СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2007, том 21, № 3, с. 220-225
СЛУХОВАЯ И ВЕСТИБУЛЯРНАЯ СИСТЕМЫ
УДК 612.815+612.886
ВОЗМОЖНАЯ РОЛЬ ДОПАМИНА КАК НЕЙРОМОДУЛЯТОРА СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ В ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ ВЕСТИБУЛЯРНОЙ СИСТЕМЫ ЛЯГУШКИ
© 2007 г. Ю. Н. Андрианов, И. В. Рыжова, Т. В. Тобиас
Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6 E-mail: andryu@infran.ru Поступила в редакцию 03.04.2007 г.
Используя метод электрофизиологической регистрации импульсной активности вестибулярного нерва, исследовали возможное участие допамина в афферентной синаптической передаче в органах полукружных каналов лягушки. Внешняя аппликация допамина вызывала зависимое от дозы и обратимое снижение уровня фоновой активности при концентрации 0.1-1 мМ. Допамин (0.5 мМ) достоверно снижал возбуждающие эффекты, вызванные аппликацией предполагаемого нейропере-датчика L-глутамата (0.5 мМ) на 24.0 ± 3.2% (n = 5; *p < 0.05). Агонисты ионотропных рецепторов L-глутамата АМПА и НМДА тестировались при совместном апплицировании с допамином. Показано, что ответы, вызванные действием 1 мкМ АМПА и 0.5 мМ НМДА, статистически достоверно уменьшались в присутствии 0.5 мМ допамина соответственно на 64.5 ± 11.2% (n = 6; p < 0.05) и 55.9 ± 9.9% (n = 6; p < 0.05). Полученные данные позволяют предполагать, что допамин является тормозным ней-ромодулятором, модифицирующим импульсную активность афферентных нервных волокон периферических органов вестибулярной системы. Механизм действия допамина может быть связан с взаимодействием на постсинаптическом уровне с глутаматэргической системой волосковых клеток.
Ключевые слова: глутаматные рецепторы, нейромодуляторы, допамин, афферентный синапс, вестибулярный аппарат.
Важная роль в механизме сенсорной трансдук-ции в волосковых рецепторах принадлежит процессам передачи сенсорного сигнала в афферентном синапсе, которые осуществляются с помощью нейротрансмиттеров и нейромодуляторов (см. обзоры: Bledsoe et al., 1988; Akoev, Andrianov, 1993; Eybalin, 1993; Guth et al., 1998a). Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что наиболее вероятным нейромедиатором в указанной системе являются дикарбоновые аминокислоты - L-глутами-новая и L-аспарагиновая. При этом влияние аминокислот в различных рецепторных органах опосредуется посредством активации ионотропных глутаматных рецепторов (иГлуР), включающих N-метил-Б-аспартатный (НМДА) тип, каи-натный (KA) тип и а-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазол-пропионовый (АМПА) тип рецепторов, а также метаботропных глутаматных рецепторов (мГлуР) (Zucca et al., 1993; Prigioni et al., 1994; Guth et al., 1998b; Андрианов, Рыжова, 2005; Andrianov et al., 2005). В тесной связи с афферентной системой функционирует эфферентная система иннервации волосковых рецепторов, представленная аксосоматическими и аксодендритны-ми окончаниями у основания волосковых клеток. Многочисленные данные нейроанатомических,
нейрохимических и физиологических исследований привлекли внимание к допамину как возможному нейротрансмиттеру/нейромодулятору в эфферентном звене слуховой системы млекопитающих (Gil-Loyzaga, Pares-Herbute, 1989; Gil-Loyzaga et al., 1993; 1994; Guth et al., 1998; Ruel et al., 2001; Niu, Canlon, 2006).
Несмотря на значительный прогресс в изучении синаптической передачи в периферическом отделе акустико-латеральной системы, многие аспекты этой проблемы исследованы еще недостаточно. В частности, не решен вопрос о регуляции афферентной синаптической передачи с помощью нейромодуляторов. В работах ряда авторов сформулированы критерии, предъявляемые к эндогенному нейромодулятору (Vizi, 1984; Bledsoe et al., 1988). В принципе, они идентичны критериям для нейромедиатора за тем исключением, что кандидат в нейромодуляторы не действует постсинаптически, имитируя ответ, вызванной естественной стимуляцией пресинаптических элементов, а, напротив, модифицирует его действие. Опиоидные пептиды, аденозин, кальцитонин ген-регулирующий пептид, АТФ, таурин, аспартат, допамин, гистамин, ионы калия были выдвинуты в
качестве возможных нейромодуляторов в волос-ковых рецепторах.
Одним из предполагаемых нейромодуляторов глутаматэргической синаптической передачи является допамин. Имеющиеся данные показывают, что допамин оказывает специфическое биологическое действие на синаптическую передачу в волосковых клетках слуховой системы млекопитающих. Так, используя микроионофоретическую аппликацию агонистов и антагонистов допамина, было показано, что D1 и D2 агонисты допамина угнетали ответы на аппликацию L-глутамата в афферентном синапсе внутренних волосковых клеток, и этот процесс можно было блокировать D1 и D2 антагонистами допамина (Oestereicher et al., 1997). Присутствие допамина было обнаружено в улитке млекопитающих методами иммуногисто-химии (Gil-Loyzaga, Pares-Herbute, 1989). Эти результаты могут свидетельствовать в пользу участия допамина в регуляции глутаматэргической синаптической передачи в рецепторных органах акустико-латеральной системы.
Конкретные механизмы действия допамина остаются пока не вполне выясненными, а в отношении вестибулярной системы отсутствуют совсем. По-видимому, процесс нейромодуляции может осуществляться различными механизмами, и не исключено, что в процессе модуляции могут участвовать различные вещества и, в частности, допамин, и различные мембранные рецепторы. В этой связи представляется целесообразным исследовать влияние допамина на синаптическую передачу в волосковых рецепторах вестибулярного аппарата. При этом предполагается, что допамин в синаптических образованиях периферических рецепторов может выполнять многообразную функцию и, в частности, использоваться в механизме регуляции выделения ней-ропередатчика, в модификации ионотропных и метаботропных рецепторов глутамата на уровне постсинаптических структур, обеспечивать эфферентный контроль активности волосковых клеток.
Цель настоящей работы - исследование влияния допамина на фоновую активность и импуль-сацию, вызванную действием агонистов L-глутамата, в афферентном синапсе органов полукружных каналов лягушки.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Эксперименты выполняли на лягушках Rana temporaria массой около 20 г. В работе использовано 75 животных, в каждой серии экспериментов проведено от 4 до 13 опытов. Животных умерщвляли методом декапитации, после чего иссекали хрящевую капсулу с лабиринтом. Дальнейшую препаровку проводили в перфузионной камере под контролем бинокулярного микроско-
па в условиях непрерывной перфузии нормальным раствором. Эксперименты выполняли при комнатной температуре. Препарат непрерывно перфузировался раствором следующего состава (в мМ): NaCl - 117; KCl - 2.5; NaHCO3 - 1.2; NaH2PO3 ■ 2H2O - 0.17; CaCl2 - 1.8; глюкоза - 2.5. Вещества растворяли в нормальном растворе в необходимых концентрациях при рН 7.4. Аппликацию исследуемых растворов осуществляли методом внешней перфузии. При этом полная замена раствора в перфузионной камере происходила примерно за 60 с. Подачу исследуемых растворов осуществляли не ранее, чем через 30 мин после окончания препаровки и после полной стабилизации уровня импульсной активности. Для анализа использовались только препараты со стабильным уровнем фоновой активности.
В опытах применяли следующие вещества: допамин, L-глутамат, N-метил-D-аспартaт (НМДА), D,L-альфа-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изокса-золпропионовая кислота (АМПА), каинат, 1S,3R-1-аминоциклопентан^гап5-1.3-дикарбоновая кислота (АЦПД), (все Sigma).
Регистрацию множественной импульсной активности афферентных волокон вестибулярного нерва, контактирующих с рецепторным эпителием полукружных каналов, осуществляли при помощи засасывающего стеклянного электрода. Использовали электроды с диаметром кончика 100-300 мкм. Вследствие того, что диаметр вестибулярного нерва варьировал у разных животных, подбирали соответствующую ему величину диаметра кончика электрода. Использовали усилитель биопотенциалов, изготовленный в лабораторных условиях. Импульсную активность контролировали на экране катодного осциллоскопа, преобразовывали в прямоугольные импульсы длительностью 2 мс, и в течение всего эксперимента регистрировали на компьютере при помощи оригинальной программы. Поскольку частота импульсации вестибулярного нерва варьировала в широком диапазоне и могла достигать нескольких сотен имп/с, порог преобразователя обычно выбирался так, чтобы средняя частота импульсов не превышала 100-150 имп/с. Практически эта величина выбиралась произвольно, так как она служила только некой исходной точкой отсчета, относительно которой оценивали эффекты ап-плицируемых веществ.
После окончания эксперимента на основании полученного цифрового материала при помощи пакета программ MS Excel проводилось построение графиков изменения частоты импульсной активности во времени при действии исследуемых веществ, а также статистическую обработку результатов. Каждая точка на графике является усредненным значением частоты афферентной импульсной активности, регистрируемой за 10 с. За величину эффектов используемых препаратов
Частота, имп/с
Время, с
Рис. 1. Тормозные эффекты, наблюдаемые в одном типичном эксперименте, при действии различных концентраций допамина на синаптическую передачу в рецепторных органах полукружных каналов лягушки. По оси абсцисс - время, с; по оси ординат - частота импульсации, имп/с (также на рис. 3-6).
Процент фона
Рис. 2. Кривая доза-ответ допамина в афферентном синапсе вестибулярного аппарата лягушки. Эффекты допамина представлены в виде относительного подавления фоновой импульсации (%). Каждая точка представлена средним значением и стандартной ошибкой (n = 8-10). По оси абсцисс - концентрация, мкМ; по оси ординат - относительное подавление фоновой импульсации, %. Уровень фоновой импульсации принят за 100%.
принимали разность значений частот импульсной активности при достижении максимального эффекта препарата и средней частотой импульсации, зарегистрированной в течение 1 мин, предшествующей аппликации вещества. В экспериментах по совместному действию допамина и агонистов L-глутамата величину ответа выражали в процентах относительно
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.