 |
юБРНюБРНЛЮРХГЮЖХЪюПУХРЕЙРСПЮюЯРПНМНЛХЪюСДХРаХНКНЦХЪаСУЦЮКРЕПХЪбНЕММНЕ ДЕКНцЕМЕРХЙЮцЕНЦПЮТХЪцЕНКНЦХЪцНЯСДЮПЯРБНдНЛдПСЦНЕфСПМЮКХЯРХЙЮ Х ялххГНАПЕРЮРЕКЭЯРБНхМНЯРПЮММШЕ ЪГШЙХхМТНПЛЮРХЙЮхЯЙСЯЯРБНхЯРНПХЪйНЛОЭЧРЕПШйСКХМЮПХЪйСКЭРСПЮкЕЙЯХЙНКНЦХЪкХРЕПЮРСПЮкНЦХЙЮлЮПЙЕРХМЦлЮРЕЛЮРХЙЮлЮЬХМНЯРПНЕМХЕлЕДХЖХМЮлЕМЕДФЛЕМРлЕРЮККШ Х яБЮПЙЮлЕУЮМХЙЮлСГШЙЮмЮЯЕКЕМХЕнАПЮГНБЮМХЕнУПЮМЮ АЕГНОЮЯМНЯРХ ФХГМХнУПЮМЮ рПСДЮоЕДЮЦНЦХЙЮоНКХРХЙЮоПЮБНоПХАНПНЯРПНЕМХЕоПНЦПЮЛЛХПНБЮМХЕоПНХГБНДЯРБНоПНЛШЬКЕММНЯРЭоЯХУНКНЦХЪпЮДХНпЕЦХКХЪяБЪГЭяНЖХНКНЦХЪяОНПРяРЮМДЮПРХГЮЖХЪяРПНХРЕКЭЯРБНрЕУМНКНЦХХрНПЦНБКЪрСПХГЛтХГХЙЮтХГХНКНЦХЪтХКНЯНТХЪтХМЮМЯШуХЛХЪуНГЪИЯРБНжЕММННАПЮГНБЮМХЕвЕПВЕМХЕщЙНКНЦХЪщЙНМНЛЕРПХЙЮщЙНМНЛХЙЮщКЕЙРПНМХЙЮчПХЯОСМДЕМЙЖХЪ
распределение и численность GnRH-секретирующих клеток
GnRH-секретируюшие клетки рассредоточены по всему гипоталамусу и не образуют четко локализованных ядер или скоплений. Среди них выделяются лишь GnRH-секретирующие клетки, расположенные вблизи передней доли гипофиза (в срединном возвышении гипоталамуса), которые, как показано в предыдущем разделе, обеспечивают секрецию гонадотропина гипофизом (рис. 16.9). Высвобождение самих релизинг-факторов обеспечивается гормонами, такими как гормоны половых желез, образующими обратную связь с мозгом, и синаптическими входами, использующими различные медиаторы, включая норадреналин, дофамин, гистамин, глутамат и ГАМК49· 50).
Глава 16. Вегетативная (автономная) нервная система 355
Характерной особенностью GnRH-секретирующих клеток является их небольшая численность: 1300 у крысы и 800 у мыши51). Однако крысы и мыши (да и люди тоже) просто вымерли бы без этих немногочисленных и разрозненных клеток мозга. Второе замечательное свойство этих клеток связано с их онтогенетическим развитием (глава 23). У эмбрионов крыс с 10 по 15 дни развития клетки-предшественники впервые появляются в участке обонятельной плакоды. Это регион, из которого впоследствии развивается обонятельный эпителий. После деления, клетки мигрируют вдоль аксонов обонятельного нерва и достигают гипоталамуса51· 52). Проводящие пути и молекулярные механизмы миграции GnRH-секретирующих клеток были изучены на эмбрионах, новорожденных опоссумах и в культурах клеток53). Поскольку все эти клетки могут быть надежно помечены антителами, специфичными к GnRH, их можно количественно учитывать как в месте их происхождения, так и по ходу миграции. Нейроны других типов тоже мигрируют вдоль тех же аксональных путей, что и GnRH-ceкретирующие клетки. Однако, не достигнув гипоталамуса, они отклоняются в сторону, попадая в совершенно другие области мозга54).
На рис. 16.9 показано, что наряду с GnRH--секретируюшими клетками в гипоталамусе существуют особые популяции нейронов, секретирующих другие гормоны, необходимые для обеспечения вегетативных функций. Обмен веществ, функция щитовидной железы, абсорбция солей в почках, а также рост зависят от релизинг-факторов, которые секретируются в портальную систему и воздействуют через нее на переднюю долю гипофиза.
Особые нейроны гипоталамуса, расположенные в супраоптическом и паравентрику-лярном ядрах (рис. 16.9) напрямую иннервируют заднюю долю гипофиза. Их окончания высвобождают в кровь антидиуретический гормон (ADH), называемый также вазопрессином, и окситоцин55)--57). Следовательно, регуляция абсорбции воды почками и сокращений матки напрямую зависит от импульсной активности нейронов гипоталамуса.
циркадные ритмы
Особо важную роль в жизнедеятельности животных имеют циркадные ритмы, контролирующие суточный цикл и цикл сон--бодрствование. В отсутствие каких-либо внешних сигналов, 24-часовые ритмические
| Рис. 16.10. Циркадный ритм изолированного глазного стебелька речного рака. (А) Изолированный глазной стебелек, поддерживаемый в органе типической культуре, перед началом эксперимента был настроен на цикл чередования света и темноты (показано вверху чередующимися светлыми и темными полосами). (В) Измерение содержания гормона в условиях, когда препарат был лишен поступления каких-либо стимулов и содержался в темноте (черная полоса внизу). Навязанный ранее суточный ритм при этом сохраняется. Fig. 16.10. Orcadian Rhythm of Crayfish Eyestalks in Isolation. (A) The isolated eye-stalk was kept in organ culture and entrained to light-dark cycles (indicated by the alternating light and dark bars above). (B) Later, at the time of the experiment when the hormone content was measured, the eyestalk was deprived of all stimuli and kept in darkness (indicated by the black bar below). The day-night rhythm clearly persisted, (After Arechiga et al., 1993.) | 
|
356 Раздел III. Интегративные механизмы
|
| Рис. 16.11. Циркадные разряды нейронов органотипической культуры глазного стебелька речного рака. В течение 24-часового цикла внутриклеточно регистрируемая импульсная активность одиночного нейрона претерпевает циклические изменения. Fig. 16.11. Orcadian Firing of Neurons of crayfish eyestalk maintained in culture. During the 24-hour cycle the action potential activity recorded intracellularly from a single neuron undergoes cyclical changes. Regular bursts occur at 10:00 а. гл., followed by irregular firing between 12:00 noon and 6:00 p. гл., and silence at midnight; next morning the regular bursts begin again. (From records kindly provided by H. Arechiga and U. Garcia.) |
циклы поддерживаются внутренними часами в течение продолжительного времени (недели и месяцы) как у беспозвоночных, так и у позвоночных58)--60), и даже в эксплантатах и культурах нейронов61)--63). Внутренний механизм синхронизации может быть изменен (или «навязан») воздействием регулярно чередующихся световых и темновых стимулов64). Вегетативные функции находятся под сильным влиянием биологических часов, которые действуют на шишковидную железу и секрецию мелатонина 65, 66).
Сведения о клеточных и молекулярных механизмах, позволяющих нейронам обеспечивать регулярные суточные циклы, были получены как на беспозвоночных, так и на позвоночных. Например, в зрительных путях ракообразных существует скопление секреторных нервных клеток, называемое глазным стебельком (eyestalk). В этой структуре можно поддерживать ритмы метаболической активности, секреции и импульсных разрядов, даже если изолированный орган поддерживается в культуре67). На такой органотипическои культуре было проведено отведение элек-
Глава 16. Вегетативная (автономная) нервная система 357
|
| Рис. 16.12. Циркадный ритм среза супрахиазматического ядра крысы, поддерживаемого в культуре. ГАМК, апплицированная в разное время суток в процессе внеклеточного отведения нейронной активности, вызывала увеличение частоты импульсации в дневное время (А) и ее снижение ночью (В). Отведения на С и D показывают, что эффекты, вызываемые ГАМК, блокируются антагонистами ГАМК (бикукуллином и пикротоксином). Fig. 16.12. Orcadian Rhythm of Slice of Rat Suprachiasmatic Nucleus maintained in culture. GABA was applied at different times while extracellular recordings were made from neurons. GABA gave rise to increases of action potential frequency in the daytime (A) and decreases at night (B). The recordings in С and D show that the effects of GABA were blacked by GABA antagonists (bicuculline and picrotoxin). The change from excitation to inhibition can be accounted for in terms of changed intracellular chloride concentrations, which were assessed by whole-cell patch recordings (not shown). The conductance change produced by GABA remains unchanged during the day-night cycle. The mechanisms that rhythmically change intracellular chloride concentration are not yet known. (After Wagner et al., 1997.) |
трической активности пейсмекерных клеток, охарактеризованы пептиды, выделяемые этими клетками, и проанализированы механизмы их действия. Более того, было показано, что ритм активности пейсмекерных нейронов в культуре может быть изменен путем навязывания чередующихся световых и темновых периодов. Примеры циркадных ритмов, генерируемых клетками в культуре, показаны на рис. 16.10 и 16.11.
У теплокровных ключевой структурой в гипоталамусе для генерации ритма внутренних часов является супрахиазматическое ядро (SCN). Важным входом этого ядра является проекция глаза68). После разрушения супрахиазматического ядра у крыс теряется способность настраивать эндогенный ритм на частоту чередования световых и темновых периодов. Двигательная активность, потребление воды, циклы сна-бодрствования и гормональной секреции нарушаются69· 70). Если трансплантировать эмбриональные ткани гипоталамуса, содержащие SCN, хозяину, ритмическая активность которого была предварительно нарушена путем полного удаления SCN, то ритм его деятельности восстанавливается с новым периодом, соответствующим генотипу донора.
В нейронах супрахиазматического ядра частота спонтанных потенциалов действия увеличивается в течение дня и снижается ночью, как показано на рис. 16.12. За счет какого механизма устанавливается этот ритм? Этот вопрос был исследован на срезах SCN, поддерживаемых в культуре (органотипические срезы)71). Показано, что основным медиатором, используемым нейронами этого ядра, является ГАМК72). Ером и коллеги69) показали, что нейроны SCN в срезах отвечают на ГАМК деполяризацией и повышением частоты разрядов в течение дня (рис. 16.12А). Та же концентрация ГАМК, апплицированная
358 Раздел III. Интегративные механизмы
ночью, вызывает гиперполяризацию и снижение частоты разрядов (рис. 16.12В). Следовательно, как и в развиваюшейся ЦНС73), ГАМК может быть как возбуждающим, так и тормозным медиатором. Тип ответа зависит от уровня внутриклеточной концентрации хлора. Как описано в главе 5, если концентрация хлора внутри клетки низка, то хлорный потенциал равновесия (Е Cl)более отрицателен, чем потенциал покоя. Открывание ГАМК-чувствительных каналов позволяет ионам хлора входить в клетку и гиперполяризовать мембрану. С увеличением внутриклеточной концентрации хлора, Е Clсдвигается в сторону более положительных, по сравнению с потенциалом покоя, значений. В результате ГАМК вызывает движение ионов хлора из клетки наружу и увеличивает деполяризацию (см. также Gribkoff et al. как альтернативную схему генерации ритма)74). Неизвестно, является ли изменение внутриклеточной концентрации хлора единственным механизмом, ответственным за генерацию ритма в нейронах SCN, и каков механизм, ответственный за изменения этой концентрации.
С помощью генетических методов были выявлены общие белки, которые в царстве животных связаны с периодичностью. Гены и белки, контролирующие циркадные ритмы, идентифицированы и клонированы у дрозофилы75). У многих видов два таких белка, известные как per (period, период) frq (frequency, частота), были обнаружены в пейсмекерных областях, таких как супрахиазматическое ядро. У мух выключение гена per приводит к исчезновению циркадного ритма. Последующее включение этого гена восстанавливает ритм76· 77). Хотя пока не выявлено прямых связей между регуляторными белками и уровнем внутриклеточного хлора, важно то, что теперь мы можем пытаться объяснить циркадные ритмы с точки зрения генов и ионных концентраций на хорошо установленных группах нейронов.
выводы
∙ Вегетативная нервная система регулирует важнейшие функции всех внутренних органов и, в свою очередь, регулируется с помощью гормональных и сенсорных обратных связей.
∙ Парасимпатические эффекты более сфокусированы по сравнению с диффузными эффектами симпатической активации.
∙ АХ является основным медиатором, используемым для передачи в вегетативных ганглиях, в парасимпатических нервных окончаниях и в некоторых симпатических нервных окончаниях.
∙ Норадреналин является основным медиатором для большинства симпатических окончаний. К числу других медиаторов относится ацетилхолин, пептиды и АТФ.
∙ Одна и та же молекула (например, LHRH, называемая также GnRH) может действовать и как медиатор в синапсах, и как гормон в мозге.
∙ Анализ эффектов, вызываемых вегетативной нервной системой, сложен ввиду разнообразия рецепторов и большого числа пептидов и непептидных медиаторов.
∙ Адреналин выделяется в качестве гормона из мозгового слоя надпочечников в кровеносную систему, достигая рецепторов в клетках-мишенях, на которые не действует выделяемый из нервных окончаний медиатор.
∙ Гипоталамус является областью мозга, управляющей общей активностью вегетативной нервной системы, а также регулирующей секрецию гормонов.
∙ Гипоталамус, в свою очередь, подвержен влиянию высших центров ЦНС и гормонов.
оНХЯЙ ОН ЯЮИРС: