Реферат: Функции ГЛИИ

При замене К⁺ ионами натрия в среде выделения нервных клеток резко возрастает чувствительность обогащенных глиальными клетками фракций к К+ усиление дыхания, по отноше­нию к контролю (1,5 мМ К+), составило примерно 90%. Таким образом, была выяснена причина разногласия относительно чувствительности нервных клеток к К+ и высказано предположение об участии К⁺ в передаче метаболического сигнала от нейрона на клетки нейроглии.

Ацетилхолин как передатчик метаболического сигнала в системе нейрон-нейроглия.

При изучении возможной роли ацетилхолина (АХ) в качестве пе­редатчика метаболического сигнала в нейрон-нейроглиальной системе мы исходили из следующих фактов 1) ацетилхолин освобождается при возбуждении и вызывает сдвиги в мембранной активности глии;

Таблица 1

Влияние ацитилхолина(АХ) на скорость поглощения кислорода (О_АХ ) обогащенными клетками глии фракций при разных соотношениях К+/АХ. О₀ -скорость поглощения кислорода без АХ. Концетрация АХ-10^-5 г/мл

К+ мМ	Скорость поглощения кислорода мкА О2 /мин
	Оо	%	Оах	%	В % к Оо
5 мМ	6,82±0,45	100	8,06±0,81	100	118,2
40 мМ	10,21±0,62	161,1	12,87±0,42	159,7	126,1
60 мМ	13,45±0,73	197,2	12,5±0,54	155,1	92,2

2) под влиянием АХ изменяется активность ряда ферментов обмена углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот и т.п.

В связи с вышеизложенным, мы предприняли исследование на­личия связи между изменением мембранной активности клеток глин и углеводным обменом в них при воздействии АХ. При этом особое внимание обращалось на соотношение К+ к АХ (К⁺ —5 мМ/АХ — 10^-5 г/мл; К⁺ - 40 мМ/АХ—10^-5 г/мл; К⁺ —60 мМ/АХ—10^-5 г/мл).

Было установлено (табл. I), что при концентрации К⁺ 5 мМ ско­рость поглощения кислорода клетками глии в присутствии АХ воз­растает на 18%. При более высокой концентрации К⁺ (40 мМ) эф­фект АХ усиливается и достигает 26%, а при концентрации К⁺ 60 мМ стимулирующий эффект АХ на дыхание элиминируется, а по сравне­нию с контролем даже проявляется тенденция к торможению. Сти­мулирующий эффект АХ на скорость поглощения кислорода полно­стью исчезает в присутствии аптихолинэргического агента — атропина. Этот факт указывал на существование холинэргического рецепто­ра на мембранах глии, что в настоящее время является хорошо дока­занным экспериментально. Подтверждается существование холинэргического механизма регуляции дыхания глиальных клеток, где роль информатора сигнала может выполнить возбуждающий нейропередатчик АХ.

ГАМК как передатчик метаболического сигнала в нейрон-нейроглиальной системе.

Из данных литературы известно, что под влиянием ГАМК изме­няется мембранная активность глии и стимулируются окисли­тельные процессы в нервной ткани. Следовательно, можно было допустить, чти и ГАМК может претендовать на роль метаболическо­го сигнала. С целью решения данного вопроса в качестве объекта были взяты нервные клетки ядра Дейтерса кролика, где функцию нейропередатчика выполняет ГАМК. Изменения в содержании ГАМК вызывали введением ГАМК и фармакологических веществ (гидроксиламин, тиосемикарбазид), действие которых связано с обме­ном ГАМК.Об изменении метаболической активности изолированных ней­ронов и клеток глии судили по сукцинатоксидазной (СО) активности (СОА), которая является удобным тестом для оценки функционально­го состояния нервных клеток.

Было установлено, что в зависимости от уровня содержания ГАМК в головном мозгу активность СО меняется реципрокно: ГАМК подавляет активность фермента в нейронах, а в глии напротив—­стимулирует. Под влиянием гидроксиламина по сравнению с нормой более чем в 2 раза возрастает САО нейронов, в нейроглии—подав­ляется. Тиосемикарбазид также стимулировал СОД в нейронах, но не оказывал влияния на активность фермента в клетках глии. Учи­тывая разнонаправленность действия ГАМК, гидроксиламина и тиосемикарбазида па количественное распределение ГАМК в головном мозгу и результаты влияния ГАМК на окислительное фосфолирование было сделано заключение, что в регуляторных механиз­мах окислительных процессов нервных клеток значение имеет не об­щее содержание ГАМК в мозгу, а ее распределение во внутри- и в внеклеточном пространстве. Следовательно, и ГАМК может выпол­нить функцию передатчика сигнала в нейрон-нейроглиальной системе.

Аммиак как передатчик метаболического сигнала в нейрон-нейроглиальной системе.

Уровень аммиака в головном мозгу является одним из показате­лей функционального состояния ЦНС. Как было установлено, обмен аммиака находит свое отражение в мембранной активности клеток глии, что послужило основанием изучения его возможной роли в передаче информации о функциональном состоянии нейронов на перинейрональные клетки. С целью биохимического обоснования такого механизма мы исследовали дыхание обогащенных клетками глии фракций в опытах invitro в зависимости от концентрации аммиака в среде инкубации. В качестве субстрата дыхания использовали глутамат и глутамин. Дыхание клеток глии в присутствии глутамата слу­жило контролем. В опытных вариантах образование глутамата, суб­страта дыхания, происходило в результате распада глутамина. Следо­вательно, при такой постановке опытов, критическими были: величи­на активности глутаминазы глии и скорость освобождения аммиака глутамата.

Рис. 2 Скорость поглащения кислорода глиальными клетками в присутствии глутаминовой кислоты (1) и глутамина (2).

Предварительные опыты по изучению глутаминазной активности глии показали, что она является аллостерическим ферментом вы­сокой степенью кооперативности, следовательно требовалось графиче­ское сопоставление скорости образования аммиака в инкубационной среде и скорости поглощения кислорода глиальными клетками. Как видно из рисунка 2, спустя одну минуту после добавления глутамина в инкубационную среду, в период максимального усиления дыхания, количество аммиака составляет 0,64 мкМ, через 4 мин, когда про­является тенденция угнетения дыхания— 1.40 мкМ а на 9-й мин, при торможении дыхания на 60%—3,20 мкМ. В опытах с глутаматом (контроль) нам не удалось обнаружить достоверных изменений в про­дукции аммиака и, следовательно, дыхание глиальных клеток во вре­мени возрастало линейно.

Суммируя вышеизложенное, мы считаем, что аналогично К⁺ АХ и ГАМК, аммиак также может участвовать в передаче метаболиче­ского сигнала от нейрона на нейроглиальные клетки.

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^-8 см² , 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_{NA н} ( V_NA - V _мн ) (2)

g_k ( V_k - V _мг )= g_{NA г} ( 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.