Санагурський Д.І. Об’єкти біофізики: монографія

Подождите немного. Документ загружается.

401

природних умовах і яке опосередковане активуванням ГАМК-

рецепторів епітеліально-м’язових клітин.

У наших дослідженнях при дії на клітини гідри зовнішнім

розчином, що містив бікукулін (5 мкмоль/л), відбувалися значні

зміни спонтанної електричної активності клітин ектодерми гідри.

Спостерігали деполяризацію мембрани від –39 ± 0,2 до –32 ± 0,4 мВ

протягом 10 хв від початку аплікації бікукуліну. Амплітуда ПД

зростала від 18,8 ± 0,3 до 28 ± 0,2 мВ, а далі – настав розлад

пачкової активності та відбувалося генерування переважно

поодиноких ПД.

У разі дії бікукуліну в концентрації 10 мкмоль/л амплітуда

ПД змінювалася від 19,5 ± 0,2 до 35 ± 0,3 мВ та відбувалася

деполяризація мембрани від –37 ± 0,2 до –25 ± 0,4 мВ. Необхідно

зауважити, що при цій аплікації бікукуліну зростала рухова

активність гідри. Такий ефект дії бікукуліну вдавалось усунути

шляхом відмивання протягом 35 хв.

Характерні зміни параметрів ПЕА під час дії цього

блокатора спостерігали в концентрації 15 мкмоль/л. Нами не було

зафіксовано появу міжпачкового інтервалу та значного зростання

амплітуди ПД від 19,1 ± 0,2 до 39 ± 0,3 мВ.

Отже, нами отримано електрофізіологічні докази наявності

ГАМК

-рецепторів, очевидно, розміщених на постсинаптичній

мембрані епітеліально-м’язових клітин гідри, що на підставі

біохімічних досліджень було припущено Конкасом та співавт.

(J.A. Westfall et al., 1991). Ми припускаємо, що ГАМК

-рецептори

розміщені на рухових клітинах гідри, оскільки на сьогодні відомі

також морфологічні докази наявності синаптичних контактів між

402

нервовими клітинами гідри (Г.Ф. Лакин, 1990; D.W. Towle et al.,

1991), між нервовими та епітеліально-м’язовими клітинами

(В.К. Рибальченко, 1970). Про це свідчать теж наші електронно-

мікроскопічні дослідження.

Зокрема, нам вдалось отримати зображення синаптичного

контакту між нервовою та епітеліально-м’язовою клітинами. Крім

того, на світлинах нами зафіксовано велику кількість і-клітин

(рис. 10.19), які є попередниками нервових клітин (М.Ф. Шуба,

1998; V.B. Mountcastle, R.J. Baldessarini, 1974).

Під впливом конкурентного антагоніста NMDA-рецепторів

D1-APV (5 та 10 мкмоль/л) спостерігали часткове блокування

генерування ПД та поодинокі ПД амплітудою 16 ± 0,3 мВ.

Рис. 10.19. Скупчення інтерстиціальних клітин (біла лінія рівна

шкалі 2,17 мкм).

403

Під впливом D1-APV при концентрації 15 мкмоль/л нами

відмічено припинення генерування ПД, яке тривало протягом

всього часу аплікації антагоніста. Це свідчить про участь NMDA-

рецепторів у регулюванні пачкової електричної активності клітин

гідри.

Отже, крім ГАМК-рецепторів ми припускаємо наявність у

клітинах гідри NMDA-рецепторів, які у ЦНС вищих тварин беруть

участь у генеруванні збуджувальних синаптичних потенціалів,

хоча нами не знайдено подібних відомостей у літературі.

Важливо, що більш виражений гальмівний ефект на ПЕА

ми спостерігали під впливом конкурентного антагоніста АМРА-

рецепторів CNQX. Після збільшення концентрації до 15 мкмоль/л

ми спостерігали через 2 хв після введення розчину миттєве

зникнення пачкової електричної активності.

Можемо констатувати, що в нервовій системі гідри наявні і

збуджувальні, і гальмівні синаптичні механізми регулювання

електричної активності епітеліально-м’язових клітин, які

генеруються пейсмекерними системами.

Нами одержано підтвердження наявності цих рецепторів у

плазматичній мембрані нервових клітин гідри та з’ясовано їхню

роль у регулюванні електричної активності епітеліально-м’язових

клітин. Зміни електричної активності, що виникають у результаті

впливу бікукуліну – конкурентного блокатора ГАМК-рецепторів та

специфічних блокаторів глютаматних рецепторів – Dl- APV i

CNQX, логічно простежити від активування рецептора до ролі

іонтранспортних систем плазматичної мембрани клітин ектодерми

гідри, яку показано на узагальнюючій схемі (рис. 10.20). Під

впливом бікукуліну електрична активність генерувалася не у

вигляді періодичних серій ПД, а безперервно. Це можна пояснити

404

блокуванням гальмування, яке функціонує у природних умовах і

опосередковане активування ГАМК-рецепторів мембрани

епітеліально-м’язових клітин.

На сьогоднішній день роль катіонів Mg

, які в живих

системах відіграють регуляторну функцію і є антагоністами йонів

Са

, мало вивчена. Тому наступна серія досліджень присвячена

вивченню впливу катіонів Mg

, що, на нашу думку, дає змогу

зрозуміти механізми, які лежать в основі електричної активності

клітин прісноводної гідри.

Рис. 10.20. Роль ГАМК

та глютаматних рецепторів і

йонтранспортних систем у регулюванні електричної активності клітин

ектодерми Hydra oligactis Pallas

405

Так, Едмондсом та групою авторів (В. Edmonds et al., 1995)

була висунута гіпотеза про те, що щілина NMDA-рецепторів

блокується йонами Mg

, які наявні в синаптичній щілині ЦНС

вищих тварин. Тому глютамат, який є нейротрансмітером у

більшості синапсів ЦНС хребетних, активує не-NMDA-рецептори.

Іншими дослідниками (С. Hammond, 1996) встановлено, що

стимулювання пресинаптичних нейронів гіпокампа, у разі браку

катіонів Mg

, спричиняє постсинаптичну деполяризацію, що є

результатом синаптичного вхідного струму та пов’язана з

перехрещенням NMDA- та нe-NMDA-каналів.

Оскільки канали NMDA-рецепторів є проникними для

одновалентних іонів та катіонів Са

і блокуються катіонами Mg

при струмі наближеному до потенціалу спокою (С. Hammond,

1996), нас зацікавило, якою ж буде дія катіонів магнію у

зовнішньоклітинному розчині на клітини ектодерми Hydra

oligactis. Отже, при дії катіонів магнію у концентрації 1,6 мкмоль/л

ми спостерігали незначну гіперполяризацію мембрани (від –38,4 ±

2,0 до –42,1 ± 2,1 мВ) та збільшення амплітуди ПД на 50 %,

порівняно з контролем (рис. 10.21 і 10.22).

Рис. 10.21. Вплив катіонів Mg

, Hg

та Pb

у різних концентраціях

на величину мембранного потенціалу (мВ) клітин ектодерми гідри.

Примітка. достовірність змін щодо контролю:

* - р<0,05;

- з p<0,01;

■

- з p<0,001

406

У разі збільшення концентрації катіонів Mg

до

2,5 мкмоль/л гіперполяризація зростала від –39,3 ± 0,4 до –51,7 ±

0,8 мВ, амплітуда ПД збільшувалася на 100 %, порівняно з

контролем. Хоча, залежно від діючої концентрації, ці катіони

знижують частоту виникнення ПЕА, зменшення їхньої загальної

кількості та амплітуди потенціалів дії.

Ми припускаємо, що такі ефекти пов’язані з відомою

властивістю катіонів лужноземельних металів блокувати йонну

провідність натрієвих та деяких типів кальцієвих каналів

збудливих клітин, що узгоджується з деякими даними літератури

(Р. Тизьо, О. Гойда, 1996; R. Tyzio, O. Goida, 1996).

Отримані результати свідчать про те, що катіони магнію є

антагоністами катіонів кальцію, а йони Ca

беруть опосередковану

участь у генеруванні ПЕА клітин ектодерми гідри.

Відомо, що катіони свинцю змінюють проникність

мембран, блокуючи активність транспортних систем (B. Venugopal,

T. Luckey, 1978) та каналів (M.A. Lessler, M.S. Walters, 1973).

Оскільки нейрони центральної та периферійної нервової системи

вищих тварин особливо чутливі до негативного впливу катіонів

свинцю (Ю.А. Ершов, Т.В. Плетенева, 1989), доцільним було

з’ясувати вплив катіонів Рb

та подібність дії до впливу

попередніх інгібувальних факторів на клітини ектодерми

прісноводної гідри.

Амплітуда ПД зменшувалася від 19,4 ± 0,7 до 5,3 ±1,4 мВ

(рис. 10.22). Зі збільшенням концентрації до 2,5 мкмоль/л

спостерігали деполяризацію мембрани від -39,3 ± 2,5 до -24,9 ±

2,5 мВ, кількість потенціалів дії зменшувалася в пачках на 19,5 %

(рис. 10.21; рис. 10.25).

407

Рис. 10.22. Дія катіонів Mg

, Hg

та Pb

у різних концентраціях на

тривалість пачки (с) клітин ектодерми гідри.

Примітка. Позначення достовірності як на рис. 10.21

Встановлено, що катіони Рb

у менших концентраціях

(0,1 мкмоль/л) спричиняють незначну деполяризацію мембрани:

від –37,5 ± 0,5 до –35,7 ± 0,2 мВ, тривалість міжпачкового інтервалу

збільшувалася від 150 до 360 с (рис. 10.24).

Ураховуючи широкий спектр дії катіонів Pb

(Ю.А. Ершов,

Т.В. Плетенева, 1989; В.В. Манько, 1998; M.A. Lessler, M.S. Walters,

1973; H.C. Mel, T.A. Reed, 1981; B. Venugopal, T.D. Luckey, 1978),

очевидним стає інгібувальний вплив на рецепторну функцію

об’єкта досліджень. Зокрема, результати наших досліджень

засвідчують інгібувальний характер впливу катіонів свинцю на

перебіг спонтанної електричної активності клітин ектодерми

гідри.

408

Рис. 10.23. Дія катіонів Mg

, Hg

та Pb

у різних

концентраціях на тривалість міжпачкового інтервалу (с) клітин

ектодерми гідри.

Примітка. Позначення достовірності як на рис. 10.21

Рис. 10.24. Дія катіонів Mg

, Hg

та Pb

у різних концентраціях на

амплітуду потенціалів дії (мВ) клітин ектодерми гідри.

Примітка. Позначення достовірності як на рис. 10.21

409

Рис. 10.25. Вплив катіонів Mg

, Hg

та Pb

у різних

концентраціях на параметри пачкової електричної активності клітин

ектодерми гідри:

N – кількість потенціалів дії у пачці.

Примітка. Позначення достовірності як на рис. 10.21

Катіони Hg

також мають інгібувальний вплив на різні

показники ЕПА клітин ектодерми гідри, очевидно, за рахунок

здатності утворювати стійкі комплекси з такими біологічно

важливими молекулами, як білки (В.В. Манько та ін., 2001) та

змінюючи Na

/Са

-обмін (В.В. Манько, 1998).

Підсумовуючи усе сказане, можна виділити основні

штрихи, на яких ми зупинялися в роботі.

1. Встановлено подібність у характері змін біоелектирчних і

фізико-хімічних показників ТПМ та активності Na

АТФ-ази за умов впливу різних концентрацій катіонів

важких металів у ранньому ембріогенезі в’юна, тобто

дозозалежна деполяризація мембрани бластомерів

супроводжується зниженням активності Na

- АТФ-ази

410

мембран. Отже, поглиблено знання про механізм впливу

важких металів на досліджуванні об’єкти, що підтверджено

електронно- мікроскопічними дослідженнями бластомерів

в’юна за цих умов, зокрема, виявлено значні

ультраструктурні зміни їхніх органел. Доведено часову

залежність між параметрами коливної динаміки ТМП та

морфогенезом зародків в’юна, інкубованих за наявності

катіонів важких металів, – амплітуда та частота коливань

ТМП значно зменшується, відбувається сповільнення

розвитку зародків. Морфогенетичним аналізом виявлено

суттєві відставання в розвитку личинок в’юна та появу у

них різних аномалій.

2. З’ясовано, що солі, які містять катіони Pb

та Hg

інгібують спонтанну електричну активність клітин

ектодерми гідри, а під дією катіонів Hg

відбувається

гідрополяризація мембрани та збільшення амплітуди ПД.

Вперше отримано електрофізіологічні докази наявності

ГАМК та глютаматних рецепторів на плазматичній

мембрані епітеліально-м’язових клітин ектодерми

прісноводної гідри, з’ясовано їхню роль у регулюванні

пачкової електронної активності клітин. Встановлено, що

ГАМК- рецптори відповідають за процеси гальмування, а

глютаматні – за процеси збереження досліджуванних

клітин. Доведено подібність часових взаємозв’язків між

динамікою біоелектричних, енергозабезпечувальних і

мембранно-транспортних процесів у ранньому