Введение к работе
По современным представлениям механизмы пластических перестроек локализованы, главным образом, в синапсах, как центральных, так и периферических. В последнее время в качестве одного из подходов к данной проблеме все чаще стали использовать изучение пластических перестроек периферических синапсов, в частности, нервно-мышечного соединения амфибий.
Представление о том, что нервно-мышечное соединение не является застывшей, статичной структурой, сложилось постепенно, по мере накопления данных о структурной и'функциональной неоднородности нервно-мышечного синапса скелетных мышц позвоночных (Зефиров, 1983; Bieser et al. , 1984; Anzil et al., 1384; Robitaille, Tremblay,.1987; Wernig, Dorlochter, 1989). В частности, были изучены сезонные и возрастные измененения морфологии и функции синапса холоднокровных (Grinnell, Нег-гега, 1981; Wernig, Fischer, 1986; Dobretsow et al., 1990), а также выявлены различия между проксимальными и дистальними участками нервной терминали по ряду характеристик, определяющих секрецию ацетилхолина САХЭ (Зефиров, 1983; Безгина и др., 1986; Ко, 1985; Tremblay et al. , 1989). 'Если о пресинапти-ческих механизмах пластичности принято говорить, как об основном механизме пластических перестроек в синапсе, то свойства постсинаптической мембраны в этом плане почти не изучены.
Необходимо отметить, что одним из подходов к исследованию пластических перестроек (или ремоделировання)является изучение постденервационных изменений свойств нервно-мышеч-чного синапса. Этой теме посвящено большое количество работ (Birks et al., 1960; Farabrough,' 1979; Rieser, Miledi,
1989). Однако большинство исследований проведено на теплокровных животных с использованием, главным образом, ультраструктурных, биохимических и радиоавтографических методов и на поздних сроках деиервации.
В связи с этим, нам представлялось интересным изучить с помощью электрофиэиологических методов (регистрация амплитудно-временных характеристик спонтанных синаптических сигналов) свойства постсинаптической мембраны скелетных мышечных волокон е норме и при различных воздействиях, вызывающих ре-модолирование синапса. Это позволило бы вскрыть почти не изученные лостсинаптические -механизмы пластичности.
Цель и задачи исследования. Целью данного исследования
»
было изучение развития процессов пластической перестройки
нервно-мышечного .синапса иннервированных и денервированных скелетных мышц с помощью анализа параметров миниатюрных то-коь концевой пластинки СМТКП).
Для выполнения этой цели были поставлены следующие конкретные задачи - произвести анализ амплитуды и длительности миниатюрных токов концевой пластинки : 1) в иннервированных мышцах у холоднокровных
а) в различных участках одиночного синапса;
б) в синапсах зимних и летних лягушек;
?) в денервированных скелетных мышечных волокнах у холоднокровных и теплокровных животных; 3) в процессе реиннервации у теплокровных.
Научная новизна.' В работе впервые изучены амплитудно-временные характеристики МТКЛ при таких воздействиях, которые приводят к пластической перестройке периферического синапса.
Впервые, с помощью комплекс;'7го применения .электрофизиологических и электронно-микроскопических методов получены данные о гетерогенности свойств постсинаптической мембраны в пределах одного синапса. Показано наличие проксимо-дисталыю-го градиента не только амплитуды и частоты МТКП, но и времени полуспада МТКЛ. Эти исследования позволили сделать вывод о наличку, градиента плотности холинарецепторов СХР), а также плотности и глубины постсинаптичееккх складок от проксимальны:: к дистальним участкам одного к того же синапса.
Проведен сравнительный анализ спонтанной активности в синапсах у зимних и летних лягушек, что позволило выявить существенные различия свойств постсинаптической мембраны скелетных мышечных волокон амфибий в зависимости от времени года. Было показано, что зимой нервно-мышечный синапс амфибий претерпевает активные процессы ремоделированнл, которые прежде всего проявляются в дистальних участках синапса.
Исследована также динамика изменений параметров МТКП в ходе развития процессов де- и реиннервации у холоднокровных и теплокровных животных. Впервые Еыявлены четкие электрофизиологические критерии наличия или отсутствия процессов ремоделирования в каждом отдельном синапсе и, следовательно, в целой мышце. К таким критериям можно отнести увеличение длительности спада МТКП, "расщепление" гистограмм распределения длительностей спонтанных сигналов на несколько классов, указывающее на появление нескольких групп сигналов с разной длительностью, а также увеличение количества сигналов с длительностью, превышающей длительность нормальных сигналов в 3-10 раз. Проанализированы свойства ионных каналов ХР, появляющихся после денервации.
Положения, выносимые на защиту.
-
Б процессе пластической перестройки нервно-мышечного синапса холоднокровных и теплокровных животных происходит изменение амплитудных и временных характеристик МТКП.
-
Изменения параметров МТКП в ходе пластической перестройки и после денервации обусловлены следующими постсинапти-ческими механизмами: аЗ изменением плотности холинорецепторов; б) появлением холинорецепторов, ионные каналы которых обладают большим временем открытого состояния и меньшей по-тенциалозависимостыо.
Научно-практическая ценность. Применение электрофиэио-логических методов для изучения процессов пластических перестроек синапса позволило выявить наиболее ранние признаки этих процессов в скелетных мышцах позвоночных, а также вскрыть некоторые клеточные механизмы, лежащие ь основе пластических перестроек периферического синапса.
В результате проведенных исследований были обнаружена
четкие электрофизиологические критерии наличия пластических перестроек в синапсах холоднокровныхи теплокровных животных. Очевидно, что постоянному ремоделированип подвержены не толь-- ко сингг.іьі денервированных мышц, но и' интактных мышц. Следовательно, электрофизиологические изменения синаптической активности, сопутствуодие пластическим перестройкам, могут был использованы в качестве критерия интенсивности пластических преобразований в данной мышце, а также наличия или отсутствш денервационно- реиннервационных процессов, что может быть важно при лечении нервно-мышечных патологий.
Полученные данные позволяют расширить и углубить понятие "пластическая перестройка", кроме того их можно аппроксимировать на аналогичные процессы, происходящие в синапсах ЦНС, что будет способствовать лучшему пониманию таких сложных и малоизученных явлений, как обучение и память.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на Всесоюзной конференции по нейронаукам, посвященной 100-летию со дня рождения академика АН УССР Д. С. Воронцова СКиев, 1986); на ХУ съезде Физиологического общества им. И.П.Павлова (Кишинев, 1987); на Всесоюзной конференции "Механизмы действия медиаторов и гормонов на эффек-торные клетки" (Суздаль, 1989); на Всесоюзном совещании "Одиночные ионные каналы в биологических мембраных" '(Пущино-на-Оке, 1987); на 1 Международном конгрессе патофизиологов (Москва, 1991); на заседаниях кафедры нормальной физиологии Казанского медицинского института и Татарского отделения Всесоюзного физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 1991), на заседаниях кафедры физиологии и анатомии Казанского педагогического института.
Реализация результатов исследования. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 работ. Материалы диссертации включены в лекционный курс по нормальной физиологии для студентов Казанского медицинского института.
Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 115 страниц состоит из ееєдония, обзора литературы, глав "Объек-и методы исследования", "Результаты исследования и их обсуж' дение", заключения и выеодов. Список цитируемой литературы