Начало >> Статьи >> Архивы >> Развивающийся мозг

Действие ГАМК на поверхностные синаптические системы коры в процессе онтогенеза - Развивающийся мозг

Оглавление
Развивающийся мозг
Эволюция мозговых структур
Вписанность эволюции живого в пространственно-временной континуум мира
Эволюция жизни как эволюция систем
Мозг как биологический экран внешнего мира
Отражение константных параметров в эволюции мозга
Системогенез и его предпосылки
Теория функциональных систем П. К. Анохина, Барталанфи
Опережающее развитие нервных структур
Генетические предпосылки опережающего созревания нервных структур
Системное созревание восходящих активирующих влияний ретикулярной формации
Экологические факторы и гетерохронии в созревании восходящих активирующих влияний
Гетерохронное созревание болевых механизмов восходящих активирующих влияний ретикулярной формации
Системный принцип в созревании восходящих активирующих влияний
Химическая эволюция восходящих влияний ретикулярной формации
Гетерохронное созревание восходящих возбуждений сенсомоторной коры
Гетерохрония в созревании восходящих возбуждений сенсомоторной коры
Морфологические исследования кортикальных структур
Онтогенетическая эволюция вторичных компонентов вызванного потенциала
Эволюция вторичного ответа Форбса
Эволюция вторичного отрицательного компонента
Созревание проекционной зоны сенсомоторной коры
Анализ гетерохронного созревания компонентов первичного ответа
Филогенетическая эволюция восходящих систем спинного мозга
Эволюция химической специфичности синаптических организаций коркового нейрона
Биологические предпосылки нейрохимической организации нейрона
Действие ГАМК на поверхностные синаптические системы коры в процессе онтогенеза
Эволюция судорожной активности незрелой коры
Гетерохронный рост зрительных проекций как предпосылка системного созревания коры мозга
Особенности вызванных потенциалов зрительной коры и онтогенез
Онтогенетические исследования вызванных потенциалов зрительной коры
Созревание первого длиннолатентного отрицательного компонента дельта
Происхождение возбуждений, формирующих ВП в онтогенезе
Химическая специфичность компонентов вызванного ответа зрительной коры
Гетерохронное созревание подкорковых структур зрительной системы
Гетерохрония в созревании элементов сетчатки
Эпицентрическое и конвергентное созревание восходящих возбуждений зрительной коры
Филогенетические предпосылки гетерохронии восходящих афферентных систем зрительной коры
Принципы созревания восходящих возбуждений коры мозга
Заключение

Для анализа нейрохимической природы отрицательного потенциала новорожденного и поверхностных синаптических систем, которые его генерируют, мы использовали гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК), которая, как показали исследования D. Р. Purpura, Н. Grundfest и др., обладает способностью избирательно блокировать деполяризующие синапсы (Purpura D. Р. et al., 1960) и по современным представлениям является тормозным медиатором.
D. Р. Purpura и соавт. (1958) показали, что аксодендритические синапсы пирамидных клеток обладают высокой чувствительностью к этому веществу. Наоборот, аксосоматические синапсы не изменяют своей активности даже при длительном наложении ГАМК. Это различие нельзя отнести за счет недостаточного проникновения ГАМК в глубину коры, к области аксосоматических синапсов, поскольку было показано, что систематическое введение ГАМК в эти отделы также не изменяет активности этих синапсов (Jasper Η. Н., 1959). Аксодендритические синапсы в этом же случае приходят в состояние полной активации (Purpura D. Р., 1959; Purpura D. Р. et al., 1960). Избирательное действие ГАМК на аксодендритические синапсы признается многими исследователями (Ройтбак А. И., 1964; Смирнов Г. Д., 1963), хотя существует мнение о неспецифичности действия ГАМК на все синапсы и нейроны коры (Батуев А. С., Сытинский И. И., 1964).
Другим важным свойством этого вещества является его избирательное блокирующее влияние только на возбуждающие
синапсы корковых клеток высших позвоночных животных (Purpura D. Р., Grundfest Н., 1950). Однако эта концепция вызывает ряд возражений (Ройтбак А. И., 1964; Батуев А. С. и Сытинский И. И., 1964, и др.).
Для исследования нейрохимической природы синапсов коры мозга при помощи ГАМК незрелая кора новорожденного кролика является особенно удобной моделью, так как в этом возрасте единственным «созревшим» объектом для любого воздействия могут быть только весьма немногочисленные аксо- дендритические синапсы, локализованные в небольшом участке коры. Активность этих первичных синапсов формирует в коре новорожденного отрицательный вызванный ответ. В коре новорожденного ГАМК устраняла отрицательный потенциал спустя 15 с после наложения. Если в исходном фоне после этого отрицательного колебания регистрировалось вторичное положительное колебание, оно увеличивалось по амплитуде после устранения негативного компонента, однако его латентный период оставался больше на 10—15 мс (рис. 45, А). Если до наложения ГАМК эта позитивность не регистрировалась, то после наложения она всегда появлялась. В этом случае после восстановления основного отрицательного компонента ответа вторичный позитивный компонент не исчезает даже после отмывания поверхности коры раствором Рингера, оба компонента — и отрицательный, и вторичный позитивный — регистрируются одновременно.
Увеличение амплитуды положительных потенциалов коры мозга после аппликации ГАМК рассматривалось раньше (Purpura D. Р., 1960) как выявление активности тормозных синапсов. Однако в наших экспериментах вторичный положительный разряд сохранялся и после полного восстановления отрицательного потенциала новорожденного. Поэтому мы предположили, что в коре новорожденного ГАМК не только пассивно демаскирует тормозные синапсы, но наряду с этим способна оказывать непосредственное активирующее действие на гиперполяризационные синапсы, которые до ее воздействия еще не могут самостоятельно активироваться в силу недостаточной зрелости. Интересно отметить и другой факт. После многократного приложения ГАМК в одном и том же опыте постепенно происходит все более медленное подавление отрицательного ответа. Этот факт может свидетельствовать о развитии своеобразного «химического привыкания» синапсов, генерирующих отрицательную фазу, к действию ГАМК. У взрослых животных такого «привыкания» мы не наблюдали.


Рис. 45. Эволюция действия ГАМК на синаптические системы сенсомоторной коры в процессе онтогенеза.
А — исчезновение отрицательного ответа коры новорожденного кролика после аппликации 0,1% ГАМК и появление позитивного вторичного компонента (отмечен стрелкой); Б — действие 0,1% ГАМК У кролика в возрасте 22 дней устраняет и положительный, и отрицательный компоненты первичного ответа; В — действие 1% ГАМК в возрасте 40 дней мгновенно устраняет первичный отрицательный компонент, оставляет неизменным вторичный и выявляет новые медленные колебания (отмечены тремя стрелками). Обозначено время после аппликации. Калибровка: 1 мс, 10 мкВ (А), 20 мкВ (Б), 30 мкВ (В) в масштабе одной клетки.

В более старшем возрасте, когда имеются и положительные, и отрицательные компоненты ВП, ГАМК после кратковременного увеличения их длительности подавляет оба компонента. Медленное восстановление идет равномерно как для отрицательного, так и для положительного компонента (рис. 45, Б).
Мы полагаем, что этот феномен, который у взрослых животных не обнаружен, связан с определенной стадийностью в созревании химической природы аксосоматических синапсов этого возраста.
Аналогичные факты такого стадийного своеобразия реакции зреющих нервных структур были еще раньше отмечены в лаборатории П. К. Анохина на личинке аксолотля, у которой на определенной стадии развития отсутствует чувствительность нейромускулярного синапса к кураре (опыты Т. Т. Алексеевой, 1942). Такую же стадийность наблюдали мы и при действии аминазина на ретикулярную формацию ствола в раннем онтогенезе (Ата-Мурадова Ф. А., 1959).
Предположение о том, что в возрасте до 25—30 дней в виде фазового феномена действительно может проявляться чувствительность аксосоматических синапсов к ГАМК, подтверждается и тем фактом, что у крольчат в период с 10-го по 20-й день наблюдается особо высокая концентрация этого вещества в коре больших полушарий (Schaade J. Р., Baxter С. F., 1960). Это может быть причиной подчеркнутой избирательной связи между ГАМК и синаптическим обменом в этой стадии онтогенеза. Кроме того, недостаточная зрелость гематоэнцефалического барьера не препятствует проникновению ГАМК в глубь коры.
У животных месячного возраста и старше уже формируется дефинитивная реакция обоих компонентов ответа, а следовательно, и обоих типов синапсов на действие 1% раствора ГАМК (рис. 45, В). В этих случаях наблюдается значительное расширение основания положительного компонента первичного ответа. Параллельное отведение потенциалов от четырех пунктов коры, из которых только в один была апплицирована ГАМК, убедило нас в том, что такое значительное возрастание длительности положительного компонента происходит за счет очень быстрого и глубокого устранения спайкообразного первичного отрицательного ответа (см. рис. 45).
В онтогенезе наблюдается понижение чувствительности синаптических образований коры к ГАМК. Действительно, у кролика старше 1 мес происходит резкое уменьшение ГАМК в коре мозга (Schaade J. Р., Baxter С. F., 1960). Этим же, вероятно, объясняется и исчезновение феномена «привыкания» отрицательной фазы к ГАМК, которое можно видеть в коре новорожденного (см. выше).

У животного после 30 дней жизни нанесение ГАМК вызывает практически мгновенное устранение первичного отрицательного колебания, вследствие чего резко возрастает длительность первичного положительного компонента. Более медленно происходит уменьшение вторичной отрицательности, а вторичный позитивный компонент увеличивается и становится но амплитуде равным позитивной фазе первичного ответа. Первичный отрицательный компонент восстанавливается очень медленно, поэтому долгое время сохраняется необычное расширение первичного позитивного компонента.
Рис. 46. Избирательное действие 5% нембутала на три отрицательных компонента сенсомоторной коры и реципрокное действие стрихнина. Аппликация в ФМА, верхняя кривая — отведение из ФМА; нижняя кривая— в 2 мм от него.
А —фон; Б — динамика действия нембутала: полное подавление первичного отрицательного компонента уже на 15-й секунде. Вторичная отрицательность не затрагивается и выявляется третичная отрицательность; В — аппликация 0,5% раствора стрихнина в этот же пункт восстанавливает последовательно вторичную и первичную отрицательности, подавляет третичную. Цифры — время с момента аппликации; первичная, вторичная и третичная отрицательности отмечены соответственно одной, двумя и тремя стрелками (то же на рис. 54). Калибровка: 20 мс, 50 мкВ.

В этом возрасте обращает на себя внимание новая особенность действия ГАМК: очень часто в вызванном ответе после аппликации ГАМК появляется новое медленное негативное колебание. Это колебание резко возрастает параллельно исчезновению вторичного отрицательного компонента. Аналогичный негативный потенциал возникал под влиянием ГАМК в ВП коры при раздражении гипоталамуса (Бадам Хант, 1964).

Кроме того, сходное колебание регистрировалось нами в комплексе вызванного ответа при аппликации на кору мозга 5% раствора нембутала (рис. 46).
Это свидетельствует о том, что в процессе развития имеет место определенная химическая эволюция поверхностных и глубоких синаптических систем коры.
Более того, есть основания предполагать, что такая химическая эволюция наблюдается только в системах, которые начинают формироваться и функционировать в постнатальном онтогенезе. Это система аксосоматических синапсов, обладающая фазовой чувствительностью к действию ГАМК, которая с возрастом исчезает. Следовательно, химическая индивидуальность аксосоматической синаптической системы формируется после рождения, что полностью соответствует характеру постнатального структурного и функционального созревания положительного компонента (Ата-Мурадова Ф. А., Чернышевская И. А., 1961; Purpura D. Р. et al., 1960, 1965; Schaade I. P., Baxter C. F., 1960). Также поздно происходит физиологическое созревание этих синапсов. Их чувствительность к стрихнину тоже созревает и эволюционирует только после рождения.
Напротив, аксодендритическая система отрицательного ответа новорожденного структурно, функционально и химически созревает до рождения. Вероятно, именно поэтому на протяжении постнатального развития ее чувствительность к ГАМК, уже сформированная в эмбриогенезе, остается неизменной.
Факт появления медленной отрицательной волны после аппликации ГАМК можно интерпретировать как высвобождение активности поверхностных деполяризационных синапсов со своеобразной чувствительностью к ГАМК. Позднее появление этого феномена в онтогенезе свидетельствует о позднем созревании соответствующей ему синаптической системы.
Таким образом, выявляются весьма оригинальные эффекты действия ГАМК на три поверхностных отрицательных потенциала: первичный отрицательный компонент подавляется ГАМК мгновенно, полностью и на длительное время, вторичный исчезает медленнее, подавляется только до уровня изоэлектрической линии и довольно быстро восстанавливается, а «третичный», наоборот, усиливается.
Принципиальное значение этого феномена состоит в том, что одинаковые по своей физиологической природе деполяризационные поверхностные потенциалы оказываются весьма различными по своему интимному химическому метаболизму. Это и проявляется в их различной чувствительности к действию одного и того же вещества, в данном случае ГАМК.
В следующем разделе показаны аналогичные факты различной чувствительности этих отрицательных компонентов к стрихнину.
Факты различного действия ГАМК на отрицательную и положительную фазы первичного ответа являются доказательством не только разной химической чувствительности корковых синаптических систем, но и показателем различий их функциональных свойств.
То, что в коре новорожденного кролика четко выражен эффект действия ГАМК на отрицательный компонент, а вторичный позитивный компонент ею активируется в ряде случаев и при отсутствии его в исходном фоне, свидетельствует о том, что в процессе онтогенеза синапсы деполяризационного типа созревают раньше, чем гиперполяризационные синапсы. Возможно, что в пренатальном периоде существует стадия, в которой уже есть отрицательный ответ коры новорожденного и он устраняется ГАМК, но вторичный позитивный компонент еще не выявляется. Есть все основания предполагать, что такая гетерохрония в созревании возбуждающих и тормозных синапсов, действительно·, имеет место в процессе развития.


 
« Радионуклидные исследования отдельных органов   Развитие мозга ребенка »