Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние медиаторов воспаления на кратковременную пластичность в нервно-мышечном синапсе

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние медиаторов воспаления на кратковременную пластичность в нервно-мышечном синапсе"

РГб од

2 7 ОКТ 1998

На правах рукописи

Хабибуллина Наиля Камильевна

ВЛИЯНИЕ МЕДИАТОРОВ ВОСПАЛЕНИЯ НА КРАТКОВРЕМЕННУЮ ПЛАСТИЧНОСТЬ В НЕРВНО-МЫШЕЧНОМ СИНАПСЕ

13.00.03 - физиология человека и животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

КАЗАНЬ 1998

Работа выполнена на кафедре нормальной физиологии Казанского государственного медицинского Университета.

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор Гиниатуллин P.A.

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Полетаев Г.И.

доктор биологических наук, профессор Гайнутдинов X.J1.

Ведущая организация - Московский государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Защита состоится " Ю " 1998г. в ^часов

на заседании диссертационного Сбвета К 113.19.02 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13. - физиология человека и животных при Казанском государственном педагогическом Университете по адресу: 420021, г.Казань, ул. Межлаука, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного педагогического Университета по адресу: Казань, ул. Межлаука, 1.

Автореферат разослан " /Р 1998г.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат биологических наук,

профессор И.Ш.Макалеев

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Одной из актуальных проблем современной нейрофизиологии является изучение модуляции синаптической передачи фармакологическими агентами и физиологически активными веществами. Особый интерес среди возможных модуляторов синаптической передачи представляют эндогенные вещества, способные достигать синаптического аппарата in vivo. Среди них могут бьггь медиаторы воспаления, такие как гистамин, серотонин и брадикинин, концентрация которых возрастает при воспалительных и аллергических состояниях [Зайко, 1994]. Наибольший интерес может представлять действие этих медиаторов воспаления на проведение серий импульсов, близких двигательной команде мотонейрона. При передаче ритмической серии импульсов проявляются признаки кратковременного изменения функциональных свойств постсинаптической мембраны в виде снижения (десенситизация) или повышения (постсинаптическая потенциация) чувствительности постсинаптических рецепторов к медиатору [Гиниатуллин и др., 1986; Magazanik, Nikolsky, Giniatullin, 1984; Scuka, Mozrzymas, 1992]. -Кроме того, описаны пресинаптические формы кратковременной пластичности, проявляющиеся в условиях ритмической активности как в увеличении (облегчение и потенциация) и снижении (депрессия) синаптических сигналов [Zucker, 1989].

Предыдущими исследованиями было показано, что гистамин способен угнетать одиночные синаптические сигналы [Ariyoshi et al., 19S5; Scuka, 1971]. Однако, механизм депрессивного действия этого агента на нервно-мышечную передачу остается невыясненным. По некоторым данным [Scuka, 1973], основной мишенью для действия гистамина служит пресинаптическая мембрана, а основным проявлением - снижение вызванной секреции ацетилхолина из нервного окончания. С другой стороны, есть данные и о том, что гистамин способен взаимодействовать с рецепторно-канальным комплексом постсинаптической мембраны, проявляя зависимый от предшествующей активности (use-dependent) эффект (Ariyoshi et al., 1985]. Однако, и в этом случае не ясно, какой из зависимых от предшествующей активности - каналоблокирующий или ускоряющий десенситизацию эффект проявляет это соединение.

В отношении действия серотонина на синаптический аппарат данные литературы противоречивы. Имеются данные о постсинаптическом действии серотонина, который заключается, по данным авторов [Акаш Л а1., 1981], во взаимодействии с активным центром холинорецептора. С другой стороны предполагается, что серотонин через собственные рецепторы на постсинаптической мембране способен менять потенциалозависимость взаимодействия ацетилхолина с холинорецепторным комплексом [Магазаник и др., 1976]. Есть данные как об облегчающем пресинаптическом эффекте этого агента [Полетаев, 1974], так и об угнетающем влиянии серотонина на синаптическую передачу в скелетной мышце (Оалуеска, Ко&о\У51и, 1966].

Брадикинин обладает выраженным эффектом на многие нервные клетки вызывая, в основном, увеличение концентрации инозитолтрифосфата {КШег, 1987] и повышение уровня внутриклеточного кальция [АИЫко е1 а!., 1990]. Однако данные о влиянии брадикинина на нервно-мышечный синапс в литературе отсутствуют, хотя известно, что в культуре нейронов, образовавших синапс с мышечными волокнами, брадикинин угнетает секрецию трансмиттера [МиепЬегв ег а1., 1983].

Таким образом, механизмы влияния физиологически активных соединений, появляющихся при воспалительных и аллергических заболеваниях на кратковременную пре- и постсинаптическую пластичность в нервно-мышечном синапсе остаются малоизученными. Изучение механизмов действия биологически активных соединений на синаптический аппарат находится в рамках традиционного научного направления Казанской физиологической школы - изучения регуляции и саморегуляции синаптической функции.

Цели и задачи исследования. Целью настоящего исследования было изучение влияния медиаторов воспаления на кратковременную пре- и постсинаптическую пластичность, проявляющуюся в условиях ритмической активности в нервно-мышечном синапсе. В соответствии с этой целью были сформулированы следующие задачи: 1. Выяснить влияние гистамина на параметры синаптических токов при физиологическом уровне квантового выброса медиатора в условиях одиночного и ритмического раздражения.

2. Изучить влияние гистамина на скорость спонтанной секреции трансмиттера из двигательного нервного окончания.

3. Исследовать возможность действия эндогенного гистамина, выделяемого при дегрануляции тучных клеток у сенсибилизированных животных на параметры синаптических токов.

4. Изучить влияние брадикинина на проведение одиночных сигналов и ритмических серий импульсов через нервно-мышечный синапс.

5. Исследовать механизмы действия серотонина на проведение серий токов концевой пластинки и рецепторно-канальный комплекс постсинаптической мембраны.

Положения, выносимые на защиту:

1. Экзогенный гистамин вызывает депрессию амплитуд многоквантовых и миниатюрных токов концевой пластинки и увеличение частоты последних, тогда как моделирование ситуации выделения эндогенного гистамина из тучных клеток сенсибилизированных животных введением разрешающей дозы антигена не приводит к снижению амплитуды миниатюрных токов, но вызывает учащение спонтанных сигналов.

2. Медиаторы воспаления брадикинин и серотонин вызывают частотно-зависимую депрессию многоквантовых токов концевой пластинки, в основе которой лежат пресинаптическая десинхронизация секреции и блок открытых ионных каналов постсинаптической мембраны.

Научная новизна. Новизна настоящего исследования заключается в том, что выяснены основные механизмы действия медиаторов воспаления гистамина, брадикинина и серотонина на проведение ритмических серий импульсов через нервно-мышечное соединение. Показана способность гистамина угнетать вызванную секрецию трансмиттера и снижать чувствительность постсинаптической мембраны к ацетилхолину. В синапсах морской свинки впервые выявлена способность гистамина вызывать преходящее повышение частоты миниатюрных токов концевой пластинки. Установлена способность серотонина блокировать ионные каналы холинорецептора в открытом состоянии и вызывать зависимый от предшествующей активности депрессорный эффект на проведение ритмических серий импульсов. Показана способность серотонина

усиливать постсинаптическую потенциацию при парной стимуляции двигательного нерва. Впервые исследован эффект брадикинина на нервно-мышечный синапс и установлено, что в основе его угнетающего влияния на проведение высокочастотных ритмических серий импульсов лежит нарастающая асинхронность секреции трансмиттера. Этот факт является первым описанием действия физиологически активного вещества через данный механизм модуляции синаптической передачи.

Научно-практическая ценность. Полученные результаты позволяют приблизиться к пониманию процессов, происходящих на пре- н постсииаптической мембране нервно-мышечного синапса при воспалительных и аллергических заболеваниях, сопровождающихся появлением медиаторов воспаления в синаптической щели. Наши данные свидетельствуют о том, что медиаторы воспаления гистамин, брадикинин и серотонин обладают общим свойством угнетать нервно-мышечную передачу, что может лежать в основе мышечной слабости, наблюдаемой при этих состояниях. Важно подчеркнуть, что угнетающее действие исследованных медиаторов воспаления является аддитивным, реализуемым за счет разных пре- и постсинаптических механизмов, таких как блокирование постсинаптических рецепторов, каналоблокирующий эффект, снижение вызванной секреции и усиление асинхронности секреции трансмиттера из нервных окончаний. Полученные данные вскрывают новые мишени для действия биологически активных соединений в нервно-мышечном синапсе.

Апробация работы. Основные результаты доложены на Всероссийской конференции "Растущий организм, адаптация к возрастающей физической нагрузке" (Казань, 1996), на 9 Международном симпозиуме по холинергическим механизмам (Майнц, Германия, 1995), на конференции молодых ученых по холинергическим и пуринергическим механизмам (Казань, 1997), на Международной конференции по нейропатологии (С-Моритц, Швецария, 1998), на заседаниях кафедры нормальной физиологии КГМУ (1997).

Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 125 страниц состо ит из введения, обзора литературы, описания методики

исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Список цитируемой литературы включает 217 источников, из них 151 иностранных авторов. Диссертация иллюстрирована 22 рисунками.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования был нервно-мышечный препарат седалищный нерв - портняжная мышца лягушек Rana Ridibunda и Rana Temporaria и диафрагмальная мышца морской свинки. Для предотвращения мышечных сокращений во время регистрации сигналов и сохранения высокого уровня квантового освобождения медиатора, мышечные волокна поперечно рассекали [Волкова и др., 1975]. Ванночка, в которой размещался нервно-мышечный препарат, имела рабочую емкость 2 мл. В течение эксперимента через ванночку непрерывно протекал раствор Рингера для холоднокровных, содержащий (в ммоль/л): NaCl - 115,0; КС1 - 2,5; СаС12 - 1,8; Na2HC03 - .11,0. Для теплокровных использовали раствор Рингера-Локка следующего состава (в ммоль/л): NaCl - 137,0; КС1 - 5,0; СаС12 - 2,0; MgCl2 - 1,0; NaHC03 - 11,0; NaH2P04 - 1,0; глюкоза - 11,0 (Liley, 1956). В течение 40-50 минут до начала и во время эксперимента раствор аэрировали газовой смесью, состоящей из 95% кислорода и 5% углекислого газа. рН растворов поддерживали на уровне 7,2-7,4. Для ингибирования ацетилхолинэстеразы (АХЭ) использовали обратимый ингибитор прозерин (Serva, США) в концентрации 3-10"6 моль/л. Прозерин находился в проточном растворе в ходе всего опыта. Эксперименты проводили при температуре 20±2°С для холоднокровных и 30±1°С для теплокровных животных. Токи концевой пластинки (ТКП) и миниатюрные токи (МТКП) отводили в условиях двухэлектродной фиксации потенциала. Регистрацию потенциалов действия нервного окончания (ПДНО) и экстраклеточных токов концевой пластинки осуществляли с помощью внеклеточных микроэлектродов. Накопление и усреднение синаптических сигналов производили при помощи персонального компьютера с периодом опроса 20-60 мкс на точку. Расчет параметров и характера спада МТКП и многоквантовых ТКП производили при помощи оригинальных компьютерных программ

(автор Т.В. Лайков). Достоверность различий оценивали по критерию (О Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЕ ГИСТАМИНА НА ТОКИ КОНЦЕВОЙ ПЛАСТИНКИ Эффекты гистамина при редкой стимуляции

В первой серии экспериментов исследовали эффекты экзогенного гистамина на параметры многоквантовых ТКП при активной и ингибированной АХЭ. В контрольных экспериментах при потенциале фиксации -40 мВ средняя амплитуда многоквантовых ТКП, вызванных редкой (0,03 Гц) стимуляцией двигательного нерва составила 119,0+1,9 нА (п=5 синапсов). Постоянная времени спада ТКП (тткп) равнялась 1,35±0,34 мс (п=5). Введение гистамина в концентрации 10"4 моль/л незначительно снижало амплитуду и длительность спада ТКП. При действии гистамина в концентрации Ю"3 моль/л амплитуда ТКП уменьшилась до 84,8±21,0 нА (п=5; Р<0,05). Для выяснения возможности взаимодействия гистамина с открытым ионным каналом постсинагггической мембраны изучали действие гистамина на временной ход ТКП. Однако длительность спада ТКП при действии гистамина (10"4 -10"3 моль/л) достоверно не изменялась, что свидетельствует против каналоблокирующего эффекта данного агента. Другим механизмом постсинаптического угнетающего действия гистамина могло быть ускорение развития десенситизации постсинаптической мембраны к медиатору ацетилхолину. В этом случае вещество должно сильнее угнетать амплитуду ТКП в условиях ингибированной АХЭ. Однако в наших экспериментах в присутствии ингибитора АХЭ прозерина (3-10"6 моль/л) степень депрессии амплитуды токов концевой пластинки после введения гистамина совпадала как при активной, так и при ингибированной АХЭ (79% и 78%, соответственно).

Влияние гистамина на ТКП при высокочастотной стимуляции

В данной серии экспериментов изучали влияние гистамина на динамику ТКП при ритмической стимуляции двигательного нерва с частотой, варьирующей от 1 до 140 Гц на фоне активной и ингибированной АХЭ. В контрольных экспериментах при активной АХЭ наблюдалось первоначальное небольшое возрастание и последующее снижение амплитуды ТКП в ритмическом ряду при частоте стимуляции более 10 Гц. Амплитуда 20-го тока в ритмическом ряду по сравнению с амплитудой максимального ТКП, принятой за 100%, составила при частоте стимуляции 1 Гц-86%; 10 Гц-84%; 30 Гц-86%; 60 Гц-83%; 100 Гц-76%; 140 Гц-72%. Введение гистамина в концентрации 10"3 моль/л вызывало снижение амплитуды как первого, так и последующих токов. Явление депрессии ТКП к концу пачки не только не усиливалось, что следовало ожидать при развитии десенситизации, а, наоборот, ослабевало. Так, амплитуда 20-го тока в ритмическом ряду составила по отношению к амплитуде максимального тока при частоте стимуляции 1 Гц-89%; 10 Гц-83%; 30 Гц-87%; 60 Гц-87%; 100 Гц-82%; 140 Гц-78%. Кроме изменений амплитуды ТКП при ритмической активности в контрольных экспериментах наблюдали увеличение времени роста синаптических токов, что связано с усиливающейся асинхронностью секреции квантов ацетилхолина [СниашШн е! а!., 1993). Этот эффект был частотно-зависимым, усиливаясь при повышении частоты стимуляции от 1 до 100 Гц. Угнетающий амплитуду ТКП эффект гистамина мог быть связан с усилением асинхронности секреции квантов ацетилхолина. Однако время роста первого ТКП в присутствии гистамина достоверно не отличалось от значений этого показателя в контроле (0,37+0,03 в присутствии гистамина против 0,37±0,02 в контроле), а при повышении частоты стимуляции степень увеличения времени роста была одинакова в контроле и в присутствии гистамина.

В условиях ингибированной АХЭ гистамин в концентрации 10"4 моль/л снижал депрессию ТКП при стимуляции с частотой 10 Гц. Амплитуда 20-го тока при этом составила 93,4+2,8% (п=8; Р<0,25). При действии гистамина в концентрации 10"3 моль/л этот показатель снизился до 101,5+4,9% (п=4; Р<0,25). Полученные данные свидетельствуют против

предположения о десенситизирующем действии этого биогенного соединения.

Помимо десенситизации, другой формой кратковременной постсинаптической пластичности является постсинаптическая потенциация, проявляемая в виде замедления спада второго ТКП при парной стимуляции двигательного нерва |Ма£а7ашк, е1 а1., 1984]. В контрольных экспериментах при активной АХЭ постсинаптическая потенциация составила 107,6±3,6 % (п=5). Через 20 минут после введения гистамина в концентрации 10"3 моль/л потенциация в этих же синапсах составила 106,0+4,0 % (п=5; Р>0,05), то есть достоверно не отличалась от контрольных значений. Более выражены проявления постсинаптической потенциации при ингибированной АХЭ. Действительно, при ингибированной АХЭ постсинаптическая потенциация в контроле была 118,5±2,5% (н=11). Однако и при активной АХЭ после действия гистамина (10"3 моль/л) эта форма постсинаптичской пластичности не изменялась, составляя 121,0±2,8% (и=11; Р>0,05).

Влияние гистамина на денервированные мышцы

В зрелой иннервированной мышце экзогенный гистамин не влиял на мембранный потенциал покоя ни в одной из использованных (10"5-10" 3 моль/л) концентраций. Однако в наших экспериментах, проведенных на денервированной портняжной мышце лягушки были получены данные, свидетельствующие о способности скелетной мышцы экспрессировать ионотропные гистаминовые рецепторы. Так, через две недели после полной перерезки седалищного нерва, мышечные волокна сохраняли свой потенциал покоя на уровне -72,6±2,7 мВ, но при введении гистамина в концентрации 10"3 моль/л происходила деполяризация мышечного волокна до уровня -43,9±1,7 мВ (п=21; Р<0,05), которая отмывалась при перфузии нормальным физиологическим раствором. Эти данные свидетельствовали о способности склетной мышцы экспрессировать синтез ионотропных рецепторов гистамина, который подавляется в зрелой мышце. Очевидно, что при денервационном синдроме, в дополнении к описанному выше взаимодействию гистамина непосредственно с холинорецептором постсинаптической мембраны, можно ожидать и более

сложных форм взаимодействия между холинергическими и гистаминергическими механизмами в скелетной мышце.

Влияние гистамина на функцию нервно-мышечного синапса у сенсибилизированных морских свинок

При исследовании возможной модулирующей роли гистамина особый интерес представляет та ситуация, когда эндогенный гистамин способен выделяться в самом синапсе или тканях, непосредственно контактирующих с ним и достигать пре- или постсинаптической мембраны синапса. Источником эндогенного гистамина могут быть тучные клетки, находящиеся в соединительной ткани скелетной мынгцы [Ко\упа121а, 1982].

При действии экзогенного гистамина в концентрации 10"4 моль/л в синапсе сенсибилизированной морской свинки происходило транзиторное увеличение частоты миниатюрных ТКП (МТКП) от 7,8±0,7 им/с (п=34) в контроле до 12,6+0,3 им/с (п=89) под влиянием гистамина в концентрации 10"4 моль/л, что было признаком пресинаптического действия этого агента. Увеличение частоты было преходящим, развивающемся на фоне постоянной концентрации гистамина в физиологическом растворе. Такой эффект мог быть объяснен быстрой десенситизацией пресинаптических гистаминовых рецепторов. Кроме изменения частоты происходило уменьшение амплитуды МТКП, что свидетельствало о постсинагггическом ингибиторном действии гистамина. Так в контроле средняя амплитуда МТКП составила 2,05+0,05 мВ (п=71), а после действия гистамина в указанной выше концентрации - 1,60±0,05 мВ (п=126; Р<0,05). Если такое увеличение частоты или депрессорный эффект на амплитуду МТКП развиваются и при действии эндогенного гистамина, то снижения амплитуды МТКП следовало ожидать при введении низких разрешающих доз антигена за счет мобилизации гистамина из дегранулированных тучных клеток.

Однако при введении разрешающей дозы антигена в виде сывороточного альбумина в концентрации 500 мкг/мл, достаточной, чтобы вызвать сокращение денервированной мышцы [Эеууагаеу е1 а1., 1995], амплитуда МТКП в наших экспериментах достоверно не изменилась. Так этот параметр составил 1,95+0,05 нА (и=67) в контроле и

1,80+0,05 нА (п=97; Р<0,05) после введения альбумина. Однако при действии антигена происходило увеличение частоты МТКП, хотя и менее выраженное, чем в контроле. Частота миниатюрных токов возрастала по сравнению с контролем до 9,2+0,58 (п=64; Р<0,05).

Таким образом, полученные нами данные свидетельствуют о том, что гистамин способен оказывать как пресинаптическое, так и постсинаптическое модулирующее влияние в нервно-мышечном синапсе. Пресинаптический эффект заключается в снижении вызванной квантовой секреции и снижении депрессии в условиях ритмической активности без существенных изменений в синхронности процесса секреции медиатора. Постсинаптический эффект заключается в уменьшении чувствительности постсинаптической мембраны за счет конкуренции этого биогенного соединения с ацетилхолином за активный центр холинорецептора, тогда как каналоблокирующий и десенситизирующий эффекты не играют существенной роли в механизме действия гистамина на постсинаптическую мембрану.

ВЛИЯНИЕ БРАДИКИНИНА НА ПРОВЕДЕНИЕ ОДИНОЧНЫХ И РИТМИЧЕСКИХ СЕРИЙ ИМПУЛЬСОВ ЧЕРЕЗ НЕРВНО-МЫШЕЧНЫЙ СИНАПС

Влияние брадикинина на токи концевой пластинки в условиях редкой

стимуляции

В первой серии экспериментов по исследованию модулирующих свойств брадикинина в условиях редкой (0,03 Гц) стимуляции двигательного нерва изучали влияние этого агента на амплитуду, длительность спада и время роста ТКП. В контрольных экспериментах при потенциале фиксации -40 мВ средняя амплитуда многоквантовых ТКП составила 146,5+12,8 нА (п=8 синапсов). Введение брадикинина в концентрации 10"6-10"5 моль/л не вызывало достоверных изменений амплитуды ТКП. Через 20 мин действия пептида в концентрации 10"5 моль/л амплитуда ТКП составила 115,8±19,3 нА (п=8, Р>0,05). Кроме того, брадикинин не менял и постоянную времени спада (т^кп) и время

роста ТКП. В контроле эти параметры составили: = 1,27+0,12 мс (п=8; Р>0,05), а время роста 0,42+0,01 мс (п=8; Р>0,05). После действия брадикинина в концентрации 10"5 моль/л ъ^ равнялась 1,09+0,14 мс (п=8; Р>0,05), а время роста составило 0,41+0,02 мс (п=8; Р>0,05). Отсутствие влияния на амплитуду и постоянную времени спада (ттаг) многоквантовых ТКП свидетельствовало также об отсутствии таких постсинаптических эффектов как каналоблокирующий и десенситизирующий [СииашШп е1 а1., 1989; 1993; 1997].

Влияние брадикинина на токи концевой пластипки при высокочастотной

стимуляции

Наиболее интересные результаты были получены при исследовании влияния брадикинина на проведение ритмических серий импульсов. В контроле, при ритмической стимуляции короткими пачками импульсов с частотой 10-60 Гц, аналогичных двигательной команде мотонейрона, наблюдалось первоначальное возрастание амплитуды ТКП в результате пресинаптического облегчения, сменяемое затем медленно развивающейся депрессией. Эта депрессия существенно усиливалась в присутствии брадикинина. Так, в контроле амплитуда 20-го ТКП в ритмическом ряду по сравнению с амплитудой 1-го тока, принятой за 100%, составила при частоте стимуляции 60 Гц 109+1,0% (п=6), тогда как в присутствии брадикинина амплитуда 20-го тока уменьшилась до 86±2,0 % (п=7; Р<0,05). Ингибирование АХЭ прозерином не привело к усилению депрессии. Так в присутствии брадикинина в концентрации 10" 5 моль/л составила при частоте стимуляции 10 Гц 89,0+3,0% (п=9; Р>0,05) против 94,0±4,0% (п=10; Р>0,05) после ингибирования этого фермента. Полученные данные свидетельствовали о пресинаптической природе эффекта брадикинина.

Этот вывод подтвердился также тем, что депрессия сопровождалась увеличением времени роста многоквантовых ТКП в ритмическом ряду, что было наиболее заметно при частоте стимуляции 60 Гц. Этот эффект был слабо выражен в контроле, но достигал 18% (п=7; Р<0,05) в присутствии брадикинина.

Эффект увеличения времени роста ТКП был проанализирован с помощью метода деконволюции [Van der Kloot, 1988], что позволило оценить изменения такого параметра, как временной ход секреции ацетилхолина, который в присутствии брадикинина носил более замедленный характер, чем в контроле.

Таким образом, ведущим механизмом депрессии, вызванной брадикинином, является усиление асинхронности секреции квантов ацетилхолина. В основе влияния брадикинина на кинетику секреции квантов ацетилхолина лгжит, по-видимому, способность этого агента повышать концентрацию таких вторичных посредников, как диацилглицерол и инозитолтрифосфат [Miller, 1987]. Это, в свою очередь, должно приводить как к активации протеинкиназы С, так и к увеличению уровня внутриклеточного кальция [Akiliiko et al., 1990]. Эти внутриклеточные процессы могут менять кинетику сложного каскада реакций, определяющих временной ход секреции трансмиттера [Kelly, .1993].

Влияние брадикинина на постсинаптическую потенциацию

Для оценки развития постсинаптической потенциации анализировал изменения постоянной времени спада токов концевой пластинки при редкс (0,03 Гц) стимуляции.

Более точно оценить постсинаптическую потенциацию можно условиях парной стимуляции двигательного нерва.

В контрольных экспериментах при активной ацетилхолинэстеразе щ парной стимуляции двигательного нерва с интервалом 17 мс не происходш изменения длительности спада тока концевой пластинки. Постсшгаптическ; потенциация в контроле при потенциале фиксации -40 мВ, состава 104,8+8,7 % (п=6). Через 20 минут после введения брадикинина концентрации 10"5 моль/л потенциация в этих же синапсах составила 105,3+2 % (п=8; Р>0,05), то есть достоверно не отличалась от контрольных значений.

При ингибированной ацетилхолинэстеразе феномен замедления спа второго тока концевой пластинки в паре провляется наиболее ярко [Magazan et al., 1984]. Действительно, в условиях ингибированной прозеринс ацетилхолинэстеразы в наших экспериментах выраженное постсинаптической потенциации в контроле при парной стимуляции нерва

интервалом 100 мс была 118,0±2,2 % (п=9). Под действием брадикинина в концентрации 10*5 моль/л постсинаптическая потенциация в этих же синапсах усиливалась до 132,5±3,6 % (п=10; Р>0,05).

ВЛИЯНИЕ СЕРОТОНИИА НА ТОКИ КОНЦЕВОЙ ПЛАСТИНКИ Влияние серотонина на токи концевой пластинки при редкой стимуляции

В условиях редкой (0,03 Гц) стимуляции двигательного нерва серотонин в концентрации 10~5 моль/л существенно не влиял на амплитуду ТКП, которая составила 250+46 нА (п=8) до и 216,0±39,0 нА (и= 17) после действия этого агента. Кроме того, серотонин не менял и постоянную времени спада (хткп) ТКП. В контроле этот параметр составил: тткп = 1,48±0,17 мс (п=8), а после действия серотонина тхкп равнялась 1,6+0,23 мс (п=17; Р>0,05). Средняя амплитуда МТКП под действием серотонина также достоверно не изменялась (п=8; Р>0,05)..

Таким образом, серотонин не проявлял заметных пре- и постсинаптических эффектов в условиях минимальной активности нервно-мышечного аппарата.

Влияние серотонина на синхронность секреции и параметры потенциала действия нервного окончания

В условиях фиксации потенциала на постсинаптической мембране в присутствии серотонина в концентрации 10"5 моль/л значения времени роста ТКП достоверно не отличались от значений этого показателя в контроле. Они составили 100,8+1,2% (п=17) и 102,8±2,0% (п=14), соответственно, не изменялся достоверно и прирост времени роста синаптических токов при стимуляции с повышающейся частотой от 1 до 100 Гц. Эти данные свидетельствовали об отсутствии выраженных эффектов серотонина на пресинаптические процессы, контролирующие временной ход секреции трансмиттера. Однако для более точной оценки

такого механизма действия серотонина были проведены эксперименты с

внеклеточной регистрацией ПД нервного окончания и синаптических задержек одноквантовых ТКП [Katz, Miledi, 1966, Van der Kloot, 1988].

При внеклеточном отведении на пресинаптическом уровне серотонин в концентрации 10"5 моль/л не изменял параметры ПД нервного окончания. Так, амплитуда натриевого компонента ПД нервного окончания после действия серотонина была 0,112±0,02 мВ, что не отличалось от контрольного значения 0,111±0,02 мВ (п=6; Р>0,05).

Величина средней истинной синаптической задержки в контроле составила 1,14+0,12 мс, а в присутствии серотонина - 1,19±0,09 мс (п=6; Р>0,05), что также свидетельствовало об отсутствии влияния этого биогенного вещества на временной ход секреции трансмиттера.

Влияние серотонина на токи концевой пластинки при высокочастотной

стимуляции

Наиболее интересные результаты были получены при исследовании влияния серотонина на проведение ритмических серий импульсов. При активной АХЭ при частоте стимуляции 10 Гц в присутствии серотонина (10"5 моль/л) динамика амплитуд ТКП (депрессия до 92,4+2,2%) не отличалась от контрольной (99,5+3,8%). Однако эта депрессия усиливалась при повышении частоты стимуляции до 60 Гц и при ингибировании АХЭ. В отличие от аналогичного по внешним проявлениям депрессорного эффекта брадикинина на пачки ТКП, под влиянием серотонина время роста ТКП в ритмическом ряду не менялось, что свидетельствовало о постсинаптической природе этой частотно-зависимой депрессии. Такая депрессия могла быть результатом блока открытых ионных каналов холинорецептора, либо отражать десенситизацию постсинаптической мембраны.

*

- Данная серия экспериментов проведена совместно с к.б.н. Э.А.Бухараевой.

Влияние серотонина на потенциалозависимость токов концевой пластинки

мышечного волокна

Для анализа взаимодействия серотонина с ионными каналами постсинаптической мембраны изучали влияние этого соединения на потенциалзависимость ТКП.

В контрольных экспериментах наблюдалось увеличение амплитуды и продление спада ТКП при гиперполяризации постсинаптической мембраны в соответствии с данными литературы |Anderson, Stevens, 1973]. В присутствии серотонина в концентрации 10"5-104 моль/л происходило типичное для действия блокаторов открытых ионных каналов снижение чувствительности амплитуды токов к гиперполяризации, вплоть до формирования "области отрицательной проводимости" [Гиниатуллин и др., 1987]. Согласно этому результату, длительность спада также резко снижалась при гиперполяризации в присутствии серотонина. Важно отметить, что спад токов при всех этих манипуляциях сохранял моноэкспоненциальный характер.

Эти данные показали, что в основе частотно-зависимого действия серотонина на проведение ритмических серий импульсов через нервно-мышечное соединение лежит блок открытого ионного канала постсинаптической мембраны. Причем по кинетическим характеристикам блок открытых ионных каналов, вызываемый серотонином, относится к медленному типу, способному кумулироваться при частой активации мембраны [Хазипов и др., 1990].

Влияние серотонина на постсннаптическую потенциацию

Другим постсинаптическим эффектом серотонина было влияние на постсннаптическую потенциацию, оцениваемаю как отношение постоянных времени спада парных ТКП. При активной АХЭ постсинаптическая потенциация составила 104,6±1,1% (п=6). После введения серотонина в концентрации 10"5 моль/л постсинаптическая потенциация увеличилась до 109,3+1,4% (п=14), при концентрации серотонина Ю-4 моль/л до И2,7±5,4% (п=6). После ингибирования АХЭ в контрольных экспериментах этот параметр составил 112,9±4,1% (п=10). При действии серотонина в концентрации 10"5 моль/л постсинаптическая

потенциация увеличилась до П5,6±4,2% (п=20), а при концентрации серотонина 1(И моль/л - до 141,4±7,3% (п=5).

Таким образом, серотонин существенно не влиял на амплитуду одиночных токов концевой пластинки и миниатюрных токов в условиях низкой активности нервно-мышечного синапса. При этом серотонин не изменял время роста токов концевой пластинки и параметры пресинаптического потенциала действия и распределения синаптических задержек. В то же время, серотонин усиливал депрессию синаптических токов в условиях ритмической активности. Проведенный анализ позволил также установить, что в основе депрессии лежит взаимодействие серотонина с открытым ионным каналом постсинаптической мембраны, о чем ярко свидетельствовало изменение потенциалозависимости амплитуды и спада токов в присутствии этого агента. Проявлением постсинаптического действия серотонина явилось и усиление феномена постсинаптической потенциации, являющегося кратковременной формой постсинаптической пластичности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований вскрыты новые механизмы регуляции кратковременной пластичности в нервно-мышечном синапсе и установлена роль эндогенных гуморальных факторов в их модуляции. Проведенные исследования показали, что в нервно-мышечном синапсе теплокровных и холоднокровных исследованные медиаторы воспаления гистамин, брадикинин и серотонин способны менять функциональное состояние как пре-, так и постсинаптической мембраны. Общим для всех этих веществ было то, что их действие носило угнетающий характер. Исключением была способность серотонина и брадикинина усиливать проявления такой формы кратковременной пластичности как постсинаптическая потенциация. Однако, такой эффект был наиболее заметен только при ингибированной АХЭ. Интересно то, что угнетающее действие гормонов на синаптическую передачу реализуется за счет разных взаимодополняющих пре- и постсинаптических механизмов, таких как блокирование постсинаптических рецепторов, каналоблокирующий эффект, снижение вызванной секреции и усиление асинхронности

секреции трансмиттера из нервных окончаний. Это позволяет думать о том, что такой угнетающий эффект, если он будет развиваться ln vivo , будет носит аддитивный характер. . В условиях ln vivo появления гистамина, брадикинина и серотонина в синаптической щели следует ожидать как при развитии воспалительных, так и аллергических заболеваний. Результатом угнетения синаптической передачи будет, по-видимому, развитие мышечной слабости, описанное в клинической, практике.

ВЫВОДЫ

1. В синапсах лягушки экзогенный гистамин подавлял амплитуду многоквантовых токов концевой пластинки, не проявляя при этом канаблокирующего или десенситизирующего действия. Снижение амплитуды токов сопровождалось усилением облегчения прп проведении высокочастотных сигналов.

2. В синапсах лягушки и морской свинки экзогенный гистамин вызывал преходящее повышение частоты миниатюрных токов концевой пластинки, сменяемое в присутствии этого агента их урежением в результате десенситизации пресинаптических рецепторов.

3. В синапсах сенсибилизированных морских свинок экзогенный гистамин снижал амплитуду миниатюрных токов концевой пластинки. Введение разрешающей дозы антигена у этих животных в условиях, способствующих освобождению эндогенного гистамина из тучных клеток, не влияло на чувствительность постсинаптической мембраны к медиатору, но увеличивало частоту МТКП.

4. В денервированной мышце лягушки экзогенный гистамин вызывал деполяризацию мышечного волокна, тогда как в иннервированной мышце он не оказывал влияния на мембранный потенциал покоя мышечного волокна.

5. Брадикинин не влиял на передачу одиночных синаптических сигналов через нервно-мышечное соединение лягушки, но вызывал депрессию синаптической передачи при высокочастотной стимуляции в результате

нарастающей асинхронности секреции трансмиттера из нервных окончаний.

6. Серотонин, так же как брадикинин, не влиял на передачу одиночных синаптических сигналов у лягушки, но оказывал зависимое от предшествующей активности ингибиторное влияние на проведение высокочастотных ритмических серий импульсов.

7. В основе депрессорного эффекта серотонина на синаптические сигналы лежало взаимодействие этого биогенного соединения с открытыми ионными каналами постсинаптической мембраны, поскольку этот агент вызывал резкие изменения потенциалозависмости амплитуды и спада токов концевой пластинки.

8. Медиаторы воспаления гистамин, брадикинин и серотонин обладают общим свойством угнетать нервно-мышечную передачу. Их угнетающее действие реализуется за счет разных пре- и постсинагггических механизмов, таких как блокирование постсинаптических рецепторов, каналоблокирующий эффект, снижение вызванной секреции и усиление асинхронности секреции трансмиттера из нервных окончаний.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Talantova M.V., Giniatullin R.A., Sokolova Е., Khabibullina N. Desensitized receptors prevented the repetitive activation of postsynaptic membrane by acetylcholine under high level of transmitter release // Abstr.9th Int. Symp of Cholinergic mechanisms, Mainz, Germany, 1995, P 25.

2. Хабибуллина H.K., Гиниатуллин P.A., Теплов А.Ю., Девятаев А.М. Анализ роли гистамина в процессах кратковременной пластичности в нервно-мышечном синапсе // Тез. Всерос. симп., Растущий организм: Адаптация к физической и умственной нагрузке, Казань, 1996, С. 100101.

3. Гиниатуллин Р.А., Гараев Р.С., Хабибуллина Н.К., Тюнегина Н.С., Минсафина А.Р., Разумова И.В. Влияние производных оксафосфоланола на проведение ритмических серий импульсов через нервно-мышечный синапс. // Тез. Всероссийской конференции, Фармакология и токсикол. фосфоор. и др. биологически акт. веществ, Казань, 1996, С. 42.

4. Хабибуллина Н.К., Гиниатуллин Р.А. Влияние гистамина на токи концевой пластинки в нервно-мышечном синапсе лягушки // Тез. Док. II Республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов, Казань, 1996, С. 42.

5. Хабибуллина Н.К., Гиниатуллин Р.А. Влияние гистамина на проведение одиночных и ритмических серий импульсов через нервно-мышечный синапс // Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова, 1997, Т. 83, N 7, С. 77-84.

6. Хабибуллина Н.К., Ахтямова Д.А., Гиниатуллин Р.А. Влияние гистамина, брадикинина и гидрокортизона на проведение ритмических серий импульсов в нервно-мышечном соединении // Тез. Док. 3-го Съезда физиологов Сибри и Дальнего Востока, Новосибирск, 1997, С. 24-247.

7. Khabibullina N.K., Akhtyainova D.A., Giniatullin R.A. Hormonal control of postsynaptic plastycity in neuro-muscular synapse. // Abstr. XIII th Int. Congress of Neuropathology, Australia, Perth, 1997, P. 1348.

8. Хабибуллина H.K., Гиниатуллин Р.А. Регуляция гистамином и брадикинином кратковременной пластичности в нервно-мышечном

синапсе. // Тез. Док. Научно-практической конференции молодых ученых КГМУ, Казань, 1997, С. 13.

9. Giniatullin R.A., Khabibullina N.K. Effect of imflammatory agents on synaptic currents at the neuro-muscular junction. // Abstr. 17 Int. Winter Meeting «Growth and Death in the nervous system», St.Moritz, Switzerland, 1998, P. 40.

10. Гиниатуллин P.А., Хабибуллина H.K., Афзалов P.А. Влияние брадикинина на проведение ритмических серий импульсов через нервно-мышечный синапс. // Бюлл. Эксперимент, биол. и медицины, 1998, N 9, С.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Хабибуллина, Наиля Камильевна, Казань

/ Минздравмедпром России Казанский государственный Медицинский Университет

На правах рукописи

Хабибуллина Наиля Камильевна

ВЛИЯНИЕ МЕДИАТОРОВ ВОСПАЛЕНИЯ НА КРАТКОВРЕМЕННУЮ ПЛАСТИЧНОСТЬ В НЕРВНО-МЫШЕЧНОМ СИНАПСЕ

ОЗ.ООЛЗ - физиология человека и животных

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор Гиниатуллин Рашид Асхатович

КАЗАНЬ 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ 1 .ВВЕДЕНИЕ..................................................................................6

1.1. Актуальность исследования...............................................6

1.2. Цели и задачи исследования.............................................8

1.3. Положения, выносимые на защиту..................................9

1.4. Научная новизна................................................................9

1.5. Научно-практическая ценность......................................10

1.6. Апробация работы...........................................................11

1.7. Структура диссертации....................................................11

1.8. Реализация результатов исследования............................12

2.0Б30Р ЛИТЕРАТУРЫ.............................................................13

2.1. Нервно-мышечный синапс как возможная мишень для действия медиаторов воспаления..............................................13

2.1.1 Основы механизма воспаления и аллергии..................13

2.2. Пре- и постсинаптические механизмы кратковременной пластичности..............................................................................15

2.2.1. Облегчение в нервно-мышечном синапсе...................15

2.2.2. Синаптическая депрессия............................................21

2.2.3. Постсинаптическая потенциация и десенситизация в нервно-мышечных синапсах..................................................22

2.2.4. Постсинаптическая потенциация и ее функциональная роль.........................................................................................22

2.2.5. Десенситизация................................................................26

2.2.5.1 Определение десенситизации. Методы исследования.26

2.2.5.2. Физиологическое значение десенситизации............27

2.2.5.3. Развитие десенситизации в ходе ритмической активности синапса................................................................28

2.3. Молекулярные механизмы действия медиаторов воспаления.................................................................................29

2.4. Влияние гистамина, серотонина и брадикинина на нервно-мышечный аппарат, их рецепторы и вторичные посредники.................................................................................32

З.ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ..............................43

3.1. Объект исследования..........................................................43

3.2. Ванночка. Система перфузии.............................................44

3.3 Растворы...............................................................................45

3.4. Микроэлектроды.................................................................46

3.5. Усилительная и регистрирующая аппаратура....................47

3.6. Стимуляция двигательного нерва.......................................48

3.7. Анализ вызванной секреции медиатора............................48

3.8. Анализ спотанной квантовой секреции медиатора...........49

3.9. Анализ истинной синаптической задержки вызванных одноквантовых токов концевой пластинки..............................50

3.10. Метод деконволюции........................................................51

3.11. Статистическая обработка экспериментальных данных. 52

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ..........................................54

4.1. Влияние гистамина на токи концевой пластинки лягушки54

4.1.1. Эффект гистамина при редкой стимуляции................54

4.1.2. Влияние гистамина на токи концевой пластинки при высокочастотной стимуляции...................................................59

4.1.3. Влияние гистамина на постсинаптическую потенциацию..........................................................................65

4.1.4. Влияние гистамина на денервированные мышцы......66

4.1.5. Влияние гистамина на функцию нервно-мышечного синапса у сенсибилизированных морских свинок...................69

4.2. Влияние брадикинина на проведение одиночных и ритмических серий импульсов через нервно-мышечный синапс.........................................................................................73

4.2.1. Влияние брадикинина на токи концевой пластинки при редкой стимуляции.........................................................74

4.2.2. Влияние на токи концевой пластинки при высокочастотной стимуляции................................................75

4.2.3. Анализ эффекта брадикинина на токи концевой пластинки методом деконволюции.......................................80

4.2.4. Влияние брадикинина на постсинаптическую потенциацию..........................................................................82

4.3. Влияние серотонина на динамику токов концевой пластинки...................................................................................83

4.3.1. Влияние серотонина на токи концевой пластинки при редкой стимуляции.................................................................83

4.3.2. Влияние серотонина на синхронность секреции и параметры потенциала действия нервного окончания.........89

4.3.3. Влияние серотонина на токи концевой пластинки при высокочастотной стимуляции................................................93

4.3.4. Влияние серотонина на потенциалозависимость токов концевой пластинки мышечного волокна............................98

4.3.5. Влияние серотонина на постсинаптическую потенциацию........................................................................101

5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ...........................................104

6. ВЫВОДЫ................................................................................111

7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................ИЗ

Список сокращений:

АХ - ацетилхолин

АХЭ - ацетилхолинэстераза

ТКП - ток концевой пластинки

МТКП - миниатюрный ток концевой пластинки

1.ВВЕДЕНИЕ

1.1. АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Одной из актуальных проблем современной нейрофизиологии является изучение модуляции синаптической передачи фармакологическими агентами и физиологически активными веществами. Особый интерес среди возможных модуляторов синаптической передачи представляют эндогенные вещества, способные достигать синаптического аппарата in vivo. Среди них могут быть медиаторы воспаления, такие как гистамин, серотонин и брадикинин, концентрация которых возрастает при воспалительных и аллергических состояниях [Зайко, Горбань и др., 1994]. Наибольший интерес может представлять действие этих медиаторов воспаления на проведение серий импульсов, близких двигательной команде мотонейрона. При передаче ритмической серий импульсов проявляются признаки кратковременного изменения функциональных свойств постсинаптической мембраны в виде снижения (десенситизация) или повышения (постсинаптическая потенциация) чувствительности постсинаптических рецепторов к медиатору [Гиниатуллин и др., 1986; Magazanik, Nikolski, Giniatullin, 1984; Scuka, Mozrzymas, 1992]. Кроме того, описаны пресинаптические формы кратковременной пластичности, проявляющиеся в условиях ритмической активности как в увеличении (облегчение и потенциация) и снижении (депрессия) синаптических сигналов [Zucker, 1989].

Предыдущими исследованиями было показано, что гистамин способен угнетать одиночные синаптические сигналы [Ariyoshi et al., 1985; Scuka, 1971]. Однако, механизм депрессивного действия

этого агента на нервно-мышечную передачу остается невыясненным. По некоторым данным [Scuka, 1973], основной мишенью для действия гистамина служит пресинаптическая мембрана, а основным проявлением - снижение вызванной секреции ацетилхолина из нервного окончания. С другой стороны, есть данные и о том, что гистамин способен взаимодействовать с рецепторно-канальным комплексом постсинаптической мембраны, проявляя зависимый от предшествующей активности (use-dependent) эффект [Ariyoshi et al., 1985]. Однако, и в этом случае не ясно, какой из зависимых от предшествующей активности каналоблокирующий или ускоряющий десенситизацию эффект проявляет это соединение.

В отношении действия серотонина на синаптический аппарат данные литературы противоречивы. Имеются данные о постсинаптическом действии серотонина, который заключается по данным авторов [Akasu et al., 1981] во взаимодействии с активным центром холинорецептора. С другой стороны предполагается, что серотонин через собственные рецепторы на постсинаптической мембране способен менять потенциалозависимость взаимодействия ацетилхолина с холинорецепторным комплексом [Магазаник и др., 1976]. Есть данные как об облегчающем пресинаптическом эффекте этого агента [Полетаев, 1974], так и об угнетающем влиянии серотонина на синаптическую передачу в скелетной мышце [Gawecka, Kostowski, 1966].

Брадикинин обладает выраженным эффектом на многие нервные клетки вызывая, в основном, увеличение концентрации инозитолтрифосфата [Miller, 1988] и повышение уровня внутриклеточного кальция [Akihiko et al., 1990]. Однако данные о влиянии брадикинина на нервно-мышечный синапс в литературе отсутствуют, хотя известно, что в культуре нейронов, образовавших

синапс с мышечными волокнами, брадикинин угнетает секрецию трансмиттера [МгепЬег§ а1., 1983].

Таким образом, механизмы влияния физиологически активных соединений, появляющихся при воспалительных и аллергических заболеваниях на кратковременную пре- и постсинаптическую пластичность в нервно-мышечном синапсе остаются малоизученными. Изучение механизмов действия биологически активных соединений на синаптический аппарат находится в рамках традиционного научного направления Казанской физиологической школы - изучения регуляции и саморегуляции синаптической функции.

1.2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью настоящего исследования было изучение влияния медиаторов воспаления на кратковременную пластичность, проявляющуюся в условиях ритмической активности в нервно-мышечном синапсе. В соответствии с этой целью были сформулированы следующие задачи:

1. Выяснить влияние гистамина на параметры синаптических токов при физиологическом уровне квантового выброса медиатора в условиях одиночного и ритмического раздражения.

2. Изучить влияние гистамина на скорость спонтанной секреции трансмиттера из двигательного нервного окончания.

3. Исследовать возможность действия эндогенного гистамина, выделяемого при дегрануляции тучных клеток у сенсибилизированных животных на параметры синаптических токов.

4. Изучить влияние брадикинина на проведение одиночных сигналов и ритмических серий импульсов через нервно-мышечный синапс.

5. Исследовать механизмы действия серотонина на проведение серий токов концевой пластинки и рецепторно-канальный комплекс постсинаптической мембраны.

1.3. ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Экзогенный гистамин вызывает депрессию амплитуд многоквантовых и миниатюрных токов концевой пластинки и увеличение частоты последних, тогда как моделирование ситуации выделения эндогенного гистамина из тучных клеток сенсибилизированных животных введением разрешающей дозы антигена не приводит к снижению амплитуды миниатюрных токов, но вызывает учащение спонтанных сигналов.

2. Медиаторы воспаления брадикинин и серотонин вызывают частотно-зависимую депрессию мноквантовых токов концевой пластинки, в основе которой лежат пресинаптическая десинхронизация секреции и блок открытых ионных каналов постсинаптической мембраны.

1.4. НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Новизна настоящего исследования заключается в том, что выяснены основные механизмы действия медиаторов воспаления гистамина, брадикинина и серотонина на проведение ритмических серий импульсов через нервно-мышечное соединение. Показана способность гистамина угнетать вызванную секрецию трансмиттера

и снижать чувствительность постсинаптической мембраны к ацетилхолину. В синапсах морской свинки впервые выявлена способность гистамина вызывать преходящее повышение частоты миниатюрных токов концевой пластинки. Установлена способность серотонина блокировать ионные каналы холинорецептора в открытом состоянии и вызывать зависимый от предшествующей активности депрессорный эффект на проведение ритмических серий импульсов. Показана способность серотонина усиливать постсинаптическую потенциацию при парной стимуляции двигательного нерва. Впервые исследован эффект брадикинина на нервно-мышечный синапс и установлено, что в основе его угнетающего влияния на проведение высокочастотных ритмических серий импульсов лежит нарастающая асинхронность секреции трансмиттера. Этот факт является первым описанием действия физиологически активного вещества через данный механизм модуляции синаптической передачи.

1.5. НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

Полученные результаты позволяют приблизиться к пониманию процессов, происходящих на пре- и постсинаптической мембране нервно-мышечного синапса при воспалительных и аллергических заболеваниях, сопровождающихся появлением медиаторов воспаления в синаптической щели. Наши данные свидетельствуют о том, что медиаторы воспаления гистамин, брадикинин и серотонин обладают общим свойством угнетать нервно-мышечную передачу, что может лежать в основе мышечной слабости, наблюдаемой при этих состояниях. Важно подчеркнуть, что угнетающее действие исследованных медиаторов воспаления является аддитивным, реализуемым за счет разных пре- и

постсинаптических механизмов, таких как блокирование постсинаптических рецепторов, каналоблокирующий эффект, снижение вызванной секреции и усиление асинхронности секреции трансмиттера из нервных окончаний. Полученные данные вскрывают новые мишени для действия биологически активных соединений в нервно-мышечном синапсе.

1.6. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные результаты доложены на Всероссийской конференции "Растущий организм, адаптация к возрастающей физической нагрузке" (Казань, 1996), на 9 Международном симпозиуме по холинергическим механизмам (Майнц, Германия, 1995), на конференции молодых ученых по холинергическим и пуринергическим механизмам (Казань, 1997), на Международной конференции по нейропатологии (С-Моритц, Швецария, 1998), на заседаниях кафедры нормальной физиологии КГМУ (1997).

1.7. СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация объемом 135 страницы состоит из введения, обзора литературы, описания методики исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Список цитируемой литературы включает 222 источников, из них 187 иностранных авторов. Диссертация иллюстрирована 22 рисунками.

1.8. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ. Отдельные результаты исследований включены в лекционный курс по нормальной физиологии для студентов педиатрического факультета Казанского медицинского университета.

2.0Б30Р ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Нервно-мышечный синапс как возможная мишень для действия медиаторов воспаления.

2.1.1 Основы механизма воспаления и аллергии.

Воспаление является важной проблемой и предметом активного изучения медицинской и биологической науки.

Воспаление есть патологический процесс, который возникает при повреждении тканей и проявляется нарушением кровообращения, изменением состава крови и соединительной ткани. В этот, по преимуществу местный процесс, в той или иной степени вовлекается весь организм и прежде всего такие системы как иммунная, эндокринная, нервная и мышечная [Зайко, Горбань и др. 1994].

Воспаление всегда начинается с повреждения ткани. После воздействия этиологического фактора клетки претерпевают ряд структурных и метаболических изменений. Повреждение клеток касается прежде всего их цитолеммы, а также мембраны лизосом. При повреждении лизосом освобождаются заключенные в них ферменты (кислые гидролазы), способные расщеплять вещества, входящие в состав клетки, (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды). В результате этого процесса деструкции образуются биологически активные вещества - "медиаторы воспаления".

Биологически активные вещества, участвующие в воспалительной реакции можно разделить на две группы: медиаторы, образующиеся в клетках - клеточные, и медиаторы, образующиеся в жидких средах организма - гуморальные, в частности, в плазме крови.

К медиаторам клеточного происхождения относятся гистамин, серотонин, простагландины. В плазме содержатся в неактивном виде и активируются вещества, входящие в калликреин-кининовую (брадикинин, каллидин) и в свертывающую системы крови [Зайко, Горбань и др., 1994].

Те же биологически активные вещества, которые являются медиаторами воспаления, образуются и при аллергических реакциях организма. Их активация или образование начинается уже с момента соединения антигена с антителом. В связи с этим аллергия является одним из вариантов воспаления, который в отличии от других воспалительных состояний вызывается комплексом антиген-антитело [Зайко, Горбань и др., 1994].

В патогенезе ряда аллергических и воспалительных реакций организма, нередко мишенью патологических процессов являются поперечно-полосатые мышцы [Крыжановский и др., 1974; Девятаев, Теплов, 1992; Со§шЛ е1 а1., 1994], что приводит к развитию таких заболеваний как миопатия, полимиозиты, синдром хронической усталости [Гехт,1990; Не1Н\уе1 е1 а1., 1990].

Наибольший интерес в развитии этих процессов представляет роль и механизм действия медиаторов воспаления на функцию нервно-мышечного синапса, в котором изменения количества выделяемого медиатора или чувствительности постсинаптической мембраны может повлиять на передачу двигательной команды мотонейрона к мышце.

При передаче серий импульсов, бли�