повышает чувствительность адренорецепторов к адреналину (норадреналину) и снижает чувствительность М-холинорецепторов к ацетилхолину и холиномиметикам; нарушает трансмембранный метаболизм ионов кальция.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты дополняют имеющиеся сведения о физиологических свойствах возбудимых тканей; о характере и механизме влияния микотоксинов на организм. Они могут служить теоретическим обоснованием разработки приемов нормализации функций организма при микотоксикозах. Результаты исследований могут быть использованы при составлении справочных и учебных пособий по вопросам физиологии возбудимых тканей и микотоксикологии.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Республиканской научно-производственной конференции по актуальным проблемам ветеринарии и зоотехнии (Казань, 1996 г.), на 2-ой Республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов (Казань, 1996), на Республиканской научно-производственной конференции по актуальным проблемам ветеринарии и животноводства (Казань, 1997), на Международной научной конференции, посвященной 125-летию КГАВМ (Казань, 1998) и на Республиканской научно-производственной конференции по актуальным проблемам ветеринарии и животноводства (Казань, 1999).

Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 153 страницах машинописного текста, включает общую характеристику работы, обзор литературы, материалы и методы, результаты собственных иссследований, обсуждение результатов исследований, выводы, практические предложения. Список использованной литературы включает 185 источников, в том числе - 80 иностранных. Диссертация иллюстрирована 39 таблицами и 20 рисунками.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Механизмы генерации активности нервно-мышечных структур

Физиологические процессы, связанные с генерацией активности нервно-мышечных структур начали изучать еще в начале века (Langley J.N., 1906; Dale H.H., 1914; Леви О., 1921; Самойлов А.Ф. 1924).

В настоящее время этой проблеме посвящено большое количество статей и монографий (Жуков В.К., 1969; Экклс Дж., 1966; Катц Б., 1968; Гинецинский А.Г., 1970; Шамарина Н.М., 1971; Бреже М. и соавт., 1979).

Физические, химические и механические процессы, возникающие при проведении возбуждения с нерва на эффекторный орган, укладываются в упрощенной схеме. Так, раздражитель, действуя на нервный проводник, вызывает возникновение потенциала, который, распространяясь по нервным волокнам, приводит к мощному выбросу нервными окончаниями медиатора, диффундирующего через синаптическую щель и взаимодействующего с постсинаптическими рецепторами, в результате чего происходит возбуждение постсинагггической мембраны и сокращение эффекторной клетки.

Механизм возникновения возбуждения и генерация потенциала действия на мембранах нервных и мышечных клеток функционально одинаков, в основе его лежит пассивный ток ионов по электрохимическому градиенту концентраций. Ионные каналы в результате возбуждения мембран нервных клеток селективно пропускают то ионы натрия, то калия ( Hodgkin А.,1958, 1964; Ходжкин А. 1965; Ходоров В.Н., 1969; Латманизова Л.В., 1968; Бак 3., 1977; Лакомкин А.И., Мягков И.Ф. 1977).

Потенциалы действия состоят из восходящей и нисходящей фаз, где первая характеризует собой вход натрия по концентрационному градиенту, а вторая -пассивный ток ионов калия из нервного волокна и процессы активного транспорта.

Потенциал действия распространяется на пресинаптические окончания, деполяризуя мембрану, приводит к мгновенному и необычайно ускоренному высвобождению квантов медиатора ( Katz В., 1962; Elmqvist D., Quastel D.J.M., 1965; Брежестовский П.Д., Дунин-Барковский Б.Л., Потапов Т.В.,1981; Волкова И.Н., Зефиров А.Л., Хамитов Х.С., 1981). Секреция медиатора пресинаптическими терминалями значительно зависит от степени деполяризации и содержания ионов кальция (Del. Castillo J., Stark L., 1952; Del. Castillo J., Engback L., 1954; Boyd I.A, Martin A.R., 1956; Hubbart J.I., 1961; Волков E.M. и соавт., 1977; Duncan C.G., Publicover S.J., 1979). Далее, медиатор, даффундируя через синаптическую щель, взаимодействует с рецепторами постсинаптической мембраны. Возбуждение рецепторов приводит к активации ионных каналов и селективному пропусканию ионов натрия и калия по электрохимическим градиентам концентраций (DelCastillo J., Katz В., 1954; Axelsson J., Thesleff S., 1959; Takeuchi A., Takeuchi N., 1960, 1960a; Takeuchi N., 1963), в результате возникают постсинаптические потенциалы концевой пластинки (ПКП) (Eccles J.C., Katz В., Kuffler S.W., 1941; Fatt P., Katz В., 1950,1951, 1952a).

В опытах с одновременной регистрацией ПД пресинаптических терминалей и постсинаптических потенциалов показано, что между логарифмом постсинаптических потенциалов и пресинаптическими ПД существует близкая к линейной связь (Hubberd J.I., Willis W.B.,1962; Takeuchi A., Takeuchi N., 1962; Katz В., Miledi R., 1965; Katz В., 1969).

Необходимо отметить, что секреция медиатора происходит не только в результате возбуждения пресинаптических терминалей. В невозбужденном состоянии пресинаптические терминали, секретируя медиатор, вызывают на постсинаптической мембране появление миниатюрных потенциалов концевой пластинки (МПКП) (Fatt P., Katz В., 1952; Del. Castillo J., Katz В., 1954a, 1956, 1956a; Burke W., 1958; Hubberd J.I., Schmidt B.F., 1963; Martin A.R., 1966).

Следовательно, спонтанная секреция медиатора является одним из основных критериев оценки функционального состояния пресинаптиических терминалей. Например, вещества, деполяризующие пресинаптические терминала, резко повышают частоту МПКП ( Katz В., 1958; Birke R., Huxley H. Е., Katz В., 1960; Furukava T., Takagi T., Furukava A., 1957; Takeuchi A., Takeuchi N., 1961) и, напротив, вещества, оказывающие гиперполяризующее действие, снижают ее (Del. Castillo J., Katz В., 1954a).

Образование тетанического, в ответ на высокочастотную стимуляцию, сокращения свидетельствует о функциональной мобильности возбудимых тканей (Бабский Е.Б. и соавт., 1966).

Следовательно, изменение амплитуды, формы тетанического сокращения в результате действия каких-либо воздействий будут свидетельствовать или о развитии процессов пессимального торможения, или оптимизации процессов возбуждения. Развитие тетанического сокращения объясняется суммацией посттетанических электрических эффектов (Шамарина Н.М., 1961; 1966; 1971), т.е. в результате действия сверхпорогового раздражителя усиливается выброс медиатора, который возбуждает большое количество рецепторов более длительное время.

Гладкомышечные биологические препараты, применяемые в экспериментах, обладают собственной моторикой (за исключением семявыносящего протока). Так, помещенный в ванночку изолированный отрезок тощей кишки кролика или матка крысы начинают периодически, то сокращаться, то расслабляться, и запись этой "работы" приобретает вид маятникообразных осцилляций. Синаптические образования гладкомышечных волокон по своим морфологическим и функциональным свойствам аналогичны фазным. Однако имеют ряд преимуществ, а именно, они обладают хорошо развитым холино- и адренорецепторным аппаратом. Наличие на поверхности гладкомышечных волокон как холинергических, так и адренергических синапсов позволяет

исследователям, используя один и тот же биообъект для изучения роли как парасимпатической, так и симпатической иннервации (Орлов P.C., 1967; Наследов Г.А., 1981; Прозоровский И.И., 1980).

Однако адренергические синапсы различных гладкомышечных клеток имеют неоднородный рецепторный аппарат. Так, одни содержат преимущественно альфа-, другие - бета-адренорецепторы( Ahlquist R.P., 1948, 1966; Манухин Б.Н.,1968, 1969; Комиссаров Н.В., 1969; 1969а; Furchgott R.F., 1972; Кометиани П. А., 1974).

Например, в синаптических мембранах гладкомышечных клеток тощей кишки кролика преимущественно расположены альфа-адренорецепторы, стимуляция которых приводит к ослаблению моторной функции этого объекта (Bain W.A., 1960; Зефиров Л.Н., Рахманкулова Т.М., 1975; Авакян О.М., 1977). Рецепторный аппарат семявыносящего протока крыс-самцов также представлен преимущественно альфа-адренорецепторами, однако стимуляция их, напротив, приводит к сокращению биообъекта по типу контрактурного (Rossum J.M., 1965; Swamy V.S., 1971; Зефиров Л.Н., Рахманкулова Г.М., 1975; Авакян О.М., 1977).

Рецепторный аппарат матки крысы в основном представлен бета-адренорецепцией, стимуляция которой приводит к угнетение моторной функции органа ( Levy О., Tossi S., 1963; Манухин И.Н., 1969). Однако следует учитывать, что во время беременности, родов и послеродовый период на матк�