Введение к работе
Актуальность исследования. Одной иэ форм нарушения передачи возбуждения о нерва на скелетну» мышцу является частинний блок, развивавшийся в процессе длительней активности нервно-мышечного аппарата. Этот процесс прогрессирующего снижения рабстоспособ-носги скелетной мышцы в коле длительной стимуляции известен как феномен утомления.' Изучение мехвг/иэмов периферического утомления - актуальная проблема современной нервно»мыюемной физиологии (см. обзоры: Нанукян, 19B4I Westerblad et al,, 1991) Fitta, 1994). Одной иэ причин утомления является накопление в межклеточном пространстве работающих мыгсц клеточных метаболитов, ионов калия и аце-тилхолина (АХ). В настоящее время довольно подробно изучена риль, которую играют в утомлении ионы калия et »1., 1993) и некоторые метаболиты. Менее понятна роль естественного медиагооа АХ, который помимо собственно медиотррногга действия может модулировать синаптическуп передачу, изменяя чувствительность хеморе-цептивной мембраны мышечного волокна (Гиниатуллин и др. , 19Ё61 Магаэаник, 19ВЭ; Hartzell et al,, 1973; Glavinovic, 1991) и освобождение медиатора иэ двигательных нервных окончаний (Никольский, 1990; Зефиров, Шакирьянова, 19921 Hevron в*, al., 1965; Wesoler, 1989; Wilson, Tomsen, 1991). Сроче этого,, хорошо известно, что АХ вообще обладает широким спектром действия на самые различные: системы клеток (Голиков и др., 19ВЗ).
В лаборатории нервно-мывечной физиологии ФНИИ им.А.А.Ух» томского СПбГУ Сэав.прОф. Д.Л.Иатюткии) в течение многих лат детально исследуются механизмы действия ионов калия и АХ на нерв-но-кьтаечную передачу позвоночных (Шабунова, 1973; Кривой и др., 19В7; Матюакин, 19В0; 1994J KatyuahJcin e-t al., 1984). Недавно сотрудниками івборатории (Кубасов, Кривой, 1993) был обнаружен новый феномен: было показано, что редкие короткие твтанизации двигательного нерва -приводят к восетакоаяеннию работоспособности непрерывно утомляемых непрямым раздражением изолированных мычи о ингибированной ацетилхолинэстераэой САХЭ). Этот эчхрект устранялся никотиновым и мусхериновым халинолитиками и воспроизводился после кратковременного добавления в раствор экзогенного АХ в низкой концентрации. Было высказано предположение', что восстановление работоспособкости кьяи связано с накоплением в них недипторного АХ.
Ц«?ль, у радами исследования. целью данной работы являлось детальное исследование механизма восстановления работоспособности утомляемых мышц после применения экзогенного АХ. Исходя иэ этого, ставились следующие задачи Г
-
Определить локализацию Эффекта АХ Ссинаптичаское звено» механизм генерации мышечных потенциалов действия, электромеханическое сопряжение, сократительный аппарат?.
-
Оценить возможную мишени для АХ в механизме его "последействия* СН-, И-холинорецептор, ионный канал, ферментная система и т.п.. Э и вероятные внутриклеточные пути развития эффекта.
-
Исследовать конкретные механизмы реализации Эффекта последействия* АХ.
Научная новизна. В опытах на изолированных нервно-мышечных препаратах диафрагмы крысы с ингибираванной АХЭ впервые детальна исследован феномен длительного повышения работоспособности утомляемых раздражением нерва мыши после кратковременного действия АХ . в низкой концентрации. Установлено, что в ходе этого повышения работоспособности мыпц параллельно с усилением сокращений увеличивалась и .амплитуда суммарных мышечных потенциалов действия; амплитуда и длительность внутриклеточных потенциалов действия мы-печкых волокон и сила сокращений в ответ на прямую стимуляций мышц при этом не изменялись, что свидетельствует о синоптической природе эффекта 'последействия' ЛХ. В ходе усиления работоспособности мышц после применения АХ амплитуда и длительность спонтанных адноквантовых ответов не изменялись, но наблюдалось увеличение амплитуды ч квантового состава вызванных потенциалов концевой пластинки, что, видимо, лежит в основе повышения гарантийного фактора синоптической передачи. Такое повышение квантового состава передачи обнаружено и описано впервые. Усиление работоспособ-нести наблюдалось также поело применения карбахолина, но не Н-агониета окоотреморина; отсутствовало на фоне блокаторсв и Н- и К-холинорецепторйв тубокурарина и скополамина, иэ чего следует, что клеточной мишенью в этом'эффекте служат не обычные пре- или постсимзлтичеакие холинорвцепторы. Впервые показана, -что гиперпо-ляризация внесинаптичеакой мембраны мышечных волокон на 2-<Э мВ, наблюдаемая в ходе кратковременного дооавленця АХ в раствор, сох-, ронялась в течение длительного времени после удаления АХ. Эта следовая гиперполяризачия отсутствовала на фоне оуабзина, что указывает ни ed связь с активацией Na/K-АТРаэы. Ив фоне действия
- Э -
блокаторов и Н- и М-холинорвцепторе» описанная слельная гиперпо-ляриэация (как и повьгорние работоспособности мы«ц) на наблюДа-лась. Долговременное повышение равотоспосооности мыши и "следовая" гилерполяриэация пышечных во іояон полностью воспроизводились на фоне блокирования иАНФ-эависимой протеинхинвэи А толбутвмидом, но отсутствовали в условиям блокирования освобождении кальция иэ внутриклеточных депо гепарином, что позволяет предположит* участие в этих Эффектах внутриклеточного кальция и регулирующих его уровень месоенджеров, Таким образом, раДотоспоосвность пищи повышалась АХ только тогда, когда о таких же условиях наблюдалась и следовая гиперполяриэация мышечных волоком. Это позволило эак1-лпчить, что в основе "последействия" АХ лежит длительное повышение активности Na/K-АТФаэи, которая, возможно, и является мишеньіо для АХ, Предполагается, что кратковременное добавление АХ в рое-вор вызывает долговременное, опосредуемое уровнем внутриклеточного кальция повышение активности Na/K-АТФаэи, которое чер-ээ уменьшение концентрации калия в межклеточном пространстве работакчаих мыщц и увеличение электрогенного компонента приводит к гиперполяризации нервных окончаний, увеличению кгчнтового состава потенциалов концевой пластинки и восстановлению нормального провалений в синапсах.
Полочгения. выносимые на зачиту! 1. Эффект долговременного повышения работоспособности утомляемой нервной стимуляцией «ышцы крысы с ингивироавнной АХЭ после кратковременного приложения ЛХ имеет оинаптическую природу и обусловлен повыаени«»м гарантийного фактора нервно-мыввчмой передачи, :
-
Никотиновые и иускаринсвые холинорицептары не является мишенью АХ в описанном Эффекте повышения работоспособности мышц.
-
В основе усиления работоспосоСмопти нышц лежит долговременное увеличение активности Na/K-АТФазы.
-
Повышение гарантийного текторя нервно-мывочной передачи происходит вследствие увеличения квантового состава потенциалов концевой пластинки.
Научно-практическая ценность. Получены новые данные, существенно расширяющие представления о механизмах, противодействующих периферическому утомлению, и о той роли, которую может играть ме-диаторный АХ в синаптической пластичности. Эти данные должны учитываться при проседании физиологических и фармакологическим
- 4 -исследовний на нервно-мышечных и другий холинергических синапсах.
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены на XVII съезде Физиологического общества при РАН (Пушино, 1993) ' на заседании кафедры физиологии человека и животных бислого-поч-векного факультета СПбГУ ССанкт-Легербург, 19945Ї Международном симпозиуме Биологическая подвижность *, посвященном памяти академика Г.Н.Франка (Пущино, 1994); на заседании Санкт-Петербургского общества физиологов, биохимиков и фармакологов им.И.К.Сеченова ССанкт-Петербург, 1994).
Реализация результатов исследования. Материалы проведенные исследований D клочены 8 лекционный спецкурс 'Современные представления о физиологии нервны» проводников и синапсов* для студентов кафедры физиологии человека и животных СПбГУ. По материалах диссертации опубликованы 4 печатные рабсти.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания методики исследования, результатов работы, обсуждения результатов, выводов, списка литературы» Перечень цитируемой литературы включает fsAJ /v источника, иэ них \ЛН - иностранных ввтсров. Работа иллюстрирована 16 рисунками и 5 таблицами.