Влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование

На модели тонкого первичного афферентного С-волокна проверяли одну из гипотез, касающихся феномена возникновения длительных тонических разрядов в подобных ноцицептивных афферентах....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Кулагина, И.Б., Мякушко, В.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України 2011
Назва видання:	Нейрофизиология
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/68398
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование / И.Б. Кулагина, В.А. Мякушко // Нейрофизиология. — 2011. — Т. 43, № 1. — С. 3-10. — Бібліогр.: 32 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-68398
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-683982014-09-23T03:01:49Z Влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование Кулагина, И.Б. Мякушко, В.А. На модели тонкого первичного афферентного С-волокна проверяли одну из гипотез, касающихся феномена возникновения длительных тонических разрядов в подобных ноцицептивных афферентах. На моделі тонкого первинного аферентного С-волокна перевіряли одну з гіпотез щодо феномену тривалих тонічних розрядів у подібних ноцицептивних аферентах. 2011 Article Влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование / И.Б. Кулагина, В.А. Мякушко // Нейрофизиология. — 2011. — Т. 43, № 1. — С. 3-10. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. 0028-2561 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/68398 576.32/.36 ru Нейрофизиология Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	На модели тонкого первичного афферентного С-волокна проверяли одну из гипотез, касающихся феномена возникновения длительных тонических разрядов в подобных ноцицептивных афферентах.
format	Article
author	Кулагина, И.Б. Мякушко, В.А.
spellingShingle	Кулагина, И.Б. Мякушко, В.А. Влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование Нейрофизиология
author_facet	Кулагина, И.Б. Мякушко, В.А.
author_sort	Кулагина, И.Б.
title	Влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование
title_short	Влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование
title_full	Влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование
title_fullStr	Влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование
title_full_unstemmed	Влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование
title_sort	влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование
publisher	Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
publishDate	2011
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/68398
citation_txt	Влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование / И.Б. Кулагина, В.А. Мякушко // Нейрофизиология. — 2011. — Т. 43, № 1. — С. 3-10. — Бібліогр.: 32 назв. — рос.
series	Нейрофизиология
work_keys_str_mv	AT kulaginaib vliâniesostoâniâtetrodotoksinrezistentnyhnatrievyhkanalovnaélektričeskuûaktivnostʹnociceptivnogosensornogovoloknamodelʹnoeissledovanie AT mâkuškova vliâniesostoâniâtetrodotoksinrezistentnyhnatrievyhkanalovnaélektričeskuûaktivnostʹnociceptivnogosensornogovoloknamodelʹnoeissledovanie
first_indexed	2025-07-05T18:15:33Z
last_indexed	2025-07-05T18:15:33Z
_version_	1836831825344856064
fulltext	НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2011.—T. 43, № 1 3 УДК 576.32/.36 И. Б. КУЛАГИНА 1 , В. А. МЯКУШКО 2 ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ ТЕТРОДОТОКСИНРЕЗИСТЕНТНЫХ НАТРИЕВЫХ КАНАЛОВ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ НОЦИЦЕПТИВНОГО СЕНСОРНОГО ВОЛОКНА: МОДЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ Поступила 21.01.11 На модели тонкого первичного афферентного С-волокна проверяли одну из гипотез, ка- сающихся феномена возникновения длительных тонических разрядов в подобных ноци- цептивных афферентах. В мембране участка, соответствующего свободному окончанию ноцицептивного С-волокна, имелись натриевые каналы трех типов (каналы быстро инак- тивирующегося тетродотоксин (ТТХ-)чувствительного тока и ТТХ-резистентные каналы двух типов – NaV1.8/SNS/PN3 и NaV1.9/NaN/SNS2). Как известно, такие ТТХ-резистентные натриевые токи способствуют возникновению длительных последовательностей потенци- алов действия (ПД), когда продолжительность тонического разряда на порядки превышает длительность вызвавших его коротких стимулов; такие сигналы передаются в спинной мозг и интерпретируются как болевые. На исследуемой модели были получены временной ход изменений мембранного потенциала в дистальном и проксимальном участках нерв- ного волокна и значения плотностей выходящих и входящих ТТХ-резистентных натрие- вых токов типа SNS/NaV1.8 и NaN/NaV1.9 в норме и в состоянии, имитирующем действие воспалительных факторов. Результаты моделирования показали, что ТТХ-резистентные натриевые токи способствуют увеличению «медленных» компонентов в составе генери- руемых ПД (следовой плато-деполяризации). Имея более высокий порог инактивации, данные токи медленнее инактивируются и быстрее восстанавливаются после инактивации по сравнению с токами через натриевые каналы, чувствительные к ТТХ. Такое поведение предполагает существенную роль ТТХ-резистентных токов в облегчении передачи ноци- цептивных сигналов при нейропатической боли в условиях «перерегулирования» соответ- ствующих каналов. Можно заключить, что экспрессия ТТХ-резистентных натриевых ка- налов в ноцицептивных сенсорных нейронах с первичными афферентными С-волокнами, наличие этих каналов в мембранах периферических окончаний указанных волокон и мо- дификация биофизических свойств таких каналов в условиях воздействия медиаторов вос- паления в совокупности создают весомые предпосылки для возникновения аномальных длительных разрядов ПД в упомянутых периферических окончаниях и передачи таких сигналов в ЦНС. Подобная ситуация может оказаться ключевым электрофизиологическим феноменом, лежащим в основе нейропатической и воспалительной боли. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: медиаторы воспаления, активация и инактивация мембран- ных каналов, тетродотоксинрезистентные натриевые токи, гипервозбудимость С-волокна, нейропатическая и воспалительная боль. 1 Международный центр молекулярной физиологии (Днепропетровское отделение) НАН Украины (Украина). 2 Днепропетровская государственная медицинская академия (Украина). Эл. почта: kulagina_iryna@yahoo.com (И. Б. Кулагина). ВВЕДЕНИЕ Широко признано, что основными факторами, определяющими развитие нейропатической боли – хронической боли, инициированной первичным по- ражением или дисфункцией нервной системы и свя- занной с гиперчувствительностью к механическим и термическим стимулам [1–3], – являются ано- мальная гипервозбудимость первичных сенсорных нейронов и генерация ими эктопических пачечных разрядов. Возникновение длительных аномальных последовательностей потенциалов действия (ПД) в периферической нервной системе, которые, по- ступая в ЦНС, интерпретируются как хроническая НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2011.—T. 43, № 14 И. Б. КУЛАГИНА, В. А. МЯКУШКО боль, может быть обусловлено действием разных мембранных механизмов или их комбинаций. Развитие нейропатической боли часто связа- но с воспалением. Основными мишенями воздей- ствия факторов воспаления обоснованно считают рецепторы и потенциалзависимые ионные каналы клеточной мембраны ноцицептивных нервных во- локон. Соответственно, существующие гипотезы ведущую роль в развитии боли при воспалении от- водят процессам, инициируемым воздействиями на указанные мишени. Так, например, одна из «рецеп- торных» гипотез [4] рисует такую картину. АТФ, который тонически высвобождается из поврежден- ных или стрессированных клеток, соседствующих с ноцицепторным волокном, или же из самих этих волокон, активирует ионотропные Р2Х-рецепторы мембраны последних, что порождает входящий кальциевый ток через Р2Х3-рецепторные кана- лы, деполяризацию мембраны упомянутых воло- кон и (по достижении ею порога) инициацию «ано- мальных» ПД, не вызванных адекватным входным воздействием на сенсорные структуры. Такие ПД, естественно, распространяются ортодромно по воз- бужденному аксону и достигают ЦНС. Существу- ют, однако, представления об участии в явлениях, ассоциируемых с нейропатический болью, иных мембранны структур – резистентных к тетродоток- сину (ТТХ) натриевых каналов [5–7]. Такие пред- ставления могут быть резюмированы следующим образом. Как предполагается, кинетики активации и инактивации ТТХ-резистентных натриевых кана- лов типа NaV1.8 (в другой терминологии – SNS, или PN3) и NaV1.9 (NaN, SNS2) под действием медиа- торов воспаления изменяются таким образом, что «населенная» указанными каналами мембрана но- цицептивного нервного окончания в области воспа- ления начинает реагировать на поступление корот- ких сенсорных стимулов генерацией не одиночных ПД, а их длительных серий. Эти тонические раз- ряды, длительность которых на порядки превыша- ет длительность сенсорного стимула, передаются в спинной мозг или сенсорные ядра черепномозго- вых нервов и интерпретируются как боль. Методические ограничения, делающие пока не- возможным внутриклеточное отведение электри- ческих процессов, которые развиваются в тонких ноцицептивных С-волокнах, затрудняют прямую проверку существующих гипотез относительно конкретных механизмов возникновения гиперак- тивности ноцицептивных волокон, подверженных действию медиаторов воспаления. При таких об- стоятельствах существенную комплементарную роль в проверке подобных гипотез могут сыграть модельные исследования. Изложенные выше све- дения и соображения послужили обоснованием для проведения нашего модельного исследования, в данном случае направленного на выяснение воз- можности возникновения длительных тонических разрядов в ноцицептивных первичных афферент- ных волокнах при участии ТТХ-резистентных на- триевых каналов типов NaV1.8/SNS/PN3 и NaV1.9/ NaN/SNS2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ Вычислительные эксперименты были выполнены в среде компьютерного моделирования НЕЙРОН [8] на модели периферического разветвления пер- вичного афферентного С-волокна. Эта ветвь была представлена как немиелинизированный мембран- ный цилиндр длиной 20 мм и диаметром 1 мкм. Указанный сегмент волокна включал в себя два участка – дистальный и проксимальный по отно- шению к спинальному ганглию. Они различались длиной (0.5 и 19.5 мкм соответственно), а также составом и кинетикой ионных каналов. Дисталь- ный участок соответствовал свободному оконча- нию ноцицептивного волокна, подверженному дей- ствию воспалительных факторов. В мембране этого участка присутствовали натриевые каналы трех типов – каналы быстро инактивирующегося ТТХ- чувствительного тока, подобного натриевому току в стандартной модели немиелинизированного аксо- на Ходжкина–Хаксли, каналы ТТХ-резистентных токов двух типов – NaV1.8/SNS/PN3 и NaV1.9/NaN/ SNS2, калиевые каналы задержанного выпрямления (также соответствующие описанным в стандартной модели немиелинизированного аксона Ходжкина – Хаксли) и каналы пассивной утечки. Мембрана проксимального участка обладала каналами тех же типов, за исключением NaV1.9/NaN/SNS2. Кинети- ческие характеристики всех перечисленных выше каналов были подробно описаны ранее [6]. Как и в цитируемой работе [6], каналы NaV1.8/SNS/PN3 и NaV1.9/NaN/SNS2 рассматривались в двух моди- фикациях, характеризующихся отсутствием или наличием 20-милливольтного сдвига кинетик ак- тивации и инактивации в сторону более отрица- тельных потенциалов (гиперполяризации). Нали- чие или отсутствие такого сдвига соответствовало различным условиям натурного эксперимента, ко- НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2011.—T. 43, № 1 5 ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ ТЕТРОДОТОКСИНРЕЗИСТЕНТНЫХ НАТРИЕВЫХ КАНАЛОВ торые отличались присутствием соответственно фтора или хлора в пипеточном растворе микроэ- лектрода, используемого для внутриклеточного от- ведения мембранного потенциала (МП) нейронов спинальных ганглиев [6, 9]. Необходимость учета данных модификаций была мотивирована тем, что фтор оказывает на ТТХ-резистентные натриевые каналы потенцирующее действие, подобное ком- бинированному влиянию множественных медиа- торов воспаления – брадикинина, простагландина E2, гистамина, нор эпинефрина и АТФ [6]. Таки- ми воздействиями и обеспечивается возможность возникновения деполяризационных плато, генера- ции множественных ПД и других проявлений ги- первозбудимости. Вышеуказанные модификации кинетических свойств ТТХ-резистентных кана- лов будут в дальнейшем сокращенно называться F- и Cl-модификациями. Удельная емкость мембра- ны и удельное сопротивление цитоплазмы волок- на были однородными и составляли 1 мкФ/см2 и 100 Ом ⋅ см2 соответственно. Потенциалы равно- весия для токов натрия, калия и утечки были рав- ны ENa = 60 мВ, EK = –80 мВ и EL = –80 мВ соот- ветственно. Максимальные парциальные удельные проводимости мембраны (плотности соответству- ющих ионных каналов) на каждом из двух участков также были однородны. На дистальном участке это были проводимости быстро инактивирующегося ТТХ-чувствительного натриевого тока (60 мС/см2), ТТХ-резистентных натриевых токов NaV1.9-типа (3 мС/см2) и NaV1.8-типа (9 мС/см2), калиевого тока (0.7958 мС/см2) и тока утечки (0.26147 мС/см2). На проксимальном участке проводимость быстро инактивирующегося ТТХ-чувствительного тока составляла 120.0, ТТХ-резистентного натриевого тока NaV1.8-типа – 9.0, калиевого тока – 0.7958, а тока утечки – 0.26147 мС/см2. Электрические сти- мулы в виде толчка деполяризующего тока интен- сивностью 0.1 нА и длительностью 5 мс прикла- дывали к концу дистального участка с задержкой 20 мс относительно начала наблюдения. Регистра- цию трансмембранных потенциалов и токов осу- ществляли в точке приложения стимула, а также на центральном конце проксимального участка сег- мента модельного волокна. РЕЗУЛЬТАТЫ В данной работе мы исследовали электрическую активность участка ноцицептивного сенсорного волокна в условиях нормы (Cl-модификация) и па- тологического состояния (F-модификация, соот- ветствующая условиям влияния воспалительных процессов). В обеих сериях модельных экспери- ментов к дистальному участку С-волокна прикла- дывали, как упоминалось выше, короткий (5 мс) толчок тока интенсивностью 0.1 нА. Действие это- го стимула в случае Cl-модификации приводило к возникновению одиночного ПД, тогда как в случае F-модификации результатом была генерация дли- тельного разряда множественных ПД (рис. 1, А, Б Р и с. 1. Электрическая активность моделируемого С-волокна при действии короткого деполяризующего толчка тока в условиях нормального (А) и модифицированного (Б) состояний натриевых каналов, резистентных к тетродотоксину. Стимул (длительность 5 мс) приложен через 20 мс относительно момента начала наблюдения к свободному периферическому окончанию волокна (координата 0 мкм; момент приложения указан стрелкой). «Регистрация» производится в точке приложения стимула (обозначено черными линиями) и на проксимальном конце центрального отрезка волокна (обозначено серыми линиями). Р и с. 1. Електрична активність модельованого С-волокна при дії короткого деполяризуючого поштовху струму в умовах нормального (А) та модифікованого (Б) станів натрієвих каналів, резистентних до тетродотоксину. А мВ мс мс мВ Б НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2011.—T. 43, № 16 И. Б. КУЛАГИНА, В. А. МЯКУШКО А Г Б Д В Е мВ мА/см2 мА/см2 мА/см2 мА/см2 мВ мс мс мс мс мс мс Р и с. 2. Реакция модельного сенсорного С-волокна на приложение электрического стимула, к свободному дистальному окончанию. А, Г – временной ход изменений мембранного потенциала в дистальном и проксимальном участках волокна соответственно. Б, Д – плотности входящих резистентных к тетродотоксину (ТТХ) натриевых токов типа SNS/NaV1.8 (обозначено черными линиями) и NaN/NaV1.9 (обозначено серыми линиями) в дистальном и проксимальном участках соответственно. В, Е – плотности входящего быстрого ТТХ-чувствительного натриевого (обозначено черными линиями) и выходящего калиевого (обозначено серыми линиями) токов в дистальном и проксимальном участках соответственно. Р и с. 2. Реакція модельного сенсорного С-волокна на прикладання електричного стимулу до вільного дистального закінчення. соответственно). На рисунке представлены ре- зультаты отведения электрических ответов от двух участков С-волокна – дистального (1) и прокси- мального (2). Как видно из рис. 1, А, амплитуда и длительность ПД, регистрируемых на этих участ- ках, существенно не различались. Наблюдаемая за- держка между моментами генерации ПД на данных участках составляла около 37 мс, что соответство- вало скорости проведения возбуждения по волокну около 2 м/с. Одиночный ПД включал в себя началь- ный пик и последующий “медленный” платообразный деполяризационный компонент меньшей амплиту- ды. В случае возникновения длительной активно- сти (F-модификация, Б) после переходного процес- са устанавливалась генерация продолжительной импульсной активности с относительно постоян- ными интервалами между ПД. Амплитуда данных ПД была ниже, чем амплитуда первого ПД в серии (и амплитуда одиночного ПД в Cl-модификации), а длительность «медленных» компонентов несколько больше. Более детально эти особенности электри- ческих процессов на мембране разных участков во- локна можно видеть из рис. 2 и 3 (А, Г). На тех же рисунках графически представлено временнóе те- чение парциальных трансмембранных токов в ходе генерации ПД. Это позволяет оценить вклады по- следних в электрические процессы, наблюдаемые в разных участках волокна при различных моди- фикациях кинетик активации и инактивации ТТХ- резистентных натриевых токов. НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2011.—T. 43, № 1 7 ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ ТЕТРОДОТОКСИНРЕЗИСТЕНТНЫХ НАТРИЕВЫХ КАНАЛОВ Сопоставление данных компонентов изменений МП с парциальными токами (рис. 2) показывает, что начальный компонент ПД обусловлен действи- ем ТТХ-чувствительного быстрого инактивирую- щегося натриевого тока, а последующий – действи- ем ТТХ-резистентных натриевых токов INav1.9/NaN и INav1.8/SNS. Характеристики «медленного» (продолжи- тельность около 35 мс) деполяризационного компо- нента обусловлены свойствами входящего медлен- ного натриевого тока (INav1.8/SNS), плотность которого в дистальной части С-волокна (70 мкА/см2) была значительно выше (Б) таковой в проксимальной ча- сти (7 мкА/см2; Д). Соотношения быстрых входя- щего натриевого и выходящего калиевого токов в рассматриваемых двух точках регистрации заметно различались (В и Е соответственно). Рис. 3 дает детальное представление о транс- мембранных парциальных токах, текущих во время генерации одного из ПД в установившейся непре- рывной импульсной последовательности (выделен на рис. 1, Б). Такая серия ПД наблюдалась, как уже упоминалось, в случае F-модификации натриевых каналов. Подобный паттерн соответствует вероят- ному поведению сенсорного волокна, пораженного воспалительным процессом в области его оконча- ния. ПД, выделенный прямоугольником на рис. 1, Б, показан в «развернутом» виде на рис. 3, А. При сопоставлении генерации сенсорным нейроном ПД в норме (рис. 2, А) и в условиях, соответствующих наличию воспалительного процесса (рис. 3, А, обо- значено черной линией), можно отметить следую- щее: длительность «медленного» компонента ПД – следовой плато-деполяризации – увеличивается на треть (до 45 мс) по сравнению с нормой (35 мс). Это объясняется кардинальным уменьшением ве- личины NaN-тока (INav1.9/NaN) (рис. 3, Б). Плотность данного тока составляла 0.5 мкА/см2, тогда как в «норме» (Cl-модификация) была равна 94 мкА/см2. Значительных различий быстрого натриевого и выходящего калиевого токов в обоих случаях не наблюдалось (рис. 2, В, Е и рис. 3, В, Е соответ- ственно). А Г Б Д В Е мА/см2 мА/см2 мА/см2мА/см2 мВ мс мс мс мс мс мс мВ Р и с. 3. То же, что и на pис. 2, но в условиях изменения кинетических характеристик SNS/NaV1.8- и NaN/NaV1.9-токов, имитирующего действие воспалительных факторов на С-волокно (F-модификация; см. текст). Р и с. 3. Те ж саме, що й на pис. 2, але в умовах зміни кінетичних характеристик SNS/NaV1.8- і NaN/NaV1.9-струмів, яка імітує дію запальних факторів на С-волокно (F-модифікація; див. текст). НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2011.—T. 43, № 18 И. Б. КУЛАГИНА, В. А. МЯКУШКО ОБСУЖДЕНИЕ Включение резистентных по отношению к ТТХ на- триевых каналов в исследуемую модель ноцицеп- тивного сенсорного волокна и наш особый инте- рес к роли, которую играют эти каналы в индукции феноменов нейропатической и воспалительной боли, обоснованы множеством данных, получен- ных в функциональных исследованиях. Имеются убедительные свидетельства того, что в патогенезе указанных феноменов существенно задействованы мембранные ионные каналы, в том числе натрие- вые. Так, было показано, что особенности функци- онирования ТТХ-резистентных натриевых кана- лов типа NaV1.8 (известных также как каналы типа SNS или PN3) в значительной степени определя- ют нейрофизиологические и поведенческие эф- фекты, наблюдаемые в условиях моделирования периферической нейропатии (перевязка перифери- ческого нерва или его спинального корешка либо повреждение путем хронического сдавливания) [10–13]. Было установлено, что вклад каналов это- го типа в генерацию ПД диссоциированными ней- ронами спинальных ганглиев значителен [14, 15], и подтверждено, что такие каналы экспрессируют- ся в популяциях C-волокон [16, 17]. Каналы NaV1.8 имеют более высокий порог инактивации, медлен- нее инактивируются и быстрее восстанавливают- ся после инактивации по сравнению с натриевыми каналами, чувствительными к ТТХ [18, 19]. По- добная специфика предполагает возможность об- легчения передачи сигналов при нейропатической боли в условиях «перерегулирования» этих кана- лов. Результаты иммуногистохимических исследо- ваний свидетельствуют о том, что после повреж- дения нерва происходит увеличение численности каналов данного типа, особенно вблизи места по- вреждения [20–22]. Другой тип ТТХ-резистентных натриевых каналов, которые могут обеспечивать существенный вклад в индукцию состояния хрони- ческой боли, – это NaV1.9 (в другой терминологии тип SNS2, или NaN) [23, 24]. Каналы указанного типа отличаются от NaV1.8/SNS/PN3 менее высо- кой резистентностью к ТТХ (характеристическая концентрация 1 мкМ) [24] и тем, что они экспрес- сируются исключительно в нейронах, обладающих С-волокнами [24–26]. NaV1.9/NaN-каналы имеют порог активации, более сдвинутый в сторону ги- перполяризации, чем таковой NaV1.8/SNS-каналов, и обеспечивают заметный стойкий натриевый ток при подпороговых напряжениях. Это может суще- ственно влиять на возбудимость мелких нейронов дорсальнокорешковых ганглиев [9, 27–29]. К тому же, для NaV1.9-тока характерна медленная кинети- ка активации, что делает маловероятным его вклад в быстрый скачок потенциала при генерации ПД [14, 30]. Показано, что NaV1.9/NaN/SNS2-каналы экспрессируются в ноцицепторах, классифицируе- мых как термо- и высокопороговые механорецеп- торы [28]. В пользу существенности роли, которую играют эти каналы в ноцицептивной сенситиза- ции, свидетельствуют данные о наличии субъеди- ниц NaV1.9 в немиелинизированных нервных окон- чаниях, иннервирующих роговицу [31], кожу губ и пульпу зубов [32]. Именно для указанных сенсор- ных территорий весьма характерна возможность развития воспалительной гипералгезии. На основании приведенных выше данных мож- но утверждать, что экспрессия ТТХ-резистентных натриевых каналов в ноцицептивных сенсорных нейронах, обладающих первичными афферентны- ми С-волокнами, присутствие этих каналов в пе- риферических сенсорных окончаниях указанных волокон, модификация биофизических свойств ка- налов в условиях воздействия медиаторов воспале- ния в совокупности представляют собой весомые предпосылки для возникновения длительных ано- мальных разрядов ПД на периферии и передачи их в ЦНС. Такие разряды могут являться ключевы- ми электрофизиологическими феноменами, лежа- щими в основе возникновения нейропатической и воспалительной боли. Идентификация указанных предпосылок является необходимым этапом, но этого недостаточно для того, чтобы существование вышеуказанной электрической активности могло рассматриваться как неоспоримый факт. Взаимо- действие токов через ТТХ-чувствительные и ТТХ- резистентные каналы и их взаимодействие с тока- ми через другие каналы в ноцицептивном волокне могут складываться по-разному. Окончательный итог этого взаимодействия в такой сложной нели- нейной системе совершенно не очевиден, а пря- мая демонстрация отмеченных феноменов в натур- ном эксперименте невозможна из-за методических ограничений. Вместе с тем в настоящей работе представлены данные вычислительных экспериментов на модели ноцицептивного сенсорного волокна, которые, по- жалуй, впервые прямо указывают на возможность запуска длительного разряда ПД в С-волокне, мем- брана которого «населена» ТТХ-резистентными каналами, под действием единичного короткого НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2011.—T. 43, № 1 9 ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ ТЕТРОДОТОКСИНРЕЗИСТЕНТНЫХ НАТРИЕВЫХ КАНАЛОВ стимула. Соответствующими условиями для этого являются смещение кинетики активации и инакти- вации упомянутых каналов в сторону более отри- цательных (гиперполяризационных) потенциалов, подобное тому, которое описано в отношении таких же каналов в соме соответствующих нейронов дор- сальнокорешковых ганглиев [6, 9], а также наличие ТТХ-резистентных каналов по крайней мере типа NaV1.8/SNS/PN3 на всем протяжении С-волокна. Вместе с тем представленные выше данные не дают исчерпывающего ответа на все вопросы, ка- сающиеся природы непрерывных длительных раз- рядов в первичных С-афферентах. В дальнейшем необходимо детально исследовать зависимость на- блюдаемых феноменов от соотношения плотностей каналов разных типов на одном и том же участке волокна, а также от сходства и различия указанных соотношений на разных участках подобного волок- на. Это, с одной стороны, свободные перифериче- ские окончания (дистальный участок) в области, непосредственно подверженной воспалению, а с другой – проксимальный участок, простирающий- ся от периферических окончаний до спинального ганглия и далее. І. Б. Кулагіна 1 , В. А. М’якушко 2 ВПЛИВ СТАНУ ТЕТРОДОТОКСИНРЕЗИСТЕНТНИХ НАТРІЄВИХ КАНАЛІВ НА ЕЛЕКТРИЧНУ АКТИВНІСТЬ НОЦИЦЕПТИВНОГО СЕНСОРНОГО ВОЛОКНА: МОДЕЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ 1Міжнародний центр молекулярної фізіології (Дніпропетровське відділення) НАН України (Україна). 2Дніпропетровська державна медична академія (Україна). Р е з ю м е На моделі тонкого первинного аферентного С-волокна пе- ревіряли одну з гіпотез щодо феномену тривалих тонічних розрядів у подібних ноцицептивних аферентах. У мембрані ділянки, відповідної вільному закінченню ноцицептивного С-волокна, були присутні натрієві канали трьох типів (кана- ли тетродотоксин (ТТХ-)чутливого струму, що швидко інак- тивуються, та ТТХ-резистентні канали двох типів – NaV1.8/ SNS/PN3 і NaV1.9/NaN/SNS2). Як відомо, ТТХ-резистентні натрієві струми сприяють виникненню тривалих послідов- ностей потенціалів дії (ПД), коли тривалість тонічного роз- ряду на порядки перевищує тривалість ініціюючих його ко- ротких стимулів; такі сигнали передаються в спинний мозок та інтерпретуються як больові. На досліджуваній моделі були отримані часовий хід змін мембранного потенціалу в дистальній і проксимальній ділянках нервового волокна та значення щільностей вихідних і вхідних ТТХ-резистентних натрієвих струмів типу SNS/NaV1.8 і NaN/NaV1.9 у нормі і в стані, що імітує дію запальних факторів. Результати мо- делювання показали, що ТТХ-резистентні натрієві струми сприяють збільшенню „повільних” компонентів у складі ге- нерованих ПД (слідової плато-деполяризації). Маючи більш високий поріг інактивації, дані струми повільніше інакти- вуються і швидше відновлюються після інактивації порів- няно зі струмами через натрієві канали, чутливі до ТТХ. Така поведінка передбачає істотну роль ТТХ-резистентних струмів у полегшенні передачі ноцицептивних сигналів при нейропатичному болю в умовах „перерегулювання” відпо- відних каналів. Можна зробити висновок, що експресія ТТХ-резистентних натрієвих каналів у ноцицептивних сен- сорних нейронах з первинними аферентними С-волокнами, наявність цих каналів у мембранах периферичних закін- чень вказаних волокон і модифікація біофізичних влас- тивостей таких каналів в умовах дії медіаторів запалення разом створюють вагомі передумови для виникнення анор- мальних тривалих розрядів ПД у згаданих периферичних закінченнях і передачі таких сигналів у ЦНС. Подібна ситу- ація може виявитись електрофізіологічним феноменом, що лежить в основі нейропатичного й запального болю. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. IASP Task Force on Taxonomy: Descriptions of Chronic Pain Syndromes and Definitions of Pain Terms, IASP Press, Seattle (1994). 2. L. X. Wang and Z. J. Wang, “Animal and cellular models of chronic pain,”Adv. Drug. Deliv. Rev., 55, 949-965 (2003). 3. D. K. Thakor, A. Lin, Y. Matsuka, et al., “Increased peripheral nerve excitability and local NaV1.8 mRNA up-regulation in painful neuropathy,” Mol. Pain, 5, 14-25 (2009). 4. C. Kennedy, T. S. Assis, A. J. Currie, and E. G. Rowan, “Crossing the pain barrier: P2 receptors as targets for novel analgesics,” J. Physiol., 553, 683-694 (2003). 5. M. S. Gold, “Tetrodotoxin-resistant Na+ currents and inflammatory hyperalgesia,”Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, No. 14, 7645-7649 (1999). 6. F. Maingret, B. Coste, F. Padilla, et al., “Inflammatory mediators increase Nav1.9 current and excitability in nociceptors through a coincident detection mechanism,” J. Gen. Physiol., 131, No. 3, 211-225 (2008). 7. S. D. Dib-Hajj, T. R. Cummins, J. A. Black, and S. G. Waxman, “Sodium channels in normal and pathological pain,” Annu. Rev. Neurosci., 33, 325-347 (2010). 8. M. L. Hines and N. T. Carnevale, “Neuron – a tool for neuroscientists,” Neuroscientist, 7, 123-135 (2001). 9. B. Coste, N. Osorio, F. Padilla, et al., “Gating and modulation of presumptive NaV1.9 channels in enteric and spinal sensory neurons,” Mol. Cell. Neurosci., 26, No. 1, 123-134 (2004). 10. X. W. Dong, S. Goregoaker, H. Engler, et al., “Small interfering RNA-mediated selective knockdown of Nav1.8 tetrodotoxin- resistant sodium channel reverses mechanical allodynia in neuropathic rats,” Neuroscience, 146, 812-821 (2007). 11. M. S. Gold, D. Weinreich, C. S. Kim, et al., “Redistribution of Nav1.8 in uninjured axons enables neuropathic pain,” J. Neurosci., 23, 158-166 (2003). НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2011.—T. 43, № 110 И. Б. КУЛАГИНА, В. А. МЯКУШКО 12. J. Lai, M. S. Gold, C. S. Kim, et al., “Inhibition of neuropathic pain by decreased expression of the tetrodotoxin-resistant sodium channel, NaV1.8,” Pain, 95, 143-152 (2002). 13. F. Porreca, J. Lai, D. Bian, et al., “A comparison of the potential role of the tetrodotoxin-insensitive sodium channels, PN3/SNS and NaN/SNS2, in rat models of chronic pain,” Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 7640-7644 (1999). 14. N. T. Blair and B. P. Bean, “Roles of tetrodotoxin (TTX)- sensitive Na+ current, TTX-resistant Na+ current, and Ca2+ current in the action potentials of nociceptive sensory neurons,” J. Neurosci., 22, 10277-10290 (2002). 15. M. Renganathan, T. R. Cummins, and S. G. Waxman, “Contribution of Na(v)1.8 sodium channels to action potential electrogenesis in DRG neurons,” J. Neurophysiol., 86, 629- 640 (2001). 16. L. Djouhri, X. Fang, K. Okuse, et al., “The TTX-resistant sodium channel Nav1.8 (SNS/PN3): expression and correlation with membrane properties in rat nociceptive primary afferent neurons,” J. Physiol., 550, 739-752 (2003). 17. S. D. Novakovic, E. Tzoumaka, J. G. McGivern, et al., “Distribution of the tetrodotoxin-resistant sodium channel PN3 in rat sensory neurons in normal and neuropathic conditions,” J. Neurosci., 18, 2174-2187 (1998). 18. A. N. Akopian, L. Sivilotti, and J. N. Wood, “A tetrodotoxin- resistant voltage-gated sodium channel expressed by sensory neurons,” Nature, 379, 257-262 (1996). 19. V. H. John, M. J. Main, A. J. Powell, et al., “Heterologous expression and functional analysis of rat Nav1.8 (SNS) voltage-gated sodium channels in the dorsal root ganglion neuroblastoma cell line ND7-23,” Neuropharmacology, 46, 425-438 (2004). 20. K. Coward, C. Plumpton, P. Facer, et al., “Immunolocalization of SNS/PN3 and NaN/SNS2 sodium channels in human pain states,” Pain, 85, 41-50 (2000). 21. T. Kretschmer, L. T. Happel, J. D. England, et al., “Accumulation of PN1 and PN3 sodium channels in painful human neuroma- evidence from immunocytochemistry,” Acta Neurochir., 144, 803-810 (2002). 22. Y. Yiangou, R. Birch, L. Sangameswaran, et al., “SNS/PN3 and SNS2/NaN sodium channel-like immunoreactivity in human adult and neonate injured sensory nerves,” FEBS Lett., 467, 249-252 (2000). 23. S. D. Dib-Hajj, L. Tyrrell, J. A. Black, and S. G. Waxman, “NaN, a novel voltage-gated Na channel, is expressed preferentially in peripheral sensory neurons and down-regulated after axotomy,” Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 8963-8968 (1998). 24. S. Tate, S. Benn, C. Hick, et al., “Two sodium channels contribute to the TTX-Rsodium current in primary sensory neurons,” Nat. Neurosci., 1, 653-655 (1998). 25. F. Amaya, I. Decosterd, T. A. Samad, et al., “Diversity of expression of the sensoryneuron-specific TTX-resistant voltage-gated sodium ion channels SNSand SNS2,” Mol. Cell Neurosci., 15, 331-342 (2000). 26. X. Fang, L. Djouhri, J. A. Black, et al., “The presence and role of the tetrodotoxin-resistant sodium channel Na(v)1.9 (NaN) in nociceptive primary afferent neurons,” J. Neurosci., 22, 7425-7433 (2002). 27. T. R. Cummins, S. D. Dib-Hajj, J. A. Black, et al., “A novel persistent tetrodotoxin-resistant sodium current in SNS-null and wild-type small primary sensory neurons,” J. Neurosci., 19, 1-6 (1999). 28. B. Coste, M. Crest, and P. Delmas, “Pharmacological dissection and distribution of NaN/Nav1.9, T-type Ca 2+ currents, and mechanically activated cation currents in different populations of DRG neurons,” J. Gen. Physiol., 129, 57-77 (2007). 29. H. Maruyama, M. Yamamoto, T. Matsutomi, et al., “Electrophysiological characterization of the tetrodotoxin- resistant Na+ channel, Na(v)1.9, in mouse dorsal root ganglion neurons,” Pflügers Arch., 449, 76-87 (2004). 30. R. I. Herzog, T. R. Cummins, and S. G. Waxman, “Persistent TTX-resistant Na+ current affects resting potential and response todepolarization in simulated spinal sensory neurons,” J. Neurophysiol., 86, 1351-1364 (2001). 31. J. A. Black and S. G. Waxman, “Molecular identities of two tetrodotoxin-resistant sodium channels in corneal axons,” Exp. Eye Res., 75, 193-199 (2002). 32. F. Padilla, M. L. Couble, B. Coste, et al., “Expression and localization of the Nav1.9 sodium channel in enteric neurons and in trigeminal sensory endings: implication for intestinal reflex function and orofacial pain,” Mol. Cell. Neurosci., 35, 138-152 (2007).

Влияние состояния тетродотоксинрезистентных натриевых каналов на электрическую активность ноцицептивного сенсорного волокна: модельное исследование

Репозитарії

Схожі ресурси