Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ОСТРОВСКИЙ Михаил Аркадьевич. Специальный выпуск журнала

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
04.06.2021
Размер:
3.71 Mб
Скачать

В.Г. Скребицкий. Высшая нервная деятельность. История изучения ориентировочного рефлекса

Рис. 1. Дарственная надпись на книге «Гиппокамп и память».

инициировавшей работы по нейротрансплантаци, значение которой в наши дни трудно переоценить.

Заслуги Ольги Сергеевны были высоко оценены международной научной общественностью.

В1979 г. она стала лауреатом премии им. Кеннета Крайка (Кэмбриджский университет, Великобритания) за фундаментальный вклад в изучение функций гиппокампа. У себя в Институте в Пущино она проводила регулярные конференции, посвященные различным аспектам деятельности лимбической системы. На эти конференции съезжались ученые со всего мира, многие из которых были друзьями Ольги Сергеевны. Приятно отметить, что ученики Ольги Сергеевны поддерживают эту традицию и по сей день: раз в два года в Пущино проходят конференции, посвященные ее памяти, на которые по-прежнему съезжаются ее ученики и коллеги. Она внесла большой вклад в развитие международных связей советской и российской нейронауки.

В1958 г. была членом Оргкомитета Московского симпозиума по нейробиологии, на который впервые были приглашены зарубежные ученые. Этот симпозиум положил начало развитию сотрудничества советской и международной нейронауки. Ольга Сергеевна была членом Международной Организации по исследованию мозга (The International Brain Research Organization – IBRO) с момента ее организации, а также Европейской научной ассоциации, членом редколлегии международных и российских журналов, выступала с лекциями во многих ведущих университетах мира. Многие поколения советских и российских ученых изучали гиппокамп по трудам О.С. Виноградовой.

Своеобразным развитием учения об ориентировочном рефлексе были идеи, выдвинутые выдающимся отечественным психофизиологом Иосифом Моисеевичем Фейгенбергом. Суть этих идей состоит в том, что мозг животного (в том числе и человека) постоянно прогнозирует событие, которое может произойти в следующий момент. Этот прогноз основывается на предшествующем опыте и носит вероятностный характер. Фейгенберг назвал

Иосиф Моисеевич Фейгенберг (1922–2016)

DOI: 10.22204/2410-4639-2017-094-02S-168-173

171

100 ЛЕТ ФИЗИОЛОГИИ В РОССИИ

это явление «вероятностным прогнозированием». В своих книгах, а также на лекциях и семинарах он приводил многочисленные примеры вероятностного прогнозирования. Например, у студента, сидящего на лекции не возникнет ориентировочная реакция, если в аудиторию войдет запоздавший студент: эта ситуация вполне прогнозируема; если войдет лев, это вызовет бурную ориентировочную реакцию. В зоопарке у зрителей, наблюдающих клетку со львами, все будет как раз наоборот: если войдет еще один лев, это будет вполне прогнозируемо, если войдет запоздавший студент... В этой связи очень интересны соображения И.М. Фейгенберга о природе шизофрении. Много работая в психиатрической клинике, он пришел к выводу о том, что одним из симптомов шизофрении является нарушение вероятностного прогнозирования. Для шизофреника всякая ситуация, в каком-то смысле, является равновероятной. В качестве примера он приводит явление, получившее название «иллюзия Шарпонтье». Суть его состоит в следующем: испытуемому кладется на ладонь определенного цвета шар, весящий, скажем, один килограмм, и дается инструкция удерживать руку в горизонтальном положении; под влиянием тяжести шара человек совершает мышечное усилие, которое регистрируется прибором; затем ему кладется на ладонь точно такой же по виду шар, и человек, прогнозируя, что это тот же самый шар, делает такое же усилие, как и в прошлый раз. Однако предъявляемый новый шар весит всего несколько грамм. Так ведет себя нормальный испытуемый. Шизофреник не поддается этой иллюзии: вероятностное прогнозирование у него не работает (или работает очень слабо), и его мышечное усилие адекватно реальному весу шара. Примеров, подобных иллюзии Шарпонтье, в жизни можно привести очень много. Другим объективным проявлением вероятностного прогнозирования является динамика ритмов электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Нормальный человек характеризуется тем, что при появлении неожиданного раздражителя в его ЭЭГ происходит подавления альфа-ритма (так называемая «реакция пробуждения», англ. “arousal”). Оно является результатом рассогласования прогнозируемого события с реально возникающим. В ЭЭГ шизофреника «реакция пробуждения» практически отсутствует, свидетельствуя о том, что всякое событие является для него равновероятностным. Свои идеи И.М. Фейгенберг изложил в ряде книг [11–13] и в блестящих лекциях, которые он читал в Центральном институте усовершенствования врачей в Москве, а также на конференциях в ряде зарубежных стран.

Другая сторона ориентировочного рефлекса, как было уже отмечено выше, заключается в получении в анализаторных системах «наилучшего

на них отпечатка внешнего раздражения». Нейрофизиологическим коррелятом этого «наилучшего отпечатка» является расширение рецептивных полей различных анализаторов. Под рецептивным полем центрального нейрона обычно понимают ту зону периферической части анализатора, стимуляция которой вызывает реакция в данном нейроне. Так, например, если при регистрации спонтанной активности нейрона сенсомоторной коры раздражение передней правой лапы животного вызывает активацию этого нейрона, то поверхность передней правой лапы и будет рассматриваться как рецептивное поле этого нейрона. Другой пример: регистрация активности нейрона зрительной области коры или наружного коленчатого тела (НКТ); стимуляция точечным «засветом» той зоны сетчатки, которая вызывает реакцию нейрона и будет его рецептивным полем. Детальное исследование рецептивных полей зрительных нейронов было проведено Хюбелом и Визелом [14], за что эти авторы были удостоены Нобелевской премии. В работах Мелдерса и Годфрейнда [15] было четко продемонстрировано расширение рецептивных полей НКТ во время «реакции пробуждения». Аналогичные изменения были описаны для корковых и подкорковых отделов других анализаторов, создавая условия для «наилучшего на них отпечатка внешнего раздражения».

Следует отметить, что рецептивное поле нейрона состоит из возбуждающего центра и тормозной периферии. Последняя создается за счет того, что приходящее к нейрону возбуждение, заставляет их разряжаться, активируя тормозные интернейроны, которые это возбуждение ограничивают. Такой механизм является универсальным для нейронных сетей, предохраняющим их от бесконтрольного распространения возбуждения по нейронным цепочкам, «раскачивания» всей нейронной сети, что может привести к возникновению эпилептической активности. Этот же механизм возвратного «латерального» торможения лежит в основе формирования рецептивных полей нейронов. Таким образом, расширение рецептивных полей обусловлено подавлением латерального торможения, за счет активации структур мозга, обеспечивающих реакцию пробуждения. Значительный вклад в понимание механизмов подавление возвратного торможения кортикальных нейронов во время ориентировочной реакции внесли работы В.Г. Скребицкого, который один из первых в мире осуществил внутриклеточную регистрацию работы корковых нейронов бодрствующего животного (кролика) [16, 17]. Им было показано, что во время действия стимула, вызывающего ОР, происходит подавление медленной волны фокальных ответов на вспышки света в зрительной области коры головного мозга животного.

172

DOI: 10.22204/2410-4639-2017-094-02S-168-173

В.Г. Скребицкий. Высшая нервная деятельность. История изучения ориентировочного рефлекса

Внутриклеточный анализ показал, что эта медленная волна отражает суммарный тормозной постсинаптический потенциал (ТПСП) большого числа пирамидных нейронов коры. Подавление ТПСП, т.е. торможение торможения, приводит к усилению начального разряда нейрона, что и лежит в основе расширения рецептивного поля. Морфологической основой «торможения торможения» в кортикальных нейронах послужили работы, показавшие, что нейроны базальных ганглиев оканчиваются на определенной группе тормозных интернейронов коры, которые, в свою очередь, тормозят другие интернейроны. Таким образом, во время ОР и сопровождающего его arousal происходит растормаживание нейронов первичных воспринимающих областей коры головного мозга, что приводит к улучшению восприятия во всех анализаторных системах. Интересно, что, как показал А.Я. Супин [18] в работе, посвященной зрительной системе, расширение рецептивных полей нейронов сопровождается некоторым снижением их дирекциональной чувствительности.

Это наблюдение логично укладывается в общую концепцию биологической значимости ОР. Действительно, когда возникает стимул, вызывающий ОР, животному важно быстро оценить биологическую значимость этого стимула, чему способствует расширение рецептивных полей всех анализаторов; менее значимые характеристики стимула, такие как детали его перемещения, отступают на второй план.

Таким образом, отечественными учеными был внесен значительный вклад в одну из важнейших проблем высшей нервной деятельности – механизмы ориентировочного рефлекса. Следует отметить, что, хотя в западной литературе термин «ориентировочный рефлекс» (в отличие от термина «условный рефлекс») не прижился, все равно, базисные процессы, лежащие в основе «настороженности», arousal, т.е. реакции на новый неожиданный стимул, в рамках проблемы ОР были исследованы достаточно полно и эти работы занимают достойное место в истории физиологии в нашей стране.

ЛИТЕРАТУРА

1.И.П. Павлов

Двадцатилетний опыт объективного изучения высшей нервной деятельности (поведения) животных. Москва: Наука, 1973. – 670 с.

2.Е.Н. Соколов

Нейрональные механизмы ориентировочного

поведения. Нейрофизиологические механизмы внимания. Москва: МГУ, 1979. – 215 с.

3.О.С. Виноградова, Д.Ф. Линдсли

Угашение реакций на сенсорные стимулы

одиночных нейронов зрительной коры

неанестезированных кроликов // Журн. высш. нервн. деят., 1963. Т. 13, №2. С. 207–217.

4.Основы психофизиологии: Учебник / Под ред. Ю.И. Александрова. Москва: ИНФРА-М, 1997. – 349 с.

5.R. Naatanen, P. Paavilainen, H. Tiitinen, D. Jiang,

K. Alho

Attention and mismatch negativity // Psychophysiology, 1993. V. 30, Iss. 5. Pp. 436–150.

6.E.N. Sokolov

Foreword // R. Naatanen. Attention and brain function. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates, 1992. –

494 pp.

7.О.С. Виноградова

Ориентировочный рефлекс и его

нейрофизиологические механизмы. Москва: Изд-во АПН, 1961. – 206 c.

8.О.С. Виноградова

Гиппокамп и память. Москва: Наука, 1975. – 239 с.

9.O.S. Vinogradova

Functional Organization of the Limbic System in the Process of Registration of Information: Facts and Hypotheses // The Hippocampus. Eds R.L. Isaakson, K.H. Pribram. New-York: Plenum Press, 1984. Pp. 1–69.

10.O.S Vinogradova

Expression, control, and probable functional significance of the neuronal theta-rhythm // Progr. Neurobiol., 1995. V. 45, Iss. 6. Pp. 523–583.

11.И.М. Фейгенберг

Мозг, психика, здоровье. Москва: Наука, 1972. –

111 с.

12.И.М. Фейгенберг

Клинические нарушения взаимодействия анализаторов. Москва: Медицина, 1975. – 168 с.

13.И.И. Гуревич, И.М. Фейгенберг

Какие вероятности «работают» в психологии // Вероятностное прогнозирование в деятельности человека. Под ред. И.М. Фейгенберга, Г.Е. Журавлева. Москва: Наука, 1977. – 392 с.

14.D.H. Hubel, T.N. Wiesel

Receptive fields of single neurones in the cat’s striate cortex // J. Physiol., 1959. V. 148, Iss. 3. Pp. 574–591.

15.M. Meulders, J.M. Godfraind

Influence du réveil d’origine réticulaire sur l’étendue des champs visuels des neurones de la région genouillée chez le Chat avec cerveau intact ou avec cerveau isolé //

Exp. Brain Res., 1969. V. 9, Iss. 3. Pp. 201–220.

16. V.G. Skrebitsky

Postsynaptic inhibition in photically evoked responses and its change during distraction of the animals // Brain Res., 1969. V. 14, Iss. 2. Pp. 510–512.

17.V.G. Skrebitsky, I.N. Sharonova

Reticular suppression of flash-evoked IPSPs in visual cortex neurons // Brain Res., 1976. V. 111, Iss. 1. Pp. 67–78.

18.А.Я. Супин

Нейронные механизмы зрительного анализатора. Москва: Наука, 1974. – 172 с.

DOI: 10.22204/2410-4639-2017-094-02S-168-173

173

Достижения Казанской физиологической школы за последние 100 лет

The Kazan Physiological School Achievements

for the Last 100 Years

 

А.Л. Зефиров

Сто лет назад в Петрограде было образовано

Преподавание физиологии началось на ме-

Российское физиологическое общество, призван-

дицинском факультете с первого года основания

ное объединить всех физиологов России. Казанская

Казанского Императорского университета (1804)

физиологическая школа, одна из старейших в Рос-

(рис. 1). 7(5) ноября 1804 г. российский император

сии, получила широкое признание в отечественной

Александр I подписал Утвердительную грамоту

физиологии и медицине. Всем известно высказыва-

и Устав Казанского Императорского университета,

ние Ивана Петровича Павлова, который, оценивая

согласно которым предусматривалось четыре от-

труды казанских физиологов, писал: «С полным ос-

деления, в том числе отделение врачебных и ме-

нованием можно говорить о целой физиологической

дицинских наук. В 1806 г. была открыта первая

школе». Традиционными для Казанской физиоло-

кафедра анатомии, физиологии и судебной врачеб-

гической школы являются высокое методическое

ной науки на медицинском факультете, а в 1876 г. –

совершенство, тесная связь морфологии и физио-

вторая, на естественно-математическом отделении

логии, постоянный интерес к деятельности нервной

университета [1].

системы и регуляции физиологических функций,

Начало развития экспериментальной физиоло-

а также к процессам передачи информации в цен-

гии в Казанском Императорском университете свя-

тральных и периферических синапсах. Становле-

зано с именем Филиппа Васильевича Овсянникова

нию и развитию школы способствовали широкие

(1827–1917). Благодаря его усилиям в начале 60-х гг.

связи с другими физиологическими школами стра-

на медицинском факультете Казанского универси-

ны, особенно с московской и петербугской, а так-

тета сформировалось морфофизиологическое на-

же дружественные и творческие отношения с зару-

правление исследований.

бежными коллегами-физиологами. В данной статье

Следующий этап истории физиологии Казан-

будут изложены основные достижения Казанской

ского университета связан с профессором, дека-

физиологической школы за последние 100 лет.

ном медицинского факультета, а позже ректором

Рис. 1. Императорский Казанский университет во второй половине XIX в.

174

DOI: 10.22204/2410-4639-2017-094-02S-174-188

А.Л. Зефиров. Достижения Казанской физиологической школы за последние 100 лет

Рис. 2. Здание лабораторий медицинского факультета, 1896 г.

университета Николаем Осиповичем Ковалевским (1840–1891). В течение четверти века (1865–1891 гг.) в университете – единственном в то время на востоке России высшем учебном заведении – с большим успехом изучали вегетативные функции организма.

По инициативе Ковалевского была создана первая в России лаборатория по изучению кровообращения, построено здание лабораторий медицинского факультета (1890) (рис. 2).

В 1891 г. руководителем физиологической лаборатории медицинского факультета Казанского университета был назначен Николай Александрович

Миславский (1854–1928). Его исследования о строении и расположении дыхательного центра получили всемирное признание [2].

ВКазанском университете к концу XIX – началу

ХХвв. складывалось отношение к физиологии как лидирующей науке в образовании врача и подготовке научных кадров. В физиологической лаборатории казанские клиницисты получали солидную физиологическую подготовку, здесь они учились «думать физиологически». Среди них – терапевты, хирурги, окулисты, педиатры и др. Вот некоторые известные имена: академики А.В. Вишневский

Н.А. Миславский и преподаватели Казанского университета (примерно 1909–1911 гг.)

DOI: 10.22204/2410-4639-2017-094-02S-174-188

175

100 ЛЕТ ФИЗИОЛОГИИ В РОССИИ

А.Ф. Самойлов, 1903 г.

иВ.В. Чирковский, Р.А. Лурия, Н.К. Горяев, А.Г. Терегулов, И.В. Домрачев. В Казани работали известные отечественные специалисты: академики В.М. Бехтерев, В.В. Парин, И.П. Разенков, К.М. Быков, член-корреспондент АМН СССР А.В. Кибяков

иМ.В. Сергиевский, академики АН УССР Ф.Н. Серков и Д.С. Воронцов, член-корреспондент АН БССР И.А. Ветохин и многие другие [3].

В1863 г. медицинский факультет университета поставил вопрос о создании ветеринарного отделения. Ветеринарный институт как самостоятельное учреждение был открыт в 1873 г. Физиологическая лаборатория в этом институте была организована в 1904 г., а кафедра физиологии – в 1910 г. Основные научные направления деятельности кафедры были заложены профессором Константином Рафаиловичем Викторовым (1878–1958).

В30–60-е гг. XIX в. в университете существовал Педагогический институт, позднее он вышел из состава университета и преобразовался в самостоятельный институт, в котором в 1950 г. была создана кафедра анатомии и физиологии (заведующий Осман Джамалетдинович Курмаев (1903–1981)).

В1930 г. из Казанского университета был выведен медицинский факультет и создан медицинский институт (ныне Казанский государственный медицинский университет).

Физиологические исследования в Казани осуществляются и в других научных учреждениях. Так, в Казанском научном центре РАН по инициативе академика Евгения Евгеньевича Никольского в 1993 г. в Казанском институте биохимии и биофизики создана лаборатория биофизики синаптиче-

ских процессов, а в физико-техническом институте в 1989 г. – лаборатория биофизики (заведующий, профессор Халил Латыпович Гайнутдинов).

Основные направления физиологических исследований

Научные интересы физиологов Казани в ХХ в. складывались из вопросов физиологии нервной системы и нервной регуляции физиологических функций. Можно выделить следующие традиционные для Казанской физиологической школы направления исследований: 1) электрофизиологические исследования возбудимых тканей; 2) физиологическая роль медиаторов; 3) молекулярные механизмы передачи возбуждения в нервно-мышечном синапсе;

4)тонические рефлексы и управление движениями;

5)регуляция работы сердца.

Электрофизиологические исследования возбудимых тканей

Начало ХХ в. для Казанской физиологической школы связано с именем Александра Филипповича Самойлова (1867–1930). 3 октября 1903 г. он был избран заведующим кафедрой зоологии, сравнительной анатомии и физиологии на естественноматематическом отделении университета (1903– 1930 гг.). Позднее руководил кафедрой физиологии в Московском университете (с 1924 г.), с 1929 г. – также кафедрой нормальной физиологии медицинского факультета Казанского университета.

С приходом Самойлова произошло техническое «перевооружение» физиологической лаборатории. Он имел отличную физиологическую подготовку, полученную в школах выдающихся физиологов И.П. Павлова и И.М. Сеченова и за рубежом. В 1906 г. приобрел струнный гальванометр, созданный голландским профессором В. Эйнтховеном,

спомощью которого впервые в России были зарегистрированы кардиограммы сначала здорового, а потом больного человека, а также кардиограммы различных животных (рис. 3). Самойлов создал первую в России электрофизиологическую лабораторию, которая почти двадцать лет оставалась единственным в России центром обучения электрофизиологическому методу исследования. Здесь получили подготовку многие видные отечественные ученые: И.С. Беритов, М.Н. Ливанов, Ф.Н. Серков, В.В. Парин и др. Академик В.В. Парин, ученик Самойлова, писал: «Сюда, как паломники в Мекку, съезжались со всей России физиологи, чтобы научиться работать

сэйнтховенским струнным гальванометром – святая святых лаборатории» [5].

Самойловым проведены многочисленные исследования, положившие начало современной фундаментальной и клинической электрокардиографии, заложены основы клинической физиологии.

176

DOI: 10.22204/2410-4639-2017-094-02S-174-188

А.Л. Зефиров. Достижения Казанской физиологической школы за последние 100 лет

Рис. 3. Установка из двух струнных гальванометров в лаборатории А.Ф. Самойлова (снимок 1928–1930 гг.).

На IV Всесоюзном съезде физиологов (1930 г., Харьков) на заседании, посвященном проблемам электрофизиологии, Самойлов выступил с обзорным докладом «Электрофизиологический метод

вучении о рефлексах» [6], который вызвал большой интерес. С тех пор электрофизиологический метод становится основным не только в фундаментальных, но и в прикладных исследованиях.

Исследования в области электрофизиологии были продолжены Даниилом Семеновичем Воронцовым (1886–1965), который заведовал кафедрой физиологии в университете в 1930–1935 гг. Им установлено, что нервный импульс, кроме обычных быстрых токов действия, сопровождается длительной следовой электроотрицательностью. Исследуя механизм пессимального торможения нервно-мы- шечной передачи при помощи отведения токов действия мышцы, Д.С. Воронцов показал (1937 г.), что одним из механизмов такого торможения является взаимодействие нервных импульсов в нервных окончаниях. Серия работ Воронцова посвящена выяснению природы медленных электрических колебаний, возникающих в центральной нервной системе (ЦНС) и распространяющихся вдоль спинномозговых корешков. Он впервые зарегистрировал положительные электротонические потенциалы

ввентральных корешках, а также длительные отрицательные потенциалы в ответ на раздражение мозга [7].

В настоящее время на вооружении казанских физиологов имеются все самые современные электрофизиологические методы регистрации сигналов в нервной системе и других возбудимых клетках. Эти методы вместе с оптическими и методами математического моделирования позволили получить приоритетные данные о молекулярных механизмах межклеточной коммуникации.

Физиологическая роль медиаторов

Задолго до официального утверждения медиаторной теории химические механизмы в осуществлении вегетативной иннервации были продемонстрированы в исследованиях казанских ученых.

В лаборатории Ковалевского И.Г. Навалихин обнаружил так называемое парадоксальное расширение зрачка («Заметка о расширении зрачка при остановке дыхания», 1869) [8]. Это явление наблюдалось в условиях его симпатической денервации. Позднее В.В. Чирковский (в будущем известный офтальмолог, академик АМН СССР) под руководством Миславского в 1904 г. наблюдал расширение денервированного зрачка в ответ на разнообразные чувствительные раздражения. Несомненно, в то время Н.А. Миславский стоял на пороге открытия химического механизма действия симпатических нервов. Однако оно не состоялось, вероятно потому, что был открыт гормон мозгового слоя надпочечников – адреналин. Его действие показалось

DOI: 10.22204/2410-4639-2017-094-02S-174-188

177

100 ЛЕТ ФИЗИОЛОГИИ В РОССИИ

наиболее возможной причиной парадоксального

вырабатывать раздражающее вещество, а другая –

расширения зрачка. Медиаторная теория передачи

способность реагировать на него».

возбуждения была высказана на других основани-

Позже им была высказана гипотеза химического

ях Эллиотом в 1905 г. и доказана О. Леви в опы-

механизма и тормозных процессов. Следует подчер-

тах с гуморальным переносом нервного влияния на

кнуть, что Самойлов даже в виде предположения не

сердце (Нобелевская премия, 1936 г.).

конкретизировал химические вещества, участвую-

Вскоре после первых публикаций О. Леви в до-

щие в передаче возбуждения и торможения. Лишь

кладе на заседании Казанского общества психиатров

через 12 лет после работы Самойлова Г. Дейл пред-

и невропатологов, которое проходило в 1923 г.,

ставил доказательство того, что передача возбуж-

А.Ф. Самойлов изложил химическую теорию пере-

дения с двигательного нерва на скелетную мышцу

дачи возбуждения с двигательного нерва на ске-

осуществляется с помощью ацетилхолина.

летную мышцу, а в следующем году опубликовал

Дальнейшие исследования химических меха-

основные положения этой теории в сборнике, по-

низмов нервной активности в Казани связаны

священном 75-летию И.П. Павлова. Основанием

с именем заведующего кафедрой физиологии ме-

для выдвижения этих предположений явились

дицинского института, члена-корреспондента АМН

электрофизиологические исследования темпера-

СССР Алексея Васильевича Кибякова (1899–1985).

урного коэффициента скорости распространения

В 1930 г. А.В. Кибяков решил выяснить роль хи-

возбуждения по нерву, с одной стороны, и прове-

мических посредников в передаче возбуждения

дение возбуждения в мионевральном соединении –

в межнейрональных синапсах. Воспользовавшись

с другой. На основании этого Самойлов приходит

разработанной незадолго до этого методикой пер-

к заключению, что процесс распространения воз-

фузии верхнего шейного симпатического ганглия

буждения по нерву преимущественно физический,

кошки, Кибяков экспериментально доказал участие

а процесс передачи возбуждения с нерва на мыш-

химического посредника в передаче возбуждения

цу – химический. Он распространил эти взгляды

в синапсе. Результаты этих исследований были опу-

на все случаи синаптических связей: «Обобщая,

бликованы в «Казанском медицинском журнале»

можно сказать, что во всех случаях, когда возбуж-

в статье «О гуморальном переносе возбуждения

дение переходит от одной клетки на другую, будь

с одного нейрона на другой» (1933). На основании

то в синапсе или на границе между нервным и мы-

исследований А.В. Кибяков представил следующие

шечным волокном, такие особенности перехода,

выводы: «1. В симпатической системе переход воз-

как одностороннее проведение, временная задержка

буждения с одного нейрона на другой совершает-

можно объяснить, если принять, что из двух со-

ся при участии химических агентов. 2. Участие

прикасающихся клеток одна приобрела способность

химического фактора обязательно при переходе

А.В. Кибяков и сотрудники кафедры нормальной физиологии Казанского медицинского института, 1945 г.

178

DOI: 10.22204/2410-4639-2017-094-02S-174-188

А.Л. Зефиров. Достижения Казанской физиологической школы за последние 100 лет

возбуждения с одной клетки на другую и в других частях нервной системы. 3. Нам кажется, что функциональные свойства синапса центральной нервной системы находят себе наиболее полное объяснение при представлении о гуморальной передаче возбуждения с одного нейрона на другой».

Исследования Кибякова получили широкую известность и признание. Их специально отметил

всвоем программном выступлении на ХV международном конгрессе физиологов В. Кеннон. Перед конгрессом, который проходил в Ленинграде

в1935 г., он специально посетил Казань, чтобы познакомиться с экспериментами А.В. Кибякова.

Кибяков воспитал целую плеяду ученых – заведующих кафедрами физиологии Казани, которые определили основные направления современных исследований Казанской физиологической школы. В медицинском институте это профессора: И.Н. Волкова (1921–2014), Г.И. Полетаев (1931– 2007), Х.С. Хамитов (1928–2003); в педагогическом

институте – профессор О.Д. Курмаев (1903–1981);

вКазанском университете – И.Г. Валидов (1902– 1968), Л.Н. Зефиров (1926–1996).

Дальнейшие исследования показали, что медиаторы являются не только передатчиками возбуждения в синапсах, но и трофическими агентами, участвующими в регуляции функционального состояния иннервируемого органа или самого синаптического аппарата за счет воздействия на метаболические процессы. Действительно, в настоящее время известны, по крайней мере, несколько десятков возможных медиаторов, относящихся к различным классам химических соединений и обладающими различными механизмами действия.

Всередине ХХ в. в физиологии появился поистине революционный метод микроэлектродной регистрации электрической активности отдельных возбудимых клеток и синаптических образований. С использованием этого метода были выявлены основные закономерности передачи информации

всинаптических образованиях, сформирована квантово-везикулярная теория освобождения медиатора (Бернард Катц, Нобелевская премия, 1970 г.).

Стратегически важными для казанских нейрофизиологов стали работы Германа Ивановича Полетаева на кафедре физиологии медицинского института, который один из первых в России применил микроэлектродную технику при изучении механизмов передачи возбуждения с нерва на мышцу. Важным открытием Полетаева было то, что ацетилхолин, кроме возбуждающего постсинаптического действия, обладает также пресинаптическим влиянием. Под руководством Г.И. Полетаева сложились основные научные группы современной казанской физиологической школы: Е.Е. Никольского, А.Л. Зефирова, Р.А. Гиниатуллина и другие;

было сформировано направление синаптологии. Большое влияние в становлении этого направления оказал академик РАН Л.Г. Магазаник. В результате многолетних исследований удалось понять многие ключевые принципы функционирования и регуляции периферического синаптического аппарата [9].

Молекулярные механизмы передачи возбуждения в нервно-мышечном синапсе

Лаборатория биофизики синаптических процессов Казанского института биохимии и биофизики Казанского научного центра РАН (заведующий академик РАН Евгений Евгеньевич Никольский) «зародилась» в недрах Казанского государственного медицинского университета и открыла возможности для реализации связей между вузовской и академической наукой.

В ходе комплексного исследования Е.Е. Никольским и профессором Э.А. Бухараевой установлено, что кванты, формирующие многоквантовый постсинаптической ответ, не освобождаются одновременно, демонстрируя дисперсию моментов их выделения из нервного окончания, т.е. несинхронность. Проведенные исследования показали, что степень несинхронности выделения квантов зависит от содержания ионов кальция во внеклеточной среде и может модулироваться при участии пресинаптических холино-, адрено- и пуринорецепторов.

Анализ секреции медиатора в синапсах животных, находящихся на разных стадиях постнатального онтогенеза, показал, что в процессе развития синапса происходят значимые перестройки в работе его нейросекреторного аппарата. Было выявлено, что именно низкопороговые долгоживущие потенциалзависимые кальциевые каналы L-типа, которые локализованы на достаточно большом расстоянии от участка секреции, обусловливают более высокую степень несихроннности выделения квантов в синапсах новорожденных животных. Сочетание методов иммуногистохимии и электрофизиологической

Г.И. Полетаев за экспериментом, 1965 г.

DOI: 10.22204/2410-4639-2017-094-02S-174-188

179

100 ЛЕТ ФИЗИОЛОГИИ В РОССИИ

Коллектив лаборатории биофизики синаптических процессов

регистрации позволило установить наличие разных типов потенциалзависимых Са2+-каналов, подтипы никотиновых и мускариновых ауто- и пуриновых рецепторов. Изменение их активности при различных режимах ритмической стимуляции двигательного нерва влияет на состояние внутриклеточного кальциевого метаболизма и параметры синаптической передачи возбуждения. Так, Л.Ф. Нуруллиным показано, что в синапсах лягушки помимо основного типа потенциалзависимых кальциевых каналов N-типа существуют и другие: P/Q-, L- и R-типы.

Оказалось, что именно через каналы N-типа реализуется пресинаптическое угнетающее нейросекрецию действие соединений, активирующих холинорецепторы. С использованием специфических кальцийчувствительных красителей Д.В. Самигуллиным было показано, что активация тубокураринчувствительных и мускариновых рецепторов М2-подтипа приводит к снижению входа ионов кальция в нервную терминаль, вызывая угнетение секреторного процесса. Было установлено, что в терминальной части двигательного нервного окончания, где реализуется процесс секреции нейромедиатора, происходит локальный синтез белка SNAP25, входящего в состав комплекса белков SNARE, а также деградация матричной РНК SNAP25. Интенсивность этих процессов влияет на уровень квантового выделения медиатора. Было предположено, что белки «машины экзоцитоза» синтезируются denovo и разрушаются в непосредственной близости от тех отделов терминали, где выполняется их основная функция.

Методом флуоресцентного анализа А.И. Скоринкиным проведена оценка интегрального кальциевого транзиента в двигательном нервном окончании лягушки. Разработанная на ее основе математическая модель позволила оценить изменение внутриклеточной концентрации ионов кальция

вответ на развитие пресинаптического потенциала действия, величину входящего кальциевого тока и содержание мобильных и фиксированных кальциевых буферов в аксоплазме.

Применение методов математического моделирования (Е.В. Ковязина) позволило установить, что наличие избыточного давления внутри синаптических везикул приводит к тому, что процесс экзоцитоза может сопровождаться формированием «микроструек», или направленного выброса содержимого везикулы в синаптическую щель. Избыточное давление может быть обусловлено как поверхностным натяжением мембраны везикул, так и другими факторами, например градиентом осмотического давления. Последствиями образования «микроструек»

впроцессе экзоцитоза являются значительно более быстрый транспорт медиаторов и комедиаторов через синаптическую щель, снижение вероятности избыточной активации пресинаптических ауторецепторов, а также более эффективное преодоление базальной мембраны в центре синаптической щели.

Е.Е.Никольский и его сотрудники внесли большой вклад в понимание механизма саморегуляции синапса. Профессор Э.А. Бухараева установила, что в основе известного угнетающего синаптическую передачу действия самого ацетилхолина и его

180

DOI: 10.22204/2410-4639-2017-094-02S-174-188