Дмитрий Сахаров - Генеалогия нейронов

Карпентер [112] недавно заново проанализировал сравнительные данные о различиях между осциллирующими (пейсмекерными) и неосциллирующими (непейсмекерными) нейронами, а также между разными формами эндогенной активности нейронов. Он, в частности, отмечает, что пейсмекерные нейроны гораздо слабее аккомодируются к приложенному току (о чём уже говорилось выше); мнение Карпентера о том, что у пейсмекерных нейронов потенциалы действия генерируются сомой, в отличие от непейсмекерных, генерирующих аксоном, представляется нам слишком категорическим: скорее, это верно лишь для некоторых специальных случаев. Карпентер приходит также к заключению, что ни одно из предложенных объяснений механизма медленных осцилляции, представленных в залповых нейронах, нельзя признать удовлетворительным. В связи с этим интересны данные о том, что у нейронов, имеющих генератор медленных волн (т. е. у залповиков), постоянная времени мембраны, измеряемая на толчках гиперполяризующего тока, примерно в пять раз больше, чем у незалповых нейронов того же препарата (эксперименты на нейронах гастропод); эти различия исчезают в условиях охлаждения (15° и ниже), когда перестаёт работать и генератор медленных волн [325].

Биофизические характеристики клеточной мембраны.Не рискуя рассуждать о предмете, требующем специальных знаний, ограничимся несколькими замечаниями. Н. Т. Пархоменко [45, 46] обнаружил достоверную связь между входным сопротивлением нейрона и его способностью к генерации потенциалов действия в безнатриевых растворах; эта способность, как отмечено выше, совершенно различна в разных идентифицируемых клетках. Тот же автор отметил, что клетки примерно одинакового размера могут сильно различаться по величине входной ёмкости, и отнёс эти различия за счёт разной площади поверхностной мембраны (вообще, нередко площадь мембраны, а вслед за тем удельное сопротивление вычисляют основываясь на измерении постоянной времени). Здесь, однако, нужна осторожность, учитывая хотя бы только что упомянутые данные о температурной зависимости постоянной времени мембраны у залповых нейронов. Если говорить о конкретных клетках, то, по нашим наблюдениям, постоянная времени велика у клеток пептидергического типа (ППа1, группы А, В, D).

Известно, далее, что в ганглиях моллюсков мембраны разных нейронов различаются вольт-амперной характеристикой. Кандель и Тауц [205], описавшие для гигантской метацеребральной клетки особую зависимость ВПСП от мембранного потенциала, связали это свойство с аномальными выпрямляющими свойствами клеточной мембраны. В отличие от «стандартного» поведения, когда амплитуда ВПСП растёт с увеличением мембранного потенциала (таковы, по нашим наблюдениям, клетки ЛПа3, ППа3, В6 и мн. др.), в метацеребральном нейроне величина ВПСП вблизи потенциала покоя увеличивается, когда поляризация клетки уменьшается. Для таких ВПСП характерно также, что их продолжительность уменьшается при гиперполяризации и увеличивается при деполяризации.

Поскольку аномальное выпрямление представлено в совершенно определенных клетках и, по-видимому, коррелирует с другими свойствами нейрона, в частности рецепторными [168], по поведению ВПСП при поляризации можно судить, к какой из двух категорий относится исследуемая клетка.

В 1961 г. Тауц и Гершенфельд обнаружили, что в ганглии моллюска одни нейроны отвечают на ацетилхолин деполяризацией и возбуждением, а другие — гиперполяризацией и торможением; было предложено различать две категории нейронов, D и Н [308]. Это открытие породило огромную литературу, и по мере детализации знании о реакциях нейронов на медиаторы росло число «фармакологических типов» нейронов. Работа на идентифицированных клетках дала возможность понять, что нейрон обладает определёнными, повторяющимися от препарата к препарату, рецепторными свойствами. По сложившейся традиции, говорят о «фармакологических характеристиках» нейронов, подразумевая, во-первых, знак ответа на тот или иной медиатор; во-вторых, ионный механизм этого ответа; и, в-третьих, отношение соответствующего рецептора к литикам и миметикам. Имеется ряд работ, выполненных на нейронах гастропод, которые дают широкое представление о типах ответов клеточных мембран на апплицируемые медиаторные вещества.

Ацетилхолин.До сих пор физиологами найдено пять способов действия ацетилхолина на поверхностную клеточную мембрану: 1) деполяризация повышением проницаемости для натрия; 2) деполяризация понижением проницаемости для калия; 3) гиперполяризация повышением проницаемости для калия; 4) гиперполяризация повышением проницаемости для хлора, при низкой внутриклеточной концентрации этого иона; 5) деполяризация повышением проницаемости для хлора, при высокой его внутриклеточной концентрации. Из пяти способов четыре представлены в нейронах моллюсков [212], исключение составляет лишь второй из перечисленных механизмов, постулированный для клеток мозга и симпатических ганглиев млекопитающих [224, 329]. Высказывается мнение, что в ганглиях моллюсков можно найти ещё два механизма: стимуляция и торможение ацетилхолином электрогенного насоса [212], но в этом отношении пока нет строгих экспериментальных фактов.

На виноградной улитке клеточные эффекты ацетилхолина исследовались нами на поверхностных нейронах всех ганглиев подглоточного комплекса. В этих опытах (и в других наших электрофизиологических экспериментах, о которых речь будет идти позже) применялась обычная методика регистрации трансмембранного потенциала капиллярным внутриклеточным микроэлектродом. Регистрирующий электрод мы, как правило, заполняли 2М цитратом калия (в специальных случаях, когда требовалось инъецировать в клетку ионы хлора, отводящий электрод заполняли 2,5М хлористым калием). Изолированное окологлоточное кольцо или часть его помещали в проточную камеру объемом 10 мл. Раствор Рингера для улитки имел следующий состав (в мМ): хлористый натрий — 80, хлористый калий — 4, хлористый кальций — 7, хлористый магний — 5, рН доводили до 7,4 с помощью Трис-хлорида. Трис использовали и для компенсации осмотичности раствора при удалении тех или иных катионов. Поляризацию клеточной мембраны осуществляли через отводящий электрод, используя мостовую схему, или через второй внутриклеточный электрод. Эффекты ацетилхолина только на раннем этапе исследования наблюдали в условиях внесения его в окружающий раствор, в основной части экспериментов применяли стандартную методику ионофоретической аппликации из подведенного к клетке капиллярного электрода.

Знак ответа нервной клетки на ацетилхолин (как и на другое медиаторное вещество) может в естественных условиях быть непостоянным вследствие того, что мембранный потенциал нейрона иногда меняется в широком диапазоне. Мы столкнулись с этой трудностью при изучении группы нейросекреторных клеток правого париетального ганглия: этим клеткам свойственно развивать иногда глубокую гиперполяризацию, на фоне которой эффект ацетилхолина, обычно гиперполяризующий и тормозящий активность, становится деполяризующим, хотя и не до уровня генерации [24, 280]. Результаты испытания медиаторных веществ можно стандартизировать при условии, что знак реакции оценивается при значении мембранного потенциала, пороговом для генерации потенциалов действия. Такое условие мы стремились выполнять в данном исследовании.