Введение к работе
Актуальность проблемы
Фундаментальной проблемой нейробиологии является выяснение механизмов, обеспечивающих функционирование тканевых элементов нервной системы. Во многом ее решение зависит от знания синаптических процессов – важнейшего звена, обеспечивающего интегративную деятель-ность нервной системы. В ряду нейротрансмиттерных систем особую роль играют никотиновые холинергические синапсы паравертебральных симпа-тических ганглиев, образованные преганглионарными волокнами. Никоти-новые холинорецепторы в указанных синапсах представляют ключевое функциональное звено, через которое осуществляется передача информации в ганглиях и происходит активизация автономной нервной системы (Ноздрачев А.Д., Фатеев М.М., 2002; De Biassi M. et al., 2000; De Biassi M., 2002).
Важным интегративно-координационным центром автономной регуля-ции является краниальный шейный ганглий, через никотиновые холино-рецепторы которого осуществляется контроль общего сосудистого тонуса и гемодинамических показателей, обеспечивается деятельность эпифиза и регуляция многих других жизненно важных висцеральных функций (Ноздрачев А.Д., Пушкарев Ю.П., 1980; Skok V., 2002; Wang N. et al., 2004; Asamoto K., 2005).
Правомерно в связи с этим предполагать, что столь значимая функциональная роль никотиновых холинорецепторов в информационном обеспечении краниального шейного, равно как и других экстрамуральных симпатических ганглиев, должна определенным образом проявиться и в участии этих рецепторов в молекулярно-клеточных механизмах непосред-ственно организующих деятельность самих симпатических ганглиев. Такая постановка вопроса представляет вполне понятный теоретический и прак-тический интерес, как с точки зрения выяснения общих принципов орга-низации работы периферических ганглиев, так и в плане изучения последствий модуляции активности периферических никотиновых холино-рецепторов, как объекта воздействия наркотических субстанций и лекарст-венных препаратов.
Объективной основой для проведения исследования в обозначенном направлении служит значительное число экспериментальных данных пос-ледних лет, полученных в отношении других отделов нервной системы, которые показывают, что роль синаптических процессов не ограничивается обеспечением только лишь информационной связи между нейронами. Напро-тив, эти данные позволяют рассматривать соответствующие синапсы в ка-честве биохимически самоорганизующихся систем, которые располагают собственными механизмами контроля за всеми этапами белкового синтеза в постсинаптических нейронах (Tiedge H., 2005; Hirokawa N., 2006; Pfeiffer B., Huber K., 2006) и непосредственно участвуют в таком специфическом клеточном механизме, как нейрон-глиальное взаимодействие (Fellin T., Carmignoto G., 2004; Hertz L., 2004; Magistretti P., 2006). Вместе с тем нейротрофическая роль синаптического сигнала через никотиновые холинорецепторы в регуляторных механизмах симпатических ганглиев не изучена.
Цель исследования – установить морфофункциональные закономер-ности метаболического ответа краниального шейного симпатического ганглия и входящих в его состав нейронов и сателлитных глиоцитов на экспериментально вызванные изменения в численности свободно функцио-нирующих никотиновых холинергических рецепторов.
Задачи:
-
Установить закономерности в изменениях содержания рРНК в симпа-тических нейронах и окружающих нейроны сателлитных глиоцитах при применении разных доз ганглиоблокатора, вызывающих блокирование относительно небольшого, значительного числа никотиновых холино-рецепторов и полное блокирование никотиновых холинорецепторов, а также в ходе последующего восстановления численности функциони-рующих никотиновых холинорецепторов после применения разных моделей блокады.
-
Провести сравнительный анализ модуляций в содержании рРНК в симпа-тических нейронах и окружающих сателлитных глиоцитах при разной чис-ленности блокированных никотиновых холинорецепторов.
-
Определить изоферментный состав и спектр ферментативной системы лактатдегидрогеназы (ЛДГ) на уровне интактного симпатического ганглия и на клеточном уровне - в симпатических нейронах и сателлитных глио-цитах.
-
Выявить закономерности в изменениях активности ферментативной сис-темы ЛДГ при частичном и полном блокировании никотиновых холино-рецепторов в симпатическом ганглии, а также в симпатических нейронах и сателлитных глиоцитах.
-
Определить основные закономерности в изменениях содержания аденилат-ных макроэргов (АТФ, АДФ, АМФ) в симпатическом ганглии, связанные с частичным и полным блокированием никотиновых холинорецепторов, а также динамику этих показателей в процессе последующего восстановле-ния после прекращения действия блокады.
-
Провести комплексный анализ полученных динамических изменений метаболических показателей при экспериментально вызванных флук-туациях численности свободно функционирующих никотиновых холинер-гических рецепторов. Определить роль никотиновых холинергических ре-цепторов в регуляции метаболического статуса симпатического ганглия и межклеточном взаимодействии между симпатическими нейронами и са-теллитными глиоцитами и вероятный механизм, лежащий в основе этой регуляции.
Научная новизна
Установлены раннее неизвестные принципы морфофункциональной организации симпатического ганглия, которые базируются на том, что синаптические сигналы, поступающие через никотиновые холинорецепторы симпатических нейронов, управляют метаболическими процессами и моби-лизуют специфические клеточные механизмы в симпатическом ганглии, выс-тупая в качестве системообразующего фактора, обеспечивающего его актив-ную деятельность.
Впервые показано, что в симпатическом ганглии нейроны и окружа-ющие нейроны сателлитные глиоциты при определенных условиях образуют единую функционально - метаболическую систему. Выявлены ранее неиз-вестные условия и характер взаимодействия между этими типами клеток, которые заключаются в том, что нейроны и сателлитные глиоциты в симпа-тическом ганглии вступают в метаболическое взаимодействие только при наличии синаптического сигнала, поступающего через никотиновые холино-рецепторы симпатических нейронов. При этом метаболическая активность и энергетические механизмы сателлитных глиоцитов регулируются функцио-нальным состоянием нейронов, которые через ионотропные никотиновые хо-линорецепторы осуществляют интеграцию своего собственного метаболизма с метаболизмом окружающих сателлитных глиоцитов.
В эксперименте впервые показано, что в симпатическом ганглии соз-даются условия для энергетического взаимодействия между симпатическими нейронами и сателлитными глиоцитами и существует высокая вероятность реализации в краниальном шейном ганглии механизма энергетического гомеостаза на основе клеточной интеграции, описываемого гипотезой ANLSH (astrocyte-neuron lactate shuttle hypothesis) для головного мозга, которая пред-полагает существование между глиоцитами (астроцитами) и нейронами лак-татного челночного механизма.
Впервые определен изоферментный спектр ЛДГ для краниального шей-ного ганглия и изоферментный профиль ЛДГ для симпатических нейронов и сателлитных глиоцитов.
Научно-практическая значимость
Разработанная в работе функционально-информационная модель регу-ляции краниального шейного симпатического ганглия представляет теорети-ческий и практический интерес с позиций понимания специфических меха-низмов и общих принципов, лежащих в основе морфофункциональной орга-низации периферических ганглиев и в целом симпатического отдела нервной системы.
Показанное в работе нейротрофическое значение холинергического сигнала через никотиновые холинорецепторы указывает на необходимость учета и оценки последствий модуляций активности периферических никоти-новых холинорецепторов в краниальном шейном симпатическом ганглии, как объекта воздействия наркотических субстанций и лекарственных препаратов. Вместе с этим ключевая роль синаптических процессов с участием никоти-новых холинорецепторов в организации контроля метаболизма и клеточного взаимодействия в краниальном шейном симпатическом ганглии указывает на возможность адресного, направленного на периферические никотиновые холинорецепторы, фармакологического контроля и коррекции симпатических функций.
Описанные в работе динамика энергетических и метаболических пока-зателей и происходящие изменения в нейрон-глиальном взаимодействии рас-ширяют фактологическую базу для расшифровки молекулярно-клеточных ме-ханизмов патогенеза заболеваний, связанных с нарушением синаптической функции холинергической передачи через никотиновые рецепторы.
Выявленный эффект применяемого в работе ганглиолитика, относя-щегося к группе бис-катионных аммониевых соединений, на динамику мета-болических сдвигов в симпатическом ганглии и входящих в его состав ней-ронов и сателлитных глиоцитов восполняет существующий пробел в пред-ставлениях о молекулярно-клеточных механизмах действия этой группы неконкурентных холинолитиков в самом объекте блокады – краниальном шейном симпатическом ганглии.
Основные положения, выносимые на защиту
На основании анализа динамики метаболических процессов при модуляциях синаптического холинергического сигнала разработана функционально-информационная модель регуляции краниального шейного симпатического ганглия. Синаптический сигнал, поступающий через никоти-новые холинорецепторы в синапсах симпатических нейронов, является для симпатического ганглия системообразующим фактором, который трансформирует и направляет метаболизм и создает специфическую клеточную интеграцию в ганглии для выполнения этим органом адекватной функции.
В рамках представленной модели установлено следующее.
Синаптический сигнал, через никотиновые холинорецепторы симпатических нейронов:
- управляет метаболическим статусом симпатического ганглия, осуществляя регуляцию базового уровня энергетического гомеостаза и изменяя активность белок-синтезирующей системы нейронов и саттелитных глиоцитов.
- потенцирует формирование специфической межклеточной интег-ративной единицы, связывая симпатические нейроны и соседние сателлитные глиоциты в единую функционально - метаболическую систему.
В отсутствие холинергического синаптического сигнала в симпатическом ганглии оказываются задействованными механизмы, поддерживающие только его системы жизне-обеспечения, а симпатические нейроны и сателлитные глиоциты представляют собой метаболически обособленные друг от друга клеточные системы.
На клеточном уровне показано, что синаптический сигнал через никотиновые холинергические рецепторы:
- индуктивно воздействует на метаболическую активность сим-патических нейронов, вызывая в них повышение уровня активности белок–синтезирующей системы;
- модулирует в нейронах активность белок-синтезирующей системы;
- обеспечивает энергетический гомеостаз в нейронах, по крайней мере, на уровне регуляции активности ферментативной системы ЛДГ;
- обеспечивает синхронизацию процессов синтеза белка в нейронах и соседних сателлитных глиоцитах на уровне трансляции, и детерминирует анаэробную направленность изоферментного профиля ЛДГ в сателлитных глиоцитах.
Внедрение
Результаты исследования нейротрофического значения синаптической передачи через никотиновые холинорецепторы и ее роли в нейрон-глиальном взаимодействии в симпатическом ганглии используются при чтении лекций и проведении практических занятий на кафедрах гистологии и эмбриологии Российского государственного медицинского университета и анатомии и гистологии животных Московской академии ветеринарной медицины и биотехнологии.
Апробация работы
Основные материалы диссертации были представлены на IX и X Всесоюзных съездах анатомов, гистологов и эмбриологов (г. Минск, 1981 и
г. Полтава, 1986); VII и VIII конгрессах международной ассоциации морфо-логов (г. Казань, 2004 и г. Орел, 2006); VII Всероссийской конференции по патологии клетки (г. Москва, 2005); 5-й Всероссийской конференции «Бабу-хинские чтения в Орле» (г. Орел, 2006); Конференциях ГУ НИИ морфологии человека РАМН «Актуальные вопросы морфогенеза в норме и патологии»
(г. Москва, 2005, 2006, 2008), межлабораторной конференции в ГУ НИИ морфологии человека РАМН (декабрь, 2007г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 24 печатные работы, из них 8 в журналах, рекомендуемых ВАК РФ.
Структура и объем диссертации
