Функции ГЛИИ
нейронно – нейроглиальных взаимоотношений В настоящее время всеми
признается что нейрон-нейроглия является функциональной единой системой,
однако материальная сущность передатчиков сигнала от нейрона на клетки глии
и многие вопросы, связанные с его реализацией в метаболические процессы,
остаются открытыми.
Было высказано предположение, что биохимический цикл глиального
обеспечения функции нейронов осуществляется путем обратной метаболической
связи при непосредственном участии в качестве передатчиков сигнала
нейромедиаторов, К+, аммиака и др. соединений. Предпосылки для такого
заключения имелись как в нейрохимической, так и в физиологической
литературе, но требовалось коррелятивное сопоставление физико-химического
состоя мембран глии с биохимическими процессами в них в условиях
моделирования возбуждающего и тормозного состояния нейрон – нейроглиального
комплекса.
Исходя из вышесказанного мы предприняли исследование участия К+,
нейромедиаторов и аммиака в передаче метаболических сигналов от нейрона на
клетки нейроглии в условиях их целостного состояния, на уровне
изолированных единичных нейронов и глиального скопления или же обогащенных
нейронами и глиальными клетками фракций.
МЕТОДИКА.
Объектом исследования служили беспородные белые крысы и кролики.
Нейроны и глиальные клетки выделяли из срезов головного мозга кроликов
методом Хидена, обогащенные нейронами и глиальными клетками фракции — из
коры больших полушарий крыс и кроликов по прописи Роуза в модификации.
Скорость поглощения кислорода изолированными нейронами в глиальными
клетками измеряли методом поплавка в модификации Хидена и Пигона, в опытах
с обогащенными фракциями был использован полярографический метод
определения дыхания.
Результаты.
Влияние К+ на скорость потребления клетками глии и нейронов.
Впервые, об особой чувствительности глиальных клеток к К+ указал
Куффлер с сотрудниками. Позже этот вывод был обоснован биохимически
датским ученым Хертцом. Однако анализ его результатов был затруднен, так
как изолированные нейроны были получены в основном из коры головного мозга
кошек, а скопления глии - из коры мозга крыс.
Кроме того, имелись определенные недостатки и в методике исследования.
После разработки метода дубль поплавка удалось показать стимулирующее
влияние К+ на дыхание клеток глии вестибулярного ядра Дейтерса, а нейроны,
даже в специальных опытах с предварительно измененным содержанием К+ в
инкубационной среде от 5мМ до 60мМ, не обнаруживали существенных различий в
скорости поглощения кислорода.
Рисунок 1. Влияние К+ на дыхание нейрона(2) и нейроглии(3) латерального
вестибулярного ядра Дейтерса кролика. Стрелками указан момент добавления
К+ в инкубационную среду. 1-контроль, без нервных клеток.
В опытах с обогащенными нейронами и глиальными клетками фракциями при
избытке К+ Бредфорд и Роуз наблюдали примерно равное усиление их дыхания,
а согласно данным Хультборна и Хидена скорость поглощения кислорода
изолированными нейрональными клетками возрастала примерно в 2 раза.
Вотличии от результатов Бретфорда и Роуза, работая с фракциями обогащенными
нейронами и глиальными клетками, Халиаме и Хамбергер подтвердили результаты
Хертца и наши об особой чувствительности клеток глии к К+. В связи с такими
разногласиями о действии К+ на нервные клетки, мы провели анализ
экспериментальных условий описанных выше опытов. Как выяснилось, при
получении обогащенных нейронами и глиальными клетками фракций в градиенте
фикола и сахарозы в среде Роуза концентрация, К+ была 100 мМ, а в среде
Хамбергера, Хертца и нашей, концентрация К+ не превышала 5 мМ. Из данных
литературы известно, что повышение концентрации К+ до 100 мМ и выше
вызывает моментальное и обычно необратимое изменение цитоплазмы глиальных
клеток и ее сморщивание. Высокие концентрации К+ в среде культивирования
нервных клеток вызывали увеличение объема глиальных клеток и уменьшение
содержания в них сухого остатка. В нейронах такие изменения не были
найдены. Следовательно, можно было предположить, что низкая
чувствительность глиальных клеток к К+ в опытах Брэдфорда и Роуза в
условиях повышенного содержания К+ в среде их выделения обусловлена
предварительной деполяризацией и сенсибилизацией мембран глии. Это было
доказано экспериментально.
При замене К+ ионами натрия в среде выделения нервных клеток резко
возрастает чувствительность обогащенных глиальными клетками фракций к К+
усиление дыхания, по отношению к контролю (1,5 мМ К+), составило примерно
90%. Таким образом, была выяснена причина разногласия относительно
чувствительности нервных клеток к К+ и высказано предположение об участии
К+ в передаче метаболического сигнала от нейрона на клетки нейроглии.
Ацетилхолин как передатчик метаболического сигнала в системе нейрон-
нейроглия.
При изучении возможной роли ацетилхолина (АХ) в качестве передатчика
метаболического сигнала в нейрон-нейроглиальной системе мы исходили из
следующих фактов 1) ацетилхолин освобождается при возбуждении и вызывает
сдвиги в мембранной активности глии;
Таблица 1
Влияние ацитилхолина(АХ) на скорость поглощения кислорода (ОАХ)
обогащенными клетками глии фракций при разных соотношениях К+/АХ. О0-
скорость поглощения кислорода без АХ. Концетрация АХ-10-
5г/мл
|К+ мМ |Скорость поглощения кислорода мкА О2/мин |
| |Оо |% |Оах |% |В % к Оо |
|5 мМ |6,82±0,45 |100 |8,06±0,81 |100 |118,2 |
|40 мМ |10,21±0,62 |161,1 |12,87±0,42 |159,7 |126,1 |
|60 мМ |13,45±0,73 |197,2 |12,5±0,54 |155,1 |92,2 |
2) под влиянием АХ изменяется активность ряда ферментов обмена углеводов,
липидов, белков, нуклеиновых кислот и т.п.
В связи с вышеизложенным, мы предприняли исследование наличия связи
между изменением мембранной активности клеток глин и углеводным обменом в
них при воздействии АХ. При этом особое внимание обращалось на соотношение
К+ к АХ (К+—5 мМ/АХ — 10-5 г/мл; К+- 40 мМ/АХ—10-5 г/мл; К+—60 мМ/АХ—10-5
г/мл).
Было установлено (табл. I), что при концентрации К+ 5 мМ скорость
поглощения кислорода клетками глии в присутствии АХ возрастает на 18%. При
более высокой концентрации К+ (40 мМ) эффект АХ усиливается и достигает
26%, а при концентрации К+ 60 мМ стимулирующий эффект АХ на дыхание
элиминируется, а по сравнению с контролем даже проявляется тенденция к
торможению. Стимулирующий эффект АХ на скорость поглощения кислорода
полностью исчезает в присутствии аптихолинэргического агента — атропина.
Этот факт указывал на существование холинэргического рецептора на мембранах
глии, что в настоящее время является хорошо доказанным экспериментально.
Подтверждается существование холинэргического механизма регуляции дыхания
глиальных клеток, где роль информатора сигнала может выполнить возбуждающий
нейропередатчик АХ.
ГАМК как передатчик метаболического сигнала в нейрон-нейроглиальной
системе.
Из данных литературы известно, что под влиянием ГАМК изменяется
мембранная активность глии и стимулируются окислительные процессы в
нервной ткани. Следовательно, можно было допустить, чти и ГАМК может
претендовать на роль метаболического сигнала. С целью решения данного
вопроса в качестве объекта были взяты нервные клетки ядра Дейтерса кролика,
где функцию нейропередатчика выполняет ГАМК. Изменения в содержании ГАМК
вызывали введением ГАМК и фармакологических веществ (гидроксиламин,
тиосемикарбазид), действие которых связано с обменом ГАМК. Об изменении
метаболической активности изолированных нейронов и клеток глии судили по
сукцинатоксидазной (СО) активности (СОА), которая является удобным тестом
для оценки функционального состояния нервных клеток.
Было установлено, что в зависимости от уровня содержания ГАМК в
головном мозгу активность СО меняется реципрокно: ГАМК подавляет активность
фермента в нейронах, а в глии напротив—стимулирует. Под влиянием
гидроксиламина по сравнению с нормой более чем в 2 раза возрастает САО
нейронов, в нейроглии—подавляется. Тиосемикарбазид также стимулировал СОД в
нейронах, но не оказывал влияния на активность фермента в клетках глии.
Учитывая разнонаправленность действия ГАМК, гидроксиламина и
тиосемикарбазида па количественное распределение ГАМК в головном мозгу и
результаты влияния ГАМК на окислительное фосфолирование было сделано
