Влияние серотонина и мелатонина на реализацию вызванных ответов скелетных мышц

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

БОИЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра физиологии человека и животных

 

 

ПАНКОВА

Александра Юрьевна

 

ВЛИЯНИЕ СЕРОТОНИНА И МЕЛАТОНИНА НА РЕАЛИЗАЦИЮ ВЫЗВАННЫХ ОТВЕТОВ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ

 

Дипломная работа

 

 

.Научный руководитель

доцент кафедры физиологии

человека и животных, к.б.н.

Руткевич С.А..

 

 

 

 

Допустить к защите

«__»_____________2014 г.

 

Зав. кафедрой физиологии человека и животных

д.б.н., профессор  Чумак А.Г

 

Минск 2014

 

Реферат

Ключевые слова: серотонин, мелатонин, сегментарная возбудимость.

Основная часть 24 с., 10 рис., 24 источника

Объект исследования – лабораторная белая крыса, предмет исследования – вызванные ответы (Н-рефлекс и М-ответ) при стимуляции… веточки большеберцового нерва медиального подошвенного нерва (n. plantaris medialis)

Цель работы: являлось выявление характера влияния  
5-гидрокситриптамина и мелатонина на возбудимость сегментарных соматических мотонейронов крысы.

Используемое оборудование – компьютеризированные электро-физиологические установки, микроскоп, осциллограф.

Основные результаты. Полученные данные экспериментов свидетельствуют:

1. Регистрация Н- и М-ответов мышц задних конечностей (mm. plantaris) у крыс позволила установить, что динамика возникновения и развития вызванных ответов мышц при постепенном увеличении интенсивности раздражающего стимула была типичной для всех млекопитающих. Вместе с тем, полного угнетения Н-рефлекса с увеличением раздражающего стимула не наблюдалось у всех животных, что может быть обусловлено влиянием наркоза.
2. Как внутривенное, так и интратекальное введение серотонина,  приводили к снижению амплитуды Н-рефлекса на 20-22% против фона. Данный факт позволяет предположить, что в условиях увеличения концентрации серотонина в ликвороносном пространстве происходит торможение части сегментарных соматических мотонейронов.
3. Результаты серии экспериментов с введением мелатонина 9 интратекальным и внутривенным) свидетельствуют, что оба способа введения мелатонина, в данных методических условиях, не отражались на реализации вызванных ответов мышц задней конечности крысы. Следует предположить, что либо мелатонин не участвует в регуляции возбудимости сегментарных соматических мотонейронов, либо используемая доза препарата была не эффективна.

 

 

 

 

Содержание

Введение……………………………………………………….....6

Глава 1. Обзор литературы……………………………….…...…8

1.1.История открытия серотонина………………………………8

1.2. Синтез серотонина………………………………….…..……8

 

1.3. «Круговорот» серотонина………………………….……..….9

1.4. Рецепторы серотонина в тканях………………….……….…9

1.5. Физиологические эффекты  серотонина………….…………11

1.6. Мелатонин в организме………………………….…………..14

1.7. Организация серого  и белого вещества спинного  мозга…..15

1.8. Рефлекторные функции  спинного мозга……………………17

Глава 2. Материал и методы исследований……………………..20

Глава 3. Результаты исследований……………………………….22

3.1. Реализация Н-ответов в острых опытах на наркотизированных животных в контроле……………………………………………………………23   3.2. Реализация Н-ответов в острых опытах на наркотизированных крысах после внутривенного и интратекального введения 5-гидрокситриптамина………………………………………………24

3.3. Реализация Н-ответов  в острых опытах на наркотизированных  крысах после внутривенного и  интратекального введения мелатонина

………………………………………………………………………25

Выводы………………………………………………….………….28Список литературы………………………………………………..29

 

Список используемых сокращений

 

5-HT ― 5-гидрокситриптамин

NMDA ― N-метил-D-аспартат

ЖКТ  ― желудочно-кишечный тракт

АТФ ―аденозинтрифосфат

ГАМК-– γ-аминомасляная кислота

НС – нервная система

ЦНС – центральная нервная система

МВ – медленные волны

ПД – потенциал действия

 

 

 

 

Введение

 

Серотонин почти одновременно открыли в качестве сывороточного сосудосуживающего фактора (1948) и энтерамина, секретируемого энтерохромаффиновыми клетками слизистой оболочки кишечника. В 1951 г. было расшифровано химическое строение серотонина и он получил новое название — 5-гидрокситриптамин (5-HT). В организме млекопитающих он образуется гидроксилированием аминокислоты триптофана с последующим декарбоксилированием. 90% серотонина образуется в организме энтерохромаффиновыми клетками слизистой оболочки всего пищеварительного тракта. Внутриклеточный серотонин инактивируется моноаминоксидазой, содержащейся в митохондриях. Серотонин внеклеточного пространства окисляется перулоплазмином. Большая часть вырабатываемого серотонина связывается с кровяными пластинками и по кровяному руслу разносится по организму. Другая часть действует в качестве местного гормона, способствуя авторегулированию кишечной перистальтики, а также модулируя эпителиальную секрецию и всасывание в кишечном тракте. Серотонинергические нейроны широко распространены в центральной нервной системе. Они обнаруживаются в составе дорсального и медиального ядер шва продолговатого мозга, а также в среднем мозге и варолиевом мосту. Серотонинергические нейроны иннервируют обширные области мозга, включающие кору больших полушарий, гиппокамп, бледный шар, миндалину, область гипоталамуса. Интерес к серотонину был привлечен в связи с проблемой сна. При разрушении ядер шва животные страдали бессонницей. Сходный эффект оказывали вещества, истощающие хранилище серотонина в мозге.

Действие серотонина на мотонейроны спинного мозга описано в литературе. Приводятся данные как о возбуждающих эффектах, так и о тормозных. Так, в препаратах спинного мозга 5-HT и N-метил-D-аспартат (NMDA) вызывали локомоторную активность, но 5-HT оказывал различное влияние на интернейроны, участвующие в координировании движений правой и левой конечностей [18].

В доступной литературе практически отсутствуют сведения о влиянии мелатонина на возбудимость нервных центров, регулирующих локомоторную функцию. Известно, что снижение секреторной активности эпифиза у больных эпилепсией сопровождается более низкими уровнями мелатонина и более частыми приступами, снижение ночной секреции мелатонина выявлено у лиц страдающих от болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера [7]. Тот же источник указывает,  что мелатонин в нервной системе может проявлять свойства, как ингибитора глутаматных рецепторов, так и активатора ГАМК–рецепторов.

Таким образом, упомянутое выше позволяет предположить опосредованное участие мелатонина в регуляции возбудимости мотонейронов

Целью работы являлось выявление характера влияния  
5-гидрокситриптамина и мелатонина на возбудимость сегментарных соматических мотонейронов крысы.

Для достижения цели были выдвинуты следующие задачи:

–  проанализировать электрофизиологические параметры вызванных ответов (Н-рефлекса и М-ответа) мышц подошвенной поверхности стопы в контрольной группе крыс;

– определить характер влияния 5-гидрокситриптамина и мелатонина на возбудимость соматических мотонейронов крысы при внутривенном введении влиятелей;

– установить влияние 5-гидрокситриптамина и мелатонина на возбудимость сегментарных соматических мотонейронов в условиях интратекального введения препаратов.

 

 

Глава 1.Обзор литературы

1. История открытия серотонина

Наличие неизвестного вещества крови, которое сужает сосуды, стало известно в середине XIX века, благодаря работам Карла Людвига. В 1935 году итальянским фармакологом Витторио Эрспамером впервые было экстрагировано вещество из слизистой ЖКТ, сокращающее гладкую мускулатуру. Однако, некоторые считали, что это был всего лишь адреналин, но только через два года ему удалось доказать, что это вещество было ранее неизвестный амин. Он назвал это вещество— «энтерамином»[13]. В 1948 году Морис Раппорт, Арда Грин и Ирвин Пейдж в Кливлендской клинике обнаружили сосудосуживающее вещество в сыворотке крови, которое назвали «серотонином». Структура этого вещества, которую предложил Морис Раппорт, в 1951 году была подтверждена химическим синтезом. В 1952 году было доказано, что энтерамин то же самое вещество, что и серотонин [14]. В 1953 году нейрофизиологам Ирвин Пейдж и Бетти Твэрег удалось обнаружить серотонин в головном мозге [15].

1.2 Синтез серотонина

Под действием фермента моноаминооксидазы (МАО) серотонин превращается в 5-гидроксииндолальдегид, который, в свою очередь, может обратимо превращаться в 5-гидрокситриптофол под действием алкогольдегидрогеназы. Необратимо 5-гидроксииндолальдегид под действием ацетальдегиддегидрогеназы превращается в 5-гидроксииндолуксусную кислоту, которая затем выводится с мочой и калом. Серотонин является предшественником мелатонина, образующегося под действием фермента эпифиза ААНАТ в эпифизе. Также, превращаясь с помощью МАО в 5-гидроксииндол-3-ацетальдегид, он может под действием альдегидредуктазы превратиться в триптофол, а под действием ацетальдегидрогеназы-2— в оксииндолуксусную кислоту (5-HIAA). Серотонин может принимать участие в формировании эндогенных опиатов, вступая в реакцию с ацетальдегидом с образованием гармалола.

1.3.«Круговорот»  серотонина

Синтезированный нейроном серотонин закачивается в везикулы. Этот процесс является протон-сопряженным транспортом. В везикулу с помощью протон-зависимой АТФазы закачиваются ионы H+. При выходе протонов по градиенту в везикулу поступают молекулы серотонина.

Далее, в ответ на деполяризацию терминали, серотонин выводится в синаптическую щель. Часть его участвует в передаче нервного импульса, воздействуя на клеточные рецепторы постсинаптической мембраны, а часть возвращается в пресинаптический нейрон с помощью обратного захвата. Ауторегуляция выхода серотонина обеспечивается путем активации пресинаптических 5-НТ рецепторов, запускающих каскад реакций, которые регулируют вход ионов кальция внутрь пресинаптической терминали. Ионы кальция, в свою очередь, активируют фосфорилирование фермента 5-триптофангидроксилазы, обеспечивающей превращение триптофана в серотонин, что приводит к усилению синтеза серотонина. Норадреналин также тормозит выброс серотонина.

Обратный захват производится транспортером серотонина, двенадцатидоменным белком, производящим натрий-калий-сопряженный транспорт. Вернувшийся в клетку медиатор расщепляется с помощью моноаминооксидазы (МАО) до 5-гидроксилиндолилуксусной кислоты.

Химизм транспортных систем серотонина также подобен таковым норадреналина.

1.4. Рецепторы серотонина в тканях

Рецепторы серотонина представлены как метаботропными, так и ионотропными. Всего насчитывается семь типов таких рецепторов, 5-HT 1-7, причем 5-НТ 3 ионотропные, остальные - метаботропные, семидоменные, G-белок-сцепленные:

•5-HT 1 тип, насчитывающий несколько подтипов: 1А-E, которые могут быть как пре- так и постсинаптическими, подавляет аденилатциклазу;

•5-НТ 4 и 7 - стимулируют аденилатциклазу;

•5-HT 2, насчитывающий несколько подтипов: 2А-C, которые могут быть только постсинаптическими, активирует инозитолтрифосфат;

•5-HT 5A подтип также подавляет аденилатциклазу.

Краткая информация о серотониновых рецепторах, их распределении, внутриклеточных механизмах действия, функциях: 
•подтип 5-НТ1А: локализация - ядро шва; эффекторная система - ингибирование аденилатциклазы; функция – ауторецептор; 
•5-НТ1B: черная субстанция - ингибирование аденилатциклазы – ауторецептор; 
•5-НТ1D: сосуды головного мозга - ингибирование аденилатциклазы - суживание сосудов;  
•5-НТ1E: кора, полосатое тело - ингибирование аденилатциклазы; 
•5-НТ1F: головной мозг, периферия - ингибирование аденилатциклазы;  
•5-НТ2А: тромбоциты, гладкие мышцы, кора - активация фосфолипазы С - агрегация тромбоцитов, сокращение мышц, нейрональное возбуждение; 
•5-НТ2В: дно желудка - активация фосфолипазы С – сокращение; 
•5-НТ2С: хориоидное сплетение - активация фосфолипазы С; 
•5-НТ3: периферические рецепторы - ионный механизм (образование каналов – увеличение проницаемости натрия и калия) - нейрональное возбуждение, высвобождение сротонина;

•5-НТ4: гиппокамп, желудочнокишечный тракт - активация аденилатциклазы - нейрональное возбуждение, высвобождение ацетилхолина. 
Для некоторых типов рецепторов обнаружены эндогенные лиганды, помимо серотонина. Это, например, 5HT-модулин (Leu-Ser-Ala-Leu), лиганд 1B и 1D Структура серотонина имеет сходство со структурой психоактивного вещества ЛСД. ЛСД действует как агонист некоторых 5-HT рецепторов и ингибирует обратный захват серотонина, увеличивая его содержание. Эти рецепторы обнаружены в ЖКТ, ЦНС, кровеносных сосудах, гладкой мускулатуре, тромбоцитах [14].

1.5. Физиологические эффекты серотонина

Физиологические функции серотонина чрезвычайно многообразны. Серотонин «руководит» очень многими функциями в организме [5]. При снижении серотонина повышается чувствительность болевой системы организма, то есть даже самое слабое раздражение отзывается сильной болью.

Серотонин как нейромедиатор

Серотонин играет роль нейромедиатора в ЦНС. Серотонинергические нейроны группируются в стволе мозга: в варолиевом мосту и ядрах шва. От моста идут нисходящие проекции в спинной мозг, нейроны ядер шва дают восходящие проекции к мозжечку, лимбической системе, базальным ганглиям, коре. При этом нейроны дорсального и медиального ядер шва дают аксоны, различающиеся морфологически, электрофизиологически, мишенями иннервации и чувствительностью к некоторым нейротоксичным агентам, например, метамфетамину [13].