Трахеобронхиальные ганглии и их роль в управлении гладкомышечной тканью

Федин, Анатолий Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Трахеобронхиальные ганглии и их роль в управлении гладкомышечной тканью
ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Трахеобронхиальные ганглии и их роль в управлении гладкомышечной тканью"

- С V;./)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИ И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ФЕДИН Анатолий Николаевич

ТРАХЕОБРОНХИАЛЬНЫЕ ГАНГЛИИ И ИХ РОЛЬ В УПРАВЛЕНИИ ГЛАДКОМЫШЕЧНОЙ

ТКАНЬЮ

03.00.13 — физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена в лаборатории физиологии нервной си стемы Физиологического научно-исследовательского институт, им. А. А. Ухтомского Санкт-Петербургского государственной университета.

Научный консультант:

член-корреспондент РАН, действ, член АЕН РФ, профессор А. Д. Ноздрачев

Официальные оппоненты:

доктор медицинских паук, действ, член АЕН РФ,

профессор Р. С. Орлов доктор медицинских наук, профессор Г. Г. Исаев доктор биологических наук, профессор Н. П. Алексеев

Ведущее учреждение—Институт эволюционной физиологии биохимии им. И. М. Сеченова РАН.

Защита состоится « » 1995 г. в 16 час

на заседании Специализированного совета Д.063.57.19 по защит диссертаций на соискание ученой степени доктора биологически наук при Санкт-Петербургском государственном университете.

Адрес: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотек им. А. М. Горького Санкт-Петербургского государственного уш верситета. __

Автореферат разослан « » . 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор биологических наук

Н. Д. Ещен1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В последнее время происходит пересмотр представлений о симпатической и парасимпатической иннервации внутренних органов, предложенных еще в начале нашего столетия /Lang-ly. 1903/. В 60-70 годы появляются работа, не укладывающиеся в рамки этих представлений. В начале 80-х годов А.Д.Ноздрачевым была выдвинута концепция о метаскмпатической нервной системе.как самостоятельной части автономной нервной системы /Ноздрачев. 1980, 1983/. Эта концепция основывалась на электрофизиологических и морфологических свойствах нейронов энтеральных и кардиальных интрамураль-ных ганглиев. Нервные узлы других внутренних органов, обладающих моторной активностью, в том числе и нижних дыхательных путей, к тому времени не изучались. Первые работы, посвященные изучению электрофизиологических характеристик нейронов ганглиев респираторного тракта появились только в 80-х годах и на сегодняшний день составляют считанные единицы /Coburn,1983-1987: Kalla et al., 1983; Cameron, Coburn. 1984; Федин, Ноздрачев и др., 1984-1995/. Такое положение объясняется тем. что до недавнего времени трахея и бронхи рассматривались как пассивные образования - эластические трубки и роль гладкоиышечной ткани в них сводилась в основном к поддержанию определенного тонуса стенок воздухоносных путей.

• Как известно, просвет респираторного тракта может ритмично изменяться. Эти движения сначала считали перистальтическими, наподобие движениям желудочно-кишечного тракта /Dixon, Bradle, 1903/. Затем их связывали с измёнениями транспульмонального давления во время дыхания /Ellis. 1936; Loofborrow et al., .1957; Wlddicombe, 1963/. А в 1985 году было выдвинуто предположение, что сокращения мнлцы трахеи в ритме дыхания являются активным процессом, вызванным импульсацией, поступающей по эфферентным волокнам блуждающего, нерва /Mitchell et al.. 1985/. К сожалению, при анализе природа ритмических сокращений гладкой мкшцы не учитывалось наличие нервного аппарата интрэмуральных ганглиев.

Изучение элекхр«чсских и сократительных свойств гладкой мышцы дыхательных путей, ее реакций на физические, химические и фармакологические воздействия выявило сложный характер мышечного ответа, связанный с особенностями иннервации воздухоносных путей. Кроме фармакологических веществ, относящихся к классическим холи-

нсргическим /Russell, 1978; Clark et al., 1981; Mapp et al., 1989/ и адренергическим /Fleisch et al.. 1970; Grundstrom et al., 1981; Dali loyist et al.. 1989/ медиаторным системам, гладкая мышца отвечает и т серотонинэргические /Colebatch et al.. 1966; Hahn et al., 1976; SKabarsRis et al.. 1990/, пептидзргические /Polak, Bloom, 1982; Barnes, 1984. 1987; Dasser et al.. 1988/. пуринэрги-ческие /Christie, Satchell, 1980; Irvin et al., 1981/, гистами-нэргические /Benson, Graf, 1971; Vldruk et al., 1977; Ludwig et al.. 1991/ и многие другие биологически активные вещества, претендующие на роль медиаторов или модуляторов нерано-мышечной передачи. Авторы практически всех упомянутых и других работ реакции гладкомышечных препаратов на биологически активные вещества связывают с непосредстзенным действием последних на мышечные клетки и не учитывают влияние нейронов интрамуральных ганглиев.

Таким образом, к настоящему времени имеются данные, свидетельствующие о том, что ритмические изменения напряжения мышечной стенки трахеи и бронхов во время дыхания является активным процессом, в котором участвуют нервные структуры. Однако значение этих ритмических колебаний для дыхания и механизмы их формирования остаются невыясненными. Особенно большое значение данная проблема имеет при патологических состояниях респираторного тракта. На сегодняшний день отсутствуют четкие представления о медиаторах и модуляторах нервно-мышечной и мевкейронной передачи в воздухоносных путях, а также о функциональной организации и значении для процессов дыхания периферического нервного аппарата, залегавшего в стенках этого тракта. Рассмотрение этих вопросов и составила предмет данной работы.

Нед?» и задачи исследования. Целью работы явилось изучение Функциональной организации нейронов интрамуральных ганглиев респираторного траста и их роли в управлении гладкомышечной тканью в процессе дыхания. Для достижения этого были поставлены следующие основные; задачи:

1) изучить функциональные свойства нейронов интрамуральных ганглиев трахеи и главных бронхов,

Z) определить основные медкаторкне системы, участвующие в осуществлении моянейронпой и нервно-мкшчной передачи,

3) установить механизмы формирования электрической и нехани-

ческой активности гладкомышечной стенки трахеи в процессе дыхания.

4) рассмотреть ролъ интрамуральных ганглиев в развитии некоторых патологических состояний дыхательных путей,

5) представить функционально-структурную организацию периферического нервного управления гладкомышечной тканью нижних дыхательных путей ■

Научная новизна полученных результатов. В работе впервые показано, что нейронам интрамуральных ганглиев изолированных препаратов трахеи и бронхов свойственна фоновая импульсная активность, определены функциональные группы нейронов, а также дан анализ межнейронных взаимодействий. Выявлено, что между клетками ганглиев имеются не только возбуждающе, но и тормозные связи.

В интрамуральных ганглиях дыхательных путей содержатся сенсорные, промежуточные, эффекторные возбуждающие и тормозящие мышцу нейроны и клетки, формирующие ритмическую активность нейронов, объединенные в функциональные модули и выполняющие роль периферического нервного центра. Нейроны интрамуральных ганглиев относятся к метасимпатической нервной системе. В электрофизиологических исследованиях впервые установлено наличие местных рефлекторных дуг. по. которым возбуждающие и тормозные влияния от рецепторов передаются на нейроны функционального модуля и поддерживают ритмическую активность гладкомышечной стенки трахеи.

Впервые проведено комплексное изучение медиаторного обеспечения межнейронной и нервно-мышечной передачи в нижних дыхательных путях крысы и морской свинки.' Установлено, что с помощь» никотиновых холинорецепторов, осуществляется' передача импульсации иевду нейронами, а через мускариновые холинорецепторы - мсдулиру-вщие влияния. Холинергические механизмы участвуют также в передаче торможения. Установлено, что у животных симпатические нервные золокна оканчиваются не только на гладкомыиечннх клетках, но и гаправляются к метасимгтатическим нейронам функциональных модулей. 1а мышечных клетках расположены преимущественно бета-адренорэ-{епторы, на нейронах - альфа-адренорецепторы. Рецепторы находятся 1а телах мышечных или нервных клеток, а также на пресинаптических жончаниях. Впервые для дыхательных путей установлено, что действие серотонина связано главным образом с иейрональным аппаратом гнтрамуральных ганглиев.

Впервые выявлено наличие в процессе дыхания фазной электрической активности гладкомышечной стенки трахеи. Формирование ее активности определяется нейронами трахеального сплетения, а координация с ритмом дыхания осуществляется эфферентными Еолокнами блуждающего нарвя. Тонус гладкой мышцы обеспечивается собственными внутриклеточными механизмами, преганглионарными,эфферентными волокнами блувдагацего нерва и группой эфферентных нейронов интра-муральнкх ганглиев. Рассмотрены процессы формирования мышечного напряжения во время инспирации, приводящие к активации рецепторов растяжения и прерыванию вдоха.

Представлен подробный анализ роли миогенных и нейрогеннш фшсторов в формировании электрической и механической активности гладкомышечной ткани, установлено, что эффекты биологически активных веществ на мшцу связаны не только с их непосредственны, действием на нее. но и опосредовано через метасимпатические нейроны интрамуральных ганглиев.

Впервые выявлена роль нейронов интрамуральных ганглиев е развитии аллергического состоя1шя. Показано, что при этом нарушаются меякейрошше силантаческае связи и пресинаптическое выделений медиатора.

Теоретическое и практическое значение работы. Полученные I работе данные о функциональных характеристиках мегасимпагкческю нейронов ганглиев дыхательных путей раскрывают новые представления о функционировании автономной нервной системы. Эти результат! уточняют и расширяют представления об организации нервного управления гладкомьгагечнши стенкаш внутренних органов.

Данные об особенностях иннервации гладкошшечных стенок дыхательных путей позволяют по-новому рассматривать развитие брон-хоспазма и на этом основании разрабатывать новые методы леченш бронхолегочных заболеваний.

Результаты исследований используются в циклах лекщ1й "Общи! курс Физиологии человек и животных", "Физиология автономно! нервнойая системы", "Физиология дыхания" для студентов Санкт-Петербургского государственного университета.

Основные положения, выносимые на защиту.

В интрамуральных ганглиях нервных сплетений нижних дыхательных путей находятся функционально различные нейроны. Возоуж-

дающими и тормозными связями сенсорные, промежуточные и эффектор-ные нейроны объединены в функциональные модули, способные вырабатывать ритмическую активность. Совокупность этих модулей составляет периферический нервный центр, управляющий работой гладко-мышечной стенкой респираторного тракта.

В процессе дыхания электрическая и механическая активность гладкомышечной стенки трахеи изменяется синхронно с респираторным ритмом. Ритмическая активность гладкой мышцы формируется периферическим нервным аппаратом. Важную роль в ее поддержании играют трахеобронхиальные рецепторы, разряды которых по местным рефлекторным дугам поступают в ганглии к нейронам генератора ритма.

Реакции дыхательных путей на биологически активные вещества определяются не только непосредственным действием последних на мышцу, но и опосредованно через метасимпатические нейроны, локализованные в интрамуральных ганглиях.

Развитие аллергического состояния дыхательных путей связано с нарушением синаптической передачи в интрамуральных ганглиях и нарушением пресинаптического выделения медиатора в нервно-мышечных окончаниях.

Апробация работы. Материалы работа обсуждались на Всесоюзной конференции "Простые нервные системы". Казань. 1985 г.; международном симпозиуме по гладкой мышце, Варна 1985, 1988 гг. 12-й Всесоюзной конференции по физиологии и патологии кортико-висце-ральных взаимоотношений. Ленинград, 1986 г.; 6-й Всесоюзной конференции по вегетативной нервной' системе, Ереван, 1986 г.; Всесоюзной конференции по проблемам нейрогуморальной регуляции деятельности висцеральных систем. Ленинград, 1987 г.; Конференции по механизмам регуляции физиологических функций". Ленинград, 1988,1992 гг.; на заседании Ленинградского отделения Всесоюзного физиологического общества. 1985, 1988 гг.; Всесоюзной конференции. посвященной 160-летию И.И.Сеченова, Одесса 1989 г.; Всесоюзной конференции, посвященной 70-летию Г.И.Косицкого. Москва, 1990 г.; Всесоюзной конференции по физиологии и биохимии медиаторных процессов, Москва, 1990 г.; 1-м Всесоюзном съезде пульмонологов. Киев, 1991 г.; ХШ съезде физиологов России, Пущино. 1993 г.; 2-й Всероссийской конференции "Молекулярные и клеточные основы кислотно-основного и температурного гомеостаза", Сыктывкар, 1994- г.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 257 страницах машинописного текста и состоит из введения, описания методов исследования, четырех глав экспериментальной работы, заключения. выводов, списка цитируемой литературы, который включает в себя 55 источников на русском и 237 на иностранном языках. Работа документировала 8 таблицами и 57 рисунками.

1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Опыты проводились на белых беспородных крысах массой 150-300 г, морских свинках массой 250-450 г. Было проведено несколько серий экспериментов по изучение электрической и сократительной активности гладкой мшцы трахеи спонтанно дышащих нормальных (44) и сенсибилизированных (14) крыс, электрической активности нейронов ганглиев (67) и мышцы (52) изолированных препаратов трахеи и крупных бронхов крысы, сократительной активности мышцы изолированной трахеи нормальных (283) и сенсибилизированных (32) крыс, нормальных (68) и сенсибилизированных (18) морских свкнок. В опытах использовали холино-, адрено-, и серотонинзргические вещества» пептида, гистакин, новокаин.

При изучении строения трахеального сплетения крысы, морской свинки и кошки был применен метод прижизненной окраски метилено-вым голубым. •

Для записи электрической активности мышцы спонтанно дышащих животных 2 хрящевых кольца шейной трахеи продольно разрезали с вентральной стороны я вводили биполярные вольфрамовые электроды о диаметром кончика 5-10 мкм и расстоянием между ними не более 1 мм. Для регистрации механической активности сегиент из 3 хрящевых колец разрезали с вентральной стороны, на каждом конце сегмента делали поперечные разрезы между хрящами, не затрагивая мышцу. Одну сторону сегмента, крепили к зафиксированной на станке пластинке. другую соединяли с механотроном. Дыхательные движения регистрировали термистором. вставленным в трахеотомическую трубку, либо механодатчлком, закрепленным на груди животного. Активность диаф-рагмалыюго нерва отводили биполярными серебряиньми электродами. Блуадающие нервы раздражали прямоугольными электрическими стимулами частотой 3-20 Гц, амплитудой 2-15 В и длительностью 0.15 мс и течение 1.0 с. Для контроля крыс обездвиживали тубокурариноа

(0,3-0.4 мг/кг). Вентиляция животных в этих опытах осуществлялась с помощью аппарата для искусственного дыхания с частотой 20-100 цикл/мин объемом воздуха 5-10 куб. см.

Фармакологические вещества в обьеме 0,2 мл еводили через ка-тетор в бедренную вену. В качестве контроля использовали физиологический раствор Кребса-Хензелайта в тех же объемах.

Для выработки аллергической реакции животным внутрибрюшинно вводили 0,1 мг/кг овальбушна о 0,8 мл альмогеля. Через два дня -1.0 мг/кг и 0,8 мл соответственно. Разрешающую дозу овальбумина 10 мг/кг вводили внутривенно на 14-21 день при проведении опыта.

В данной серии экспериментов определяли среднюю частоту импульсной активности гладкой мышцы, длительность вспышек разрядов, амплитуду мышечных сокращений, частоту дыхания, величину бронхос-пазма, которую определяли по отношению длительностей вдоха и выдоха. продолжительность вспышек разрядов диафрагмального нерва.

При исследовании электрической активности нейронов и мышц изолированные препараты трахеи и бронхов разрезали по средней линии с вентральной стороны и помещали в термостатируемую (37 градусов) ванночку с проточным (1 мл/мин) аэрированным физиологическим раствором Кребса-Хензелайта. Обьем ванночки 2.5 мл. Для выявления нервной ткани препарат окрашивали 6.0 мкМ раствором метиле-нового голубого в течение 8-10 мин. При изучении мышечной активности удаляли слизистую оболочку. До начала эксперимента препарат выдерживали в ванночке 40-45 мин.

Электрическую активность нейронов и мышцы отводили внекле-точно стеклянными микроэлектродами с диаметром кончика 1-3 мкм, заполненными 2 М раствором МаС1. Межганглионарные коннективы раздражали' с помощью всасывающих электродов толчками прямоугольного тока частотой 1-5 Гц, длительностью 0.15 мс и амплитудой 2-3 В. Раздражение ганглия проводили через регистрирующий электрод с использованием мостиковой схемы. Параметры стимулов: частота -1-5 Гц, длительность - 15-50 мс, амплитуда - 6-9 В.

В данной серии опытов определяли частоту импульсащи отдельных нейронов, длительность межимпульсных интервалов, амплитуду ганглионарных потенциалов. Для выявления взаимодействия между нарами нейронов использовали анализ их текущей частоты, анализ парных и перекрестных интервалов.

Тоническое напряжение шейных (6 колец под гортанью) или грудных (6 колец над бифуркацией) сегментов трахеи регистрировали с помощью ыеханотрона или датчика механических смещений. Начальное натяжение препарата для трахеи крысы составляло 500 мг. для морской свинки - 700 мг. Грансмуральную стимуляцию препарата осуществляли с частотой 5-50 Гц. амплитудой 15 В, длительностью стимулов 0.3-3,0 мс. продолжительностью 10 с. Применяя стимулы разной длительности можно раздражать преимущественно нервные волокна {до 0,5 мс) или мьшшы (1.0 мо и более) /Благгнер и др., 1983/.

При обработке опытов были использованы следующие статистические методы: определение средней и ее ошибки, сравнение средних величин, определение коэффициента корреляции (Рокицкий. 1967).

2. МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГЛАДКОМЫШЕЧНОЙ СТЕНКОЙ ДЫХАТЕЛЬНЫ)!

ПУТЕЙ ПРИ ДЫХАНИИ.

Проведенные эксперименты показали, что гладкомышечная стенка трахеи обладала электрической импульсной активность!) в виде групп потенциалов, следующих в ритма дыхания (67% опытов). Импульсация развивалась во время инспирации, но начало ее запаздывало относительно диафрагмального нерва на 0.043+0.011с при частоте дыхания 78.0+4,2 цикла/мин. Активность стенки трахеи завискла от глубины дыхания (г-0.93). В 5% опытов вспышки мышечных потенциалов следовали медленнее респираторного ритма. В 28% опытов электрическая активность дорсальной стенки трахеи отсутствовала. Подобное чаще наблюдалось у старых животных, а также при низких частотах (20 циклов/мин и ниже) к незначительной глубине-дакания.

Запись механического сокращения сегментов трахеи также показала наличие синхронно меняющегося с дыханием напряжения мышечной стенки. Сокращение сегмента приходилось на конец вдоха - начало выдоха, и составляло 451+102,4 мг.

Внутривенное введение ацетилхолина (АХ) в дозе 0.1 мг/кг сна чала усиливало электрическую до 166+25% и механическую до 149+19% активность иышцы. Затем импульсация принимала непрерывный характер с отдельными вспышками, следующими в ритме дыхания. АХ приводил к развитию бронхоспазма, что отражалось в уменьшении соотноше над времени инспирации к времени экспирации (Ти/Тэ) до 74,8+6,2%. На фот А1 стимуляция периферического конца блуждающего нерва уве

личивала частоту инпульсации мышцы трахеи до 187.5+14,0% относительно эффекта, наблюдаемого до введения вещества.Соотношение длительности инспирации к экспирации при этом снижалось до 69,2+8.8%.

Мускариномиметик метилфурметид (МФ) в дозе 0.35 мкг/кг увеличивал среднюю частоту электрических потенциалов мышцы до 157,2+ 26,0?5. а сокращение сегмента - до 112,0+5,1%. Отношение времени инспирации к времени экспирации уменьшалось до 64.8+11.935. Введение животному никотина (НЖ) в дозе 1.6 мкг/кг увеличивало частоту электрических потенциалов во вспышке до 155,1+20,6%,а сокращение сегмента до 139,0+4,1%. Отношение Ти/Тэ составляло 80,9+3,155.

Блокатор мускариновых рецепторов атропин (АТР) (0,1 мг/кг) снижал частоту потенциалов мышцы до 70,6+14,0%, а сокращения сегмента трахеи до 45.5+16,6%. Ганглиоблокатор гексаметоний (ГЕКС) в дозе 0,01 мг/кг увеличивал среднюю частоту потенциалов мышцы до 224.8+10,3% и сокращение до 130.0+5,6%. На 5-й мин с момента введения ГЕКС ритмика пропадала и активность носила непрерывный характер. К этому моменту сокращения сегментов трахеи практически отсутствовали.

После перерезки блуждающих нервов Электрическая активность стенки трахеи полностью прекращалась в 22% опытов, а сокращения -в 57%. В 7835 опытов электрическая активность мышцы сохранялась, но частота импульсации'снижалась до 58.4+18.8%. а амплитуда сокращений до 35,7+5.4%. Ритм генерации мышечных потенциалов в большинстве опытов не совпадал с ритмом дыхания.

При остановке дыхания, длящейся 10-15 с и вызванной стимуляцией центрального конца блуждающего нерва.- электрическая активность гладкомышечной стенки трахеи, как правило, сохранялась. Она носила непрерывный характер с отдельными вспышками или была представлена в виде отдельных вспышек, интервалы между которыми постепенно увеличивались. Частота импульсов в пачке составляла 58+5,6%, по сравнению с показателями до остановки дыхания.

Учитывая особенности действия никотиновых и мускариновых аго-нистов и антагонистов,- сохранение ритмики е работе гладкомышечной стенки трахеи при двухсторонней ваготомии и остановке дыхания, можно предположить, что формирование ритмической электрической и механической активности связано с периферическими нервными механизмами. Нарушение координации активности мыглды с параметрами ды-

хания при ваготомии говорит о том, что корреляция этой активности с ритмом дыхания осуществляется по волокнам блуждающего нерва.

После обездвиживания животного путем введения тубокурарина и перевода его на искусственное дыхание электрическая активность дорсальной стенки трахеи сохранялась. Ритм вспышек совпадал с ритмом искусственной вентиляции.

Аппликация 0,05 мл 2% новокаина на трахею со стороны эпителия приводила к увеличению средней частоты электрических потенциалов до 110,7+2.6%. Ритмика при этом терялась и в течение 10-15 мин с момента аппликации новокаина импульсация приобретала непрерывный характер. На изолированных препаратах трахеи 0,1-0,5 мМ новокаина также усиливали электрическую активность мышцы и вызывали сокращение грудных сегментов. Мышечное напряжение шейных сегментов при этом не изменялось. Ответы мышцы шейной части на трансмуральнув стимуляцию на фоне новокина уменьшались, а на грудной они сначала достоверно возрастали (Р=0.05).затем уменьшались. Удаление слизистой оболочки трахеи подавляло фоновую импульсацию нейронов и подобно новокаину усиливало электрическую мышечную активность. Исходя из этого, можно предположить,что в формирование ритмической мышечной активности дорсальной стенки трахеи существенную роль вносят рецепторы, залегающие в ее стенке. Стимуляция их потоком воздуха способствует установлению определенной ритмики, а выключение их местным анестетиком - прекращен!® ритмической активности.

Таким образом, электрическая активность гладкомшечной стенки воздухоносных путей при дыхании характеризуется вспышками импульсов. совпадающих с фазой вдоха. Формирование ритмически следующих вспышек импульсов осуществляется периферическими нервными механизмами, возможно, нейронами кнтрамуральных ганглиев. Значительную роль в поддержании ритмической активно ста принадлежит трахеобронхиальным рецепторам, которые по местным рефлекторным дугам активируют гакглионзрные нейроны и соответственно активность мышцы. Импульсация эфферентных волокон блуждающего ' нерва поддерживает мышечный тонус I; осуществляет координацию работы гладкоиы-еэчной стенки воэдухоносньх путей и дыхательного центра. В настоящее время функциональные характеристики нейронов интрамуральных ганглиев низших дахателышх путей практически не изучены, поэтому следующий раздел данной работы посвящен .этой проблеме.

3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА НЕЙРОНОВ ИНТРАМУРАЛЬНЫХ ГАНГЛИЕВ НИЖНИХ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ

Гистологические исследования Показали, что у крысы интраму-ральные ганглии находятся в грудной части трахеи и крупных бронхах и отсутствуют в шейной части. У морской свинки они встречаются на всем протяжении трахеи.

Нейроны изолированной трахеи и крупных бронхов обладают фоновой импульсной активностью. На основании амплитудно-частотного анализа 157 нейронов 67 ганглиев выделены клетки с одиночным и смешанным типами активности. Клетки с одиночным типом разряжались с низкой частотой, межимпульсные интервалы отличались большим разбросом значений от 100 мс до 7,0 с. Число клеток с этим типом активности составило 29% фоновоактивных единиц. Свыше 7055 нейронов характеризовалось смешанным типом активности. Среди них различали две категории клеток: с регулярным и нерегулярным следованием групповых разрядов. У первых группу образовывали 4-10 потенциалов с интервалом 93.0+5,4 мс. Промежутки между группами колебались от 230 мс до 2.О с. Однако 67% их занимали диапазон - 250530 мс, что свидетельствует о регулярном генерировании групповых разрядов. У данных нейронов часто регистрировались разряды пачечного типа, содержащих 2-5 потенциалов с мезшмпульсным интервалом 27.0+2,4 мс. У второй' категории клеток группу составляли 2-5 потенциалов. разделенных интервалом 160,0+12,3 мс. Группы появлялись нерегулярно через -250 мс - 4, Ос. В микроганглиях трахеи и крупных бронхов большинство составляли "молчащие" клетки. Удаление слизистой оболочки трахеи, резко снижало уровень фоновой активности нейронов.

Метод внеклеточного отведения позволил одновременно заре-■ гистрировать активность нескольких клеток и проанализировать связи между ними. Наиболее часто встречалось возбуждающее влияние одного нейрона на другой. Оно могло быть коротколатентным (24,8+1.5 мс) или длиннолатентным (100-200 мс). В нервных узлах встречались клетки, разряды которых генерировались в определенной последовательности: первая, вторая, третья. Тормозные влияния прослеживались главным образом в периоды разнонаправленных изменений текущей частоты изучаемых пар нейронов. Часто в ганглиях встречались два нейрона, разряжающиеся ритмично и свкзаныэ друг с

друтом возбуждающими и тормозными, или регулирующими, влияниями.

Фонзвоактявные клетки как правило разряжались одновременно, образуя суммарный групповой разряд. В большинстве случаев такие разряды начинались о потенциалов одного и того же нейрона. Наблюдалась корреляция между числом потенциалов этого нейрона и длительностью суммарного разряда. Возможно, что данная клетка запускала и поддерживала активность других.

Анализ межнейронного взаимодействия позволил предположить, что в ганглиях дыхательных путей нейроны объединены в единый ансамбль, благодаря этому наблюдается определенная организованность в работе клеток, проявляющаяся в виде группирования разрядов и наличия ритмики импульсного потока. Однако, у изолированного препарата трахеи и бронхов мекнейронные функциональные связи характеризуются неустойчивостью.

Электрическая стимуляция межганглионарных коннектив с частотой 2 Гц увеличивала в 1.5-2 раза частоту имлульсации у большинства нейронов. Однако у некоторых клеток импульсная активность могла уменьшаться. Раздражение отдельных веточек трахеального сплетения вызывало торможение электрической мышечной активности.

"Раздражение веточек возвратного иерва при входе в ганглии электрическим током вызывало медленные ганглионарные ответы. При изменении амплитуды стимула с 6 до 9 В латентный период уменьшался с 18.9 мс до 6,3 мс, а амплитуда потенциала увеличивалась с 0.4 до 1.3 мВ. Длительность Фазы его нарастания колебалась от 16.8 дс 27.3 мс, а фаза полуспада в среднем составляла 50 мс. При достижении критической величины деполяризации, генерировался потенциал действия. При раздранеюш ганглия с частотой 5 Гц все нейроны давали ответ в виде спайка только на первый стимул. На последующи« стимулы нейроны отвечали только локальным потенциалом. При пере-хо-де раздракения с 5 на 2 Гц спайковые ответы восстанавливались.

Медленные ганглионарные потенциалы по своим параметрам совпа дали с ВИСП, регистрируемыми внутриклеточными микроэлектродами т нейронов ганглиев трахеального сплетения хорька и морской свшш /Cameron, Coburn,1934; Myers et. al., 1990/. Эти ВПСП связаны с аксонами ггрзгакглшнарных парасимпатических волокон. ТПСП при cthmj яяцт этих волокон не регистрировались, хотя в АН-клетках инсгдг наблюдали спонташше ТПСП /Cameron, Coburn, 1934; Coburn,1987/.

Наличие в интрамуральных ганглиях респираторного тракта хо-линергической межнейронной передачи косвенными методами показано многими исследователями. Однако, 'представительство тех или иных холинергических рецепторов на нейронах до сих пор оставалось не выясненным. Что же касается адренергических механизмов, то в настоящее время считается, что симпатические нервные волокна направляются к ганглиям только у человека и обезьяны /Richardson. Ferguson, 1979/. Поэтому в своей работе мы коснулись рассматрения классических холинергических и адренергических механизмов респираторных метасимпатических нейронов.

Введение в ванночку АХ в концентрации 100 мкМ увеличивало амплитуду ганглионарного потенциала с 1.33+0.07 мВ до 1,55+0,07 мВ, а латентный период уменьшался с 9,5+0,73 мс до 5.4+ 0,54 мс. 10 мкМ ГЕКС уменьшали амплитуду локальных потенциалов до 27% от исходного значения и предотвращали генерацию спайков. Латентный период при этом возрастал до 157%. В то же время АХ в концентрации 10-100 мкМ увеличивал в 2-4 раза среднюю частоту разрядов у нейронов с одиночным типом активности и нейронов с нерегулярным генерированием групповых потенциалов. У клеток с регулярным типом активности частота практически не менялась. У всех нервных клеток повышалась степень группирования потенциалов, уменьшалось число межгрупповых разрядов.'

У 70% фоновоактивных клеток с одиночным и нерегулярным типами активности 10 мкМ НИК усиливали в 1,7 раза среднюю частоту разрядов, у других 30% клеток частота импульсации не изменялась или снижалась. Под влиянием НИК группа клеток с регулярным.генерированием групповых разрядов к 2-й мин. уменьшала среднюю частоту потенциалов примерно на 20%, но частота разрядов в группах возрастала. Уменьшение средней частоты связано с удлинением периодов молчания между групповыми разрядами.

ГЕКС в концентрации 15 мкМ почти полностью подавлял импульса-цию нейронов с одиночным и_ нерегулярным типами генерирования разрядов. У нейронов с регулярным типом генерирования спайков под влиянием ГЕКС на 4-5-й- минутах наблюдалось небольшое (на 10-20%) ^усиление средней частоты разрядов. У ряда клеток главным образом с одиночным типом активности при действии АТР фоновая импульсация могла усиливаться либо снижаться в 1,4 раза. Однако, большинство

нейронов интрамурального ганглия не реагировали на действие АТР.

Анализируя реакции нейронов на холинергические вещества, можно отметить, что АХ по сравнению с НИК вызывал более сильное увеличение средней частоты потенциалов, но под влиянием НИК в большей степени происходило упорядочение импульсного потока в виде ритмического следования групповых разрядов. ГЕКС подавлял, а АТР изменял фоновую импульсацию некоторых нейронов. Изменение импульсного потока под влиянием этих веществ говорит о наличии на метасимпатических нейронах трахеи никотиновых и мускариновых хо-линорецепторов. Различие в действии АХ и НИК, ГЕКС и АТР позволяет предположить, что количество никотиновых рецепторов в ганглии преобладает, и передача нервных импульсов между нейронами обеспечивается через этот тип рецепторов. Мускариновые рецепторы М1-ти-па (Barnes. 1990) участвуют, вероятно, в модуляции активности нервных клеток. Эти рецепторы располагаются главным образом на отростках клеток /Buckley, Burns tock.. 1984/. а активация их АХ вызывает развитие медленной деполяризации /Clark et.al.,1981/. Поэтому под влиянием АХ в наших опытах наблюдалось большее, по сравнению с НИК увеличение средней частоты разрядов. На нейронах миэнтерального сплетения также показано наличие никотиновых и мускариновых холинорецепторов /Качалов и др.. 1978/.

Понижение ттульсации у части нейронов под влиянием НИК свидетельствует о наличии тормозных холинергических рецепторов на ганглионарных клетках. Одним из таких нейронов, вероятно, являются нейроны с регулярным типом активности. Подтверждением этому служит тот факт, что в первые минуты действия гангляоблокатора средняя частота этого нейрона повышается, что может быть связано с блокированием тормозной связи. Наличие никотиновых тормозных рецепторов на нейронах показано у насекомых /Федин. 1980/ и моллюсков /Вульфиус. Зеймаль, 1957/.

Норадреналин (НА) в концентрации 10 мкМ активировал некоторые фпновоактивние и но г,чапаю клетки. Блокатор апьфа-адренорецеп-торов (альфа-АР) фентоламин (ФА) в концентрации 100 ыкМ сначала усиливал, затем снизал частоту разрядов нервных клеток ганглия. На фоне ФА снижался эффект НА на ганглионарнне нейроны. 10 мкК НА снижали амплитуду ганглионарных потенциалов с 1.04+0,04 до 0.93+0,03 мВ. но не изменяли величины латентного периода. Можно

заключить, что неоднозначное действие адренергических препаратов на нейроны интрамуральных ганглиев связано с тем. что альфа-адре-норецеоторы могут участвовать в осуществлении возбуждающ* и тормозных реакциях нервных клеток. Это подтверждается и данными, полученными на метасимпатических нейронах кишки /Ноздрачев и др., 1977; 1984а/ и мочевого пузыря /Ноздрачев и др.. 1984.6/.

Таким образом, нейроны ганглиев трахеи и бронхов крысы реагируют на холинергические и адренергические вещества. По всей вероятности. на этих клетках оканчиваются терминали симпатических и парасимпатических волокон.

В наших опытах трансмуралъная стимуляция нервных волокон изолированных препаратов трахеи и главных бронхов крысы и морской свинки вызывала сокращение гладкомышечной ткани или сокращение, сменяемое расслаблением. Характер и величина ответа зависши от частоты, амплитуды и длительности стимулов и продолжительности раздражения. Изменение частоты с 5 до 20 Гц приводит к достоверному (РС0.01) возрастанию в 3.4 раза величины сокращения мышцы. При увеличении частоты раздражения выше 20 Гц величина сокращения достоверно не менялась. После обработки препарата трахеи АТР в концентрации 1 мкМ гладкая мышца уже на 6-й минуте прекращала отвечать на стимуляцию. На фоне ганглиоблокатора на 10-й мин мышечные ответы при стимуляции нервных волокон с частотой 5 и 10 Гц достоверно (Р<0.05) уменьшались, а при более высоких частотах раздражения практически оставались без изменения.

У морской свинки после сокращения развивалась фаза расслабления гладкомышечной полоски. Величина расслабления достоверно (Р<0.05) увеличивалась при переходе раздражения.с 10 на 30 Гц.При дальнейшем повышении частоты амплитуда расслабления практически 'не менялась, но увеличивалась ее длительность. На фоне ганглиоблокатора при частоте стимуляции 30 Гц величина расслабления практически не отличалась от фоновой, при частоте 10 Гц - снижалась до 9,1л. а длительность - до 36«, при 5 Гц расслабление полностью отсутствовало.

Таким образом, при высокочастотной трансмуральной стимуляции мышечные ответы определялась главным образом активацией постганг-лионарных нервных волокон, а при низкочастотной ведущую роль играла активность преганглионарных волокон.

По данным литературы многие биологически активные вещества вызывают реакции гладкой мшцы нижних дыхательных путей. К сожалению во всех этих работах авторы рассматривали изменение мышечной активности, как прямое действие веществ на мышцу, не учитывая наличие интрамуральных ганглиев. В следующем разделе работы рассмотрим соотношение миогенных и нейрогенных факторов в реакциях гладкой мышцы трахеи при действии веществ, претендующих на роль медиаторов или модуляторов межнейронной и невно-мышечной передачи.

4. НЕЙРОГЕННЫЕ И МИОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ РЕАКЦИИ ГЛАДКОЙ МЫШЦЫ ПРИ ДЕЙСТВИИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Перфузия О,1-1000 мкМ АХ вызывала дозо-зависимое изменение электрической и механической активности гладкой мышцы изолированной трахеи крысы. Максимальное учащение импульсации с 28,2 до 50,2 имп/с отмечалось при концентрации 10 мкМ. При более высоких концентрациях АХ (100 мкМ) импульсация превышала фоновое значение всего в 1.25 раза. В низких концентрациях АХ усиливал электрические колебания, в высоких - вызывал появление периодических вспышек разрядов, торможение или двухфазный ответ.

При действии АХ в концентрации до 10 мкМ сокращения шейной и грудной частей трахеи достоверно не отличались. Увеличение концентрации АХ приводило к более сильному приросту сокращения мышцы грудной трахеи, и при 100 мкМ эффект достигал 1720+151 мг. Дальнейшее увеличение дозы АХ приводило к снижению ответа грудных сегментов. Ответы шейной части трахеи с повышением концентрации АХ увеличивались и при 1 мМ равнялись 1430+177 мг. В ряде опытов при концентрации АХ 10 мкМ и выше до и после сокращения мышцы грутш. сегментов наблюдалось расслабление.

Пороговые концентрации АХ усиливали, концентрации не выше 10 мкМ вызывали двухфазное изменение мышечных ответов грудных сегментов на трансмуральную стимуляцию нервоз. По мере роста концентрации АХ и тонического сокращения величина ответа уменьшалась, вплоть до полного исчезновения. В шейной части трахеи усиление ответов отмечалось .лишь при действии пороговых концентраций АХ.

У морской свинки различий влияния АХ на сегменты шейной и трудной частей трахеи не обнаружено. Максимальное тоническое напряжение гладгоГг кушвд 1725+145 мг регистрировалось при концентра-

цш{ 100 мкМ.

Таким образом, шейные и грудные сегменты трахеи крысы неодинаково реагируют на предъявление АХ. Для выяснения причины такого различия, мы провели анализ влияния веществ, действующих на мус-кариновые холинорецепторы гладких мышц и на никотиновые рецепторы нейронов ганглиев трахеального сплетения.

Величина сокращений грудных и шейных сегментов трахеи крысы в диапазоне концентраций 0.1-1000 мкМ метилфурметида достоверно не отличались друг от друга. В концентрации 10-20 мкМ НИК в 30% опытов увеличивал в 1,4 раза, в 40% - уменьшал в 2.2 раза среднюю электрическую активность мышцы, в 3055 - изменял характер импуль-сации (появлялись периодические вспышки колебаний) без изменения средней частота разрядов. Перфузия 1-100 мкМ НИК не изменяла тонического напряжения мышцы шейной части трахеи. На грудной части предъявление НИК вызывало сокращение мывды (35%). расслабление (26Х),а в 38% опытов ответы мышцы отсутствовали. Сокращения возрастали с ростом концентрации и при 100 мкМ НИК составляли 784.0+54,3 мг, что не превышало 45.В% от величины тонического сокращения мышцы, вызванного АХ в той яе концентрации. Амплитуда расслабления мышцы достигала 141+25 мг. Ответы трахеи на трансму-ральную стимуляцию нервов на фоне НИК увеличивались до 130%.

В концентрациях 0.001-0.01 мкМ АТР на 2-4 мин усиливал мышечные ответа, вызванные трансмуральной стимуляцией. В концентрации 1 мкИ снижал сокращения мыицы. вызванные 10 мкМ АХ до 16% и почти полностью предотвращал действие 0.1 мкМ МФ, вызывавших равное с АХ сокращение. ГЕКС увеличивал частоту разрядов в 1.5 раза, а АТР снимал этот эффект. ГЕКС не изменял тонического напряжения мышцы иейных сегментов, но в 67% опытов вызывал дозо-зависимое сокращение грудных сегментов, и при концентрации 0.1 мг/мл оно равнялось 737+186 мг. При предварительной обработке препарата трахеи 10 мкМ ГЕКС не было "отличий в сокращениях обеих частей трахеи на предъявление 0.1-1,0 мН АХ. 10 мкМ ГЕКС усиливали ответы мышцы грудных сегментов на стимуляцию нервов до 1403!. а более высокие концентрациях их снижали.

Анализируя действие холинергических веществ на препараты трахеи, можно заключить,что в ганглиях связь между нейронами осуществляется через возбуждающие и тормозные никотиновые холиноре-

цепторы. Через мускариновые рецепторы передаются модулирующие влияния. Из литературы известно (Зеймаль, Шелковников, 1989; Barnes. 1990). что имеется несколько типов мускариновых рецепторов. Ml рецепторы находятся на нейронах интрамуральных ганглиев. М2 -на постганглнонарных волокнах, МЗ - на мышечных клетках. Проведенные нами эксперименты показали, что на соме нейронов, постганглнонарных нервных волокнах и на мышечных клетках находятся разные типа мускариновых рецепторов.

Введение в камеру с препаратом трахеи морской свинки 10 мкМ НА вызывало расслабление мышцы, равное 208+49мг. У препаратов трахеи крысы НА в концентрации 0.01-100 мкМ или адреналин в концентрации 1.0-100 мкМ не изменяли тонического напряжения гладкой мышцы.

На грудной части трахеи 0,01 мкМ НА усиливали мышечные ответы до 139,6+13.5% при стимуляции нервов с частотой 10 Гц. Концентрация 100 мкМ снижала ответ до 41,2+8,955 (р<0.01). При стимуляции нервных волокон и мышцы с частотой 30Гц сокращения усиливались до 108% (р-0.05) при действии 0,1 мкМ вещества, а при 100 мкМ снижались до 8055 от исходного значения (р<0,05). На шейных сегментах трахеи крысы под влиянием 10 мкМ НА ответы мышцы на раздражение нервных волокон с частотой 10 Гц составляли 51,2+7,9%. При стимуляции нервов и мышцы с частотой 30 Гц во всем диапазоне исследованных концентраций вещества от 0,01 до 100 мкМ ответы мшцы шейных и грудных сегментов крысы на стимуляцию нервов и мышцы с частотой 30 Гц достоверно не отличались друг от друга (р<0,05).

Изменения ответов трахеи крысы на трансмуральную стимуляцию на фоне введенного в ванночку адреналина были в основном аналогичны изменениям, наблюдаемым при действии НА.

У морской свинки при раздражении нервных волокон с частотой 20 Гц концентрация 10 мкМ снижала ответы до 84,0+3,8% от исходного уровня. При стимуляции нервов с частотой 10 Гц на фоне 1.0 мкМ он составлял 79,7+8.6%. а 10 мкМ - 53,0+16,0%. НА при частоте стимуляции 10 Гц увеличивал амплитуда расслабления до 160+27%, а длительность до 136+21%. при частоте 20 Гц - до 146+18% и 122+8% соответственно.

Таким образом, адреналин и НА, влияющие на оба типа АР, вызывают двухфазное изменение ответов гладкой мышцы грудных и шейных сегментов трахеи крысы при стимуляции нервных волокон.

Изадрин, препарат, активирующий бета-адренорецепторы (бета-АР), в концентрации 0,01-1,0 мкМ не изменял ответы грудных и шейных сегментов трахеи крысы при стимуляции нервных волокон с частотой 10 Гц и 30 Гц. Увеличение концентрации до 100 мкМ приводило к снижению ответов до 61,7+5,8% при частоте раздражения 10 Гц и 77,5+28% при 30 Гц. На шейных участках трахеи 10 мкМ изадрина снижали сокращения до 70,6+10,0% и 49.3+5,7% при частоте стимуляции 10 и 30 Гц соответственно. На фоне фенилэфрина, препарата, активирующего преимущественно альфа-АР, в грудной часта трахеи увеличение сокращения мышцы до 13В,6+12, i% регистрировалось при 10 мкМ вещества и частоте стимуляции нервов 10 Гц. При частоте 30 Гц оно составляло 119.6+9,5%. При прямом раздражении мышцы шейных и грудных сегментов достоверной разницы в ответах не обнаружено.

Блокатор альфа-АР ФА в концентрации 100 мкМ уменьшал величину сокращения мышцы грудной части трахеи при трансмуралькой стимуляции нервов с частотой 30 Гц до 87,2+4,1%. На шейной - до 91.2+2.9%. Ответы на стимуляцию непосредственно мышцы обеих частей трахеи практически не отличались от фоновых значений. Блокатор бета-АР пропранолол (ППЛ) в концентрации 0,1-1,0 Midi увеличивал ответа мышцы трахеи крысы при трансмуральной стимуляции нервов. Величина усиления ответов для обоих участков трахеи оставалась практически одинаковой. При стимуляции с частотой 10 Гц она составляла 119,1+8.9%, а с частотой 30 Гц - 121,3+8.3%.

Таким образом действие агонистов и антагонистов альфа- и бета-АР на участках, содержащих и несодержащих интрамуральные ганглии. неодинаково. Если ППЛ и изадрин в равной степени изменяли ответы обеих частей трахеи крысы, то действие ФА и фенилэфрина сильнее выражено на грудных сегментах. Можно предположить. что действие ФА и фенилэфрина связано не только с гладкомшечкымн клетками, но и с ганглионарными нейронами.

Принято считать, что адренергические нервные окончания в интрамуральных ганглиях дыхательных путей можно встретить только у человека и отчасти у обезьяны /Richardson, Ferguson, 1979/. У остальных млекопитающих симпатические волокна подходят к гладкой мышце. В наших опытах ни агонисты, ни антагонисты АР не вызывали изменения тонического напряжения мышцы трахеи крнск Подобные результаты отмечены и на гладкомышечннх препаратах дыхательных пу~

тей некоторых других животных /Fleisch et а1.,1970/. Такое положение можно объяснить тем, что популяции альфа- и бета-AP в трахее крысы примерно одинаковы. В модуляции мышечных ответов, вызванных трансмуральной стимуляцией, принимают участие альфа- и бета-АР. Бета-AP локализуются в основном на гладкомышечных клетках, а альфа-AP на нейронах интрамуральных ганглиев и на пресинапти-ческих холинергических нервных терминалях.

В наших экспериментах в диапазоне 0,01 нМ - 0,5 мкМ вазоак-тивный интестинальный пептид (ВИЛ) не изменял тонуса гладкой мышцы трахеи крысы. Однако, он оказывал влияние на мышечные ответы, вызванные трансмуральной стимуляцией.

На грудных сегментах ВИН вызывал двухфазное изменение мышечных ответов при стимуляции преганглионарных нервных волокон (0,3 мс. 9 Гц). Максимальное усиление сократительного ответа до 160,8+6.5% (р<0,01) имело место при концентрации 1 нМ пептида. В диапазоне 0.01-1,0 нМ ВИЛ фаза расслабления развивалась на 2.0+0,1 мин. а фаза усиления сократительной реакции - на 9,0+1.0 мин. По мере повышения концентрации пептида время начала фазы облегчения сокращения уменьшалось до 4,0+1,0 мин, а время развития расслабления возрастало до 9,5+0,9 мин. При концентрации ВИЛ 0,1 мкМ ответы возрастали до 130.7+0,8% в первую фазу, затем снижались до 76.8+12,2».

При стимуляции постганглионарных нервных волокон (0, з мс, 20 Гц) в диапазоне 0,01-1.0 нМ ВИП фаза расслабления отсутствовала. Снижение ответов регистрировалось при концентрации выше 0,01 мкМ и при 0,5 мкМ ВИП составляло 61,7+2,6% от исходного значения. В этом диапазоне концентраций время начала фазы снижения мышечного ответа изменялось от 7.0+1.5 до 9,5+1,5 мин. В исследованном диапазоне концентраций усиление ответов колебалось от 113,5+5.4% до 128,2+6.855. Время развития фазы усиления с ростом концентрации ВИП снижалось с 10.0+1,0 мин до 5.6+1,8 мин (р<0,05). Стимуляция нервных волокон шейных сегментов на фоне ВИП вызывала усиление ответов до 167% (р<0,01) при концентрации 0,1 мкМ.

Таким образом, на шейных сегментах трахеи крысы ВИП в рассматриваемом диапазоне концентраций вызывал только усиление сократительных реакций; после достижения максимума ответы, как правило, стабилизировались. На грудных сегментах под влиянием ВИП ре-

гистрировалось двухфазное изменение мышечных ответов при трансму-ральной стимуляции. Смена начала развития фаз усиления и снижения сократительных ответов при концентрации 0,01 мкг/мл свидетельствует об изменении при данной концентрации пептида механизмов его действия. Различные механизмы действия, вероятно, имеют место и при действии ВИД на шейные и грудные сегменты. Для выяснения этих механизмов была "проведена серия опытов с использованием блокато-ров межнейрональной и нервно-мышечной передачи.

При совместном предъявлении ВИЛ и ГЕКС мышечные ответы грудных сегментов трахеи крысы усиливались. Так. при стимуляции пост-ганглионарных волокон на фоне 0,05 мкМ ВИЛ уже на 5 мин величина ответов достоверно «0,05) превышала ответы, при действии только одного пептида. Это усиление было стабильно на протяжении 5-11 мин действия веществ и составляло 129+9% -(р<0.01). При раздражении преганглионарных волокон ответы гладкой мшцн грудных сегментов возрастали до 133+1656 (р<0.05) на И мин при концентрации ВИП 0.05 мкМ. Максимальное усиление отодвигалось на более позднее время по сравнению с действием одного пептида. На фоне совместного действия ГЕКС и ВИП исчезала двухфазность изменения ответов.

Совместное предъявление АТР и ВИП усиливало ответы мышцы грудных сегментов при стимуляции пре- и лостганглионарных волокон до 130-136% при 0.05 мкМ ВИП (р»0,05). После усиления, наблюдаемого на 5 мин, ответ снижался и скорость его снижения была равна скорости снижения ответа при действии одного АГР.

Учитывая, что усиление мышечных ответов в равной степени имело место при стимуляции пре- и постганглионарных нервных,волокон шейных и грудных сегментов, а АТР сначала усиливал, а затем снижал ответы, можно заключить, что ВИП облегчает выход АХ из нервномкшечных окончаний. По литературным данным ВИП увеличивает синтез /Lundberg et. al.,1982; Kawatani et al.,1985/ и выброс аце-тилхолина /Kusonokl et al.,1986; Yau et al.,1986/, действуя на ностганглионарном уровне. Начальное увеличение ответов при действии АТР, возможно, связано с блокированием пресинаптических мус-каринсвых холннорецепторов. расположенных на нервно-мышечных окончаниях и тормозящих выброс ацетилхолина /Lundberg et al.. 1981/.

Однако реакции шейных и грудных сегментов на пептид были различными. Если на шейных участках трахеи ответ достигал макси-

мальной величины и в дальнейшем, в основном, стабилизировался на этом уровне, то на грудных сегментах мышечные ответы отличались двухфазностью. В диапазоне 0,01-1.0 нМ фаза расслабления предшествовала фазе усиления сокращения мышцы, при высоких концентрациях - наоборот. По весй вероятности, при концентрации 0,01 мкМ происходит смена механизмов действия ВИП. Высказывается мнение о существовании нескольких подтипов рецепторов ВИП в дыхательных путях разных видов животных /Webber, 1990/.

Таким образом, ВИП оказывает действие на трахею крысы, используя разные механизмы. Во-первых, пептид способствует выходу ацетилхолина из нервно-мыиечных окончаний, во-вторых, он влияет на ганглионарные нейроны, оказывающие тормозящее действие на мышцу и в-третьих, действует на саму мышцу, вызывая ее расслабление.

В диапазоне концентраций 0.1-100 мкМ серотонш (СТ) оказывал дозо-зависимый эффект на гладкую мышцу трахеи крысы и морской свинки. При 100 мкМ мышечное напрявение достигало 410+57,8 мг у препаратов трахеи крысы и 550+118 мг у морской свинки, что составляло 29.535 и 37,835 соответственно от ответа мышцы на АХ в той ае концентрации. Данное вещество не изменяло тонического напряжения мышцы шейной части трахеи крысы. 10 мкМ ГЕКС снижали тонические ответы мышцы крысы и морской свинки на СТ до 1955. На фоне 1мкМ АТР СТ вместо сокращения вызывал расслабление до 110 мг.

На фоне 0,1-1,0 мкМ СТ усиливались мышечные ответы на стимуляцию нервов с частотой 30 Гц до 135.0+9.735 в грудной, до 123,0+4,835 в шейной части трахеи крысы и до 115+5,855 в трахее морской свинки. При 100 мкЫ СТ ответы у обоих видов животных спивались до 82.3+8,2%. а при стимуляции с частотой 10 Гц сократительные ответы мышцы отсутствовали. Ответы на прямое раздражение мышцы не изменялись.

10 мкМ СТ увеличивали величину расслабления мышцы морской свинки, вызванную стимуляцией нервов с частотой 30 Гц почти в два раза, длительность расслабления при этом уменьшалась в 1.5-2 раза,

При совместном действии 10 мкМ СТ и 1.0 мкМ АТР при раздражении нервов с частотой 10-30 Гц сократительный ответ составлял всего 10Ж от исходного значения. При частоте 5 Гц вместо сокращения регистрировалось незначительное расслабление. На фоне совместного действия СТ и ГЕКС (по 10 мкМ) ответы трахеи морской

свинки на стимуляцию с частотой 10 Гц уменьшались до 16%, а с частотой 30 Гц оставались без изменения. Фаза расслабления на фоне совместного действия CT и ГЕКС уменьшалась с 135 до 57 мг.

Блокатор серотониновых рецепторов метизергид в концентрации 10 мкМ практически полностью снимал тоническое напряжение мышцы трахеи крысы и морской свинки, вызванные.CT в той же концентрации. Действие метизергида на вызванные ответы во многих отношениях были противоположны действию СТ. На фоне метизергида ответы трахеальной мышцы при частоте стимуляции 30 Гц понижались на 15%, при 10 Гц - на 45Я, при 5 Гц сокращение практически отсутствовало. Амплитуда расслабления в мышечном ответе морской свинки под влиянием метизергида уменьшалась на 25Ж при практически неизменной длительности.

Полученные наш результаты подтверждают данные других исследователей о том, что CT вызывает дозо-зависимое сокращение гладкой мышцы трахеи, и эффект его значительно меньше вызванного АХ /Chand, Eyre, 1980; Davis et al., 1982/. Кроме того. CT вызывает расслабление мышцы трахеи морской свинки /Baumgartner et al.. 1990/. Это вещество усиливает эффект электрического раздражения мышцы у кошки /Blaber et al.,1985/. собаки /Hahn et al., 1978/. Отмечалось усиление действия CT на мышцу трахеи кошки и морской свинки при внутривенном введении ГЕКС /Alzawa et al.. 1982/. Аналогичный эффект получен нами на изолированном препарате трахеи, но только в первую фазу их совместного действия. Вторая фаза действия связана с подавлением мышечных ответов, эффект проявлялся при стимуляции преганглионарных нервных волокон и практически не сказывался при стимуляции постганглионарных. Мошо заключить, что эффект CT связан с нейронами интрамуральньк ганглиев.

Таким образом, анализируя собственные я литературные данные, можно заключить, что CT оказывает облегчающее влияние на ганглио-нарные нейроны, вызывающие возбуждение мышцы. Действие его в этом случае обеспечивается холинергическими аксонами. Кроме того. CT оказывает влияние и на тормозные нейроны ганглиев трахеального сплетения. Прямое действие CT на мышцу незначительно.

5. РОЛЬ ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ НЕРВНЫХ МЕХАНИЗМОВ В РАЗВИТИИ АЛЛЕРГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕСПИРАТОРНОГО ТРАКТА Механизмы образования аллергии связаны с нарушением иммунной, гуморальной и нервной систем. В данном разделе работы мы попытались подойти к такой проблеме, как роль нейронов интрамураль-ных ганглиев при возникновении патологического состояния дыхательных путей, проблеме, совершенно не освещенной в литературе.

У сенсибилизированных крыс (до введения разрешающей дозы аллергена) величина фоновой электрической активности мышц трахеи практически не отличалась от показателей нормальных животных. Однако, ответы на стимуляцию блуждающего нерва были в 1,6 раза ниже. т.е. при сенсибилизации нарушалась передача нервных импульсов с волокон блуждающего нерва на гладкомшпечные клетки трахеи. При введении разрешающей дозы овальбумина фоновая и вызванная активности увеличивались в 1.8 и 1.7 раза соответственно.

При трансмуральной стимуляции мышцы изолированного препарата трахеи величина ответов сенсибилизированных крыс практически не отличалась от величины ответов нормальных животных. В тоже время реакции мышцы на электрическое раздражение нервов у сенсибилизированных животных на 26, 535 ниже, чем у нормальных. У грудных сегментов вызванные ответы уменьшались гораздо сильнее, чем у шейных. Эти результаты дают основание предполагать, что при развитии аллергических реакций нарушается синаптическая передача в нервно-мышечном соединении и в интрамуральяых ганглиях между нейронами.

Внутривенное введение 0,1 мг/кг ацетилхолина вызывало усиление фоновой электрической импульсации у нормальных крыс в 2.0 раза, у сенсибилизированных - в 2,7 раза. Введение в ванночку с препаратом трахеи сенсибилизированной крысы овальбумина в концентрации 1-2 мг/мл повышало тонус гладкой мышцы до 370+125 мг у сегментов шейной трахеи и до 546+176 мг у сегментов грудной. У нормальных крыс разрешающая доза аллергена не изменяла величину ответа гладкой мышцы на предъявление ацетилхолина. • У сенсибилизированных крыс после обработки грудных сегментов овальбумином ответы на 10 мкМ АХ достоверно повышались на 17,4+5,5%.

Действие овальбумина может быть связано с нервно-мышечными соединениями, нейронами интрамуральных ганглиев и другими образованиями стенки трахеи, например, тучными клетками. Для анализа

механизмов, определяющих нарушение синаптической передачи, бала проведена серия опытов, в которых действие овальбумина сравнивали с действием блокаторов холинергической синаптической передачи атропином и гексаметонием.

Введение в ванночку с препаратом грудной трахеи 1 мкМ АТР на яяя3495 снижало сокращение мышцы, вызванное 10 мкМ АХ. У сенсибилизированных животных 1,0 мкМ АТР понижало ответы на 9055 (Р<0,01). На фоне 50 мкМ ГЕКС при сенсибилизации фаза усиления ответов выражена незначительно, зато снижение ответов на стимуляцию нервов проявлялось сильнее, чем у нормальных крыс.

Таким образом, у сенсибилизированных крыс до ведения разрешающей дозы овальбумина электрическая активность гладкой мышцы трахеи крысы при спокойном дыхании или у изолированного препарата мало отличались от нормальных животных. И- только введение овальбумина вызывало различие в параметрах. Об этом свидетельствуют и данные, полученные на других животных. У сенсибилизированных овальбумином морских свинок мембранный потенциал гладкомышечных клеток лишь незначительно повышался с 40.4 до 43,1 мВ.Дополнительное введение овальбумина резко понижало мембранный потенциал до 27.8 мВ и увеличивало сокращение (McCald, Souhrada, 1980). Отмечено, что больные бронхиальной астмой до столкновения с аллергеном дышат почти нормально, т.е. бронхоконстрикция у них отсутствует (Sterling. 1975; Адо, 1984: Федосеев, Хлопотова. 1984). Несколько неожиданным показалось нам снижение вызванных ответов гладкой мышцы трахеи спонтанно дышащих животных при стимуляции блуждающего нерва, тем более, что приступы бронхоспазма у астматиков . могут быть вызваны рефлектсрно центральными стимулами (Sterling. 1975). Однако, на изолированных препаратах трахеи морской свинки показано, что стимуляция электрическим полем тормозит овальбуминовое сокращение (Undera et al.. 1989).

Различия в реакциях гладкой мышцы у нормальных и сенсибилизированных крыс проявляются в диапазоне высоких концентраций АХ, когда в ответах мышцы .значительную роль играют нейрогснкые факторы. О роли мегасимпатических нейронов на эффекты гладкой мышцы свидетельствует- и тот факт, что у сенсибилизированных животных ответы на трансмуряльную стимуляцию снижаются значительно сильнее у сегментов грудной части трахеи. Одинаковое изменение ответов

под влиянием ГЕКС у нормальных и под влиянием овальбумина у сенсибилизированных животных, усиление блокирующего действия ГЕКС овальбумином говорят о нарушении тормозных синаптических связей. Однако, учитывая, что у сенсибилизированных животных ответы мышцы на трансмуральную стимуляцию нервов шейных сегментов на 26,3% ниже. чем у нормальных, а реакции на экзогенно приложенный АХ у этих груш крыс практически равны, можно предположить, что при выработке аллергической реакции нарушается и пресинаптическое выделение АХ, ло-крайней мере, в нервно-мышечном соединении.

Таким образом, проведенные эксперименты позволяют предположить. что при выработке аллергических реакций на альбумин нарушается нервное управление гладкомышечной ткани дыхательных путей со стороны метасимпатических нейронов интрамуральных ганглиев. Уменьшение выделения ацетилхолина из пресинаптических окончаний приводит к процессам, аналогичным денервации мышцы, что вызывает повышение ее чувствительности к биологически активным веществам, таким как гистамин, который при воздействии аллергена в значительном количестве выделяется из тучных клеток и оказывает непосредственное влияние на гладкомышечиые клетки, вызывая их сокращение. По нашим представлениям один из путей лечения аллергических реакций и связанных с ними заболеваниями, таких как бронхиальная астма, может идти в направлении восстановления синаптической передачи и восстановления нервного управления гладкомышечной тканью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Проведенные эксперименты позволили представить модель нейро-нальной организации интрамуральных ганглиев дыхательных путей.

Функциональные модули включают в себя, по-крайней мере, четыре основные группы клеток: формирующие ритмическую активность, эффекторные возбуждающие и тормозящие мышечную активность и сенсорные. В состав каждой группы может входить несколько клеток.

Среди клеток, формирующих ритмическую активность одна может относиться к бесспайковым В-клеткам. Колебания мембранного потенциала этой клетки синаптически передаются другому нейрону, генерирующему потенциалы действия. Работой этих двух клеток создаются ритмичные вспшки разрядов Подобная организация генератора ритма встречается в нервной системе беспозвоночных (Pearson,1972; Федин

1980). На клетках генератора ритма оканчиваются холшергические парасимпатические волокона, по которым передаются координирующие влияния из дыхательного центра, а также волокна от рецепторов.залегающих в стенке дыхательных путей. Влияния от рецепторов могут быть тормозными и возбуждающими. Генератор ритма тормозит возбуждающую группу эффекторных нейронов через никотиновые холино-рецепторы и одновременно возбуждает тормозные эффекторные нейроны.

Активность эффекторной возбуждающей группы, по-видимому, поддерживается импульсацией. поступающей из вентрального дыхательного ядра продолговатого мозга по парасимпатическим волокнам и от ганглионарньи тонических нейронов. Медиатором в последнем случае, возможно, выступает СГ. На тормозных эффекторных нейронах, вероятно, находятся рецепторы, реагирующие на ВИП и СТ.

Симпатические волокна оканчиваются на мышце, метасимпатичес-ких нейронах и на постганглионарных холкнергических терминалях.

Приведенная схема функционального модуля позволяет объяснить участие нижних дыхательных путей в некоторых функциях респираторной системы, например, в смене Фаз вдоха и выдоха.

Инспираторный поток воздуха, проходя по воздухоносному тракту. активирует рецепторы, расположенные в эпителиальном слое стенки. Импульсация трахесбронхиалышх рецепторов тормозит клетки, формирующие ритмическую активность, в результате чего активируется эфферентная возбуждающая группа нейронов, вызывающая сокращение гладкой мышцы трахеи. Это приводит к возбуждению рецепторов растяжения, импульсация которых поступает к нейронам дорсального дыхательного ядра и прерызает вдох. Параллельно импульсация от этих рецепторов поступает на генератор ритма и активирует его, что приводит к торможению возбуждающей группы и возбуждению тормозной группы эффекторных нейронов и к расслаблению мышцы.

Во время вдоха давление во внегрудной части трахеи ниже атмосферного и дорсальная стенка вдавливается во внутрь, уменьшая просвет трахеи. Поэтому действие регулирующих нервных механизмов направлено на сокращение гладкой мяты. в результате чего увеличивается просвет. Во внутригрудной части трахеи и бронхов мышечная стенка растянута. Во время вдоха тралсбронхиальное давленение приводит к еще большему ее растяжению. Поэтому действие нервных механизмов направлено на сокращение мышцы и предотвращению чрез-

мерного ее растяжения. Сокращение гладкой мышцы трахеи и бронхов приводит к активации трахеобронхиальных рецепторов растяжения, для которых адекватным раздражителем является не растяжение мышцы, а увеличение ее напряжения (Бреслав, Глебовский. 1981).

ВЫВОДЫ

1. На основании амплитудно-частотного анализа импульсной активности метасимпатических нейронов интрамуральных ганглиев изолированных препаратов нижних дыхательных путей выделены группы клеток с одиночной, регулярной и нерегулярной групповой импульса-цией. Возбуждающими и тормозными связями нейроны объединены в функциональные модули, образующие периферический нервный центр.

2. Межнейронная передача в функциональных модулях осуществляется с помощью никотиновых холинорецепторов, мускариновые рецепторы участвуют в модуляции нейрональной активности. Посредством холинергаческих механизмов реализуются не только возбуждающие. но и тормозные взаимодействия между нейронами.

3. Симпатические нервные волокна направляются непосредственно к гладкомышечныы клеткам респираторного тракта, и к метасимпа-тическим нейронам функциональных модулей. Передача импульсов на нервные клетки осуществляется через альфа-адренорецепторы. На гладкомышечных клетках присутствуют бета-адренорецепторы. Кроме того, альфа-адренорецепторы встречаются на пресинаптических нервно-мышечных и межнейронных терминалях.

4. В осуществлении процессов сокращения и расслабления гладкой мышцы трахеи важную роль играют серотонинэргические и пепти-дэргические механизмы. Серотониновые рецепторы расположены главным образом на нейронах интрамуральных ганглиев. ВИП в трахеи крысы локализован, в основном, в холинергаческих терминалях и способствует выходу ацетилхолина из пресинаптических окончаний. ВИП-чувствительные рецепторы присутствуют также на тормозных эф-фекторных нейронах и на мышечных клетках.

5. Во вре:;л дыхания гладкомышечная стенка трахеи обладает фазной электрической активностью, развивающейся в фазу вдоха И сократительной активностью, приходящейся на вторую половину вдоха - начало выдоха. Формирование этой активности осуществляется нейронами периферического нервного центра. Тонус гладкомышечной

стенки дыхательных путей определяется активностью волокон блуждающего нерва и эффекторными нейронами функциональных модулей, воз-бувдающих гладкую мышцу. Координация ритмической активности гладкой мышцы с работой дыхательного центра производится преганглио-нарными эфферентными волокнами блуждающего нерва, оканчивающимися на метасимпатических нейронах.

6. В формирбвании и поддержании ритмической активности гладкой мышцы трахеи принимают участие трахеобронхиальные рецепторы. От ирритантных рецепторов и рецепторов растяжения тормозные и возбувдающие влияния по местным рефлекторным дугам передаются на нейроны периферического нервного центра.

7. Развитие аллергического состояния дыхательных путей связано с нарушением синаптической передачи в функциональных модулях. В нервно-мышечном соединении нарушается пресинаптическое выделение медиатора, происходит частичная денгрвация мшцы.

8. На основании полученных экспериментальных результатов представлена схема периферического нервного центра, управляющего гладко-мышечной стенкой респираторного тракта. Нервный центр образуют сенсорные, промежуточные, эффзкторже возбуждающие и тормозящие нейроны н нервные клетки генератора ркткл. Генератор ритма вырабатывает последовательные группы разрядов, которые возбуждают тормозную и одновременно тормозят возбуждающую группу эффекторных нейронов, обеспечивая тем самым ритмическую активность гладкой мышцы. Сенсорные клетки поддерживают возбудимость клеток генератора ритма.

СПИСОК 0СН03НЫХ РАБОТ. ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ноздрачев А.Д., Федин А.Н. Методика изучения нейронвльпого аппарата ганглиев стенки трахеи. Физиол. ж. СССР. 1984, т. 70, N3. С. 377-379.

2. Ноздрачев А.Д.. Федин А.Н.. Самойлова Л.А., Степанова Т.П., Егорова Т.М., Малова М. 0. Фоновая активность нейронов трахеально-го сплетения крысы. Физиол.' ж. СССР. 1985, т. 71, Кб, с. 724-730.

3. Fedln A.N.. Samollova L.A. Functional organization of neurons or tracheal mlcroganglla. Physiology and Pharmacology of Smooth Muscle. Program, and abstracts of papers. Bulgaria, Varna, 1985. p. 43.

4. Ноздрачев А.Д., Федин А.Н., Самойлова Л. А.. Степанова Т.П.. Морфологические и 'злектрофизиологаческие особенности метасимпати-ческой нервной системы дыхательных путей. Сб. "Функции двигательного аппарата человека и животных". Казань. 1986, с.82-88.

5. Самойлова Л.А.. Федин А.Н. Характеристика фоновоактивных нейронов микроганглиев трахеи. Тез. 12-й Всесоюзн. конф. по физиологии и патологии кортико-висцеральных взаимоотношений. Л., 198S. с. 197.

6. Федин А.Н.. Ноздрачев А.Д. Анализ импульсной активности нейронов ганглиев мышечной стенки дыхательных путей. Физиол. к. СССР. 1986. т. 72. N6. с. 792-798.

7. Федин А.Н. Реакции нейронов трахеи на холинергические препараты. Материалы 6-й Всесоюзн. конф. по вегетативной нервной системе. Ереван. 1986. с.321.

8. Ноздрачев А.Д.. Федин А.Н. Влияние холинергических веществ на фоновую активность нейронов нижних дыхательных путей. Физиол. *. СССР. 1987. Т. 73. N6, с. 815-820.

9. Федии А.Н., Самойлова Л. А., Погорелов А. Г.. Муравьев В. И. Чернышева О.Н. Периферический нервный центр дыхательных путей. Тез. Всесоюзн конф. "Проблемы нейрогуморальной регуляции деятельности висцеральных систем". Л.. 1987, с.141.

10. Шопотов И.К.. Федин А.Н. Ритмическая активность трахеи крысы. Материалы конф. "Механизмы регуляции физиологических функций". Л.. 1988, С.72-73.

11. Fedln A.N. Influence of cholinergic substance on the neurons of tracheal plexus.Physiology and Pharmacology of Smooth Muscle. Program, and abstracts of papers. Bulgaria. Varna.1988. p. 87.

. 12. Федин А.Н.. Шопотов И.К.. Сергеев B.C. Регулирующая роль блуждающего нерва в работе нижних дыхательных путей. Тез. Всесоюзн. конф. "Нейрональные механизмы регуляции висцеральных органов и систем". Томск, 1989, с. 228.

13. Федин А.П.. Сергеев B.C., Шопотов И.К. Механизмы формирования ритмической активности дорсальной стенки трахеи. Тез. Всесоюзн. конф. .посвященной 70-летию Г.И.Косицкого. М., 19S0. с. 242.

14. Федин А. Н., Шопотов И.К. Сравнительная характеристика хо-линергаческих механизмов различных частей нижних дыхательных пу-

тей. Тез. Всесоюзн. конф. "Физиология и биохимия медаагорных процессов". М., 1990, с. 309.

15. Шопотов И.К.. Федин А.Н., Кривченко А.И. Ответы гладкой шщы трахеи крысы на ацетилхолия и электрическую стимуляцию. Фи-ЗИОЛ. ж. СССР, 1991, т. 77, W3. с. 135-139.

16. Сергеев B.C., Федин А.Н., Федосеев .Г.Б, Влияние сенсибилизации на электрическую активность нижних дыхательных путей крысы. Бюлл. экспер. биол. мед. 1991, N3, с. 297-299.

17 Сергеев B.C., Федотов A.A., Синицина Т.И., Федин А.Н. Лечение больных бронхиальной астмой продигиозаном. Клинико-физиологи-ческие аспекты. Ж. Советская мед. 1991, Н7. с.47-48.

18. Сергеев B.C., Федин А.Н., Шопотов И.К. Влияние ацетилхоли-на на реактивность гладкомкшечной стенки трахеи. Сб. "Актуальные проблемы пульмонологии". 1991, Л.. Наука.'с.73-74.

19. Шопотов И.К.. Кухта Е.Е.. Федин А.Н.. Ноздрачев А.Д., Кривченко А.И. Электрическая активность дорсальной стснки трахеи крысы. Я. Эвол. биохим. физиол. 1992, т. 28, N1, с. 25-29.

20.. Хавинсон В.X., Кожемякин А.Л., Федин А.Н., Фомичев С.Н. Релаксирующее действие олигогоптидов, выделенных из слизистой трахеи и легочной паренхимы на гладкую мускулатуру изолированной трахеи крыс. Бюлл. экспер. биол. мед. 1992, И5. с. 483-486.

21. Рыбакова Г.И.. Федин А.Н., Пушкарев Ю.П: Изменение ответов гладкой мышцы трахеи крысы на трансмуральную стимуляцию на фоне адренергаческих препаратов. Материалы конф. "Механизмы регуляции Физиологических функций". С-Пб. 1992, с.59-60.

22. Васильева 0.В.. Кривченко А.И., Федин А.Н., Шопотов И.К. Сравнительная характеристика действия биологически активных веществ на гладкую мышцу трахеи. Материалы конф. "Механизмы регуляции физиологических функций". С-Пб, 1092, с.36-37.

23. Шопотов И.К.. Федин А.Н.. Кривченко А.И. Сравнительное действие холинергических веществ на шейную и грудную части трахеи крысы. Ж. эвол. биохим. физиол. 1993, т. 29. N4, с. 355-361.

24. Федин А.Н..Сухова Г.К.,Ноздрачев А.Д..Пушкарев Ю.П. О некоторых механизмах участия верхних и нижних дыхательных путей в саморегуляции дыхания. Сб."Пути оптимизации функции дыхания при нагрузках, патологии и в экстремальных состояниях. Тверь, 1993, с. 129 129-133.

25. Федин А.Н.. Ноздрачев А.Д.. Сергеев B.C.. Федосеев Г.Б. Значение метасимпатическнх нейронов в развитии аллергического состояния дыхательных путей. Физиол. ж. им.И.М.Сеченова. 1993, т. 79, N3, с. 109-115.

26. ФединА.Н.. Ноздрачев А.Д.. Рыбакова Г.И., Пушкарев Ю.П. Действие адренергических веществ на гладкую мышцу трахеи крысы. Физиол. я. им.И.М.Сеченова, 1993. т.79. N11. с,58-62.

27. Ноздрачев А.Д.. Федин А.Н.. Самойлова Л.А.. Степанова Т.П., Погорелов А.Г. Характеристика внешних входов в функциональные модули метасимпзтической нервной системы. Тез. ХШ съезда физиологов России. Пущяно, 1993 г. Успехи физиол. наук. 1994, т. 25. НЗ, с. 126.

28. Федин А. Н. Мегасимпатическая регуляция гладкой мышцы дыхательных путей. Тез. ХШ съезда физиологов России. Пущино. 1993. Успехи физиол. наук, 1994. т.25. N3. с.ЮО.

29. Федин А.Н. Механизмы ритмических движений гладкоиышечной стенки трахеи при дыхании. Физиол. ж. им.И.М.Сеченова. 1994, Т. 80, N4. с. 46-51.

30. Федин А.Н., Ноздрачев А.Д. Ритмическая активность нейронов трахеального сплетения. Доклада АН. 1994, т. 339, N3, с. 413-416.

31. Ноздрачев А.Д.. Погорелов А.Г.. Сабанов В.е., Самойлова Л. А.. Степанова Т.П.. Скопичев В.Г., ФединА.Н.. Чернышева М. П. Некоторые метасимпатические механизмы поддержания постоянства устойчивости внутренней среды организма.//Физиол. ж. им.И.М.Сеченова. 1994, т. 80. N9, 2-12.

Ът. ВнииМч, 3<?f- /f/. Т. ЮО. Ч/)7-9fi.

-И-

подвижности жгутиков находились по оценкам сглаженных окном Тьюки (Дженкинс, Ватте, 1971,1972) функций спектральной плотности экспериментальных записей (Бендат, Пирсол, 1989). Ширина окна подбиралась посредством процедуры его стягивания.

Кооперативная активность жгутиков в различных участках обонятельного эпителия, в фоновом режиме и в присутствии запаховых веществ, исследовалась по пространственно-временным картинам дисперсий и параметров оценок автоспектров, функций когерентности и фазовых спектров экспериментальных записей. Их статистическая оценка производилась с помощью дисперсионного анализа с применением F-критерия Фишера. Качественный анализ поведения жгутиков осуществлялся по картинам упрощенных реконструкций кооперативной активности жгутиков, построенных на основе параметров спектральных оценок. Корреляционные размерности аттракторов подвижных жгутиков вычислялись с помощью процедуры Грассбергера-Проккаччиа (Grassberger, Procaccia, 1983). Качественная оценка динамики поведения обонятельных жгутиков проводилась по отображениям.Пуанкаре (Cole, 1991).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДВИЖНОСТИ ОБОНЯТЕЛЬНЫХ ЖГУТИКОВ

Подвижность одиночных обонятельных жгутиков. Обонятельные жгутики земноводных по своим морфофункциональным особенностям разделяются на несколько групп (Бронштейн, 1964,1973,1977; Mair et al., 1982). Исходя

из визуальных наблюдений с помощью телевизионной микроскопии, жгутики обонятельных нейрорецепторов серой жабы также могут быть выделены по подвижности, на подвижные и неподвижные, и по длине, на короткие (20-30 мкм) и длинные (до 80 мкм).

В данном исследовании, при регистрации подвижности обонятельных жгутиков, за одно колебание принималось движение жгутика из одной точки пространства в другую в каком-либо одном направлении. На экспериментальных записях, такому перемещению жгутика соответствует единичный пик. Длительность пиков пропорциональна скорости движения жгутика, с которой он пересекает участок регистрации, а амплитуда пиков отражает изменение положения жгутика в трехмерном пространстве.

Двигательная активность одиночных жгутиков исследовалась по экспериментальным записям подвижности 10 коротких и 10 длинных жгутиков. Примеры участков таких записей показаны на рис.2,а,Ь(слева). Распределения временных интервалов нахождения жгутика в подвижном и неподвижном состояниях и между колебаниями жгутиков имеют экспоненциальный характер. Значения показателя экспоненты находились с помощью регрессионного анализа. Частотные гистограммы для различных жгутиков строились по выборкам из 200-300 межпиковых интервалов. Графики зависимостей значений степени при экспоненте (А.) от размаха выборок межпиковых интервалов для различных по длине и по временным параметрам жгутиков представлены на рис.3, слева для фонового режима, справа в присутствии одорантов. Обе зависимости имеют почти одинаковый наклон, что

Время, с

1 10 Частота, Гц

1 10

Частота, Гц

Время, с

0.1 1 Частота, Гц

Рис.2. Примеры экспериментальных записей подвижности коротких (а) и длинных (Ь) обонятельных жгутиков, а также кооперативной активности жгутиков в одной из точек обонятельного эпителия (с). Соответствующие им функции спектральной плотности представлены справа. На всех рисунках по оси ординат относительные единицы.

Рис.З. Зависимость полученных с помощью регрессионного анализа значений степени при экспоненте X в пуассоновском законе распределения от размаха выборок временных интервалов между колебаниями коротких (•) и длинных (Ф) жгутиков в фоновом режиме (а) и в присутствии одорантов (Ь). Обе зависимости имеют почти одинаковый наклон: для фонового режима 0.96, при запаховой стимуляции 1.02. На обоих графиках отмечены некоторые из значений X для одних и тех же коротких (*,**) и длинных (+,++) жгутиков в различных режимах.

свидетельствует о том, что при слабой обонятельной стимуляции характер подвижности жгутиков не изменяется.

о и

Спектральный анализ экспериментальных записеи двигательной активности жгутиков различной длины показал, что в соответствующих функциях спектральной плотности можно выделить три или более пика, занимающих полосу частот от 0 до 12 Гц. Обычно эти пики довольно широки и как правило перекрывают друг друга, что затрудняет интерпретацию исследуемых спектральных оценок. Характеристики пиков для коротких и длинных жгутиков лежат приблизительно в одинаковых пределах : первый пик - О 4-4 Гц, второй пик - 1-г8 Гц, третий пик - 2-И2 Гц.

Исследование кооперативной активности обонятельных жгутиков в фоновом режиме. Кооперативная активность жгутиков регистрировалась с помощью восьми электронных прицелов, размещенных по контуру препарата в непосредственной близости друг от друга. При рассмотрении экспериментальных записей фоновой кооперативной активности жгутиков в различных эпителиальных участках (рис.2,с), можно заметить, что сигнал совместной подвижности жгутиков состоит из смеси нескольких компонент. Низкочастотная компонента лежит в диапазоне частот от 0.18 до 0.41 Гц. Помимо нее, в записях кооперативной активности жгутиков присутствуют компоненты по частоте в 3-6 раз выше.

Функции когерентности двигательной активности жгутиков в соседних точках обонятельного эпителия имеют как правило один или несколько пиков. Для анализа выбирались только те пики, которые лежат в полосе частот от 0.15 до 1.5 Гц, т.е. в диапазоне, в котором сосредоточена основная часть

мощности автоспектров подвижности жгутиков. По совокупным спектральным оценкам получались упрощенные реконструкции фоновой кооперативной активности жгутиков, для чего осуществлялось построение гипсометрических карт рельефа поверхностей образованных синусоидами

/Ф) = IУ^афя • к • /(у,. + ф(у )) ,

/7=1

где к - дискретные значения времени, у; п - величина максимума п-го пика функции когерентности между ¡-й и г+1-й соседними точками обонятельного эпителия, /{у\ п) - значение частоты на которой находится п-й максимум функции когерентности, ф(у^п) - фазовый сдвиг в записях подвижности жгутиков в соседних эпителиальных точках на частоте /{Л п)- всех

исследованных участках обонятельного эпителия упрощенные реконструкции символически отображающие фоновую кооперативную активность жгутиков имеют сложный и нерегулярный характер (рис.4,а).

ИССЛЕДОВАНИЕ КООПЕРАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ ОБОНЯТЕЛЬНЫХ ЖГУТИКОВ В ПРИСУТСТВИИ

ОДОРАНТОВ

Для анализа кооперативной активности жгутиков в присутствии одорантов выбирались 4 участка экспериментальных записей: до внесения запахового стимула (контрольная точка), и через 0.5, 1.5 и 3 мин после воздействия. Статистический анализ вариаций спектральных и дисперсионных оценок показал, что при низких концентрациях запаховых веществ наблюдаются определенные тенденции

II лг

II ■ чи

1.6

НУ

НГ Ак •

- > в

3.2 4.8

Время, с

6.4

6-7

5-6 К

4-5 а

3-4 н

2-3 п

1-2 ы

0-1

Время, с

Рис.4. Реконструкции кооперативной активности жгутиков на основе оценок функций когерентности и фазовых спектров в фоновом режиме (а) и в присутствии бутанола через 0.5 мин после воздействия (Ь).

изменений параметров подвижности жгутиков. При воздействии бутанола происходит статистически достоверное (р<0.05) повышение уровня двигательной активности жгутиков, что проявляется в увеличении значений максимумов первых пиков спектров мощности. Напротив, в присутствии изоамилового спирта аналогичные вариации спектральных оценок статистически недостоверны. Повышение уровня активности жгутиков при воздействии бутанола в ряде случаев характеризуется не только увеличением частотных параметров первых пиков спектров мощности записей совместной подвижности жгутиков, но и проявлением высокочастотной компоненты. Увеличение числа дополнительных пиков как правило кратковременно, через 3 мин после воздействия запахового стимула количество высокочастных пиков становится сопоставимо с фоном.

Воздействие высоких концентраций одорантов (1:1, 1:0) сопровождается кратковременным повышением

кооперативной активности жгутиков с последующим постепенным снижением активности ниже уровня фона. Снижению двигательной активности жгутиков на спектральных оценках соответствует уменьшение значений частот максимумов главных пиков и подавление высокочастотной компоненты, до полного ее исчезновения.

Большинство картин реконструкций активности жгутиков в присутствии одорантов как и в фоновом режиме остаются нерегулярными. Только в ряде случаев, в различных участках обонятельного эпителия при разных концентрациях бутанола, обонятельная стимуляция приводила к временному возникновению локальных регулярностей на картинах

реконструкций кооперативной активности жгутиков (рис.4,Ь). Однако общая структура реконструируемых картин при этом оставалась достаточно сложной.

АНАЛИЗ ПОДВИЖНОСТИ ОБОНЯТЕЛЬНЫХ ЖГУТИКОВ В ФАЗОВОМ ПРОСТРАНСТВЕ

В последнее время, в многочисленных работах было показано, что некоторые нелинейные динамические системы, в том числе биологические, будучи вполне детерминированными могут демонстрировать очень сходное со случайным поведение и иметь соответствующие статистические характеристики. Такие системы называются детерминированно хаотичными. В настоящее время применяются несколько способов идентификации хаотичных систем по экспериментальным данным. К ним относятся статистические и спектральные оценки, подвижность обонятельных жгутиков с этих позиций была рассмотрена ранее, и анализ в фазовом пространстве, который включает в себя построение отображений Пуанкаре и вычисление числовых характеристик регулярности и геометрии движения фазовых траекторий.

Для построения отображений Пуанкаре по записям подвижности одиночных жгутиков реконструировались фазовые траектории в трехмерном пространстве в системе координат с запаздыванием (рис.5,а). Затем находились точки пересечения фазовых траекторий и трансверсально секущей их плоскости. Отображение Пункаре, это график последовательных значений точек сечения относительно друг друга. Отображения Пуанкаре записей подвижности

Рис.5. Аттрактор реконструированный по

экспериментальной записи подвижности одиночного жгутика (а), X - исходный временной ряд, У=Х+/, Z=X+2/, где / время задержки, принималось равным периоду дискретизации сигнала. Пересечения фазовых траекторий и показанной плоскости дают точки, которые используются при построении отображений Пуанкаре (Ь). Точки сечений откладываются в относительном масштабе, так что максимальное значение принято за единицу. Х(п) и Х(п + 1) последовательные значения точек сечений.

одиночных жгутиков различной длины имеют характерную гиперболическую форму (рис .5,Ь). Корреляционные размерности аттракторов подвижных обонятельных жгутиков имеют нецелочисленные и конечные значения, для коротких жгутиков размерность равна 3.73+0.55 (среднее значение размерности+ошибка среднего, п=10), для длинных жгутиков - 3.44+0.47, что также говорит о возможной детерминированности исследуемой экспериментальной системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенных исследований можно заключить следующее:

1. Подвижность одиночных обонятельных жгутиков земноводных с различными морфофункциональными характеристиками можно рассматривать как случайный пуассоновский процесс. Однако, исследование двигательной активности жгутиков в фазовом пространстве и применение методов нелинейной динамики позволяют предположить возможную детерминированность этих процессов.

2. Длина обонятельных жгутиков не является основным фактором определяющим параметры их двигательной активности.

3. Присутствие низких, соизмеримых с физиологическими, концентраций запаховых веществ характера подвижности одиночных обонятельных жгутиков не изменяет.

4. Построенные на основе оценок функций когерентности и фазовых спектров упрощенные реконструкции подвижности обонятельных жгутиков в достаточной степени адекватно

отражают их поведение в данном участке обонятельного эпителия. Пространственно-временные паттерны фоновой кооперативной активности жгутиков во всех исследованных эпителиальных участках имеют сложный и нерегулярный характер.

5. Реакция обонятельных нейрорецепторов на запаховые стимулы может отражаться в подвижности жгутиков и сопровождается возникновением локальных регулярностей в пространственно-временных картинах их кооперативной активности.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Трущенков В.Г. Жгутики клеток обонятельного эпителия -нелинейные динамические системы // Научно-практическая конференция "Здоровье и болезни человека на Дальнем Востоке". Тезисы докладов. Владивосток, 1993. - С.1.

2. Трущенков В.Г. Жгутики клеток обонятельного эпителия, как нелинейные динамические системы. Взаимодействие с одорантами // Научно-практическая конференция "Здоровье и болезни человека на Дальнем Востоке". Тезисы докладов. Владивосток, 1993. - С.21.

3. Трущенков В.Г. Регистрация и анализ подвижности жгутиков нейрорецепторных клеток обонятельного эпителия / / Научно-практическая конференция "Компьютерная техника и программное обеспечение в медицине". Тезисы докладов. Днепропетровск, 1993. - С.68-69.

4. Трущенков В. Г. Жгутики нейрорецепторных клеток обонятельного эпителия верхних дыхательных путей и их подвижность в процессах обонятельного восприятия / / Научно-практическая конференция "Экологические аспекты

Информация о работе

Федин, Анатолий Николаевич
доктора биологических наук
Санкт-Петербург, 1995
ВАК 03.00.13

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему Трахеобронхиальные ганглии и их роль в управлении гладкомышечной тканью ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Трахеобронхиальные ганглии и их роль в управлении гладкомышечной тканью"

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Трахеобронхиальные ганглии и их роль в управлении гладкомышечной тканью
ВАК РФ 03.00.13, Физиология