Конструкция слоев сетчатки

Описание

Синаптическая организация сетчатки лягушки значительно сложнее, чем сетчатки кошки и приматов [Dowling, 1968; Dubin,. 1970]. Так, не только количество синапсов во внутреннем плексиформиом слое оказалось в 3 раза больше в сетчатке лягушки, но выявились и существенные качественные особенности в виде преобладания сериальных амакриновых синапсов. Нейронное строение также оказалось более разнообразным в сетчатке лягушки; это относится к количественной и качественной характеристике основных типов нейронов.

Разберем по слоям некоторые из отличий сетчатки лягушки и кошки. По ультраетруктурным признакам Nilsson [1964, 1969] различает в сетчатке лягушки четыре типа фоторецепторов: красные палочки, зеленые палочки, двойные колбочки, одиночные колбочки. В наружном плексиформиом слое сетчатки лягушки синаптические терминали многообразных рецепторов оканчиваются на разных уровнях: терминали красных палочек — в наружной зоне, колбочек — в средней, зеленых палочек —во внутренней [Ramon у Cajal, 1972]. При изучении методом Гольджи сетчатки лягушки мы могли убедиться, что чередование уровней терминален происходит в весьма узком пространстве наружного плекснформного слоя, что создает значительные затруднения при их выделении (Shkolnik-Yarros, Podugolnikovar 1978]. Терминали колбочек в сетчатке кошки расположены ниже терминалей палочек [Hollander, Stone, 1972], а мозаика рецепторов меняется от центра к периферии сетчатки [Steinberg, Reid, Lacy, 1973]. Следующим отличием сетчатки лягушки является значительная величина синаптических окончаний палочек и отсутствие типичной для млекопитающих и рыб формы, т. е. палочковых сферул. Наконец, в сетчатке лягушки терминальные нити,, образующие межрецепторные контакты, отходят как от колбочковых, так и от палочковых синаптических образований.

Несмотря на весьма детальные исследования нейронов [Dogiel, 1888а, b; Ramon у Cajal, 1972], ультраструктуры рецепторов и их связей [Боровягин, 1966; Evans, 1966, Dowling, 1968; Nilsson, 1964, 1969], многие аспекты структурной организации наружного плексиформного слоя сетчатки лягушки еще не выяснены. На основании Гольджи-препаратов можно высказать некоторые предварительные предположения о связи рецепторов с определенными видами биполяров в сетчатке лягушки [Shkolnik- Yarros, Podugolnikova, 1978]. Так, по-видимому, связь с колбочками осуществляет не один тип биполярных клеток (как считал Ramon у Cajal), а несколько. Это наружные биполярные клетки с плоским ветвлением дендритов в центре наружного плексиформного слоя, большие и малые, внутренние биполярные клетки, отличающиеся теми же признаками. Другая разновидность биполяров характеризуется диффузной россыпью синаптических пуговок, теснящихся вокруг ножки колбочки. В двух случаях можно было видеть тень колбочки, тесно примыкающей к дендритам наружных биполярных клеток.

Как позволяют видеть некоторые наши препараты, красные палочки контактируют с внутренними биполярными клетками, лишенными колбы Ландольта, дендриты которых проникают достаточно высоко кнаружи (см. рис. 16, слева). Связь осуществляется посредством нежных синаптических пуговок, проникающих внутрь палочковой ножки. Предположение Ramon у Cajal о контактах красных палочек с наружными биполярными клетками также нельзя отвергнуть; примеры такого высокого (наружного) проникновения терминалей дендритов можно было видеть и на наших препаратах [Shkolnik-Yanos, Podugolnikova, 1978]. Все биполярные клетки, ветвления дендритов которых расположены в самой внутренней зоне наружного плексиформного слоя, могут контактировать с зелеными палочками. На одном из препаратов такую связь удалось наблюдать.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

В сетчатке кошки выяснены синаптические связи трех типов биполярных клеток с двумя типами рецепторов [Boycott, Kolb, 1973Ь]. Палочковые биполяры образуют центральные отростки, инвагинируюпше палочки, латеральными элементами триады являются терминали аксонов горизонтальных клеток. Инвагинирующие биполяры образуют центральный элемент и в триаде колбочки, латеральные элементы — дендриты горизонтальных клеток. Плоские биполяры касаются нижней поверхности колбочковой ножки, образуя синапс. Один инвагинирующий биполяр может образовывать синапсы с разным количеством колбочек — от четырех до десяти. От восьми до 14 колбочек связаны с одним плоским биполяром.

Следующее значительное отличие наружных слоев сетчатки лягушки—колба Ландольта, отсутствующая в сетчатке кошки. Известно, что колба Ландольта — постоянная составная часть многих типов биполярных клеток у некоторых рыб, амфибий, рептилий, птиц. Она развивается раньше, чем дендриты биполярных клеток в наружном плексиформном слое. Колбы Ландольта изучены электронно-микроскопически у двоякодышащей рыбы [Locket, 1970], хвостатых амфибий [Hendrickson, 1966] и черепахи [Давыдова, 1981]. По Locket [1970], склеральный конец колб внедряется в пигментный эпителий. Они содержат митохондрии, гликоген и микротрубочки. В свободном конце две центриоли, из одной возникает 9:0 цилий. Цилиарные корешки пересекают колбу. Locket высказывает предположение об участии колб Ландольта в метаболической или даже сенсорной функции.

В нашем материале сетчатки травяной лягушки колбы Ландольта отходят не только от основного дендрита, но часто от вторичного дендрита в наружном плексиформиом слое. Морфологически они весьма разнообразны, что было отмечено также в сетчатке рыбы [Witkovsky, Stell, 1973].

По современным представлениям пигментный эпителий, участвующий в ретиномоторном эффекте, получает сигнал от сетчатки, приводящий к началу движения пигментных гранул при включении света [Донцов, Островский, 1984]. Однако механизм этого сигнального взаимодействия пигментного эпителия и сетчатки до сих пор не ясен. Заманчиво предположить, что колбы Ландольта принимают участие в этом механизме. Отсутствие колб Ландольта у биполярных клеток млекопитающих, коррелирующее с отсутствием у них ретиномоторного эффекта, может свидетельствовать в пользу такого предположения.

У кошек, как сказано выше [Boycott, Kolb 1973b], а также у приматов [Dowling, Boycott, 1966; Boycott, Dowling, 1969; Kolb, 1970] связи колбочек и палочек с биполярными клетками строго определены: колбочковые и палочковые биполярные клетки образуют синапсы лишь с соответствующим им видом фоторецептора. При исследовании сетчатки золотой рыбки Stell [1967] выделил смешанный тип биполярной клетки, вступающей в синаптическую связь как с палочками, так и с колбочками. Подобные смешанные биполярные клетки тщательно изучены Scholes [1975] в сетчатке рыбы.

Учитывая диффузные ветвления дендритов многих биполярных клеток по всему наружному плексиформному слою [Школьник-Яррос, Подуголышкова, 1976; Shkolnik-Yarros, Podugolnikova, 1978], можно предполагать, что смешанный тип биполярного нейрона будет обнаружен и в сетчатке лягушки. Сходные предположения высказывали Lettvin с соавт. [1961], О. Ю. Орлов [1961], Evans [1966]. Внутренний ядерный слой весьма различен в сетчатке травяной лягушки и кошки. Относительно большая его ширина и густоклеточность соответствуют многообразию типов биполярных и амакриновых клеток сетчатки лягушки. У последней характерно проникновение тел амакриновых клеток в подслой и даже склеральпее и значительно большие вариации формы.

Представляют интерес заметные расширения и крупные пластинчатые утолщения восходящего дендрита у внутренних биполярных клеток в сетчатке лягушки. По конфигурации и расположению подобных утолщений можно предположить их синаптнческую связь с соседними элементами, как-то: дендритами и телами биполярных клеток, восходящими отростками интерплексиформных клеток (литературу об интерплексиформных клетках см.: Boycott с соавт. [1975], Dowling, Ehinger [1978] и раздел 1.5 наст. кн.). По Н. С. Косицыну [1976], узлы и площадки, расположенные на участках ветвления дендритов нейронов в центральной нервной системе, особо богаты синапсами. Пластинчатые утолщения, обнаруженные нами на верхушечных дендритах биполярных клеток, вероятно, также приспособлены для скопления синапсов. На дендритах биполярных клеток сетчатки кошки сходные пластинчатые утолщения также обнаруживаются, но они менее выражены.?

Во внутреннем ядерном слое, кроме проходящих перпендикулярно (вертикально) по отношению к плоскости сетчатки отростков (биполярных клеток, интерплексиформных клеток, мюллеровских волокон), обнаруживаются волокна, параллельные плоскости плексиформных слоев. Такие аксоноподобные ветвления наблюдались нами в сетчатке белки. По Boycott et al. [1975], подобные отростки при электронно-микроскопических увеличениях, возможно, идентичны сплетениям тонких волоконец, образующих синапсы на телах амакриповых и биполярных клеток. Авторы думают, что эти ранее не описанные отростки отходят от особой разновидности амакриновых клеток, содержащих катехоламины и названных адренергическими связующими клетками [Laties, Jacobowitz, 1966; Ehinger, 1966].

Внутренний плексиформный слой. Конструкция связей в этом слое сетчатки детально описана еще А. С. Догелем и затем Ramon у Cajal: «Внутренний плексиформный слой всех позвоночных состоит из четырех, пяти или более наслаивающихся сплетений. У каждого из этих подслоев переплетаются терминальные отростки амакриновых клеток, биполярных клеток и ганглиозных клеток» [Ramon у Cajal, 1972].

Наиболее удачное подтверждение этого положения представлено Vrabec [1966]. В демонстрируемую им мозаику утолщений биполярных клеток в сетчатке рыбы (подтвержденную затем Т. А. Подугольниковой и В. В. Максимовым [1973, 1975]) обязательно включались дендриты ганглиозных клеток и отростки амакриновых клеток. Наконец, обнаружение различных сочетаний отростков трех видов нейронов на ультрамикроскопическом уровне полностью доказало предположение Ramon у Cajal. Dowling и Boycott [1966], а затем Dubin [1970] проанализировали эти взаимосвязи, обнаружили также ранее не замеченные реципрокные синапсы между аксоном биполярной н отростком амакриновой клетки. Анализ синапсов единичной аксонной терминали биполяра в сетчатке человека [Allen, 1969] позволил наглядно убедиться в сложности ее связей по ходу и на концах и огромном их количестве.

Однако понимание устройства внутреннего плексиформного ‘слоя в некоторых работах подверглось упрощению, особенно по отношению к сетчатке лягушки. Так, в полусхемэтической зарисовке Maturana et al. [I960] приводится всего четыре разновидности биполярных клеток, отличающихся лишь уровнем и количеством терминальных ветвлений аксонов. В сводной работе Varju [1969] приводится всего три разновидности биполярных клеток в сетчатке лягушки.

Общее положение Ramon у Cajal можно несколько детализировать, исходя из вновь полученьых данных о ганглиозных и биполярных клетках, импрегнированных целиком. По-видимому, связи аксонов биполярных клеток с разными по уровню ветвления деидритами ганглиозных и амакриновых клеток могут осуществляться не только терминалями, но синаптическими пуговками по их ходу. Они особенно четко выражены в сетчатке рыб [Vrabec, 1966; Псдугольникова, Максимов, 1975; Scholes, Morris, 1973; Scholes, 1975]. Уровни расположения утолщений у биполярных клеток одного и того же типа одинаковы и соответствуют уровням ветвления отростков амакриновых и ганглиозных клеток [Vrabec, 1966]. Скопления синапсов на поверхности утолщений и терминальных расширений аксонов биполярных клеток доказаны электронно-микроскопически [Allen, 1969; Goodland, 1966; Witkowskv, Dowling, 1969]. В сетчатке рыб утолщения по ходу и терминальные расширения расположены на 5—7 уровнях внутреннего плексиформного слоя [Vrabec, 1966; Подугольникова, Максимов, 1975; Scholes, 1975] соответственно архитектонической его дифференцировке. В сетчатке лягушки утолщения по ходу аксонов расположены гуще , что полностью соответствует дробной его дифференцировке, зависящей от многослойности дендритов ганглиозных и амакриновых клеток. Большое количество подслоев во внутреннем плексиформиом слое сетчатки лягушки видно также и по концентрации гликогена в скоплениях синапсов [Schabadasch A., Schabadasch S , 1972]. В сетчатке кошки аксоны биполярных клеток короче, пуговки по их ходу расположены реже.

Детальное исследование синапсов во внутреннем плексиформном слое принадлежит West [1976]. По West, внутренний плексиформный слой сетчатки суслика делится на три основные зоны по содержанию качественно различных синапсов. По его данным, амакриновые синапсы преобладают по наружному и внутреннему краям слоя; причем склерально до 40% поверхности занято амакриновыми синапсами. Там же, как считает West, ветвятся дендриты сложных (стратифицированных) ганглиозных клеток. Этот путь обеспечивает прохождение сигналов к сложным детекторам, у которых торможение осуществляется через амакриновые клетки. В центре внутреннего плексиформного слоя, где большой процент биполярных синапсов, ветвятся дендриты большинства широковетвистых ганглиозных клеток и некоторых узковетвистых. Этот путь, по West, обеспечивает прохождение сигналов к простым детекторам, у которых торможение осуществляется через горизонтальные клетки. Однако автор сам отмечает относительность подобных предположительных заключений.

Интерес представляет и проблема взаимосвязей аксонов биполярных клеток с телом ганглиозных клеток. Методом Гольджи аксосоматические связи аксонов биполярных клеток с телами ганглиозных клеток наблюдались многократно. Ramon у Cajal [1972] видел такие контакты в сетчатке рыб и собак, Polyak [1941]— в сетчатке макак, Shkolnik-Yarros [1971] — в сетчатке кошек. В сетчатке лягушки аксосоматические связи аксонов биполярных клеток с телами ганглиозных клеток не были отмечены в ряде современных работ. В нашей работе они неоднократно наблюдались, но учитывая, что эти данные получены лишь на уровне световой микроскопии, они нуждаются в подтверждении в электронно-микроскопических исследованиях. Можно предположить, что для некоторых типов ганглиозных клеток сетчатки позвоночных они характерны, обеспечивая посредством электрического синапса более быстрое проведение сигналов особо важных для жизни животного. Такое предположение подтверждается также групповым расположением этих синапсов. Так, в сетчатке приматов Polyak [1941] неоднократно фиксировал зарисовками связь аксонов одного палочкового биполяра с группой соседних ганглиозных клеток. Подобную ьартину удалось наблюдать и нам в сетчатке травяной лягушки. Тесное прилегание рядом расположенных тел ганглиозных клеток наводит на мысль о возможности их синхронизированных разрядов, подобно наблюдавшимся Bennett [1972].

Отмеченные при импрегнации по Гольджи предполагаемые аксосоматические связи биполярных клеток с телами ганглиозных обычно относятся к палочковым биполярам. Однако именно о палочковых биполярах в сетчатке кошки опубликовано основанное на ультраструктурном анализе наблюдение о полном отсутствии синаптических связей этих клеток не только с телами,, но даже с дендритами ганглиозных клеток [Kolb, Famiglietti,1976].Вероятно, это противоречие можно объяснить тем, что авторы брали материал из area centralis сетчатки кошки, связи же с телами были обнаружены на периферии сетчатки у приматов [Dowling,Boycott, 1966].

Переходим к краткому обсуждению взаимоотношений амакриновых и ганглиозных клеток.

По West, Dowling [1972] и West [1976], у некоторых типов ганглиозных клеток в сетчатке суслика наблюдаются лишь синапсы амакриновых клеток (100%) при полном отсутствии синапсов от биполярных клеток.

В классических исследованиях Ramon у Gajal глубина разветвлений расположенных друг против друга амакриновых и ганглиозных клеток совпадает. Эта схема воспроизведена в труде Polyak [1941]. Счастливая случайность удачной импрегнации позволяет видеть полное переплетение отростков двух противостоящих сходных нейронов: ганглиозной и амакриновой клетки [Ramon у Cajal, 1972,; Matsumoto, Naka, 1972J. Имеются и электрофизнологические данные о сходстве в электрической активности амакриновых и ганглиозных клеток [Dowling, Werblin, 1969; Dowling, 1970]. Kolb, Nelson, Mariani [1981] также придают особое значение уровню ветвления противолежащих нейронов. Famiglietti [1983b] предполагает, что обнаруженные нм звездорасходящиеся амакриновые клетки, по-виднмому, холинергические, передают сигналы определенному типу ганглиозной клетки посредством синаптических связей, находяшихся па одном уровне дендритов последней с дистально расположенными пуговками отростков амакриновой клетки.

Учитывая эти предпосылки, почерпнутые из литературы, а также высказывания о соответствии амакриновых и ганглиозных клеток в современных работах, мы выдвигаем следующую рабочую гипотезу — каждой ганглиозной клетке некоторого типа соответствует свой амакриновый нейрон. Предварительная схема такова: диффузная либо кустовидная ганглиозная клетка контактирует со сходной однослойной амакриновой,двухслойная ганглиозная клетка — с двухслойной амакриновой.

Физиологические доказательства приведенной гпнотезы также имеются, в работах И. Л. Шевелева [1971] они показаны весьма убедительно. И. А. Шевелев па основании большого фактического материала пришел к выводу, что у каждой ганглиозной клетки имеется «индивидуальное тормозное обеспечение», т. е. своя амакриновая клетка, что полностью совпадает с нашей морфологической гипотезой.

Одним из морфологических подтверждений такого предположения может быть обнаружение асимметричных амакриновых клеток, которые могут соответствовать асимметричным ганглиозным клеткам [Школьник-Яррос, Подугольникова, Дюбина, 1975; Naka, Carraway, 1975]. То же самое относится и к многослойным амакриновым клеткам.

Однако наряду с возможностью индивидуальной связи с собственным тормозным нейроном для некоторых типов ганглиозных клеток другие их типы вступают в более сложные взаимоотношения с окружающими элементами. Средние и крупные ганглиозные клетки должны быть связаны с целым комплексом амакриновых клеток по периферии своего рецептивного поля. При таком двойном механизме можно лучше понять физиологические феномены антагонистического окружения центра рецептивного поля [Kuffler, 1953] По гипотезе Burkhardt, Berntson [1972], физиологические процессы, происходящие во внутреннем плек-сиформном слое, могут быть объяснены множественной связью целого ряда амакриновых клеток с одной ганглиозной. Такого рода схема предположительно представлена по отношению к двухслойной клетке сетчатки.

В отношении непосредственной индивидуальной связи многих ганглиозных и амакриновых клеток можно предположить, что она обеспечивает синхронное взаимодействие нервных элементов при поступлении сигналов по любому участку «входа» па систему определенный амакрин—определенная ганглиозная клетка сетчатки.

В дальнейшем детальный анализ структурно-функциональных единиц сетчатки, включающих и пары амакрин-ганглиозная клетка, позволит глубже попять функциональный смысл морфологических особенностей нейронов.

----

Статья из книги: Нейроны сетчатки | Е.Г. Школьник-Яррос, А.В. Калинина