CC BY
12РЕАБИЛИТАЦИЯ КАМИЛЛО ГОЛЬДЖИ. СТО ДЕСЯТЬ ЛЕТ СО ДНЯ ПОЛУЧЕНИЯ НОБЕЛЕВСКОЙ ПРЕМИИ ВЕЛИКИМИ НЕЙРОГИСТОЛОГАМИ
О.С. Сотников
Лаборатория функциональной морфологии и физиологии нейрона (зав. лаб. - проф. О.С. Сотников) Института физиологии им. И.П. Павлова РАН, г. Санкт-Петербург
CAMILLO GOLGI REHABILITATION. ONE HUNDRED AND TEN YEARS FROM THE DATE OF RECEIVING THE NOBEL PRIZE GREATNEUROHISTOLOGYST
O.S. Sotnikov Laboratory of functional morphology and physiology of the neuron (Head of the Laboratory -... Professor OS Sotnikov) Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences, St. Petersburg
АННОТАЦИЯ
Анализ прежней литературы демонстрирует объективную возможность обнаружения ряда морфологических признаков, подтверждающих реальность существования свойств ретикуляризма в нервной системе. Доказательства Шеррингтона опровергли главный закон нейронистов динамической поляризации нейронов. После выявления щелевых контактов (g.j.) обнаружилась адгезионная связь нейритов, их высокая электрическая метаболическая проницаемость и кумулятивное взаимодействие. Приведенные данные демонстрируют, что g.j. могут превращаться в синцитиальные перфорации, а последние при благоприятных условиях переходить в дикарионы. Предполагается единство всех отмеченных процессов.
ABSTRACT
Analysis of the literature shows the same objective the ability to detect a number of morphological traits, confirming the reality of retikulyarizm properties of the nervous system. Evidence Sherrington disprove of neyronists main law of dynamic polarization of neurons. After the detection of gap junctions (g.j.) revealed adhesive neurites bond, their high electric and metabolic constant and cumulative metabolic. These data demonstrate that g.j. may be converted into syncytial perforations, and the last move in dikaryons under favorable conditions. It is assumed the unity of all processes marked.
Ключевые слова: нейронизм и ретикуляризм, щелевые контакты, синцитиальные перфорации, дикарионы, процесс демембранизации.
Key words: neyronizm and retikulyarizm, gap junction, foramen syncytial, dikaryons, demembranization processus.
Заглавие своей знаменитой книги "Neuron Theory or Reticular Theory? великий Santiago Ramon y Cajal [23] завершил вопросительным знаком не случайно. Настоящий исследователь, возглавив пламенную дискуссию века, победил, но оставил вопрос для будущих поколений мыслителей и их теорий. Ведь недаром же многие крупные ученые во главе с Bartolomeo Camillo Golgy придерживались теории ретикуляризма в нервной системе, а некоторые, даже в ее пользу иногда отказывались от нейронной доктрины [1]. О дискуссии нейронистов и ретикуляристов опубликовано большое количество полноценных обзоров [13; 15]. Но современные исследования рождают новые идеи и позволяют снова вернуться к рассмотрению нейронной и ретикулярной теории. Исполнилось ровно 110 лет со дня одновременного присуждения единой Нобелевской премии двум великим нейрогистологам. Возможно, это уникальное в нобелевской истории событие было мудрым предвидением продолжения этой дискуссии титанов и непредсказуемости научной мысли. Наверное, пришло время, отдав должное заслуженным, знаменитым нейро-гистологическим данным великого Кахаля и прекрасной методике электронной микроскопии, окончательно решившей вопрос о наличии межклеточных химических синапсов и торжестве идей нейронистов, оценить значение новых фактов, имеющих принципиальное значение в решении дискуссии нейронизма и ретикуляризма. Сам анализ этой дискуссии, к сожалению, проведен недостаточно. Кахалем приведены блестящие препараты и замечательный, бесспорный материал гистологических структур центральной и периферической нервной системы, кстати, полученный с помощью методики, изобретенной
ретикуляристом Гольджи. Однако в этой работе нет анализа объективных причин и морфологических предпосылок, позволяющих оппонентам так долго и упорно отстаивать свои гистологические данные. Автор отмечает только субъективные причины: ошибки фиксации и недостаточно успешные методики окрашивания препаратов в руках исследователей. Основные данные нейронной теории получены при исследовании гистологических препаратов, на которых хорошо выявляются контрастно окрашенные тела одиночных нейронов, и четкие аксо-соматические терми-нали (рис. 1), тогда как сторонники ретикулярной теории нередко ссылались на препараты (рис. 1) запутанной "мешанины" незримо тонких фибрилл, которые "теряются в диффузной сети серого вещества" в "филиале бесконечности", как писал Гольджи. Естественно поэтому Гольджи не мог не стать ретикуляристом [15]. Возможно, это является одной из первых объективных причин рождения противоречивых идей исследователей. Переплетения волокон логично воспринимались как непрерывная сеть (rete).
Рис. 1. Различия в исследованиях объектов нейронистов и ретикуляристов. а - при слабоимпрегнированных телах нейрона с резко аргентофильными синаптическими терминалями (S. Ramon y Cajal, 1900); б - сложноорганизованный нейропиль без видимых терминалей (С. Golgi, 1906). Импрегнация азотокис-лым серебром.
Светооптические микроскопы с разрешением до 0.2 мкм (по Э. Аббе) также не могли уверенно претендовать на абсолютные доказательства наличия межклеточных контактных промежутков. Естественно, основная идея сторонников Гольджи о цитоплазматической непрерывности волокон в сплетениях не могла быть ни абсолютно доказана ретикуляристами, ни уверенно опровергнута нейронной доктриной. Убедительным доказательством правоты нейронной доктрины, как известно, явилась теория "Динамической поляризации нейрона", авторами которой считались A. Van Gehuchten [34] и S. Ramon y Cajal [21]. Эта теория предполагала, что распространение импульсов в нервной системе происходит только в одном направлении: от дендритов чувствительного нейрона к окончаниям двигательного нейрона, но не наоборот. Кахаль подтвердил свою приверженность этой идее в Нобелевской лекции [22]. Такие представления не могли быть совмещены
с теориеи синцитиальнои сети и вызвали отрицательную реакцию Гольджи [16]. Эти экспериментальные данные еще тогда могли бы стать основой, опровергающей ортодоксальные, убеждения нейронистов. Оказывается, нервный импульс может двигаться не "по прямой", а в любом направлении, как, и положено в сетевидной проводящей системе [8]. Еще при жизни Кахаля и Гольджи можно было бы детальнее изучить препараты непрерывных, цитоплаз-матических синцитиев нервных волокон ряда беспозвоночных [4]. Удивительные картины крупных, кольцевидных, бесспорно синцитиально, анастомозирующих между собой групп волокон показаны самим Кахалем. Они сливаются в одно волокно вблизи тела нейрона (рис. 2). Также четко демонстрируется слияние нейритов у аллигатора, соединяющихся в одно волокно с одной миелиновой оболочкой (рис. 2) и перехватом Ранвье. Абсолютные доказательства
Рис. 2. Синцитиальное слияние нервных отростков. а - синцитии полихет (Retzius, 1884); б - синцитии аллигатора (Retzius, 1892); в- процесс слияния растущих чувствительных нейронов (Van Gehuchten, 1897); г - множественные ретикуллярные анастомозы, сливающиеся в один аксон (S. Ramon y Cajal, 1891); 1, 2 - слияние тел нейронов; 3 - последний перехват миелинового волокна; 4 - капилляр; 5 - син-цитиальное слияние нервных тел аллигатора; 6 - ретикулярное слияние отростков тел нейронов аллигатора; 7 - тело нейрона; 8 - слившийся отросток чувствительного нейрона; 9 - аксон; 10 - множественные анастомозы аксона. Стрелки - вероятные токи аксоплазмы различного направления.
слияния нейритов есть и у Ретциуса [26]. Кольцевидные синцитиальные анастомозы после Кахаля неоднократно демонстрировались у одиночных нервных волокон автономной нервной системы [2]. Кахалю [22] были известны
также и убедительные препараты отростков сенсорных Т-образных ганглионарных нейронов задних корешков спинного мозга животных и человека [35], которые в эмбриогенезе претерпевают процесс цитоплазматического
слияния оснований (рис. 2). Следовательно, уже давно можно было признать правомочность синцитиальных связей в нервной системе. Как бы то ни было, но открытие в нервной системе, по нашему мнению, лишили дискуссию: "Нейронная теория или ретикулярная теория" объективных противоречий. Теперь множественные сетевидные подтверждают идеи ретикуляристов о морфологическом и физиологическом ретикулярном объединении нейритов. Вслед за К.С. Шеррингтоном [31] электрофизиологи подтвердили закономерность распространения нервных импульсов в противоположные стороны нервной сети, включая их ориентацию после прохождения Эти современные достижения нисколько не умаляют роль нейронной теории Кахаля, но одновременно выполняют и функциональную роль, предусмотренную Гольджи.
После доказательства межнейронной передачи импульсов с помощью электрических синапсов "триумфальная фигура Кахаля" потускнела [17]. С обнаружением щелевых контактов, имеющих ультрамикроскопические размеры и адгезионно связывающие многочисленные отростки исчезает главный недостаток теории ретикуляристов - невозможность продемонстрировать механическую связь многочисленных смежных волокон внутри нервных сетей. Теперь предвидения сторонников Гольджи не могут быть игнорированы нейронной доктриной. Важнейшим достижением ретикуляризма является также его утверждение относительно общности взаимодействия нейронов в мозгу. "... Я никогда не имел до сих пор причину, чтобы отказаться от концепции, которую я всегда подчеркивал, что нервные клетки вместо того, чтобы работать индивидуально, действуют вместе так, что мы должны думать, что несколько групп элементов осуществляют кумулятивный эффект на периферические органы с помощью всего пучка волокон" [14, с. 216]. Сейчас уже нельзя без представлений ретикуляризма объяснить с помощью только нейронной доктрины возможность превращения хаотической нервной импульсации в ритмическую частоту пачек или коллективное срабатывание, с увеличением амплитуды потенциала, нескольких нейронов [28]. То есть ретикулярная связь "огромного оркестра" электрически взаимодействующих сетей нейропиля способны влиять и на "поведенческие перемены" всего организма [20]. Наличие значительного количества §.}'., формирующих целые цепочки, сети доказывает, что сторонники ретикулярной теории были правы, предполагая наличие активных межволоконных электрических сетей, ажура в бесконечном переплетении нейропиля. Трудно утверждать, что весь прогресс в современной нейрогистологии обусловлен гениальным предвидением идей ВагЫошео СашШо Оо1§1, но одновременно нельзя замалчивать и правоту идеалов ретикуляристов, которые открыли нам путь к признанию исключительной важности плотных сплетений нервных волокон [18]. Здесь данные нейронистов о разобщенности нейронов нельзя отделить от представлений ретикуляри-стов об их анатомической связи. В нейрофизиологии уже давно и подробно исследуются так называемые "смешанные синапсы", у которых морфологические признаки химических синапсов встречаются, вместе с электрическими синапсами [5; 24]. От нейронистов, сторонников Кахаля,
из Мадрида пришло сообщение о возможности локального объединения химических синапсов и синцитиальных перфораций [29]. Однако авторы рассматривают это как исключение нейронной теории Кахаля. Обсуждая проблемы ретикуляризма, нельзя забывать и об идее синци-тиальной связи нервных волокон и тел нейронов. Синци-тиальные перфорации действительно чаще встречаются и могут быть едва заметными на волокнах или очень крупными, занимающими половины диаметра тела клетки. В этих случаях синцитиально связанные нейроны сливаются, образуя клетку с двумя ядрами. Такие двуядерные нейроны известны давно [25]. Однако механизм возникновения этих клеток и их свойства остаются еще малопонятными до сих пор. Естественно напрашивается мысль, не могут ли в основе g.j. синцития находиться одни и те же свойства. Показано, что коэффициент электрического сопротивления в g.j. контактирующих нейронов широко варьирует. Следовательно, не исключена и возможность "запредельных"- колебаний g.j. у этих параметров, включая и диаметры наноскопических коннексиновых каналов. То есть g.j. - это подвижная система пор, размер которых связан со степенью электропроводимости и их механического растяжения. В экспериментах было показано, что через поры щелевых контактов в некоторых случаях проникают и Fura-2, и Calcium Green, слишком большие, чтобы преодолеть поры щелевых контактов [9], как будто бы коннексиновые поры, расширившись, превратились в синцитиальные поры. Показано также, что специфические коннексиновые блокаторы: октанол, галотан и карбе-ноксолен [12] не могут полностью предотвратить эффекты присутствия межклеточных контактов, что, возможно, тоже связано с необычно высокой проницаемостью электрического синапса и с переходом наноскопических кон-нексиновых пор в более широкие синцитиальные поры. Как известно, главным белком, обеспечивающим связь g.j. гиппокампа, является коннексин-36. У позвоночных - это 100%-маркер этих контактов. Тем не менее при исследовании нокаутных животных, лишенных коннексина-36, способность гиппокампа к высокой проницаемости частично сохраняется [33]. Следовательно, помимо g.j. существуют еще какие-то межклеточные поры иной породы, которые не связаны с коннексинами, а имеют синцитий.
Еще в 90-е годы было обнаружено загадочное явление: вирус псевдо-водобоязни низкой вирулентности продемонстрировал способность проникать из нейрона в нейрон через контакты, минуя межклеточную среду [19]. Не вызывает сомнения, что скопление в одном месте нейро-леммы значительного количества белков (коннексинов), а также слияния двух контактирующих липидно-бел-ковых мембран обязательно нарушает гидрофобнообу-словленную геометрическую упорядоченность липидов бислойной мембраны. Это свидетельствует о том, что g.j. являются местом наименьшей устойчивости мембраны, наибольшей её электрической и химической проницаемости. Именно здесь появляются расширенные коннекси-новые каналы. Убедительные данные ряда исследователей доказывают, что именно увеличение числа электрических контактов при ишемии, черепно-мозговой травме и эпилепсии играет важную роль в разрушении нейронов [7].
Авторы предполагают, что механизм "гибели" нервных клеток контролируется механизмом Если согласиться с тем, что мембранный комплекс при патологии является исходным фактором альтерации, то следует признать, наше предположение о том, что могут превращаться в синцитиальные поры и перфорации. Возможно это единый процесс частичной демембранизации нейронов. При наличии большого числа все-таки синцитий в исследованиях регистрируется реже. Причиной этого является сходство обоих процессов и многочисленные ошибки в их дифференциальной диагностике. Обе структуры обладают низким электрическим сопротивлением и высокой проводимостью конкретных красителей [30]. Но именно эти признаки обычно используются для диагностики якобы Как ни странно, но физиологические методы выявления синцитиев фактически отсутствуют, и исследователи зачастую вынуждены принимать за формирующиеся поры и перфорации синцитиума. В изложенной выше концепции остаются нерешенными 4 принципиальных вопроса: 1) действительно ли могут превращаться в синцитии; 2) каков механизм демембранизации нейронов; 3) как возникают двуядерные нейроны; 4) объединены ли эти феномены в единый взаимосвязанный нервный процесс. Перечисленные вопросы и будут целью наших исследований. С обнаружением у ретикулярной теории появился ряд преимуществ: доказательства множественной адгезионной связи волокон, электрическое и частично метаболическое взаимодействие нейронов, способность разностороннего проведения и кумулятивного взаимодействия
цепей и сетей мозга. Одновременно исчезают почти все прежние препятствия, мешающие считать ретикуляризм Гольджи полноценной рабочей теорией нервизма.
Материал и методы. Анализ исследований проведен при изучении работ К. Гольджи, С. Рамон и Кахаля, Г. Ретциуса и других с целью выяснения объективных причин противоречий теорий нейронизма и ретикуляризма. Для этого исследованы старинные рукописи ведущих нейрогистоло-гов. В экспериментах участвовали 196 животных: крысы, кролики, моллюски, лягушки. Животные оперированы после наркотизирования. Для стандартной электронной микроскопии ткань фиксировали в течение 1 часа в холодном 2.5% растворе глютаральдегиде на 0.1 М какоди-латном буфере и в Os4 в течение 1 часа и обрабатывали уранилацетатом. Применяли ультратом Leica EM UC7 (Германия). Контрастировали цитратом свинца. Использовали микроскоп Jeol JEM-1400 (Jeol, Япония) (подробнее см. [3]) Аксоны моллюсков и лягушек обрабатывали 0.4% проназой и после промывки выделяли коллоидную основу аксоплазмы. Затем очищенные тела нейронов сливали путем постоянного сближения в растворе RPMI-1640 (подробнее см. [4]).
Результаты исследования. При исследовании динамики межнейронных g.j. наибольший интерес представляют процессы их жизнедеятельности. G.j. - это участок адгезионно спаренных смежных наружных клеточных нейро-мембран в области сужения их межнейрональной щели. Пространство щелей частично занято белками коннекси-нами. Диаметр
В Я ^ш. л Ш
Рис. 3. Изменения положения и толщины а, б - односторонняя адгезия смежных билипидных мембран; в, г - разные формы 1 - место адгезии неравномерно соединенных мембран 2, 3 - разные формы слияния мембран 4, 5 - межмембранная щель. Эл. микроскопия. Ув. 30000. а, в - дополнительное увеличение.
щели резко колеблется, вплоть до полного слияния прилежащих мембран. Одна из смежных мембран может резко локально изменять свою кривизну, прилипая к соседней мембране (рис. 3). Важной особенностью является
"1РЖ-
_ ■• ТР:
их способность группироваться в сети и даже в повторные цепочки (рис. 4), как в ретикулюме мозга. Но обычно у всех животных выглядят одинаково. Большая часть спаренных мембран может сливаться в виде
Рис. 4. Цепочки щелевых контактов (а, б). 1 - сужения аксонов. Эл. микроскопия. Ув. 30000.
единичной электронноплотной полосы (рис. 5 а). Они стые спаренные мембраны (рис. 5 б) превращаются в тонкие перемычки. В таких случаях тол-
'-■г"
в ЗК^^^г.
Рис. 5. Резкое сужение спаренных мембран в а - сужение мембран перед слиянием смежных нервных волокон; б, в - локальное истончение части мембран при их слиянии; г - три разновидности контактирующих волокон: длинная стрелка - истончение §.}'.; толстая стрелка - начало перфорации смежных мембран в области §.}'.; головка стрелки - полное синцитиальное разделение мембран в области их бывшего щелевого контакта (8-образная форма). Эл. микроскопия. Ув. 40000.
местно истончаются, предполагая возможность локального разрыва мембранной перемычки и образование син-цитиальной поры (рис. 5 г). При значительном увеличении микроскопа это действительно проявляется вначале в
«а®**
виде пор в перемычке (рис. 6) между волокнами, а далее в четких контрастных порах, которые уже нельзя не назвать синцитиальными (рис. 7).
Рис.6. Варианты начала синцитиальной перфорации (стрелки). Эл. микроскопия. Ув. 40000.
Тот факт, что это не случайные разрывы спаренных мембран свидетельствует то, что эти дефекты образуются обычно рядом с группой других и часто в качестве их продолжения (рис. 8). В области перфораций обязательно
имеется два вида терминалей. Одна из них (рис. 9) представляет собой плотный, напоминающую конус-агрегат, полностью лишенный признаков
Рис.7. Разрывы §.}'., превращенные в синцитиальные поры. а, в - терминальные истончения краев синцитиальных перфораций (стрелки) (дополнительное увеличение фрагментов б, г). Эл. микроскопия. б, г - ув. 30000.
липида. Он состоит, видимо, из остатка белков мембраны. Этот тяж истончается до разрыва (рис. 9). Иногда на его конце имеется крючковидное окончание (рис. 10).
Фактически это прямое доказательство разрыва §.}'.. Тер-миналями разорванной являются кривые шипы, отходящие от края.
Рис. 8. Серия чередующихся и терминалей перфораций. 1 - сфероидные терминали на концах 2 - 3 - остаточные липидные тельца; головка стрелки - крупная синци-тиальная перфорация; стрелки - слияние смежных мембран двух нейронов. Эл. микроскопия. Ув. 40000.
Было бы странным, если бы мембранный контакт, состоящий из белков и липидов, не дифференцировался бы при дегенерации на отдельные компоненты. Узкий плотный тяж не может быть образован из липидов, а состоит из агрегированных белков. Другой же компонент разрушенной мембраны, образует липидно-подобные сферулы (рис. 8). Эти структуры подобны сферическим образова-
ниям и агрегатам, всегда наблюдаемым при механическом разрушении миелиновой оболочки, также состоящей из билипидных мембран. Во время разрыва, происходящее отмешивание липидов, либо частично остается связанным с белковым тяжем (рис. 10 б), либо отделяется от волокна в виде одной или нескольких сфероидных липидных частиц, "остаточных телец" (рис. 8 в).
о
а б в
Рис. 9. Конусовидные и стреловидные (стрелки) терминали краев синцитиальных перфораций.
1 - слившиеся наружные нейролеммы; 2 - промежуток между слившимися аксолеммами. Эл. микроскопия. Ув. 40000.
Б
Рис. 10. Крючковидные фрагменты прерванных агрегированных белковых остатков 1 - остаточное липидное тельце; 2 - §.}'.; стрелки - крючковидные терминали; головка стрелки - следы оставшихся разрушенных Эл. микроскопия. Ув. 40000. а, в - дополнительное увеличение фрагментов б, г.
Это остаточное тельце может иметь следы контуров прежнего контакта. Синцитиальные перфорации появляются на местах бывших §.}'., и чередуются с ними приблизительно на равном расстоянии. В области уже явно сформировавшихся синцитиальных пор возникают двуслойные мембранные сферические терминали, характерные для типичных липидных структур. В тех случаях, когда перфорации резко увеличены, их концы могут при-
нимать форму крупных эллипсоидных окончаний (рис. 11). При этом хорошо видны слившиеся слои соседних волокон, оболочки. Наиболее убедительными, с морфологической точки зрения, являются превращения в синцитии четко локализованных в смешанных электрически-химических синапсах (рис. 12). Одинаковая локализация и
Рис. 11. Эллипсовидные края синцитиальных перфораций. 1 - слившиеся наружные клеточные мембраны; 2 - межмембранный промежуток. Эл. микроскопия. Ув. 40000.
перфораций свидетельствует о динамике процесса. Весьма убедительными оказались опыты с валлеровской дегенерацией синапсов. Перерезка преганглионарных симпатических волокон повторяет стадии альтерации (рис. 13). Вначале, по бокам от плотной синаптической специализации появляется истончение и многочисленные
ненормальные везикулярные образования, свидетельствующие о поражении мембран в месте, типичном для но постепенно они гибнут на этих местах. По бокам от срединной постсинаптической плотности как обычно образуются синцитиальные перфорации.
Рис. 12. Синцитии смешанных синапсов (стрелки). 1 - постсинаптическая плотная специализация. Эл. микроскопия. Ув. 45000.
Анализируя измененный материал необходимо учесть, что стройная билипидная организация формируется и удерживается в мембране под влиянием гидрофобного взаимодействия (рис. 14). Плотное молекулярное прилежание двух противоположно направленных липидов, что имеет место в случае их контакта, естественно, не служит закреплению билипидных слоев аксолеммы. Аккумуляция в области еще и значительного количества белков-коннексинов также нарушают строгую упорядоченность сблизившихся слоев и к слиянию мембран. В результате нарушения строгой упорядоченности мембранных молекул происходит их разрыв и демембранизация. Превращения в синцитии удается продемонстрировать и при патологии. Наиболее удобным для этого оказался сравнительный диагноз длины и синцитиальных перфораций у нейронов в зоне СА2 гиппокампа. Исследовались процессы при тяжелой (смертельной) травме и легком повреждении мозга через 5 суток. Оказалось, что средняя длина одного щелевого мембранного контакта при тяжелой травме существенно и быстро увеличилась (рис. 15). То есть количество при травме резко воз-
росло. При легкой же травме через 5 суток длина §.}'., наоборот, уменьшилась примерно в 3 раза. Предположить какой-либо лечебный эффект за 5 дней было невозможно. Величина появившихся синцитиальных пор и перфораций сильно возрастает со временем (в 2.7 раза). Становится ясным, что размеры через 5 суток уменьшаются за счет увеличения перфораций. Длина резко падает, но зато пропорционально растет длина перфораций, то есть разрушаясь, превращаются в синцитиальные перфорации (рис. 15). Уменьшение длин непосредственно зависит от увеличения размеров синцитиальных перфораций. Из проведенных наблюдений следует так же, что перфорации мембран появляются не сразу. Существует определенный латентный период процесса демембранизации. Место соприкосновения смежных мембран из точки, удлиняясь, превращается в линию (рис. 16 а). В контактирующих структурах в то же время постепенно увеличивается талия смежных тел нейронов, а 8-образная структура стремится к 0-образной форме (рис. 16). Два тела контактирующих нейронов превращаются в единый целлюлярный ком-
плекс, содержащий 2 ядра. Так вырисовывается единый
Рис. 13. Изменение преганглионарных синаптических волокон после их перерезки. 1 - вакуолизация в области 2 - агрегат синаптических пузырьков; стрелки - синаптические перфорации в области бывших д.' Эл. микроскопия. Ув. 40000.
мембранный процесс от формирования до пробо- клетки. Слияние клеток не ограничивает регенерацию их
дения мембран, образования синцитиальных пор и даль- отростков. Части нервных волокон могут сливаться друг с
нейшей демембранизацией со слиянием цитоплазмы. другом. Приведенные описания делают понятным и меха-
При таком слиянии тел нейронов образуются двуядерные низм их появления путем
Рис. 14. Схематическое изображение разрушения и превращения его в синцитий.
1 - белковая моллекула; 2 - промежуток между двумя билипидными мембранами; 3 - билипидная мембрана; 4 -коннексиновые белки; 5, 6 - деформация белков и хаотическое расположение липидов; 7 - истонченный белковый тяж прерванного §.}'.; 8 - остаточное липидное тельце; 9 - след оставшихся связей между структурами контакта; 10 - новая гидрофобная организация липидов в области их слияния на месте поврежденного
Рис. 15. Увеличение (а) (черный столбик) при тяжелой травме мозга и низкий процент длины перфораций (серый столбик); б - резкое уменьшение длины и пропорциональное увеличение длины перфораций.
демембранизации и слияния цитоплазм. Процесс этот ных нейронов (рис. 16 а-г).
легко и повторно прослеживается в культуре изолирован-
Рис. 16. Процесс слияния тел нервных клеток при их поррации. а-в - динамика процесса слияния живого нейрона; г - живой дикарион; д - окончательные этапы процесса превращения в дикарион (стрелки); 1 - §.}'.; 2 - пора §.}'.; 3 - повторное слияние мембраны; 4 - образование дикариона; 5 -дегенерация нейрона. а-г - прижизненная микроскопия. Фазовый котнраст. Об. 20, ок. 10.
Казалось бы, дискуссия Кахаля и Гольджи не имеет отношения к рассматриваемому вопросу о слиянии клеток. Тем не менее, становится понятным, что речь идет о едином мембранном процессе, который бесспорно демонстрирует способность всех отделов нейроплазмы в определенных условиях испытывать локальное повышение адгезии и формирование электрической или даже цито-плазматической связи. Таким образом, идея ретикуляриз-
ма оказалась права. В культуре изолированных нейронов нам удалось "слить" также несколько клеток (рис. 16). Возможно, дискуссию нейронной или ретикулярной концепции можно завершить. Однако остается неясным, почему все-таки часть дикарионов, продолжающие регенерацию отростков, хорошо известны нейроморфологам. Следует полагать, что интенсивный процесс демембранизации нейронов, связанный с расширением и увеличением син-
цитиальных перфораций, обречен на гибель. Лишенная значительной части мембраны клетка дегенерирует. Этим объясняется малое число дикарионов в мозге. Однако часть поврежденных клеток видимо, способна выживать, и мы видим не всю массу бинуклеаров, а только случайно оставшиеся в живых образцы, которые, однако, бесспорно свидетельствуют о принципиальной возможности нейронов, как и всех других клеток, осуществлять слияние мембран отростков и тел нейронов.
Возможно, процесс демембранизации обратим, и малые травмы мембран могут "зашиваться". Об этом свидетельствует появление дикарионов с полностью восстановленной нейролеммой и опыты по слиянию клеток, которые протекают с обязательным, но ограниченным прободением и последующим слиянием мембран нейронов. Нами отмечены и слияния нейритов бок в бок и их соединение конец в конец. Видимо прижизненно удается зафиксировать оба двунаправленных процесса: демембранизацию под влиянием внешних альтерирующих факторов, приводящих к патологии и дегенерации нейронов, а также уже известные восстановительные процессы мембранизации с восстановлением двуядерных клеток и регенерацией нейритов. Возвращаясь к теории ретикуляризма необходимо повторить, неизменные факты: сеть нервных волокон мозга существует. Она связана механически, электрически, частично метаболически и способна переходить в син-цитиальную связь. Теория ретикуляризма Гольджи имеет право на существование и дальнейшее развитие.
Мы представляем себе превращение g.j. в синцитии. Таким способом, видимо, решается ретикулярно-нейрональ-ная дискуссия о появлении и наличии синцития в нервной системе. Речь идет о том, что обе теории пытались изучить, и не всегда успешно, разные статические стабильные структуры нервной системы, в то время как речь шла не только о статической особенности морфологических элементов, но и, главное, о кинетике превращения некоторых элементов.
Обсуждение полученных данных. Как считают многие нейрофизиологи синцитиальное слияние невозможно исключительно у нервных клеток. Получается, что сторонники теории нейрона склонны отрицать общие свойства клеточной теории. Тем не менее, слившиеся нейроны были описаны еще Remak [25] до дискуссии Golgi-Cajal и многократно отмечены в наше время. Такие двуядерные "преобразованные" нейроны есть и на иллюстрации Рет-циуса [27] и Кахаля. Очевидно, они являются финальной стадией восстановительной ремиелинизации неспецифически альтерированных клеточных мембран, их слиянием. Основой обсуждения нашего материала является механизм превращения щелевых контактов в синцитиальные поры и перфорации. В этом отношении могут служить наглядным примером смешанные синапсы, g.j. в которых и в синцитии закономерно располагается в одной и той же конкретной точке препарата. Santander R.S. с соавторами [29] признали перфорацию в химическом синапсе. Феномен подтвердили сотрудники из мадридского университета, вотчины Рамон и Кахаля. Теперь нами неоднократно показаны такие же синцитиальные перфорации, и точно в тех же традиционных участках, где раньше неоднократ-
но отмечалась локализация g.j. Это говорит о том, что g.j. действительно могут превращаться в синцитии. В нейро-пиле синцитиальные перфорации, как показано на наших препаратах, встречаются вместе, рядом с g.j. и имеют массу переходных форм. Наконец, известны прямые электрофизиологические эксперименты в культуре ткани [19], когда одни и те же ганглионарные волокна, мембранной оболочки нейрона с высоким сопротивлением, через короткое время способны формировать вначале g.j., а затем и синцитии между контактирующими клетками. Слияние клеток было показано и в наших опытах [4] с демембра-низацией. Если беспристрастно проанализировать идеи и утверждения ретикуляристов, подвижников К. Гольджи, то в них обнаружится целый кладезь данных уже, экспериментально подтвержденных важнейших нервных процессов, несоответствующих "закону нейронизма" Рамон и Кахаля. Прежде всего, речь идет о передаче нервного импульса без использования медиаторов, одностороннего синаптического клапана и передаче его с любой стороны синапса. Показано, что в синхронизации главная роль принадлежит электрически связанным цепям и сетям щелевых контактов [11]. Для реализации циркадной связи необходимы крупные популяции цепей g.j. в ЦНС. По мнению Z.Y. Chen и др. [10] g.j. участвует в организации гамма-осцилляций при невропатической боли. Циркад-ные ритмы оркеструют весь организм. Принято считать, что при ишемии открываются коннексиновые полуканалы. При этом увеличивается их мембранная проводимость и повреждение мембраны, вплоть до смерти. Но "открытие крупных каналов проводимости" равносильно увеличению синцитиальных пор или порации, вплоть до разрыва нейролеммы [32]. Мы полагаем, что результатом этого процесса является либо смерть клетки, либо естественное повторное слияние нейроплазмы и нейролеммы с формированием двуядерной клетки. По скорости перемещения нейроплазмы установлено, что весь указанный процесс может развиваться в течение нескольких десятков минут [32]. Формирование двуядерных клеток со временем является четким индикатором устойчивого состояния выздоровевших клеток. Ряд авторов отмечает при ишемии, черепно-мозговой травме и эпилепсии значительно увеличенное число g.j. [6]. Однако, как показано нами, дальнейшее их уменьшение сопровождалось пропорциональным увеличением числа и площади синцитиальных пор и перфораций нейромембран. Это вполне соответствовало нашей гипотезе о превращении щелевых контактов в син-цитиальные перфорации (демембранизация). Слияние сохранившихся мембран (мембранизация) приводит к появлению дикарионов. То есть, оба процесса изменения мембран представляют собой единый процесс, начинающийся с адгезии мембран и степени их перфорации.
Но одно все-таки уже ясно: щелевые контакты способны превращаться в синцитий, а из последнего появляются дикарионы, и все это единый биологический процесс перестройки мембраны.
Список литературы
1. Кахаль С.Р. Автобиография (воспоминания о моей жизни). М.: Медицина, 1985. (Philadelphia, 1937).
2. Милохин А.А. Чувствительная иннервация вегетативных нейронов. Л.: Наука, 1967.
3. Парамонова Н.М., Сотников О.С. Цитоплазмати-ческая синцитиальная связь между телами нейронов ЦНС взрослых животных // Морфология. 2008. T. 134, № 6. C. 13-18.
4. Сотников О.С. Синцитиальная цитоплазматиче-ская связь и слияние нейронов. СПб: Наука, 2013.
5. Шаповалов А.И., Ширяев Б.И. Передача сигналов в межнейронных синапсах. Л.: Наука, 1987.
6. Belousov A.B., Fontes J.D. Neuronal gap junctions: making and breaking connections during development and injury // Trends Neurosci. 2013. Vol. 36, № 4. P. 227-236.
7. Belousov A.B., Wang Y., Song J.H. et al. Neuronal gap junctions play a role in the secondary neuronal death following controlled cortical impact // Neurosci. Lett. 2012. Vol. 524, № 1. P.16-19.
8. Bennett M.V. Neoreticularism and neuronal polarization // Prog. Brain Res. 2002. Vol. 136. P. 189-201.
9. Buzsaki G. Electrical wiring of the oscillating brain // Neuron. 2001. Vol. 31, № 3. P. 342-344.
10. Chen Z.Y., Shen F.Y., Jiang L. et al. Attenuation of Neuropathic Pain by Inhibiting Electrical Synapses in the Anterior Cingulate Cortex // Anesthesiology. 2016. Vol. 124, № 1. P. 169-183.
11. Deans M.R., Gibson J.R., Selitto C. et al. Synchronous activity of inhibitory networks in neocortex requires electrical synapses containing Connexin 36 // Neuron. 2001. Vol. 31. P. 477-485.
12. Draguhn A., Traub R.D., Bibbig A. et al. Ripple (approximately 200-Hz) oscillations in temporal structures // J. Clin. Neurophysiol. 2000. Vol. 17, № 4. P. 361-376.
13. Ferreira F.R., Nogueira M. I., Defelipe J. The influence of James and Darwin on Cajal and his research into the neuron theory and evolution of the nervous system // Front. Neuroanat. 2014. Vol. 8, № 1. P. 1-9.
14. Golgi C. The neuron doctrine - theory and facts. Nobel Lecture. 1906.
15. Jones E.G. Colgi, Cajal and the Neuron Doctrine // J. Hist. Neurosci. (1999). 2015. Vol. 8, № 2. P. 170-178.
16. Kruger L. The sensory neuron and the triumph of Camillo Golgi // Brain Res. Rev. 2007. Vol. 55, № 2. P. 406-410.
17. Kruger L., Otis T.S. Whither withered Golgi? A retrospective evaluation of reticularist and synaptic constructs // Brain Res. Bull. 2007. Vol. 72, № 4-6. P. 201-207.
18. Mazzarello P. Camillo Golgi's scientific biography // J. Hist. Neurosci. 1999. Vol. 8, № 2. P. 121-131. (Dalhousie Univerity, 2012).
19. McCarthy K.M., Tank D.W., Ehquist L.W. Pseudorabies virus infection alters neuronal activity and connectivity in vitro // PLoS Pathog. 2009. Vol. 5, № 10. P. 1-20.
20. Okun M., Steinmetz N.A., Cossell L. et al. Diverse
coupling of neurons to populations in sensory cortex // Nature. 2015. Vol. 521, № 7553. P. 511-515.
21. Ramon y Cajal S. Significación fisiológica de las expansiones protoplásmicas y nerviosas de la sustancia gris // Rev. Scienc. Med. Barcel. 1891. Vol. 22. P. 1-15.
22. Ramon y Cajal S. The structure and connexions of neurons. Nobel Lecture. 1906.
23. Ramon y Cajal S. Neuron Theory or Reticular Theory? Objective Evidence of the Anatomical Unity of Nerve Cells. Madrid: Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Instituto Ramon y Cajal, 1954.
24. Rash J.E., Kamasawa N., Vanderpool K.G. et al. Heterotypic gap junctions at glutamatergic mixed synapses are abundant in goldfish brain // Neurosci. 2015. Vol. 285. P. 166193.
25. Remak R. Weitere mikroscopishe Untersuchungen über die Premitivfasern der Nervensistems der Wirbelthiere // Notizen aus dem Bau der Natur und Helkinde. 1837. Bd. 3, H. 47. S. 36-38.
26. Retzius G. Das Gehororgan der Reptilen der, Vögel und der Saugethiere. Bd. II. Jena: Vong Fischer, 1884.
27. Retzius G. Biologische Untersuchunden. Neue Folge. Bd. VI. Jena: Vong Fischer, 1894.
28. Rosa E.Jr., Skilling Q.M., Stein W. Effects of reciprocal inhibitory coupling in model neurons // Biosystems. 2015. Vol. 127. P. 73-83.
29. Santander R.S., Cuadrado G.M., Sáez M.R. Exceptions to Cajal's neuron theory: communicating synapses // Acta Anat. 1998. Vol. 132. P. 74-76.
30. Schwemmer M.A., Lewis T.J. The robustness of phase-locking in neurons with dendro-dendritic electrical coupling // J. Math. Biol. 2014. Vol. 68, № 1-2. P. 303-340.
31. Sherrington C.S. Double (antidrome) conduction in the central nervous system // Proc. Roy. Soc. 1897. Vol. 61. P. 243-246.
32. Thompson R.J., Zhou N., MacVicar B.A. Ischemia opens neuronal gap junction hemichannels // Science. 2006. Vol. 312, № 5775. P. 924-927.
33. Traub R.D., Pais I., Bibbig A. et al. Contrasting roles of axonal (pyramidal cell) and dendritic (interneuron) electrical coupling in the generation of neuronal network oscillations // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003. Vol. 100, № 3. P. 1370-1374.
34. Van Gehuchten A. La structure des centres nerveux: la moelle épinière et le cervelet // La Cellule. 1891. Vol. 7. P. 79122.
35. Van Gehuchten A. Anatomie du système nerveux de l'homme: leçons professées à l'université de Louvain. Louvain: Uystpruyst-Dieudonné, 1897.
