В 2010 г. исследовательскую работу вели к.б.н, н.с. Д.В. Абрамочкин, к.б.н., н.с. В.С. Кузьмин, студенты 4-го (5-го) курса кафедры физиологии человека и животных: Антон Малышев, Анна Марченкова, Евгения Волкова, студенты 3-го курса: Мария Порохня. Учебную практику студентов кафедры физиологии 3-го курса (08.8.2010-31.8.2010) курировал И.Ю.Сергеев.
Исследовательская работа выполнялась по следующим темам:
1. Изучение механизмов нервной регуляции работы сердца рыб (Д.В. Абрамочкин, М.В.Порохня);
2. Изучение неквантовой секреции ацетилхолина из интрамуральных парасимпатических волокон в сердце рыб (Д.В. Абрамочкин);
3. Механизмы регуляции сократительной активности мускулатуры стенки тела асцидии (Е.В.Волкова, В.С.Кузьмин);
4. Механизмы автоматии мышц стенки тела оболочников (Е.В.Волкова, В.С.Кузьмин);
5. Некоторые аспекты нейрогуморальной регуляции люминесценции элитр полихеты Harmothoe imbricata (А.В.Малышев, А.А. Марченкова, В.С. Кузьмин)
МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ СОКРАТИТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ МУСКУЛАТУРЫ СТЕНКИ ТЕЛА АСЦИДИИ
Представители класса асцидии широко распространены на Белом море, они достаточно хорошо изучены, однако остается много неизвестного касательно физиологии этих организмов. Асцидии обладают рядом уникальных свойств. Например, клетки мышечной стенки тела асцидий представляют собой нечто среднее между гладкомышечными и поперечнополосатыми клетками позвоночных, одна мышечная клетка может быть иннервирована несколькими нервными волокнами. Механизмы регуляции сокращения мышц стенки тела асцидий, а также свойства мышечных клеток мало изучены. В связи с вышесказанным в данной работе были поставлены следующие задачи:
— изучение механизмов нервно-мышечной передачи у асцидий (Styela rustica и Halocintia periformis);
— изучение роли ионов в возбуждении мышечных клеток стенки тела асцидии.
Медиатором нервно-мыщечной передачи у позвоночных является ацетилхолин (АЦХ). В наших экспериментах были подтверждены имеющиеся ранее данные о том, что у асцидий ацетилхолин также опосредует нервно-мышечную передачу. В ответ на введение в перфузионный раствор АЦХ или его негидролизуемого аналога – карбахола (в диапазоне концентраций 1*10-7М – 1*10-5М), развивался выраженный сократительный ответ мышечной полоски. Сократительный ответ при действии карбахола был значительно больше и длительнее, чем при действии АЦХ. Этот факт говорит в пользу наличия в препарате мышечной полоски ацетилхолинэстеразной активности.
В различных литературных источниках указывают, что действие АЦХ у асцидий может быть опосредовано как М-, так и N-холинорецепторами. Нами была предпринята попытка выяснить – какой тип холинорецеторов опосредует действие АЦХ в мышце стенки тела Styela rustica и Halocintia periformis. Атропин – блокатор М-холинорецепторов, в диапазоне концентраций 1*10-7М – 1*10-5М не снижал сократительного ответа препарата мышечной полоски на АЦХ (1*10-5М). Тубокурарин – блокатор N-холинорецепторов нервно-мышечного синапса, в диапазоне концентраций 1*10-7М – 1*10-5М прогрессивно снижал сократительный ответ полоски на АЦХ (1*10-5М). Можно предположить, что сократительный ответ мышечных клеток стенки тела асцидии на АЦХ опосредуют N-холиноподобные рецепторы.
При выделении АЦХ из нервных окончаний и его связывании с рецепторами на постсинаптической мембране происходит возбуждение мышечной клетки – развивается потенциал действия (ПД). Согласно имеющимся литературным данным, ПД мышечной клетки асцидии имеет кальциевую природу. Утверждается, что натриевый ток (протекающий, через потенциал-чувствительные натриевые каналы) практически не вносит вклад в формирование ПД. Однако нами было установлено, что прокаин (блокатор натриевых потенциал-чувствительных каналов нервных волокон и мышечных клеток) в диапазоне концентраций 1*10-7М – 1*10-5М снижает сократительный ответ на АЦХ (1*10-5М) препарата стенки тела асцидии. При высокой концентрации (1*10-5М-1*10-5М) прокаин полностью подавляет сократительный ответ на АЦХ (1*10-5М). Такие же эффекты вызывает и другой блокатор натриевых потенциал-чувствительных каналов – хинидин. На данном этапе исследования можно предположить, что в мембране мышечных клеток стенки тела асцидии присутствуют натриевые потенциал-чувствительные каналы, и они играют существенную роль в формировании ПД. Однако известно, что прокаин подавляет выброс кальция из саркоплазматического ретикулюма в сократимых клетках. Вероятно, эффекты прокаина связаны с его влиянием на колебания уровня цитоплазматического кальция. Однако, для подтверждения или опровержения данной гипотезы необходимы дальнейшие исследования.
МЕХАНИЗМЫ АВТОМАТИИ МЫШЦ СТЕНКИ ТЕЛА ОБОЛОЧНИКОВ
Одной из отличительных черт асцидий является способность к ритмическому сокращению мышц стенки тела. Такие ритмические сокращения, вероятно, служат проталкиванию, прокачиванию жидкости через фильтрационный аппарат. Установлено, что способностью к низкочастотной низкоамплитудной ритмической активности обладают препараты изолированных мышечных полосок стенки тела асцидии. Т.е. ритмическая активность сохраняется в отсутствие нервных влияний. Вероятно, что автоматия мышц стенки тела является миогенной. Цель данной работы заключалась в изучении природы и регуляции автоматической активности мышц стенки тела асцидии. Нами проведены опыты с использованием ивабрадина, прокаина, ацетилхолина.
Миогенная автоматия кардиомиоцитов млекопитающих связана с существованием неселективного деполяризующего ионного тока активириуемого гиперполяризацией. Блокирование данного тока приводит к снижению ритма. Для проверки гипотезы о существовании такого тока в мышцах стенки тела асцидии был использован специфический блокатор – ивабрадин. В диапазоне концентраций 1*10-6М-1*10-4М ивабрадин не вызывал изменения частоты ритмической активности. Т.е. автоматия мышц стенки тела асцидии скорее всего не связана с существованием специфического катионного тока, активируемого гиперполяризацией.
Прокаин в концентрации 1*10-5М также не вызвал изменения ритма сократительной активности в мышцах асцидии. Можно предположить, что автоматическая активность не связана с периодической активацией потенциалчувствиетльных натриевых каналов.
Ацетилхолин в диапазоне концентраций 1*10-6М-1*10-5М вызывал незначительные и неоднозначные изменения ритма спонтанных сокращений мышечной полоски асцидии. Вероятно АЦХ оказывает регуляторное воздействие на ритм, однако не является необходимым непосредственно для генерации ритма.
Ранее японскими исследователями было показано, что в мышечных клетках личинок асцидий наблюдаются быстрые осцилляции мембранного потенциала, которые вероятно являются необходимыми для осуществления ритмической двигательной активности личинки. Установлено, что данные осцилляции обусловлены колебаниями кальциевой проводимости, периодической активацией кальциевых токов, и сопровождаются периодическими изменениями уровня цитоплазматического кальция. Вероятно, в основе ритмической двигательной активности личинки и сократительной активности мускулатуры стенки тела взрослой асцидии лежат одни и те же механизмы. Можно предположить, что медленная ритмическая активность мышц стенки тела взрослой асцидии является «остатком» личиночной двигательной активности. В связи с вышесказанным, представляются целесообразными дальнейшие исследования, направленные на разработку гипотезы «кальциевой» автоматии мышц стенки тела асцидии.
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ НЕЙРОГУМОРАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ЭЛИТР ПОЛИХЕТЫ HARMOTHOE IMBRICATE
Полихета Harmothoe imbricate, широко распространенная на Белом море, обладает способностью к биолюминесценции. Люминесцентными органами полихеты являютсячешуйки, прикрывающие спинную поверхность – элитры. Элитра начинает люминесцировать при механическом раздражении или сбрасывании (аутотомии), испускаемый свет, видимо способствует отвлечению хищника, позволяет полихете скрыться. В элитру входит параподиальный нерв, иннервирующий нервный ганглий элитры. Установлено, что процесс аутотомии и инициации люминесценции регулируется нервной системой. Однако, тонкие механизмы, активирующие люминесценцию, не изучены. Вероятно, высвобождение нейромедиатора из нервных окончаний иннервирующих фотогенную ткань, связывание со специфическими рецепторами приводит к её активации и развитию люминесценции. В данной работе была предпринята попытка выяснения роли некоторых нейромедиаторов и их рецепторов в процессе активации люминесценции. Была исследована способность таких нейромедиаторов как ацетилхолин, ГАМК, глютамат, адреналин, а также различных синтетических агонистов адренорецепторов при попадании в элитру влиять на люминесценцию – активировать, усиливать или подавлять свечение, изменять временной ход затухания свечения.
В ходе работы установлено, что глутамат и ГАМК в диапазоне концентраций 1*10-6 1*10-4М не оказывали влияния относительную интенсивность люминесценции и не изменяли временной ход затухания свечения. Адреналин в диапазоне концентраций 1*10-6 1*10-4М также не оказывал статистически значимого влияния. Однако, селективные агонисты альфа- и бета-адренорецепторов (ксилометазолин и изопротеренол) изменяли интенсивность свечения. Ксилометазолин увеличивал интенсивность, а изопротеренол вызвал подавление люминесценции. Можно предположить, что в фотогенной ткани элитр существует два типа адренорецепторов, активация которых приводит к противоположным эффектам. Отсутствие однозначного эффекта адреналина может быть связано с тем, что он активирует оба типа адренорецепторов.
При использовании антихолинергических соединений интенсивность люминесценции элитр снижалась, но динамика затухания свечения не изменялась.
Таким образом, можно предположить, что инициация люминесценции определяется действием классических нейромедиаторов – адреналина и ацетилхолина.
ОТЧЕТ ФИЗИОЛОГИ ББС 2010 ПЕЧАТНЫЙ ВАРИАНТ.PDF
Развернутый отчет о беломорской практике кафедры физиологии животных в 2010 г.
