В статье автор исследует влияние АТФ и ИФР на структуру повреждённых соматических нервов.
Ключевые слова: биология, нейрофизиология, исследования.
Нервная система регулирует деятельность всех систем и органов, обуславливает их функциональное единство, обеспечивает связь организма с внешней средой. Травматические повреждения периферических нервов составляют одну из самых сложных проблем современной медицины и биологии. Сложность ее заключается в многоплановости патологических нарушений, возникающих в нервно-мышечных элементах и во всем организме.
При повреждении нерва происходят глубокие изменения в его структуре, а также в составе липидных компонентов мембран. Подвергаясь воздействию различных веществ, структура поврежденных соматических нервов претерпевает значительные изменения [1].
Большая часть белков соматического нерва схожа с белками других органов и тканей, так как они выполняют схожие функции, обеспечивающие жизнедеятельность организма, но существует категория нейроспецифических белков, которые получили свое название благодаря особенностям структуры и выполняемым функциям.
Белки соматической нервной системы можно разбить на следующие группы:
1) неферментные нейроспецифические Ca 2+ -связывающие белки;
2) сократительные и цитоскелетные белки;
3) белки миелина;
4) транспортные нейроспецифические белки.
Основными липидами, входящими в состав соматических нервных волокон, являются фосфолипиды, гликолипиды и стероиды. В нервной ткани в больших количествах содержатся сфинголипиды, функция которых — участие в процессах пролиферации, дифференцировки, а также апоптоза клеток.
Холестерин является одним из важнейших структурных компонентов биологических мембран. Большая его часть в организме млекопитающих находится в клеточных мембранах и миелиновых оболочках. Холестерин важен для работы нескольких сигнальных нейротрансмиттерных, а также рецепторных систем [2].
Периферические нервы обладают способностью к регенерации в случае их повреждения.
В поврежденном нерве в проксимальных и дистальных участках происходят регенеративные процессы, протекание и скорость которых зависят от различных внешних и внутренних факторов. Повреждение периферического нерва путем перерезки вызывает комплекс скоординированных изменений в травмированном отростке. Данный комплекс способствует выживанию нейронов и регенерации его отростков через область травмы.
На проксимальном конце перерезанного аксона появляются множественные отростки, концы которых образуют утолщения — конусы роста. На дистальном конце шванновские клетки формируют отростки, которые направляются навстречу конусам роста. На концах конусов роста формируются филоподии, на которых располагаются поверхностные рецепторы, временно связывающиеся с поверхностными молекулами адгезии базальных мембран шванновских клеток. Актиновые филаменты филоподий прикрепляются к поверхностным рецепторам и относительно этих соединений осуществляют дальнейшее продвижение конусов роста. Конусы роста стимулируют митотическую активность шванновских клеток. Шванновские клетки начинают активно делиться и миелинизировать наиболее крупные аксоны.
Если же нерв был поврежден не полностью, то велика вероятность скорейшей регенерации, нежели чем при полном нарушении целостности нерва, поскольку в случае размозжения эндоневрий остается сохранным. Филоподии двигательных и чувствительных аксонов специфично распознают базальные мембраны тех шванновских клеток, которые до повреждения окружали соответствующий тип аксонов. При полном разрыве нервных стволов перед попыткой их восстановления, как правило, выжидают около трех недель, т. к. сразу после повреждения их соединительнотканные оболочки сильно отечны, а в течение этого промежутка времени они становятся немного толще, что позволяет шовному материалу лучше закрепиться.
После возобновления контакта между нервной клеткой и периферическими разветвлениями функция нерва восстанавливается лишь при условии нейрофибриллизации соединительной ткани. Срок необходимый для восстановления утраченной функции, определяется характером повреждения культи центрального отрезка нерва, степенью расхождения концов и длиной нерва от места повреждения до периферических разветвлений.
Сближение отрезков нерва позволяет значительно увеличить процесс регенерации. При сильном расхождении концов нерва регенерация замедляется или же окончательно прекращается [4].
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — это нуклеозидтрифосфат, которые имеет большое значение в обмене энергии и веществ в различных организмах. АТФ является универсальным источником энергии для всех процессов, протекающих в живых системах (рис. 1).
Рис. 1. Структура АТФ
Нервные окончания, отвечающие за формирование болевого сигнала, необычайно чувствительны к низким концентрациям АТФ: в них появляются электрические сигналы, несущие информацию в мозг.
После повреждения травмированные нейроны переходят от режима передачи к режиму роста и начинают продуцировать белки, которые имеют потенциал для стимуляции регенерации. При повреждении нерва АТФ быстро высвобождается, что приводит к активации ряда сигнальных путей, которые приводят к активации клеток глии, а также к восстановлению функций нерва.
Инсулиноподобный фактор роста (ИФР) — это белок, схожий с инсулином по своим свойствам и структуре. Он участвует в регуляции различных процессов роста, а также в развитии и дифференцировке клеток и тканей организма. ИФР состоит из одной полипептидной цепи, длина которой составляет 70 аминокислотных остатков с тремя дисульфидными мостиками (рис. 2).
Рис. 2. Структура ИФР
ИФР оказывает разнообразное действие на нервные клетки, способствуя их выживанию и пролиферации. ИФР влияет на рост и структуру нервных клеток, позволяет увеличить рост дендритов и аксонов, способствует миелинизации.
Объектами исследования служили белые крысы массой тела 250±50 г. Опытные животные были разделены на 4 группы:
1) контроль (животные с неповрежденным нервом);
2) животные с поврежденным седалищным нервом, выведенные из эксперимента через 1, 3, 7 суток;
3) животные с поврежденным седалищным нервом, которым вводили АТФ в концентрациях 10– 2 , 10– 3 , 10– 4 М, выведенные из эксперимента через 1, 3, 7 суток.
4) животные с поврежденным седалищным нервом, которым вводили ИФР в концентрациях 50, 75, 100 нг/ кг, выведенные из эксперимента через 1, 3, 7 суток.
Повреждение седалищного нерва экспериментальных животных проводились под хлороформным наркозом. Перерезка осуществлялась в верхней трети бедра с последующим наложением швов. Спустя 1, 3, 7 суток после повреждения у крыс проводили извлечение седалищных нервов, которые помещали в раствор Рингера.
Исследование структуры соматического нерва в норме и после повреждения осуществляли с помощью двух методов:
1) метода КР-спектроскопии;
2) метода лазерной интерференционной микроскопии.
Для исследования структуры соматических нервов методом КР-спектроскопии было выбрано соотношение полос 2940 см -1 и 2853 см -1 (I 2940 /I 2853 ), интенсивность которого определяет белок-липидное взаимодействие [3]. Анализ белок-липидных взаимодействий в мембране позволяет определить количественное увеличение контактов трех основных типов:
1) белок-липидный контакт, вызывающий локальное возрастание упорядоченности части липидной массы;
2) контакт периферических белков с липидами, вызывающий эластическую деформацию бислоя;
3) изменение градиента кривизны и деформации бислоя.
Результаты, полученные после воздействия АТФ на седалищный нерв, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Интенсивность отношения I 2940 / I 2853 при воздействии АТФ на нерв
|
Проксимальный участок |
Дистальный участок |
|
|
контроль |
0,91±0,30 |
0,97±0,60 |
|
1 сутки, 10– 4 М |
0,84±0,32 |
0,88±0,60 |
|
3 суток, 10– 4 М |
0,93±0,46 |
0,98±0,50 |
|
7 суток, 10– 4 М |
0,97±0,53 |
0,99±0,12 |
|
1 сутки, 10– 3 М |
0,89±0,78 |
0,96±0,63 |
|
3 суток, 10– 3 М |
0,95±0,98 |
0,98±0,80 |
|
7 суток, 10– 3 М |
1,01±0,70 |
1,04±1,01 |
|
1 сутки, 10– 2 М |
0,9±0,77 |
0,95±0,52 |
|
3 суток, 10– 2 М |
0,98±0,68 |
1,02±0,72 |
|
7 суток, 10– 2 М |
1,09±1,07 |
1,10±0,75 |
Также экспериментальным животным вводили раствор ИФР в концентрациях 50, 75, 100 нг/кг. Полученные данные приведены в таблице 2.
Таблица 2
Интенсивность отношения I 2940 / I 2853 при воздействии ИФР на нерв
|
Проксимальный участок |
Дистальный участок |
|
|
контроль |
0,91±0,31 |
0,97±0,60 |
|
1 сутки, 50 нг/кг |
0,91±0,83 |
0,93±0,92 |
|
3 суток, 50 нг/кг |
0,96±0,12 |
0,97±0,30 |
|
7 суток, 50 нг/кг |
1,01±0,64 |
0,99±0,72 |
|
1 сутки, 75 нг/кг |
0,9±0,72 |
0,96±0,23 |
|
3 суток, 75 нг/кг |
0,98±0,90 |
1,01±0,94 |
|
7 суток, 75 нг/кг |
1,02±0,43 |
1,02±1,00 |
|
1 сутки, 100 нг/кг |
0,89±0,74 |
0,94±0,32 |
|
3 суток, 100 нг/кг |
1,02±0,41 |
1,08±0,92 |
|
7 суток, 100 нг/кг |
1,23±1,21 |
1,29±1,02 |
Для изучения структуры соматического нерва методом лазерной интерференционной микроскопии (ЛИМ) была рассмотрена оптическая разность хода (ОРХ). ОРХ зависит от структуры нерва, от площади в различных его участках, а также от толщины миелиновой оболочки.
Было изучено влияние АТФ на ОРХ. Результаты приведены в таблице 3
Таблица 3
Изменение оптической разности хода при воздействии АТФ на нерв
|
контроль, проксимальный |
20,85±0,34 |
|
контроль, дистальный |
20,51±0,31 |
|
1 сутки, 10– 4 М, проксимальный |
5,97±0,98 |
|
1 сутки, 10– 4 М, дистальный |
5,88±0,41 |
|
1 сутки, 10– 3 М, проксимальный |
22,73±0,52 |
|
1 сутки, 10– 3 М, дистальный |
22,31±1,95 |
|
1 сутки, 10– 2 М, проксимальный |
24,38±0,12 |
|
1 сутки, 10– 2 М, дистальный |
23,01±1,46 |
|
3 суток, 10– 4 М, проксимальный |
5,98±0,52 |
|
3 суток, 10– 4 М, дистальный |
6,61±0,98 |
|
3 суток, 10– 3 М, проксимальный |
15,93±0,49 |
|
3 суток, 10– 3 М, дистальный |
14,7±0,12 |
|
3 суток, 10– 2 М, проксимальный |
26,45±0,85 |
|
3 суток, 10– 2 М, дистальный |
25,08±1,98 |
|
7 суток, 10– 4 М, проксимальный |
21,41±0,38 |
|
7 суток, 10– 4 М, дистальный |
21,22±0,95 |
|
7 суток, 10– 3 М, проксимальный |
24,55±1,21 |
|
7 суток, 10– 3 М, дистальный |
24,42±0,12 |
|
7 суток, 10– 2 М, проксимальный |
28,13±0,95 |
|
7 суток, 10– 2 М, дистальный |
26,45±0,56 |
Также, было исследовано влияние ИФР на ОРХ. Результаты приведены в таблице 4.
Таблица 4
Изменение оптической разности хода при воздействии ИФР на нерв
|
контроль, проксимальный |
20,85±0,25 |
|
контроль, дистальный |
20,51±0,12 |
|
1 сутки, 50 нг/кг, проксимальный |
5,97±0,91 |
|
1 сутки, 50 нг/кг, дистальный |
5,88±0,31 |
|
1 сутки, 75 нг/кг, проксимальный |
22,73±1,70 |
|
1 сутки, 75 нг/кг, дистальный |
22,31±0,98 |
|
1 сутки, 100 нг/кг, проксимальный |
26,35±2,10 |
|
1 сутки, 100 нг/кг, дистальный |
23,39±2,10 |
|
3 суток, 50 нг/кг, проксимальный |
5,98±0,12 |
|
3 суток, 50 нг/кг, дистальный |
6,61±0,42 |
|
3 суток, 75 нг/кг, проксимальный |
15,93±0,16 |
|
3 суток, 75 нг/кг, дистальный |
14,70±0,49 |
|
3 суток, 100 нг/кг, проксимальный |
30,96±0,35 |
|
3 суток, 100 нг/кг, дистальный |
29,57±0,87 |
|
7 суток, 50 нг/кг, проксимальный |
11,41±0,31 |
|
7 суток, 50 нг/кг, дистальный |
11,22±0,65 |
|
7 суток, 75 нг/кг, проксимальный |
24,55±0,71 |
|
7 суток, 75 нг/кг, дистальный |
24,42±0,98 |
|
7 суток, 100 нг/кг, проксимальный |
33,13±0,13 |
|
7 суток, 100 нг/кг, дистальный |
32,12±0,65 |
На основании полученных данных были сделаны следующие выводы:
- Методом КР-спектроскопии было установлено, что значительное воздействие на поврежденный седалищный нерв оказывает АТФ в концентрации 10– 2 М при введении в течение 7 суток. При этом отношение I 2940 /I 2853 , отвечающее за белок-липидное взаимодействие, увеличивается на 19 % и 13 % в проксимальном и дистальном участках относительно контроля.
- Наибольшее влияние оказало введение ИФР в концентрации 100 нг/кг в течение 7 суток: отношение I 2940 /I 2853 превысило контрольные показатели в проксимальном и дистальном участках на 35 % и 33 %,
- Анализируя полученные данные, следует отметить, что регенерация нерва происходила незначительно. Лишь при воздействии ИФР в концентрации 100 нг/кг наблюдалось значительное увеличение интенсивности полос, отвечающих за белок-липидное взаимодействие. Это свидетельствует об изменении белкового и липидного состава, а также об увеличение числа контактов между белками и липидами.
- Методом лазерной интерференционной микроскопии было установлено, что значительные изменения оптической разности хода происходят при воздействии на поврежденный соматический нерв АТФ в концентрации 10– 2 М в течение 7 суток. Оптическая разность хода в проксимальном участке нерва повысилась на 34 %, в дистальном — на 28 % относительно контроля.
- При воздействии ИФР в концентрации 100 нг/кг на поврежденный соматический нерв в течение 7 суток наблюдались значительные изменения оптической разности хода, которая увеличилась на 58 % в проксимальном и 56 % в дистальном участках по отношению к контролю.
- Результаты свидетельствуют о значительном изменении локальных показателей преломления нервной клетки или же о наличии дополнительных резервуаров цитоплазмы внутри нее, которые приводят к геометрическим изменениям размера клетки.
Литература:
- Алексеева Е. Б. Регенерация седалищного нерва крысы после кратковременного дозированного вытяжения его центрального отрезка. — дис. канд. биол. наук, 2003
- Кирова C. М. Современные представления о регенерации нервных волокон при травмах нервной системы. — С. А. Живолупов, Н. А. Рашидов, И. Н. Самарцев, Е. В. Яковлев — Санкт-Петербург, 2020
- Кутузов Н. П. Метод микроспектроскопии комбинационного рассеяния для исследования свойств миелина нервных волокон. — дис. канд. биол. наук, 2016.
- Сотников О. С. Проблема слияния отростков нейронов. — О. С. Сотников, Г. И. Рыбакова, И. А. Соловьева, М., 2007.
