Морфофункциональная характеристика механизмов никотиновой холинергической регуляции нейрон-глиальных взаимодействий и метаболической активности в симпатическом ганглии

В нейронах блокирование нХР вызывает значительное снижение активности изоферментов ЛДГ.

Также как и в целом ганглии, в нейронах, по мере сокращения числа свободно функционирующих нХР, наблюдается синхронное, весьма значительное и последовательное падение активности ЛДГ и входящих в ее состав изоформ. При блокировании части рецепторов активность общей ЛДГ в нейронах уменьшается на 41,5%, при полном блокировании - уменьшение активности фермента составляет уже 71% относительно уровня его ферментативной активности в контроле. Такая же последовательность в ин-гибировании ферментативной активности при усилении блокирующего воздействия регистрируется и в отношении отдельных изоферментов ЛДГ. Для Н-изоформ полученное снижение активности составляет соответственно 25% при частичной, и 58% при полной блокаде. Для М-изоформ уровень снижения активности относительно контрольных показателей составляет соответственно 36% и 62%.

В динамике изменения активности всех трех составляющих ферментативной системы ЛДГ (общей ЛДГ, Н- и М-изоформ), которые определяются в рамках одного и того же гистохимического метода, но с помощью независящих друг от друга цитохимических реакций, прослеживается совпадающая тенденция, которая выражается в том, что вместе с уменьшением свободно функционирующих никотиновых холинорецепторов, линейно, с довольно высоким коэффициентом детерминированности (R² = 0,99) синхронно уменьшается и их активность.

Важным следствием блокады является то, что в нейронах вместе с ингибированием активности ферментативной системы ЛДГ, происходит сдвиг в сторону большей активности Н-субъединиц, осуществляющих прев-ращение лактата в пируват. Связано это с тем, что активность М-изоформы при блокаде нХР снижается в большей степени, чем активность Н-изоформы, в результате чего величина отношения Н/М в нейронах при блокаде, хотя и незначительно, но повышается (рис. 4) и при частичной блокаде отношение Н/М устанавливается на уровне более высоком, чем контрольный (p 0,05).

Вышеизложенные результаты показывают, что уменьшение уровня свободных нХР вызывает сдвиги в функциональной направленности ферментативной системы ЛДГ в нейронах в сторону интенсификации участия фермента в процессах аэробной фазы энергопродукции.

Полученная при блокаде однотипность в изменениях ЛДГ, Н и М ее изоформ, совокупный вклад которых по существу определяет общий уровень активности ЛДГ, каждая из которых выявлялась с помощью разных цитохимических методик, объективно указывает на закономерное участие нХР в регуляции активности всей ферментативной системы ЛДГ нейронов. При этом характер цитохимических изменений ЛДГ в нейронах достаточно хорошо согласуется с аналогичными изменениями ЛДГ, полученными в тех же условиях с помощью биохимического анализа этого фермента на уровне целого симпатического ганглия.

Таким образом, нейрональным никотиновым холинорецепторам принадлежит ключевая роль в регулировании ферментативной системы ЛДГ как на уровне симпатического ганглия, так и входящих в его состав нейронов.

Совокупность представленных результатов позволяет заключить, что синаптический сигнал через нХР представляется важной составной частью механизмов, которые, во-первых, формируют изоферментный спектр ЛДГ, во-вторых, обеспечивают необходимый уровень активности входящих в состав ЛДГ ферментов и, в-третьих, поддерживают ее функциональную специфичность, направленную на обеспечение необходимой для нормальной деятельности ганглия сбалансированности лактат-пируватной реакции.

В сателлитных глиоцитах расположенных вокруг нейронов наблюдается при блокаде нХР другие изменения активности ЛДГ (рис. 4).

В этих клетках наибольшие изменения происходят только с М изоформами ЛДГ, активность которых по мере усиления блокирующего воздействия значительно снижается - на 43% относительно контрольных показателей при частичной блокаде нХР и на 55,5% - при полной блокаде. Активность Н-форм ЛДГ в глиоцитах, в отличие от нейронов, при этом не меняется (р 0,05). Достоверное снижение активности общей ЛДГ (p 0,05) регистрируется только при полной блокаде нХР (рис. 4) и очевидно связано с отмеченными выше изменениями в активности М изоформ.

Важным следствием особенной реакции ЛДГ сателлитных глиоцитов на блокаду нХР является резкое изменение в этих клетках отношения между уровнями активности изоформ ЛДГ (Н/М), которое претерпевает, по срав-нению с интактными клетками полную инверсию. Так, при частичной блокаде отношение Н/М в указанных клетках уже выше единицы (1,15). При полной блокаде изоферментный профиль ЛДГ глиоцитов статистически значимо (р>0,05) не отличается от величины отношения Н/М, характеризу-ющего нейроны интактного ганглия.

Таким образом, при блокаде нХР в сателлитных глиоцитах происходит трансформация энергетических механизмов, по крайней мере, в отношении ферментативной системы ЛДГ, которая начинает функционировать также как в интактных симпатических нейронах.

Полученные экспериментальные результаты позволяет закономерно полагать, что в сателлитных глиоцитах механизмы энергетического обмена, по крайней мере, в части функционирования ферментативной системы ЛДГ, контролируются через никотиновые рецепторы холинергической синапти-ческой активностью симпатических нейронов, которые тем самым могут прямо влиять на процессы выработки лактата в окружающих симпатические нейроны сателлитных глиоцитах.

Установленная в работе интеграция энергетических процессов между нейронами и окружающих их сателлитными глиоцитами, которая детерминируется нейронами через синаптическое взаимодействие с нХР, может рассматриваться как один из ключевых механизмов энергетической организации КШСГ, подобно аналогичному клеточному механизму энергетической орга-низации головного мозга в соответствии концепцией лактатного челночного механизма ANLSH (Pellerin L., 2003; Pellerin L., Magistretty P., 2004; Pierre K., Pellerin L., 2005).

Влияние блокирования никотиновых холинорецепторов на содержание макроэргов в симпатическом ганглии

Все различия достоверны (U критерий, p 0,05).

Поскольку количественные изменения макроэргов отражают не только интенсивность энергопродуцирующих процессов, но и уровень клеточного метаболизма в целом (Хватова Е.М., с соавт., 1987; Dzeja P., Terzic A., 1998), такая динамика свидетельствует о значительном энергетическом дефиците и о снижении общего метаболического потенциала при блокаде нХР.

При этом степень отмеченных изменений выражена тем сильнее, чем меньше в ганглии остается функционирующих нХР, численность которых, как известно (Першин Б.Н., 1966; Скок В.И. и соавт., 1987; Бровцына Н.Б. и соавт., 1996), уменьшается с увеличением дозы ганглиоблокатора.

Создаваемый блокадой дефицит макроэргов вместе с тем носит обратимый характер и в последующем, независимо от степени первоначально примененного блокирующего воздействия, содержание макроэргов начинает столь же последовательно увеличиваться.

При этом содержание аденилатов закономерно повышается вместе с постепенным восстановлением нормальной численности свободно функционирующих нХР, что является естественным следствием ослабления и окончания синаптической блокады (Першин Б.Н., 1966; Скок В.И. и соавт., 1987; Бровцына Н.Б. и соавт., 1996).

Таким образом, характер динамики полученных сдвигов аденилатного пула макроэргов позволяют заключить, что синаптические нХР принимают закономерное участие в механизмах формирующих такой уровень содержания макроэргов, который обеспечивает необходимый энергетический баланс, отвечающий запросам нормально функционирующего симпатического ганглия.

Заключение

На основании полученных результатов впервые установлены закономерности, управляющие функциональной деятельностью краниального шейного симпатического ганглия. Суть этих закономерностей заключается в том, что, поступающий в ганглий через нейрональные никотиновые холинорецеп-торы афферентный информационный поток осуществляет включение и последующую модуляцию в ганглии определенных молекулярных и специфических клеточных механизмов (схема 1).

Синаптический сигнал через никотиновые холинорецепторы принимает участие в механизмах энергетического гомеостаза симпатического ганглия, обеспечивая управление базовым уровнем ключевых энергетических пара-метров - аденилатного пула макроэргов и ферментативной системы ЛДГ, активизирует и модулирует процессы синтеза белка в нейронах и окружающих нейроны сателлитных глиоцитах.

Вместе с этим синаптический сигнал через никотиновые холино-рецепторы потенцирует в симпатическом ганглии специфическое клеточное взаимодействие - метаболическую интеграцию между симпатическим нейроном и сателлитными глиоцитами, тем самым, связывая эти клетки в единую функционально - метаболическую единицу.

В этой системе метаболизм сателлитных глиоцитов контролируется нейронами. Симпатические нейроны через никотиновые холинорецепторы сопрягают активность своей белок-синтезирующей системы, по крайне мере на уровне трансляции, с активностью белок-синтезирующего системы сосед-них с ними сателлитных глиоцитов и детерминируют анаэробную направ-ленность энергетических процессов в сателлитных глиоцитах, ориентируя эти клетки на избыточное продуцирование лактата.

Использованная в работе экспериментальная модель, приводящая к блокированию ионных каналов в никотиновых холинорецепторах, делает возможным понимание природы сигнальных механизмов, трансформиру-ющих регуляторное воздействие через никотиновые холинорецепторы. К таковым относятся ионотропные эффекты селективного потока катионов Na⁺, K⁺ и Ca ²⁺, лежащие в основе быстрой холинергической синаптической передачи.

Выводы

1. Основополагающий принцип морфофункциональной организации симпатического ганглия заключается в сопряжении синаптических сигналов поступающих через никотиновые холинорецепторы симпатических нейронов с метаболическими процессами в симпатическом ганглии.

2. Синаптический сигнал через никотиновые холинергические рецепторы формирует в симпатическом ганглии временную межклеточную интегративную систему, состоящую из метаболически взаимодействующих между собой симпатических нейронов и окружающих нейроны сателлитных глиоцитов. В отсутствие такого сигнала симпатические нейроны и сателлитные глиоциты представляют собой метаболически самостоятельные, независящие друг от друга клеточные системы.

3. Индуцируемое холинергическим синаптическим сигналом нейрон - глиальное взаимодействие проявляется в синхронизации процессов синтеза белка в симпатических нейронах и сателлитных глиоцитах в ответ на изменения синаптической активности.

4. В обусловленном синаптическим сигналом межклеточном взаимодействии ведущая роль принадлежит симпатическим нейронам, которые через нико-тиновые холинергические рецепторы осуществляют контроль за процессами синтеза белка на уровне трансляции в соседних с ними сателлитных глио-цитах и детерминируют в сателлитных глиоцитах специфический изофер-ментный профиль ЛДГ, определяющий в этих клетках анаэробную направ-ленность энергетических процессов.

5. Энергетические процессы в симпатических нейронах и сателлитных глиоцитах существенно различаются. В симпатических нейронах ферментативная система ЛДГ ориентирована на обеспечение доминирования аэробной фазы энергопродукции. В сателлитных глиоцитах изоферментный профиль ЛДГ, напротив, функционально обеспечивает доминирование анаэробной фазы и связанной с ней интенсивной продукцией лактата.

6. Синаптические никотиновые холинорецепторы являются необходимым функциональным звеном, через которое в ответ на изменения синаптической активности холинергических синапсов осуществляется активизация процессов трансляции белка в симпатических нейронах. При этом синаптический сигнал, поступающий через никотиновые холинорецепторы, оказывает модулирующее влияние на процессы трансляции белка в нейронах, детерминируя относительную быстроту и интенсивность наступающего цитохимического ответа.

7. Сателлитные глиоциты краниального шейного симпатического ганглия в ответ на изменение синаптической активности проявляют высокую метаболическую лабильность, которая выражается в модуляциях содержания рРНК и изменениях изоферментного профиля ферментативной системы ЛДГ в этих клетках. В то же время метаболическая реакция сателлитных глиоцитов существенно отличается от реакции симпатических нейронов.

8. Ферментативная система ЛДГ в краниальном шейном симпатическом ганглии кроликов представлена в норме пятью основными изоформами: ЛДГ-1, -2, -3, -4 и -5. Наиболее активны анодные фракции ЛДГ-1 и ЛДГ-2. Относи-тельная активность изоферментов в спектре ЛДГ последовательно убывает от ЛДГ-1 к ЛДГ-5.

9. Через синаптическое взаимодействие с никотиновыми холинорецепторами обеспечивается необходимый для нормальной функциональной деятельности симпатического ганглия изоферментный состав и уровень активности каж-дого из изоферментов ЛДГ, устанавливаются базовые параметры аденилат-ного пула макроэргов.

10. Полученные результаты по изучению динамических изменений энергетических и метаболических параметров дают основания заключить, что синаптический сигнал через никотиновые холинорецепторы управляет энергетическим и метаболическим статусом симпатического ганглия в условиях его нормальной функциональной деятельности.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Гореликов П.Л. Динамика содержания цитоплазматической РНК симпатических нейронов при синаптической блокаде. // Бюлл. экспер. биол. и мед. - 1980. - т. 89. - №2. - C. 232 - 234.

2. Гореликов П.Л. Светооптическая характеристика базофильного вещества симпатических нейронов в условиях синаптической блокады. // «Проблемы молекулярной биологии и патологии сельскохозяйственных животных». Сб. научн. тр. М.: Моск.вет. акад. - 1980. - Т. 113. - С. 91 - 94.

3. Гореликов П.Л. Функциональные изменения хроматофильного вещества и содержание РНК в цитоплазме симпатических нейронов при нарушении синаптической передачи. // Арх. анат. гист. эмбр. - 1981. - т. 81. - №7. - С. 58 - 64.

4. Александровская О.В., Козлов Н.А., Гореликов П.Л. Морфологические изменения ганглиев периферической нервной системы при постнатальном развитии и компенсаторном ответе. // «Проблемы вирусологии, молекулярной биологии и гистологии сельскохозяйственных животных». Сб.научн. тр. М.: Моск.вет. акад. - 1983. - С. 56 - 58.

5. Гореликов П.Л. Содержание РНК в нейронах и перинейрональной нейроглии краниального шейного симпатического ганглия при синаптической блокаде. // В кн.: «Морфологические исследования в практике здравоохранения и животноводства». М.: Наука. - 1984. - С. 34 - 37.

6. Гореликов П.Л., Козлов Н.А., Плахотина Л.М. Морфо-функциональные проявления компенсаторного ответа симпатической системы сельскохозяй-ственных животных в условиях гипер- и гиподинамии. // «Возрастная и эколо-гическая морфология животных в условиях интенсивного живодноводства». Сб. научн. тр. Ульяновск.: Ульяновский с.-х. ин-т. - 1987. - С. 85 - 87.

7. Гореликов П.Л. Метаболизм РНК в условиях дозированной гипофункции нейронов. // «Актуальные проблемы ветеринарной и зоотехнической науки в интенсификации живодноводства». Мат.конф. посв. 70-летию МВА. М.: Моск. вет. акад. - 1990. - С. 157 - 158.

8. Гореликов П.Л. Некоторые особенности метаболизма РНК в нейронах периферической нервной системы в условиях дозирования гипофункции. // В кн.: «Морфофункциональные основы формирования в онтогенезе адаптивных возможностей организма человека и животных». М.: ИЭМЭЖ АН СССР. - 1991. - С. 11 - 12.

9. Гореликов П.Л. Морфофункциональный статус периферической нервной системы кроликов при дозированной гипофункции. // «Морфофункциональный статус млекопитающих и птиц». Сб. научн тр. Симферополь: Крымский с.-х. ин.-т. и Крымский мед. ин.-т. - 1995. - С. 54 - 55.

10. Гореликов П.Л. Особенности энергообеспечения клеток нервной ткани в краниальном шейном ганглии в норме и при синаптической блокаде. // «Материалы методической и научной конференции» Сб. научн тр. М.: МГАВМБ. - 2001. - С. 170 - 171.

11. Гореликов П.Л., Савельев С.В. Влияние блокады Н-холинергических синапсов в верхнем шейном ганглии на ферментативную систему ЛДГ. Тез. докл. VII конгресса Межд. Ассоциации морфологов. // Морфология. - 2004.- т. 126. - №4. - С. 38.

12. Гореликов П.Л., Савельев С.В. Эффект частичного и полного нарушения транссинаптической передачи в холинергических синапсах на содержание р-РНК в симпатических нейронах. // «VII Всероссийская конференция по патологии клетки». Сб. научн. тр. М.: ГУ НИИ МЧ РАМН. - 2005. - С. 37 - 38.

13. Гореликов П.Л., Савельев С.В. Количественные изменения РНК в цитоплазме симпатических нейронов в условиях ганглионарной блокады. // «Актуальные вопросы морфогенеза в норме и патологии. Клиническая морфология новообразований эндокринных желез». Мат. научн. конф. М.: ГУ НИИ МЧ РАМН. - 2005. - C. 92 - 95.

14. Гореликов П.Л., Савельев С.В. Изоферментный спектр лактатдегидрогеназы в краниальном шейном симпатическом ганглии в норме и при синаптической блокаде. // Бюлл. экспер. биол. и мед. - 2005. - т. 140. - №12. - C. 642 - 644.

15. Гореликов П.Л., Савельев С.В. Глиальные нуклеиновые кислоты в симпатическом ганглии при синаптической блокаде. // «Актуальные вопросы морфогенеза в норме и патологии». Сб. научн. тр. М.: ГУ НИИ МЧ РАМН. - 2006. - С. 70 - 73.

16. Гореликов П.Л., Савельев С.В. Метаболический ответ глиальных клеток на блокирование синаптической передачи в симпатическом ганглии. Мат. докл. VIII конгресса Межд. Ассоциации морфологов. // Морфология. - 2006.- т. 129. - №4. - С. 39.

17. Гореликов П.Л., Савельев С.В. Вероятный механизм энергообеспечения симпатических нейронов с помощью глиальных клеток. // «Бабухинские чтения в Орле». Мат. 5-й Всеросийской конф. ЗАО «Ретиноиды». М.: - 2006. - С. 43 - 44.

18. Гореликов П.Л., Савельев С.В. Возможное участие лактата в нейрон-глиальном взаимодействии через Н-холинергические синапсы в краниальном шейном симпатическом ганглии. // Бюлл.экспер. биол. и мед. - 2006. - т. 142.- №11. - С. 573 - 575. (Gorelikov P.L., Saveliev S.V. Possible involvement of lactate in neuroglial interaction through nicotinic cholinergic synapses in the cranial cervical sympathetic ganglion. //Bull. Exp. Biol. Med. - 2006. - V.142. - N.5.- p. 625 - 627.

19. Гореликов П.Л., Савельев С.В. Участие Н-холинергических синапсов в ре-гуляции метаболизма РНК симпатических нейронов и сателлитных глиоци-тов. // Морфология. - 2007. - т. 131.- №1.-С. 40 - 43.

20. Гореликов П.Л., Савельев С.В. Влияние Н-холинергической синаптической блокады на содержание аденилатных макроэргов и на ферментативную систему ЛДГ в симпатическом ганглии. // Биомед. хим. - 2007.-т. 53.-Вып.3.- С. 290 - 296.

21. Гореликов П.Л., Савельев С.В. Изоферменты лактатдегидрогеназы в симпатических нейронах и сателлитных глиоцитах в норме и в условиях блокады никотиновых холинорецепторов. // Морфология. - 2007. - т. 132.- №4. - С. 36 - 39.

22. Гореликов П.Л., Савельев С.В. Участие Н-холинергических периферических синапсов в энергетическом обмене симпатического ганглия. // Нейрохимия. - 2007. - т. 24.- №2. - С. 132 - 137. (Gorelikov P.L., Saveliev S.V. Involvement of N-cholinergic peripheral synapses in energy exchange within a sympathetic ganglion. // Neurochem. J. - 2007.-V.1.-N.3. - p. 208 - 213).

23. Гореликов П.Л. Характеристика ферментативной системы ЛДГ в краниальном шейном ганглии. // Научн. конф. «Актуальные вопросы мор-фогенеза в норме и патологии». Сб. научн. тр. М.: ГУ НИИ МЧ РАМН. - 2008. - C. 35 - 38.

24. Гореликов П.Л. Влияние никотиновых холинергических рецепторов на энергетический обмен краниального шейного симпатического ганглия. // Научн. конф. «Актуальные вопросы морфогенеза в норме и патологии». Сб. научн. тр. М.: ГУ НИИ МЧ РАМН.. - 2008. - C. 32 - 34.

Размещено на Allbest.ru