Дифференцированные реакции нейронов большого и дорсального ядер шва крысы на висцеральные и соматические болевые сигналы
DOI:
https://doi.org/10.33910/2687-1270-2023-4-3-312-323Ключевые слова:
ядра шва, висцеральная боль, соматическая боль, экспрессия c-fos белков, нейрональная активностьАннотация
Ключевыми структурами серотонинергической системы мозга, вовлеченными в механизмы регуляции болевой чувствительности, являются большое (БЯШ) и дорсальное (ДЯШ) ядра шва. Рядом исследований продемонстрированы отличающиеся эффекты висцеральных и соматических болевых раздражений на функциональную активность нейронов этих ядер, что указывает на возможные различия в механизмах обработки ими болевых сигналов разной природы. Однако до настоящего времени специальное исследование таких механизмов никем не проводилось, поэтому целью наших экспериментов на анестезированных самцах крыс линии Вистар являлось сравнительное изучение нейрональных реакций БЯШ и ДЯШ на висцеральное (колоректальное растяжение) и соматическое (сдавливание хвоста) болевые раздражения. Работа выполнена с использованием иммуногистохимического метода определения экспрессии c-fos белков и микроэлектродной регистрации импульсной активности нейронов. В обеих структурах не было выявлено различий в локализации с-fos-синтезирующих клеток, активируемых применяемыми раздражениями, однако реактивные к соматической стимуляции нейроны содержали более крупные клеточные ядра. По импульсным реакциям на болевые воздействия ноцицептивные нейроны БЯШ и ДЯШ были разделены на три группы: 1) отвечающие активацией только на колоректальное растяжение (висцеральные); 2) возбуждающиеся только при сдавливании хвоста (соматические); 3) реагирующие возбуждением на оба раздражения (общие). При этом ДЯШ содержало большее, чем БЯШ, количество висцеральных ноцицептивных клеток при меньшей доле соматических. Однако в обоих ядрах общие ноцицептивные нейроны проявляли более выраженные реакции на соматический стимул, чем на висцеральный, а ответы соматических клеток на сдавливание хвоста были интенсивнее, чем у висцеральных нейронов на колоректальное растяжение. Полученные данные свидетельствуют, что БЯШ и ДЯШ содержат отличающиеся по морфо-функциональным характеристикам популяции нейронов, которые могут дифференцированным образом реагировать на активацию висцерального или соматического болевых входов, способствуя специфичной для каждого вида боли активности серотонинергической системы мозга.
Библиографические ссылки
Almeida, A., Leite-Almeida, H., Tavares, I. (2006) Medullary control of nociceptive transmission: Reciprocal dual communication with the spinal cord. Drug Discovery Today: Disease Mechanisms, vol. 3, no. 3, pp. 305–312. https://doi.org/10.1016/j.ddmec.2006.09.001 (In English)
Almeida, T. F., Roizenblatt, S., Tufik, S. (2004) Afferent pain pathways: A neuroanatomical review. Brain Research, vol. 1000, no. 1–2, pp. 40–56. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2003.10.073 (In English)
Bardoni, R. (2019) Serotonergic modulation of nociceptive circuits in spinal cord dorsal horn. Current Neuropharmacology, vol. 17, no. 12, pp. 1133–1145. https://doi.org/10.2174/1570159X17666191001123900 (In English)
Brink, T. S., Hellman, K. M., Lambert, A. M., Mason, P. (2006) Raphe magnus neurons help protect reactions to visceral pain from interruption by cutaneous pain. Journal of Neurophysiology, vol. 96, no. 6, pp. 3423–3432. https://doi.org/10.1152/jn.00793.2006 (In English)
Brink, T. S., Mason, P. (2003) Raphe magnus neurons respond to noxious colorectal distension. Journal of Neurophysiology, vol. 89, no. 5, pp. 2506–2515. https://doi.org/10.1152/jn.00825.2002 (In English)
Chen, T., Dong, Y.-X., Li, Y.-Q. (2003) Fos expression in serotonergic neurons in the rat brainstem following noxious stimuli: An immunohistochemical double-labelling study. Journal of Anatomy, vol. 203, no. 6, pp. 579–588. https://doi.org/10.1046/j.1469-7580.2003.00242.x (In English)
Chen, Q., Heinricher, M. M. (2022) Shifting the balance: How top-down and bottom-up input modulate pain via the rostral ventromedial medulla. Frontiers in Pain Research, vol. 3, article 932476. https://doi.org/10.3389/fpain.2022.932476 (In English)
Dong, Y.-X., Han, Z.-A., Xiong, K.-H., Rao, Z.-R. (1997) Fos expression in serotonergic midbrain neurons projecting to the paraventricular nucleus of hypothalamus after noxious stimulation of the stomach: A triple labeling study in the rat. Neuroscience Research, vol. 27, no. 2, pp. 155–160. https://doi.org/10.1016/s0168-0102(96)01143-1 (In English)
Ellrich, J., Ulucan, C., Schnell, C. (2001) Is the response pattern of on- and off-cells in the rostral ventromedial medulla to noxious stimulation independent of stimulation site? Experimental Brain Research, vol. 136, no. 3, pp. 394–399. https://doi.org/10.1007/s002210000594 (In English)
Fields, H. L., Bry, J., Hentall, I., Zorman, G. (1983) The activity of neurons in the rostral medulla of the rat during withdrawal from noxious heat. Journal of Neuroscience, vol. 3, no. 12, pp. 2545–2552. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.03-12-02545.1983 (In English)
Fields, H. L., Heinricher, M. M., Mason, P. (1991) Neurotransmitters in nociceptive modulatory circuits. Annual Reviews of Neuroscience, vol. 14, no. 1, pp. 219–245. https://doi.org/10.1146/annurev.ne.14.030191.001251 (In English)
Gao, K., Mason, P. (2000) Serotonergic Raphe magnus cells that respond to noxious tail heat are not ON or OFF cells. Journal of Neurophysiology, vol. 84, no. 4, pp. 1719–1725. https://doi.org/10.1152/jn.2000.84.4.1719 (In English)
Gau, R., Sévoz-Couche, C., Hamon, M., Bernard, J.-F. (2013) Noxious stimulation excites serotonergic neurons: A comparison between the lateral paragigantocellular reticular and the raphe magnus nuclei. Pain, vol. 154, no. 5, pp. 647–659. https://doi.org/10.1016/j.pain.2012.09.012 (In English)
Hao, S., Shi, W., Liu, W. et al. (2023) Multiple modulatory roles of serotonin in chronic pain and injury-related anxiety. Frontiers in Synaptic Neuroscience, vol. 15, article 1122381. https://doi.org/10.3389/fnsyn.2023.1122381 (In English)
Luz, L. L., Fernandes, E. C., Sivado, M. et al. (2015) Monosynaptic convergence of somatic and visceral C-fiber afferents on projection and local circuit neurons in lamina I: a substrate for referred pain. Pain, vol. 156, no. 10, pp. 2042–2051. https://doi.org/10.1097/j.pain.0000000000000267 (In English)
Lyubashina, O. A., Sivachenko, I. B., Sokolov, A. Y. (2019) Differential responses of neurons in the rat caudal ventrolateral medulla to visceral and somatic noxious stimuli and their alterations in colitis. Brain Research Bulletin, vol. 152, pp. 299–310. https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2019.07.030 (In English)
Martins, I., Tavares, I. (2017) Reticular formation and pain: The past and the future. Frontiers in Neuroanatomy, vol. 11, article 51. https://doi.org/10.3389/fnana.2017.00051 (In English)
Mercer Lindsay, N., Chen, C., Gilam, G. et al. (2021) Brain circuits for pain and its treatment. Science Translation Medicine, vol. 13, no. 619, article eabj7360. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.abj7360 (In English)
Monconduit, L., Bourgeais, L., Bernard, J.-F., Villanueva, L. (2003) Convergence of cutaneous, muscular and visceral noxious inputs onto ventromedial thalamic neurons in the rat. Pain, vol. 103, no. 1–2, pp. 83–91. https://doi.org/10.1016/s0304-3959(02)00418-9 (In English)
Montagne-Clavel, J., Oliveras, J.-L., Martin, G. (1995) Single-unit recordings at dorsal raphe nucleus in the awake-anesthetized rat: Spontaneous activity and responses to cutaneous innocuous and noxious stimulations. Pain, vol. 60, no. 3, pp. 303–310. https://doi.org/10.1016/0304-3959(94)00129-3 (In English)
Ness, T. J., Follett, K. A., Piper, J., Dirks, B. A. (1998) Characterization of neurons in the area of the medullary lateral reticular nucleus responsive to noxious visceral and cutaneous stimuli. Brain Research, vol. 802, no. 1–2, pp. 163–174. https://doi.org/10.1016/s0006-8993(98)00608-8 (In English)
Nguyen, E., Smith, K. M., Cramer, N. et al. (2022) Medullary kappa-opioid receptor neurons inhibit pain and itch through a descending circuit. Brain, vol. 145, no. 7, pp. 2586–2601. https://doi.org/10.1093/brain/awac189 (In English)
Nurzynska, K., Mikhalkin, A., Piorkowski, A. (2017) CAS: Cell annotation software — research on neuronal tissue has never been so transparent. Neuroinformatics, vol. 15, no. 4, pp. 365–382. https://doi.org/10.1007/s12021-017-9340-2 (In English)
Paxinos, G., Watson, C. (1998) The rat brain in stereotaxic coordinates. 4th ed. London: Academic Press, 237 p. (In English)
Pinto-Ribeiro, F., Ansah, O. B., Almeida, A., Pertovaara, A. (2011) Response properties of nociceptive neurons in the caudal ventrolateral medulla (CVLM) in monoarthritic and healthy control rats: Modulation of responses by the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVN). Brain Research Bulletin, vol. 86, no. 1-2, pp. 82–90. https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2011.06.014 (In English)
Qin, C., Farber, J. P., Linderoth, B. et al. (2008) Neuromodulation of thoracic intraspinal visceroreceptive transmission by electrical stimulation of spinal dorsal column and somatic afferents in rats. The Journal of Pain, vol. 9, no. 1, pp. 71–78. https://doi.org/10.1016/j.jpain.2007.08.007 (In English)
Radhakrishnan, R., Sluka, K. A. (2009) Increased glutamate and decreased glycine release in the rostral ventromedial medulla during induction of a pre-clinical model of chronic widespread muscle pain. Neuroscience Letters, vol. 457, no. 3, pp. 141–145. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2009.03.086 (In English)
Ren, T.-H., Wu, J., Yew, D. et al. (2007) Effects of neonatal maternal separation on neurochemical and sensory response to colonic distension in a rat model of irritable bowel syndrome. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology, vol. 292, no. 3, pp. G849–G856. https://doi.org/10.1152/ajpgi.00400.2006 (In English)
Shima, K., Nakahama, H., Yamamoto, M. (1986) Firing properties of two types of nucleus raphe dorsalis neurons during the sleep-waking cycle and their responses to sensory stimuli. Brain Research, vol. 399, no. 2, pp. 317–326. https://doi.org/10.1016/0006-8993(86)91522-2 (In English)
Sikandar, S., Dickenson, A. H. (2011) Pregabalin modulation of spinal and brainstem visceral nociceptive processing. Pain, vol. 152, no. 10, pp. 2312–2322. https://doi.org/10.1016/j.pain.2011.06.020 (In English)
Snowball, R. K., Semenenko, F. M., Lumb, B. M. (2000) Visceral inputs to neurons in the anterior hypothalamus including those that project to the periaqueductal gray: A functional anatomical and electrophysiological study. Neuroscience, vol. 99, no. 2, pp. 351–361. https://doi.org/10.1016/s0306-4522(00)00203-7 (In English)
Vilela, F. C., Vieira, J. S., Vitor-Vieira, F. et al. (2021) Maternal separation increases pain sensitivity by reducing the activity of serotonergic neurons in the dorsal raphe nucleus and noradrenergic neurons in locus coeruleus. Neuroscience Letters, vol. 748, article 135734. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2021.135734 (In English)
Wang, Q.-P., Nakai, Y. (1994) The dorsal raphe: An important nucleus in pain modulation. Brain Research Bulletin, vol. 34, no. 6, pp. 575–585. https://doi.org/10.1016/0361-9230(94)90143-0 (In English)
Wei, F., Gu, M., Chu, Y.-X. (2012) New tricks for an old slug: Descending serotonergic system in pain. Sheng Li Xue Bao, vol. 64, no. 5, pp. 520–530. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23090493 (In English)
Winkler, C. W., Hermes, S. M., Chavkin, C. I. et al. (2006) Kappa opioid receptor (KOR) and GAD67 immunoreactivity are found in OFF and Neutral cells in the rostral ventromedial medulla. Journal of Neurophysiology, vol. 96, no. 6, pp. 3465–3473. https://doi.org/10.1152/jn.00676.2006 (In English)
Yang, B., Zhang, L.-C., Zeng, Y.-M. (2003) Zhōng féng bèi hé wēi liáng zhù shè L-N- xiāo jī jīng dàn suān jiǎ lóng yì zhì dà shǔ yǐ zhuàng jié cháng tòng [Microinjection of L-NAME into dorsal raphe nucleus inhibits nociceptive response in sigmoid pain model of rats]. Sheng Li Xue Bao — Acta Physiologica Sinica, vol. 55, no. 5, pp. 577–582. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/14566407 (In Chinese)
Zhang, H.-Q., Al-Chaer, E. D., Willis, W. D. (2002) Effect of tactile inputs on thalamic responses to noxious colorectal distension in rat. Journal of Neurophysiology, vol. 88, no. 3, pp. 1185–1196. https://doi.org/10.1152/jn.2002.88.3.1185 (In English)
Zhang, H.-Q., Rong, P.-J., Zhang, S.-P. et al. (2003) Noxious visceral inputs enhance cutaneous tactile response in rat thalamus. Neuroscience Letters, vol. 336, no. 2, pp. 109–112. https://doi.org/10.1016/s0304-3940(02)01243-0 (In English)
Zhang, Y., Zhao, S., Rodriguez, E. et al. (2015) Identifying local and descending inputs for primary sensory neurons. The Journal of Clinical Investigation, vol. 125, no. 10, pp. 3782–3794. https://doi.org/10.1172/JCI81156 (In English)
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Boris M. Sushkevich, Aleksandr A. Mikhalkin, Olga A. Lyubashina
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Автор предоставляет материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. После публикации все статьи находятся в открытом доступе.
Авторы сохраняют авторские права на статью и могут использовать материалы опубликованной статьи при подготовке других публикаций, а также пользоваться печатными или электронными копиями статьи в научных, образовательных и иных целях. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.
