СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2008, том 22, № 4, с. 342-348
ЭНТЕРОЦЕПЦИЯ
УКД 661-018.22:612.822:612.815
МОРФОМЕТРИЯ И КИНЕТИЧЕСКАЯ ТРАКТОВКА РАЗЛИЧИЙ АСИНАПТИЧЕСКИХ ДЕНДРИТОВ МЕСТНЫХ И СИИНАЛЬНЫХ СЕНСОРНЫХ НЕЙРОНОВ КИШЕЧНИКА
© 2008 г. О. С. Сотников, В. Г. Лукашин, Л. И. Арчакова1, И. А. Соловьева
Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН 199094 Санкт-Петербург, Наб. Макарова, д. 6 E-mail: sotnikov@kolt.infran.ru 1 Институт физиологии АН Беларуси 220072 Минск, ул. Академическая, д. 28 E-mail: biblio@fisio.bas-net.by Поступила в редакцию 27.02.2008 г.
Асинаптические дендриты (рецепторные отростки) сенсорных нейронов, расположенных интраму-рально и в спинальных ганглиях, имеют кустиковидную организацию. При морфометрическом анализе выявляются весьма существенные различия этих рецепторных терминалей. Различия касаются величины площадей их рецепторных полей, степени ветвления, количества, формы, размеров и числа терминалей, суммарной длины ветвей, суммарной площади поверхности ветвей (площади ре-цепторной мембраны). Эти различия позволяют предполагать, что местные и спинальные рецепторы представляют собой две достаточно самостоятельные системы, поведение которых in situ и функциональная роль, возможно, неодинаковы. Не исключено, что местные рецепторы в результате большой концентрации наружных чувствительных мембран на единицу площади рецепторного поля обладают большей разрешающей способностью, но зоны их контроля более ограничены. В противовес этому рецепторы, имеющие спинальное происхождение, менее чувствительны, но зато охватывают значительно большие участки иннервируемой ткани. У асинаптических дендритов клеток II типа Догеля, возможно, более развиты процессы ретракции и аутотомии терминалей.
Ключевые слова: нейроны II типа Догеля, местные и спинальные рецепторы, морфологические отличия местных и спинальных рецепторов, ретракция дендритов, аутотомия рецепторных терминалей.
ВВЕДЕНИЕ
Сенсорный контроль деятельности внутренних органов, в том числе кишечника, осуществляется не только центральными нервными механизмами, но и местными (Ноздрачев и др., 2001; Fur-ness, 2006; Wolf et al., 2007). Начальным звеном сенсорного контроля является интрамурально расположенный асинаптический дендрит спи-нального или местного происхождения. Кустико-видные окончания местных (внутренних) и спинальных (наружных) дендритов (рецепторов) подробно исследованы и описаны в 60-е годы XX-го столетия (Furness, 2000), в том числе и сотрудниками нашей лаборатории (Колосов, 1954; Майоров, 1957; Милохин, 1967; Иванова, 1967; Лукашин, 1969, и др.). В настоящее время предпринимаются усилия по иммуногистохимической паспортизации сенсорных нейронов кишечника (Lynn et al., 2003; Hind et al., 2005; Weidmann et al., 2007). Высказаны различные представления о специфической иммунореактивности нейронов II типа Догеля по отношению к кальцитонин ген-родственному пептиду (Wolf et al., 2007), кальбин-
дину (Quinson et al., 2001; Neal, Bornstein, 2007), к антителам ядер нейронов (Van Nassauw et al., 2005). Однако по поводу исключительности этих маркеров высказываются обоснованные сомнения (Ermilov et al., 2003). Ведутся количественные исследования соотношения сенсорных клеток II типа Догеля в различных отделах кишечника человека (Weidmann et al., 2007), соотношения нейронов с различной иммунореактивностью (Wolf et al., 2007). Независимо от классификации нейронов кишечного сплетения, предложенной Stacht (Furness et al., 2003), предприняты попытки новых классификаций энтеральных нейроци-тов на 14, 17 или 18 классов (Lomax, Furness, 2000; Brookes, 2001; Brehmer, 2006).
Получены электрофизиологические характеристики локальных сенсорных нейронов (Kunze et al., 2000; Mao et al., 2006; Толкунов и др., 2007). К сожалению, за исключением нескольких исследователей (Lynn et al., 2003), авторы отмеченных работ почти не проявляют интерес к изучению асинаптических рецепторных дендритов энтеральных нейронов и не ставят задачи их количе-
Рис. 1. Клетка II типа Догеля с асинаптическими дендритами и методика ее морфометрии.
а - общий вид нейрона с асинаптическим дендритом; б - определение площади рецепторного поля и суммарной площади всех элементов дендрита; в - определение суммарной длины всех ветвей дендрита. Импрегнация по Бильшов-скому-Грос, об. 40, ок. 10.
ственного изучения. В то же время известно, что именно в этих дендритах осуществляются главные процессы трансформации механических, химических и других влияний в электрические ответы.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Объектом исследования послужили асинапти-ческие дендриты нейронов II типа Догеля и спи-нальных нейронов, расположенных в ауэрбахо-вом сплетении толстой кишки кошки. Под нембу-таловым наркозом (40 мг/кг) животных забивали, толстую кишку извлекали и целиком фиксировали в нейтральном формалине в течение 3-4 мес. Затем на замораживающем микротоме делали срезы толщиной 90-120 мкм и импрегнировали серебром по Бильшовскому-Грос. Рисунки с препаратов адаптировали для компьютерной автоматической обработки (рис. 1). Для вычисления количественных параметров асинаптических дендритов (рецепторов) была использована установка, включающая микроскоп, видеокамеру, компьютерную технику и программное обеспечение обработки изображений (Лукашин и др., 2003). Всего обработано 40 местных и 25 спиналь-ных рецепторов.
Суммарную площадь мембраны рецептора вычисляли, исходя из площади силуэта рецептора и общей длины всех его ветвей. Предполагалось, что поперечный срез ветвей и окончаний рецептора представляет собой овал близкий к кругу, а
суммарную длину ветвей рецептора представляет собой один длинный и тонкий цилиндр. Если среднюю площадь сечения такого цилиндра умножить на число п получается площадь искривленной поверхности цилиндра, иными словами, площадь мембраны рецептора. Разумеется, результат этот достаточно приблизительный.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Местные асинаптические дендриты первичных сенсорных нейронов, клеток II типа Догеля расположены поодиночке или в ганглиях межмышечного сплетения, обладают длинными и короткими отростками (Лукашин, 1969). Они имеют кустиковидную структуру и располагаются чаще всего, в пределах одного-двух полей зрения микроскопа при объективе 20 х (рис. 2). Большинство нейронов обладает одним дендритным отростком, но встречается небольшое количество нейронов с двумя, максимально с тремя короткими отростками, образующими сенсорные терми-нали. Таких нейронов около 12%. Общее число бифуркаций одной ветви короткого дендрита, благодаря которым возникает характерный кустик, достигает 4-7. При этом число дендритных сегментов, т.е. отрезков между бифуркациями всего рецептора, составляет минимально - 6, максимально - 24. Длина дендритных сегментов колеблется в значительных пределах: самый короткий сегмент равен всего лишь 8.3 мкм, а самый
Рис. 2. Аутоампутация дендритов в кишке нормальной здоровой кошки.
Колбы ретракции (1) и ампутированные фрагменты дендрита (2) клетки II типа Догеля. 3 - дегенерирующий фрагмент ампутированной терминали.
длинный 167.3 мкм, в среднем этот показатель составляет 67.8 мкм. В структуре рецептора преобладают короткие сегменты от 8.3 до 40 мкм. Дендрит достаточно обильно снабжен термина-лями, завершающими собой тонкие претерми-нальные веточки. Эти концевые структуры чрезвычайно полиморфны и выглядят либо как пластинки полигональной формы, либо как колбы.
Количество концевых структур у каждого отдельного дендрита на гистологических препаратах сильно колеблется и составляет минимально -7, а максимально - 99 единиц. Основная масса аси-наптических дендритов содержит от 7 до 42 тер-миналей. В число терминалей были включены, как это обычно делают нейроморфологи, и отдельно лежащие бляшки, бутоны, не связанные с претерминалями дендритных ветвей (предполагалось, что их связь с дендритом плохо проимпре-гнирована). Однако эксперименты в культуре ткани продемонстрировали, во-первых, что денд-риты обладают выраженной ретрактильной активностью, а во-вторых, что их сокращение всегда сопровождается отделением (аутотомией) терминалей (Сотников и др., 1991). Так что реаль-
ное количество и разброс их числа на самом деле может быть значительно меньше.
На фиксированных препаратах у исследованных дендритов выявляются как конусы роста, так и колбы ретракции. В случае выраженного кол-бообразования на концах дендритов последние обычно резко укорочены и содержат большое количество ампутированных цитосом (рис. 2), т.е. соответствуют дендритам в состоянии ретракции.
Показателями, характеризующими способность местного рецептора осуществлять рецеп-торную функцию, считаются: суммарная длина его ветвей, площадь рецепторного поля, калибр дендритных ветвей, их объем (V) и площадь наружной клеточной мембраны (S). Оказалось, что общая длина всех ветвей значительно колеблется у разных дендритов. Так, минимально она составляет 47 мкм, а максимально - 2130 мкм. Преобладают рецепторы с небольшой суммарной длиной ветвей от 47 до 463.6 мкм. Расстояние наиболее удаленной терминали от центра сомы сенсорного нейрона составляет от 57.3 до 294.6 мкм. Значительного преобладания мало- или сильноудаленных от центра нейрона терминалей нет.
Одним из наиболее информативных параметров является площадь рецепторного поля местного рецептора. В нашем исследовании это площадь неправильного многоугольника, образованного ломаной линией, соединяющей наиболее выступающие терминали (рис. 1, •). Как и в большинстве параметров, здесь наблюдается большой разброс значений: минимальная площадь рецепторного поля составляет 925 мкм2, максимальная -38750 мкм2, в среднем - 8308.9 мкм2. Количественно преобладают относительно небольшие площади рецепторных полей. Выявленные значительные колебания длины дендритов и площади рецепторного поля могут быть связаны с подвижностью дендритов, которая нами ранее была показана у живых нейронов в культуре ткани (Сотников и др., 2004).
Диаметр инициального отростка постепенно, по мере ветвления, уменьшается в среднем в 4.4 раза. Как показано при помощи математической модели Ходжкина-Хаксли (Сотников, 1985), тако
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.