Введение к работе
В последнее время пристальное внимание привлекает оксид азота(П) (N0), который выполняет множество разнообразных функций в различных биологических системах. Показано, что N0 участвует в бактерицидном и противоопухолевом эффектах лейкоцитов, расслаблении гладкой мускулатуры, нитотоксичности (Schuman, Madison, 1994; Реутов и др., 1998; Уразаев, Зефиров, 1999), является медиатором воспаления при ревматических, аутоиммунных, вирусных заболеваниях (Ialenti et al., 1992; Amin et al. 1995; Hooper et al., 1995; Star et al. 1995), участвует в ноцицептивных процессах (Haley et al. 1992), в обеспечении адекватной циркуляции крови в коже человека в покое, а также в ответ на ее согревание, облучение и другие воздействия (Goldsmith et al., 1996), модулирует образование тканевой жидкости и отеков (Hughes et al., 1990), играет роль в росте опухолей (Jenkins et al., 1995).
Особая роль отводится N0 как модулятору синаптических функций в различных отделах ЦНС. Так, в базальных ганглиях N0 почти в 2 раза увеличивает секрецию ацетилхолина (Lonart et al., 1992), в срезах полосатого тела мозга крыс N0 увеличивает базальную секрецию дофамина (Zhu, Luo, 1992; Hanbauer et al., 1992), модулирует токи через каналы NMDA-рецепторов (Dawson Т. et al, 1991, 1992, 1993), выступает в роли ретроградного посредника в процессе долговременной потенциации в гиппокампе. (Schuman, Madison, 1994).
Нервно-мышечный синапс является классическим объектом для изучения синаптических функций. Основные закономерности функционирования нервно-мышечного синапса идентичны процессам, происходящим в синапсах ЦНС. На нервно-мышечном синапсе лягушки Rana pipiens было показано, что донор N0 нитропруссид натрия снижает амплитуду потенциалов концевой пластинки (Lindgren, Laird, 1994), влияет на неквантовую секрецию ацетилхолина (Mukhtarov et al., 1999). На изолированной диафрагмальной мышце крысы показано, что N0 увеличивает амплитуду мышечных сокращений, действуя на пресинаптическом уровне и уменьшает ее, действуя на постсинаптичесом уровне (Ambiel and Alves, 1997). Однако, механизмы влияния N0 на нервно-мышечную передачу остаются неизученными. Не исследовано влияние этого агента на спонтанную и вызванную секрецию медиатора, ионные токи двигательного нервного окончания, репепторно-канальный комплекс постсинаптической мембраны, на такие важные характеристики синапса как постсинаптические формы кратковременной пластичности, в частности, на постсинаптическую потенциацию (Magazanik et al., 1984). Открытым остается вопрос о наличии в области нервно-мышечного синапса путей синтеза эндогенного N0 и возможном его участии в синаптической передаче.
Исследование механизмов влияния экзогенного и эндогенного NO на функцию нервно-мышечного синапса даст возможность расширить представления о роли N0 как модулятора синаптических функций.
Цель и задачи исследования
Целью настоящего исследования было изучение влияния экзогенного и эндогенного N0 на функционирование нервно-мышечного синапса лягушки. В соответствие с этой целью были поставлены следующие задачи: 1. Выяснить влияние донора N0 - нитропруссида натрия на спонтанную и
вызванную секрецию медиатора при разных концентрациях ионов кальция,
используя различные способы устранения мышечных сокращений и
регистрации синаптических сигналов; 2 . Выяснить влияние N0 на ионные токи двигательного нервного окончания
лягушки; 3. Изучить влияние экзогенного N0 на постсинаптические функции:
амплитудно-временные параметры миниатюрных токов концевой пластинки
(МТКГТ), их потенциалозависимость и постсинаптическую потеншгацию; 4 . Выявить возможное участие эндогенного NO в регуляции синаптических
функций с использованием субстрата для синтеза N0 и блокатора N0-
синтазы.
Положения, выносимые на защиту
1. В нервно-мышечном соединении лягушки экзогенный N0 угнетает
спонтанную и вызванную секрецию медиатора. Угнетающий секрецию
эффект зависит от внеклеточной и внутриклеточной концентрации ионов
кальция. 2 . NO в нервно-мышечном синапсе лягушки оказывает позитивное влияние на
выходящие потенциалзависимые калиевые токи через мембрану нервного
окончания и угнетающее - на кальций-активируемые калиевые токи. 3. Эндогенный N0 является естественным модулятором синаптической
передачи в нервно-мышечном соединении лягушки, уменьшая секрецию
медиатора из двигательных нервных окончаний.
Научная новизна
Проведено исследование влияния N0 на интенсивность спонтанной и вызванной секреции медиатора в нервно-мышечном синапсе лягушки. Показано, что N0, снижая частоту спонтанных сигналов и уменьшая амплитуду вызванных за счет снижения их квантового состава, действует на пресинаптическом уровне. Была установлена зависимость эффектов нитропруссида натрия от внеклеточной и внутриклеточной концентрации ионов кальция: чем выше концентрация ионов кальция, тем слабее эффект. В работе впервые было исследовано влияние N0 на ионные токи двигательного нервного окончания лягушки. Было выявлено, что в основе действия N0 лежит позитивное влияние на потенциалзависимые калиевые токи и угнетающее - на кальций-активируемые калиевые токи.
Показано, что нитропруссид натрия не влияет ни на амплитудно-временные характеристики МТКП, ни на их потенциалозависимость, что свидетельствует об отсутствии постсинаптігческих эффектов. С использованием субстрата для синтеза N0 и блокатора NO-синтазы показано, что эндогенный N0 в естественных условиях может модулировать синаптическую передачу, угнетая секрецию медиатора из двигательных нервных окончаний.
Научно-практическая ценность
Проведенное исследование имеет важное теоретическое значение. Полученные результаты позволяют расширить представление о роли N0 в процессе синаптической передачи, сделать вывод о механизмах модулирующего влияния N0 на электрогенез нервного окончания и секрецию медиатора. Сделано заключение о наличии эндогенных путей синтеза N0 в области синапса.
Результаты исследования имеют и практическую ценность для физиологов, фармакологов и нейрохимиков при изучении влияния нейромодуляторов и газообразных посредников на синаптическую передачу и двигательный аппарат.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы доложены на Симпозиуме по нейропатологии и прикладной нейробиологии (Париж, 1996), на 3-ей Республиканской конференции молодых учёных и специалистов (Казань, 1997), на 3-м съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1997), на Научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (Казань, 1997), на научной конференции, посвященной 35-летию центральной научно-исследовательской лаборатории КГМУ (Казань, 1997), симпозиуме и школе-семинаре молодых учёных и учителей (Казань, 1998), на V Всероссийской школе молодых учёных (Казань, 1998), на Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы валеологии и синаптологии" (Набережные Челны, 1999), на Всемирном конгрессе по нейронаукам (Иерусалим, 1999), на международном конгрессе по нейрохимии (Берлин, 1999), на VI Всероссийской школе молодых ученых "Актуальные проблемы нейробиологии", Казань, 1999.
Реализация результатов исследования
По материалам диссертации опубликовано 14 работ. Результаты исследований включены в лекционный курс по нормальной физиологии для студентов Казанского государственного медицинского университета.
Структура и объем диссертации