ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2009, том 424, № 3, с. 415-418
= ФИЗИОЛОГИЯ
УДК 594.591.488.4
ВЛИЯНИЕ ПОВЫШЕННОЙ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ НА ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК В СТАТОЦИСТАХ HELIX LUCORUM
© 2009 г. Г. И. Горгиладзе, С. А. Козырев, А. М. Носовский
Представлено академиком А.И. Григорьевым 10.04.2008 г. Поступило 29.04.2008 г.
В ранее проведенных исследованиях были обнаружены функциональные и структурные изменения в статоцистах наземных легочных улиток Helix lucorum, в течение длительного времени (от 0.5 до 5.5 мес) экспонированных в невесомости на автоматическом космическом аппарате "Фотон" и пилотируемой орбитальной станции "Мир". В первые сутки после возвращения животных на Землю регистрировалась повышенная фоновая им-пульсация чувствительных волосковых клеток (так называемых стато- или гравирецепторов) статоци-ста. На изменение положения тела в пространстве отмечалась задержка адаптации, максимум реакции частично был смещен на 30° от гравитационной вертикали, на динамические воздействия реакция клеток угасала с большей скоростью по сравнению с контрольными животными. Кроме того, отмечался явный рост морфологических параметров стато-коний [1-3]. Напротив, на этих же объектах в условиях повышенной силы тяжести, создаваемой вращениями на центрифуге, обнаружились явные признаки разрушения и ликвидации значительной части статоконий [4].
Можно было ожидать, что не только невесомость, но и повышенная сила тяжести определенным образом отразится на функциональном состоянии указанных рецепторных образований. Это предположение получило подтверждение в настоящих исследованиях.
Эксперименты поставлены на 64 половозрелых взрослых улитках Helix lucorum (var. taurica Kryn.). Состояние повышенной силы тяжести моделировали на центрифуге БМЦ-ЭМИБ (СССР). На дно каждого из 6 металлических стаканов центрифуги внутренним диаметром 65 мм и высотой 90 мм размещали по 4 улитки. Двенадцать улиток находились в стакане, расположенном на оси цен-
трифуги. Центрифуга вращалась против часовой стрелки непрерывно в течение 30 сут (ускорения в 6 ед.: скорость вращения 159 об/мин, плечо центрифуги 180 мм).
После прекращения вращения центрифуги по-луинтактный препарат улитки помещали на платформу специального механического стенда [2]. В горизонтальном положении платформы и на ее ступенчатые наклоны вокруг продольной оси тела улитки накладывали вольфрамовые микроэлектроды с диаметром кончика 20-30 мкм на 4-каналь-ном чернильном самописце H3031-4 (СССР), регистрировали внеклеточную активность чувствительных клеток в медиальном и латеральном участках экваториальной зоны статоцистов. (Статоцист H. lucorum содержит 13 чувствительных волосковых клеток: 5 из них расположены в передней полусфере статоциста и по 4 клетки соответственно в экваториальной зоне и задней полусфере [5]). Ступенчатые наклоны платформы проводили от 0° до 180° в ипси- и контралатераль-ную стороны. Через каждые 15° платформу фиксировали в течение 20 с. Аналогичные эксперименты проводили на животных двух контрольных групп. 13 улиток содержались в закрытом контейнере без вращения (синхронная контрольная группа). 15 улиток виварийной контрольной группы (норма) находились в просторном контейнере и имели свободный доступ к корму и воде. Температура воздуха в помещении составляла 20-22°С.
Экспериментальный материал, полученный на 154 клетках из обоих статоцистов, подвергали компьютерной обработке с помощью статистического пакета программ "Statistics V.5.1"
Виварийная группа. У улиток этой группы все чувствительные клетки из правого статоциста были фоновоактивными, из левого - 82%, с частотой импульсации от 0.1 до 0.65 имп/c. На ступенчатые наклоны в ипсилатеральную сторону фоновоактивные клетки реагировали повышением частоты импульсации, а "молчащие" клетки активацией. При этом динамика нарастания реак-
Государственный научный центр РФ -Институт медико-биологических проблем Российской Академии наук, Москва
Имп/с
Рис. 1. Усредненные кривые частоты нмпульсацни чувствительных клеток в статоцистах улиток виварийной (светлые кружочки - левосторонние клетки, темные - правосторонние клетки) и синхронной (светлые треугольники - левосторонние клетки, темные - правосторонние клетки) контрольных групп на ступенчатые наклоны вокруг продольной оси тела. По оси абсцисс - углы наклонов в ипсилатеральную и контралатеральную (минус) стороны, по оси ординат - частота импульсации.
ции в клетках из левого статоциста превышала таковую в клетках из правого статоциста. У наибольшего числа клеток из обоих статоцистов максимальная реакция наступала на наклон 90° с достоверным преобладанием реакции в клетках из левого статоциста. На дальнейшие наклоны в ту же сторону частота импульсации постепенно снижалась, достигнув минимума на наклон 180°. На ступенчатые наклоны в контралатеральную сторону активность клеток из обоих статоцистов практически не отличалась от исходной фоновой импульсации в горизонтальном положении платформы, и на наклон 180° она возросла до значений на такой же наклон платформы в ипсилатеральную сторону (рис. 1, 2; табл. 1).
Синхронная группа. Масса улиток этой группы перед размещением в контейнер составила 12.98 ± 0.31 г, через месяц - 11.23 ± 0.45 г (р < < 0.001). Фоновую активность регистрировали у 78% клеток из правого статоциста и у 80% клеток из левого статоциста. Частота импульсации колебалась в пределах от 0.1 до 1.35 имп/с. При этом большая часть клеток сгруппировалась в интервале 0.1-0.65 имп/с. На ступенчатые наклоны в ипсилатеральную сторону, как и в опытах на виварийной группе улиток, динамика нарастания реакции в клетках из левого статоциста превышала таковую в клетках из правого статоциста. У наибольшего числа клеток из левого статоциста реакция достигала своего максимума на наклон 90°, для клеток из правого статоциста - на
Таблица 1. Фоновая и вызванная импульсные активности (М ± т) чувствительных клеток в статоцистах улиток, подвергнутых 30-суточному вращению на центрифуге (ЦФ-30) и на оси центрифуги (0Ц-30), и улиток синхронной (СГ) и виварийной (ВГ) контрольных групп
Группа улиток Статоцист И/и Мср (М ± т), имп/с Мтах (М ± т), имп/с К
ВГ Правый 14/14 0.32 ± 0.06 2.2 ± 0.1 6.4
Левый 22/18 0.30 ± 0.04 2.5 ± 0.2*
СГ Правый 18/14 0.31 ± 0.08 2.3 ± 0.1 6.1
Левый 15/12 0.25 ± 0.05 2.6 ± 0.2*
0Ц-30 Правый 16/12 0.50 ± 0.15 2.1 ± 0.1 6.7
Левый 13/11 0.38 ± 0.08 2.4 ± 0.2*
ЦФ-30 Правый 29/24 0.90 ± 0.22 3.6 ± 0.3 11.1
Левый 27/15 1.15 ± 0.34 4.5 ± 0.4**
Примечание. И/и - общее число зарегистрированных клеток/число фоновоактивных клеток; Мср - средняя частота импульсации фоновоактивных клеток; Мтах - максимальная частота импульсации на наклоны вокруг продольной оси тела улитки; К - коэффициент асимметрии по максимальной частоте импульсации. М ± т - среднее арифметическое ± стандартная ошибка средней. * р < 0.05, ** р < 0.01 по сравнению с реакцией клеток из правого статоциста.
ВЛИЯНИЕ ПОВЫШЕННОЙ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ
417
град
Рис. 2. Процентное распределение чувствительных клеток по максимальной реакции в статоцистах улиток виварийной (светлые столбики - левосторонние клетки, косая штриховка - правосторонние клетки) и синхронной (горизонтальная штриховка - левосторонние клетки, вертикальная штриховка - правосторонние клетки) контрольных групп на ступенчатые наклоны в ипсилатеральную сторону. *p < 0.05.
наклон 105° с достоверным преобладанием реакции в клетках из левого статоциста. На ступенчатые наклоны в контралатеральную сторону сохранялась аналогичная вышеописанной картина (рис. 1, 2; табл. 1).
Вращение на оси центрифуги. Масса улиток этой группы перед началом вращения составила 13.16 ± 0.71 г, в день остановки вращения - 11.55 ± ± 0.63 г (p < 0.001). 75% клеток из правого статоциста и 85% клеток из левого статоциста были фоновоактивными с частотой импульсации от 0.1 до 1.35 имп/с. При этом большая часть клеток
сгруппировалась в интервале 0.1-0.65 имп/c. На ступенчатые наклоны в ипсилатеральную сторону, как и в двух контрольных группах улиток, динамика нарастания реакции в клетках из левого статоциста превышала таковую в клетках из правого статоциста. У наибольшего числа клеток из левого статоциста реакция достигала своего максимума на наклон 105° и для клеток из правого статоциста - на наклоны 120° и 135° с достоверным преобладанием реакции в клетках из левого статоциста (рис. 3, 4; табл. 1).
Вращение на центрифуге. Масса улиток этой группы перед размещением на центрифугу составила 12.63 ± 0.17 г, в день остановки вращения -9.59 ± 0.28 г (p < 0.001). У улиток, извлеченных после остановки вращения из центрифуги, в ряде случаев было отличное от нормы поведение. Они совершали круговые движения по часовой стрелке (в среднем 1.5 оборота в течение 5 мин), либо голова и туловище были максимально отклонены вправо и в таком положении они могли находиться в течение многих минут. 83% зарегистрированных клеток из правого статоциста и 56% клеток из левого статоциста были фоновоактивными с частотой импульсации от 0.1 до 2.5 имп/с. Как и в статоцистах улиток синхронной контрольной группы, а также улиток, вращавшихся в центре центрифуги, большая часть клеток сгруппировалась в интервале 0.1-0.65 имп/c.
На ступенчатые наклоны в ипсилатеральную сторону динамика нарастания реакции явно превосходила таковую в остальных группах улиток. У наибольшего числа клеток из левого статоциста реакция достигала своего максимума на наклон 90°, для клеток из правого статоциста - на наклон 120° с достоверным преобладанием реак-
Имп/с
Рис. 3. Усредненные кривые частоты импульсации чувствительных клеток в статоцистах улиток на ступенчатые наклоны вокруг продольной оси тела после 30-суточного вращения на центрифуге (светлые треугольники - левосторонние клетки, темные - правосторонние клетки) и на оси центрифуги (светлые кружочки - левосторонние клетки, темные - правосторонние клетки). По оси абсцисс - углы наклонов в ипсилатеральную и контралатеральную (минус) стороны, по оси ординат - частота импульсации.
град
Рис. 4. Процентное распределение чувствительных
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.