роисходит подавление вызванных сокращений гладких мышц протока. Нейропептид Y усиливает тормозное влияние агониста а2-адренорецепгоров кло-нидина на вызываемое деполяризацией высвобождение [3Н]-НА из синаптосом продолговатого мозга. Предполагается взаимодействие между пресиналтическими а2-адренорецепторами и рецепторами нейропептида Y, которое ведет к повышению чувствительности а2-адренорецепторов. Интересно, что клони-дин оказывает тормозное влияние на высвобождение нейропептида Y в ответ на раздражение преганглионарных симпатических нервов, тогда как антагонист а2-адренорецепторов усиливает высвобождение нейропептида YT Клонидин уменьшает связывание [*251]-нейропептида Y в срезах продолговатого мозга крыс, а нейропептид Y снижает связывание клонидина за счет увеличения константы диссоциации комплекса лиганд—рецептор без изменений количества рецепторов. Такое взаимодействие между рецепторами служит примером синаптической гете-рорегуляции.

Постсинаптическое модулирующее влияние нейропептида Y выражается в том, что он усиливает сократительные ответы глад-

241

ких мышц семявыносящего протока и кровеносных сосудов на субмаксимальные концентрации НА.

Наряду с нейромодуляторной функцией не исключается и нейромедиаторная роль нейропептида У, который способен оказывать прямое сосудосуживающее влияние. После истощения катехоламинов путем введения резерпина в сочетании с перерезкой преранглионарных симпатических нервов селезенки кошки раздражение нерва селезенки сопровождается сужением сосудов. Предполагается, что этот неадренергический эффект опосредуется высвобождением нейропептида Y.

Люлибирин (ЛГ-РГ). Аналог гипофизарного ЛГ-РГ млекопитающих, близкий по свойствам к ЛГ-РГ костистых рыб, обнаружен иммуноцитихимическими методами в преганглионар-ных волокнах симпатических ганглиев лягушки, где он высвобождается Са2+-зависимым образом в ответ на электрическое раздражение. При аппликации на симпатические нейроны ЛГ-РГ вызывает деполяризацию, идентичную позднему медленному ВПСП. Антагонисты ЛГ-РГ подавляют как деполяризаци-онные ответы на аппликацию ЛГ-РГ, так и поздние медленные ВПСП без изменений быстрых холинергических ВПСП. Таким образом, ЛГ-РГ удовлетворяет критериям нейромедиатора поздних медленных ВПСП в синапсах преганглионарных симпатических нервов.

Эта ситуация представляет собой интересный случай сосуществования двух нейромедиаторов — классического (АХ) и пептидного. Взаимоотношения между этими двумя нейромедиаторами поясняет схема (рис.7.3). В 9—10-м паравертебральном симпатическом ганглии существуют два вида нейронов: В-клет-ки, которые снабжаются волокнами 3—5-го спинальных нервов, и С-клетки, которые иннервируются волокнами 7—8-го спинальных нервов. Электрическое раздражение 3—5-го нервов вызывает холинергические быстрые ВПСП только в В-клет-ках. При раздражении 7—8-го нервов возникают холинергические быстрые ВПСП только в С-клетках и поздние медленные ВПСП как в С-клетках, так и в В-клетках, причем в В-клетках поздние медленные ВПСП появляются примерно на 15 мс позднее, чем в С-клетках. После перерезки 3—5-го нервов холинергические потенциалы в В-клетках исчезают, тогда как раздражение 7—8-го нервов (т.е. нервов С-клеток) продолжало вызывать в В-клетках поздние медленные ВПСП. Очевидно, ЛГ-РГ высвобождается совместно с АХ из пресинаптических окончаний на С-клетке, а затем диффундирует на расстояние порядка 50 мк к В-клетке, которая не имеет синаптического контакта с С-клеткой. 242

от 3~5^го спанального нерва

от 7-8-го спанальною нерва

Г

Рис. 7.3. Схема иннервации нейронов 9-го или 10-го паравертеб-

рального симпатического ганглия лягушки: В — В-клетка; С — С-клетка; НХР — никотиновый холиноре-цептор; МХР —мускариновый холинорецептор; JIP — рецептор

ЛГ-РГ

Исследование поздних медленных ВПСП в симпатическом ганглии позволило выдвинуть паракринную гипотезу действия пептидных медиаторов, которая включает два положения.

1. Нейропептиды действуют в нервной системе как паракрин-ные гормоны, т.е. могут диффундировать во внеклеточное пространство, достигая клетки-мишени, относительно удаленное от места секреции. 2. Нейропептиды, высвобождаемые из нервных окончаний, могут воздействовать и на клетки, не имеющие синаптического контакта с этими нервными окончаниями. Следовательно, классические морфологические критерии синаптического контакта непригодны для идентификации нейронов-мишеней пептидных медиаторов; наиболее важным критерием нейронов-мишеней здесь служит локализация рецепторов нейропептида. При этом из нервных окончаний могут высвобождаться несколько медиаторов, каждый из которых имеет свой "химический" адрес.

243

Нитроксид (NO). В течение последних пяти лет накапливаются данные о возможной роли N0 в межклеточной передаче сигнала. Начало этому направлению было положено выявлением в тканях животных биохимических систем, способных генерировать N0, используя в качестве исходного соединения аргинин, а также идентификация N0 как одного из главных факторов релаксации сосудов.

Далее было показано образование N0 в ткани мозга, выявлен ряд проявлений нейрологической активности N0 и, наконец, установлен механизм его действия — посредством активации гуаншгатциклазы. Классическая схема — образование и/или накопление нейромедиатора в термикали, его выход в синапти-ческую щель после поступления импульса и включения рецептора — не подходит для описания процессинга и эффектов NO. Первый, наиболее изученный вариант, состоит в том, что при интенсивной импульсации глутаматергических синапсов синтез N0 интенсифицируется в постсинаптической зоне. Оттуда N0 выходит в межнейрональную жидкость и может активировать гуанилатциклазу, повышая уровень цГМФ в терминалях и в глии. Результаты этих процессов могут быть различны в зависимости от места первичного образования N0. В их число входит участие N0 в феноменах пластичности нейронов, консолидации памяти и т.п.

Второй вариант схемы допускает синтез N0 в терминалях и, далее, воздействие на гуанилатциклазу в постсинаптических зонах гладкой мускулатуры сосудов, тонкой кишки и некоторых других образований. Ряд исследователей полагают, что роль NO в мозге состоит главным образом в релаксации сосудов и усилении кровоснабжения в тех именно случаях, когда особенно интенсивно функционирует глутаматергическая система. Иначе говоря, ведущей, с этой точки зрения, предполагается трофическая функция.

Интересно, наконец, отметить данные о том, что малые концентрации N0 оказывают в мозге нейропротекторное действие, а относительно большие (возникающие при интенсивном возбуждении) участвуют в повреждении нейронов.

Предстоит, очевидно, еще большой цикл исследований для уточнения функций и механизмов действия N0.

Выводы

I. Большинство синапсов в нервной системе млекопитающих является химическими.

244

2. Процесс передачи сигнала в химическом синапсе осуществляется посредством освобождения нейромедиаторов из пре-синаптических нервных окончаний.

3. К нейромедиаторам относятся в настоящее время 4 группы веществ: моноамины, аминокислоты, пуриновые нуклеоти-ды, пептиды.

4. В индивидуальном нейроне синтезируется, как правило, несколько нейромедиаторов различной химической природы.

5. Существует 2 типа механизмов преобразования химического сигнала в синапсе: ионотропный и метаботропный.

6. Кроме нейромедиаторов существует обширный класс соединений — нейромодуляторов, регулирующих уровень синаптической передачи.

245

Глава 8

Молекулярные механизмы передачи импульса в мембранах нейронов. Ионные каналы, рецепторы

С.А.Дамбинава, М.А.Каменская

8.1. БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В НЕРВНЫХ КЛЕТКАХ

На каждом этапе рассмотрения биохимии нервной системы приходится вновь обращать внимание читателя на то обстоятельство, что нейроны способны выполнять свои функции только благодаря особым свойствам их наружной мембраны. Мембрана нейрона имеет специальные молекулярные устройства, которые позволяют ей генерировать, проводить и воспринимать нервный импульс, практически мгновенно изменять ионную проницаемость и создавать за счет этого трансмембранный ионный ток. Этот комплекс молекулярных событий приводит к направленному распространению нервного импульса по аксону на очень большие расстояния (рис.8.1).

Рис.8.1. Модель проведения электрического сигнала по аксону

Способность к проведению нервного импульса в аксонах обусловлена, с одной стороны, наличием в его мембранах специфических белковых комплексов, которые представляют со-

246

бой ионные каналы, управляемые электрическими потенциалами, с другой стороны, наличием белковых структур, поддерживающих ионные градиенты в мембранах, — так называемых ионных насосов. Насосы расходуют метаболическую энергию для перемещения ионов против концентрационных градиентов между вне- и внутриклеточной средой. Особенно важны (применительно к процессам, описываемым в данном разделе) различия в концентрациях ионов Na, К и Са. Наружная среда приблизительно в десять раз богаче ионами Na (145 мМ), чем внутренняя (12 мМ), а внутренняя среда в десятки раз богаче ионами К (155 мМ), чем наружная (4 мМ). Внеклеточные концентрации Са2+ (1,5 мМ) в сотни-тысячи раз выше внутриклеточных (<10~3 мМ).

Ионы Na и К могут медленно проникать через поры в клеточной мембране по градиенту, поэтому ионные насосы непрерывно производят обмен вошедших в клетку ионов натрия на ионы калия из внешней среды, такое откачивание ионов натрия осуществляется внутренним мембранным белком — Na+, К+-АТФазой или Na-насосом. Существуют и другие типы ионных насосов, преимущественно называемых по типу ионов, которые они транспортируют, например Са-насосы, К-насосы и т.д. (рис.8.2).

Наружная cpiaa

Активация вход закрыт

о О О (

A Kfi__—, —.

1ход открыт

Активация дхоГ

Ионный насос Внутренняя среда

_ _ • ?^|г • °

К+-канал w Nar-канал

Инактивация: вход закрыт

Рис.8.2. Структурные компоненты мембран, участвующих в генерации потенциала действия

Модель генерации нервного импульса, созданная А.Ходжки-ным и А.Хаксли применительно к аксону, описывает про