Исследование действия ослабленного магнитного поля на функционирование нервной клетки (1103151), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Важно, что даже в состоянии покоя Rz-нейрона нами быливыявлены регулярные флуктуации локального коэффициента преломления(рис. 7 (г)). Таким образом, метод позволяет получить интегральнуюинформацию о процессах в клетке.Процессы, протекающие в клетке, условно можно разделить намембранные и цитоплазматические.
Исходя из этого, в эксперименте линиисканирования проводили в центре клетки и в области плазматическоймембраны. В ходе исследования было показано, что в центральной частиклетки изменения ВФП представляют спектр, в котором можно выявить какотдельные частоты, так и их группы. В данном случае, при сканированиирегистрируются изменения, происходящие как в цитоплазме, так и вплазматической мембране.15а020мкм40б60h, нмh, нмвг0.8-40.600.4--40.2--800051015 20t, сек25302468 10f, Гц1214Рис. 7 (а) Фазовое изображение клетки – нейрона; (б) фазовый профиль клетки; (в)регистограмма изменение высоты фазового профиля от времени в одной из точекскан-линии, (г) спектр Фурье характеризующий изменения оптической плотностиклетки в выбранной точке.При исследовании примембранной области клетки получали спектр частотизменений ВФП, который, в отличие от центра клетки, был представлентолько одной группой частот 0,3-3,0 Гц.Данная группа характерна для обеих исследуемых областей клетки, но ихамплитуда в примембранной области клетки в 1,5–2,0 раза больше, чемцентральной.
При сканировании на краю клетки захватываемый объеммембраны в 2-3 раза больше, чем при сканировании в центре клетки. Такимобразом, группа частот 0,3-3,0 Гц изменений ВФП связана с процессами,проходящими на мембране.1616Отметим, что появление некоторых частот имеет нерегулярный характер,поэтому для представления результатов удобней пользоваться вероятностьюпоявления частот. Для этого за «полезный» пик брались те, что превышалиуровень шума в 2 раза.
На основе таких пиков строились графики M(f). Длястатистической обработки использовалось биномиальное распределение. Висследуемом интервале частот наиболее вероятные изменения происходили вобластях 0,3-3; 4-6; 8-10; 13-15 Гц. Наиболее ярко выраженные измененияВФП наблюдались в диапазоне частот от 0,3 до 3,0 Гц. Поэтому в дальнейшемдля рассмотрения был выбран этот участок, как наиболее информативный. Всвязи с тем, что для исследования действия ОМП на нейроны важно быловыявить процессы в примембранной области клетки, то процессы в центреклетки не рассматривались. На рис. 8 (а) представлен характерныйвероятностный спектр нейрона в примембранной части. Этот спектр был взят вкачестве критерия действия ослабленного МП.На рис.
8 (б) представлен спектр регулярных изменений коэффициентапреломления цитоплазмы нейрона, в ОМП со степенью ~200 кратногоослабления (H=0,23±0,02 мкТл).а2015M(N)15M(N)б2010105500,500,51,01,52,02,53,0f, Гц1,01,52,02,53,0f, ГцРис. 8. (а) Спектр клетки лабораторное поле (H=46,6±0,4 мкТл). (б) Спектр клетки вослабленном МП (H=0,23± 0,02 мкТл).17Геомагнитное поле компенсировали с помощью трех пар колецГельмгольца, расположенных перпендикулярно по отношению друг к другу.Величину постоянной компоненты магнитного поля контролировали спомощью магнитометров.
Время нахождения нейрона в ослабленном МПсоставляло 50 мин. Для каждого типа измерений была набрана статистка на 30клетках.Для проверки предположения, что изменение спектра при действии ОМПна нервную клетку, связанно с деполяризацией плазматической мембраны,было проведено исследование действия поляризующих агентов на регулярныеизменения коэффициента преломления цитоплазмы нейрона.На рис. 9 представлены спектры, полученные при действии на нейронблокатора К+ канала (тетраэтиламмония (ТЭА)) и экстраклеточного раствора сповышенным содержанием ионов калия (К+-деполяризация). При действииТЭА наблюдалось значительное снижение вероятности появления частот навсех интервалах, а при инкубации клетки в среде с повышенным содержаниемкалия наблюдается уменьшение вероятности появления частот ВФП (винтервале от 0,3 до 3,0 Гц.).2020а15M(N)M(N)1510105500,5б1,01,52,02,53,00,51,01,52,02,53,0f,Гцf,ГцРис.
9 (а). Спектр регулярных изменений коэффициента преломления цитоплазмыклетки в среде с 50мМ К+. (б) Спектр регулярных изменений коэффициентапреломления цитоплазмы клетки в растворе с тэтроэтиламмонием. Лабораторноеполе (H=46,6±0,4 мкТл)18В данном исследовании нами было выявлено уменьшение вероятностивозникновения группы частот 0,7-0,9 Гц; 1,2-1,5 Гц, а также отдельной частоты2,0 Гц (рис.
9 (б)). Незначительно увеличилась вероятность на частотах 1,6-1,8Гц; 2,5-3,0 Гц, и на отдельной частоте 0,6 Гц.Установлено, что действие нейромедиаторов (ацетилхолина (АХ) исеротонина (5-НТ)), деполяризующих мембрану нейрона, приводит кувеличению амплитуд регулярных изменений коэффициента преломленияцитоплазмы, и увеличению вероятности появления частот в наблюдаемоминтервале.Итак, деполяризация плазматической мембраны нейрона меняет спектррегулярныхизмененийоптическойплотностицитоплазмынейронааналогичным образом, как и действие ослабленного МП (рис.
9 (а)). Какотмечалось ранее, в характер спектра вносят вклад интегральные клеточныепроцессы. Изменение ВФП клетки связано с флуктуациями коэффициентапреломления цитоплазмы, что в свою очередь, может определять ходразличныхпроцессов.Всвязисэтим,рассмотримвозможныецитоплазматические процессы клетки, меняющие ВФП. Известно, что вклетках, в том числе и в нейронах, имеет место циклическое движениецитоплазмы,гдесцитоплазмойдвижутсямолекулыиорганеллы(митохондрии, цитосомы).
Очевидно, что прохождение этих объектов черезобласть сканирования вносит свой вклад в интегральное изменениеоптической плотности. Аналогичное влияние на изменение оптическойплотностицитоплазмыклеткиможетоказатьипроцессмиграциицитоплазматических везикул в клетке. Вероятно, изменения оптическойплотности могут быть связаны с процессами, происходящими на мембранеклетки, такими, как изменения вязкости (латеральная диффузия) и флуктуациипримембранногообъемацитоплазматическихструктур.Так,кинетикаизменений коэффициента преломления плазматической мембраны аксона,четко коррелирует с фазами ПД, а регулярные изменения коэффициентапреломления цитоплазмы – с циклозисом и перемещением везикул в нейроне19[Cohen. 1973, Браже и др., 2006].Итак, изменения ВФП мембраны могут быть связаны с целым рядомпроцессов: с изменением мембранного потенциала, вязкости, амплитудойциклозиса и изменениями объема нейрона.
Предполагается, что регулярныеизменения коэффициента преломления цитоплазмы с частотой 1 Гц связаны сизменением мембранного потенциала нейрона [Schutt et al., 2000, Браже, 2006г]. Однако блокирование калиевых каналов не только препятствует выходуионов калия из клетки и деполяризует мембрану нейрона, но также меняетобъем и состояние цитоплазмы клетки.Как и в случае плазматической мембраны нейрона, мы предполагаем, чтодействие ОМП, меняя конформацию каротиноидов и вязкость цитосомнейронов, модифицирует частоту и амплитуду циклозиса (регулярноедвижение цитоплазмы в клетке).
Комплексный процесс, сопровождающийсяперераспределением в клетке О2 и оптической плотности митохондрий ицитосом проявляется в изменении частотного спектра (рис. 8 (б)).Продолжительное возбуждение нерва при действии ОМП, приводит кповышению порога ПД, что может быть связано с увеличением мембранногопотенциала плазматической мембраны. По видимому, действие ослабленногоМП проявляется именно в плазматической мембране. Это предположениеподтверждают результаты, полученные с помощью интерференционноймикроскопии по изучению изменения оптической плотности примебраннойобласти нейронов.
Показано, что действие ОМП аналогично действиюдеполяризациимембранынервнойклетки,авкачествеагентов,транслирующих действия ОМП, могут выступать чувствительные к состояниюмембраны и внешним изменениям, молекулы каротина. Действие ОМПприводиткконформационымизменениямэтихмолекул.Подобныеконформационные изменения наблюдалось при увеличении микровязкостимембраны нерва. В свою очередь изменение микровязкости в мембране аксонаможет вызвать, как один, так и совокупность процессов: снижения числа SHгрупп, десорбция мембранно-связанного кальция увеличение рН или снижение20концентрации протонов во внешней среде, изменение парциального давлениякислорода.Важно, что изменения канформации каротиноидов при действии ОМПнаблюдались только для каротиноидов локализованных в нервном волокне илив мембране цитосом нейронов, но не в выделенных каротиноидах.
Кроме того,отсутствие изменений в скорости проведения ПД при действии ослабленногоМП, свидетельствует о том, что данном процессе участвуют каротиноидылокализованные в перехвате Ранвье, а не миелине нервного волокна.Известно, что одной из основных функций каротиноидов в клеткеблокирование свободно-радикальных процессов и связывания О2 [Карнаухов,2000 г.]. Мы предположили, что действие ОМП приводит к изменениюпоследнегопроцесса.Молекулыкаротиноидов,локализованныевплазматической мембране нервного волокна, под действием ОМП сбрасываютО2увеличиваясопровождатьсячислодвойныхизменениемС=Ссвязей.конформацииЭтотпроцессмолекулы,можетувеличениеммикровязкости мембраны и величины порога ПД [Максимов, 1997]. В нашихэкспериментах снижение парциального давления кислорода приводило каналогичным изменениям конформации каротиноидов, как и при действииОМП.
Изменение конформации каротиноидов и вязкости цитосом нейрона придействии ОМП и сбрасывании О2, по-видимому, меняет скорость циклозиса вклетке,чтосказываетсянарегулярныхизмененияхкоэффициентапреломления цитоплазмы нейрона.В заключении сформулированы основные результаты, полученные входе выполнения настоящей диссертационной работы:В ходе проделанной работы было показано, что действие ослабленного в~250 раз постоянного МП при непрерывном и длительном возбуждениинервного волокна приводит к увеличению порога ПД и соответственно куменьшению амплитуды ПД, только для чувствительных волокон. При этомскорость проведения ПД не меняется.21Показано, что действие ослабленного в ~200 раз МП приводит кизменению в спектрах каротиноидов встроенных в мембрану нервного волокнаи мембрану цитосом нейронов, выражено в увеличении отношения пиков КРспектра.Этосоответствуетизменениемконформациикаротиноидов,аналогичной увеличению микровязкости.
Показано, что при действииизменений МП конформация каротина меняется только в клетке, а не ввыделенной молекуле.Рис. 10. Схема действия ОМП на нервную клетку. Молекулы каротиноидов,локализованные в плазматической мембране нервного волокна, под действием ОМПсбрасывают О2 увеличивая число двойных -С=С- связей. Изменение конформациимолекулы, приводит к увеличению микровязкости фосфолипидного окружения и кувеличению мембранного потенциала и порога ПД. Каротиноиды цитосом клетки,сбрасывая О2 изменяют скорость циклозиса в клетке, что сказывается на регулярныхизменениях коэффициента преломления цитоплазмы нейрона.22Показано, что изменение оптической плотности в примембранной частиклетки связанно с изменением мембранного потенциала.
Показано, чтоослабление в ~200 раз, постоянной составляющей ГМП, приводит крегулярнымизменениямкоэффициентапреломленияцитоплазмы,аналогичным действию агентов деполяризующих мембрану нейрона.Предполагается, что «молекулярным сенсором» ОМП в нервной клеткеявляется молекула каротиноида, полиеновая цепочка которой чувствительнане только к мембранному потенциалу или упорядоченности мембранныхфосфолипидов, но и к содержанию кислорода в клетке [Карнаухов, 2000]. Повидимому, действие ОМП меняют способность каротиноидов связывать илиотдавать кислород, что отражается на функционировании нервной клетки(рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
