Исследование влияния одорантов на двигательную активность обонятельных жгутиков

Известно, что спонтанные движения обонятельных жгутиков требуют затрат энергии (А.А.Бронштейн, 1977). Мы показали, что одоранты первой и второй групп изменяют активность дыхательной цепи митохондрий. Теперь важно было установить, корреляцию между изменениями окислительно-восстановительных процессов в митохондриях и движений обонятельных жгутиков при стимуляции обонятельной выстилки пахучими веществами.

3.3.1. Энергетическое обеспечение двигательной активности
обонятельных жгутиков

В данной серии экспериментов перед нами стояла задача выяснить, изменяется ли характер двигательной активности обонятельных жгутиков под действием одорантов и какая роль в этом процессе принадлежит их цитоскелету.

Прижизненные наблюдения за состоянием обонятельных жгутиков показали, что они покрывают всю поверхность обонятельного эпителия и двигаются. В областях, граничащих с мерцательным эпителием, хорошо видно, что характер движения жгутиков обонятельных клеток совершенно отличается от ресничек мерцательного эпителия, и их легко отличить друг от друга.

На поверхности обонятельной выстилки видны жгутики разной длины – короткие и длинные. Первые из них двигаются быстро. Поэтому трудно проследить за их характером. Длинные обонятельные жгутики совершают более медленные неупорядоченные асинхронные колебания, сгибаясь и разгибаясь без постоянной скорости и ритма. Траектория их колебаний описывает воронокообразные, изгибательные или волнообразные движения. Хорошо видно, что дистальные участки жгутиков, снабженные на конце утолщением, способны сворачиваться в виде петли или диска. Их неторопливые, рыскающие движения не имеют определенной направленности. Их характер сохраняется после увеличенного протока раствором Рингера, что, вероятно, свидетельствует о том, что внешнее механическое воздействие потока жидкости оказывает на них несущественное влияние.

Важно отметить, что в растворе Рингера спонтанная двигательная активность на изолированных кусочках обонятельной выстилки лягушек при комнатной температуре сохранялась в нормальном состянии в течение 5 – 6 и более часов. Известно, что движения жгутиков коррелируют с функциональным состоянием препарата, которое сохранялось нормальным на протяжении многочасовых экспериментов и обеспечивало достоверность получаемых результатов.

Стимуляция обонятельной выстилки амиловым спиртом, камфорой, цинеолом, амилацетатом, ванилином и аммиаком ускоряла частоту локомоторных движений. При этом можно было наблюдать, что в ответ на стимуляцию одорантами свои движения ускоряли жгутики не по всей поверхности обонятельного эпителия, а в отдельных зонах, вероятно, специфических для данного пахучего вещества. Зоны не перекрывались, и площадь, занимаемая подвижными цилиями, не увеличивалась даже при повышении концентрации используемого одоранта.

Данные, полученные нами с помощью прижизненной телевизионной микроскопии, хорошо совпадают с флуориметрическими и электрофизиологическими, в которых мы также регистрировали реакции на одоранты в отдельных областях обонятельной выстилки. Возможно, в них сосредоточены обонятельные клетки, обладающие рецепторами к данному пахучему стимулу.

Результаты наблюдений за одорант-зависимыми движениями вывили также, что при внесении одоранта в среду жгутики данного участка обонятельной выстилки упорядочивали свою двигательную активность, ориентируясь в ту сторону, с которой диффундирует пахучее вещество

Подобная реакция видна на рис. 69 а. На нем представлен фиксированный после предварительной стимуляции одорантами препарат обонятельной выстилки. Фиксация длилась около часа, тогда как реакция на одорант развивается в течение секунд. Благодаря этому, вероятно, до своей фиксации жгутики успевали приобрести упорядоченное движение под действием одоранта, что и отразилось на рисунке.

Таким образом, из результатов прижизненной телевизионной микроскопии следует, что обонятельные жгутики двигаются. Нужна ли для этого энергия? Чтобы ответить на поставленный вопрос, мы воздействовали на обонятельный эпителий ротеноном, ингибирующим дыхательную цепь митохондрий и подавляющим синтез ими АТФ. При этом спонтанные движения обонятельных жгутиков прекращались. Эти данные свидетельствуют о том, что для цилиарных движений в отсутствие пахучих стимулов необходима энергия АТФ.

Из наблюдений за двигательной активностью обонятельных жгутиков следует также, что под влиянием одорантов она изменяется. Чтобы выяснить, нужна ли энергия для одорант-индуцированных изменений жгутиковой подвижности, мы стимулировали обонятельную выстилку амиловым спиртом, камфорой, цинеолом, амилацетатом, ванилином или аммиаком на фоне ротенона.

Как оказалось, под действием перечисленных одорантов остановленная ротеноном локомоторная активность восстанавливалась. Инициация жгутиковых движений амиловым спиртом, камфорой, цинеолом, амилацетатом, ванилином и аммиаком говорит о том, что, по-видимому, под влиянием этих пахучих веществ включаются дополнительные механизмы, снимающие ингибиторное действие ротенона.

Данное предположение не распространяется на сероводород. В отличие от всех применяемых одорантов он не только не восстанавливал движения жгутиков обонятельных клеток, но и сам их останавливал. В различиях двигательной реакции обонятельных жгутиков на разные одоранты также, очевидно, проявляются разные механизмы их действия на энергетику обонятельных клеток.

Исходя из проведенных наблюдений можно заключить, что обонятельный эпителий покрыт подвижными жгутиками. Их спонтанная активность обеспечивается митохондриальной АТФ. Характер локомоторной активности под действием одорантов меняется, но по-разному на различные пахучие стимулы. Для вызванной одорантами двигательной активности также требуется АТФ. Однако для ее синтеза должны включаться, по-видимому, дополнительные, механизмы, активируемые одорантами.