частие в трансформациях макроэр-гических соединений, а также в переносе их из одного клеточного компартмента в другой.

Таблица 5. 7.

Содержание некоторых нуклеотидов, креатина и кратинфосфата в головном мозге и печени крыс, мкмоль/г 1 (по В.А.Вилкова, Н.Д.Ещенко, 1977; B.Siesjo, 1978; D.Chapman et al., 1981, и др.)

Головной мозг

Соединение средние данные кора больших полушарий мозжечок Печень

АТФ 2,30-2,90 2,08 2,60 2,40-2,80

АДФ 0,30-0,50 0,12 0,16 0,80-1,00

АМФ 0,03-0,05 0,02 0,04 0,15-0,30

Значение «энергетического заряда» 0,850-0,930 - - 0,810-0,870

ГТФ 0,20-0,30 0,29 0,39 0,19-0,26

ГДФ 0,15-0,20 0,10 0,07 0,18-0,25

УТФ 0,17-0,25 0,22 0,19 0,19-0,25

Креатин 5,50-5,95 5,68 5,47 Следы

Креатинфосфат 3,50-4,75 3,90 4,21 Следы

182

5.8. ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ НЕРВНОЙ ТКАНИ

Изучение суммарных процессов окисления и образования энергопродукции в мозге представляет собой одну сторону проблемы; другая сторона — выявление специфических процессов в нервной ткани, требующих энергетических затрат. Характеристика этих процессов остается до настоящего времени во многом загадочной.

Еще в ранних работах, выполненных Г.Мак-Ильвейном и другими исследователями на изолированных нервах, ганглиях или срезах мозга, установлено, что электростимуляция препаратов сопровождалась усилением потребления кислорода и глюкозы, причем обнаружена прямая зависимость между частотой электрической импульсации и степенью интенсификации окислительных процессов. Электрическое раздражение вызывает резкое и быстрое снижение уровня АТФ, вслед за которым уменьшается содержание креатинфосфата и накапливается неорганический фосфат; после прекращения электростимуляции препаратов в первую очередь восстанавливается уровень АТФ.

Впоследствии аналогичные данные об изменении уровня основных макроэргических соединений при изменении функционального состояния нервной системы были получены in vivo в экспериментах с мозгом целостных животных. Показано заметное ускорение расходования АТФ и креатинфосфата при возбуждении — условно-рефлекторном или вызванном фармакологическими препаратами; и, напротив, замедление использования этих соединений при торможении или наркозе. В этих экспериментах на интактных животных установлено, что при усилении энергозатрат в мозге сначала уменьшается уровень запасных энергетических субстратов — креатинфосфата и гликогена и лишь после исчерпания этих источников начинает быстро снижаться уровень АТФ; в период восстановления уровень АТФ первым возвращается к исходным значениям, а затем нормализуется содержание креатинфосфата и гликогена.

В последние годы для исследования интенсивности энергетического метаболизма различных структур мозга широко применяется радиоактивный (14С- или 3Н ) дериват глюкозы — 2-дезоксиглюкоза; теоретическое обоснование использования этого соединения сделано в лаборатории американского нейрохими-ка Л.Соколова. Метод основан на том, что дезоксиглюкоза поглощается мозгом и вступает в гексокиназную реакцию со скоростью, прямо пропорциональной скорости использования глю-

183

козы. Однако дальнейшие метаболические превращения дезок-сиглюкозо-6-фосфата в мозге практически не происходят.

Использование 14С- или ^-дезоксиглюкозы с последующей авторадиографией срезов мозга позволило получить более детальное представление о поглощении глюкозы и интенсивности энергетического метаболизма в самых разных структурах мозга. Была установлена тесная корреляция между интенсивностью энергетического обмена и функциональной активностью определенных структур мозга в экспериментах, где контролем служили аналогичные структуры контрлатерального полушария того же самого животного. Например, обнаружено снижение на 35-60% потребления глюкозы структурами слуховой системы (слуховая зона коры больших полушарий, медиальное коленчатое тело, кохяеарное ядро, верхняя олива и др.) или зрительной системы (зрительная зона коры, латеральное коленчатое тело, верхний колликул и др.) после соответствующей депривации.

Подобные исследования дают представление лишь об итоговых, балансовых изменениях важнейших компонентов энергетического обмена, оставляя неясными количественные характеристики энергозатрат на специфические процессы, присущие только нервной ткани, интенсивность которых меняется при изменении функционального состояния. К сожалению, в настоящее время нет еще исчерпывающего ответа на один из кардинальных вопросов нейрохимии и нейрофизиологии: какие конкретные биохимические реакции лежат в основе целого ряда функций нервной ткани. Многие стороны этой важной проблемы нуждаются в уточнениях и дальнейших углубленных исследованиях. Некоторые специфические энергозависимые функции нервной ткани и биохимические процессы, лежащие в их основе, в общих чертах суммированы в табл.5.8.

Одной из основных функций нервной ткани является передача импульсов от одного нейрона к другому. Толчком к расшифровке взаимосвязи между энергетическим метаболизмом и этой функцией послужили работы А.Ходжкина, установившего, что необходимым условием для прохождения импульсов по нервному волокну служит неравномерное распределение ионов натрия и калия по разным сторонам клеточной мембраны. Поддержание ионной асимметрии, восстановление ее после прохождения нервного импульса связано со значительными энергетическими затратами; прежде всего это относится к транспорту ионов натрия против градиента концентрации в момент перехода потенциала действия в потенциал покоя. Особое значение в этом процессе принадлежит К+, Na^-стимулируемой АТФазе.

184

Таблица 5.8.

Основные энергозависимые процессы, лежащие в основе специфических функций нервной ткани

Функции Биохимические реакции

1. Проведение нервных импульсов с последующим восстановлением ионной асимметрии К+, №+-АТФазная реакция

2. Поддержание определенной пространственной ориентации и конформа-ции структурных единиц нейрона Фосфорилирование специфических белков нейрофиламентов и другие реакции

3. Образование синалтичес-ких структур; функционирование синапсов Синтез специфических белков, липо- и гликопротеидньгх комплексов; синтез и метаболизм нейромедиаторов, транспорт, выделение, обратный захват нейромедиаторов

4. Хранение и переработка информации (нейро-логическая память) Синтез специфических белков, нейропеп-тидов, нуклеиновых кислот, липо- и гликопротеидных комплексов

5. Трансмембранный перенос субстратов, нейромедиаторов Реакции, катализируемые АТФазными системами, транслоказные реакции

6. Аксональный и ретроградный ток Фосфорилирование специфических белков (тубулина и др.)

Детально изучены свойства этого важнейшего фермента, определена роль липидов мембран в его активации. Установлено, что активность К+, Ыа+-АТФазы в головном мозге заметно выше, чем во многих других тканях, причем максимальная активность фермента обнаружена в коре больших полушарий, меньшая — в коре мозжечка и таламусе, затем — в экстрапирамидальньгх ядрах; минимальная активность найдена в белом веществе. Активность фермента значительно возрастает в ходе нормирования и окончательного созревания мозга; например, у крыс в интервале между 5-м днем до рождения и 60-м днем постнатального развития она увеличивается в 10 раз.

¦ Таким образом, обнаруживается четкий -параллелизм между повышением энергетических потребностей в ходе созревания мозга и увеличением активности фермента, обеспечивающего энергетику усиливающейся импульсавди. Следует доба-

185

вить, что энергия, требующаяся на прохождение одного нервного импульса в мозге взрослых животных, гораздо выше, чем у новорожденных.

Сопоставление средней частоты прохождения нервных импульсов и объема, требующегося для обеспечения импульсации трансмембранного переноса ионов натрия и калия, со скоростью синтеза макроэргических соединений дает возможность приблизительно оценить затраты энергии на осуществление этой важнейшей функции нервной ткани. По расчетам М.И.Прохоровой, пр'л стационарном состоянии ("относительный покой") эти затраты составляют около 10-15% от общего количества АТФ, образующегося в мозге за единицу времени; при изменении функционального состояния, особенно при возбуждении, расход АТФ возрастает. В работах других исследователей приводятся более высокие цифры; например, для коры больших полушарий мозга крыс общие затраты на трансмембранный перенос ионов натрия составляют около 40, для гиппокампа — 55%.

Детальные прижизненные исследования структурной организации механорецепторного нейрона рака методом "электронного зонда", а также параллельное определение ряда метаболических и электрофизиологических параметров показали, что основные структурные и метаболические перестройки и значительное усиление энергозатрат связаны с изменением функциональной активности, т.е. режима работы нейрона — переход от относительного покоя к возбуждению, смена возбуждения торможением и др. Причем установлено, что торможение нейрона характеризуется более быстрой и интенсивной активацией энергетического обмена по сравнению с возбуждением. Эти наблюдения отражают, таким образом, энергетическое обеспечение еще одной стороны специфической деятельности нервной клетки — ее интегративной функции.

К специфическим функциям нервной ткани -относятся также процессы хранения и переработки информации, поступающей в головной мозг. Синтез специфических белков и нейро-пептидов, компонентов липо- и гликопротеидных комплексов, участвующих в реализации отдельных этапов хранения и переработки информации, в процессе консолидации временных связей требует значительных (ориентировочно 10-20%) энергетических затрат. Интенсивность синтеза ряда белков и пептидов мозга существенно превышает скорость биосинтеза белков в других тканях и заметно изменяется при нарушении энергетического обмена, вызванного недостатком кислорода.

Процессы, связанные с возникновением долговременного

186

следа памяти, наиболее выражены в областях .синаптических контактов; именно в синаптиче