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Post-tetanic spontaneous spike activity in rat sympathetic neurons exposed to low potassium ion concentration
No full textPreganglionic tetanic stimulation (30 sec at 50/sec) of rat superior cervical ganglia, performed in the presence of reduced external potassium concentration (0-1 mM), is followed by a long-lasting postganglionic afterdischarge which fails to appear if stimulation is repeated in normal (5.6 mM) postassium solution. Intracellular recordings revealed that tetanus is followed by 15-30 mV membrane hyperpolarization when the neuron is exposed to normal concentrations of potassium. Conversely, after the ganglion is soaked in low potassium, stimulation results in long-lasting depolarization of the nerve cell with the consequent appearance of spontaneous spikes. This effect is reversed on returing to normal external potassium. Spontaneous activity also occurs after antidromic activation of the cell. It is suggested that tetanus causes sodium loading of the neuron, which leads to stimulation of an electrogenic sodium pump. If potassium is available, the membrane will hyperpolarize, whereas depolarization and pacemaker activity ensues if external potassium is removed. The electrogenic sodium pump thus endows. the rat sympathetic neuron with a mechanism which enables it excitability to be controlled
Effetto della stimolazione elettrica delle fibre nervose efferenti nel nervo ampollare del canale verticale posteriore della rana sui potenziali derivati da singoli assoni afferenti nello stesso nervo
No full textI recettori labirintici della rana contraggono direttamente rapporti sinaptici sia con le terminazioni delle fibre nervose afferenti, che con terminazioni di fibre nervose efferenti. Dati presenti in letteratura, in strutture morfologicamente simili, indicano che il sistema efferente regola, attraverso un'azione inibitoria, l'attività afferente. Derivazioni endocellulari da singole fibre afferenti del nervo ampollare del canale verticale posteriore nella rana, ottenute con metodi convenzionali, ci hanno permesso di identificare sia potenziali propagati che EPSPs che si generano alla giunzione citoneurale. I meccanismi elementari della trasmissione sinaptica a livello
delle fibre afferenti sono stati da noi esaminati in precedenza. Nella presente ricerca abbiamo studiato gli effetti della stimolazione delle fibre efferenti sugli eventi elettrici, sia propagati che sottoliminari, nelle fibre afferenti. A questo scopo, il ramo ampollare del canale verticale posteriore, isolato e separato dall’VIII nervo veniva aspirato in una pipetta che fungeva da elettrodo stimolante. La stimolazione provocava nelle unità afferenti impalate, accanto ai potenziali antidromici evocati dallo stimolo, una progressiva riduzione dell'ampiezza degli EPSPs e della frequenza dei potenziali propagati spontanei. In particolare aumentando la frequenza a 50 -100/sec, si poteva ottenere la completa scomparsa degli EPSPs. Il sistema efferente esercita quindi, anche a livello di questi recettori, un'azione inibitoria che
si manifesta come una ridotta liberazione di mediatore chimico dal polo sinaptico delle cellule cigliate. Nelle nostre condizioni sperimentali non possiamo però escludere effetti collaterali dovuti all'invasione anttdromica delle fibre afferenti durante la stimolazione elettrica dell'intero nervo. Questi risultati verranno completati con esperimenti in cui si cercherà di eliminare l'effetto inibitorio, bloccando in modo selettivo le sinapsi efferenti
Peripheral control of the receptor discharge by the efferent system in frog labyrinth: an intracellular study
No full textFrog labyrinthine receptor activity is controlled by an efferent inhibitory system whose fibres directly synapse with the hair cells. EPSP and spike discharge, recorded at rest and during rotatory stimulation from fibres of the posterior nerve in the isolated labyrinth, were in fact reduced and eventually abolished by electrical stimulation (10-200/sec) either of the proximal end of the same nerve or of the central stumps of the anterior-horizontal nerve. Such inhibitory effect was selectively cancelled by: 1) d-tubocurarine (10-6 M); 2) ACh and carbachol (10-4); 3) increasing K+ (10 mM) or decreasing Cl- (<25 mM) concentration in the bath; 4) cutting the VIII nerve at its entrance in the brain stem and allowing degeneration of the efferent fibres. Denervation rules out the possibility that reoeptor-receptor fibres sustain the observed inhibitory effect, which is most likely mediated by efferent fibres that extensively branch in the VIII nerve and depress the hair cell activity by releasing ACh. The transmitter most likely acts by opening the K+ and Cl- channels. In some unita the same stimulation pattern evoked, instead of an inhibition, a consistent increase in both EPSP and spike discharge. Such "facilitation" was unaffected by drugs and ionic modifications whioh impair the activation of the efferent system. This effect is tentatively ascribed to an accumulation of K+ in the extracellular space following sustained activit
Activation of the efferent system in the isolated frog labyrinth: Effects on the afferent EPSPs and spike discharge recorded from single fibers of the posterior nerve
No full textIntra-axonal recordings were obtained from single afferent fibres of the posterior nerve in the isolated labyrinth of the frog (Rana esculenta). EPSPs and spike discharge were recorded both at rest and during rotatory stimulation of the canal. Electrical stimulation of either the distal end of the cut posterior nerve or of the central stumps of the anterior-horizontal nerves elicited a frequency-dependent inhibitory effect on the afferent discharge arising from the posterior canal. Denervation experiments revealed that inhibition is mediated by efferent fibres exhibiting a high degree of branching in the proximal part of the eighth nerve. The inhibitory effect was selectively cancelled by (1)D-tubocurarine 10(-6) M; (2) atropine 5 x 10(-5) M; (3) acetylcholine or carbachol 10(-4) M; (4) eserine 10(-5) M. Inhibition is thus most likely to be sustained by the release of acetylcholine from the efferent nerve terminals. Experiments in which the ionic composition of the external medium was modified suggest that the transmitter acts mainly by opening the chloride ion channels of the hair cell membrane. In some units the same stimulation pattern evoked a consistent increase in both EPSP and spike discharge, instead of inhibition. Such facilitation was unaffected by drugs for ionic modifications which block the efferent synapse, but disappeared after denervation. Inhibition and facilitation, therefore, act as two control mechanisms which are able to modify substantially, at the first stage of processing, the sensory information which is sent to the vestibular second order neurons
Controllo centrifugo della scarica dei recettori ampollari nel labirinto isolato di rana
No full textI recettori labirintici della rana possiedono una innervazione efferente di natura inibitoria. Infatti, la scarica di EPSPs e potenziali d'azione, derivata alle giunzioni citoneurali del canale posteriore del labirinto isolato sia in condizioni di riposo che di stimolazione rotatoria, viene ridotta o abolita dalla stimolazione a frequenze crescenti (10-200/sec) sia dell'estremità distale dello stesso nervo che dei monconi centrali dei nervi dei canali anteriore ed orizzontale. La completa inibizione della scarica afferente, sia spontanea che evocata, può essere mantenuta per 5-10 secondi ed é seguita da una scarica postinibitoria la cui frequenza é positivamente correlata alla durata del periodo di stimolazione. L’effetto inibitorio viene abolito in modo selettivo da: 1) curaro (10 -6 M ; 2) ACh e carbacolo (10-4 M); 3) aumento della concentrazione esterna del K+ (10 mM) o diminuzione della concentrazione esterna del Cl- (< 25 mKM; 4) degenerazione delle fibre efferenti. Questi risultati dimostrano che esiste un elevato grado di ramificazione delle fibre efferenti nella parte prossimale dell’VIII nervo con il risultato che una singola fibra, tramite collaterali, può controllare l'attività di recettori situati nelle creste ampollari dei tre canali semicircolari. Il controllo inibitorio é probabilmente sostenuto dalla liberazione alla sinapsi efferente di ACh, che agisce sulla membrana delle cellule sensoriali aumentando la conduttanza al K+ ed al Cl -. In certe unità lo stesso tipo di stimolazione produce, invece della inibizione, un aumento della frequenza degli EPSPs e dei potenziali d'azione. Tale facilitazione non é influenzata dalle sostanze e dalle modificazioni ioniche che bloccano la sinapsi inibitoria, ma scompare dopo degenerazione delle fibre efferenti. Questo effetto può essere spiegato o ammettendo la presenza di sinapsi efferenti facilitatorie o più semplicemente come conseguenza dell'accumulo di K+ negli spazi extracellulari in seguito alla innaturale stimolazione sincrona di un
elevato numero di fibre ad elevata frequenza
Recovery of pre- and postsynaptic activity in frog semicircular canal after gentamicin treatment
No full textInner ear hair cells of lower vertebrates regenerate following physical or chemical insults. In the present study we aimed to define the damage and recovery of the pre and postsynaptic activity in the frog crista ampullaris after ototoxic insult with the antibiotic, gentamicin.
Frogs were treated with a single dose of gentamicin sulphate (GM-5mM) administered intraotically. The presynaptic activity was monitored by recording in isolated canal preparations the endoampullar (receptor) potential (Adc). The postsynaptic activity was monitored by recording the resting and evoked spike activity from the whole ampullar nerve and from single canal afferents.
We found that Adc was abolished 5 days after GM administration and that it progressively recovered close to control values 20 days after treatment. These resuits well fitted with the morphological damage and recovery of hair cells in the crista epithelium. Consistently with the presynaptic damage, the canal afferent activity was abolished 5 days after GM treatment, while the recovery of the background and the evoked afferent activity showed a different sequence. Background activity reappeared 7-8 days after GM treatment and in this period it was not driven by canal mechanical stimulation. In addition, background activity reached control values around 15 days post-treatment, while the evoked activity was detected 9 days after GM treatment and appeared normal close to 20 days. Intracellular recordings from single canal afferents confirmed the above mentioned results and revealed that the EPSP evoked discharge, together with the spike activity, reached normal values close to 20 days post-treatment.
The present resuits show that the frog semicircular canal rapidly and completely recovers its pre- and postsynaptic function following severe ototoxic insult and that during the recovery, the afferent activity at rest becomes functional and mature before the mechano-transduction function
Azione del sistema efferente sulla scarica afferente derivata da singole fibre nel labirinto della rana
No full textIl controllo dell'informazione sensoriale che proviene dai recettori dell'orecchio interno si attua a livello periferico tramite fibre efferenti di origine centrale che decorrono nell’VIII nervo unitamente alle fibre afferenti. Nell'epitelio sensoriale dei vertebrati inferiori le terminazioni delle fibre efferenti contraggono rapporti sinaptici con la base delle cellule cigliate in regioni vicine a quelle delle fibre afferenti; nei mammiferi sono state descritte anche fibre efferenti che si congiungono sinapticamente con terminazioni nervose di fibre afferenti. Anche i recettori dell'organo sensoriale della linea laterale dei pesci e degli anfibi, morfologicamente simili a quelli cocleari e vestibolari, ricevono direttamente una innervazione efferente. Le sinapsi efferenti in tutti questi tipi di recettori hanno carattere inibitorio, infatti la loro attivazione provoca una diminuzione della scarica afferente sia spontanea che evocata. Tuttavia il meccanismo con cui il sistema efferente agisce sulle cellule sensoriali é stato studiato in modo adeguato solo a livello degli organi della linea laterale. Prove indirette indicano la natura colinergica delle fibre efferenti sia nell'organo sensoriale della linea laterale che in quello della coclea. In una precedente ricerca ci é stato possibile ottenere buone derivazioni endocellulari di EPSPs e potenziali propagati da singole fibre del nervo ampollare del canale posteriore nel labirinto della rana, sia in condizioni dì riposo che di stimolazione rotazionale. Questo ci ha consentito di approfondire lo studio degli effetti dell'attivazione del sistema efferente sulla scarica dei recettori ampollari di questo animale. Inizialmente il ramo ampollare del canale posteriore, staccato dall'VIII nervo, era aspirato in una pipetta che fungeva da elettrodofluido stimolante. La derivazione- endocellulare veniva effettuata tramite microelettrodi di vetro ad elevata impedenza (30 - 40 MΩ) infissi nelle fibre nervose in prossimità delle giunzioni citoneurali. In condizioni di riposo e stato possibile dimostrare che la stimolazione elettrica del nervo ampollare a diverse frequenze (10 - 20 - 30/sec) determinava, accanto all'insorgenza di potenziali antidromici, una diminuzione dell'ampiezza degli EPSPs e della frequenza sia degli EPSPs che dei potenziali propagati. La scarica spontanea diminuiva progressivamente all'aumentare della frequenza di stimolazione, e nella maggior parte delle unità la stimolazione a 50/sec provocava la completa scomparsa di ogni attività afferente. Poiché, con questa disposizione sperimentale venivano stimolate in modo massivo sia le fibre efferenti che quelle afferenti, per escludere che l'arrivo degli impulsi antidromici alle terminazioni nervose afferenti potesse in qualche modo deprimerne l'eccitabilità contribuendo a determinare l'effetto inibitorio osservato, si é cercata una condizione sperimentale che permettesse nel preparato isolato di stimolare le sole fibre efferenti. Siamo partiti dall'ipotesi che almeno una parte delle fibre efferenti potessero dare tramite collaterali rami a più di un canale. Per verificare questa possibilità la branca anteriore dell’VIII nervo, che comprende i rami ampollari dei canali anteriore ed orizzontale, veniva separata dalle rispettive ampolle ed aspirata nell'elettrodo fluido stimolante. Utilizzando le stesse frequenze di stimolazione é risultato subito evidente che era possibile inibire l'attività spontanea sia sottoliminare che propagata nella maggior parte delle fibre del canale posteriore senza osservare la comparsa di potenziali antidromici. L'intensità e l'andamento temporale dell'inibizione erano identici a quelli osservati nelle precedenti condizioni sperimentali. L'effetto inibitorio é apparso in ambedue le condizioni di stimolazione particolarmente intenso esso infatti consentiva non solo di ridurre la scarica spontanea, ma di bloccarla completamente. Inoltre l'inibizione poteva essere mantenuta per lunghi periodi di stimolazione (5-10 sec). Al cessare dello stimolo si è sempre osservato per qualche secondo nelle fibre impalate un aumento notevole della frequenza sia degli EPSPs che dei potenziali propagati rispetto a quella derivata in condizioni di riposo. La frequenza di questa scarica postinibitoria cresceva in funzione della durata della stimolazione. La possibilità di attivare estesamente il sistema efferente di un canale stimolando i rami ampollari degli altri canali dimostra che molte delle fibre efferenti sono comuni ai diversi organi di uno stesso labirinto. Inoltre l’inibizione completa che si può ottenere nella maggior parte delle unità dimostra come questo tipo di innervazione efferente sia funzionalmente molto efficace. La mancanza di potenziali antidromici nelle fibre impalate tende invece ad escludere che esista una ramificazione notevole delle fibre afferenti. La possibilità di attivare il sistema efferente in modo da ottenere inibizioni così intense e durature dell'attività spontanea ci hanno indotto a verificarne l'efficacia sulla risposta evocata dei recettori ampollari. A tale scopo il labirinto isolato era collocato sul piano di una apposita tavola rotante che consentiva di ottenere derivazioni endocellulari durante rotazioni controllate. Il canale posteriore da cui erano ottenute le derivazioni era orientato sul piano di rotazione in modo da essere stimolato elettivamente. La stimolazione rotazionale consisteva in variazioni sinusoidali di velocità (10-110 deg/s) alla frequenza di 0.1 Hz, sovrapposte ad una rotazione a velocità costante (60 deg/s). La stimolazione elettrica delle fibre efferenti si rivelava in grado di bloccare in modo completo, nella maggior parte delle unità. La risposta evocata dalla fase di accelerazione della sinusoide. Inoltre in alcune unità era possibile mantenere l’inibizione della scarica afferente per più di un ciclo di stimolazione. Il massimo effetto inibitorio sulla risposta evocata, così come sull’attività spontanea, si otteneva stimolando le fibre efferenti con frequenze attorno ai 50/s. In esperimenti successivi abbiamo voluto verificare la natura del mediatore chimico del sistema efferente. Come è già stato precedentemente ricordato si ritiene che in strutture morfologicamente simili all’apparato vestibolare della rana, la trasmissione a livello delle sinapsi efferenti sia mediata dall'acetilcolina. Questa possibilità é stata indagata studiando sia l'effetto della stimolazione delle fibre efferenti in presenza di curaro che l'azione dell'acetilcolina sulla scarica dei recettori ampollari. L'aggiunta al bagno di curaro in concentrazione 10-6 M rendeva già dopo pochi minuti completamente inefficace la stimolazione delle fibre efferenti sull'attività afferente. Per quanto riguarda l'acetilcolina, nell'impossibilità tecnica di applicare iontoforeticamente la sostanza alle sinapsi efferenti data la loro inaccessibilità, essa veniva aggiunta al bagno. Concentrazioni molto elevate di acetilcolina (10-2 M) provocavano una rapida e consistente diminuzione della scarica afferente, simile a quella pro¬dotta dall'attivazione del sistema efferente, dopo qualche secondo la frequenza di scarica tornava ai valori normali; tuttavia se l'acetilcolina a questa concentrazione veniva lasciata ulteriormente a contatto con il preparato si osservava una progressiva ed irreversibile scomparsa di ogni attività probabilmente dovuta ad un effetto aspecifico della sostanza. In presenza di acetilcolina 10 -4 M non si notava invece alcuna diminuzione della scarica dei recettori, ma dopo qualche minuto si poteva osservare la soppressione completa dell'inibizione evocata dalla stimolazione elettrica delle fibre efferenti. Questa scomparsa si può interpretare come dovuta ad un fenomeno di desensibilizzazione dei recettori colinergici che probabilmente é favorito dalla modalità con cui l'acetilcolina é stata da noi applicata. Infatti l'acetilcolina aggiunta al bagno può trovare delle barriere di diffusione rappresentate dalle guaine connettivali del nervo e della parete del canale e giungere ai recettori colinergici in concentrazione tale da non attivarne contemporaneamente un numero sufficiente a determinare un effetto inibitorio osservabile sulla scarica afferente. Tuttavia il lungo tempo di permanenza della sostanza a livello delle sinapsi efferenti, anche se in concentrazione non adeguata a produrre l'effetto inibitorio, potrebbe provocare una desensibilizzazione permanente dei recettori colinergici. Queste prove farmacologiche, pur se indirette indicano la natura colinergica delle fibre efferenti che innervano i canali semicircolari. Esistono prove attendibili che fibre che appartengono al sistema efferente inibitorio negli organi vestibolari della rana fanno parte di un circuito neuronico di feedback, infatti le fibre afferenti che provengono da un dato organo labirintico possono porsi in sinapsi con neuroni centrali localizzati nel lobo auricolare del cervelletto e nei nuclei vestibolari; gli assoni di questi neuroni ritornano alla periferia e si mettono in sinapsi con le cellule sensoriali dello stesso organo esercitando su di esse un effetto inibitorio. I nostri esperimenti hanno messo in evidenza una estesa ramificazione delle fibre efferenti così che una singola fibra può mandare collaterali a tutti e tre i canali semicircolari. Quindi il sistema efferente, od almeno una parte di esso, ha un carattere diffuso e consente ai centri nervosi di esercitare un controllo globale sull'informazione sensoriale che proviene dall'intero labirinto. Non deve essere dimenticato infine che per l'intensità con cui può frenare le risposte agli stimoli, il sistema efferente inibitorio potrebbe essere un fattore determinante nell'adattamento della scarica dei recettori ampollari
Effetti della stimolazione elettrica della branca anteriore dell'VIII nervo sui potenziali post-sinaptici derivati da singole fibre del canale posteriore nel labirinto della rana
No full textLa trasmissione sinaptica alle giunzioni citoneurali dei recettori labirintici della rana è controllata da fibre efferenti che innervano direttamente le cellule cigliate. L'attivazione delle sinapsi efferenti provoca una riduzione dalla scarica afferente. In questa ricerca abbiamo dimostrato che singoli assoni efferenti si ramificano nell’VIII nervo mandando collaterali a più di un organo nello stesso labirinto. Infatti la stimolazione elettrica dalla branca anteriore a frequenze crescenti (20-30-50/sec) provoca la progressiva inibizione degli EPSPs e dei potenziali propagati derivati sia in condizioni di riposo che di stimolazione rotazionale, da singole fibre del canale posteriore. Utilizzando questa condizione di stimolazione abbiamo indagato la natura del mediatore efferente. Gli effetti inibitori sono soppressi in presenza di curaro (10-6 M) o di atropina (10-5 M); inoltre sia l'acetilcolina (10-4 M) che il carbacolo (5x10-4 M) inattivano le sinapsi efferenti desensibilizzando i recettori colinergici. Questi risultati indicano la natura colinergica delle fibre efferenti. In alcuni casi si è osservata, nelle stesse condizioni sperimentali, invece di una inibizione, una "facilitazione" della scarica afferente. Le sostanze che inattivano il sistema efferente non influenzano questa “facilitazione”. Tale fenomeno potrebbe essere spiegato ammettendo che la stimolazione massiva della branca anteriore attivi antidromicamente fibre diverse dalle efferenti, ma anch'esse comuni ai tre canali e che ciò porti alla perdita di K+ dalle loro terminazioni in prossimità dalle giunzioni citoneurali. Infatti è possibile aumentare la scarica dei recettori ampollari aumentando nel bagno la concentrazione del K+ (10-15 mM). Questa ipotesi è avvalorata dal fatto che concentrazioni di K+ comprese tra 8-10 mM influenzano il comportamento delle sinapsi efferenti. portando alla scomparsa dell’inibizione senza alterare la “facilitazione"
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