CC BY
176
REINFORCEMENT IN CORTEX NEURONS INTEGRATIVE ACTIVITY
V.F. Volkov
The spike activity of visual and parietal cortex neurons was registered in pre-trained cats during operant feeding behavior.
Changes in experimental situation such as delay and repeal of supporting led to changes of neuronal synaptic activation, and some neurons reorganized patterns of spike activity as compared with standard behavioral acts; the changes in spike activity reflect the alterations in neuronal integrative state.
© Смирнов В,М., 1999 УДК 612.819.913+612.898
ДВОЯКОЕ ВЛИЯНИЕ БЛУЖДАЮЩЕГО И СИМПАТИЧЕСКОГО НЕРВОВ НА МОТОРИКУ ЖЕЛУДКА И КИШЕЧНИКА
В.М.Смирнов
Российский государственный медицинский университет, Москва.
Статья посвящена исследованию роли различных отделов автономной (вегетативной) нервной системы в регуляции моторики желудочно-кишечного тракта. Особое внимание уделено изучению синаптических механизмов эффкторных нейронов, симпатических и парасимпатических нервов, оказывающих влияние на двигательную активность желудка и кишечника.
Еще в конце прошлого века было установлено, что раздражение большого чревного нерва может вызвать не только торможение, но иногда и усиление сокращений желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Стимуляция блуждающего нерва также нередко сопровождается тормозным эффектом вместо стимуля-торного. На протяжении текущего столетия в лабораториях различных стран предпринимались попытки изучить необычные влияния вегетативных нервов на моторику ЖКТ. Однако механизмы этих феноменов до сих пор не ясны. Кроме того, в последние 20 лет интерес к ним явно угас из-за нерегулярной встречаемости эффектов и их малой значимости по мнению некоторых исследователей.
В частности, I. Ке\уеМег не смог выявить тормозного эффекта у кошек при раздражении блуждающего нерва в шейном его отделе, в то время, как раздражение грудных или поддиафраг-мальных стволов блуждающего нерва сопровождалось как усилением, так и угнетением моторики тонкой кишки. Тормозной эффект выключался блокадой чревных нервов, спинно-мозговой
анастезией, а также инъекцией гуанити-дина. По мнению 1. КехуеШег торможение кишечных сокращений с помощью блуждающего нерва обусловлено антидромной активацией высокопороговых волокон дуги тормозного кишечнокишечного рефлекса. Предполагается также, что тормозной эффект является результатом раздражения симпатических волокон, проходящих в стволах грудного и субдиафрагмального отделов блуждающих нервов [3].
Среди ряда гипотез, объясняющих причины усиления моторной активности желудочно-кишечного тракта при раздражении симпатического нерва следует назвать: холинергическую, адренергическую и серотонинергическую гипотезы. Согласно первой из них усиление сокращений желудка и кишечника при стимуляции симпатического нерва объясняется возбуждением парасимпатических волокон заднекорешкового происхождения [4]. Не исключено, что так называемое симпатическое усиление сокращений желудочно-кишечно-го тракта может реализоваться с помощью адренергических структур, так как по данным некоторых авторов [8] в ин-
трамуральном аппарате кишечника имеются адренорецепторы, выполняющие возбуждающую функцию. В последние годы получен ряд экспериментальных фактов, свидетельствующих о том, что осуществление стимуляторного феномена может происходить вследствие возбуждения серотонинергических нервных волокон, предположительно входящих в состав симпатических нервов [6]. Кроме того, существует точка зрения, что стимуляторный эффект является результатом активации тонких афферентных волокон по механизму аксон-рефлекса [9].
Целью настоящей работы является изучение механизмов двоякого влияния вегетативных нервов на моторику ЖКТ.
Методика исследования
Опыты выполнены на 11 кошках обоего пола массой 1,5 - 2,5 кг и на 31 беспородной собаке обоего пола, массой 7-10 кг, в возрасте 2-5 лет. Кормление животных прекращалось за 10-12 час до эксперимента. Опыты ставили в условиях хирургической стадии этами-налового наркоза ( 60 мг/кг, внутримышечно), двусторонней шейной вагото-мии. Эксперименты на собаках выполнены в условиях вскрытой грудной клетки и , естественно, при искусственной вентиляции легких (аппарат РО-6), грудная клетка у кошек не вскрывалась и дышали они спонтанно. Торакотомию у собак осуществляли в 9-ом межребе-рье справа. Периферический отрезок симпатического ствола раздражали в грудной полости, где он не содержит парасимпатических волокон вагусного происхождения [1]. Перерезали блуждающий нерв на шее и симпатический ствол на уровне VI грудного позвонка и раздражали его на уровне IX грудного позвонка в области формирования из нескольких веточек большого чревного нерва:длительность импульсов 1,5 мс, амплитуда 1-3-5-10-15 В, частота 1,3,7,10,20 Гц; стимулятор ЭСЛ-2, биполярные вилочковые из позолоченной
проволоки электроды диаметром 0.5 мм с межэлектродным расстоянием 2 мм; длительность раздражающей серии 30 с.
Механическую деятельность желудка и двенадцатиперстной кишки оценивали с помощью регистрации внутриполостного давления баллонографической методикой. Запись осуществляли на полиграфе "П6401", посредством внешнего, высокой чувствительности электронного датчика "ЕМТ-35;0-30 шш Датчики находились на
уровне органов и соединялись неспадающими трубками из термопластичной пластмассы с герметичными баллончиками, находящимися в желудке и кишке. Длина баллончиков соответствовала размерам желудка и двенадцатиперстной кишки животного (10-17 см). Баллончик заполняли теплой дистиллированной водой(38 С0) на 2/3 его объема и, естественно, при нулевом давлении в нем, что обеспечивало расположение баллончика внутри органов в соответствии с их рельефом.
Для блокады различных звеньев и отделов вегетативной нервной системы применяли перерезку нервов и фармакологические препараты, которые вводили внутривенно.
Двигательную активность желудка и кишки оценивали по абсолютным (мм.рт.ст.) и относительным показателям - градиенту давления в его полости (мм.рт.ст.). Под градиентом давления мы понимали разницу величин давления в органах во время раздражения и до раздражения. Подсчет производили в течение 1 мин. до начала каждого раздражения блуждающего или симпатического нервов и в течение 1 минуты от начала раздражения, т.е. 30 с. во время раздражения и 30 с. после раздражения, поскольку эффект имел некоторый латентный период и последействие.
Результаты исследования и их обсуждение
В первой серии экспериментов на 11 кошках убедились в том, что раздражение периферического отрезка право-
го блуждающего нерва на шее, действительно, может вызывать не только стимуляцию, но и торможение сокращений тонкой кишки. Тормозной эффект был устойчивым при повторных раздражениях. При этом раздражения сильной и средней интенсивности (5-15В, 15-30 Гц, 1-2 мс) вызывали обычно усиление сокращений кишки, что выражалось в увеличении давления в ее полости с 4,1+0,8 до 12,2+1,5 мм рт.ст. (на 200%; р
< 0,001, рис. 1.1). Дыхание не изменялось (рис. 1.4), частота сердечных сокращений и артериальное давление резко уменьшалось (рис. 1.2). Слабые раздражения (0,5-2,5В, 1-30 Гц, 0,3-1 мс) блуждающего нерва вызывали противоположные тормозные реакции, выра-
жающиеся в понижении давления в полости кишки с 12,0+1,6 до 5,7+0,8 мм рт.ст. (на 52%, р < 0,001) при интенсивной фоновой перистальтике (рис. 1.3) и с 7,2 +1,2 до 4,9+0,7 мм рт.ст (на 31 %, р
< 0,02) при более слабой фоновой перистальтике. Дыхание и деятельность сердца не изменялись (рис. 1.4, 1.5). Частота сокращений кишки при слабых и средней интенсивности раздражениях блуждающего нерва существенно не изменялась. В отдельных опытах изменялся и этот показатель, но в целом по серии, вследствие нередкого развития тонических сокращений кишки при раздражениях блуждающего нерва, частота практически не изменялась и составляла 11-13 в мин.
тттптитпптт».
2
щипочтитпищщ'чр
Икки.
5
Рис.1. Стимуляция моторики тонкой кишки (1) и торможение работы сердца (2) у кошки при раздражении блуждающего нерва средней интенсивности (5В, 20 Гц, 1 мс ), а также торможение перистальтики кишки (3), отсутствие изменений дыхания (4) и работы сердца (5) при слабом раздражении вагуса (0,6В, 10 Гц, 0,5 мс ) у кошки. Шкала для кишки 10 мм рт.ст, для артериального давления 100 мм рт.ст. Отметка времени 5с - верхняя линия, она же - отметка раздражения (прямая часть линии).
5. Зак. 2450.
Следует отметить, что тормозной эффект до введения фармакологических препаратов с учетом всех серий опытов регистрировался у подавляющего большинства (до 90%) подопытных животных. Однако степень его выраженности сильно варьировала и развивался он в условиях наших опытов в различных сериях в 20-30% случаев от общего числа всех слабых раздражений. В одной трети случаев реакция органа на раздражение нерва вообще отсутствовала. Причиной отсутствия реакции кишки в этих случаях при такой интенсивности раздражения, по-нашему мнению, является одинаковая степень выраженности возбуждающих и тормозных влияний блуждающего нерва на деятельность органа. Подобное заключение обосновывается тем, что при еще более слабых раздражениях блуждающего нерва вообще не возникало ни угнетение, ни усиление сокращений кишки, а при раздражении средней и большой силы (5-15 В) возникало только увеличение двигательной активности кишки. В этом случае возбуждающее влияние вагуса превалировало над тормозящим. Результаты первой серии опытов свидетельствуют также и о том, что возбудимость тормозных механизмов, запускаемых блуждающим нервом, выше, нежели стимулирующих. По поводу механизмов стимуляторного эффекта известно, что он осуществляется с помощью интрамуральных холинергических нейронов, синаптически связанных с преганглионарными парасимпатическими волокнами вагуса. С помощью каких нейронов и рецепторов осуществляется тормозной эффект пока неясно.
Значительно чаще встречался стимуляторный эффект при раздражении симпатическиго нерва: в опытах на желудке до 70-90% от всех раздражений, в опытах на двенадцатиперстной кишке - до 50-60% от всех проб. В выполненных ранее нами экспериментах [6] получен ряд фактов, свидетельствующих о том, что усиление сокращений желудка, возникающее при раздражении симпатического ствола в грудной
полости у собак, может осуществляться с помощью серотонинергических нервных волокон, предположительно имеющихся в его составе. С целью дальнейшего изучения нашего предположения необходимо было проверить возможное участие в осуществлении изучаемого явления а- и Р- адренорецепторов, а также 5-НТ, 2- серотонинорецепторов, локализованных на гладкой мускулатуре желудочно-кишечного тракта [5, 11].
В отдельной серии продолжили исследования свойств изучаемых нервных волокон симпатического ствола, стимулирующих сокращения желудка. С этой целью проанализировали характер ответов органа у 22-х интактных собак (до введения фармакологических препаратов) на раздражение стимулами 10В различной частоты (1-10 Гц). При увеличении частоты раздражения увеличивалось и число животных, у которых выявлялись стимуляторные реакции желудка; количество же животных, у которых регистрировалось отсутствие реакции - уменьшалось.
Принципиальным отличием полученных нами результатов является то, что раздражение симпатического ствола в грудной полости, вызывает чаще не угнетение, как следовало ожидать, а усиление сокращений органа (рис. 2-А). Это является новым и неожиданным фактом. Ранее стимуляторный эффект считался нерегулярным, второстепенным [2, 9].
При всех частотах раздражающих импульсов наблюдается увеличение гидростатического давления в полости желудка, которое является достоверным (р<0,05). Средние цифры прироста давления составили: для частоты 1 Гц -0,77 мм.рт.ст.; 3 Гц - 4,07 мм.рт.ст.; 7 Гц - 3,9 мм.рт.ст.; 10 Гц - 3,52 мм.рт.ст.
Далее мы изучили частоту встречаемости и степень выраженности стимуляторного эффекта при раздражении симпатического нерва различной интенсивности при постоянной частоте импульсов 20 Гц, поскольку ранее мы обнаружили, что при этой частоте раздражения исследуемый феномен выявляет-
ся чаще. В данной серии опытов выявили, что с увеличением интенсивности раздражения симпатического нерва до 10В возрастали и частота встречаемости и степень выраженности эффекта. При интенсивности раздражения 15В стиму-ляторная реакция возрастала незначительно.
При проведении фармакологического анализа феномена вначале изучали частоту встречаемости его в условиях блокады а-и р- адренорецепторов фен-толамином и обзиданом соответственно. С этой целью проанализировали 45
реакций желудка на раздражение симпатического ствола у 9-ти животных: до введения фармакологических препаратов и на фоне совместного действия фентоламина и обзидана.
При этом мы учитывали возможность частичной блокады серотонино-рецепторов фентоламином [11]. Однако совместное действие фентоламина и обзидана не только не уменьшало так называемое симпатическое усиление сокращений желудка, а, напротив, способствовало его проявлению (см. рис. 2Б).
В
Рис 2: Реакции желудка на раздражения симпатического ствола (10В; 20Гц) в условиях действия различных фармакологических препаратов:
А- до введения адреноблокаторов. Б- на фоне действия адреноблокаторов. В-на фоне совместного действия адреноблокаторов и лизергола.
Так, при частоте раздражения 20 нения адреноблокаторов) до 1,0
Гц величиной раздражающего стимула мм.рт.ст.(на фоне действия адренобло-
ЗВ градиент гидростатического давле- каторов), 5 В с 0,49 до 4.76 мм.рт.ст.,
ния возрастал с 0,3 мм.рт.ст.(до приме-
10В с 2,51 до 7,27 мм.рт.ст., 15 В с 2,67 до 8,12 мм.рт.ст. соответственно.
Полученные данные согласуются с результатами предшествующих наших экспериментов [6].
Затем этим же животным, на фоне продолжающегося действия фентоламина и обзидана вводили лизергол (бло-катор 5-НТг,2- серотонинорецепторов гладкой мускулатуры) в дозе 1 мг/кг и снова раздражали симпатический ствол. Оказалось, что блокада 5-НТ,.2- серотонинорецепторов либо полностью устраняла стимуляторный эффект, либо существенно его ослабляла (см. рис. 2,В).
В заключение сравнили показатели прироста гидростатического давления при раздражении симпатического ствола на фоне действия различных фармакологических препаратов. Оценку показателей осуществляли с помощью непараметрических критериев.
При величине раздражающего стимула 1В различий нет, ЗВ - различия в изменении прироста давления до и после лизергола не существенны, а при раздражении 5В,10В и 15В различия достоверны (р<0,05)
Кроме того, мы изучили влияние самих фармакологических препаратов на двигательную активность желудка до стимуляции симпатического ствола. Среднее значение внутриполостного давления на фоне действия фентоламина и обзидана составило 11,34 мм. рт.ст.,на фоне совместного действия адреноблокаторов и лизергола - 10.77 мм.рт.ст. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что введение лизергола не оказывает существенного влияния на фоновую моторную активность желудка (р>0,05) и, следовательно, не искажает результаты фармакологического анализа.
Таким образом, оценивая результаты, полученные в серии экспериментов с лизерголом пришли к заключению, что эффекторный нейрон может являться серотонинергическим и реализовать свое влияние на сокращения гладкой мускулатуры желудка с помощью 5-НТ1,2-серотонинорецепторов.
Следовательно, результаты настоящих и ранее выполненных нами экспериментов [6, 7], а также данные литературы о наличии 5-НТ|.2-серотони-норецепторов на гладкой мускулатуре желудочно-кишечного тракта [5, 11] позволяют прийти к следующему заключению о природе исследуемого феномена. Увеличение моторной активности желудка при раздражении симпатического ствола осуществляется с помощью нехолинергических и неадренергических нервных волокон,входящих в его состав. Эти нервные волокна, по-видимому, являются преганглионарны-ми серотонинергическими и образуют синапсы в вегетативных ганглиях на серотонинергических нейронах, возбуждение которых и ведет к усилению сокращений желудка. Подобные этим результаты мы получили ранее и в опытах на двенадцатиперстной кишке [7]. Все изложенное позволяет предположить, что в организме имеется серото-нинергический отдел вегетативной нервной системы, оказывающий сильное стимуляторное влияние на сокращения желудочно-кишечного тракта. Стимуляторное влияние настолько сильное, что при одновременном возбуждении изучаемых нами волокон и тормозных адренергических волокон обычно наблюдается усиление сокращений ЖКТ.
Что касается механизма торможения сокращений кишки, возникающего при раздражении блуждающего нерва, то он изучен еще недостаточно. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, код проекта 98-04-48995.
ЛИТЕРАТУРА
1. Булыгин И.А., Лапша В.И., Бочарова В.Н., Вылегжанина Т.А. Гистохимическое исследование холинергических и адренергических волокон в преганглионарных и посганглионарных симпатических нервах // Докл. АН БССР, - 1976. - Т. 20, № 5. - С. 465-467.
2. Богач П.Г. Механизмы нервной регуляции моторной функции тонкого кишечника. - Киев: КГУ. 1961.
3. Богач П.Г. Двигательная деятельность желудка и механизмы ее регуляции // Руководство по физиологии пищеварения. - Л., 1974. - С. 474-523.
4. Кен-Куре К. Значение блуждающего нерва в парасимпатической иннервации органов брюшной полости // Сов. невропатология, психиатрия, психогигиена. - 1935. - Т. 4, в. 2. - С. 146-150.
5. Пидевич И.Н. Фармакология серотонинреак-тивных структур. - J1.: Медицина, 1977.
6. Смирнов В.М., Kneeifoe В.А., Лычков А.А., Попова Л.М, Смирнова Н.А. Механизм стимуляции двигательной активности желудка большим чревным нервом // Физиол. журн. им. И.М.Сеченова. - 1986. - Т. 72.. № 5. - С. 650-655.
7. Смирнов В.М., Свешников Д.С., Мясников И. Л. Исследование механизма усиления сокращений двенадцатиперстной кишки при раздражении симпатического ствола // Бюл. эксперим. биологии и медицины. - 1997. - Ха 1. - С. 11-14.
8. Caron М., Lefkowitz R. Catecholamine receptors. Structure, function, and regulation // Recent Prog. Horm Res. - 1993. - V. 48. - P. 277-283.
9. Delbro D., Lisander B. Non-adrenergie cholinergic excitatory pathways in the sympathetic supply to the feline stomach. An efferent system or afferents
with excitatory axon collaterals // Acta Phisiol. Scand. - 1980.-V. 110, №2.-P. 137-144.
10. Kewenter J. The vagal control of the jejunal and ileal motility and blood flow // Acta Physiol., Scand. -1965,- V. 65., Suppl. 251. - P. 1-68.
11. Zifa E. Fillion G. 5-Hyroxytriptamine Receptors // Pharmacol. - 1992. - Rew. 44 (3). - P. 402-440.
DOUBLE INFLUENCE OF VAGUS NERVE AND SYMPATHETIC NERVE ON MOBILITY OF STOMACH AND INTESTINE
V.M. Smirnov
The article is devoted to research of the role of different sections of autonomous (vegetative) nervous system in the regulation of mobility of gastroenteric tract. Special attenlion is given to the study of synaptic mechanism of effectoric neurons of sympathetic nerves and parasympathetic nerves, that exert influence on motor activity of stomach and intestines.
© Белов А.Ф., 1999 УДК 612.821.6
РОЛЬ ПОДКРЕПЛЕНИЯ И НЕПОДКРЕПЛЕНИЯ КАК СИСТЕМООБРАЗУЮЩИХ ФАКТОРОВ В ФОРМИРОВАНИИ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОГО ПОВЕДЕНИЯ ЖИВОТНЫХ. (Системная теория образования замыкательной функции мозга)
А. Ф.Белов
Рязанский государственный медицинский университет им. академика И.П.Павлова
В работе обсуждается феномены подкрепления и неподкрепления условных сигналов, которые сопровождаются характерными изменениями высшей нервной деятельности. Автор суммирует и обобщает экспериментальные данные, полученные сотрудниками кафедры нормальной физиологии РязГМУ (1963-1999). Неподкрепление рассматривается в качестве одной из форм системообразующих факторов отрицательных условных рефлексов и формулируется системная теория образования замыкательной функции мозга.
К величайшим открытиям XX века несомненно относится учение И.П. Павлова о высшей нервной деятельности (ВНД). Метод условного рефлекса триумфально обошел все физиологические лаборатории мира. Далеко не всеми учеными он вначале был признан, однако в дальнейшем был оценен как объективный метод изучения сложных форм целенаправленного поведения животных. В основе образования условных рефлексов лежит возникновение или устранение замыкательных связей. Главным звеном в рассматриваемых процессах было подкрепление индифферент-
ных сигналов или неподкрепление ранее выработанных положительных условных рефлексов. Первые способствовали возникновению замыкательных связей положительных рефлексов, вторые (неподкрепление) обеспечивали образование отрицательных условных рефлексов (внутреннее торможение).
Самым удивительным представлялось то, что неподкрепление^ т.е^ отсутствие реального стимула1 становилось стимулом для возникновения поведенческих реакций отрицательного характера. Это недоумение было в
