Глава 6

СВОЙСТВА ЗВЕНЬЕВ ПРОЦЕССА

ВОЗБУЖДЕНИЯ В МЕХАНОРЕЦЕПТОРАХ

В предыдущих главах были описаны некоторые об­щие характеристики деполяризационных локальных и распрост­раняющихся ответов (РП и ПД) механорецепторов (главы 2 и 3), а также показана роль различных структур механорецепторпых приборов в развитии адаптации (глава 4). В данной главе будут рассмотрены свойства отдельных звещьев той цепи процессов, кото­рая приводит к возникновению возбуждения в механорецепторах при действии на них адекватных стимулов. Анализ свойств указан­ных звеньев проводился в литературе различными методами, с помощью различных физических и химических факторов, таких как электрический ток, температурные воздействия, разнообраз­ные вещества, имеющие разные точки приложения в ткани, ионы и т. д. Некоторые характеристики указанных звеньев будут затрагиваться также и в главе 11, посвященной механизмам дейст­вия механического раздражения.

В литературе накопилось чрезвычайно много работ, посвящен­ных действию различных факторов на механорецепторы, однако подавляющее большинство такого рода исследований было выпол­нено при регистрации импульсной (часто даже суммарной) актив­ности рецепторов. Лишь сравнительно небольшое число экспери­ментов, преимущественно осуществленных за последнее десятиле­тие, было выполнено на одиночных рецепторах с регистрацией РП. Естественно, что при изучении свойств звеньев процессов, протекающих в механорецепторах при возбуждении, наибольший интерес представляет исследование процессов трансформации и процессов генерации РП. Существенным является также иссле­дование характеристик регенеративной системы генерации, хотя реакция этой системы на действие тех или иных факторов может быть более легко понята на основе хорошо известных из литературы фактов, касающихся механизмов функционирования регенератив­ных мембран различных нервных проводников и клеток.

Деятельность механорецепторов во многом зависит от механи­ческих характеристик их вспомогательного аппарата и окружаю- 268

щих тканей (элементов кожи, мышц, стенок сосудов и т. д.). На роль этих структур в деятельности некоторых рецепторов специ­ально обращалось внимание при рассмотрении процессов адапта­ции (глава 4). Вспомогательные аппараты механорецепторов чрез­вычайно разнообразны. Описанию их свойств посвящено большое число специальных, относящихся именно к данному виду механо­рецепторных приборов исследований (см., например, обзоры, касающиеся деятельности вестибулярного аппарата и органа слуха, в томе данного руководства, посвященном физиологии сен­сорных систем: Кисляков и др., 1972; Молчанов, Радионова, 1972). Специфика^свойств вспомогательных аппаратов различных меха­норецепторов не позволяет рассматривать их в рамках данной книги. По этим вопросам следует обращаться к специальным ра­ботам.

При использовании физических и химических факторов для изучения процессов, протекающих в механорецепторах, крайне важно правильно оценивать точку приложения действующего агента. Наличие в литературе не всегда обоснованных построений и противоречивых фактов, относящихся к этой области исследова­ний, определяется прежде всего многокомпонентным действием не­которых используемых агентов. Е с ли J оценивать деятельность механорецепторов по изменению' их импульсной активности под влиянием физических и химических факторов, то местом прило­жения действующего агента могут быть следующие структуры.

1. Сосуды данной рецепторной области. Так может действовать, например, подводимый через сосудистое русло адреналин. На­ступает спазм сосудов, следствием чего является развитие асфик­сии, а в результате этого — угнетение деятельности рецептора (Paintai, 1959; Eldred, Schnitzlein, Buchwald, 1960; Calma^ Kidd, 1962).

2. Вспомогательный аппарат рецептора, а также окружающие его тканевые структуры. Примером такого действия может служить влияние на мышечные веретена, кожные механорецепторы и др. различных химических веществ: ацетилхолина (Hunt, 1952), сукцинилхолина (Granit et al., 1953; Rack, Westbury, 1966; Bur­gess, Clark, 1969b), никотина (Verhey, Voorhoeve, 1963), адрена­лина (Douglas, Gray, 1953; Witzleb, 1953; Diamond, 1955), т. e. таких веществ, которые могут вызывать сокращение окружающих ре­цепторы или входящих в их состав контрактильных эле­ментов.

3. Механочувствительный субстрат рецептора, ответственный за восприятие адекватного раздражителя, а также связанная с ним система генерации РП. Например, под влиянием температурных изменений и при действии постоянного тока меняются амплитуда и скорости нарастания РП рецепторов растяжения у ракообраз­ных и телец Пачини (Burkhardt, 1959; Loewenstein, Ishiko, 1960; Inman, Peruzzi, 1961; Ishiko, Loewenstein, 1961; Ильинский и др., 1965; Ильинский, Акоев, 1966).

Регенеративная система генерации, обеспечивающая появ­ление ПД. Примером такого избирательного действия на эти структуры может служить влияние тетродотоксина на тельца Пачини и рецепторы растяжения у" ракообразных (Loewenstein et al., 1963; Ozeki, Sato, 1965; Nishi, Sato, 1966, 1968). Следует указать, что очень многие эффекты, связанные с влиянием физи­ческих и химических факторов на рецепторы (Paintai, 1964, 1971. 1972), обусловлены именно преимущественным действием на реге­неративную систему генерации (рис. 95).

Возрастание устойчивости к действию химических веществ, охлаждению и аноксии

Миелинизированное волокно

Летучие наркотики, вератрин

Область регенератов- Область нерегенеративной системы

Немиелинизированное волокно

Дисрсрузионный барьер нервной оболочки ^Н Окончание

Область регенеративной Область нерегенератив- системы ной системы

f I I

Ацетилхолин, серотонин, гистамин, вератрин, летучие наркотики и др

Рис. 95. Чувствительность отдельных систем первичного рецептора к действию различных факторов среды (по: Paintai, 1972).

А — механизмы, участвующие в процессе возбуждения в первичном механорецепторе, и их относительная устойчивость к действию факторов среды. В — точки приложения действия различных химических веществ (область регенеративной системы, т. е. место генерации ПД, где диффузионные барьеры минимальны).

5. Эфферентные нервные окончания и связанные с ними пост­синаптические структуры тех или иных элементов рецепторного прибора. Так влияют, например, химические агенты, имитирую­щие действие медиаторов, выделяющихся из эфферентных нервных окончаний: ацетилхолина в гамма-системе в случае мышечных веретен (Granit et al., 1953) или в случае волосковых вторичных механорецепторов, например в органах боковой линии (Russell, 1968, 1971b; Flock, Russell, 1973).

Очевидно, что может иметь место и комбинированное действие исследуемых факторов на различные структуры рецептора и окру­жающие его ткани, например при действии температуры и посто­янного тока. Обычно такого рода сложные влияния наблюдаются и при использовании больших доз химического раздражителя, например адреналина (Paintai, 1964). У вторичночувствующих механорецепторов благодаря наличию рецептирующей клетки и, следовательно, синаптического контакта между этой клеткой и сенсорным нейроном имеются по сравнению с первичночувствую- щими структурами еще и другие возможные точки приложения физических и химических раздражителей. Такое положение дел требует осторожного выбора средств для анализа свойств процессов, протекающих в механорецепторах, равно как и осто­рожного истолкования полученных результатов. Следует учесть, что многочисленные существующие в литературе данные по дей­ствию различных физических и химических факторов на механо­рецепторы далеко не всегда были получены в опытах, направлен­ных на выяснение механизмов деятельности самих механорецеп­торных приборов. Не всегда учитывалось и многокомпонентное действие используемыхТагентов.

Характеристики ответов механорецепторов при действии электрического тока

Физиологам давно известно, что применение электри­ческого тока является весьма действенным методом анализа свойств различных возбудимых структур. Важные факты по действию электрического тока были получены и в опытах на рецепторных элементах, в том числе и на механорецепторах (Matthews, 1931а; Gatton, 1958; Lippold et al., 1960a; Ishiko, Loewenstein, 1961; Terzuolo, Washizu, 1962; Ильинский, Акоев, 1966; Nakajima, Onodera, 1969a, 1969b, и др.). При этом было обнаружено, что часть рецепторных структур, входящих в состав органов боковой линии рыб, обладает чрезвычайно высокой чувствительностью к дейст­вию электрического тока (специализированные органы боковой линии). Это позволило рассматривать их как электрорецепторы (см. обзорные работы: Lissmann, 1958; Lissmann, Machin, 1958; Machin, 1962; Dijkgraaf, 1963; Bennett, 1965, 1967, 1970, 1971; Murray, 1965a, 1967; Lissmann, Mullinger, 1968; Акоев и др., 1971; Протасов, 1972, и др.). Многочисленные морфологические и физио­логические данные позволяют считать, что развитие электрочувст­вительности специализированных сенсорных структур боковой линии произошло на основе рецепторной клетки, обладающей высокой механочувствительностью (волосковой сенсорной клетки) (см. данные морфологии в главе 1). Частью рецепторов специали­зированных органов волоски были затем утрачены, в других же, таких как ампулы Лоренцини, они сохранились (глава!, рис. 16). Ряд таких рецепторов, как уже отмечалось ранее, обла­дает высокой чувствительностью к действию механических стиму­лов, что даже позволило исследователям (Loewenstein, I960; Murray, 1960; Szabo, 1970, 1972) рассматривать их как механо­рецепторы. (Интересно заметить, что, как и другие типичные механорецепторы, сенсорные элементы ампул Лоренцини возбужда­

ются при действии растяжения—деформации,— а не давления — см. главу 11, рис. 121). В этой связи в данном разделе представля­ется целесообразным рассматривать действие электрического тока не только на «типичные» механорецепторы боковой линии (невро- маеты), но и на электрорецепторные образования (рецепторы «особых», специализированных, органов боковой линии).

Работ, посвященных действию электрического тока на актив­ность механорецепторов, сравнительно немного. Эти исследования проводились в двух основных направлениях: изучалось влияние электрического тока на ритмическую активность, а кроме того на процессы генерации РП. Общим итогом работ первого направления явилось установление того факта, что в различных тонических механорецепторах катод постоянного тока увеличивает импульс­ную активность, а анод ее угнетает (Katsuki, Yoshino, 1952; Та- saki, Fernandez, 1952; Edwards, 1955; Lowenstein, 1955; Murray, 1956; Catton, 1958; Terzuolo, Washizu, 1962).

Этот вывод хорошо согласуется с представлением о том, что генераторный потенциал деполяризует отходящее от рецептора нервное волокно и вызывает тем самым возникновение в нем им­пульсной активности. Однако следует сразу указать, что про­должительный деполяризующий ток достаточной силы может не только способствовать усилению импульсной активности механорецепторов, но и угнетать ее. Это определяется аккомода­ционными свойствами регенеративной системы генерации. В есте­ственных условиях, когда под влиянием адекватного раздражения в рецепторе возникает деполяризующий ток (лежащий в основе деполяризационного РП), именно аккомодационные свойства, как отмечалось в главе 4, являются одним из решающих факторов, определяющих его адаптационную способность. Использование электрического тока для целей анализа явлений адаптации в меха­норецепторах, равно как и в других рецепторах, неоднократно встречается в литературе (см. главу’*4).

Сложнее изучать действие электрического тока на генерацию РП механорецепторов. В литературе существуют лишь немного­численные специальные работы такого рода, выполненные прежде всего на традиционных объектах исследования (тельцах Пачини, мышечных веретенах, рецепторах растяжения у ракообразных).

Действие электрического тока на первичные рецепторы

Влияние постоянного электрического тока на тельца Пачини. Было установлено (Loewenstein, Ishiko, 1960; Ильин­ский, Акоев, 1966), что при действии катода на нервное оконча­ние амплитуда РП уменьшается по сравнению с нормой, а ско­рость нарастания РП падает. При действии анода величина РП и скорость нарастания ответа увеличивались. Ток любого на­правления значительно увеличивал флуктуацию РП. Действие

постоянного тока проявлялось практически сразу после его вклю­чения. Кривая зависимости амплитуды локального ответа от силы адекватного раздражения при поляризации смещалась вдоль оси амплитуды РП таким образом, что каждое значение РП в нор­мальных условиях как бы умножалось на некоторую величину (зависящую от силы тока): больше единицы при действии гипер- поляризующего тока и меньше единицы при действии деполяри­зующего тока (рис. 96).

В настоящее время имеются все основания полагать, что под влиянием надпорогового механического стимула в механочув- ствительной мембране телец Пачини происходят структурные перестройки, следствием которых тивления и ионной проводимости. В свою очередь, в результате этого меняются трансмембранные ион­ные токи, что и регистрируется в виде* РП. Следовательно, вели­чина локального ответа при про­чих равных условиях будет опре-

Рис. 96. Влияние постоянного тока на рецепторный потенциал телец Пачини (Ильинский, Акоев, 1966).

По оси абсцисс — сила раздражения (R, усл. ед.); по оси ординат — амплитуда РП (V, мкв). 7V— отсутствие поляризации; 4-2 >10-⁷ а _и —2‘10~⁷ а — сила гипер- и деполяризую­щего тока. Значения амплитуды РП при ги­перполяризации и деполяризации могут быть получены умножением амплитуды в отсутствие поляризации (N) на коэффициенты 1.4 и 0.7 соответственно.

является изменение ее сопро-

деляться площадью возбужденной поверхности рецептора, точнее, количеством возбужденных элементов рецепторной мембраны, а также уровнем электрохимических градиентов для ионов (Loe­wenstein, 1961а, 1965; Ильинский, Фикс, 1963; Ильинский, 19666, 1966д).

Процесс, лежащий в основе структурных преобразований механорецепторной мембраны под влиянием адекватного сти­мула, обозначают как процесс трансформации. Ионные токи, возникающие в результате изменения свойств поверхностной мембраны (как отмечалось выше, — стр. 74), обозначают как процесс генерации РП (Ильинский, 1964а, 1966д). Таким образом, между внешним стимулом и РП существуют две группы явлений: одна, связанная с процессом трансформации, а другая — с про­цессом генерации. Для целей изучения этих явлений их нужно каким-то образом разделять.

Несомненно, что для преодоления сил, сохраняющих покоя­щуюся структуру мембраны нервного окончания, требуется при- дожить некоторое пороговое усилие, как бы мало оно ни было. Можно думать, что величина этого усилия в какой-то мере ха­рактеризует процесс трансформации. Измерить эту величину непосредственно пока не удается, однако об относительных изменениях ее можно составить представление на основании рас­смотрения порога возникновения РП (/?₀). Пороговая сила раз­дражения зависит от двух факторов: от механических свойств мембраны нервного окончания, характеризующих собой процесс трансформации, а также от механических свойств вспомога­тельного аппарата. Поэтому оценивать исключительно процессы трансформации по характеру изменений при том или ином воздействии нельзя, тем более что эта величина может быть крайне малой. Значительно более надежно судить о нем на осно­вании изменения всей кривой зависимости амплитуды РП от силы раздражения. Кроме того, известную характеристику процессов трансформации можно получить на основании анализа величины 7?_тах, ^т- ^е- наименьшей силы раздражения, при которой дости­гается максимальный локальный ответ У_тах.

Амплитуда РП при постоянной силе раздражения может меняться под влиянием того или иного воздействия в результате изменения сил, сохраняющих покоящуюся структуру рецептор­ной мембраны, а также вследствие изменения электрохимических градиентов. Если приложить к рецептору стимул, амплитуда которого заведомо больше, чем необходимая для максимального ответа, то в этом случае изменения механической составляющей процесса трансформации (так же как и изменения в механических свойствах вспомогательного аппарата) не должны сказываться на величине локального ответа. Амплитуда ответа будет теперь зависеть исключительно от величины электрохимических гра­диентов. Поэтому, изучая изменения именно величины F_max под влиянием различных воздействий, можно составить представле­ние об этих градиентах, определяющих процессы генерации РП (Ильинский, 1966а, 1966г, 1966д).

Как следует из результатов опытов по действию постоянного тока на тельца Пачини, кривая зависимости амплитуды РП от силы раздражения смещается в область более значительных ампли­туд РП при гиперполяризации и в сторону меньших значений РП при деполяризации. Так как при этом исходное значение РП, соответствующее каждой данной силе раздражения, как бы умно­жается на некоторую величину (постоянную для каждой силы поляризующего тока), то можно говорить о неизменности ве­личин R_o и /?_тах (рис. 96). Следовательно, можно полагать, что электрический ток не оказывает влияния на процессы трансфор­мации в тельцах Пачини. Напротив, в опытах с поляризацией величина У_тах изменяется значительно, что может говорить о за­висимости генерации РП, т. е. следующего звена в цепи процессов возбуждения, от действия постоянного тока (Ильинский, Акоев, 1966).

Данные, полученные на тельцах Пачини, интересно сопоста­вить с результатами экспериментов на мякотных и безмякотных нервных волокнах, которые раздражались механическим сти­мулом (Julian, Goldman, 1962). Было установлено, что при такого рода раздражении возникала локальная деполяризация, которая могла перерастать в спайк. Развитие деполяризации сопровожда­лось падением сопротивления мембраны. Дополнительно к этому на волокнах было установлено, что увеличение проводимости при механическом раздражении наблюдалось даже в случае, если развитие деполяризации предупреждалось электрическими методами. Уменьшение электрического сопротивления мембраны, вызванное механическим стимулом, было много больше, чем при электрическом раздражении, приводящем к развитию деполяри­зации, равной по амплитуде. Такого рода факты дают осно­вания предполагать осуществление каких-то структурных пе­рестроек в возбудимой мембране нервного волокна, обуслов­ленных механическим раздражением и отличных от тех струк­турных изменений, которые могут сопровождать первичные изме­нения мембранного потенциала. Таким образом, данные этих экспериментов хорошо согласуются с результатами, полученными на тельцах Пачини.

Известно, что если импульсная активность в тельцах Пачини заблокирована (например, новокаином или тетродотоксином), то возникающий в немиелинизированной части нервного окон­чания локальный ответ распространяется вдоль рецептора пас­сивно (Loewenstein, 1961а, 1965). Было показано (рис. 27), что амплитуда РП падает по экспоненциальному закону по мере удаления от точки раздражения. Так же изменялась амплитуда электрического потенциала, наносимого с помощью микроэлек­трода на декапсулированное нервное окончание и измеряемого в разных точках от места нанесения. Все эти данные говорят о том, что возбуждение рецепторной мембраны в тельцах Пачини является локальным процессом. Соседние с возбужденным участ­ком области мембраны не вовлекаю!ся локальными токами в про­цесс возбуждения. Итак, на основании изложенных данных можно утверждать, что элементы механорецепторной поверхности в тель­цах Пачини, ответс1венные за восприятие адекватного раздра­жения, являются электрически невозбудимыми.

Это же подтверждается следующим. Из литературы хорошо известно, что мембраны, не возбуждающиеся электрическим током, могут генерировать реверсные локальные ответы на адекватное раздражение при соответствующих изменениях величины мем­бранного потенциала клетки (см., например: Eccles, 1957, 1964; Grundfest, 1959, 1961а; Bennett, 1961; Костюк, 1962). Можно было ожидать, что в тельцах Пачини также воспроизводится указанное явление, если их рецепторная мембрана электрически невозбудима. Это и было доказано в соответствующей работе (Ильинский, Акоев, 1966).

Таким образом, реакция рецепторной мембраны нервного окончания тельца Пачини на действие электрического тока ока­залась принципиально такой же, как у различных электроневоз- будимых постсинаптических и рецепторных структур позвоночных и беспозвоночных животных. Такого рода аналогии касаются, например, нейронов центральной (Coombs et al., 1955) и пери­ферической (Hagiwara et al., 1959; Nishi, Koketsu, 1960) нервной системы, мышечных волокон (Fatt, Katz, 1951; Castillo, Katz, 1954; Burke, Ginsborg, 1956; Takeuchi, Takeuchi, 1959, 1960b), фоторецепторов (Fuortes, Poggio, 1963; Walther, 1965; Millecchia, Mauro, 1969b; Baylor, Fuortes, 1970; Brown et al., 1970; Wulff, 1971), других видов механорецепторов (Kuffler, Eyzaguirre, 1955; Hagiwara et al., 1960; Jansen et al., 1971b), хеморецепторов (Ozeki, 1971) и мн. др.

Изучение действия постоянного тока на генерацию ПД телец Пачини показало, что при гиперполяризации амплитуда и ско­рость нарастания спайков возрастала, а при деполяризации — падала (Loewenstein, Ishiko, 1960). Критический уровень локаль­ной деполяризации, необходимый для генерации ПД, возрастал при действии как входящего, так и выходящего токов. Порог возникновения ПД при механическом раздражении рецептора возрастал под влиянием деполяризации, снижался при относи­тельно небольших силах гиперполяризующего тока и возрастал при его увеличении. Снижение порога генерации ПД наблюда­лось лишь в диапазоне интенсивностей гиперполяризующего тока, при которых наблюдавшееся увеличение амплитуды РП превалировало над повышением критического уровня деполяри­зации. Тот факт, что деполяризующий ток вызывал затруднения в возникновении импульсной активности в тельцах Пачини, следует связать с особенностями регенеративной системы гене­рации ПД в этих рецепторах. Тельца Пачини не могут стацио­нарно генерировать импульсные разряды при длительной депо­ляризации: наблюдается быстрая инактивация регенеративных механизмов. Это, как было показано в главе 4, существенно отли­чает фазные рецепторы (крайним вариантом которых являются тельца Пачини) от тонических рецепторных приборов, в которых длительная исходная деполяризация достаточной интенсивности обеспечивает стационарный процесс генерации спайковой актив­ности.

Влияние электрического тока на мышечные веретена. Действие постоянного электрического тока на РП этих рецепторов изуча­лось в экспериментах на мышечных веретенах лягушки (Алек­сеев, 1973а). Результаты этого исследования оказались прин­ципиально сходными с данными, полученными на тельцах Пачини. Под влиянием деполяризующего тока наблюдалось уменьшение амплитуды РП, а при действии гиперполяризующего тока — ее увеличение. Статическая фаза деполяризационного РП, а также гиперполяризация, возникающая при снятии механического раз­

дражения, изменялись в большей степени, чем динамическая составляющая ответа, особенно при небольших величинах растя­жения.

Под влиянием постоянного тока кривые зависимости ампли­туды динамической и статической фаз деполяризационного РП смещались вдоль оси амплитуды РП так, что каждое значение на кривой в нормальных условиях следовало умножить на не­которую (одинаковую для данной используемой силы поляри­зующего тока) величину, превышающую единицу при гиперполя- ризующем воздействии или же меньше единицы при деполяри­зующем влиянии, т. е. величины Н_о и 7?_юах не изменялись при поляризации. Латентный период и скорость нарастания РП за­метно не изменялись под влиянием постоянного тока. При боль­ших значениях деполяризующего тока наблюдалось извращение знака, реверсия РП. На основании полученных данных был сде­лан вывод, что механочувствительный субстрат мышечного ве­ретена является электрически невозбудимым. Это заключение полностью согласуется с рассмотренными выше данными, отно­сящимися к тельцам Пачини.

Изменение импульсной активности мышечного веретена ока­залось сходным в опытах различных исследователей (Edwards 1955; Lippold et al., 1960a, 1960b; Emonet-Denand, Houk, 1969; Ito, 1970; Алексеев, 1973a): под влиянием деполяризации частота фоновой импульсации возрастала, амплитуда ПД снижалась; при действии же гиперполяризации отмечалось уменьшение частоты ПД, а амплитуда спайков увеличивалась.

В ряде работ рассматривалась роль аккомодационных особен­ностей регенеративной системы генерации в механизмах адапта­ции мышечных веретен (Lippold et al., 1960а; Emonet-Denand, Houk, 1969).

Влияние электрического тока на рецепторы растяжения у рако­образных. Исследование действия электрического тока на ре­цепторы растяжения проводилось в ряде работ. Основной задачей этих исследований было изучение явлений адаптации. При этом с помощью электрического тока оценивались аккомодационные характеристики регенеративной системы генерации ПД (Wendler, Burkhardt, 1961; Nakajima, 1964; Nakajima, Onodera, 1969a, 1969b). Подробнее данные работы рассматривались в главе 4. В этих исследованиях было установлено не только различие в аккомодационных характеристиках регенеративных систем ге­нерации медленно и быстро адаптирующихся рецепторов, но и раз­личие в свойствах разных участков аксона МРО_Х (см. рис. 70).

Опыты с электрическим раздражением различных отделов рецептора растяжения, а также с антидромной стимуляцией его аксона показали (Grampp, 1966), что разветвления дендритов сенсорного нейрона, деформация которых и ведет к разви­тию ГП, являются, по-видимому, электрически невозбудимыми. Нерегенеративный характер электрических процессов в этой об­

ласти отмечают и другие исследователи (Klie, Wellhoner, 1973), использовавшие метод фиксации потенциала.

Влияние электрического тока на другие механорецепторы» Систематического изучения действия электрического тока на РП других механорецепторов не проводилось. Отдельные заслужи­вающие внимания факты, полученные методиками внутриклеточ- ных’отведений и касающиеся действия этого фактора на волосковые рецепторные клетки органов чувств беспозвоночных (Alkon, Bak, 1973; Detwiler, Alkon, 1973), приводились ранее (стр. 100, 183).

* ♦ ♦

Эксперименты на тельцах Пачини, мышечных веретенах и ре­цепторах растяжения позволяют говорить об электрической не- возбудимости механорецептирующего субстрата. В настоящее время имеется уже довольно обширная литература, касающаяся электрической невозбудимости постсинаптических и рецепторных структур (Kuffler, 1942; Fatt, Katz, 1951; Castillo, Katz, 1954; Grundfest, 1957, 1959, 1961a, 1961b, 1965, 1971; Hagiwara, 1961; Werman, 1963; Eccles, 1964; Baylor, Fuortes, 1970, и мн. др.). Согласно концепции, развиваемой прежде всего работами Грунд- феста и его сотрудников, воспринимающие поверхности клеток (постсинаптические мембраны и рецептирующие структуры) ак­тивируются лишь специфическими для них раздражителями. Электрический же ток, который генерируется при возбуждении этого участка мембран, действует лишь на другие, электрически возбудимые части клеток. Первоначально предполагалось, что вся рецептирующая поверхность клетки является электрически невозбудимой. Однако, по-видимому, более правильно говорить в этом случае о собственно воспринимающих зонах мембраны, размеры которых могут ограничиваться даже молекулярным ди­апазоном. По-видимому, если восприятие внешнего раздражения в рецепторах начинается с трансформационных процессов, то именно способность мембранных участков к этим процессам можно считать как-то связанной с электрической невозбуди- мостью субстрата. Электрически невозбудимые и возбудимые микроучастки мембраны могут чередоваться (см.: Grundfest, 1971). В таких случаях, по мнению некоторых авторов (Spyropou- los, Tasaki, 1960; Eccles, 1964), кажется невозможным доказать или отвергнуть точку зрения Грундфеста и других, согласных с его воззрениями авторов.

Электрическую невозбудимость воспринимающих элементов клеток можно отнести к одному из общих их свойств. В отноше­нии рецепторных приборов следует отметить, что начиная с про­цессов генерации РП явления в различных рецепторах (фото-, хемо-, механорецепторах и т. д.) если не совсем идентичны, то все же имеют много общих черт (Davis, 1961; Ильинский, 1966д, 1967; Fuortes, 1971). Процессы же взаимодействия внешнего раз­дражителя с рецептирующим субстратом очень специфичны и в силу этого должны существенно отличаться у разных рецепто­ров. Вместе с тем очевидным сходством этих различных процес­сов трансформации в разных рецепторах является обсуждавшаяся здесь электрическая невозбудимость рецептирующего субстрата.

Действие электрического тока на вторичные рецепторы

Влияние электрических стимулов на рецепторные структуры системы органов боковой линии. «Обычные» о р- ганы (система невромастов). Первые электрофи­зиологические исследования влияния электрического тока на ре­цепторы боковой линии неэлектрических рыб были осуществлены на японском угре (Katsuki et al., 1951а, 1951b, 1951с; Katsuki, Yoshino, 1952).¹ Нервные волокна от механорецепторов боковой линии, по данным этих авторов, весьма варьировали по толщине . (от 4 до 15 мкм) и различались по функциональным особенностям. Так, тонкие волокна обладали значительной спонтанной актив­ностью, а толстые обычно ее не имели. Тонкие волокна характе­ризовались более низкими порогами к действию тока, а макси­мальная частота их разрядов (40 в 1 сек.) была значительно ниже, чем у толстых волокон. Пороговые силы тока, оказывавшие влия­ние на рецепторы, были весьма значительны (30 мка и более). Обычно под влиянием постоянного входящего тока (положитель­ный электрод на поверхности кожи, а отрицательный — в теле животного) наблюдалось возбуждение рецепторов, а при действии выходящего тока — торможение. Выключение раздражения вы­зывало обратные эффекты. Вместе с тем встречались волокна, активность которых изменялась противоположным образом.

Тонкие волокна генерировали тонический ответ, а толстые — фазный. Частота импульсов в ответе возрастала по мере увеличе­ния крутизны нарастания раздражающего тока. Использование переменного тока приводило к появлению активности соответ­ственно каждому циклу воздействия. Толстые волокна в этих условиях обладали способностью отвечать на раздражения боль­шей частоты, чем тонкие. Некоторые функциональные особен­ности тонких и толстых волокон, по-видимому, были связаны с их морфологическими различиями (характером разветвлений и окончаний на рецепторных, структурах.)

Сопоставление действия электрического тока на «обычные» и «особые» органы боковой линии слабоэлектрической рыбы

¹ В последние годы в литературе начали появляться работы, посвящен­ные изучению свойств волосковых механорецепторов боковой линии с по­мощью внутриклеточных микроэлектродов (Flock, Russell, 1973; Flock et al., 1973a, 1973b). В этих работах начато систематическое изучение электриче­ских характеристик волосковых клеток. Основные относящиеся к этой области факты были приведены ранее (стр. 94).

Gymnolus carapo показало (Suga, 1967a, 1967c), что при достаточ­ной интенсивности раздражения в волокнах, отходящих от невро- мастов, можно было отметить появление импульсации, сохраняю­щейся на протяжении всего времени действия стимула. Однако поверхностно и глубоко лежащие невромасты обладали значи­тельно меньшей чувствительностью к воздействию электрического стимула, чем специализированные образования.

При раздражении импульсами длительностью 0.5—1.Q мсек, (соответствующими продолжительности собственных разрядов электрического органа рыбы) «обычные» органы не реагировали даже при градиенте электрического стимула более 400 мв/см². Разряды собственных электрических органов также не изменяли импульсной активности механорецепторов боковой линии. Сходные данные были получены и на сильноэлектрических ска­тах Torpedo (Акоев и др., 1975), мощные разряды электрического органа которых, вызывавшие значительные изменения активности электрорецепторов ампул Лоренцини, были неэффективны по от­ношению к «обычным» механорецепторам боковой линии. Эти результаты представляют интерес в связи с рассмотрением роли механо- и электрорецепторных структур боковой линии в моменты обороны и нападений (сравн.: Belbenoit, 1970а, 1970b). На разли­чия в чувствительности к электрическому току «обычных» и спе­циализированных органов боковой линии указывали и другие авторы (Hagiwara, Morita, 1963; Hagiwara et al., 1965).

«Особые» (специальные) органы. Первые до­казательства высокой чувствительности этих структур к действию электрического тока были получены давно в экспериментах по изу­чению поведения (Parker, Van Heusen, 1917). Однако лишь после работ Лиссмана (Lissmann, 1951, 1958, 1961, 1963; Lissmann, Machin, 1958), показавшего способность некоторых рыб ориенти­роваться в пространстве и различать объекты, основываясь ис­ключительно на электрических свойствах среды, «особые» органы боковой линии стали предметом систематических электрофизио­логических исследований. К настоящему времени накопилась обширная литература по данному вопросу (см. обзоры: Dijk- graaf, 1963; Bennett, 1970, 1971; Акоев и др., 1971; Протасов, 1972).

Наиболее существенной отличительной чертой реакции спе­циализированных органов боковой линии на действие электри­ческого тока является их очень высокая чувствительность, на­много превышающая электрочувствительность «обычных» струк­тур. Так, пороговая интенсивность стимуляции током ямковых органов у карликовых сомиков равняется 10“⁹—10“¹² а/мм² (Roth, 1968; Peters, Buwalda, 1972; Андрианов, Ильинский, 1973). Сходные данные (10“¹⁰—10"¹¹ а/мм²) были получены для рецепто­ров ампул Лоренцини у скатов (Murray, 1962; Акоев, Жадан и др., 1974; Андрианов и др., 1974), сенсорных структур у мормирид (Bennett, 1965) и др.

По характеру ответов рецепторы специализированных орга­нов могут быть подразделены на фазные и тонические. К фазным относятся рецепторы бугорковых органов, а к тоническим — ампулированных (Bennett, 1967; Suga, 1967b). Узор разрядов электрорецепторов при действии электрического тока чрезвы­чайно разнообразен. По-видимому, по количеству способов коди­рования информации электрорецепторы стоят на первом месте среди различных сенсорных структур (Акоев и др., 1971).

Детальное рассмотрение свойств специализированных (элек- трорецепторных) органов боковой линии выходит за рамки дан-

1

— ■МШИ]In | llllllllllllllj и iiiiimiimn и ■

'-IN!iMllillIliiBliiliiiiliilliy^. ||||MilH^hllllJllt ' Пфмм III iifiMHiiiiHiii

4

Рис. 97. Действие механического раздражения на активность рецепторов ампул Лоренцини ската Dasyatis pastinaca.

1 — фоновая активность рецепторов; 2—4 — изменение активности под влиянием водной струи, направленной в область ампул; 5 — активность рецепторов при прикосновении к области выхода ампулярных каналов в коже. I, 2 — при естественных ритмических дыхательных движениях животного; 3—5 — при искусственном непрерывном пропуска­нии воды через жаберные щели. Сверху вниз: на 1—2 — биоэлектрическая активность; движения жаберных крышек; отметка раздражения; на 3—5 — биоэлектрическая актив­ность; отметка раздражения. Отметка времени — 0.5 сек.

ной книги. Поэтому здесь будут вкратце изложены лишь некото­рые данные, касающиеся только особенностей^функционирования таких рецепторов, которые обладают также и высокой механи­ческой чувствительностью. К их числу, как уже отмечалось, следует прежде всего отнести рецепторы ампул Лоренцини, имею­щихся у пластиножаберных рыб (акул, скатов) (см. главу 1, рис. 16). Механическая чувствительность этих образований хо­рошо выявляется в различных условиях эксперимента (рис. 97). Интересно, что ответы рецепторов ампул Лоренцини на механи­ческое воздействие четко выявляются даже при нанесении раздра­жения в области выхода ампулярных каналов, т. е. на большом расстоянии (10—15 см и более) от самих рецепторов (Акоев и др.,

1975). Кроме того, получены данные (Красникова, 1974), говоря­щие о том, что в желе ампул Лоренцини при действии давления возникают так называемые потенциалы смещения (см. стр. 335), происхождение которых обусловлено полиэлектролитным ха­рактером кислых мукополисахаридов (гликозаминогликанов), со­держащихся в большом количестве в ампулярном желе (см. также: Doyle, 1963, 1967, 1968; Denizot, 1969, 1970). Возникновение подобных потенциалов позволяет предположить их причастность к механизмам возбуждения в ампулярных механорецепторных структурах.

Рецепторы ампул Лоренцини обычно даже в отсутствие внеш­него раздражения находятся в состоянии активности, носящей постоянный характер у рыб при искусственном непрерывном про­пускании аэрированной морской воды через жаберные щели. У животных с естественными ритмическими дыхательными дви­жениями пачки импульсов активности четко коррелируют с тем­пом дыхательных движений (рис. 98) и обусловлены раздраже­нием рецепторов токами, возникающими при мышечных сокра­щениях (Dijkgraaf, Kalmijn, 1966; Katsuki, Hashimoto, 1969; Акоев, Ильинский, 1972, 1973; Акоев и др., 1975). Аналогичного рода наблюдения были сделаны и на других электрорецепторах (Peters, Buwalda, 1972). Механорецепторы «обычных» органов боковой линии в этих же условиях генерируют спонтанную актив­ность, которая обычно не модулируется в ритме с дыхательными движениями. Общие движения тела животного вызывают появле­ние активности у рецепторов обоих типов (сравн.: Roberts, 1972, и Акоев и др., 1975). Механизмы же их активности, по-видимому, различны.

Электрические стимулы оказывают четко выраженное дей­ствие на рецепторы ампул Лоренцини. Обычно катодические сти­мулы обладают возбуждающим действием, а анодические — тормозящим (Murray, 1962, 1965а, 1965Ь, 1967; Акоев, Ильинский, 1972, 1973; Obara, Bennett, 1972; Акоев, Жадан и др., 1974; Акоев и др., 1975). Следует указать, что для рецепторов многих других специальных органов анодические стимулы являются возбуждающими, а катодические — тормозящими (Bennett, 1965; Hagiwara et al., 1965, и др.).

Ответ рецепторов на раздражение носит фазно-тонический характер. Даже при достаточно больших силах стимулов наблю­дается явление полной адаптации рецепторов к действию постоян­ного тока в пределах нескольких минут (Акоев, Жадан и др., 1974) (см. также рис. 98). В момент выключения тока наблюдаются эффекты, противоположные тем, которые имеют место в момент его включения. Величина ответа при включении и выключении раздражения зависит от силы и длительности воздействия (Mur­ray, 1962, 1965а; Акоев, Ильинский, 1972; Obara, Bennett, 1972). При кратких стимулах умеренной интенсивности эффект воздей­ствия зависит от соотнесения момента раздражения с периоди-

чески возникающей фоновой активностью рецепторов (рис. 98). При сильных воздействиях (как и при разряде электрического органа у сильноэлектрических скатов) фоновая ритмика резко нарушается. Характерной особенностью ответов рецепторов ам-

Рис. 98. Действие электрического раздражения на активность рецепторов ампул Лоренцини ската Dasyatis pastinaca при естественных ритмических дыхательных движениях (Л) и при искусственном непрерывном пропускании воды по жаберным щелям (Б).

на действие тока является большой скрытый даже при значительных силах тока составлял часто равнялся 20—40 мсек, (Murray, 1965а;

На А: 1 — фоновая активность рецепторов; 2—4 — действие кратких католических стимулов, приложенных в различные периоды относительно дыхательных разрядов; 5,6 — действие длительного католического стимула (б — продолжение стимуляции, показанной на 5). На Б: 1 — действие католического стимула; 2 — действие анодиче- ского стимула. Сверху вниз: биоэлектрическая активность; отметка раздражения (на А, I — биоэлектрическая активность; дыхание). Интенсивность стимуляции — 2 на/мм²; длительность стимула: на А, 2—4 — 50, на Б — 300 мсек.

пул Лоренцини период, который 10—15 мсек., а Акоев, Ильинский, 1972; Акоев, Жадан и др,, 1974). Работа ре­цепторов ампул Лоренцини неравно подверглась обследованию

с помощью внутриклеточных микроэлектродов (Obara, Bennett, 1972; см. также: Obara, Oomura, 1973).

В последнее время удалось показать (Броун и др., 1972; Андрианов и др., 1974; Акоев и др., 1975), что рецепторы ампул Лоренцини могут улавливать изменения магнитного поля (рис. 99). Постоянное магнитное поле было неэф-

IIIIIIIIIIUIIIIIIIIIIIIIIIIIIlillMiBmiiHiiiiiiiiiiiiiiHii

Рис. 99. Активность рецепторов ампул Лоренцини ската Raja clavata при магнитной (1—4) и электрической (5) стимуляции.

Плавная кривая — изменение интенсивности магнитного поля (северный полюс постоян­ного магнита на вентральной стороне тела; А — нарастание, Б — ослабление напряжен­ности поля); скорость изменения поля: на! — 70, на 2 — 17, на з — 8 и на 4 — 3 гс/сек. На 5 — католическая (А) и анодическая (Б) электрическая стимуляция при интенсивностях 0.3 на/мм². Отметка^времени — 500 мсек.; калибровка — 30 гс.

фективно. Величина реакции зависела от скорости изменения магнитного поля (порог равнялся 0.8 гс/сек.). Чувствительность рецепторов к измене­нию магнитного поля находилась в прямой зависимости от их чувствитель­ности к электрическому току и от длины ампулярных каналов. Характер реакции рецепторов на магнитный стимул зависел как от направления век­тора магнитной индукции, так и от расположения ампулярных каналов на теле животного. Авторы приходят к заключению о возможности восприятия рыбами магнитного поля Земли с помощью рецепторов ампул Лоренцини.

Температурная зависимость биоэлектрической активности механорецепторов

Изучение влияния температуры на те или иные возбудимые образования может дать важные сведения о процес­сах, лежащих в основе их нормальной деятельности (см., напри­мер: Самойлов, 1924). Это обстоятельство, а также тот факт, что температура, по-видимому, может в какой-то степени оцениваться организмом не только с помощью специфических терморецепторов, но и при участии механорецепторов (Минут-Сорохтина, 1972; Минут-Сорохтина, Глебова, 1974), послужили причиной весьма интенсивного изучения действия температурного фактора на раз­личные механорецепторные приборы. Такого рода исследования были проведены в опытах с регистрацией как импульсной актив­ности механорецепторов, так и РП. В последнем случае опыты проводились на одиночных рецепторах холоднокровных и тепло­кровных животных, таких как рецепторы растяжения у рако­образных (Florey, 1956; Burkhardt, 1959; Grampp, 1966), мышеч­ные веретена лягушки (Matthews, 1931а; Ottoson, 1965b) и кошки (Eldred, Lindsley, Buchwald, 1960; Lippold et al., 1960b), тельца Пачини (Inman, Peruzzi, 1961; Ishiko, Loewenstein, 1961; Loe­wenstein, 1961b; Sato, 1961; Sato, Ozeki, 1963; Ильинский и др., 1965; Ильинский, 1966а).

Механорецепторы кожи

Кожные механорецепторы в большей степени, чем другие механочувствительные приборы, испытывают на себе дей­ствие температурного фактора. Поэтому они изучались в ука­занном плане достаточно подробно. Эти работы привели даже к возникновению представления о том, что действие температуры воспринимается организмом с помощью кожных механорецепто­ров. По мнению сторонников так называемой сосудистой теории терморецепции (Nafe, 1929, 1942; Kenshalo, Nafe, 1962; Минут- Сорохтина, 1965, 1967, 1968, 1972; Минут-Сорохтина, Глебова, 1974), холодовыми рецепторами кожи являются механорецепторы: собственно механорецепторы кожи, а также механорецепторы кожных и подкожных сосудов. В последнем случае стимуляция механорецепторов происходит вследствие сокращения гладких мышц сосудов, развивающегося в ответ на охлаждение. Тепловые рецепторы — это механорецепторы, которые при нагревании акти­вируются в результате расслабления гладкой мускулатуры сосу­дов или, может быть, каким-то иным образом. Мы не будем вда­ваться здесь в более детальное рассмотрение этой концепции (см. подробнее обзор: Минут-Сорохтина, 1972), которая в своей крайней форме фактически отрицает наличие специфических терморецепторов кожи и вряд ли может быть признана целиком (о морфологии и физиологии специфических терморецепторов см. обзоры: Hensel, 1973, 1974а). Вместе с тем следует согласиться, что температура может существенно изменять активность раз­личных механорецепторных приборов (в первую очередь мед­ленно адаптирующихся,) тем самым сигнализируя и с их помощью о своем действии на организм.

Некоторые нервные окончания кожи, так называемые механо- холодовые рецепторы, обладают достаточно большой чувствитель­ностью как к механическим, так и к температурным стимулам. Такого рода рецепторы, связанные с миелиновыми афферентными волокнами, были обнаружены у птиц (Necker, 1974b) и млеко­питающих:!^ кошки (Hensel, Zotterman, 1951а; Witt, Hensel, 1959; Iggo, 1968), обезьяны (Iggo, 1969) и человека (Hensel, Во-

man, 1960). Все эти рецепторы, по-видимому, являются на самом деле медленно адаптирующимися механорецепторами (у обезьяны пороговое механическое воздействие по параметру смещения составляло 5—20 мкм). Волокна этих рецепторов проводят им­пульсы значительно быстрее (скорость от 30 до 80 м/сек.), чем волокна специфических терморецепторов. Рисунок их разряда также отличался от ответа специфических холодовых рецепторов на действие охлаждения (сравн.: Hensel, Zotterman, 1951b; Hen­sel et al., 1960).

Действие температуры в наибольшей степени сказывается на ответах медленно адаптирующихся кожных механорецепто­ров II типа, которые; по-видимому, и изучались в известных ра­ботах (Witt, Hensel, 1959; Hunt, McIntyre, 1960a), но не были однозначно идентифицированы. Стационарная активность, выз­ванная в этих рецепторах действием на кожу постоянного давле­ния, существенно изменялась под влиянием температуры: макси­мальная частота импульсации наблюдалась в пределах темпера­тур от 20 до 40°. При снижении температуры рецепторы отвечали увеличением частоты импульсации и, напротив, фоновая активность временно угнеталась при повышении температуры. Ответы рецепторов I типа в целом изменялись сходным образом, однако, в силу большей адаптационной способности, изменения импульсации были менее выражены. Максимум частоты нахо­дился в диапазоне 30—40°, а частота импульсов в стационарном разряде не превышала 20/сек. (Iggo, 1966а; Iggo, Muir, 1969).

При резком снижении температуры быстро адаптирующиеся механорецепторы могут отвечать несколькими импульсами. Это чаще наблюдается у наиболее чувствительных и наиболее медленно адаптирующихся, например у механорецепторов типа D из числа связанных с волосяными фолликулами (Iggo, 1966а). Интересно заметить, что у других чрезвычайно быстро адаптирующихся механорецепторов кожи — телец Пачини — даже резкое изме­нение температуры (от 60° до 0 со скоростью 38°/сек.) не вызывает появления импульсной активности (Loewenstein, 1961b).

В коже были обнаружены также рецепторы, связанные с не- миелинизированными С-волокнами, которые тоже отвечали как на действие умеренного механического раздражения, так и на влия­ние охлаждения (Douglas et al., 1960). Более того, некоторые С-волокна могли генерировать разряд при действии практически всех испытывавшихся видов стимулов: механических, термических (охлаждения и согревания), химических (Iriuchijima, Zotterman, 1960; Witt, 1963). Функция таких рецепторов остается неясной.

Изучение действия температуры проводилось также на механо­рецепторах кожи холоднокровных животных — рыб (Spath, 1967), земноводных (лягушка) (Catton, 1961) и рептилий (крокодил) (Necker, 1974а), В опытах на лягушках импульсная активность механорецепторов наблюдал ась^даже'пртГтемпературе 5°. Пороги стимуляции, необхрдимрй для появления ПД, нарастали над

при самых низких (5—12°), 1ак и при высоких температурах (28—35°). Быстрое охлаждение или нагревание вызывало появле­ние нерегулярного механорецепторного разряда. У крокодила многие механорецепторы возбуждались при резком охлаждении. Величина ответа линейно возрастала при стимулирующем сниже­нии температуры в диапазоне от 20 до 0°. При повышении темпера­туры интенсивность ответа на механическое раздражение воз­растала. Для многих механорецепторов максимум ответа на раз­дражение лежал в области 30°, а при дальнейшем нагревании частота ПД понижалась. Сходное изменение активности механо­рецепторов наблюдалось и у рыб.

В ряде работ проводилось изучение действия температуры на механорецепторы внутренних органов и сердечно-сосудистой системы. При этом большое внимание было уделено влиянию тем­пературного фактора на афферентные нервные волокна (см. об­зоры: Paintai, 1963а, 1972). Оказалось, что все мякотные волокна блокируются при одной и той же низкой температуре (около 7.5°) вне зависимости от диаметра (Paintal, 1965а; Franz, Iggo, 1968). Немиелинизированные волокна блокировались при более низкой температуре (порядка 5°), чем мякотные волокна (Paintal, 1967; Franz, Iggo, 1968; Sato et al., 1968; Fidone, Sato, 1969). Вместе с тем мякотные волокна, связанные с рецепторами, генерировав­шими более высокочастотный разряд, изменяли свою активность в большей степени, чем волокна, частота импульсации которых была ниже. Например, снижение температуры сказывается в боль­шей степени на «более высокочастотных» механорецепторах типа А предсердия, чем на рецепторах типа В, обладающих более низкой частотой импульсации (Paintal, 1953с, 1965b, 1966Ь).

Снижение частоты импульсации при понижении температуры отмечалось также и в опытах с каротидными (Diamond, 1955) и аортальными (Angell James, 1968, 1971с) барорецепто­рами. Температурный коэффициент (<?₁₀) в случае каро­тидных механорецепторов равнялся примерно 2. Эта величина была такой же, как и для мышечных веретен лягушки (Ottoson, 1965b). Порог возбуждения сосудистых механорецепторов сдви­гался при изменении температуры, но не слишком резко. По одним данным (Diamond, 1955), порог несколько увеличивался при сни­жении температуры, а по другим (Angell James, 1971с), он слегка уменьшался.

В экспериментах на тельцах Пачини, которые в этом плане изучались наиболее подробно (Inman, Peruzzi, 1961; Ishiko, Loewenstein, 1961; Ильинский и др., 1965; Ильинский, 1966а) было показано, что при понижении температуры амплитуда Pli закономерно снижается. При этом уменьшалась не только вели­чина РП, генерируемого при данной одной и той же силе раздра­жения, но и величина максимального РП. Вся кривая зависи­мости амплитуды РП от силы раздражения по мере снижения температуры приближалась к оси силы стимуляции, деформи­руясь и смещаясь в область меньших амплитуд РП и больших сил стимуляции (рис. 100). При температуре ниже 13—16° кривая переставала выходить на уровень насыщения, и анализ данных в этой температурной области был затруднительным. Выпадали из общей картины также результаты, полученные при темпера­туре выше 41°.

Как следует из рис. 100, величина 7?_тах (см. стр. 274) (можно думать и 7?₀) меняется при температурном воздействии. Очевидно, что изменение кривой зависимости амплитуды РП от силы раздра­жения под влиянием температурного фактора носит совершенно иной характер, чем в случае действия постоянного электрического тока (сравн. рис. 96). Наблюдаемые изменения позволяют говорить о чувствительности процессов трансформации, протекающих в дан­ном механорецепторе при механическом раздражении, к действию температуры.

Энергия активации, рассчитанная по изменениям амплитуды максимального РП, составляет величину порядка 3—8 ккал./моль. Несколько большее значение энергии активации (9—И ккал./моль) оказалось характерным для изменений силы раздражения (•Ятах)> при которой регистрировался максимальный РП (Ильин­ский и др., 1965). Этот параметр, как отмечалось выше, в извест­ной мере связан с процессами трансформации в рецепторной мембране. Еще больше (13—16 ккал./моль) была энергия акти­вации, определяемая по изменению параметра У_нар — скорости нарастания РП (Inman, Peruzzi, 1961; Ishiko, Loewenstein, 1961; Ильинский и др., 1965). Скорость нарастания РП, связанная с величиной генераторного тока, также характеризует некоторые стороны трансформационного процесса. Таким образом, можно говорить о том, что трансформационные явления в тельцах Па­чини связаны с процессами, обладающими достаточно большой энергией активации. Вместе с тем они не обязательно должны быть обусловлены какими-либо химическими преобразованиями, а могут быть удовлетворительно описаны и в рамках чисто физи­ческих явлений, развертывающихся на рецепторной мембране. Достаточно указать, что даже такой относительно простой про­цесс, как диффузия воды через монослой жирной кислоты, ха­рактеризуется энергией активации порядка 14.5 ккал./моль (Archer, LaMer, 1955).

По мере снижения температуры длительность фазы нараста­ния РП увеличивалась, а фазы спадения РП уменьшалась (рис. 100). Однако эти изменения были сравнительно небольшими, т. е. температурная зависимость указанных параметров оказа­лась низкой: коэффициент ()₁₀ для длительности фазы нараста­ния РП равнялся, например, 1.58, а фазы спадения — 1.10, т. е. был много меньше, чем для Р_нар>, <2ю которого доходило до 2.6 (Inman, Peruzzi, 1961). При этом важно отметить, что изменения длительности восходящей и нисходящей фаз РП были сходными, но противоположно направленными. В итоге общая продолжи-

* 34.7

Рис. 100. Зависимость активности тельца Пачини от температуры (А — по: Ishiko, Loewenstein, 1961а; Б — по: Ильинский и др., 1965).

А — влияние температуры (цифры над кривыми) на РП (а) и ПД (б) (схематизировано). Отметка времени — 1 мсек.; кали бровка: на а — 25, на б — 100 мкв. Б — зависимость амплитуды РП от силы раздражения при различной температуре (ука зана на кривых). По оси абсцисс — сила раздражения (R, усл. ед.); по оси ординат — амплитуда РП (V, усл. ед.).

19 Физиология механорецепторов

тельность РП не менялась или лишь слегка увеличивалась. Ха­рактер температурного изменения нисходящей фазы РП позво­ляет считать, что она обусловлена пассивными электрическими свойствами мембран. Это обстоятельство, а также отсутствие зависимости общей продолжительности РП от температуры поз­воляют утверждать, что развитие РП в тельцах Пачини едва ли связано с кинетикой какой-либо химической медиаторной ре­акции.

Некоторые авторы считают, что при механическом воздействии на рецепторный прибор из окружающих нервных окончаний структур внутренней колбы рецептора может выделяться меди­атор, действующий на нервное окончание (подробнее эта меди­аторная гипотеза будет рассмотрена в главе 8). В таком случае следовало бы ожидать более существенное замедление времен­ного течения РП по мере охлаждения, как это и имеет место в случае мионевральной передачи (Eccles et al., 1941). Таким образом, эксперименты с температурным воздействием делают более вероятным предположение, что развитие РП обусловлено чисто физическими процессами, связанными с диффузией ионов через растянутую мембрану, хотя и не окончательно отвергают возможность, что появление РП обусловлено также и какими-то химическими превращениями на мембране немедиаторного про­исхождения, итогом которых является изменение ее проница­емости.

Сравнительное изучение изменений on- и off-РП под влиянием температуры показало (Ильинский и др., 1965), что оба ответа менялись при изменениях темпераауры одинаково. Это хорошо согласуется с исследованиями, показавшими, что ответ на вы­ключение в тельцах Пачини обусловлен механическими свойст­вами вспомогательных структур рецептора, а не какими-либо особенностями рецепторной мембраны (Ильинский, 1966в; Loe­wenstein, Skalak, 1966).

Действие ъемпературы на ПД телец Пачини было отличным от ее влияния на РП этих рецепторов, но сходно с влиянием температуры на ПД других мякотных нервных волокон млеко­питающих (см.: Ishiko, Loewenstein, 1961). Снижение темпера­туры приводило к возрастанию длительности ПД. При этом дли­тельность восходящей и нисходящей фаз ПД изменялась оди­наково. Скорость нарастания и скорость спадения монофазного ПД при этом уменьшалась (рис. 100). При охлаждении могла весьма возрастать и следовая гиперполяризация. Латентное время ПД сильно удлинялось при понижении температуры, а порог возникновения спайка возрастал. В основе этого лежало как изменение возбудимости регенеративной системы генерации, так и изменения РП (его амплитуды и скорости нарастания). При охлаждении абсолютная величина флуктуаций порога возник­новения ПД возрастала, а относительная (рассчитанная в еди­ницах порога для данной температуры) — значительно умень­шалась. Аналогичным образом в ходе охлаждения менялись по­роги возбуждения нервного волокна телец Пачини при прямом электрическом раздражении (Ильинский и др., 1965). Изменение параметров РП и (или) уменьшение возбудимости регенеративной системы при охлаждении обнаруживается также в виде сле­дующего феномена. Если при достаточно высокой температуре в ответ на одиночный краткий толчок рецептор генерировал два спайка, возникавших из одного РП, то после пониже­ния температуры возникал лишь один ПД (Inman, Peruzzi, 1961).

Как показали эксперименты с вибрационным воздействием (Sato, 1961), порогово-частотная кривая при охлаждении сме­щается в область более низких частот (при 37° минимальный амплитудный порог к вибрационным воздействиям наблюдается в области 300 гц, а при 24° — около 150—200 гц) (рис. 41). Ам­плитуда ПД при начальном охлаждении несколько возрастала: максимум, по данным разных авторов, наблюдался либо около 23° (Ishiko, Loewenstein, 1961), либо около 35° (Inman, Peruzzi, 1961), либо в бодее широкой зоне — 30—35° (Ильинский и др., 1965). При дальнейшем охлаждении ПД уменьшались особенно сильно при t < 20—25°. При температурах 18—12° ПД исчезал. Как явствует из этих данных, ПД телец Пачини переставал воз­никать при температурах, более высоких, чем те, при которых возникают блоки проведения в миелинизированных афферентных нервных волокнах. В последнем случае выключение проведения имело место в районе 7.2—7.6° (Paintai, 1965а; Franz, Iggo, 1968). Более высокая чувствительность механорецепторов к охлажде­нию по сравнению с нервными проводниками несомненно связана с появлением при охлаждении трудностей для возникновения ПД в регенеративной системе генерации, обусловленных изменениями ее свойсгв, а также изменениями регенеративной системы гене­рации (снижением амплитуды и скорости нарастания РП). Сле­дует напомнить, что система генерации ПД в тельцах Пачини обладает известными особенностями, что находи! отражение в ее очень быстрой аккомодационной способности (J. А. В. Gray, Matthews, 1951b). О возможном значении аккомодационных свойств регенеративной системы генерации в эффектах действия температуры на тельца Пачини говорит, например, тот отмечен­ный ранее факт, что с помощью лишь температурных изменений невозможно вызвать возбуждение данных рецепторов (Loewen­stein, 1961b), в то время как другие, более медленно адаптирую­щиеся тканевые механорецепторы, в той или иной степени могут возбуждаться при действии этого фактора среды. В заключение следует отметить, что, как показали специальные эксперименты (Ishiko, Loewenstein, 1961), действие температуры было одина­ковым как на активные, так и на декапсулированные тельца Пачини, т. е. все наблюдавшиеся явления никак не были связаны со вспомогательными структурами этих рецепторов.

Мышечные рецепторы

В работе, проведенной на мышечных веретенах кошки (Lippold et al., 1960b), было установлено, что при температуре ниже 32° нервные окончания дают регулярные неадаптирующиеся афферентные разряды даже в состоянии полного расслабления мышц. Частота этих разрядов зависела от величины температуры, а не от скорости ее изменения. Наибольшая активность отмеча­лась примерно при охлаждении до 28°. Затем активность сни­жалась и полностью прекращалась в области 15°. Возникновение импульсной активности, по мнению авторов, не было обусловлено локальным сокращением мышечных структур, а явилось резуль­татом изменений свойств самих рецепторных элементов. Авторы считают, что такого рода ответ мышечных веретен является ре­зультатом специфической «холодовой» деполяризации рецептор­ной мембраны. Действие различных других деполяризующих факторов, таких как натяжение рецепторов, удаление ионов каль­ция, увеличение концентрации ионов калия, приложение катода постоянного тока суммировалось с холодовой деполяризацией и увеличивало эффект холода. Напротив, гиперполяризующие воздействия уменьшали или блокировали температурные влия­ния.

Несколько отличные данные были получены другой группой исследователей (Eldred, Lindsley, Buchwald, 1960), которые обнаружили при охлаждении угнетение активности растянутых мышечных веретен. Причина такого расхождения в результатах остается неразъясненной. По-видимому, все-таки следовало бы более тщательно исследовать действие холода на интрафузаль- ную мускулатуру веретен, с тем чтобы выяснить, не вызывается ли возбуждение рецепторов сокращением этих элементов в ответ на охлаждение, особенно учитывая данные (Buchtal, Zahn, 1951) о возможности спонтанных сокращений отдельных интрафузаль­ных волокон лягушки при температуре 20°. У теплокровных жи­вотных исследовалось также влияние температуры на различные характеристики импульсной активности веретен (см., например: Poppele, Bowman, 1970).

У холоднокровных животных изучалось влияние температуры на рецепторы растяжения у рака и на мышечные веретена у ля­гушки. Полученные данные оказались весьма сходными между собой и, естественно, несколько отличались от результатов экспе­риментов на теплокровных животных. В опытах на мышечном веретене лягушки было установлено (Matthews, 1931а), что по мере увеличения температуры (в диапазоне 10—26°) частота разряда на стимул одной и той же величины возрастает, рефрактерный период после ПД уменьшается, в то же время общая длительность импульсного ответа уменьшается, т. е. скорость адаптации растет. Тем не менее общее число импульсов в ответе увеличивается. Принципиально сходные, но более детальные данные по влиянию

температуры на импульсную активность мышечного веретена ля­гушки были получены в экспериментах (Ottoson, 1965b), в кото­рых исследовались не только особенности импульсной актив­ности, но и свойства РП (рис. 101). Оказалось, что число импуль­сов при данной силе растяжения возрастало при увеличении тем-

А

Б В

Рис. 101. Ответы изолированного мышечного веретена при различной тем­пературе (по: Ottoson, 1965b).

А — изменение РП при нагревании рецептора; Б — изменение динамического компо­нента РП при охлаждении (на А и Б ПД блокированы лигнокаином); В — импульсная активность рецептора. Сверху вниз: биоэлектрическая активность; механическое раздра­жение. Длительность раздражения на А и Б — 300 мсек. На Б: отметка времени — 20 мсек.; калибровка — 0.5 мв.

пературы от 3 до 30°, а затем (выше 30°) быстро падало. Реакция исчезала полностью при температуре выше 35°. Амплитуда ПД при нагревании снижалась. Вначале (от 2 до 22°) она изменялась незначительно, а затем (от 22 до 36°) весьма резко.

Действие температуры на динамический и статический компо­ненты РП несколько разнилось (рис. 101, А—Б). От 3 до 25° динамический компонент реакции оставался почти неизменным ((2io близко к единице), в то время как статическая составляющая несколько падала (<2ю составляет, примерно, 1.2). Выше 25° амплитуда обоих компонентов прогрессивно снижалась, особенно резко после 30° (<2ю равнялось, соответственно, 1.80 и 2.45). При температуре около 40° РП полностью исчезал. Длительные нарастания и спадения динамической фазы ответа экспоненциально уменьшались при увеличении температуры от 3 до 35°, а время разрушения статической фазы после снятия раздражения воз­растало при этом почти линейно. Ни быстрое охлаждение, ни быстрое нагревание сами не вызывали появления импульсной активности. Следует отметить, что изменение параметра РП про­исходило весьма неравномерно, что нашло свое отражении в виде разных величин коэффициента (2ю Д^ля одного и того же пара­метра в разных диапазонах температуры.

В обстоятельной работе (Burkhardt, 1959) было установлено, что по мере увеличения температуры в диапазоне от 3 до 33° увеличивается частота импульсации тонического рецептора рас­тяжения у рака. При этом эффект температуры был тем больше, чем значительнее ,было исходное натяжение рецептора и соот­ветственно, его исходная спайковая активность. В момент повы­шения температуры часто1а импульсации кратковременно, но резко падала, а затем постепенно возрастала до значения, пре­вышающего исходный уровень. При снижении температуры на­блюдалась обратная картина. При температуре свыше 30° спайки начинали группироваться в пачки, частота разрядов в которых, а также продолжительность пачки импульсов были тем больше, чем выше была температура. При температуре выше 33° актив­ность рецептора внезапно исчезала. При увеличении темпера­туры наблюдалось сильное ускорение процесса адаптации рецеп­тора к адекватному раздражению. Следует отметить, что какого- либо максимума активности при определенной температуре, которая могла бы рассматриваться как оптимальная для рецепто­ров растяжения, не было, что существенно отличает их от термо­рецепторных приборов (сравн., однако: Florey, 1956).

С помощью внутриклеточного отведения потенциалов было установлено (Burkhardt, 1959), что повышение температуры вы­зывает уменьшение РП. Однако наряду с этим эффектом наблю­далось снижение порога возникновения ПД. Суммарный эффект влйяния повышения температуры на ритмическую активность зависел от взаимодействия этих противоположно направленных эффектов влияний: в первый момент сказывалось действие тем­пературы на РП, а затем начинал преобладать эффект изменения порога генерации ПД. При снижении температуры направленность реакции была противоположной. Возможно, что в определенных пределах изменения РП и порога возникновения ПД могут вза­имно компенсироваться и тем самым нивелировать температурные изменения, что может иметь определенное значение для пойкило- термных животных,

Имеются данные (Grampp, 1966), согласно которым увеличе­ние температуры приводит к возрастанию максимальной скорости деполяризации и реполяризации мембраны и к снижению ампли­туды ПД. Температурные изменения скорос1и деполяризации и реполяризации сомы и дендритов клетки были выражены меньше, чем в аксоне, а амплитуда ПД аксона падала медленнее, чем в сомо-дендритной области. Это, по мнению автора, говорит о не­одинаковом распределении по поверхности мембраны рецептор­ного нейрона регенеративных элементов.

Волосковые рецепторы органов чувств

Исследование свойств РП волосковых механорецеп­торов органов чувств у позвоночных, как отмечалось выше, только начинается. И влияния температурного фактора на РП в Э1их сенсорных приборах пока не изучалось.

В ряде работ испытывалось температурное воздействие на ак­тивность специализированных органов боковой линии — ампул Лоренцини, рецепторы которых, как отмечалось, обладают зна­чительной механической чувствительностью (Hensel, 1955, 1974b). Выявилась очень высокая чувствительность рецепторов этих об­разований к такого рода влияниям, что первоначально даже по­зволило говорить о терморецепторной функции данных сенсорных приборов.

♦ ♦ ♦

Изложенные материалы показывают, что температурный фак­тор действует на различные звенья процессов, протекающих в механорецепторах. В этой связи многие данные, полученные в такого рода исследованиях, не могут быть истолкованы одно­значно. В частности это касается такого важного вопроса, как природа процесса 1рансформации в механорецепторах. Резуль­таты, полученные на тельцах Пачини с использованием темпера­турного воздействия, с одной стороны, позволяют утверждать, что медиаторный механизм не имеет места в цепи явлений, свя­занных с появлением РП в ответ на механическое раздражение этих механорецепторов. С другой стороны, имеющиеся данные не дают возможности однозначно решить вопрос о том, связаны ли трансформационные явления в этих (и в других) тканевых механо­рецепторах с преимущественно химическими или физическими явлениями.

Исследование механорецепторов с помощью других физических факторов

Ультразвуковое воздействие. В последние годы было проведено несколько работ, посвященных изучению действия ультразвука (УЗ) на механорецепторы (Макаров и др., 1964; Гаврилов и др., 1972, 1973, 1974).

В работе Макарова и др. (1964) изучалось влияние УЗ на мы­шечное веретено лягушки. При длительных воздействиях УЗ спонтанная импульсация рецептора могла либо уменьшаться (при больших интенсивностях), либо увеличиваться (при малых интенсивностях). Воздействие УЗ в виде короткого стимула могло вызвать появление ПД покоящегося рецептора. Механизм действия УЗ не исследовался.

Основной целью работы Гаврилова с соавторами было выясне­ние принципиальной возможности возбуждения с помощью фоку­сированного УЗ различных периферических нервных структур, расположенных как на поверхности тела, так и в его глубине. Хотя основная часть материалов этих исследований была получена в экспериментах на людях (оценка эффектов проводилась на основе субъективных ощущений), тем не менее некоторые из установлен­ных фактов имеют прямое отношение к рассматриваемым нами проблемам. Оказалось, что фокусированный УЗ, действовавший в течение коротких интервалов времени при достаточной мощ­ности, способен вызвать у человека все виды ощущений (в том числе и тактильные), которые могут наблюдаться при естествен­ных воздействиях на кожу и ткани конечностей. Анализ дей­ствия УЗ привел авторов к заключению, что из всех теоретически возможных факторов, которые сопутствуют распространению УЗ в среде, важнейшими являются смещение среды в фокальной области и изменения температуры, обусловленные поглощением УЗ энергии в тканях.

Фактором, прежде всего ответственным за возникновение раз­личных ощущений, является амплитуда колебаний структур тка­ней в фокусе УЗ. Оказалось, что одни и те же пороговые ощуще­ния (в том числе и тактильные) при воздействии фокусированным УЗ различной частоты соответствуют приблизительно одинаковым амплитудам смещения. Остальные параметры (радиационное давле­ние, кавитация и др.) при этом сильно меняются, иногда даже на не­сколько порядков. Не вдаваясь в более детальное рассмотрение указанных работ, следует обратить внимание на тот важный факт, что именно амплитуда смещений, а не величина давления является существенной для возбуждения нервных структур. Этот факт пол­ностью согласуется с другими имеющимися в литературе данными (см. стр. 455), относящимися к механизму действия механического воздействия на различные нервные структуры (в том числе и на механорецепторы).

При действии фокусированного УЗ на изолированные из бры­жейки кишечника кошки одиночные тельца Пачини можно было зарегистрировать возникновение ПД. Порог возникновения спайка при частоте 480 кгц в величинах амплитуды колебательного сме­щения равнялся 0.03—0.05 мкм (Гаврилов и др., 1974), что хо­рошо согласуется с данными о порогах стимуляции телец Пачини, полученными иными методами (J. А. В. Gray, 1959b; Loewenstein, 1965; Ильинский, 1966а). Как уже отмечалось, порог тактильного ощущения, по-видимому, определяется порогом возбуждения наиболее чувствительных механорецепторов кожи — телец Па­чини (Lindblom, Lund, 1966). Сопоставление пороговых интен­сивностей УЗ, вызывавших тактильные ощущения у человека, с пороговыми значениями интенсивностей фокусированного УЗ, вызывавшими появление ПД в изолированных тельцах Пачини кошки, показало их хорошее соответствие (Гаврилов и др., 1974).

Фокусированный УЗ мог вызывать возбуждение и волосковых механорецепторов органа слуха. Пороговыми при частоте 480 гц были интенсивности порядка 0.01 —0.1 вт/см² (соответственно 0.004—0.01 мкм по амплитуде колебательного смещения).

Действие ионизирующей радиации. В литературе имеется ряд работ, посвященных анализу действия этого фактора на различ­ные элементы нервной системы, в том числе и на механорецепторы (органа слуха, вестибулярного аппарата и др.) (см., например: Лебединский, Нахильницкая, 1960; Ливанов, 1962; Haley, Snider, 1962, 1964; Cleave, 1963, и др., —а также труды специального симпозиума «Effect of ionising radiation on the nervous system», 1962). Однако сенсорные элементы в целом исследовались в этом направлении меньше (Гейнисман, Жирмунская, 1952; Африка- нова, 1956; Ливанов, Делицына, 1956; Делицына, 1957, 1958, 1960; Ливанов, 1957; Лебедев, 1958, и др.) и, как правило, лишь с оцен­кой суммарной активности большого количества элементов, что, естественно, затрудняет трактовку полученных результатов. На одиночных же механорецепторах проводились лишь единичные работы (Ильинский, Комаров, 1963; Talbott et al., 1969).

В экспериментах на одиночных тельцах Пачини было показано (Ильинский, Комаров, 1963), что облучение пучком [3-частиц вызывало повышение возбудимости рецептора к действию механи­ческого раздражения. Понижение порога генерации ПД и умень­шение скрытого периода ответа происходили плавно в ходе облу­чения по Мере увеличения дозы (максимальная доза достигала 930 рад за 70 мин. облучения). После облучения возбудимость в первые 10 мин. сохранялась повышенной. Под влиянием облу­чения возникновение возбуждения (в отсутствие механического раздражения) в механорецепторах не наблюдалось. Было пока­зано, что в применявшихся дозах облучение не изменяло свойства афферентных нервных проводников.

Авторы делают заключение о преимущественном влиянии радиации на нерегенеративную систему генерации в механоре­цепторе. С указанным выводом хорошо согласуются данные, полученные при изучении других нерегенеративных структур — постсинаптических мембран мотонейрона кошки (Sato, Austin, 1964). В упоминаемых опытах было показано, что под влиянием ионизирующей радиации (доза 600—15000 рад) наблюдалось увеличение натриевой проводимости, ВПСП возрастал. Деятель­ность натриевого насоса при этом не менялась, и потенциал по­коя клетки был постоянным. Амплитуда ТПСП также не менялась, т. е. можно было думать, что проницаемость для ионов, обуслов­ливающих развитие ТПСП, оставалась прежней.

В работе на других механорецепторах — рецепторах движения в тонком кишечнике кошек (Talbott et al., 1969) —были полу­чены данные, принципиально сходные с результатами экспери­ментов на тельцах Пачини.

Действие ультрафиолетового облучения. В литературе имеются данные по влиянию ультрафиолетового света на рецептор растя­жения у ракообразных (Giese, Furshpan, 1954). Под влиянием такого рода воздействия фоновая частота импульсации МРО первоначально возрастала, а затем снижалась и полностью про­падала. Механизм действия этого вида энергии остается невыяс­ненным.

Чувствительность механорецепторов к действию химических веществ

Изучение действия различных веществ на механо- рецепторы проводилось в очень большом числе работ (наибо­лее полные обзоры: Aviado, Schmidt, 1955; Heymans, 1955; J. А. В. Gray, Diamond, 1957; Heymans, Neil, 1958; J. A. B. Gray, 1959b; Черниговский, 1960; Edwards, 1960; Douglas, Ritchie, 1962; Paintal, 1963a, 1964, 1971, 1972; С. M. Smith, 1963, 1967; Matthews, 1964, 1972; Zipf, 1966; Ильинский, 1967; Fex, 1973, и др.). Исследователи пытались с помощью фармакологических средств понять некоторые особенности звеньев механизма актива­ции механорецепторов и свойства их волокон, что представляет для целей данной работы наибольший интерес. В некоторых работах химические агенты использовались для целей идентифи­кации механорецепторов (например, подразделения мышечных веретен и сухожильных органов Гольджи —см.: Granit et al., 1953; G. M. Smith, 1963). Наконец, в ряде работ авторов больше интересовал чисто фармакологический аспект исследуемых во­просов. Следует заметить, что фармакологический подход широко используется при изучении механизмов эфферентной регуляции деятельности рецепторов (мышечных веретен, волосковых меха­норецепторов органов чувств позвоночных, рецепторов растяже­ния у ракообразных). Эта группа работ рассматривалась в главе 5. В некоторых работах использование ряда химических воздей­ствий осуществлялось с целью изучения метаболических про­цессов, протекающих в нервных клетках. Удобным объектом для изучения изолированных нейронов являются рецопторы растяже­ния у ракообразных благодаря размерам сомы клетки и своей доступности (см., например: Rossini et al., 1966). Отдельные исследования такого характера, имеющие отношение к рассмат­риваемым в данной работе проблемам, будут затронуты в главе 8.

В подавляющем большинстве случаев из-за методических трудностей при изучении действия химических агентов рассматри­валась лишь импульсная активность рецепторных приборов. Рецепторные же потенциалы и их изменение под влиянием раз­личных веществ исследовались, как и во многих других случаях, на традиционных объектах: тельцах Пачини, мышечных верете­нах, рецепторах растяжения у ракообразных.

Согласно существующим в настоящее время воззрениям (Pain- tal, 1964, 1971, 1972), основной точкой приложения действия различных веществ на механорецепторы (прежде всего первичные) является их регенеративная система генерации. Механочувстви- тельный субстрат рецепторов, по-видимому, в значительно мень­шей степени изменяет свои свойства под влиянием этих раздра­жителей (см. рис. 95). (Конечно общая картина реакции может быть весьма осложнена при действии химического фактора на сосуды и окружающие ткани).

Как уже отмечалось, в механорецепторах поверхность, генерирующая рецепторный потенциал, и регенеративная система генерации (точнее, область, являющаяся наиболее благоприятной для возникновения ПД), как правило, пространственно разделены. Очевидно, что в такой ситуации исключительно большое значение имеют диффузионные барьеры рецептора, которые могут быть весьма различными в разных его частях. Это хорошо видно на примере телец Пачини. В данном случае немиелинизированная часть нервного окончания заключена в многослойную капсулу, наружные оболочки которой очень плохо проницаемы для жид­костей (J. А. В. Gray, Sato, 1955).² Понятно, что при такой структуре химический раздражитель, действующий извне (на­пример, при диффузии по межклеточному пространству в коже, стенках внутренних органов или в стенках сосудов), сможет действовать на расположенные в этих местах рецепторы исклю­чительно посредством проникновения в область нервного волокна, точнее в область 2—3-го перехватов Ранвье, которые находятся вне капсулы рецептора (Quilliam, Sato, 1955; Ильинский, 1966г; Волкова, 1972а). Лишь при декапсулировании тельца химиче­ский агент может оказывать действие и на более глубоко распо­ложенные структуры рецептора, что достигается в условиях эксперимента. В случае же подведения химических веществ к тельцу Пачини через сосудистое русло преимущественной точ-. кой приложения химических агентов оказывается область первого перехвата Ранвье, или самое начало безмякотного нервного окон­чания, т. е. то место, где чаще всего ветвятся подходящие к ре­цептору капилляры (Diamond et al., 1958b; Волкова, Черепнов, 1971; см. также: Pallie et al., 1970). Различия в диффузионных барьерах у разных структур рецептора имеют место и в других

² Благодаря этому обстоятельству жидкость, находящаяся внутри капсулы, не вытекает наружу и тельце не спадается. Удаление наружных оболочек приводит к быстрому выделению жидкого содержимого капсулы ре­цептора, что позволяет, в частности, изучать его состав (см. главу 7, стр. 374). сенсорных механочувствительных приборах (Paintai, 1964, 1971).^XIV По-видимому, отсутствие капилляров в непосредственной близо­сти к рецептирующим элементам, например около наружных воло­сковых клеток кортиева органа (см. стр. 342) или около немиели- низированных окончаний нервных волокон в тельцах Пачини и в мышечных веретенах (см. главу 1), должно препятствовать бы­строму проникновению к рецепторам из крови различных веществ, изменяющих их возбудимость или даже способных вызвать их возбуждение «неадекватным» способом. Следует заметить, что вопрос о том, почему у рецепторов — структур, обладающих таким интенсивным обменом (см. главу 8), — капилляры не подходят непосредственно к основному рецептирующему элементу системы,^XV является весьма интересным, но практически совсем не разработанным.

Здесь не представляется возможным рассматривать влияние всех химических агентов на механорецепторы. Целесообразно ограничиться изложением лишь наиболее интересных данных, позволяющих понять некоторые существенные особенности звеньев механизма возбуждения этих сенсорных приборов. О влиянии некоторых веществ (катехоламинов, гамма-аминомасляной кис­лоты и стрихнина) уже упоминалось выше (см. соответственно: стр. 213, 255, 257).

Влияние ацетилхолина. Действие экзогенного ацетилхолина и различных холиномиметиков представляет специальный инте­рес в связи с гипотезой о принадлежности тканевых механорецеп- торов^к вторичночувствующим сенсорным приборам (подробнее об этой медиаторной гипотезе см. главу 8). Одним Гиз основных критериев, которыми эту гипотезу обосновывают ее сторонники, является возбуждающее или облегчающее действие экзогенного

ацетилхолина, которое отмечалось авторами при подведении этого агента к механорецепторам (например: Brown, Gray, 1948; Jarrett, 1956). Согласно медиаторной гипотезе, ацетилхолин является наиболее вероятным кандидатом в медиаторы, который может выделяться из клеточных элементов, окружающих нервные окончания тканевых (прежде всего, инкапсулированных) механо­рецепторов.

Влияние ацетилхолина и других веществ со сходным действием на различные механорецепторы ⁵ изучалось очень многими авто­рами, например в опытах на рецепторах кожи (Brown, Gray, 1948; Habgood, 1950; Douglas, Gray, 1953; Jarrett, 1956; Doug­las, Ritchie, 1959; Fjallbrant, Iggo, 1961; K. R. Smith, Creech, 1967), мышечных веретенах (Гершуни, Нарикашвили 1942; Hunt, 1952; Granit et al., 1953; Henatsch, Schulte, 1958; Ottoson, 1961; С. M. Smith, Eldred, 1961; Verhey, Voorhoeve, 1963; Burgess, Clark, 1969b), интероцепторах (Brown, Gray, 1948; Landgren et al., 1953, 1954; Paintai, 1954a, 1954b; Widdicombe, 1954b; Diamond, 1955; Джелиев, Черниговский, 1959; Witzleb, 1959; Акоев и др., 19746), волосковых рецепторах органов чувств позво­ночных (Russell, 1968, 1971b; Bobbin, Konishi, 1971), механо­рецепторах беспозвоночных (Wiersma et al., 1953; Florey, 1954a, 1957a; Ташмухамедов, 1961; Washizu, 1965; McLennan, York, 1966). Обычно в такого рода экспериментах регистрировалась лишь импульсная активность в афферентных волокнах, а иногда о реакции механорецепторов судили не по электрофизиологиче­скому показателю, а по изменению, например, кровяного давле­ния. Естественно, что точка приложения раздражителя в таких опытах могла быть определена лишь ориентироводно на основа­нии ряда косвенных данных. После подведения к механорецепто­рам ацетилхолина и других сходных веществ часто наблюдается появление импульсации или увеличение фоновой активности. Повышается также чувствительность нервных окончаний к адек­ватному раздражению. При увеличении дозы введенного ацетил­холина до 1 -10“⁴ г некоторые механорецепторы (кожи, языка) вслед за начальной фазой повышения активности впадают в со­стояние угнетения и не отвечают ни на механическое, ни на по­вторное химическое раздражение (Landgren et al., 1953; Jarrett, 1956). Состояние угнетения постепенно проходит. Сходное дей­ствие ацетилхолина наблюдалось и в опытах на терморецепторах кожи и на вкусовых рецепторах языка (Bing, Skouby, 1950; Dodt et al., 1953; Landgren et al., 1953). В других механорецепто-

5. Несомненно также, что эффекты химических веществ типа ацетилхо­лина, никотина и др. на различные неидентифицированные рецепторы, среди которых, как можно полагать, были и механорецепторы, воспроизводились во многих экспериментах В. Н. Черниговского и его сотрудников, когда применялась необходимая для доказательства рефлекторных механизмов методика перфузии различных органов и структур, изолированных в гумо­ральном отношении от организма (см.: Черниговский, 1943в, 1960). pax (каротидного синуса, кишечника) состояние длительного угнетения после активации не наблюдается.

В отдельных случаях ацетилхолин может действовать на меха­норецепторы опосредованно через контрактильные элементы окру­жающих тканей и вспомогательного аппарата. Так, по-видимому, он действует на мышечные веретена (Hunt, 1952; Ottoson, 1961, и др.). На сами же нервные окончания в этом случае он влияет в меньшей степени или же не влияет совсем. Он может действовать, по-видимому, и на постсинаптические системы эфферентных си­напсов в волосковых механорецепторах органов чувств (Russell, 1971b). В опытах на рецепторах растяжения у рака (Wiersma et al., 1953; Florey, 1954a, 1957a; Washizu, 1965), барорецепторах каротидного синуса у кошек (Diamond, 1955), механорецепторах кожи (Jarrett, 1956) и внутренних органов у кошек (Джелиев, Черниговский, 1959) отмечалось прямое возбуждающее действие ацетилхолина на механорецептивные сенсорные приборы.

Экспериментальная проверка идеи о возможном участии аце­тилхолина в актах возбуждения механорецепторов проводилась рядом авторов. Полученные данные во всех случаях привели исследователей к заключению, что ацетилхолин не причастен к нормальным этапам трансформационных процессов и генера­ции РП в первичных механорецепторах (обзоры: J. А. В. Gray, 1959а; Ильинский, 1967). Это доказывается тем, что после введе­ния постсинаптических блокаторов холинергической передачи, таких как тубокурарин, гексометоний и никотин, примененный в больших дозах, возбуждающее действие ацетилхолина на меха­норецепторы кожи и барорецепторы каротидного синуса отсут­ствовало, в то время как ответ на механический стимул не претер­певал никаких изменений (Brown, Gray, 1948; Douglas, Gray, 1953; Diamond, 1955; Jarrett, 1956). Атропин также не оказывал никакого влияния на эффекты адекватной стимуляции (Jarrett, 1956). Возбуждающее действие ацетилхолина или снижение порогов механического раздражения при подведении ацетилхо­лина авторы связывают с деполяризующим действием этого ве­щества на нервные волокна (регенеративную систему генерации). На основании анализа большого количества фактов, относящихся к разным механорецепторам, к такому же заключению пришел и Пайнтал (Paintai, 1964). Он же считает, что никакие медиаторы не участвуют в актах возбуждения тканевых механорецепторов при действии на них адекватных стимулов (Paintai, 1964, 1972).

, Недавно подробное исследование действия ацетилхолина и блокаторов холинергической передачи было осуществлено в опы­тах на декапсулированных тельцах Пачини при регистрации не только ПД, но и РП (Акоев и др., 1.9746). В этих экспериментах было установлено, что концентрации ацетилхолина 1«10“⁶ г/мл и ниже не оказывают на тельце Пачини заметного влияния. Даже более концентрированные растворы ацетилхолина (1 -10~³ г/мл) не вызывали появления импульсной активности в ре­цепторе, хотя и уменьшали пороговые величины механических стимулов. (В этих случаях под влиянием ацетилхолина снижался критический уровень РП, необходимый для генерации ПД). Небольшие концентрации ацетилхолина не влияли на РП, а боль­шие (1*10~³ г/мл и выше) уменьшали амплитуду ответа. Атропин, гексаметоний и d-тубокурарин даже при длительном действии не блокировали импульсную активность рецептора, вызванную механическим раздражением. Более того, d-тубокурарин снижал критическую величину деполяризации и увеличивал количество ПД в ответе, но уменьшал при этом и амплитуду РП. Возможно, что это было обусловлено его собственным деполяризующим дей­ствием. Ионы магния, которые, как известно, уже в небольших дозах блокируют выделение ацетилхолина из пресинаптических окончаний (Castillo, Engbaek, 1954), даже при больших концен­трациях (до 20 ммолей/л) не угнетали ответы телец Пачини при адекватной стимуляции. Все эти данные однозначно свидетель­ствуют против какого бы то ни было участия холинергических звеньев в механизмах возбуждения телец Пачини при механиче­ском раздражении.

Таким образом, облегчающие, а в некоторых случаях возбуж­дающие влияния экзогенного ацетилхолина на механорёцепторы, наблюдавшиеся в проанализированных экспериментах, служат еще одним проявлением весьма широкой распространенности холинореактивных систем в организме (см. обзор: Левтов, 1967). Экзогенный ацетилхолин, взаимодействуя с этими системами нейрональных мембран, вызывает эффекты деполяризационного характера. Однако эти эффекты не имеют прямого отношения к первичному трансформационному процессу, развивающемуся в механорецепторах при их адекватном раздражении.

Влияние тетродотоксина. Известно, что тетродотоксин весьма избирательно блокирует натрий-переносящую систему (см.: Na­kamura et al., 1965; Као, 1966; Narahashi, 1972). Благодаря этому тетродотоксин эффективно угнетает импульсную активность, т. е. регенеративную систему генерации. Генерация РП в механоре­цепторах также в основном определяется натриевыми токами (см. стр. 308). Поэтому важно выяснить особенности изменения РП под влиянием тетродотоксина. Такого рода эксперименты были выполнены на тельцах Пачини у кошки, рецепторах растя­жения у ракообразных, мышечных веретенах у лягушки. Однако результаты различных исследователей не полностью согласуются друг с другом.

Так, по одним данным (Loewenstein et al., 1963), указанный агент избирательно действует лишь на натриевые каналы регене­ративной системы генерации телец Пачини и рецепторов растяже­ния (рис. 102). По другим данным (Ozeki, Sato, 1965; Nishi, Sato, 1966), тетродотоксин может постепенно (через 30—60 мин.) угне­тать на 40% и деполяризационный РП, т. е. нерегенеративную систему генерации, хотя он не влияет на сопротивление покояще­гося нервного окончания телец Пачини, а также на потенциал покоя и на калиевую проводимость. Наконец, существуют данные (Albuquerque, Grampp, 1968) о том, что тетродотоксин не влияет на амплитуду стационарной фазы РП, однако применение его несколько повышает (примерно на 5 мв) потенциал покоя, зна­чительно увеличивает (примерно на 50%) мембранное сопротив­ление покоящегося рецептора растяжения и сильно угнетает (на 65%) гиперполяризацию, следующую за периодом импульс­ной активности. В целом авторы данной работы полагают; что тетродотоксин лишь незначительно угнетает натриевые каналы нерегенеративной системы, повышает калиевую проводимость и, возможно, угнетает деятельность электрогенного натриевого на­соса, которая, как известно (Nakajima, Takahashi, 1966), в основ­ном и определяет следовую гиперполяризацию в рецепторах растяжения. Отсутствие влияния Или очень небольшое влияние тетродотоксина на РП и генераторный ток в МРО_Х было отмечено другими исследователями, в том числе и в опытах с фиксацией потенциала (Wellhoner, 1968, 1970; Klie, Wellhoner, 1973).

Важно указать, что в отличие от угнетающего действия тетро­дотоксина на следовую гиперполяризацию мёханорецепторов не было замечено его влияния на первичную гиперполяризацию (Nishi, Sato, 1968), т. е. на гиперполяризационный РП (опыты на тельцах Пачини; см. главу 10, рис. 115).

Деполяризационный РП мышечного веретена практически не изменяется тетродотоксином, который, следовательно, не влияет на натриевую проводимость нёрегенеративной системы (Albuquer­que et al., 1969). В этой же работе обнаружено, что повышение содержания в среде кальция уменьшает и задерживает угнетающее действие тетродотоксина на импульсную активность рецептора, в то время как отсутствие кальция действовало в обратном на­правлении.

Тетродотоксин был также неэффективным и при подведении его к механорецепторным волосковым клеткам органов чувств (Katsuki et al., 1966). В этих опытах выявлялись только свойства нерегенеративных систем этих рецепторов. Наличие существен­ного диффузионного барьера не позволяло данному веществу оказать воздействие на регенеративные компоненты афферентных нервных проводников.

Неэффективность или значительно меньшая эффективность влияния тетродотоксина на нерегенеративную систему в механо­рецепторах позволяет предположить, что все натриевые ворота (или их большая часть) локализованы на внутренней поверхности рецепторных мембран механочувствительного субстрата, куда нет доступа для данного вещества. Опыты с тетродотоксином четко показывают существование больших различий в свойствах нере­генеративной и регенеративной систем генерации в механорецеп­торах.

Рис. 102. Влияние тетродотоксина на рецепторный потенциал и потенциал действия (по: Loewenstein et al., 1963).

j _ ответы медленно адаптирующегося рецептора растяжения у ракообразных до (а, б) и после (в, г) аппликации тетродотоксина (5 • 10-^в г/мл). Сверху вниз: биоэлектри­ческая активность (внутриклеточная запись от сомы нейрона); то же (запись от ак­сона на расстоянии около 2 мм от сомы нейрона); механическое растяжение рецептора. Отметка времени — 2 сек.; калибровка — 10 мв. II — ответ декапсулированного тельца Пачини на пороговое механическое раздражение до (б) и после (е) приложения тетродотоксина (5-Ю-⁴ г/мл). Сверху вниз: биоэлектрическая активность (отведение вблизи немиелинизированного участка нервного окончания); механическое раздра­жение. Отметка времени — 1 мсек.; калибровка — 15 мкв. Ill, IV — зависимость амплитуды РП от интенсивности раздражения рецептора растяжения (III) и тельца Пачини (IV) до (черные кружки) и после (белые кружки) приложения тет­родотоксина. По оси абсцисс — величина ^растяжения (на III — мм, на IV — усл. ед.); по оси ординат — амплитуда РП (на III — мв; на IV — мкв).

20 Физиология механорецепторов

Влияние анестетиков и наркотиков. Общеизвестное угнетаю­щее действие различных анестетиков на нервные структуры, в том числе и на рецепторы, ряд авторов связывает с их проникно­вением в липидную часть мембран и с возникающим при этом ухудшением проницаемости мембран к ионам натрия и калия (см. обзор: Аничков, 1974). Анестетики, как и многие снотворно-нар­котические средства, называют поэтому «стабилизаторами» мембран.

Анестетики резко угнетают механизмы генерации ПД в нервных волокнах (обзор: Ходоров, 1969). На одиночных механорецепто­рах действие анестетиков было четко выявлено в опытах на” мышеч­ных веретенах (Katz, 1950b), тельцах Пачини (J. А. В. Gray, Sato, 1953; Diamond et al., 1958b; Ильинский, 1963; Sato, Ozeki, 1963), рецепторах растяжения у ракообразных (Eyzaguirre, Kuffler, 1955a). Действие местных анестетйков на тельца Пачини было даже предметом специальных опытов (Nishi, 1968b). Оказа­лось, что в небольших концентрациях (0.1 —0.3% для мышечного веретена, 0.01—0.75% для телец Пачини при их перфузии) но­вокаин избирательно блокирует импульсную активность рецеп­торов, сохраняя в то же время РП неизмененным. Большие дозы анестетика угнетают и РП. Можно думать, что новокаин повышает порог возникновения ПД в претерминальном участке нервного волокна. Увеличение концентрации ионов кальция ослабляло действие новокаина. Ионы натрия не оказывали заметного влия­ния на эффект (Nishi, 1968b}. Избирательное действие новокаина сейчас широко используется всеми исследователями, анализирую­щими локальные реакции рецепторных приборов (обзоры: J. А. В. Gray, 1959b; Paintai, 1964; Ильинский, 1967).

Действие наркотиков (эфира, трихлорэтана, хлороформа и др.) изучалось в опытах на легочных рецепторах растяжения (Whit- teridge, Bulbring, 1944; Paintai, 1957; Whitteridge, 1958), ка­ротидных барорецепторах (Robertson et al., 1956) и на ряде дру­гих механорецепторов (обзоры: Paintai, 1964, 1971, 1972; Zipf, 1966). Оказалось, что в отличие от местных анестетиков снотворно­наркотические препараты в небольших дозах повышают импуль- сацию, вызванную механическим раздражением, и лишь при уве­личении дозы уменьшают или блокируют ее. Интересно, что в период возрастания величины реакции на адекватное раздра­жение ее порог оставался неизменным. Возможно (Paintai, 1964), что этот эффект обусловлен увеличением скорости восстановления нерегенеративной системы генерации после возбуждения.

Влияние вератридина и аконитина. Эти и другие алкалоиды со сходным действием называют «лабилизаторами» мембран (обзор: Аничков, 1974). Они оказывают значительный возбуждающий эффект на механорецепторы, в частности на механорецепторы сер­дечно-сосудистой системы (обзоры: Paintai, 1964, 1972), что и определяет широкое использование этих алкалоидов ^в исследова­ниях. Стимулирующий эффект данных соединений на^возбудимые мембраны обусловлен активацией под их влиянием системы натри­евой проводимости (обзор: Ulbricht, 1969).

Анализ действия вератридина и аконитина на механорецепторы, проведенный на рецепторах растяжения у ракообразных, показал (Wellhoner, 1968, 1970), что указанные вещества действуют изби­рательно на натриевые каналы регенеративной системы, обуслов­ливающей развитие ПД, и не влияют на ионную проницаемость, обеспечивающую развитие генераторного потенциала (РП). В со­ответствии с этим тетродотоксин, избирательно угнетающий натриевую проводимость регенеративных элементов мембраны, полностью устраняет действие вератридина и аконитина на ре­цепторы.

Влияние оубаина и других ингибиторов активного транспорта натрия. Оубаин (строфантин G) подавляет активный транспорт натрия (Caldwell, Keynes, 1959). Под влиянием этого вещества исчезает как посттетаническая гиперполяризация, так и вторичные гиперполяризационные сдвиги потенциала в мышечном веретене лягушки (Алексеев, Макаров, 1970; Пошина, 1973). Важно, что ингибиторы энергетического метаболизма 2,4-динитрофенол, азид, цианид также оказывали угнетающее влияние на следовую ги­перполяризацию, наступающую после раздражения веретена (Алексеев, Макаров, 1970). Можно думать поэтому, что в основе следовых гиперполяризационных сдвигов, так же как это было показано для рецептора растяжения у ракообразных (см.: Na­kajima, Takahashi, 1966), лежит работа электрогенного натриевого насоса, обеспечиваемая энергетическим метаболизмом.

Влияние ионов. В настоящее время изучению ионных меха­низмов генерации активности в различных рецепторных образо­ваниях уделяется все большее внимание (см. обзоры: J. А. В. Gray, 1959а, 1959Ь; Лебедева, 1965; Ильинский, 1967, 1972а; Fulpius, Baumann, 1969; Ottoson, Shepherd, 1971a; Fuortes, O’Bryan, 1972; Sickel, 1972). Тем не менее, в отличие от синаптических структур рецепторы, и в частности механорецепторы, в этом плане изучены еще явно недостаточно. Более того, при проведении требуемых исследований механорецепторных элементов экспериментаторы сталкиваются с дополнительными трудностями: вспомогательные структуры этих рецепторов существенно затрудняют диффузию ионов и различных веществ в пространстве между нервным окон­чанием и окружающей его средой, например у телец Пачини и мышечных веретен (J. А. В. Gray, Sato, 1955; Calma, Kidd, 1962; Kidd, 1964; Ильинский, Красникова, 1972, и др.).

I В литературе имеется много работ, посвященных действию ионов на импульсную активность механорецепторов (Matthews, 1931а; Feng, 1933; Talaat, 1933; Dun, Finley, 1938; Fitzgerald, 1940; Ильинский, Лебедева, 1963; Nishi, 1968a; Nier, 1974, ими. др.). Число исследований, которые были осуществлены на одиночных рецепторах с регистрацией их РП, до недавних пор было сравни­тельно невелико, но существенно возросло за последние годы (Diamond et al., 1958b; Edwards et al., 1963; Ottoson, 1964, 1965a; Calma, 1965; Obara, 1968; Obara, Grundfest, 1968; M. Sato et al., 1968; Albuquerque et al., 1969; Ильинский, Акоев и др., 1971; Husmark, Ottoson, 1971a, 1971c, 1971d; Алексеев, 1972; Акоев, Эльман, 1974; Ильинский, Красникова и др., 1974). Как обычно, основные опыты проводились на тельцах Пачини, мышечных ве­ретенах, рецепторах растяжения у ракообразных.

Ионы натрия и лития. На тельцах Пачини было установлено, что ионы натрия переносят основную часть заряда при генерации РП. При перфузии через капилляры брыжейки кошки безнатриевых растворов амплитуда РП у интактных телец Пачини снижалась на 90% (Diamond et al., 1958b). На 87—90% падала амплитуда РП и при непрерывной внешней перфузии декапсулированных телец Пачини безнатриевым раствором (Ильин­ский, Акоев и др., 1971; Акоев, Эльман, 1974; Ильинский, Крас­никова и др., 1974). По другим данным (М. Sato et al., 1968), это падение амплитуды РП было меньше и не превышало 75%. Можно думать, что менее выраженные изменения объяснялись неполным вымыванием ионов натрия в связи с особенностями применявшейся методики.

В опытах различных авторов показано, что в безнатриевых растворах импульсная активность телец Пачини блокировалась очень быстро. Изменения РП наступали позже. После замены без- натриевого раствора нормальным ПД вновь восстанавливался, если время нахождения рецептора в среде без ионов натрия было не очень велико. Учитывая возможную роль начальной части миелинизированного волокна в генерации ПД (стр. 120) и осо­бенности ее васкуляризации (стр. 22), можно полагать, что именно эта область является первоначальной точкой приложения угнетающего влияния безнатриевого раствора.

В экспериментах на мышечных веретенах лягушки было по­казано (Ottoson, 1964; Calma, 1965; Albuquerque et al., 1969), что амплитуда РП в безнатриевом растворе может снижаться на 70—80%. Параллельно со снижением величины РП падала и скорость нарастания РП. В целом уменьшение статической фазы РП происходило в большей степени, чем ослабление динамиче­ского компонента (Husmark, Ottoson, 1971с). При замене безна­триевых растворов на обычные РП восстанавливался. Если РП, хоть и ослабленные, наблюдались при довольно продолжительном (например, 30-минутном) действии безнатриевого раствора (зна­чение существующего диффузионного барьера), то импульсная активность менялась очень быстро. Спонтанные разряды ПД быстро урежались и полностью исчезали. Уменьшалась и вызван­ная активность, которая к 3—10 мин. воздействия полностью блокировалась. РП в этот период еще оставался неизменным. Блокирование импульсной активности и постепенное уменьше­ние ГП в безнатриевых растворах отмечалось и в опытах на рецеп­торах растяжения у ракообразных (Obara, Grundfest, 1968).

В безнатриевых растворах величина тока (опыты с фиксацией напряжения), вызванного растяжением, падала до 10% от исход­ного значения (Klie, Wellhoner, 1973). В безнатриевых растворах, содержащих трис (гидроксиметиламинометан), амплитуда ГП рецепторов растяжения была весьма значительной, составляя 30—5О°/о от величины в контроле (ОЬага, 1968).

На основании изложенных фактов можно заключить, что ионы натрия переносят основную часть зарядов при генерации как ПД, так и РП. Натриевые каналы рецепторной механочувстви- тельной мембраны оказываются более стойкими к изъятию натрия из внешней среды, чем каналы регенеративных структур ре­цептора и отходящего нервного волокна. Это подтверждается также и другими опытами (см. выше о действии тетродотоксина, стр. 303).

Известно, что ионы лития, весьма сходные по своим свой­ствам с ионами натрия, могут их заменять в процессах генера­ции электрической активности нервными и мышечными элемен­тами (Overton, 1902; Gallego, Lorente de N6, 1951; Huxley, Stam- pfli, 1951, и др.). Эксперименты с литием могут дать сведения о специфичности натриевых каналов в мембране нервного окон­чания.

Эксперименты с мышечным веретеном не дали однозначных результатов. Одни авторы (Albuquerque et al., 1969) обнаружили, что литий очень эффективно заменяет натрий, так что амплитуда деполяризационного РП при данной замене не менялась. По дру­гим данным (Алексеев, Макаров, 1969), амплитуда генераторного потенциала уменьшалась. Исчезала и посттетаническая гиперпо­ляризация.

В экспериментах с тельцами Пачини выяснилось, что ион ли­тия может замещать ион натрия лишь частично. В литиевом ра­створе амплитуда РП заметно (на 30%) падала. После перехода от литиевого раствора к обычному РП восстанавливался пол­ностью (М. Sato et al., 1968). В литиевом растворе пороги возник­новения ПД при механическом раздражении прогрессивно воз­растали и ответы исчезали полностью, хотя и медленнее, чем в без- натриевом растворе, в который литий не добавлялся (Nishi, 1968а). Изменения в генерации ПД, по-видимому, были связаны как со снижением амплитуды РП, так и с длительной деполяриза­цией мембраны нервного окончания, которую, как известно (Keynes, Swan, 1959; Bohm, Straub, 1962, и др.), ионы лития могут вызывать, накапливаясь внутри клетки.

В опытах с рецепторами растяжения также было установлено, что ионы лития лишь частично заменяют ионы натрия: ампли­туда РП в литиевых растворах снижалась по сравнению с нормой (Obara, Grundfest, 1968), частота импульсации рецептора умень­шалась, а при полной замене натрия на литий она блокировалась (Giacobini, Stepita-Klauco, 1970). Этот эффект также можно было объяснить накоплением лития в рецепторе и его влиянием на деятельность натриевого насоса. Каналы, обеспечивающие дви­жение литиевых ионов через мембрану в клетку, оказались чув­ствительными к влиянию находящихся в среде ионов калия (Gia- cobini et al., 1970). В целом следует заключить, что ионы лития, по-видимому, не могут полностью заменить ионы натрия для ме­ханизмов, обеспечивающих перенос заряда в процессе генерации электрической активности механорецепторов.

Ионы калия. Исследование действия этих ионов на механорецепторы представляется важным не только потому, что они могут участвовать в генерации РП, но и потому, что, как по­казали многочисленные исследования (подробнее см. главу 7), в среде, окружающей высокоспециализированные механорецеп­торы (например, волосковые клетки органа слуха), содержится значительное количество именно ионов калия.

Действие ионов калия исследовалось в опытах на различных механорецепторах. В этих экспериментах было установлено, что ионы калия могут весьма значительно менять возбудимость меха­норецепторов к действию адекватного раздражения. Эффект существенно зависел от концентрации калия, и определялся сум­мой изменений, наблюдаемых как в нерегенеративной, так и в регенеративной системах генерации.

Анализ изменений возбудимости, проведенный на тельцах Пачини, показал (Акоев, Эльман, 1974; Ильинский, Красни­кова и др., 1974), что некоторое (примерно до 12—13 ммолей/л) увеличение концентрации калия приводило к двум эффектам. Наблюдалось небольшое уменьшение амплитуды деполяризацион­ного РП, возникающего в ответ на механическое раздражение, а также происходило снижение критического уровня деполяри­зации, необходимой для генерации ПД. Второй эффект превали­ровал над первым, и возбудимость рецептора в целом возрастала (рис. 103). Дальнейшее увеличение содержания ионов калия при­водило к возрастанию порогов генерации ПД и полному блоку импульсной активности (например, при концентрации 22.4 ммолей/л, см. также: Nishi, 1968а). Возрастание порогов и блокирование генерации ПД явилось, по-видимому, результа­том инактивации натриевых каналов, вызванной нарастающей деполяризацией структур рецептора, аналогичной той, которая имеет место при действии калия в других возбудимых образова­ниях (Huxley, Stampfli, 1951; Ritchie, Straub, 1957; Stampfli, 1959, и др.; см. также обзоры: Cole, 1968; Ходоров, 1969). Умень­шение амплитуды ГП происходило прежде всего вследствие снижения величины мембранного потенциала. Известно, что ве­личина мембранного потенциала и амплитуда РП у механорецеп­торов связаны линейной зависимостью (см. например: Terzuolo, Washizu, 1962). Уменьшение мембранного потенциала, снижение сопротивления мембраны и уменьшение РП при увеличении наружной концентрации ионов калия были показаны на рецеп­торе растяжения у ракообразных (Edwards et al., 1963).

Прогрессивное снижение амплитуды РП при увеличении со­держания ионов калия в среде отмечалось и в опытах на мышечных веретенах (Husmark, Ottoson, 1971с). При этом уменьшения ве­личин статической составляющей ответа были более значитель­ными, чем динамического компонента. Важно заметить, что не­смотря на падение амплитуды ГП у мышечных веретен в некото­ром диапазоне концентраций калия (примерно до 12 ммолей/л) пороги возникновения ПД при действии механического раздраже­ния снижались (Kidd et а]., 1971) аналогично рассмотренным выше данным по тельцам Пачини. Уменьшение порогов свидетель­ствует о превалировании повышения возбудимости регенератив­ной системы генерации над уменьшениями ГП и в случае мышеч­ных веретен.

Рис. 103. Зависимость возбудимости тельца Пачини от концентрации ионов калия.

По оси абсцисс — концентрация КС1 (ммоль/л); по оси ординат — сила порогового для генерации ПД механического раздражения (усл. ед.). Стрелка — концентрация К+ (22.4 ммоля/л), при которой импульсные ответы рецептора отсутствуют, по данным ра­боты Ниши (Nishi, 1968а).

В ходе ритмического раздражения телец Пачини стимулами умеренной частоты отмечается снижение порогов (Ильинский, 1966а). Высказывалось предположение, что это явление вызвано накоплением ионов калия около регенеративных элементов рецеп­тора. Функциональное возрастание концентрации калия в среде при работе, по-видимому, может иметь место и в случае мышеч­ных веретен (Kidd et al., 1971). Эффекты добавления ионов ка­лия на механорецепторы возрастали при исходном уменьшении содержания кальция в среде (Matthews, 1931а; Fitzgerald, 1940; Ильинский, Лебедева, 1963; Edwards et al., 1963; Calma, 1965; Nier, 1974).

Уменьшение содержания калия в среде вызывало уменьшение амплитуды ГП мышечных веретен (Husmark, Ottoson, 1971а, 1971с) и телец Пачини (Акоев, Эльман, 1974). В ответах мышечных веретен на действие механического стимула под влиянием удале­ния калия в большей степени менялась динамическая составляю­щая ответа, которая могла полностью исчезнуть. Эти данные говорят об участии ионных механизмов в явлениях ранней адап­тации ГП мышечного веретена (Husmark, Ottoson, 1971а, 1971с).⁶ Удаление ионов калия из среды временно повышало возбудимость мышечных веретен, однако затем пороги возрастали, и импульс­ная активность полностью блокировалась (Husmark, Ottoson, 1971а, 1971d).

Исследование действия ионов калия проводилось и на воло­сковых рецепторах канальных, ямковых и ампулированных орга­нов боковой линии акул (Katsuki, Hashimoto, 1969; Katsuki et al., 1970, 1971; Hashimoto, Katsuki, 1972; Onoda, Katsuki, 1972; обзор: Katsuki, 1973). Наиболее четкие данные были получены на рецепторах ямковых органов, которые у акул имеют все мор­фологические характеристики обычных механорецепторных кле­ток (каждая клетка имеет одну полярно расположенную кино- цилию и пучок стереоцилий; все рецепторы отдельного ямкового органа имеют одинаковую ориентацию), но обладают достаточно высокой чувствительностью как к механическим, так и к электри­ческим раздражающим стимулам. Эти эксперименты показали, что механическая и электрическая чувствительность рецепторов, тестируемая по величине импульсного ответа, значительно уве­личивается при возрастании концентрации калия в окружающей среде по сравнению с содержанием его в морской воде.⁷

В экспериментах на органе слуха морских свинок было по­казано, что при замене богатой калием эндолимфы на растворы, содержащие небольшое количество калия, кохлеарные ответы (микрофонные и суммационные потенциалы, а также импульсная активность) уменьшаются, равно как и величина эндокохлеарного потенциала (Konishi et al., 1966). Эти данные, как и результаты экспериментов на рецепторах боковой линии, позволяют говорить о важной роли ионов калия в механизмах деятельности волоско­вых механорецепторов органов чувств (подробнее этот вопрос рассматривается в главе 7).

Результаты экспериментов по действию ионов калия показы­вают, что эти ионы могут оказывать достаточно существенное влияние на возбудимость механорецепторов и в силу этого могут быть своего рода регуляторами деятельности сенсорных при­боров.

Ионы кальция и магния. Исследование влияния этих ионов на деятельность механорецепторов проводилось в экс­периментах на мезентериальных тельцах Пачини (Ильинский, Лебедева, 1963; Nishi, 1968а; Акоев и др., 19746), мышечных

5. В этой связи следует упомянуть также данные, полученные на рецеп­торе растяжения у ракообразных (Ottoson, 1973) и в экспериментах на мышеч­ных веретенах у земноводных с применением тетраэтил аммония (Алексеев, 1972), который угнетает калиевую проницаемость возбудимых мембран (Schmidt, Stampfli, 1966; Koppenhofer, Vogel, 1969).

6. О влиянии различных ионов на специализированные образования органов боковой линии см. также другие работы (Loewenstein, Ishiko, 1962; Roth, 1971; Nier, Hensel, 1973).

веретенах (Matthews, 1931а; Calma, 1965; Ottoson, 1965a; Albu­querque et al., 1969), вибриссах (Fitzgerald, 1940; Nier, 1974), тактильных рецепторах (Talaat, 1933; К. R. Smith, Creech, 1967), рецепторах растяжения (Edwards et al., 1963; Washizu, 1965; Obara, 1968). Уменьшение содержания ионов кальция в среде повышало возбудимость механорецепторов. Порог генерации ПД снижался, и даже могла появиться фоновая импульсация рецеп­торов в отсутствие механического раздражения (Ильинский, Лебедева, 1963; Ottoson, 1965а). В соответствии с этим увеличение концентрации кальция в среде приводило к снижению возбуди­мости механорецепторов.

Такие влияния ионов кальция определялись изменениями си­стемы генерации ПД, которые превалировали над изменениями нерегенеративных структур, связанных с генерацией РП. Умень­шение содержания кальция приводило к снижению амплитуды деполяризационного РП мышечного веретена и рецептора растя­жения у ракообразных. На мышечном веретене было установлено, что отсутствие ионов кальция вызывает снижение амплитуды ГП на 60—80% и даже более (Calma, 1965; Ottoson, 1965а). Этот эф­фект был особенно хорошо выражен при обработке рецептора безнатриевым раствором или новокаином. Полного восстановле­ния ГП после угнетающего действия бескальциевого раствора не наблюдалось. При удалении ионов кальция сопротивление мембраны рецептора растяжения снижалось (Edwards et al., 1963; Obara, 1968).

При умеренном повышении концентрации кальция ампли­туда ГП менялась незначительно (могла даже кратковременно несколько возрасти). Однако при значительном увеличении со­держания кальция (в 5—15 раз и более) величина ГП мышечного веретена (Ottoson, 1965а) и рецептора растяжения (Obara, 1968) прогрессивно падала. Увеличение концентрации ионов кальция ускоряло развитие процесса адаптации механорецепторов (Fitz­gerald, 1940), а уменьшение содержания кальция в среде замед­ляло развитие этих явлений (Talaat, 1933), что было, несомненно, связано с действием кальция на регенеративную систему генера­ции.

Ионы магния уменьшали или предотвращали развитие дей­ствия бескальциевых растворов (Calma, 1965). Под влиянием ионов магния амплитуда ГП телец Пачини возрастала (Акоев и др., 19746).

Ионы хлора. Влияние этих ионов исследовалось в экс­периментах на рецепторах растяжения у ракообразных (Ed­wards et al., 1963; Obara, 1968). Согласно полученным данным, можно заключить, что ионы хлора не принимают участия в про­цессах генерации ГП.⁸

5. Следует заметить, что эксперименты на рецепторах растяжения гово­рят об отсутствии у этих сенсорных образований (в отлцчие, например, от инкапсулированных механорецепторов позвоночных) сколько-нибудь

* * *

В данной главе были представлены исследования свойств от­дельных элементов механорецепторных приборов, проводившиеся с использованием физических факторов среды (электрический ток, температура и др.), а также с применением ряда химических ве­ществ. Эти материалы показали, что наибольшей резистентностью обладают вспомогательные структуры. Они практически не из­меняют своих свойств иод влиянием использовавшихся физических воздействий. Они также оказались значительно менее чувстви­тельными по сравнению с нерегенеративными и регенеративными элементами механорецепторных приборов к действию изучавшихся химических факторов. Лишь в тех случаях, когда некоторые из химических агентов, введенные в достаточно высоких дозах, могли вызывать сокращение контрактильных элементов вспомо­гательных структур, равно как и окружающих^тканей, наблюда­лись изменения ответной реакции механорецепторов на действие механического раздражения или даже обнаруживалось возник­новение возбуждения рецепторов в отсутствие адекватного сти­мула.

Приведенные материалы выявили также, что вспомогатель­ные структуры и окружающие ткани могут создавать диффу­зионный барьер, затрудняющий проникновение химических аген­тов из жидкостей тела к рецептирующим элементам, причем в разной степени относительно различных элементов механоре- цепторного прибора. Регенеративные структуры генерации ПД рецепторов оказываются более доступными для действия химиче­ских веществ, чем нерегенеративные структуры, ответственные за возникновение РП. Это обстоятельство, а также особенности функционирования регенеративных структур (на возникновение ПД сказываются изменения в свойствах как нерегенеративной, так и регенеративной систем генерации) делают данное звено в цепи процессов наиболее чувствительным при действии на механорецепторы различных факторов. Поэтому в конечном счете именно за счет реагирования регенеративной системы происходят практически все изменения в ответных реакциях механорецепто­ров при действии на них физических и химических факторов. Следует отметить также, что в целом деятельность регенератив­ной системы генерации механорецепторов не обнаруживает каких- либо специфических черт, отличных от аналогичных процессов, присущих мембранам обычных нервных волокон.

Наибольшим сходством в механизмах деятельности нерегене­ративных и регенеративных систем генерации является то, что в обоих случаях развитие деполяризационных процессов связано с перемещением ионов натрия, однако «ворота» натриевых кана-

существенных диффузионных барьеров. Это дает основание полагать, что вокруг данных механорецепторов отсутствует специфическая микросреда (см. главу 7).

лов в нерегенеративных и регенеративных структурах локали­зуются, по-видимому, на разных поверхностях возбудимых мем­бран. Очевидно, именно данное обстоятельство обусловливает изложенные выше особенности действия разных химических веществ (например, тетродотоксина и анестетиков) на эти струк­туры.

Было показано также, что важной особенностью структур, связанных с явлениями трансформации в механорецепторах, является их электрическая невозбудимость. Напротив, процессы, обусловливающие генерацию РП, так же как и возникновение ПД, демонстрируют отчетливую зависимость от действия поляризую­щего электрического тока. Из представленных данных следует также, что трансформационные процессы и явления генерации биоэлектрической активности в их отношении к температурному фактору не демонстрируют четко выраженных особенностей, позволяющих однозначно охарактеризовать механизмы, лежащие в их основе.

Следует констатировать, что свойства отдельных звеньев про­цессов возбуждения в механорецепторах и прежде всего транс­формационных явлений, а также процессов генерации РП изучены еще недостаточно. В частности, в настоящее время не представ­ляется возможным ответить на вопрос: имеется ли какое-либо различие в трансформационных процессах у механорецепторов, относящихся к различным типам (например, таких как в органах чувств и в тканях у позвоночных, т. е. обладающих специализи­рованными — реснитчатыми — структурами или же лишенных их). Не удается пока однозначно резюмировать в обсуждающемся здесь аспекте многие представленные выше описательные данные о действии ионизирующего излучения, ультразвука и других изучавшихся факторов. Зато достаточно существенные выводы представляется возможным сделать на основе изложенных фак­тов об изменении возбудимости механорецепторов под влиянием изменений концентрации ионов. Для этого вывода, конечно, необходима прежде всего детальная оценка естественных кон­центраций веществ в среде, непосредственно окружающей механо- рецепторные структуры, и именно эти вопросы будут анализи­роваться в главе 7.

Анализ действия физических и химических факторов на тка­невые механорецепторы позвоночных позволяет утверждать, что местом первичных трансформационных процессов у этих чув­ствительных образований являются сами окончания сенсорных нейронов, а не окружающие их клеточные элементы. Этот вопрос более подробно будет рассматриваться в главе 8 (стр. 388).