Электрическая синаптическая передача

После того как концепция химической синаптической передачи стала общепринятой, примерно между 1930 и 1950 гг., к большому удивлению специалистов выяснилось, что межклеточная передача возбуждения может осуществляться и электрическим способом [17]. Его принцип показан на рис. 3.19,А. Две соседние клетки прилегают друг к другу так тесно, что сопротивление двух их мембран протекающему через них электрическому току сравнимо с сопротивлением остальной, внесинаптической области мембраны. При возбуждении клетки 1 натриевый ток (I_Na) входит в нее через открытые Na-каналы и выходит через пока невозбужденные участки мембраны; при этом часть тока входит через участок мембранного контакта в клетку 2, вызывая ее деполяризацию. Разумеется, здесь уровень деполяризации гораздо ниже - скажем, в 10 раз, чем в клетке 1 (рис. 3.19), однако он может оказаться выше порога генерирования потенциала действия в клетке 2. Часто такая деполяризация подпороговая, и тогда клетка 2 возбуждается только в результате суммации синаптических потенциалов, возникающих в результате химической или электрической передачи от других клеток [8].

Итак, перечислим основные характеристики, которые отличают химическую синаптическую передачу от электрической.

1. В химическом синапсе постсинаптический ток генерируется за счет открывания каналов в постсинаптической мембране и обусловлен ионными градиентами постсинаптической клетки.

2. В электрическом синапсе источник постсинаптического тока - мембрана пресинаптической клетки. Здесь нет химического медиатора, и все факторы, влияющие на его высвобождение и действие (например, снижение внеклеточной концен-

 

Рис.3.19. Электрический синапс. А. Распределение токов. При возбуждении клетки 1 в нее входит натриевый ток (lNa). Она связана с клеткой 2 нексусом (щелевым контактом). Часть тока, входящего в клетку 1, проходит через нексус в клетку 2 и вызывает ее деполяризацию. Б Импульс тока (красный график), действующий на пресинаптическую клетку, вызывает генерирование злектротонического потенциала, который запускает в ней потенциал действия. Потенциал, появляющийся в постсинаптической клетке после прохождения тока через нексус, представляет собой уменьшенное подобие пресинаптического потенциала

трации Са²⁺ или устранение разрушающих медиатор ферментов), на передаче возбуждения не сказываются.

Щелевые контакты. Ионы, переносящие электрические токи, не могут проходить через липидные мембраны (с. 10), следовательно, для их транспорта в «мембранных контактах» между электрически сопряженными клетками необходимы канальные белки. Такие межклеточные связи называются нексусами,или «щелевыми контактами» (рис. 3.20). В каждой из двух соседних клеточных мембран находятся регулярно распределенные через небольшие промежутки коннексоны,пронизывающие всю толщу мембраны; они расположены так, что в месте контакта клеток находятся друг против друга и их просветы оказываются на одной линии. У образованных таким образом каналов крупные диаметры и, значит, высокая проводимость для ионов; через них могут проходить даже относительно крупные молекулы с молекулярной массой до 1000 (около 1,5 нм в поперечнике). Коннексон состоит из субъединиц числом до шести с молекулярной массой примерно 25 000 каждая. Щелевые контакты обычны для ЦНС позвоночных и, как правило, соединяют группы синхронно функционирующих клеток. Такие контакты характерны также для беспозвоночных.

Функциональные синцитии. В тканях, не относящихся к нервной системе, клетки тоже очень часто соединены щелевыми контактами [25]. Говоря о передаче возбуждения, стоит прежде всего упомянуть миокард и гладкую мускулатуру,где эти контакты создают функциональный синцитий. Возбуждение здесь переходит от одной клетки к другой без заметной паузы или снижения амплитуды потен-

ГЛАВА 3. МЕЖКЛЕТОЧНАЯ ПЕРЕДАЧА ВОЗБУЖДЕНИЯ 67

Рис. 3.20.Ультраструктура нексуса (щелевого контакта). В пре- и постсинаптической мембранах регулярно распределены «коннексоны», находящиеся точно друг против друга. Внутри них есть просвет, так что каждая пара расположенных по одной линии коннексонов образует канал, через который сообщаются две клетки (по [28] с изменениями)

циала действия на границе (см. гл. 4 и 19). Для таких органов важна регулируемость щелевых контактов; в самом деле, их каналы закрываются при снижении pH или повышении концентрации Cα^{2 +}. Это неизбежно происходит в случае повреждения клеток или глубокого нарушения обмена. За счет такого механизма пораженные места изолируются от остальной части функционального синцития, и распространение патологии ограничивается (например, при инфаркте миокарда). Кроме этих возбудимых тканей существует и много других (в частности, все эпителии, печень), где клетки также соединены щелевыми контактами. В принципе такая связь присуща любой клетке на ранних стадиях эмбрионального развития, когда все клетки соединены между собой щелевыми контактами и сохраняют их до стадии дифференцировки органов.

Роль таких контактов у невозбудимых клеток неясна. Через них возможен обмен многими мелкими молекулами; не исключено, что это важно для метаболизма. Через щелевые контакты могли бы также диффундировать внутриклеточные вторые посредники (с. 23), передавая по ткани сигналы, регулирующие клеточные процессы.

Учитывая широкое распространение щелевых контактов, кажется удивительным, почему в нервной системе они не используются для синаптической передачи повсеместно. Видимо, сложнее организованные химические синапсы обеспечивают настолько более высокую специфичность и регулируемость межклеточной коммуникации, что в значительной степени вытеснили электрические.

Тормозные электрические синапсы. Щелевой контакт-наиболее распространенный тип электрического синапса. Однако существуют и другие. Например, электрическим путем может передаваться и торможение. В этом случае потенциал действия особым образом расположенных пресинаптических волокон генерирует во внеклеточном пространстве вокруг постсинаптического аксона местный положительный потенциал такой амплитуды, что деполяризация аксона не может достичь порогового уровня, и проведение по нему потенциала действия блокируется [18].

Эфаптическая передача. При некоторых заболеваниях аксоны повреждаются. После перерезки аксона дегенерирует не только его дистальная, но и проксимальная часть. В периферической нервной системе он через несколько недель регенерирует, но его отрастающие участки сначала немиелинизированы. При невропатиях разнообразного происхождения аксоны также теряют свою миелиновую оболочку, становясь демиелинизированными. Кроме того, встречаются аксонные невропатии, главный симптом которых, вероятно, нарушение аксонного транспорта (с. 20).

Демиелинизированные аксоны особенно часто вступают в аномальные взаимодействия. Импульсы, проходящие по группам нервных волокон, индуцируют возбуждение других параллельно идущих аксонов. Это называется эфаптической передачей [9]. Когда такие аномальные потенциалы действия генерируются в сенсорных нервных волокнах, у больного появляются аномальные ощущения, парестезии. Они могут быть мучительными, особенно когда связаны с ноцицептивными волокнами (см. с. 228): возникают такие неприятные синдромы, как невралгия, каузалгия, невромные боли. Межаксонные помехи бывают следствием не только недостаточной изоляции (миелиновыми оболочками), но и повышенной возбудимости аксонов.

Литература

Учебники и руководства

1. Cooke I., Lipkin Μ. Cellular neurophysiology, a source book, New York, Holt, Rinehart and Winston (1972) (Collection of important original papers).

2. Eccles J. C. The physiology of synapses, Berlin Göttingen-Heidelberg-New York, Springer, 1964.

3. Hille B. Ionic channels of excitable membranes, Sunderland, Mass., Sinauer Assoc, 1984.

4. Hoppe W., Lohmann W.. Markl H, Ziegler H. (eds.). Biophysik, Berlin, Heidelberg, New York, Springer, 1984.

5. Kandel E. R., Schwartz J. H. (eds.). Principles of neural science, New York, Amsterdam, Oxford, Elsevier, 1985.

6. Kuffler S. W., Nicholls J. C, Martin A. R. From neuron to brain, Second Edition Sunderland, Mass., Sinauer Associates, 1984.

7. Schiebler Т.Н., Schmidt W. Lehrbuch der gesamten Anatomie des Menschen, 3rd Edition, Berlin Heidelberg New York-Tokyo, Springer Verlag, 1983.

68 ЧАСТЬ I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ