А. Ф. Самойлов и медиаторная теория передачи возбуждения

Аннотация

Имя А. Ф. Самойлова тесно связано с отечественной электрофизиологией, которая обязана ему становлением и возмужанием.

Полный текст

В 1906 г. в физиологическом кабинете физико-математического факультета Казан­ского университета по инициативе нового руководителя проф. А. Ф. Самойлова впер­вые в России был установлен струнный гальванометр Эйнтховена — прибор, позволяв­ший записывать на фотобумаге электрические токи нервов и мышц, а два года спустя отсюда начали выходить многочисленные электрофизиологические работы, получившие мировое признание. Казанская лаборатория А. Ф. Самойлова стала русским электро­физиологическим центром, здесь была записана первая в России электрокардиограмма, отсюда метод электрокардиографии шагнул в клинику, к постели больного, вооружив врача новым диагностическим средством.

Научные интересы А. Ф. Самойлова сложились под влиянием трех его знамени­тых учителей и современников. От И. П. Павлова А. Ф. Самойлов воспринял идеи нервизма. И. М. Сеченов, под руководством которого завершилось формирование А. Ф. Самойлова как ученого, передал ему идеи о неразрывной связи физиологии с физикой и химией живой материи, позволявшие рассматривать возбуждение как комп­лекс физико-химических реакций, поддающихся тонкому инструментальному иссле­дованию. H. Е. Введенский, с которым А. Ф. Самойлов встречался во время заседа­ний VII съезда русских естествоиспытателей и врачей, привлек его внимание к элек­трическим явлениям, возникающим при возбуждении живых тканей. Токи мышц, обнаруженные H. Е. Введенским с помощью телефона, Самойлов научился записы­вать капиллярным электрометром, а затем, получив в свое распоряжение струнный гальванометр, стремился применить электрофизиологический метод исследования вез­де, где приходилось сталкиваться с возникновением и проведением возбуждения.

Казанский период деятельности А. Ф. Самойлова совпал с появлением новой важнейшей физиологической проблемы — проблемы механизма передачи возбуждения в межнейрональных связях. К этому времени их контактное строение стало вполне доказанным фактом, и потому возникла необходимость объяснения механизма пере­дачи нервного импульса через места простого соприкосновения последовательных элементов рефлекторной дуги. У нервной клетки есть два способа оказывать регули­рующее влияние на другую клетку: действием электрического тока или образованием специфического химического вещества. Но каким из них осуществляется влияние в действительности?

Изучение эволюционного развития регуляторных механизмов в живых структурах привело А. Ф. Самойлова к мысли, что возбуждение через синапс передается с по­мощью химических веществ.

У низших живых организмов регуляция физиологических функций осуществляется химическими веществами, выделяемыми одной группой клеток и раздражающими другие. Этот, по выражению А. Ф. Самойлова, «механизм гормональной сигнализа­ции» на более поздних стадиях филогенетического развития уступает новому, более совершенному способу регуляции, возникающему с появлением нервной системы. Нервные проводники заменяют медленное диффузное распространение химических продуктов быстрым адресованным изменением физико-химических процессов, состав­ляющих сущность нервного импульса.

Разные части регуляторных систем и исполнительных органов развиваются из разных зачатков и не проникают друг в друга, а лишь контактируют, образуя функ­циональный комплекс. Нет никаких оснований, однако, отрицать первичный способ влияния, сохраняемый в пограничных областях, которыми, по сути дела, и являются синапсы. Здесь-то, в до предела суженной зоне, и продуцируется химическое веще­ство, способное к локализованному раздражению. Старое качество сохранилось, но, заключенное в узкие рамки синапса, оно обеспечило новую, более тонкую функцию приспособления организма к меняющимся условиям внешней среды.

В начале нашего столетия появился ряд исследований, прямо или косвенно под­тверждающих справедливость этой концепции для органов, иннервируемых вегета­тивной нервной системой. Так, в 1904 г. казанец В. В. Чирковский в диссертационной работе «К вопросу об иннервации зрачка» описал «раздражающее влияние крови» на денервированные зрачок и третье веко кошки, проявляющееся при стимуляции чувствительных нервов. В 1921 г. австрийский фармаколог О. Лёви в знаменитых экспериментах на изолированных сердцах лягушек доказал возможность гуморального переноса эффектов, вызванных раздражением экстракардиальных нервов.

В 1924 г. в сборнике, посвященном 75-летию академика И. П. Павлова, была опубликована ставшая теперь классической работа А. Ф. Самойлова «О переходе возбуждения с двигательного нерва на мышцу». В истории учения о медиаторах этой работе принадлежит выдающаяся роль. Главный вывод ее состоял в том, что не только вегетативные, но и соматические нервные волокна используют для передачи своих влияний на исполнительные органы какие-то химические вещества.

Предположение, что передача нервного импульса связана с выделением нервны­ми окончаниями раздражающего вещества, легко объяснило целый ряд особенных явлений, которыми сопровождается этот процесс. Стала понятной так называемая синаптическая задержка, необходимая для осуществления секреторной функции, получили объяснение одностороннее проведение импульсов с нерва на мышцу, низкая лабильность мионеврального соединения, быстрая утомляемость и высокая чувстви­тельность мионевральной области к действию различных фармакологических пре­паратов.

Понадобилось немного времени, чтобы эти взгляды полностью подтвердились. Экспериментами А. В. Кибякова (1933) был доказан факт появления активных веществ в перфузате шейного симпатического ганглия кошки во время раздражения преганглионарных симпатических волокон. Работа эта, навеянная идеями А. Ф. Са­мойлова, может служить хорошим свидетельством торжества его взглядов.

Результаты исследований последних лет вновь и вновь подтверждают правиль­ность суждений А. Ф. Самойлова, доказывая химический механизм синаптической пе­редачи возбуждения во многих периферических и центральных синаптических обра­зованиях.

Электронная микроскопия позволила во всех деталях изучить ультраструктуру синапса: пресинаптическое волокно расширяется на своем конце, образуя синаптиче­скую бляшку, последняя контактирует с участком мембраны постсинаптического ней­рона. Этот участок получил наименование субсинаптической мембраны. Пресинапти­ческая мембрана аксонального окончания и субсинаптическая мембрана разделяются друг от друга узкой синаптической щелью. В синаптической бляшке находятся ми­тохондрии и содержится большое количество пузырьков, везикул, которые распола­гаются в непосредственной близости от пресинаптической мембраны с ее тончайшими порами. Синаптические пузырьки являются характерной особенностью пресинаптиче­ской бляшки; в других участках цитоплазмы они не обнаруживаются. В настоящее время стало почти общепризнанным предположение, что именно в них содержатся запасы медиатора, в частности ацетилхолин (Del Castillo, Katz, 1957). В пресинаптических окончаниях происходит и синтез химического посредника, поскольку именно здесь установлена высокая концентрация холинацетилазы — фермента, синтезирую­щего ацетилхолин.

Под влиянием нервного импульса в пресинаптических бляшках происходит одно­моментный разрыв многих пузырьков, и содержимое их мгновенно высвобождается в виде квантов ацетилхолина в синаптическую щель. Мембраны по обе стороны синаптической щели уплотнены. Около этого уплотнения в синаптической бляшке и скапливаются пузырьки, именно здесь и происходит выброс медиатора. Воздействие же выделившегося медиатора осуществляется в области уплотнения субсинаптической мембраны. Поэтому уплотнения получили название «активных зон» синапсов. Име­ются данные, что субсинаптическая мембрана специфическим образом приспособлена для восприятия влияния медиатора — она электрически невозбудима, но чувствительна к химическому раздражителю. Соседние же участки постсииаптической мембраны обладают электрической возбудимостью. Под воздействием медиатора в химически чувствительной субсинаптической мембране возникает кратковременная локальная деполяризация (Eceles, 1951, 1952) или возбуждающий постсинаптический потен­циал — ВПСП, который связывают с увеличением ионной проницаемости субсинапти­ческой мембраны за счет открытия имеющихся в ней пор. Потоки ионов обусловли­вают образование электрического тока. Он проходит через синаптическую щель, вхо­дит в субсинаптическую мембрану, выходит из остальной части постсинаптической электровозбудимой мембраны, проявляя в месте выхода свое раздражающее дей­ствие— деполяризуя мембрану. Пороговый уровень деполяризации постсинаптической мембраны, ведущий к возникновению пэтенциала действия и импульсного разряда, достигается путем временной и пространственной суммации ВПСП, вызванных отдель­ными пресинаптическими импульсами, идущими через один или различные синапсы. Известно, что на теле каждой нервной клетки имеются сотни синаптических бляшек.

Как уже указывалось, основная часть медиатора содержится в пузырьках пре­синаптических окончаний, именно он освобождается под влиянием нервного импульса. Другая же часть медиатора (избыточный ацетилхолин) находится вне пузырьков и подвергается гидролизу под влиянием холинэстеразы. Этот ацетилхолин не освобож­дается нервным импульсом. Медиатор, заключенный в пузырьки, защищен их стен­кой от действия разрушающего фермента. Медиатор, проявивший свое воздействие на субсинаптическую мембрану, быстро инактивируется холинэстеразой, содержащейся в области активной зоны синапса.

Современные представления о химической медиации были рассмотрены нами на примере холинергических синапсов центральной нервной системы. Правда, таких си­напсов немного. Бесспорно доказано участие ацетилхолина в передаче возбуждения в синаптических окончаниях на клетках Реншоу, в коре головного мозга, базальных ганглиях, коленчатых телах, таламусе. В большем же числе интрацентральных синап­сов посредником в передаче возбуждения служит не ацетилхолин, а другие медиа­торы. Установлено наличие адренергических синапсов, где химическим посредником является норадреналин. Имеются синапсы, где природа медиатора еще не изучена. Однако принципиальные моменты, характеризующие морфологические и физиологиче­ские особенности синапсов с химической передачей возбуждения, остаются везде едиными.

Сходны ультраструктура и механизм синаптической передачи возбуждения и в нервно-мышечном соединении, а также в других периферических синапсах (Del Castillo, Katz, 1956; Гинецинский, 1947; Шамарина, 1962, и др.).

Наряду с возбуждающими описаны и тормозные синапсы с химической переда­чей импульса. А. Ф. Самойлов в последние годы жизни интересовался вопросами центрального торможения и совместно с М. А. Киселевым (1927) провел электрофи­зиологические исследования, позволившие впервые высказаться в пользу медиаторной природы тормозного процесса в центральной нервной системе.

В настоящее время признано, что тормозное синаптическое влияние приводит к развитию гиперполяризации или стойкой деполяризации постсинаптической мембраны, что и блокирует дальнейшее проведение возбуждающих влияний. Тормозное синап­тическое влияние связывают с действием специфических тормозных медиаторов, влияющих на особые участки постсинаптической мембраны. Природа тормозного медиатора еще мало изучена. Роль тормозного медиатора приписывалась фактору 1, Ѵ-аминомасляной кислоте, адреналину, норадреналину, ацетилхолину, веществу Р и др. (Eceles, 1962). Имеются также данные, что одно и то же вещество может ока­зывать неодинаковое — возбуждающее или тормозящее — влияние на различные постсинаптические мембраны, очевидно, в связи с особенностями имеющихся там рецепторных групп (Орлов, 1964 и др.). В частности, это доказано в отношении влияния ацетилхолина.

Наряду с постсинаптическим торможением теперь известно и пресинаптическое торможение, выражающееся в том, что импульсы, идущие по афферентным волокнам, вызывают деполяризацию пресинаптических окончаний (Костюк, 1965). Это ведет к уменьшению выхода возбуждающего медиатора и снижению величины ВПСП мотонейронов. Существует мнение, что пресинаптическое торможение также связано с действием медиатора, с его длительным влиянием, но этот медиатор отличается от того, который ответствен за постсинаптическое торможение.

Хотя природа тормозных медиаторов еще не совсем ясна, но полученные экспе­риментальные факты, говорящие о химической медиации тормозного процесса в цент­ральной нервной системе, подтверждают мысль, впервые высказанную А. Ф. Самой­ловым.

Теория химической передачи возбуждения приобретает все большее количество сторонников, обогащается все новыми убедительными экспериментальными фактами. Учение о химической медиации проникает в различные сферы физиологии и смежных дисциплин, превращась в одну из ведущих проблем современной биологии и меди­цины.