Мир Знаний

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 (Км = -31 ± 7 мкМ) и низким (Км--123±10 мкМ) сродством. Выявлены также механизмы ак­тивного захвата дофамина (Км -0,07± 0,001 мкМ) и серотонина (Км —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 Он=1.4.10-8 см3, а площадь поверхности (Sн)-соот­ветствовала увеличенной в 5 раз поверхности такого шара, что составляло Sн=1.4.10-4 см3.

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

Электрофизиологические параметры нейрона и гли­альной клетки: мембранный потенциал у нейрона в покое-Vмн= -70мв, у глиальной клетки Vмг= -89мв, потенциалы равновесия по ионам калия (Vк) и ионам натрия (VNA), а также удельные проводимости поверх­ностной мембраны у нейрона и глиальной клетки не отличались и прини­мались-Vk=-90мв, VNA=-60мв, gm=10-3 с/см2/так как проводимость поверхностной мембраны в основном определяется ионами калия, то при­нималось-gm=gk.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 (РNA) и калия (Рк) у ней­ронов примерно на 1,5 порядка выше, чем у глиальной клетки-у нейрона PNA/Pk=0,031, а у глиальной клетки РNA/Pk=0,001.

Для последующих расчетов использовали уравнения:

gk(Vk-Vми)=gNAн(VNA-Vмн) (2)

gk(Vk-Vмг)=gNAг(VNA-Vмг) (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.