Глава 8

НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАБОЛИЗМА И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА В МЕХАНОРЕЦЕПТОРАХ

Одним из важнейших путей изучения механорецеп- торных структур является анализ биохимических процессов, ле­жащих в основе деятельности этих сенсорных образований. Ибо без понимания того, откуда рецепторы черпают энергию для своей работы и каким образом они ее расходуют, невозможно прибли­зиться к сущности протекающих в них явлений. Важным явля­ется и выяснение вопроса о связи тех или иных биохимических процессов со специфической механорецепторной функцией. Та­кого рода работы ведутся с преодолением больших технических трудностей. На сегодняшний день в литературе имеются определен­ные данные, полученные гистохимическими методами, говорящие о наличии того или иного вещества в структуре механорецепторов, имеются также описательные оценки изменения содержания этих веществ в связи с состоянием возбуждения или угнетения чувстви­тельного прибора.

Тканевые механорецепторы позвоночных

Анализ вопросов гистохимии представляет особый интерес применительно к тканевым механорецепторам. Именно в связи с обнаружением в составе этих структур большого коли­чества окислительных ферментов удалось сформулировать пред­ставление об интенсивном окислительном обмене, обеспечивающем механорецепторную деятельность. Помимо этого обнаружение в механорецепторных структурах холинэстеразы и других биоло­гически активных веществ явилось основанием для гипотезы, ко­торую можно назвать медиаторной гипотезой, рассматривающей этот тип сенсорных приборов как вторичночувствующие.

Гистохимическое изучение инкапсулированных механорецеп­торов (телец Пачини, Мейсснера, Гербста, Грандри, колб Краузе и т. д.) проводилось в работах многих авторов (Португалов, 1955; Quilliam, 1958; Саппа, 1960, 1961, 1962; Улумбеков, 1964а, 19646,

1973; Shanthaveerappa, Bourne, 1966; Волкова, 1972a, 1973, и мн. др.). В этих исследованиях было установлено, что данные рецепторные образования обнаруживают высокую активность различных ферментов, таких как холинэстераза, аденозинтрифос­фатаза , щелочная и кислая фосфатазы, сукцинатдегидрогеназа, цитохромоксидаза, лактатдегидрогеназа и т. д., а также большое количество разнообразных веществ. Активность ферментов в ре­цепторах намного превышала активность в окружающих тка­нях и в нервных волокнах,' отходящих от рецепторов. В большин­стве случаев распределение ферментов внутри рецепторов оказа­лось неравномерным (рис. 106).

Ферменты окислительного обмена. Высокая активность сукци­натдегидрогеназы, осуществляющей окисление янтарной кислоты (сукцината) до фумаровой в цикле трикарбоновых кислот, была установлена в нервном окончании телец Пачини и колб Краузе, а в прилежащих к осевому цилиндру структурах внутренней колбы и в отходящем нервном волокне активность этого же фер­мента оказалась незначительной (Португалов, Яковлев, 1955; Улумбеков, 1965). Более того, в самом нервном окончании телец Пачини и колб Краузе сукцинатдегидрогеназа располагалась неравномерно: в основном около внутренней поверхности рецеп­торной мембраны, что может быть объяснено соответствующей локализацией в этих рецепторах митохондрий, в которых содер­жится данный фермент (Улумбеков, 1965; Улумбеков и др., 1972). Другой фермент аэробного окисления — цитохромоксидаза — был обнаружен как в нервных окончаниях, так и во внутренней колбе телец Мейсснера и Пачини (Steigleder, Schultis, 1958; Mon­tagna, Yun, 1961; Улумбеков, 1965), а также и в некоторых других инкапсулированных рецепторах кожи (Steigleder, 1957; Montagna, Yun, 1962а; Parakkal et al., 1962). Улумбеков (1965), изучавший распределение этого фермента также и в колбах Краузе, нашел, что цитохромоксидаза локализуется только в осевом цилиндре и более нигде. Он же указывает и на преимущественную локализа­цию митохондриальной глицерофосфатдегидрогеназы в собственно нервном окончании. Все эти данные позволяют говорить о значи­тельно более высоком уровне аэробного окисления в нервных окон­чаниях по сравнению с окружающими их глиальными структу­рами, где не удалось обнаружить ферментов этой группы. Другие ферменты (дегидрогеназы молочной, глутаминовой и яблочной кислот, глицерофосфата, глюкозо-6-фосфата, а также НАД- и НАДФ-диафоразы), по данным Улумбекова (1965), присутствуют как в нервном окончании колб Краузе, так и в элементах внутрен­ней колбы.

В одном из немногих гистохимических исследований, носящих количественный характер, было установлено, что в тельцах Па­чини наблюдается так называемый сердечный тип изоферментного спектра лактатдегидрогеназы, характерный для структур, обла­дающих высоким уровнем аэробного окислительного метаболизма

jtf-Ф-Е - я it ю daft rwj

АТФаза

S к я to сб к

ч о S, Й

и я и о щ S ф ч й >> д

со

О

рц

gt4®2

5 *i й •« *8* о о .-g 2 « »к 2f SggS'

5^sf§ о О О СО М S’S'S Щ и к 2«_и2

Н W Z ё§| I ”0§

S бл 3 « я® м § i Ьч и Ф ¹ н§е? I Sfcfcc I gSco 5 I <s s ffil g § . *a E"¹ o “SiflSg §-i& |g°g O w w S

2 Сб я ilSi И ко Сб Ф . h-f «gl^ ’ sg« Ьч ИйЦ co HO cs „&.. И

s х gaga

li^Kg ф i 2 <=■!§§ gm g to

K© Kl tf t! to &O I tf • &K ¹ О Сб О СО

KJ сб И w ..и со « U g 2

о &to и a о Ф tr

1ИЙ

oz; и лХ ^вЧ8Ё°

¹ -Ht S Й £• I I « ih¹

J? §Ш® 0¹

&| .Bg i^gh ь-<ЕЦ ём¹^

(Улумбеков и др., 1972). Авторы полагают, что лак­татдегидрогеназа (ЛДГ) локализуется в митохон­дриях нервного окончания. После кратковременной (30—60 сек.) механической стимуляции рецепторов было обнаружено увеличение активности отдельных изоферментов (ЛДГ_Х и ЛДГ₂). По мнению авторов, изменение ферментативной активности обусловлено изменением пространственной молекулярной или надмолекулярной структуры, возможно, в резуль­тате тех ионных сдвигов, которые происходят в ре­цепторе при возбуждении. В ряде инкапсулирован­ных рецепторов кожи у крыс и некоторых приматов обнаружена высокая активность моноаминоксидазы, а также фосфорилазы (Montagna, Yun, 1962а).

Фосфатазы. Изучение аденозинтрифосфатазы (АТФазы) в тельцах Пачини, проведенное Португа- ловым (1955), показало, что она локализуется лишь в области центральной колбы. Цитоплазма нервного окончания не содержала активного фермента. В мя­котном нервном волокне, отходящем от рецептора, фермент выявлялся только на оболочках. По мнению других авторов (Машанский, Миркин, 1969), АТФаза в тельцах Пачини обнаруживается на различных мем­бранах, особенно на мембранах митохондрий. Авторы считают, что АТФаза имеется и на мембране нервного окончания, преимущественно в области щели, разде­ляющей внутреннюю колбу рецептора. Зона щели, по-видимому (см. стр. 22), проводит основной поток питательных веществ от капилляров к нервному окончанию. В литературе имеются также указания на наличие АТФазы в свободных нервных оконча­ниях и в нервах кожи (Mustakallio, 1962; Wolff, 1963). В целом следует заметить, что данный вопрос изучен еще совершенно недостаточно, особенно если учесть ту огромную роль, которую играют АТФ-ге- нерирующие системы в деятельности различных клеточных структур, в частности в явлениях прони­цаемости (см. обзоры: Никольский, 1965; Поглазов, 1965, и др.) и в особенности при различных механо- химических преобразованиях (Энгельгардт, 1957).

В тельцах Пачини и в колбах Краузе, взятых у кошки, высокая активность щелочной фосфатазы была обнаружена в структурах внутренней колбы, а также в ядрах эндотелия капилляров в прокси­мальных частях рецепторов (Португалбв, 1955; Аф- риканова, 1958; Улумбеков, 1965; Волкова, 1973). В нейрональной части рецепторов активность фер­мента практически не выявлялась. На поперечных срезах через тельца Пачини хорошо было видно отсутствие щелоч­ной фосфатазы в аксоплазме нервного окончания (Волкова, 1973). Сходные результаты были получены и на других инкап­сулированных нервных окончаниях кожи ряда животных: коровы, кошки, леопарда, льва, низших обезьян (Winkelmann, 1960а, 1960b, 1961, 1962а, 1962Ь, 1962с, 1963; Scheen, Winkelmann, 1961; Winkelmann, Myers, 1961; Parakkal et al., 1962; Zolman, Winkelmann, 1962). У других животных (морской свинки, кро­лика, собаки, енота, орангутанга, шимпанзе) и ряда птиц обнару­жить щелочную фосфатазу в таких же инкапсулированных рецеп­торах кожи не удалось. Отсутствовала она также в тельцах Пачини и Мейсснера в коже человека. Вместе с тем ее наблюдали во внут­ренней колбе телец Гербста у кур (Голикова, 1963). Поэтому можно говорить о наличии видовых особенностей в распределении этого фермента (Scheen, Winkelmann, 1961; Winkelmann, 1963; Улумбеков, 1965).

В тех случаях, когда щелочная фосфатаза в рецепторе присут­ствовала, денервация не изменяла ее активности, что говорит о не­нейрональной локализации фермента (Winkelmann, 1962b). Сле­дует, однако, указать, что при изучении барорецепторов дуги аорты собаки щелочная фосфатаза выявилась преимущественно в нервных^окончаниях и особенно в их претерминальных отделах (Лаврентьева, Хайсман, 1962; Хайсман, Лаврентьева, 1963).

При вибрационном воздействии на тельца Пачини активность щелочной фосфатазы значительно уменьшалась по сравнению с кон­тролем. Изменение активности фермента могло быть весьма локаль­ным. При раздражении ограниченных зон рецептора с удаленной наружной капсулой можно было отметить весьма локальное умень­шение активности фермента по сравнению с соседними неактиви­рованными участками (Волкова, 1973). В других исследованиях (Португалов, 1955; Африканова, 1958) также отмечалось измене­ние уровня активности щелочной фосфатазы при различного рода воздействиях на тельца Пачини и на органы, в которых они рас­положены. Поскольку в упоминаемых экспериментах эти изменения имели место как при физиологических (пищевые нагрузки), так и при экспериментальных воздействиях (электрический ток, рент­геновское > облучение), следует заключить, что наблюдавшиеся сдвиги носили неспецифический характер.

Кислая фосфатаза в отличие от щелочной менее активна в об­ласти внутренней колбы телец Пачини, зато хорошо выявляется в нервном волокне (Португалов, 1955; Улумбеков, 1965; Вол­кова, 1973). При вибрационных воздействиях (Волкова, 1973), а также при электрическом раздражении (Португалов, 1955) ак­тивность фермента уменьшалась как в немиелинизированной, так и в мякотной части нервного волокна, а кроме того и в области, прилежащей к нервному волокну.

Нуклеиновые кислоты. Исследования распределения в тельцах Пачини и Гербста нуклеиновых кислот показали (Голикова,

1963; Волкова, 1973), что они в большом количестве содержатся во внутренней колбе (преимущественно в ядрах клеточных эле­ментов). При вибрационном воздействии содержание РНК уве­личивалось, что может, по-видимому, свидетельствовать об усиле­нии процессов синтеза белка (Волкова, 1973).

Холинэстеразы, Медиаторная гипотеза

С точки зрения ряда авторов (Nachmansohn, 1959; Koelle, 1961, 1962, 1963; Robertas, 1964), наибольший интерес представляют данные о наличии в инкапсулированных рецепторах холинэстеразы. В тельцах Пачини у кошки и человека высокая активность холинэстеразы была выявлена во внутренней колбе (Португалов, 1955; Hebb, Hill, 1955а, 1955b; Beckett et al., 1956; Ganna, Mannan, 1958, 1959; Coupland, 1958; Ghouchkov, 1968). При детальном исследовании этого вопроса с помощью электрон­номикроскопического метода Улумбеков и др. (1973) показали, что высокая активность нескольких форм неспецифической хо­линэстеразы связана в основном с плазматическими мембранами отростков клеток внутренней колбы. Под влиянием кратковремен­ного раздражения рецепторов отмечалось увеличение активности по крайней мере одной из молекулярных разновидностей холин­эстеразы, что, по мнению авторов, может быть объяснено соот­ветствующей конформацией молекулы основной формы фер­мента.

В колбах Краузе различных животных также была выявлена высокая активность холинэстеразы (Португалов, 1955; Hurley, 1958; Montagna, Beckett, 1958; Winkelmann, 1960a, 1960b, 1962a, 1962b; Cauna, 1961; Fitzgerald, 1962; Giacometti, Montagna, 1962; Улумбеков, 1965). Наиболее активно реакция на холинэстеразу протекала в элементах внутренней колбы. В нервном окончании активность фермента была небольшой.

Наличие бутирилхолинэстеразы (неспецифической холин­эстеразы) было отмечено в тельцах Мейсснера кожи у крыс (Gsil- lik, Savay, 1954; Hashimoto et al., 1963) и у человека (Beckett et al., 1956; Hurley, Mescon, 1956; Steigleder, 1957; Thies, Galente, 1957; Cauna, 1961). Фермент был локализован в пластинчатых структурах рецепторов и отсутствовал в собственно нервных окон­чаниях (Hurley, Mescon, 1956; Cauna, 1960, 1962, 1966, 1968; Cauna Ross, 1960). В клетках Меркеля и прилежащих к ним нерв­ных окончаниях холинэстераза не была выявлена (Cauna, 1960, 1966, 1968).

Высокая активность холинэстеразы (правда, во многих слу­чаях это была бутирилхолинэстераза) обнаружена и в других кожных чувствительных нервных окончаниях (Montagna, Ellis, 1957, 1960; Thies, Galente, 1957; Hurley, 1958; Montagna, Beckett, 1958; Winkelmann, Schmit, 1959a, 1959b; Montagna, 1960; Cauna, Alberti, 1961; Montagna et al., 1961; Montagna, Yun, 1962a, 1962b;

Parakkal et al., 1962; Winkelmann, 1962a, 1962b; Cauna, 1966, 1968, и др.). Опыты с денервацией показали, что холинэстераза локализуется в инкапсулированных рецепторах исключительно в ненейрональных структурах: она сохранялась после перерезки нервных волокон в течение длительного периода вплоть до реге­нерации сенсорных приборов (Csillik, Savay, 1954; Winkelmann, 1962с; Улумбеков, 1965).

Несомненный интерес представляет работа Левенстайна и Мо- линза (Loewenstein, Molins, 1958), в которой было установлено, что в тельцах Пачини холинэстераза, содержащаяся в области центральной колбы, может расщепить 1390 мг ацетилхолина в 1 час из расчета на 1 г веса ткани. (Такое же количество ткани периферической части капсулы могло бы катализировать расщеп­ление лишь 3 мг ацетилхолина). Таким образом, оказалось, что глиальные элементы, непосредственно окружающие нервное во­локно в тельцах Пачини, способны гидролизовать 0.7-10⁹ молекул ацетилхолина за 1 мсек., что весьма близко к числу 1.6 -Ю⁹ молекул ацетилхолина, полученному для одиночной концевой пластинки портняжной мышцы лягушки (Nachmansohn, 1955). Правда, в случае телец Пачини речь шла о неспецифической холинэстеразе (Hebb, Hill, 1955b; Loewenstein, Molins, 1958).

Мысль о том, что глиальные элементы в различных инкапсу­лированных нервных окончаниях принимают непосредственное участие в процессе восприятия внешнего стимула давно высказы­валась в той или иной форме многими морфологами, а позднее и рядом гистохимиков (Лавдовский, 1885а, 18856, 1885в; Лаврен­тьев, 1943; Винников, 1946; Португалов, 1955; Миславский, Мас­лов, 1958; Nachmansohn, 1959; Саппа, 1960; Koelle, 1962; Robertis, 1964, и др.). Так, например, Португалов (1955), который обна­ружил высокую концентрацию ряда биохимически активных ве­ществ в глиальных элементах, окружающих нервное волокно телец Пачини, прямо пишет, что это «может служить доказательством участия глии в процессах трансформации стимула в нервный им­пульс» (стр. 205).

Таким образом, гистохимики склонны приписывать глиальным структурам инкапсулированных механорецепторов функцию ре­цепции по критерию наличия в этих структурах большого коли­чества различных биологически важных соединений. Морфологи же считают их чувствительными элементами по аналогии с рецепти- рующими клетками органов чувств, имея в виду вторичные механорецепторы органов слуха, вестибулярного аппарата, бо­ковой линии. Для инкапсулированных рецепторов это положение обосновывалось существованием весьма тесной связи между гли­альными структурами капсулы и нервным окончанием, которое они окружают. В дальнейшем указанное представление получило как будто бы дополнительное подтверждение в работах с примене­нием электронной микроскопии (см. главу 1). Так, было установ­лено, что в глиальные клетках телец Мейсснера имеются вези­

кулы, сходные с везикулами пресинаптических терминалей (Санна, 1960, 1962; Cauna, Ross, 1960). Наличие везикул отмечали в клет­ках вспомогательных структур в тельцах Пачини (Polacek, Maza- nek, 1966; Черепнов, 1968а, 19686; Chouchkov, 1973а,, 1973b, 1974), в тельцах Меркеля (Andres, 1966; Iggo, Muir, 1969; Winkelmann, Breathnach, 1973) и в других рецепторах (Munger, 1971; Andres, During, 1973). Кроме того, в тельцах Мейсснера (Cauna, Ross, 1960), дисках Меркеля (Andres, 1966; Iggo, Muir, 1969; Andres, During, 1973) и в других образованиях отмечалось утолщение мембраны нервного окончания в области прилежания структур, содержащих везикулы, что могло рассматриваться как признак синаптического контакта.

Итак, с изложенной точки зрения цепь событий, происходя­щих в различных тканевых инкапсулированных механорецепторах, в частности в тельцах Пачини, можно представить себе следующим образом. Внешний стимул действует на глиальные клетки, послед­ние выделяют медиатор, скорее всего ацетилхолин (если исходить из представленных выше данных о холинэстеразе), который вызы­вает в нервном окончании возникновение возбуждения. Таким образом, функция рецепции специфической энергии внешнего стимула должна быть приурочена к глиальным клеткам, а не к нерв­ному окончанию, которое рассматривается как обычная постси­наптическая структура. Следовательно, инкапсулированные ме­ханорецепторы (а по мнению некоторых исследователей, и другие тканевые механорецепторы), согласно этой точке зрения, явля­ются не первичными, а вторичными сенсорными структурами.

К изложенной гипотезе химического раздражения нервного окончания в инкапсулированных механорецепторах примыкает и представление, выдвинутое Кёлле, (Koelle, 1961, 1962, 1963). Не отрицая возможность выделения медиатора (ацетилхолина) из глиальных элементов, данный автор считает, что в ряде случаев, например в тельцах Пачини, действующий адекватный раздражи­тель вызывает выделение ацетилхолина из самого нервного окон­чания. Выделенный ацетилхолин действует на наружную поверх­ность мембраны и вызывает тем самым возникновение возбужде­ния в рецепторе. Ацетилхолин, по мнению Кёлле, локализуется в тех везикулах, которые в большом количестве были обнаружены морфологами в собственно нервных окончаниях различных ре­цепторов, в том числе и тельцах Пачини и Мейсснера (Pease, Quilliam, 1957; Cauna, 1960, 1962; Cauna, Ross, 1960; Cordier, 1964; Черепнов, 1968a; Машанский, Миркин, 1969; Spencer, Schaumburg, 1973, и др.).

Несмотря на внешнюю убедительность медиаторной гипотезы, сейчас уже имеются данные, позволяющие, по-видимому, от нее отказаться (см. напр., морфологические работы: Cauna, 1966, 1968, 1974; Chouchkov, 1973а, 1973b, 1974). Это явилось следствием того, что при строгом рассмотрении материала на основании чисто морфологических критериев оказалось цевозмощцым рассма­тривать участок тесных контактов между нервными и прилежа­щими к ним клеточными структурами в механорецепторах как синаптическую щель (подробнее см. главу 1). Везикулы же, обнаруживаемые как в нервных окончаниях, так и в клетках вспо­могательных структур, по-видимому, можно считать результатом метаболических явлений (эндо- и экзоцитоза), связанных с по­глощением питательных веществ, а также с выделением продуктов обмена (см., например: Cordier, 1964; Ильинский и др., 1968; Черенков, 1968а; Саппа, 1968; Iggo, Muir, 1969).

Впрочем, нельзя исключить и активную секрецию окружаю­щими нервные окончания структурами . биологически активных веществ, влияющих на чувствительность рецепторов (Черепнов, 1969; Дмитриева и др., 1973). Важная роль глиальных элементов в поддержании трофики нервных структур всегда отмечалась ис­следователями, работавшими в области исследования функций нервной системы (подробнее см. главу 9). Это положение тем более справедливо в отношении рецепторных приборов, обмен веществ в которых, по-видимому, очень интенсивен, о чем говорит, напри­мер, обилие митохондрий, локализованных в сенсорных струк­турах. Поэтому содержание во вспомогательных клетках огромного количества разнообразных биологически активных веществ, на­бор которых, как правило, неспецифичен в различных рецепто­рах, не есть какое-либо необычное явление. И оно, конечно, не мо­жет рассматриваться как бесспорный довод в пользу осуществле­ния вспомогательными клетками рецепторной функции.

Очевидно, что решение вопроса о принадлежности того или иного сенсорного прибора к первичным или вторичным рецептор­ным образованиям может быть основано лишь на большом коли­честве данных, полученных разными методами (морфологиче­скими, гистохимическими, физиологическими, фармакологиче­скими). Если не считать мышечные веретена, в отношении которых у исследователей существует единое мнение — все относят их к первичным сенсорным образованиям, — то в настоящее время лишь один вид тканевых механорецепторов подвергся такому всестороннему обследованию. Это — тельца Пачини. Тельца Па­чини и их разновидности широко распространены в коже, внутрен­них органах, опорно-двигательном аппарате (см. главу 1). Их, несомненно, можно считать одним из наиболее типичных представи­телей инкапсулированных механорецепторов. Следовательно, сде­ланные в их отношении выводы могут с достаточной долей вероят­ности быть экстраполированы и на другие сходные образования. Имеющиеся в настоящее время данные, касающиеся телец Пачини, полученные различными группами исследователей, дают основа­ние утверждать, что эти сенсорные приборы являются первичными механорецепторами (J. А. В. Gray, 1959а; Ильинский, 1965, 1966е, 1967; Loewenstein, 1965, 1971; Nishi, Sato, 1968; Ильинский, Вол­кова и др., 1974). Об отсутствии строгих морфологических данных, которые могли бы свидетельствовать о существовании синапти­ческих контактов между элементами внутренней колбы и нервных окончаний в тельцах Пачини, уже говорилось.

Несомненным доводом в пользу медиаторной гипотезы работы механорецепторов могли служить опыты, в которых было бы пока­зано, что ацетилхолин (как наиболее вероятный кандидат на роль медиатора) вызывает возникновение возбуждения в механорецеп­торах и что его эффект может суммироваться с действием адекват­ного раздражения. Действительно, как отмечалось выше (стр. 301), подведение ацетилхолина в ряде случаев вызывало появление или увеличение импульсной активности механорецепторов. Од­нако, как было показано в специальном исследовании (Акоев и др., 19746), проведенном на тельцах Пачини, этот эффект це­ликом должен быть отнесен за счет деполяризующего действия аце­тилхолина на афферентное нервное волокно (регенеративную си­стему генерации).

Ацетилхолин в большом диапазоне концентраций (1«10^-6 — 1«10“³ г/мл) не оказывал никакого влияния на РП. При очень высоких концентрациях (10“² г/мл) наблюдалось даже уменьше­ние амплитуды РП, что легко может быть понято в связи с неспе­цифическим деполяризующим действием ацетилхолина. О неуча­стии этого вещества в первичных процессах в тельцах Пачини и других механорецепторах говорят опыты с применением различ­ных холинолитических препаратов (стр. 302).

Таким образом, следует заключить, что наличие холинэстераз­ной активности в клеточных элементах вспомогательных струк­тур является, по-видимому, лишь отражением достаточно неспе­цифических явлений. К такого рода заключению приходят раз­личные авторы (Ильинский, 1967; Winkelmann, 1968).

Данные физиологических исследований также говорят против участия каких бы то ни было медиаторов в первичных процессах, протекающих в тельцах Пачини при действии на них адекватного раздражения. Здесь прежде всего следует отметить очень краткий латентный период возникновения РП. Как отмечалось, минималь­ный скрытый период ответной реакции телец Пачини (при темпе­ратуре 18—20° и отведении потенциала от места выхода нервного волокна из капсулы рецептора) может составлять менее, чем 0.2 мсек. (J. А. В. Gray, Sato, 1953). По данным Ильинского (1966г), эта величина при температуре тела животного может быть равна 0.15 мсек. Расчет момента возникновения РП в точке раз­дражения (Ильинский, 1966е) показывает, что латентный период едва ли превышает 0.06 мсек., а данная величина существенно меньше минимального времени чисто медиаторной синаптической передачи (Eccles, 1957, 1964). Заметим, что и у других первичных механорецепторов (например мышечных веретен или волосковых механорецепторов беспозвоночных) латентное время возникнове­ния РП имеет сходную величину.

Не могут получить объяснения с точки зрения медиаторной гипотезы и факты, относящиеся к изучению явления гиперполя­ризации в тельцах Пачини, а также связанного с ним феномена дирекционной чувствительности этих рецепторов (Ильинский, 1965, 1966г, 1966ж; Ильинский, Волкова, 1966; Ильинский и др., 1968; Nishi, Sato, 1968). В экспериментах (подробнее см. главу 10) было показано, что при одном направлении раздражения (совпадающем с малой поперечной осью нервного окончания) в рецепторе гене­рируется деполяризационный РП. При другом направлении воз­действия (под прямым углом к предыдущему и совпадающем с боль­шой поперечной осью нервного окончания) в рецепторе возникает гиперполяризационный РП. Данное явление невозможно объяс­нить с позиций медиаторной теории, не прибегая к построению сложных и малоубедительных схем. Например, следовало бы пред­положить либо выделение другого по своей природе тормозного медиатора при противоположном направлении, либо противопо­ложный характер действия разных концентраций одного и того же медиатора при зависимости концентрации медиатора от напра­вления деформации, либо еще какой-либо не менее сложный ги­потетический вариант, не подтверждаемый фактическим мате­риалом.

Медиаторная гипотеза совершенно не может дать объяснения и фактам, связанным с эллиптической формой нервного окончания в тельцах Пачини. Как показывают расчеты (Ильинский и др., 1968; Ильинский, Волкова и др., 1974), эллиптическая форма нерв­ного окончания в тельцах Пачини обеспечивает максимальную чувствительность этим рецепторам при действии механического раздражения: минимальные линейные деформации вызывают мак­симальные изменения площади поверхности рецепторной мем­браны (см. стр. 442). С позиций медиаторной гипотезы, форма нервного окончания в тельцах Пачини и ряде других тканевых механорецепторов не имеет явного значения и не получает ника­кого объяснения.

Если же говорить о значении глии в деятельности этих меха­норецепторов, то учитывая наличие в ней большого количества биохимически активных веществ, можно признать за глиальными элементами осуществление важной трофической функции, напри­мер, участия в энергетическом обеспечении деятельности ионных насосов. Как будет показано далее (глава 9), тканевые клеточные элементы, по-видимому, оказывают влияние и на некоторые про­цессы в рецепторах, которые определяют специфичность механо- рецепторной реакции. Тканевые элементы играют огромную роль в развитии и осуществлении функции механорецепторов, но пря­мого участия в актах рецепции они не принимают.

В настоящее время в отношении почти всех тканевых механо­рецепторов, по-видимому, можно говорить с уверенностью о том, что они являются первичными сенсорными приборами. Лишь в от­ношении телец Меркеля сейчас еще существуют споры. Как отме­чалось в главе 1, тельца Меркеля содержат специализированную клетку Меркеля, примыкающую к нервному окончанию. Явля­ется ли эта клетка чисто вспомогательной структурой (Winkel- mann, Breathnach, 1973), или же она может выполнять также роль рецептирующей клетки (Horch et al., 1974), могут пока­зать только дальнейшие эксперименты.

Механорецепторы органов чувств позвоночных

В литературе имеется большое количество работ, посвященных изучению содержания различных веществ и про­блемам метаболизма в сенсорных структурах органа слуха, ве­стибулярного аппарата, органов боковой линии (обзоры: Винников, Титова, 1961; Beck, 1964; Rauch, 1964; Ishii et al., 1966; Титова, 1968; Vosteen, 1970; Винников, 1971; Винников и др., 1971; Schatzle, 1971).¹ Эти исследования представляют несомненный интерес не только в связи с необходимостью изучения различных сторон метаболизма рецепторных приборов, но и для выяснения ряда специфических особенностей деятельности механорецепторов органов чувств. Кроме того, наличие синаптических контактов между рецепторами и нервными волокнами требует выяснения природы медиаторов, участвующих в процессах синаптической передачи. Наконец, отдельные исследователи пытаются с помощью гистохимических методов приблизиться к пониманию первичных процессов, протекающих в волосковых механорецепторах.

Уже обычные морфологические исследования, показавшие обилие митохондрий в волосковых рецепторах, нервных волокнах и нервных окончаниях лабиринта позвоночных, позволили с боль­шой долей вероятности говорить о высоком уровне обменных процессов, протекающих в этих структурах. Дальнейшее подтвер­ждение этого вывода было получено в гистохимических и биохими­ческих работах. Многочисленными исследованиями было установ­лено, что волосковые механорецепторы и прилежащие к ним ткани лабиринта позвоночных животных чрезвычайно богаты различ­ными субстратами и ферментами, которые отчетливо реагируют на раздражения, действующие на лабиринт (действие звука, ускорений и т. д.).

Механорецепторные элементы органов чувств представителей различных классов позвоночных характеризовались известной специфичностью в степени активности и в распределении тех или иных веществ. Эта специфика, отражающая особенности химизма сенсорных приборов, являлась следствием их структурного услож­нения в ходе эволюционного развития, а также результатом пере­хода от водной среды обитания к наземной.

¹ Вопросы гистохимии и метаболизма структур внутреннего уха подробно рассматриваются в только что появившихся томах руководства по сенсорной физиологии, специально посвященных вестибулярной (Kornhuber, 1974) и слуховой (Keidel, Neff, 1974) системам.

Ферменты и субстраты окислительного обмена. В органе слуха (в том числе и у млекопитающих) в волосковых клетках (прежде всего наружных), в нервных окончаниях, в клетках сосудистой полоски удалось показать высокую активность ряда окислительных ферментов: сукцинатдегидрогеназы, цитохромоксидазы, лактат­дегидрогеназы , малатдегидрогеназы, алкоголъдегидрогеназы, глу­таматдегидрогеназы, глицерофосфатдегидрогеназы, НАД- и НАДФ- диафораз (Mizukoshi et al., 1957; Винников, Титова, 1958, 1962; Vosteen, 1958; Gerhardt, 1961, 1962а, 1962b; Kawamoto, Kaki- zaki, 1962; Spoendlin, Balogh, 1963a, 1963b; Conti, Borgo, 1964; Koide et al., 1964; Титова, 1968; Lotz, Kuhl, 1968; Lim, 1970, и др.). Активность дыхательных ферментов выявляется прежде всего в многочисленных митохондриях клеточных структур.

Высокий уровень окислительной ферментативной активности был выявлен и в других сенсорных структурах лабиринта различ­ных животных (Nomura, Balogh, 1964; Титова, 1968; Винников и др., 1971). По даным Винникова и др. (1971), у млекопитающих окислительная ферментативная активность приурочена в основ­ном к митохондриям, расположенным, в апикальной части рецеп­торных клеток, а также обнаруживается в митохондриях вблизи синаптических контактов. Более всего отмечается ферментативная активность в митохондриях нервных волокон и их окончаний, которые могут быть буквально забиты митохондриями. В опорных клетках активность окислительных ферментов менее выражена. Волоски рецепторных клеток и отолитовая мембрана не содер­жат окислительных ферментов. При умеренных функциональных нагрузках активность окислительных ферментов возрастает, а при значительных — падает.

По мнению некоторых авторов (Винников, Титова, 1961; Вин­ников, 1971), важным энергетическим субстратом метаболизма рецепторов кортиева органа является гликоген, который был обна­ружен в большом количестве в наружных волосковых клетках, опорных клетках Гензена, в структурах сосудистой полоски (Belanger, 1953, 1956; Винников, Титова, 1957; Finzi, 1958; Zor- zoli, Boriani, 1958; Takahashi, 1961; Falbe-Hansen, Thomsen, 1963; Vosteen, 1964; Falbe-Hansen, 1967). Там же была обнаружена и фосфорилаза, катализирующая расщепление гликогена. При дей­ствии звукового раздражения наблюдается отчетливое изменение количества гликогена, а также его связи с белком. При кратких воздействиях общее количество гликогена нарастает, а при дли­тельных— падает (Винников, Титова, 1957; Zorzoli, Boriani, 1958; Лейбсон и др., 1961). (Следует однако заметить, что во внут­ренних волосковых клетках гликоген отсутствует — Винников, Титова, 1961).

Фосфатазы. В структурах волосковых рецепторов кортиева органа, в том числе и в их стереоцилиях, проявляют высокую ак­тивность кислая и щелочная фосфатазы. Активность фосфатаз ме­няется под влиянием звукового раздражения (Винников, Титова, 1957, 1958; 1961; Койчев, 1969а).

При изучении вопросов, связанных с обменом веществ, и при поисках источников энергии, которую получает та или иная био­логическая структура, первенствующая роль принадлежит, конечно, исследованию макроэргических соединений типа АТФ. АТФаза в органе слуха была выявлена в волосковых механорецеп­торах: в стереоцилиях на апикальной клеточной поверхности, на границе рецепторных и опорных клеток, в митохондриях и дру­гих клеточных структурах (Mizukoshi et al., 1957; Nakai, Hilding, 1967). Кроме того АТФаза была обнаружена в районе сосудистой полоски, которая характеризовалась наибольшей активностью фермента по сравнению со спиральной связкой, рейсснеровой мем­браной и другими образованиями кортиева органа (Vosteen, 1961; Nakai, Hilding, 1967; Kuijpers, Bonting, 1969). Именно сосудистая полоска и является той структурой, которая прежде всего ответ­ственна за необычный состав эндолимфы и за поддержание эндо- кохлеарного потенциала (см. главу 7). В осуществлении функции сосудистой полоски, обеспечивающей активный транспорт, АТФаз- ные системы играют огромную роль.

Исследование АТФазной активности в структурах лабиринта представляет, конечно, большой интерес не только в связи с рас­смотрением явлений обмена веществ, присущих в той или иной степени различным возбудимым элементам. Эти исследования важны и в связи с изучением первичных процессов, протекающих в механорецепторах. Общеизвестна роль АТФазных систем в хемо- механических превращениях, характерных для сократительных тканей (см. обзоры: Энгельгардт, 1957; Поглазов, 1965; Серавин, 1967; Bendall, 1969, и мн. др.). Естественно, что в литературе не­однократно высказывались идеи о возможности существования и обратных — механо-химических — преобразований, которые могли бы иметь место в механорецепторах (Винников, 1964, 1965; Duncan, 1965, 1967; Шноль, 1966; Ильинский, 1967, и др.). К этим преобразованиям АТФазные системы, по-видимому, могли бы также быть причастны. К сожалению, приходится констатиро­вать, что имеющиеся в литературе немногочисленные данные об АТФазной активности в механорецепторных элементах совершенно не соответствуют очевидной важности этого вопроса.

Мукополисахариды, белки и нуклеиновые кислоты. В струк­турах и жидкостях органа слуха было выявлено большое коли­чество мукополисахаридов (Jensen, Vilstrup, 1953; Jensen et al., 1954; Wislocki, Ladman, 1954; Plotz, Perlman, 1955; lurato, 1960; Saito, Daly, 1970; Tachibana et al., 1973), которые по предложению некоторых авторов (Dohlman, 1960; Christiansen, 1961, 1964) рассматривались как участвующие в трансформации механиче­ской энергии в электрическую. Однако в дальнейшем эта концеп­ция не получила широкого распространения (см. стр. 335).

В рецепторных клетках лабиринта различных представителей- позвоночных животных было выявлено большое количество белка, оцениваемого как суммарно, так и по отдельным функциональным группам: карбоксильным, сульфгидрильным, дисульфидным, тио­ловым (Винников, Титова, 1958, 1961; Винников, Газенко, Ти­това, Бронштейн, 1963; Титова, 1968; Винников и др., 1971). Хотя можно отметить известные особенности в содержании и рас­пределении этих веществ у различных животных, а также в раз­личных рецепторах (например, у млекопитающих концентрация суммарного белка, карбоксильных и сульфгидрильных групп была выше в кувшинообразных клетках I типа утрикулярной макулы, чем в цилиндрических клетках II типа, и т. д.), тем не менее во всех случаях можно говорить о высоком уровне нуклеинового и белкового обмена в сенсорных структурах органов чувств.

Изменение белкового и нуклеинового обмена в волосковых механорецепторах лабиринта под влиянием раздражения было продемонстрировано рядом исследователей (Яковлев и др., 1961; Винников, Титова, 1961; Гогниашвили, 1967а, 19676; Абрамян, 1968; Титова, 1968; Койчев, 1969а; Винников и др., 1971). В норме этот обмен, по-видимому, как и в других клетках, протекает ци­клически: с чередующимися максимумами и минимумами. Под влиянием функциональных нагрузок такого рода изменения при­обретают четкую направленность. Так, у морских свинок, обезьян, птиц было особенно хорошо видно, как под влиянием гравитацион­ных ускорений имеет место направленный выход РНК ядрышек из ядра в цитоплазму клетки, где отмечаются изменения в белковом синтезе. Под влиянием однократной нагрузки процесс белкового синтеза характеризуется многовершинной повышающейся динами­кой с максимумом скорости в районе двух суток после воздействия. Интересно, что повторные воздействия в определенные моменты этого циклического процесса приводили к угнетению синтеза белка, а в другие периоды (когда имеет место восстановление запасов РНК, а белковый синтез только начинается)—напротив, даже к его усилению (Титова, 1968; Винников и др., 1971). Наибольшее торможение белкового синтеза наступало при повторном воздей­ствии на 5-е сутки после первого раздражения.

В работе Ароновой (1968) исследовались механорецепторы орга­нов боковой линии. Было показано, что в рецепторных клетках содержится большое количество нуклеиновых кислот, суммарного белка, карбоксильных .и тиоловых групп белковых молекул. Цитоплазма опорных клеток в меньшей степени насыщена этими белками.

Холинергический медиаторный механизм

В настоящее время идентификация медиаторов, уча­ствующих в передаче возбуждения как в афферентных, так и в эф­ферентных синапсах волосковых механорецепторов позвоночных животных, еще не завершена. Вместе с тем, в литературе существуют многочисленные данные, прежде всего полученные именно гисто­химическими методами, которые дают основание полагать, что таким медиатором мог бы быть в первую очередь ацетилхолин.^XVI Наличие ацетилхолина в жидкостях лабиринта различных живот­ных было установлено давно (Martini, 1941; Dacha, Martini, 1942; Gisselsson, 1950). В дальнейшем было показано, что ацетилхолин­эстеразная активность обнаруживается в местах синаптических контактов волосковых клеток, что делает вероятным предположе­ние о проникновении ацетилхолина из этой области в окружаю­щие жидкости и ткани. Так, по данным ряда авторов (Churchill et al., 1956; Schuknecht et al., 1959; Винников, Титова, 1961; Wer­sall et al., 1961), в синапсах кортиева органа выявляется спе­цифическая ацетилхолинэстераза. При звуковых воздействиях ферментативная активность усиливалась: при действии звуков высокой частоты она менялась в основном в области основания улитки, а при действии звуков низкой частоты — преимущественно на вершине улитки (Винников, Титова, 1958; Аничин, 1964, 1968).

У представителей различных классов позвоночных животных активность неспецифической холинэстеразы выявлялась во всех тканях лабиринта, а ацетилхолинэстеразы — лишь в области рецепторных структур, где она была связана с местами синапти­ческих контактов между нервными волокнами и волосковыми клет­ками, а кроме того с нервными волокнами. Активность ацетил­холинэстеразы была выявлена прежде всего в эфферентных струк­турах (Dohlman et al., 1958; Schuknecht et al., 1959; Dohlman, 1960; Ireland, Farkashidy, 1961; Wersall et al., 1961; Hilding, Wersall, 1962; Rossi, Gortesina, 1962a, 1962b, 1963; Rossi, 1964; Rossi et al., 1964; Ishii et al., 1967; lurato et al., 1971), хотя по данным некоторых авторов, она обнаруживается и в области афферентных синапти­ческих контактов (Винников, Титова, 1961; Титова, Винников, 1964; Винников и др., 1971). Ацетилхолинэстераза была найдена и в синапсах волосковых механорецепторов органов боковой ли­нии, где ее активность возрастала под влиянием функциональных нагрузок (Титова, Аронова, 1964; Аронова, 1968; Russell, 1971b). Высвобождение ацетилхолина отмечалось и при активации оливо­кохлеарных пучков (Guth et al., 1972). В пользу ацетилхолина как медиатора в эфферентных синапсах говорят и фармакологи­ческие исследования, проведенные на органах боковой линии (Rus­sell, 1971b) и органа слуха (Fex, 1973). Последний автор, однако, не исключает возможности участия глицина или гамма-аминома­сляной кислоты в передаче возбуждения от эфферентных волокон.

По данным Винникова с сотрудниками (Винников, Титова, 1961; Аничин, 1968), в кортиевом органе ацетилхолинэстераза располагается не только в афферентных и эфферентных синапсах, но и в цитоплазме и стереоцилиях волосковых клеток и ее актив­ность меняется при звуковых воздействиях. Изменения в актив­ности ацетилхолинэстеразы отмечались при функциональных на­грузках и в других сенсорных образованиях лабиринта. При этом если раздражение было незначительным (например, при ускоре­нии 1.5—3 g), активность ацетилхолинэстеразы в области рецеп­торных клеток возрастала, а при более сильных — падала (Вин­ников и др., 1971). Однако, следует заметить, что в настоящее время пока нет достаточно веских доказательств, позволяющих признать ацетилхолин медиатором в афферентных синапсах органа слуха (Fex, 1973), равно как и вестибулярной системы (lurato et al., 1971, 1972). В опытах на рецепторах боковой ли­нии было показано (Flock, 1973), что в афферентных и эфферент­ных синапсах высвобождаются различные медиаторы. Если счи­тать, что таким веществом в эфферентных синапсах является аце­тилхолин, то в афферентных синапсах медиатором является дру­гое вещество.

Наличие ацетилхолинэстеразы в рецепторах кортиева органа и изменение ее активности при звуковых воздействиях привели отдельных исследователей к предположению, что ацетилхолин играет ведущую роль в механизмах возбуждения волосковых ре­цепторов органа слуха (цитохимическая гипотеза — Винников, Титова, 1961; Винников, 1971). Согласно этому представлению, ацетилхолин является промежуточным звеном между механиче­скими воздействиями среды (звуками) и деполяризационными про­цессами, развивающимися в рецепторах при возбуждении. Как считают указанные авторы, вследствие движения базилярной и тен­ториальной мембран происходит проникновение ацетилхолина эндолимфы в кортилимфу, в область стереоцилий. Там ацетил­холин реагирует с холинореактивными структурами, локализован­ными в стереоцилиях. Именно это и является, согласно рассматри­ваемой гипотезе, тем первичным пусковым звеном, которое ведет к изменению ионной проницаемости мембраны рецептора и воз­никновению рецепторного потенциала. Следует констатировать, что данное представление, целиком основанное на некоторых гистохимических наблюдениях, по-видимому, в настоящее время вряд ли может быть принято. Так, например, с позиций цитохи­мической гипотезы крайне сложно объяснить дирекционную чув­ствительность волосковых механорецепторов, их способность гене­рировать де- или гиперполяризационные ответы в зависимости от направления раздражения. Далее, если в кортиевом органе Винников и Титова (1961) отмечают активность ацетилхолинэсте­разы в стереоцилиях, что, по мнению авторов, свидетельствует о ее важном функциональном назначении, то в стереоцилиях во­лосковых клеток боковой линии такой активности не обнаружено (Аронова, 1968). Нет ацетилхолинэстеразы и в волосках рецепто­ров макул (Винников, Титова, 1961).

Значительно более обоснованным и принятым является пред­ставление о микродеформациях (Davis, 1957, 1960, 1961, 1965), вы­двинутое также для объяснения деятельности механорецепторов органа слуха. Согласно этой концепции, в результате колебаний среды, окружающей механорецепторы, происходит сгибание во­лосков, расположенных на поверхности клеток. Эти микродефор­мации и приводят к изменениям проницаемости клеточной мем­браны и генерации РП (подробнее см. глава И).

* ж ♦

Таким образом, следует заключить, что механорецепторные структуры органов чувств отличаются богатым разнообразием различных биологически важных макромолекул и ферментов. Однако подметить среди них какие-либо вещества, выявляющиеся в качестве специфических именно для сенсорных элементов и игра­ющих некую специфическую функцию в актах механорецепции, пока не удалось. Единственное, что можно отметить с уверен­ностью, — это высокий в целом уровень метаболических процессов во вторичночувствующих механорецепторных структурах.