Функции ГЛИИ (стр. 3 из 4)

Механизм инактивации нейропередатчиков глиальными клетками.

Исходя из того факта, что нейропередатчики могут выступать в роли переносчиков метаболических сигналов в нейрон-нейроглиальной системе, возникает вопрос о необходимости их инактивации глиальными клетками. В настоящее время установлено, что глиальные клетки обладают способностью инактивировать нейропередатчики на уровне плазматической мембраны и внутриклеточно. Примером первого пути является гидролиз АХ глией без предварительного его захвата. Клетки глии характеризуются высокой ацетил- и бутирилхолинэстеразной активностью и легко могут устранить излишки АХ. Продукт гидролиза АХ холин, который обладает слабым холинэргическим эффектом, устраняется клетками глии механизмом захвата высокого сродства. На примере ГАМК было показано, что в клетках глии имеется две системы его захвата: с высоким (К_м = -31 ± 7 мкМ) и низким (К_м--123±10 мкМ) сродством. Выявлены также механизмы активного захвата дофамина (К_м -0,07± 0,001 мкМ) и серотонина (К_м —0,083±0,002 мкМ). Дальнейшая судьба инактивации серотонина в клетках глии заслуживает особого внимания в связи с его отрицательным влиянием на синтез белков. Нам удалось установить, один из возможных механизмов инактивации серотонина в клетках глии путем синтеза глюкуронида серотонина, последний в отличие от серотонина отличается более чем в 1000 раз меньшей биологической активностью.

Таким образом, выясняется, что относительно всех кандидатов, Претендующих на информативную роль в передаче метаболических сигналов, в клетках глин имеются мощные механизмы устранения их хеморецептивного воздействия на мембрану.

3. Возможная роль глиальных клеток в обеспечении нейронов АТФ. (Л. М. Чайлахян Институт проблем передачи информации АН СССР, Москва, СССР)

В общей проблеме о функциональной роли нейроглии существует важный и интересный вопрос—являются ли глиальные клетки источником энергии для нейронов? Он возникает в связи с тем, что глиальные клетки, с одной стороны, не уступают нейронам по интенсивности энергетического обмена, в частности, но окислительному фосфорилированию, т. е. в производстве АТФ, но, с другой стороны, должны потреблять гораздо меньше энергии, чем нейроны, так как электрически пассивны. Для обоснования подобной точки зрения важно достаточно аккуратно сравнить энергетические потребности для поддержания ионных градиентов у нейронов и глиальных клеток. В настоящем сообщении сделаны такие количественные оценки, результаты которых позволяют сформулировать гипотезу о возможной роли глиальных клеток в обеспечении нейронов АТФ.

В первую очередь нужно оценить необходимые энергетические затраты нейрона для поддержания ионных градиентов в покое и сравнить их с таковыми у глиальных клеток. Для последующих расчетов на основании литературных данных была приняты следующие геометрические и электрофизиологические параметры для обобщенного нейрона и глиальной клетки.

Геометрические параметры нейрона: объем нейрона принимался равным объему шара диаметром 30н м - что соответствовало величине О_н=1.4.10^-8 см³, а площадь поверхности (S_н)-соответствовала увеличенной в 5 раз поверхности такого шара, что составляло S_н=1.4.10^-4 см³.

Геометрические параметры глиальной клетки: объем главной клетки (О_r) принимался равным объему шара с диаметром 14нм, что соответствовало величине О_r=0,14.10^-8см², а площадь поверхности (S_r) соответствовала увеличенной в 5 раз поверхности такого шара, что составляло S_r=0.3.10^-4 см².

Электрофизиологические параметры нейрона и глиальной клетки: мембранный потенциал у нейрона в покое-V_мн= -70мв, у глиальной клетки V_мг= -89мв, потенциалы равновесия по ионам калия (V_к) и ионам натрия (V_NA), а также удельные проводимости поверхностной мембраны у нейрона и глиальной клетки не отличались и принимались-V_k=-90мв, V_NA=-60мв, g_m=10^-3 с/см²/так как проводимость поверхностной мембраны в основном определяется ионами калия, то принималось-g_m=g_k.Кроме того принималось, что у глиальной клетки отсутствует электрогенная Na, К-помпа. Решающие доводы в пользу последнего допущения были представлены на симпозиуме «Функции нейроглии» в Тбилиси в докладе Р. Г. Гроссмана. Было показано, что инъекция ионов натрия в глиальные клетки не приводит к появлению какой-либо заметной гиперполяризации, что свидетельствовало бы об электрогенной помпе, как это было показано в сходных опытах на нейронах моллюска.

Исходные предпосылки для расчетов. На основании принятых электрофизиологических параметров, соответствующих большому количеству исследований, при использовании известного уравнения Гольдмана—Ходжкина—Катца легко показать, что отношение проницаемостей для ионов натрия (Р_NA) и калия (Р_к) у нейронов примерно на 1,5 порядка выше, чем у глиальной клетки-у нейрона P_NA/P_k=0,031, а у глиальной клетки Р_NA/P_k=0,001.

Для последующих расчетов использовали уравнения:

g_k(V_k-V_ми)=g_NAн(V_NA-V_мн) (2)

g_k(V_k-V_мг)=g_NAг(V_NA-V_мг) (3)

которые отражают условия равновесия в состоянии покоя у рассматриваемых клеток, когда пассивный ток ионов калия наружу должен быть равен пассивному току ионов натрия внутрь. Уравнение для нейрона, строго говоря, выполняется, если Na, К-насос, как для глиальных клеток, электронейтрален, т. е. стехиометрический коэффициент для активных потоков ионов натрия наружу и ионов калия внутрь равен. Однако, поправка на электронность будет лишь увеличивать энергетические затраты нейрона на ионные потоки.

На основании уравнений [2] и [3] и принятых нами параметров для нейрона и глиальной клетки можно вычислить величины ионных токов для этих клеток на единицу поверхности клетки (см²) или веса (гр) и времени (секунды, часы, сутки). Знание электрохимических градиентов для ионов калия и ионов натрия позволяет от значений токов перейти к оценкам соответствующих энергий. Очевидно, что энергия, затрачиваемая на Nа, К-насосы, поддерживающая пассивные ионные потоки, должна быть не меньше оцениваемой нами описанным способом.

Результаты расчетов. Существенно оценить затраты энергии у разных тканей на единицу поверхности клеток, так как эти оценки непосредственно отражают интенсивности ионных потоков и не зависят от размеров и формы клеток.

Для нейрона в покое получено: 0,3*10^-5вт/см². Если принять, что частота работы нейрона в среднем составляет 15-30 импульсов в секунду, то сравнительные оценки по пассивным потокам у нервных клеток в покое я при возбуждении дают основания предполагать, что затраты на сохранения ионного гомеостаза при такой работе нейрона могут увеличиваться в два-три раза, т. е. достигать 1 • 10^-5вт/см².

Интересно заметить, что вычисленные нами затраты энергии для идеализированного нейрона на единицу поверхности удивительно хорошо совпали с экспериментальными данными Конноли и Крейнфельда, полученными для гигантского аксона кальмара на основании измерений потребления кислорода – 0,5*10^-5 вт/см².

Для глиальных клеток вычисленные энергетические затраты на ионный гомеостаз были такие: 0,15*10^-6 вт/см². Видно, что энергетические затраты на единицу площади на работу Na, К-насоса у глиальной клетки должны быть в 20—60 раз меньше, чем у нейрона.

Знание отношения S/O у нейрона (10⁴) и у глиальной клетки (2,14*10⁴) позволяет перейти от затрат на работу насосов на единицу поверхности к затратам на единицу массы соответствующей ткани. Вот эти цифры: для нейрона в покое -0,3*10^-1вт/гр, для работающего нейрона -l*10^-1вт/гр, для глии -0,32*10^-2вт/гр. Видно, что и в пересчете на единицу массы энергетические затраты у глиальных клеток на насосы в десятки раз меньше, чем у нейрона.

Сравнение энергетических затрат у нейрона на ионный гомеостаз и синтетические процессы. Представленные оценки могут не производить сильного впечатления, если думать, что затраты на ионный транспорт в нервной клетке составляют небольшой процент от всех суммарных энергетических затрат. Однако, видимо, это не так.

Для нервных клеток энергетические затраты на ионный гомеостаз составляют подавляющий процент во всем энергетическом балансе.

Для подтверждения этой точки зрения можно привести сравнительные оценки энергетических затрат у нейрона и глиальной клетки на ионный транспорт и синтетические процессы, в частности, на синтез белка. Примем, что интенсивность синтеза белка в нервной клетке такова, что за сутки происходит полное воспроизведение всех белков. Зная процентное содержание белка в нервных клетках (8% от веса клетки) можно оценить количество пептидных связей на единицу веса ткани. А знание необходимой энергии для синтеза одной пептидной связи (примерно гидролиз трех молекул АТФ до АДФ) позволяет оценить соответствующие энергетические расходы на воспроизведение белка за сутки.

Для нейрона в покое и при активации, а также для глиальной клетки выше уже приводились данные об энергетических затратах. Для удобства сравнения с затратами на синтетические процессы они также будут пересчитаны на сутки.

Вот эти цифры. На ионный транспорт энергетические затраты в сутки у нейрона в покое -2592вт/гр, при активности -5000 -7500вт/гр, у глиальной клетки -258 вг/гр, а на синтетические процессы у нейрона и глиальной клетки указанной выше интенсивности расходуется в сутки—61. гр.