научная статья по теме СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РОЛИ СУПРАХИАЗМАТИЧЕСКИХ ЯДЕР ГИПОТАЛАМУСА В ОРГАНИЗАЦИИ СУТОЧНОГО ПЕРИОДИЗМА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ Биология

Текст научной статьи на тему «СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РОЛИ СУПРАХИАЗМАТИЧЕСКИХ ЯДЕР ГИПОТАЛАМУСА В ОРГАНИЗАЦИИ СУТОЧНОГО ПЕРИОДИЗМА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ»

УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2011, том 42, № 4, с. 39-58

УДК 612.826

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РОЛИ СУПРАХИАЗМАТИЧЕСКИХ ЯДЕР ГИПОТАЛАМУСА В ОРГАНИЗАЦИИ СУТОЧНОГО ПЕРИОДИЗМА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ

© 2011 г. Э. Б. Арушанян, А. В. Попов

Ставропольская государственная медицинская академия, Ставрополь

В обзоре обобщаются современные представления о морфофункциональных особенностях и физиологических свойствах супрахиазматических ядер гипоталамуса. В головном мозге млекопитающих они выступают в роли водителя циркадианных колебаний различных функций, прежде всего организуя во времени поведение, цикл сон-бодрствование, деятельность эндокринных желёз. Функциональное или органическое поражение ядер тесно связано с патогенезом психосоматических заболеваний и действием лекарственных средств.

Ключевые слова: супрахиазматические ядра, циркадианные ритмы, психотропные средства.

Около суточные (циркадианные) колебания физиологических процессов, обусловленные вращением Земли вокруг своей оси, имеют огромное значение для жизнедеятельности всех живых существ. На основании этого чрезвычайно актуальным представляется понимание функциональных свойств аппаратов управления циркадианными биоритмами, ведущую роль среди которых отводят так называемым супрахиазматическим ядрам гипоталамуса (СХЯ).

Признавая кардинальную значимость проблемы, на протяжении двух последних десятилетий мы дважды - сначала в 80-е годы минувшего века, а затем в 2000 году - пытались систематизировать накопленные знания об их морфофункциональ-ных особенностях [9, 11]. Однако за первую декаду XXI в. появилось много новых, порой принципиально важных фактов, побуждающих вновь вернуться к данному вопросу, пересмотрев более ранние представления о месте СХЯ в формировании циркадианного периодизма физиологических функций. С учетом наличия прежних обобщающих сводок в настоящем обзоре без ссылок на литературу сохранены некоторые базисные положения, к которым добавлены полученные недавно сведения.

ВКЛАД СХЯ В ЦИРКАДИАННУЮ РИТМИКУ

Все ранее полученные доказательства в пользу такого вклада представлены двумя группами фактов: одна исходит из зависимости ритмов от со-

стояния ядер, другая базируется на особенностях автономных колебаний их клеточных элементов.

В опытах на животных различных видов убедительно показано, что деструкция ядер, в отличие от повреждения соседних мозговых структур, вызывает отчётливую поломку околосуточных флук-туаций целого ряда физиологических показателей. Меняются амплитудно-частотные характеристики ритмов спонтанной локомоции, потребления пищи и воды, частоты сердечных сокращений, выработки некоторых гормонов, экскреции электролитов и т.п. В то же время локальная электростимуляция СХЯ существенно отражается на положении фазы и амплитуде циркадианных ритмов подвижности животных, деятельности сердечно-сосудистой системы, коры надпочечников. Подобные сведения дополняются ещё одним любопытным фактом: у грызунов, лишённых СХЯ, пересадка им ядер от новорожденных животных восстанавливает циркадианную ритмику многих функций [137]. У людей с дистрофическими процессами в ткани ядер возрастного происхождения или в результате нейродегенеративной патологии типа болезни Альцгеймера обычным симптомом служит нарушение нормальной периодичности состояний сон-бодрствование (см. ниже).

Другим показателем участия СХЯ в формировании циркадианной ритмики являются результаты изучения деятельности их нейронов с электрофизиологических и биохимических позиций. Как установлено, импульсная активность клеток, даже

в опытах на срезах изолированных СХЯ, обнаруживает чёткую связь с фазами суточного цикла. В дневные часы и на свету частота разрядов нейронов существенно превышает аналогичный показатель ночью или при выдерживании животных в темноте. Точно также в активный период суток выше оказывается напряжённость метаболических процессов, судя по темпам поглощения меченой дезоксиглюкозы. В случае же содержания крыс или хомячков при инвертированном световом режиме с заменой субъективного дня на ночь, следом за такой инверсией извращается и активность клеточных элементов ядер. Наконец, экспериментально обоснована достаточная автономность подобных колебаний в работе СХЯ. После их гуморальной либо нейрональной изоляции от остальных участков гипоталамуса хирургическим путём нейроны продолжали генерировать хорошо выраженный циркадианный ритм, хотя в соседних структурах мозга он исчезал одновременно с дезорганизацией околосуточных колебаний поведения.

МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ И НЕЙРОХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СХЯ

Они представляют собой небольшой величины (у крыс диаметром около 1 мм) парные образования, расположенные в переднем гипоталамусе сразу над зрительным перекрестом (хиазмой). В качестве биологических часов в мозге млекопитающих ядра были идентифицированы в начале 70-х годов минувшего века и с этого момента, несмотря на скромные размеры, особенности их клеточной организации неоднократно служили предметом пристального изучения.

Согласно результатам многочисленных исследований мозга грызунов, в СХЯ выделяют ростральный и каудальный отделы. Последний, функционально наиболее значимый, в свою очередь подразделяется на крупноклеточную вентральную (нередко называемую сердцевиной ядра) и дорсомедиальную мелкоклеточную ("скорлупа") части. Они гетерогенны не только структурно и нейрохимически, но различаются также и по набору афферентных и эфферентных связей. По электронно-микроскопическим данным, ядерные синаптические образования отличает многообразие типов везикул, указывающих на присутствие здесь самых различных нейромедиаторов и ней-ропептидов и свидетельствующих о гетерохими-ческой организации СХЯ [21, 99].

На территории ядер показаны все основные церебральные нейротрансмиттеры (ацетилхолин,

глутамат, катехоламины, серотонин и др.), которые в основном принадлежат синаптическим окончаниям путей, поступающих сюда из других мозговых структур (см. дальше). Среди передатчиков, связанных с собственно ядерными процессами особую роль отводят ГАМК.

ГАМК-ергическими является большинство внутриядерных короткоаксонных нейронов (их насчитывают до 10 тысяч в каждом ядре). Здесь активно экспрессируются гены различных субъединиц ГАМК J-рецептора. Тормозная аминокислота участвует в стабилизации деятельности СХЯ в целом и поддержании высокочастотных осцилляций нейронов в циркадианном ритме. Важно подчеркнуть, что ГАМК выявляется в тех же клеточных элементах, которые содержат различные нейро-пептиды. При этом в задачу ГАМК входит обеспечение связи между нейрональными популяциями вентрального и дорсального отделов СХЯ [23, 26]. Опосредуемые ею внутриядерные отношения носят неоднозначный характер. Согласно наблюдениям последних лет, аппликации ГАМК в СХЯ либо введение агониста ГАМК J-рецепторов мус-цимола могут провоцировать не только обычные тормозные процессы, но и возбуждающие эффекты. Последние показаны в обеих частях СХЯ мышей, причем преимущественно в ночные часы [39].

Весьма перспективными для понимания физиологии СХЯ надо признать предпринятые в недавнее время попытки определить функциональное значение идентифицированных здесь нейропептидов. Они весьма разнообразны по своей природе и функции, к тому же имеют определённое региональное распределение. Нейроны вентрального подотдела СХЯ экспрессируют преимущественно вазоактивный кишечный пептид (VIP), тогда как в области скорлупы содержатся аргинин-вазопрессин (AVP)-позитивные клетки [61]. Особая роль VIP в регуляции циркадианной периодичности функций была показана ещё в 1981 г. Reppert с соавт., установившими зависимость циркадианнных колебаний уровня пептида в цереброспинальной жидкости от деятельности СХЯ [116]. Как теперь известно, световые стимулы, мобилизуя VIP-нейроны, запускают внутри- и межклеточный каскад генной экспрессии сначала в сердцевине СХЯ, откуда через ГАМК-ерги-ческие сигнальные пути в процесс вовлекаются AVP-элементы скорлупы СХЯ. Таким способом поддерживаются ритмичность и синхронность работы ядер в суточном режиме [25, 34].

Помимо указанных в СХЯ найдено множество других нейропептидов, содержание мРНК или белков которых обнаруживает циркадианную ритмику. В том числе это имеет прямое отношение к

нейропептиду Y (NPY), принадлежащему путям, направляющимся в ядра от так называемого межколенчатого листка. У хомячков его выброс в СХЯ происходит ритмично с акрофазой в полдень и отсутствует при содержании животных в темноте либо при инъекциях мусцимола [57, 99]. В сердцевине СХЯ грызунов располагается группа нейронов, экспрессирующих гастрин-рилизинг пептид (GRP). Дендриты и аксоны этих клеток, формирующих плотную нейрональную сеть, широко контактируют с AVP-единицами, участвуя в генерации синхронизованной ритмической активности [47].

Среди недавних находок надо указать также на выявленный в СХЯ крыс нейроглобин - миогло-биноподобный гемоглобин, описанный до сих пор только в центральной нервной системе. Содержащие его нейроны локализуются в вентральной части ядра, отвечают на световую стимуляцию индукцией сFos белка и реагируют на раздражение NPY-содержащих волокон геникуло-гипоталами-ческого тракта. Существенно, что нейроглобин защищает СХЯ нейроны от ишемического и ги-поксического повреждения, чем, вероятно, среди прочего определяется их повышенная устойчивость к некоторым токсическим воздействиям [31,68].

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ЦИРКАДИАННЫХ ОСЦИЛЛЯЦИЙ В СХЯ

Известно, что электрическая импульсация, клеточный метаболизм и генная экспрессия в нейронах СХЯ обнаруживают хорошо выраженный циркадианный ритм как in vivo, так и в культуре клеток. Даже отдельные элементы ядер в дисперсной клеточной культуре оказываются весьма эффективными "хронометрами" с чёткими околосуточными колебаниями спонтанной ритмики и метаболизма. То, каким образом они объединяются в пределах СХЯ в единый функциональный ансамбль и в дальнейшем передают циркадиан-ные сигналы к исполнительным органам, стало более понятным после недавнего открытия так называемых циркадианных генных часов в клетках головного мозга и периферических органов. Открытие часовых г

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»