З літературних даних відомо (Скок, Іванов, 1989; Janig, 1995), що пульсова модуляція вазоконстрикторів скелетних м'язів виражена сильніше ніж у вазоконстрикторів шкіри. Таким чином, фонова активність прегангліонарних нейронів, що утворюють поодинокий та множинний прегангліонарні входи має подібний характер модуляції їх активності з пульсовим ритмом, з чого випливає, що відповідні нейрони можуть бути віднесені до функціонально однорідних шляхів передачі імпульсації з ЦНС до органів-мішеней. Раніше при аналізі фонової активності пульсову модуляцію розглядали за принципом "так-ні", вважаючи її відсутньою або сильною при значенні коефіцієнта нижче чи вище певного значення (Habler et al., 1998). Проведений нами у даній роботі аналіз значень коефіцієнта синхронізації з пульсовим ритмом фоновоактивних ПД першого та другого типу у нейронах ВШГ кроля не лише підтвердив запропоновану раніше концепцію впорядкованої конвергенції прегангліонарних входів на нейроні симпатичного ганглія (Скок, Іванов, 1989), але і надав кількісну характеристику такої впорядкованості.Практично недослідженою особливістю нейронної організації симпатичних гангліїв є розподіл імпульсації по різній кількості нейронів ганглія. Синхронні розряди фоновоактивних нейронів ВШГ кроля було нами проаналізовано за допомогою метода когерентного відведення синхронно з внутрішньоклітинними ПД першого та другого типу. Фрагменти записів фонової активності нейрона ВШГ кроля та зовнішнього сонного нерва представлені на рис. 10, А.
Рис.10. Синхронні розряди нейронів ВШГ кроля, виділені з активності постгангліонарного нерва.
А) Зверху: фонова активність нейрона ВШГ кроля. Стрілками позначено ПД другого типу. Знизу: активність зовнішнього сонного нерва. Б) Нормована активність зовнішнього сонного нерва та сигнал, отриманий в результаті 100 несинхронних накопичень (пунктир). В) Нормовані сигнали, виділені після 100 накопичень синхронно с ПД першого та другого (пунктир) типу у фоновій активності одного нейрона ВШГ. Калібровка однакова для Б и В.
В результаті 100 несинхронних накопичень виділявся сигнал, потужність якого була приблизно на порядок меншою потужності сигналу активності постгангліонарного нерва (рис. 10, Б). Після 100 накопичень фрагментів (40 мс) записів активності зовнішнього сонного нерва синхронно з фоновоактивним ПД нейрона ВШГ у більшості випадків виділялись сигнали, які мали вигляд двохфазного або однофазного ПД тривалістю до 20 мс. На рис. 10, В представлені сигнали, отримані в результаті накопичення синхронно з ПД першого та другого типу одного нейрона ВШГ кроля. Площа цих сигналів відображує кількість нейронів ганглія, що активуються синхронно з даними ПД (Ninomia et al., 1992; Скок, Іванов, 1989). У різних дослідах умови відведення від цілого постгангліонарного нерва могли змінюватись, що впливає на оцінку абсолютної кількості синхронно активованих нейронів. Тому ми вимірювали площу сигналів, нормовану на потужність активності цілого нерва. Так ми визначали відносний внесок у активність цілого нерва нейронів, що активуються синхронно з розрядами прегангліонарних входів, що конвергують на одному нейроні ВШГ.
Для досліджених нейронів сигнали, накопичені синхронно з ПД першого та другого типу, могли дещо відрізнятись за формою, але для пар значень їх площ спостерігалась позитивна кореляція (значення коефіцієнта кореляції склало 0.8). Оскільки величина розрядів цілого нерва визначається кількістю синхронно активованих його волокон, то можна стверджувати, що при фоновій активності збільшення кількості нейронів, активованих синхронно з поодиноким входом супроводжується збільшенням кількості нейронів, активованих синхронно з множинним входом, що конвергує на тому ж нейроні ганглія.
Таким чином, отримані нами дані вказують, що впорядкована конвергенція прегангліонарних волокон на нейронах ВШГ проявляється і на рівні кількості нейронів ганглія, які вони активують в умовах фонової активності.
Фонова активність ідентифікованих нейронів ВШГ щура. Для дослідження фонової активності нейронів ВШГ, що іннервують підщелепну залозу щура, нами було розроблено методику їх антидромної ідентифікації у гострих дослідах in situ. В попередніх дослідах безпосередньо біля залози було ідентифіковано постгангліонарний симпатичний нерв, при відведенні від якого реєстрували ПД у віповідь на подразнення шийного симпатичного нерва. У дослідах з внутрішньоклітинним відведенням від нейронів ВШГ цей нерв препарували, перерізували та затягували у піпетку з подразнюючим електродом. У відповідь на подразнення цього нерва у частині нейронів ВШГ реєстрували антидромні ПД, латентний період яких перебував у діапазоні від 10 до 20 мс. Довжина постгангліонарного нерва від місця подразнення до ВШГ становить приблизно 1 см, а відповідний діапазон швидкостей проведення – від 0.5 до 1.0 м/с. За літературними даними швидкість проведення збудження по постгангліонарним волокнам щура становить близько 0.7 м/с (Habler et al., 1994; Bartsh et al., 1996).
Внутрішньоклітинне відведення було проведено від 46 ідентифікованих нейронів ВШГ, що відповідали на антидромне подразнення постгангліонарного нерва поблизу підщелепної залози. У 25 з 46 нейронів (54%) фонова активність була відсутньою протягом усього часу спостереження (від однієї-двох до десяти та більше хвилин). У відповідь на пряме подразнення такі нейрони генерували нормальні ПД. Фонова активність 11 з 46 ідентифікованих нейронів (24%) складалась лише з підпорогових ЗПСП. Більшість досліджених нейронів (9 з 10 протестованих) були фазними – прикладення деполяризуючого імпульса (500 мс) викликало появу ПД тільки на його початку. Лише один нейрон був тонічним – ПД виникали протягом усього деполяризуючого імпульса.
Фоновоактивні ПД ми спостерігали при відведенні від 10 з 46 (22%) ідентифікованих нейронів. Фрагменти записів фонової активності двох різних ідентифікованих нейронів ВШГ, що іннервують підщелепну залозу, представлено на рис.11. ПД в активності більшості даних нейронів мали крутий фронт зростання, їх форма відповідала формі ПД першого типу у фоновій активності нейронів ВШГ кроля. Лише в одному нейроні нами були зареєстровані фоновоактивні ПД другого типу. Частота виникнення ПД у даних нейронах була від 0.15 до 1.43 с-1, середнє значення склало 0.64 ± 0.17 с-1. Частота підпорогових ЗПСП варіювала від 0.13 до 3.3 с-1, середнє значення склало 1.18 ± 0.44 с-1. Для ПД даних нейронів нами були побудовані пост-R гістограми, аналіз яких показав наявність слабкої модуляції їх активності пульсовим ритмом. Середнє значення коефіцієнта синхронізації склало 1.2 ± 0.2. Такий ступінь модуляції фонової активності пульсовим ритмом характерний для вазоконстрикторів шкіри.
Рис.11. Фонова активність двох різних (А та Б) ідентифікованих нейронів ВШГ щура, що відповідали антидромно на подразнення постгангліонарного нерва поблизу підщелепної залози.
Ми звернули увагу на особливість фонової активності даних нейронів – частота фоновоактивних підпорогових ЗПСП могла суттєво відрізнятись у різних нейронах (рис. 11, А та Б). Це надало нам можливість розділити дані нейрони на дві групи.
В першій групі, яку склали 4 нейрони, спостерігали рідкі підпорогові ЗПСП, амплітуда яких складала кілька мВ. Фрагмент запису фонової активності такого нейрона представлений на рис. 11, А. Середня частота виникнення ПД в нейронах даної групи складала від 0.15 до 0.58 с-1. Гістограма МІІ для імпульсної активності таких нейронів мала вигляд як на рис. 12, А.
Нейрони другої групи (шість клітин) відрізнялись суттєво вищою частотою підпорогових ЗПСП (рис. 11, Б). Середня частота виникнення ПД в активності нейронів даної групи була від 0.34 до 1.3 с-1, а розподілення МІІ мало вигляд як на рис. 12, Б. В цих нейронах можна було спостерігати 3-4 градації амплітуди підпорогових ЗПСП, які, вірогідно, виникають при активації різних прегангліонарних волокон, що конвергують на даному нейроні.
В даній роботі нами вперше було проведено внутрішньоклітинне мікроелектродне відведення фонової активності нейронів симпатичного ганглія, ідентифікованих антидромним подразненням постгангліонарного нерва поблизу органа-мішені (підщелепної залози щура). Дослідження даної популяції нейронів викликає інтерес не лише через їх функції, а і як модель для дослідження функціональної специфічності симпатичних нейронів. На даних нейронах виконано велику кількість морфологічних (Voyvodic, 1989; Luebke, Write, 1992) та нейрогістохімічних досліджень (Gibbins, 1992). Проте електрофізіологічних робіт по відведенню фонової активності даних нейронів усього дві (Іванов, 1989; Bartsh et al., 1998).
Рис.12. Гістограми міжімпульсних інтервалів для фонової активності двох різних (А та Б) антидромно ідентифікованих нейронів ВШГ, що іннервують підщелепну залозу щура.
На (А) та (Б) наведено гістограми для нейронів, фрагменти фонової активності яких представлено відповідно на рис. 11, А та Б.
Розроблена нами методика ідентифікації нейронів має певні переваги перед тими, що використовувались раніше. При відведенні від окремих волокон постгангліонарного нерва (Bartsh et al., 1998) втрачається інформація про фоновоактивні входи, що конвергують на даних нейронах. Так, наприклад середнє значення частоти ПД, отримані у наших дослідах (0.64 с-1), практично співпало зі значенням, отриманим Бартчем та співавторами (0.67 с-1). Але при використаній нами методиці внутрішньоклітинного відведення можна було виділити дві групи нейронів, які відрізняються за кількістю підпорогових фоновоактивних входів та, вірогідно, виконують у залозі різні функції. Цей результат, очевидно, було б неможливо отримати при відведенні від постгангліонарного нерва. У порівнянні з методикою, у якій для ідентифікації даних нейронів було використано флуоресцентний барвник (Іванов, 1989), запропонована нами методика не потребує попередньої підготовки піддослідної тварини та використання флуоресцентного мікроскопа.
Отримані у наших дослідах характеристики фонової активності ідентифікованих нейронів ВШГ щура суттєво відрізняються від отриманих у дослідах Іванова, в яких фонова активність ідентифікованих флуоресцентним барвником нейронів складалась лише з низькочастотних ПД та ЗПСП (тобто відповідала першій групі у нашій роботі). Нейрони, що склали другу групу, були "загублені" в дослідах Іванова, але були зареєстровані у дослідах Бартча та співавторів. Найвірогіднішим, на наш погляд, поясненням даної невідповідності є функціональна різниця між вищезгаданими групами нейронів. З літературних даних відомо (Lung, 2003), що симпатичні нейрони іннервують міоепітеліальні клітини слинного протоку залози. Вважається вірогідним, що при використаному Івановим методі введення барвника (розміщення його кристалів між долями залози) він не буде проникати у проток. Ці літературні дані свідчать про те, що дві групи нейронів, які відрізняються частотою підпорогових ЗПСП, виконують у залозі різні функції.
Функціональна роль фоновоактивних підпорогових ЗПСП у вегетативних гангліях залишається нез'ясованою. Чи є вони лише побочним ефектом значної конвергенціїї у вегетативних шляхах, чи мають певну функцію? З літературних даних відомо, що прегангліонарна іннервація, крім генерації ПД у постгангліонарних нейронах, впливає на регуляцію їх метаболізму та функцій: активності тірозин-гідроксилази (Rittenhouse, Zigmond, 1990), ліпідного метаболізму (Скок, 1970), формування синаптичних контактів (Purves, Lichtman, 1985) та їх відновлення після денервації (Maehlen, Nja, 1982). Вірогідно, що підпорогові ЗПСП за умов фонової активності також можуть виконувати аналогічні функції. Також відомо (Trouslard et al., 1993), що канал нікотинового ацетилхолінового рецептора має достатньо високу проникність для іонів кальцію. Можна припустити, що фоновоактивні ЗПСП, частота яких за нашими даними може у кілька разів перевищувати частоту ПД, можуть брати участь у регуляції внутрішньоклітинної концентрації кальція.
Таким чином, нами було розроблено відповідну методику та вперше проведено внутрішньоклітинне відведення від антидромно ідентифікованих нейронів симпатичного ганглія, що іннервують конкретний орган-мішень (підщелепну залозу щура). Нами було виділено дві групи нейронів, що відрізнялись частотою виникнення підпорогових фоновоактивних ЗПСП і, відповідно, кількістю підпорогових прегангліонарних синаптичних входів, що на них конвергують. Порівняння отриманих нами даних з літературними дозволяє припустити, що дані групи нейронів виконують у залозі різні функції. Цей факт свідчить про те, що конвергенція прегангліонарних входів на нейронах гангліїв є одним з факторів, що забезпечує функціональну специфічність вегетативних шляхів.
ВИСНОВКИ
- Методами внутрішньоклітинного мікроелектродного відведення, відведення від цілого нерва та когерентного усереднення нейрограм постгангліонарного нерва досліджені статистичні характеристики та нейронна організація поодинокого та множинного фоновоактивних прегангліонарних входів, що конвергують на нейроні симпатичного ганглія, а також чутливість синаптичної передачі до дії ряду гангліоблокаторів.
- Показано, що множинний вхід може функціонувати лише за умови синхронізації розрядів прегангліонарних волокон, що його утворюють. Отримано дані, що підтверджують гіпотезу про те, що прегангліонарні нейрони, що формують поодинокий та множинний входи, не належать до різних популяцій нейронів.
- Запропоновано функціональну модель організації прегангліонарних входів, згідно якої множинний вхід може виконувати роль "фільтра низьких частот" при передачі ганглієм імпульсації від ЦНС до органів-мішеней.
- Вперше визначено характеристики фонової активності нейронів симпатичного ганглія, ідентифікованих антидромним подразненням постгангліонарного нерва поблизу органа-мішені. Показано, що функціонально різні нейрони можуть відрізнятись за кількістю фоновоактивних входів, що на них конвергують.
- Встановлено, що селективність гангліоблокуючої дії парасимпатолітика N-децилтропін броміду (ІЕМ-1556) пов'язана з наявністю у його структурі децильного аліфатичного радикала.
- Показано наявність кореляції між характеристиками фонової активності поодинокого та множинного входів, що конвергують на одному нейроні ганглія, що свідчить про упорядковану конвергенцію у симпатичних шляхах.
ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. И.Н.Ремизов, В.Ю.Маслов, Е.Э.Пурнынь, В.Е.Гмиро, В.И.Скок. Селективное фармакологическое блокирование синаптической передачи в пара-симпатических путях сердца у крысы // Нейрофизиология/Neurophysiology.– 1995.– 27, № 5-6.– С. 323-330.
2. V.Skok, A.Ivanov, L.Tatarchenko, V.Maslov. Ganglionic neuronal mechanisms involved in circulatory control system // Acta Neurobiol. Exp.– 1996.– 56, №1.– P. 107-115.
3. В.Ю.Маслов, А.Я.Иванов, В.И.Скок. Фоновая активность нейронов верхнего шейного ганглия кролика: правомерность стохастической гипотезы ее формирования // Нейрофизиология/Neurophysiology.– 1996.– 28, №1.– С. 47-52.
4. В.Ю.Маслов. Фоновая активность нейронов верхнего шейного ганглия, иннервирующих подчелюстную железу крысы // Нейрофизиология/Neurophysiology.– 2005.– 37, №1.– С. 26-31.
5. И.Н.Ремизов, Е.Э.Пурнынь, С.А.Кошелева, В.Ю.Маслов, В.И.Скок. Селек-тивное фармакологическое блокирование сердечных парасимпатических путей // Тезисы XIV съезда Украинского физиологического общества им. И.П.Павлова.– Киев, 1994.– С. 117-118.
6. В.Ю.Маслов. Стохастична модель генерації потенціалів дії у фоновій активності нейронів вегетативного ганглія // Матеріали VII Міжнародної наукової конференції ім. академіка М.Кравчука.– Kиїв, 1998.– С. 318-320.
7. В.Ю.Маслов. Фоновая активность нейронов верхнего шейного ганглия с одиночным и множественным преганглионарными входами // Материалы школы для молодых ученых "Мембраны и сигналы".– Киев, 2000 // Нейрофизиология/Neurophysiology.– 2000.– 32, №1, С. 208-209.
8. V.Y. Maslov. Neuronal organization of single and multiple preganglionic inputs converging on the same sympathetic ganglion neuron // Abstracts of Forth Conference of the Czech Neuroscience Society.– Prague, 2001.– p. 84.
9. В.Ю.Маслов. Синхронізація активності прегангліонарних входів, що конвергують на одному нейроні верхнього шийного ганглія, з пульсом // Матеріали XVI з'їзду Українського фізіологічного товариства.– Вінниця, 2002 // Фізіологічний журнал.– 2002.– 48, №2.– С. 73-74.
10. В.Ю.Маслов, В.І.Скок. Внутриклеточное отведение от идентифици-рованных нейронов симпатического ганглия in situ // Материалы III конференции Украинского общества нейронаук.– Донецк, 2005 // Нейронауки: теоретические и клинические аспекты.– 2005.– 1, № 1.– с. 37.
АНОТАЦІЯ
Маслов В.Ю. Конвергенція фоновоактивних прегангліонарних входів на нейроні симпатичного ганглія.– Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.02 – біофізика.– Інститут фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України, Київ, 2005.
Досліджено нейронну організацію, фонову активність та чутливість синаптичної передачі до ряду блокаторів нейронів верхнього шийного ганглія (ВШГ). Встановлено, що селективність гангліоблокуючої дії парасимпатолітика N-децилтропін броміду визначається наявністю у його молекулі децильного аліфатичного радикала. Проведено кількісний аналіз стохастичної гіпотези формування активності нейронів симпатичних гангліїв. Показано, що множинний прегангліонарний вхід може бути ефективним за умови синхронізації розрядів волокон, що його утворюють. Визначено характеристики активності антидромно ідентифікованих нейронів ВШГ щура, що іннервують підщелепну залозу. Показано, що функціонально різні нейрони можуть відрізнятись за кількістю фоновоактивних входів, що на них конвергують.
Ключові слова: верхній шийний ганглій, фонова активність, поодинокий та множинний входи, стохастична гіпотеза, антидромна ідентифікація.
АННОТАЦИЯ
Маслов В.Ю. Конвергенция фоновоактивных преганглионарных входов на нейроне симпатического ганглия.– Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.02.– биофизика.– Институт физиологии им. А.А.Богомольца НАН Украины, Киев, 2005.
Методами микроэлектродного внутриклеточного отведения и отведения от целых постганглионарных нервов на наркотизированных уретаном кроликах и крысах исследованы фоновая активность, нейронная организация и чувствительность синаптической передачи к ряду ганглиоблокаторов нейронов верхнего шейного ганглия (ВШГ).
Установлено, что селективность ганглиоблокирующего действия парасимпатолитика N-децилтропин бромида определяется наличием в его структуре децильного алифатического радикала, замена которого на гексильный радикал приводит к увеличению симпатолитической активности данного вещества.
В острых опытах на наркотизированных животных определены статистические характеристики фоновой активности нейронов ВШГ с одиночным и множественным преганглионарными входами. На основании полученных данных и предложенной модели проведен количественный анализ стохастической гипотезы формирования активности нейронов симпатических ганглиев. Показано, что множественный преганглионарный вход может быть эффективен лишь при условии синхронизации образующих его волокон. Предложена функциональная модель организации преганглионарных входов, согласно которой множественный вход может выполнять роль "фильтра низких частот" при передаче ганглием импульсации от центральной нервной системы к органам-мишеням.
Для одиночного и множественного преганглионарных входов, конвергирующих на одном нейроне ВШГ, определен их вклад в пульсовую модуляцию активности и синхронные разряды постганглионарного нерва. Показано наличие корреляции между парами значений коэффициентами пульсовой модуляции фоновой активности одиночного и множественного входов, а также парами значений площадей сигналов, выделенных при когерентном накоплении активности постганглионарного нерва синхронно с внутриклеточными потенциалами действия, возникающих при активации одиночного и множественного входов. Полученные данные количественно характеризуют упорядоченную конвергенцию преганглионарных входов в симпатических путях.
Впервые определены характеристики фоновой активности нейронов симпатического ганглия при внутриклеточном отведении от нейронов, идентифицированных антидромным раздражением постганглионарного нерва в непосредственной близости от органа-мишени (подчелюстной железы крысы). По характеру фоновой активности нейроны были разделены на две группы, отличающиеся частотой подпороговых возбуждающих постсинаптических потенциалов. Есть основания предполагать, что данные группы нейронов выполняют в железе различные функции. Полученные данные свидетельствуют, что конвергенция фоновоактивных преганглионарных входов может являться фактором, определяющим функциональную специфичность в функционально различных симпатических путях.
Ключевые слова: верхний шейный ганглий, фоновая активность, одиночный и множественный входы, стохастическая гипотеза, антидромная идентификация.
ANNOTATION
Maslov V.Y. Convergence of ongoing-active preganglionic inputs on a sympathetic ganglion neuron.– Manuscript.
Thesis for Candidate of Sciences degree (Biology) on speciality 03.00.02 – biophysics.– Bogomoletz Institute of Physiology of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2005.
Neuronal organization, ongoing activity and sensitivity of synaptic transmission to a number of ganglioblockers of superior cervical ganglion (SCG) neurons were studied. It was established that selective action of N-decyltropine bromid on parasympathetic ganglia depends on decyle aliphatic radical presence. Quantitative analysis of random hypothesis of sympathetic ganglion neurons activity generation was made. It was shown that multiple preganglionic input could be effective if only formed by synchronized fibers. On-going activity characteristics of antidromically identified SCG neurons were defined. It was shown that functionally different neurons may differ in number of active sub-threshold fibers converging on them.
Keywords: superior cervical ganglion, on-going activity, single and multiple inputs, random hypothesis, antidromic identification.
| 
