Глава 8. Центральные и эфферентные механизмы осморегулирующей системы.

В своё время ещё Вернеем было показано, что в супраоптическом и паравентрикулярном ядрах гипоталамуса локализованы механизмы осморегуляции. Супраоптическое ядро построено из крупноклеточных нейронов, обладающих способностью к нейросекреции. Их тростки проходят в срединном возвышении, образуя супраоптикогипофизарный тракт и оканчиваясь в виде нейровазальных синапсов на портальных сосудах аденогипофиза и капиллярах нейрогипофиза. Нейросекрет синтезируется в теле нейрона в районе ядра и представляет собой мельчайшие пылевидные частицы. По мере удаления от ядра к периферии цитоплазмы частицы постепенно укрупняются, оформляясь в довольно большие гранулы, хорошо выявляемые методом Гомори. Эти гранулы часто называют гомориположительным материалом.

С током аксоплазмы гранулы продвигаются по аксонам супраоптикогипофизарного тракта в заднюю долю гипофиза, где накапливаются в виде крупных(50 нм) пузырьков в нейровазальных синапсах. Кроме этих пузырьков, в окончаниях обнаруживаются обычные синаптические пузырьки, содержащие, как полагают, ацетилхолин.

Есть основание полагать, что гранулы, синтезированные в перикарионе нейрона, являются специфическим белком, из которого далее по мере продвижения к нейрогипофизу образуются два нейрогипофизарных гормона – окситоцин и вазопрессин. Этот процесс осуществляется отщепления боковых полипептидных цепочек.

Всё сказанное о супраоптическом ядре может быть в равной мере отнесено и к паравентрикулярному ядру. Ранее считали, что вазопрессин образуется в супраоптическом, а окситоцин – в паравентрикулярном ядрах. Теперь, после рабьот Оливеркрона [Olivercrona,1957], большинство исследователей считают, что оба ядра в равной степени участвуют в производстве обоих гормонов.

При рассмотрении проблемы осморегуляции наибольший интерес представляет выяснение вопроса об осмотической чувствительности нейронов гипоталамических центров.

В первых своих работах Верней, полагал, что способностью к восприятию изменений осмолярности тканевой жидкости обладают пустотелые нейроны, напоминающие своим устройством осмометры. В таком нейроне почти всё тело занято большой вакуолью, содержащей жидкость со стабильной эталонной осмотической концентрацией, равной 300 мосмолям, т.е. той величиной, которая должна поддерживаться в жидкостях внутренней среды организма. Полупроницаемые стенки нейрона делают его способным набухать и сморщиваться в зависимости от осмолярности окружающей среды. Эти механические, по сути дела, изменения вызывают приступы возбуждения и выделение в кровь определённого количества вазопрессина.

Повышение осмолярности крови в сонной артерии ведёт к сморщиванию нейронов и их активации. Импульсы передаются соседним нейронам, не обладающим осмочувствительностью, возбуждают их и распространяются в нейрогипофиз. В результате увеличивается секреция вазопрессина и возрастает Реабсорбция осмотически свободной воды в дистальном отделе нефрона.

При гипоосмии эти процессы протекают в противоположном направлении. В нейрон поступает вода, он набухает, активность его снижается, и выделение воды тормозится. Диурез соответственно возрастает, и организм освобождается от излишков воды.

Гистологическое исследование позволило обнаружить в супраоптическом ядре весьма ограниченное количество нейронов (около 30 штук), напоминающих осморецепторы Вернея, и практически до сих пор остаётся неясным, являются ли эти нейроны осморецепторами или пикнотизированными дегенерировавшими клетками.

После опубликования работы Е.Вернея [Verney,1957] стали появляться электрофизиологические исследования, в которых делалась попытка проверить его теорию осморегуляции.

Первым исследованием, внёсшим несомненный и существенный вклад в решение проблемы, была работа Б.А.Кросс и И.Д.Грина [Cross,Green,1959]. В этой работе на кроликах с помощью микроэлектродной методики авторы изучали электрическую активность нейронов супраоптического ядра и смежных областей. Растворы хлорида натрия и декстрозы вводились с таким расчётом, чтобы осмотический сдвиг в сонной артерии не превышал 20%.

Было установлено, что по характеру ответа нейроны ядра и прилежащей области делятся на две группы. Первая реагирует как на осмотические раздражения, так и на другие воздействия, вторая отличается высокой специфичностью и отвечает только на осмотическое раздражение. Нейроны первой группы разбросаны на довольно обширной территории. Нейроны второй локализованы главным образом в самом ядре и прилегающей к нему зоне шириной примерно 1-1,5 мм. Именно их авторы работы предлагают считать осморецепторами.

Ховард и Винцент [Hayward,Vincent,1970] тщательно изучали гипоталамический осморегулирующий центр на обезьянах. Опыты производились в хронической методике. Животные находились в специальном станке, ограничивающем их движение, но не вызывающем отрицательных эмоций. Вольфрамовые электроды с помощью специального устройства, укреплённого на черепе, вводились в район супраоптического ядра гипоталамуса. Посредством этих электродов биопотенциалы отводились от отдельных нейронов ядра. В кровоток сонной артерии через зонд инъецировали 0,5-1,0 мл изотонических и гипертонических(0,45 ммоль)растворов хлорида натрия, декстрозы и т.д. в течение 4-5 с. По подсчётам авторов осмотический сдвиг в крови сонной артерии при этом достигал 10-20%(30-60 мосм/л) исходного уровня.

В результате исследования 130 нейронов установлено, что 105 из них обладают чувствительностью к осмотическому раздражению. Причём в этой группе 52 нейрона (получившие название специфических) отвечали только на осмотическое раздражение, а 53(неспецифических) реагировали также на другие сенсорные и эмоциональные раздражения.

В группе специфических нейронов 21 клетка изменяла свою активность двухфазно. Вначале в течение 4 с активность увеличивалась, а затем на протяжении 5-12 с возникало торможение, которое сменялось восстановлением фона. Такие нейроны обнаружены в самом супраоптическом ядре. Остальные 31 нейрон отвечали на раздражение однофазно, из них 21 клетка активизировалась, и 10 клеток тормозились. Эти нейроны располагались на расстоянии 0,5-1 мм от супраоптического ядра.

Авторы полагают, что нейроны, отвечавшие двухфазной реакцией, относятся к нейросекреторным, а однофазной – к настоящим осморецепторам, описанным Вернеем.

В группе неспецифически реагировавших нейронов было 53 клетки: 35 из них активизировались и 17 тормозились различными раздражителями. Все эти нейроны располагались в антелатеральной области гипоталамуса и, по мнению авторов, должны быть отнесены к вставочным, обеспечивающим конвергенцию импульсов на нейронах супраоптического ядра.

В работах, опубликованных в более позднее время[Hayward,Jennings,1973a], авторы вновь возвратились к изучению супраоптического ядра обезьян при осмотическом раздражении. Подробно исследуя нейроны, отвечающие только на осмотический сдвиг, они смогли разделить их на три группы: молчащие-3%,нгенерирующие редкие импульсы -21% и работающие в частом ритме -63%. Иногда клетки обнаруживали регулярный циклический тип активности (326 нейронов), при котором 5-секундные периоды импульсации сменялись 12-секундными периодами молчания. Для других нейронов была характерна апериодическая активность. На основании проведённого исследования авторы высказывают предположение о существовании возвратной коллатеральной системы от нейрогипофиза к супраоптическому ядру, подавляющей активность его нейронов. Существованием такой системы они объясняют двухфазность и циклическую природу спонтанной активности нейронов ядра.

В том же году появляется работа Дж Хайварда и Д. Дженнингса[Hayward,Jennings,1973b] , в которой они пытаются установить связь между характером электрической активности и функцией нейрона. По их мнению, молчащие клетки занимаются синтезом и транспортом гормонов. Клетки, находящиеся в состоянии непрерывной, длительной активности, обеспечивают постоянную фоновую секрецию нейропептидов. Нейроны, обладающие низкочастотной активностью, вызывают периодическое выделение гормонов. Авторы справедливо замечают, что такая классификация предположительна, поскольку нельзя на основании электрического ответа достоверно судить о функциональном значении того или иного нейрона.

Электрофизиологическое изучение ядер гипоталамуса подтвердило теорию Вернея, однако оно не вскрыло механизма восприятия осмотического раздражителя и не дало возможности решить важный для всей проблемы вопрос о природе рецепции. Осталось неясным, что является раздражителем для нейронов - осмотический сдвиг или изменение концентрации натрия. Вокруг этой проблемы и развёртывается в настоящее время дискуссия.

Б.Андерсоном[Anderssone.a.,1969] в районе третьего мозгового желудочка были обнаружены нейроны, раздражение которых раствором хлорида натрия вызывало торможение гидруреза и натриуреза. Введение же гипертонических растворов (сахарозы и т.п.), не содержащих натрия, не вызывало подобного эффекта. Реакция на раствор хлорида натрия потенцировалась ангиотензином. Хлорид натрия и ангиотензин, введённые отдельно, вызывали более слабую реакцию, чем введённые совместно.

Все эти факты позволили Б.Андерсону высказать предположение о локализации в гипоталамической области на дне третьего желудочка нейронов, чувствительных к изменению содержания натрия, которые, возбуждаясь, способны влиять на основные почечные процессы, обеспечивающие водно-солевой баланс, организма, экскрецию воды и натрия, и регулировать потребление воды организмом. Ангиотензин, по мнению Б. Андерсона, сам может возбуждать эти нейроны, а способствуя проникновению в них натрия, усиливать его действие [Andersson,Westbye,1970; Anderssone.a.,1970].

Б.Андерсон высказывает сомнение относительно осморецепторной природы открытого Вернеем механизма. По его мнению, осморецепторы реагируют на изменение концентрации натрия, а не на осмотические сдвиги и являются, следовательно, натриорецепторами.

Эту точку зрения поддерживают Tornborough e.a.[1973], получившие в опытазх на кощшках при введении в кровоток сонной артерии гипертонических растворов хлорида натрия и сахарозы натриуретическую реакцию только на натрийсодержащие растворы. Они также приходят к заключению, что на дне третьего желудочка локализованы натриорецепторы.

Более осторожный и, как нам кажется, более правильный вывод делают из своих опытов Е.Блейн и др.[Blayne e.a.,1975]. Они вводили в сонную артерию овцам гипертонические растворы хлорида натрия, сахарозы и фруктозы. Им удалось показать, что антидиурез и натриурез наблюдаются при введении всех гипертонических растворов. Авторы приходят к заключению, что раздражители оказывают действие, как своими осмотическими свойствами, так и содержанием натрия и что, следовательно, в гипоталамической области имеются как осмо -, так и натриорецепторы.

Вся приведённая выше литература посвящена электрофизиологической разработке теории Вернея. В ней нет данных о гипоталамусе как центре осморегулирующих рефлексов. Однако уже в схеме осморегулирующего рефлекса А.Г.Гинецинского гипоталамическая область признана центральным звеном механизма.

Об этом же свидетельствовали многочисленные опыты на гипофизэктомированных и нейрогипофизэктомированных собаках, у которых делалась попытка вызвать осморегулирующий рефлекс раздражением осморецепторных полей различных органов. Результаты всегда были одинаковыми – осморегулирующий рефлекс не проявлялся [Кузнецова,1968,1969;Финкинштейн,1968,1972;Саксонова,1972].

Первые электрофизиологические исследования центральной части осморегулирующего рефлекса были проведены Б.Ф.Толкуновым(1960,1962 а, в).

Экспериментируя на кошках и кроликах, он обнаружил, что при осмотическом раздражении печени изменение электрической активности возникает как в её нервах, так и в нейронах супраоптического ядра. Этим исследованием впервые электрофизиологическим путём подтверждалось существование в печени, почках и других органах периферических осморецепторов. Впервые был показано, что импульсы от них направляются к нейронам супраоптического ядра, которые под их влиянием меняют свою электрическую активность.

Более подробно нейрональные отношения в центре осморегулирующего рефлекса изучались М.Б. Матвеевой и В.В.Осиповичем(1969,1970), Матвеевой(1981), также экспериментировавшими на кошках, но с применением более свершенной электрофизиологической методики.

Металлическими микроэлектродами М.Б. Матвеева регистрировала потенциалы нейронов супраоптического и паравентрикулярного ядер. Она показала, что эти клетки обладают спонтанной активностью, генерируя импульсы частотой 1-3 в секунду. Такая частота сохранялась и при полной изоляции гипоталамуса от источников периферической импульсации и большей части центральной нервной системы(serveau-isole). Частотно-интервальный анализ спонтанной активности показал, что она чрезвычайно устойчива и на неё не влияют даже высокие перерезки стволовой части головного мозга.

Осмотическое раздражение рецепторного аппарата печени путём введения в кровоток воротной вены 1-1,5 мл раствора хлорида натрия с концентрацией 883 ммоль/л вызывало закономерное увеличение нейрональной активности исследуемых ядер. Спустя 1,5-2 мин наблюдалось увеличение частоты спайков до 15-20 в секунду, достигавшее максимума на 4-6-й мин и длившееся 15-20 мин.

До раздражения рецепторов нейроны гипоталамических ядер работали асинхронно, часть из них генерировала импульсы частотой 1-3 в секунду, другие вообще не обладали активностью. Под действием раздражения активность большинства нейронов (75% всех обследованных) увеличивалось, у 12% нейронов, наоборот, наблюдалось урежение, а у 11% нейронов вообще не было реакции на раздражение.

Сопоставление во времени изменений нейрональной активности, увеличения антидиуретической активности крови и изменения почечной функции показало высокую корреляционную зависимость между этими процессами.

После раздражения рецепторов через 1-2 мин начиналось увеличение активности нейронов ядер, достигавшее максимума спустя 4-5 мин и продолжавшееся 15-20 мин. Примерно в это же время происходило увеличение вазопрессорной активности крови и развивалась почечная антидиуретическая реакция, которая в дальнейшем затягивалась д 40-70 мин.

Столь чёткое совпадение во времени отдельных звеньев реакции указывало на причинную связь между ними и делало убедительными полученные данные.

В работе М.Б. Матвеевой была сделана попытка определить, к каким нейронам центра направляется информация от различных рецептивных зон. Для этого регистрировалась реакция отдельных нейронов супраоптического ядра при раздражении осморецепторного поля печени и левого предсердия. В начале раздражению подвергалась печёночная зона, затем – предсердная. Обнаружилось, что импульсы от различных осморецепторных зон либо непосредственно конвергируют на одном нейроне, либо опосредованно, через цепи других нервных клеток.

По типу реагирования нейроны супраоптического ядра напоминают нейроны ретикулярной формации, на которых тоже конвергируют различные сенсорные пути. Однако этим сходство и ограничиваются. В ретикулярной формации ответ нейрона одинаковый независимо от того, какие пути были возбуждены. В супраоптическом же ядре ответ зависит от раздражаемого рецепторного поля, и он не идентичен при раздражении печени и левого предсердия. Кстати, эти различия в определённой степени свидетельствуют о неодинаковой роли отдельных осморегулирующих рефлексов, входящих в состав осморегулирующей системы.