Реферат: Функции ГЛИИ

Воронежский институт экономики и социальногоуправления

 

Контрольная работа.


Тема: Функции ГЛИИ


                                                                Дисциплина: Физиология ЦНС.

                                                                 Выполнила: Захарова Дарья

                                                                                      Заочногоотделения

                                                                                      II курс

                                                                  Специальность:Психология.

                                                                 Проверил: Даниленко В. И.

ВОРОНЕЖ 2004 г.


Содержание работы.

 

Введение.

1.Физиология глии.

2.О передаче метаболических сигналов в системе нейрон –нейроглия.

3.Возможная роль глиальных клеток вобеспечении нейронов АТФ.

Заключение.

Литература.


Введение.

         Клетки глии впервые были описаныв 1846 г. Р. Вирховым, который и дал им это название, подразумевая под нимвещест­во, склеивающее нервную ткань. Он отметил многие свойства глиальнойткани,  которые позднее легли в основу ряда гипотез. Вирхов писал: «Оченьважно знать, что во всех частях нервной системы  наряду с истинно нервнымиэлементами существует  один вид ткани, которая родственна обширным,распространенным по всему организму тканевым образованиям, известным подназванием соединительной ткани. При рассмо­трении патологии и физиологииголовного и спинного мозга следует в первую очередь разобраться, какая тканьподвергалась воздействию или раздражению: является ли она нервной тканью илиэто просто интерстициальная ткань. Опыт показы­вает, что именно в этой тканиголовного и спинного мозга чаще всего локализуются патологические изменения,например, жировая дегенерация. Через нейроглию проходят сосуды, ко­торые, такимобразом, почти всюду отделены от нервного вещества тонким промежуточным слоем ине находятся в не­посредственном контакте с ним» (Вирхов,1859). В течениепоследующих лет интенсивное изучение нейроглии велось пре­имущественнонейроанатомами и патоморфологами, которым эта ткань была известна как наиболеераспространенный исто­чник опухолей мозга. По-видимому, последнее связано с тем,что клетки нейроглии, в отличие от нейронов, сохраняют спо­собность к делениюво взрослом состоянии. Наиболее характерный признак глиальной клетки посравнению с нейроном — отсутствие аксона.

         Нейроглию изучают и исследуют исейчас, экспериментально находя ее новые свойства. В этой работе дано описаниеисследования о передаче метаболических сигналов в системе нейрон-нейроглия иосвещение вопроса о возможной роли глии в обеспечении нейронов АТФ.  


1.Физиология глии.

         По морфологическим признакам клетки нейроглииобычно подразделяют на две главные группы: астроциты и олигодендроциты. Вгруппе астроцитов выделяют две подгруппы. Фиброзные астроциты характеризуютсятем, что в цитоплазме содержатся филаменты; этот тип астроцитов преобладает сре­дипучков миелинизированных нервных волокон. Другую группу составляют протоплазматическиеастроциты, содержащие в цитоплазме меньше фиброзного материала; онираспространены в сером веществе вблизи тел нейронов, дендритов и синапсов. Обатипа астроцитов образуют контакты с капиллярами и нейронами. Олигодендроцитынаходятся преи­мущественно в белом веществе, где они образуют миелин вокругкрупных аксонов. Шванновские клетки периферических нервов аналогичны олиголендроцитам;они образуют миелин вокруг крупных, быстро проводящих аксонов. Однако глиальныеклетки мозга и периферических нервов имеют разное происхождение в эмбриогенезе.Первые образуются из клеток-предшественниц, выстилающих мозговые желудочки, тогда как шванновские клетки формируются из нервного греб­ня. Клеткиэпендимы, которые выстилают внутреннюю поверхность мозга в желудочках, такжеотносятся к глиальным клеткам. Трудности изучения функции глии обусловлены пре­ждевсего отсутствием метода, который позволяет отделить нейроны от глии, посколькуэти две ткани чрезвычайно силь­но переплетены. В течение последних двухдесятилетий глиальным клеткам пытались приписать целый ряд функций, напримерфункции обучения и памяти. Основная трудность проверки всех гипотез состоит вотсутствии адекватных физио­логических методик. Все гипотезы преимущественновозникли на базе гистологических наблюдений, а гистологические мето­ды, какправило, не могут выявить физиологическое взаимодействие между клетками.

         Перечислим основные установленные функциинейроглии. 1.Опорная роль (это главная мысль Р. Вирхова). 2. Изоляция, обособлениенейронов. Глиальные клетки могут выполнять роль электрических изоляторов, атакже служить пространст­венным барьером для распространения медиаторов илиионов. Например, установлено, что клетки нейроглии способны по­глощатьнекоторые виды медиаторов. 3. Участие в восстановлении и регенерации нервнойткани. Как уже указывалось, клетки нейроглии способны к делению в течение всей жизниорганизма. Благодаря этой способности они участвуют в образовании рубцовойткани. При регенерации нервов последние прорастают по ложу из оставшихсяшванновских клеток. При этом регенерация идет не беспорядочно, а только в напра­влениииннервируемого органа. Это дает основание предполагать существованиехимического сродства, которое направляет регенерирующий аксон к месту егоназначения. 4. Роль глиальных клеток в онтогенетическом развитии нерв­нойсистемы.

         Например, было установлено, что в процессе развитиямозга нейроны перемещаются вдоль отростков глиальных клеток.

Тесная связь между нейроглией и нейронами позволяетпредполагать, что клетки нейроглии обеспечивают первоначальный каркас дляпоследующего формирования нейрональных структур. 5.Обеспечение нейроновпитательны­ми и другими веществами. Эта идея восходит к К. Гольджи (1883). Онписал: "… должен сказать, что термин «нейроглия» лучше подходит дляткани, которая, хотя и является соедини­тельной, поскольку соединяет различныеэлементы и со своей стороны обеспечивает распределение питательных веществ, вто же время отличается от обычной соединительной ткани по морфологическим ихимическим признакам и имеет иное эмб­риональное происхождение". Предположениео необходи­мости присутствия нейроглиальных клеток для синтеза медиа­торов,было подтверждено, например, на культуре диссоциированных клеток симпатическихганглиев. В отсутствие             клеток — сателлитов нейроны обратимо утрачивалиспособность к синтезу ацетилхолина.

         Физиологические критерии дляидентификации глиальиых клеток в мозге млекопитающих. При внутриклеточной регист­рации активности нейроновв центральной системе позвоночных и беспозвоночных животных были обнаружены клетки,которые не имели импульсных ответов. Потенциал по­коя этих клеток был оченьвысоким, иногда до —90 мВ, без флуктуации, которые характерны для нейронов какрезультат фонового возбуждения отдельных синапсов. Попытки возбу­дить этиклетки внутриклеточными толчками тока также были безрезультатными. Инъекция вних красителей (например, роrcion yellow) и последующий гистологическийконтроль подтвердили, что это клетки глин. Исследования показали, что смежныеглиальные клетки соединены между собой щелевидными контактами. Они напоминают вэтом отношении другие ткани, например эпителиальную, железистую и т.д. Можнопредположить, что такие плотные связи между отдельными глиальными клеткамисвязаны с взаимодействием этих клеток, например метаболическим взаимодействием.О системах сигна­лизации отнейронов к глиальным клеткам известно оченьмало. Например, при регистрации от глиальных клеток в зрительном нерве Necturusбыла показана их деполяризация при возбуждении зрительного нерва, однакоамплитуда ответа обы­чно не превышала 4 мВ. Гипотеза, которая объясняет такиеответы, сводится к предположению, что во время возбуждения нейрона (или аксона)в экстраклеточную среду выделяется калий, который и деполяризует глиальнуюклетку. Роль локального повышения концентрации экстраклеточного калия можетбыть очень велика. Например, есть данные, что локаль­ное повышение концентрациикалия может запустить аномальную активность нейронов.           В этих условияхглия может выполнять роль буфера, защищающего нейроны от влияния ка­лия.


2. О передаче метаболическихсигналов в системе         нейрон – нейроглия.

(Н. Г. АлексидзеТбилисский гос.  Университет, Тбилиси, СССР)

         Гипотеза А. И. Ройтбака  об участии глиальныхклеток в за­мыкании временных межнейрональных контактов стимулировала ис­следованияпо биохимии нейронно – нейроглиальных взаимоотношений В настоящее время всемипризнается что нейрон-нейроглия является функциональной единой системой, однакоматериальная сущность пе­редатчиков сигнала от нейрона на клетки глии и многиевопросы, связанные с его реализацией в метаболические процессы, оста­ютсяоткрытыми.

         Было высказано предположение, чтобиохимический цикл глиального обеспечения функции нейронов осуществляется путемобрат­ной метаболической связи при непосредственном участии в качестве передатчиковсигнала нейромедиаторов, К+, аммиака и др. соедине­ний. Предпосылки для такогозаключения имелись как в нейрохи­мической, так и в физиологической литературе, нотребовалось коррелятивное сопоставление физико-химического состоя­ мембран глиис биохимическими процессами в них в условиях мо­делирования возбуждающего итормозного состояния нейрон – нейроглиального комплекса.

         Исходя из вышесказанного мы предпринялиисследование участия К+, нейромедиаторов и аммиака в передачеметаболических сигналов от нейрона на клетки нейроглии в условиях их целостногосостояния, на уровне изолированных единичных нейронов и глиального скопле­ния илиже обогащенных нейронами и глиальными клетками фракций.

МЕТОДИКА.

         Объектомисследования служили беспородные белые крысы и кролики. Нейроны и глиальныеклетки выделяли из срезов головного мозга кроликов методом Хидена,  обогащенныенейронами и глиальными клетками фракции — из коры больших полушарий крыс икроликов по прописи Роуза  в модификации. Скорость погло­щения кислородаизолированными нейронами в глиальными клетками измеряли методом поплавка вмодификации Хидена и Пигона, в опытах с обогащенными фракциями был использованполярографический метод определения дыхания.

Результаты.

Влияние К+ на скоростьпотребления клетками глии и нейронов.

         Впервые, об особой чувствительности глиальныхклеток к К+ указал Куффлер с сотрудниками. Позже этот вывод был обоснован биохимически датским ученым Хертцом. Однако анализ его результатов былзатруднен, так как изолированные нейроны были получены в основном из корыголовного мозга кошек, а скопления глии — из коры мозга крыс.

Кроме того, имелись определенные недостатки и вметодике исследования. После разработки метода дубль поплавка удалось показатьстимулирующее влияние К+ на дыхание клеток глии вестибулярного ядра Дейтерса, анейроны, даже в специальных опытах с предварительно измененным содержанием К+ винкубационной среде от 5мМ до 60мМ, не обнаруживали существенных различий в скоростипоглощения кислорода.

/>


Рисунок 1.Влияние К+ на дыхание нейрона(2)  и нейроглии(3)  латерального вестибулярногоядра Дейтерса  кролика. Стрелками указан момент добавления К+ в инкубационнуюсреду. 1-контроль, без нервных клеток.

         В опытах с обогащенными нейронами иглиальными клетками фракциями при избытке К+ Бредфорд и Роуз наблюдали примерноравное усиление их  дыхания, а согласно данным Хультборна и Хидена скоростьпоглощения кислорода изолированными нейрональными клетками возрастала примернов 2 раза. Вотличии от результатов Бретфорда и Роуза, работая с фракциямиобогащенными нейронами и глиальными клетками, Халиаме и Хамбергер подтвердилирезультаты Хертца и наши об особой чувствительности клеток глии к К+. В связи стакими разногласиями о дей­ствии К+ на  нервные клетки, мы провелианализ экспериментальных условий описанных выше опытов. Как выяснилось, приполучении обо­гащенных нейронами и глиальными клетками фракций в градиентефикола и сахарозы в среде Роуза концентрация, К+ была 100 мМ, а в средеХамбергера, Хертца и нашей, концентрация К+ не превышала 5 мМ. Изданных литературы известно, что повышение концентрации К+ до 100 мМи выше вызывает моментальное и обычно необратимое изменение цитоплазмы глиальныхклеток и ее сморщивание. Высокие концентрации К+ в средекультивирования нервных клеток вызывали увеличение объема глиальных клеток иуменьшение содержания в них сухого остатка. В нейронах та­кие изменения не былинайдены. Следовательно, можно было пред­положить, что низкая чувствительностьглиальных клеток к К+ в опытах Брэдфорда и Роуза  в условияхповышенного содержа­ния К+ в среде их выделения обусловленапредварительной деполя­ризацией и сенсибилизацией мембран глии. Это былодоказано экс­периментально.

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

Ацетилхолинкак передатчик метаболического сигнала в системе нейрон-нейроглия.

    При изучении возможной роли ацетилхолина (АХ) вкачестве пе­редатчика метаболического сигнала в нейрон-нейроглиальной системемы исходили из следующих фактов 1) ацетилхолин освобождается при возбуждении ивызывает сдвиги в мембранной активности глии;

Таблица1

Влияние ацитилхолина(АХ) на скорость поглощения кислорода(ОАХ) обогащенными клетками глии фракций при разных соотношенияхК+/АХ. О0-скорость поглощения кислорода без АХ.                            КонцетрацияАХ-10-5г/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 свышеизложенным, мы предприняли исследование на­личия связи между изменением мембраннойактивности клеток глин и углеводным обменом в них при воздействии АХ. При этомособое внимание обращалось на соотношение К+ к АХ (К+—5 мМ/АХ — 10-5г/мл; К+ — 40 мМ/АХ—10-5 г/мл; К+—60 мМ/АХ—10-5 г/мл).

         Было установлено (табл. I), что приконцентрации К+ 5 мМ ско­рость поглощения кислорода клетками глии вприсутствии 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 сконтролем даже проявляется тенденция к торможению. Сти­мулирующий эффект АХ наскорость поглощения кислорода полно­стью исчезает в присутствии аптихолинэргическогоагента — атропина. Этот факт указывал на существование холинэргического рецепто­рана мембранах глии, что в настоящее время является хорошо дока­заннымэкспериментально. Подтверждается существование холинэргического механизмарегуляции дыхания глиальных клеток, где роль информатора сигнала может выполнитьвозбуждающий нейропередатчик АХ.

ГАМК какпередатчик метаболического сигнала в нейрон-нейроглиальной системе.

    Из данных литературы известно, что под влиянием ГАМКизме­няется мембранная активность глии  и стимулируются окисли­тельные процессыв нервной ткани. Следовательно, можно было допустить, чти и ГАМК можетпретендовать на роль метаболическо­го сигнала. С целью решения данного вопросав качестве объекта были взяты нервные клетки ядра Дейтерса кролика, где функциюнейропередатчика выполняет ГАМК. Изменения в содержании ГАМК вызывали введениемГАМК и фармакологических веществ (гидроксиламин, тиосемикарбазид), действиекоторых связано с обме­ном ГАМК. Об измененииметаболической активности изолированных ней­ронов и клеток глии судили посукцинатоксидазной (СО) активности (СОА), которая является удобным тестом дляоценки функционально­го состояния нервных клеток.

         Былоустановлено, что в зависимости от уровня содержания ГАМК в головном мозгуактивность СО меняется реципрокно: ГАМК подавляет активность фермента в нейронах,а в глии напротив—­стимулирует. Под влиянием гидроксиламина по сравнению снормой более чем в 2 раза возрастает САО нейронов, в нейроглии—подав­ляется.Тиосемикарбазид также стимулировал СОД в нейронах, но не оказывал влияния наактивность фермента в клетках глии. Учи­тывая разнонаправленность действияГАМК, гидроксиламина и тиосемикарбазида па количественное распределение ГАМК вголовном мозгу и результаты влияния ГАМК на окислительное фосфолирование былосделано заключение, что в регуляторных механиз­мах окислительных процессовнервных клеток значение имеет не об­щее содержание ГАМК в мозгу, а еераспределение во внутри- и в внеклеточном пространстве. Следовательно, и ГАМКможет выпол­нить функцию передатчика сигнала в нейрон-нейроглиальной системе.


Аммиак какпередатчик метаболического сигнала в нейрон-нейроглиальной системе.

         Уровень аммиака в головном мозгу является одним из показате­лейфункционального состояния ЦНС. Как было установлено, обмен аммиака находит своеотражение в мембранной активности клеток глии, что послужило основаниемизучения его возможной роли в передаче информации о функциональном состояниинейронов на перинейрональные клетки. С целью биохимического обоснования такогомеханизма мы исследовали дыхание обогащенных клетками глии фракций в опытах in vitro в зависимости от концентрации аммиака в средеинкубации. В качестве субстрата дыхания использовали глутамат и глутамин.Дыхание клеток глии в присутствии глутамата слу­жило контролем. В опытных вариантахобразование глутамата, суб­страта дыхания, происходило в результате распадаглутамина. Следо­вательно, при такой постановке опытов, критическими были:величи­на активности глутаминазы глии и скорость освобождения аммиакаглутамата.

/>


/>

/>


Рис. 2 Скорость поглащениякислорода глиальными клетками в присутствии глутаминовой кислоты (1) иглутамина (2).        

        

         Предварительныеопыты по изучению глутаминазной активности глии показали, что она являетсяаллостерическим ферментом вы­сокой степенью кооперативности, следовательнотребовалось графиче­ское сопоставление скорости образования аммиака винкубационной среде и скорости поглощения кислорода глиальными клетками. Как  видноиз рисунка 2, спустя одну минуту после добавления глутамина в инкубационнуюсреду, в период максимального усиления дыхания, количество аммиака составляет0,64 мкМ, через 4 мин, когда про­является тенденция угнетения дыхания— 1.40 мкМа 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 аммиакаи, следовательно, дыхание глиальных клеток во вре­мени возрастало линейно.

         Суммируя вышеизложенное, мы считаем, чтоаналогично К+  АХ и ГАМК, аммиак также может участвовать в передачеметаболиче­ского сигнала от нейрона на нейроглиальные клетки.

Механизм инактивациинейропередатчиков глиальными клетками.

         Исходя из того факта, чтонейропередатчики могут выступать в роли переносчиков метаболических сигналов внейрон-нейроглиальной системе, возникает вопрос о необходимости их инактивацииглиальны­ми клетками. В настоящее время установлено, что глиальные клетки обладаютспособностью инактивировать нейропередатчики на уровне плазматической мембраныи внутриклеточно. Примером первого пути является гидролиз АХ глией безпредварительного его захвата. Клетки глии характеризуются высокой ацетил- ибутирилхолинэстеразной ак­тивностью  и легко могут устранить излишки АХ.Продукт гидро­лиза АХ холин, который обладает слабым холинэргическим эффек­том,устраняется клетками глии механизмом захвата высокого срод­ства. На примереГАМК было показано, что в клетках глии имеется две системы его захвата: свысоким   (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). Дальнейшаясудьба инактивации серо­тонина в клетках глии заслуживает особого внимания всвязи с его отрицательным влиянием на синтез белков. Нам удалось уста­новить,один из возможных механизмов инактивации серотонина в клетках глии путем синтезаглюкуронида серотонина, последний в отличие от серотонина отличается более чемв 1000 раз меньшей биологической активностью.

         Такимобразом, выясняется, что относительно всех кандидатов, Претендующих наинформативную роль в передаче метаболических сигналов, в клетках глин имеютсямощные механизмы устранения их хеморецептивного воздействия на мембрану.


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

         В общей проблеме о функциональной роли нейроглиисуществует важный и интересный вопрос—являются ли глиальные клетки источ­никомэнергии для нейронов? Он возникает в связи с тем, что глиальные клетки, с однойстороны, не уступают нейронам по интенсивности энергетического обмена, в частности,но окислительному фосфорилированию, т. е. в производстве АТФ, но, с другойстороны, должны потреблять гораздо меньше энер­гии, чем нейроны, так какэлектрически пассивны. Для обоснова­ния подобной точки зрения важно достаточноаккуратно сравнить энергетические потребности для поддержания ионных градиентову нейронов и глиальных клеток. В настоящем сообщении сделаны та­киеколичественные оценки, результаты которых позволяют сформулировать гипотезу овозможной роли глиальных клеток в обеспечении нейронов АТФ.

              В первую очередь нужно оценить необходимыеэнергетические затраты нейрона для поддержания ионных градиентов в покое исравнить их с таковыми у глиальных клеток. Для последующих рас­четов на основаниилитературных данных была приняты следую­щие геометрические и электрофизиологическиепараметры для обоб­щенного нейрона и глиальной клетки.

         Геометрические параметры нейрона:объем нейрона  принимался равным объему шара диаметром 30н м — что соот­ветствоваловеличине Он=1.4.10-8 см3, а площадьповерхности (Sн)-соот­ветствовалаувеличенной в 5 раз поверхности такого шара, что составляло Sн=1.4.10-4 см3.               

         Геометрическиепараметры 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 поверхноститакого шара, что составляло Sr=0.3.10-4см2.

      Электрофизиологические параметрынейрона 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), атакже удельные проводимости поверх­ностной мембраны у нейрона и глиальнойклетки не отличались и прини­мались-Vk=-90мв, VNA=-60мв,      gm=10-3 с/см2/так как проводимостьповерхностной мембраны в основном определяется ионами калия, то при­нималось-gm=gk. Кроме тогопринималось, 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, чтоинъекция ионов натрия в глиальные клетки не приводит к появлению какой-либозаметной гиперполяризации, что свидетельствовало бы об электрогенной помпе, какэто было показано в сходных опытах на нейронах моллюска.

         Исходныепредпосылки для расчетов. На основании принятых  электрофизиологических  параметров, соответствующих большому количеству исследований, при использованииизвестно­го уравнения Гольдмана—Ходжкина—Катца легко показать, что отношениепроницаемостей для ионов натрия (РNA) икалия (Рк) у ней­ронов примерно на 1,5 порядка выше, чем у глиальнойклетки-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 всостоянии покоя  у рас­сматриваемых клеток, когда пассивный ток ионов калиянаружу дол­жен быть равен пассивному току ионов натрия внутрь. Уравнение  длянейрона, строго говоря, выполняется, если Na, К-насос, какдля глиальных клеток, электронейтрален,  т. е. стехиометрический ко­эффициентдля активных потоков ионов натрия наружу и ионов ка­лия внутрь равен. Однако,поправка на электронность будет лишь увеличивать энергетические затраты нейронана ионные потоки.

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

         Результатырасчетов. Существенно оценить затраты энер­гии у разных тканейна единицу поверхности клеток, так как эти оценки непосредственно отражаютинтенсивности ионных потоков и не зависят от размеров и формы клеток.

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

         Интереснозаметить, что вычисленные нами затраты энергии для идеализированного нейрона наединицу поверхности удивительно хо­рошо совпали с экспериментальными даннымиКонноли и Крейнфельда, полученными для гигантского аксона кальмара на основаниииз­мерений потребления кислорода – 0,5*10-5 вт/см2.

        

Дляглиальных клеток вычисленные энергетические затраты на ионный гомеостаз былитакие: 0,15*10-6 вт/см2. Видно, что энергети­ческиезатраты на единицу площади на работу Na, К-насоса у глиальной клеткидолжны быть в 20—60 раз меньше, чем у нейрона.

         Знаниеотношения S/O у нейрона (104) и у глиальной клетки(2,14*104) позволяет перейти от затрат на работу насосов на единицуповерхности 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 массыэнергетические затраты у глиальных кле­ток на насосы в десятки раз меньше, чему нейрона.

         Сравнениеэнергетических 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 процентот всех суммарных энергетических затрат. Однако, видимо, это не так.

         Длянервных клеток энергетические затраты на ионный гомео­стаз составляютподавляющий процент во всем энергетическом ба­лансе.

         Дляподтверждения этой точки зрения можно привести сравни­тельные оценкиэнергетических затрат у нейрона и глиальной клетки на ионный транспорт исинтетические процессы, в частности, на син­тез белка. Примем, чтоинтенсивность синтеза белка в нервной клет­ке такова, что за сутки происходитполное воспроизведение всех белков. Зная процентное содержание белка  в нервныхклетках (8% от веса клетки) можно оценить количество пептидных связей наединицу веса ткани. А знание необходимой энергии для синтеза од­ной пептиднойсвязи (примерно гидролиз трех молекул АТФ до АДФ) позволяет оценить соответствующиеэнергетические расходы на вос­произведение белка за сутки.

         Длянейрона в покое и при активации, а также для глиальной клетки выше ужеприводились данные об энергетических затратах. Для удобства сравнения сзатратами на синтетические процессы они также будут пересчитаны на сутки.

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

         Расчеты показывают, что на столь интенсивныйсинтез белка, как полное его воспроизведение за сутки, нервная клетка в покоедолжна затрачивать в 42 раза меньше энергии, чем на ионные насосы, а при ак­тивнойработе в 123 раза меньше. Даже у глиальной клетки на ионные насосызатрачивается в 4,2 раза больше энергии, чем на столь интенсив­ныесинтетические процессы.

         Поистине, дорого стоит нервной тканиподдержание в боевой готов­ности натриево-калиевого механизма генерации ипроведения нервного импульса — практически на это идут все энергетическиезатраты.

         Все это означает, что если глиальные клетки вцелом способ­ны с такой же интенсивностью синтезировать АТФ как и нейроны, то АТФу них должна быть в избытке. И из соображений целесообраз­ности естественнопредположить возможность прямого использования этого избытка нейронами.

         Формулировка гипотезы. Можнопредложить возможный путь потока АТФ из глиальных клеток в нейроны на основеуже из­вестных механизмов. Этот путь должен состоять из двух этапов.

         Первый этап — это выброс АТФ из глиальныхклеток при их де­поляризации ионами калия во время активации соседних нейронов(имеются убедительные данные, что при калиевой деполяризации гли­альные клеткиактивно секретируют в межклетники ряд еще неидентифицированных соединений).

         Второй этап — это поступление АТФ измежклетников в пресинаптические окончания по механизму пиноцитозного поглощения(в пресннатических окончаниях показано существование процесса об­ратной секреции—типапиноцитоза).

         С точки зрения этой гипотезы нейроглияявляется общим рас­пределенным энергетическим резервуаром, снабжающим нейроныуни­версальным биологическим топливом — АТФ. Активность того или иногонейронного пула сразу же приводит к калиевой деполяризации глиальных клеток,окружающих эти нейроны. Они начинают секретировать АТФ в межклетники, а оттудачерез активированные пресинаптические окончания эта АТФ может поступать помеханизму пиноцитозного поглощения в нейроны. Таким образом, при реализацииподобной возможности видна большая целесообразность во взаимодействии ней­ронови глиальных клеток—поток АТФ из глиальных клеток в ней­роны четко регулируетсясамой нейронной активностью: чем активнее работает нейрон, тем больше АТФ внего будет поступать.

         Важнотакже заметить, что наличие щелевых контактов между глиальными клетками создаетусловия для эффективного диффузионного обмена АТФ глиальными клетками. Другимисловами система глиальных клеток, окружающая нейроны, может в этой связирассмат­риваться как единая непрерывная диффузионная среда, в которой мо­гутосуществляться градиентные потоки АТФ в участки мозга с наи­большимпотреблением АТФ, т. е. в места наибольшей нейрон­ной активности. Таким образом,может происходить своеобразная кооперация глиальных клеток при обеспечении АТФнаиболее нужда­ющихся нейронов.

         Высказанныесоображения мало чего стоят, пока не будут полу­чены прямые экспериментальныеданные в пользу сформулированной гипотезы.


Заключение.

         Взаключение хочу обобщить все сказанное.

         Вовсех органах человеческого тела, кроме мозга, функционирующие клеткиудерживаются вместе межклеточным веществом соединительной ткани. В нервнойсистеме эту роль выполняет глия ( от греч. глия-клей), клетки которойобразуются из общих с нейронами предшественниц на раннем этапе развития мозга.Глия создает опору для нейронов, объединяет отдельные элементы нервной системы,но, в то же время, изолируют друг от друга разные группы нейронов, а такжебольшую часть их аксонов. Тем она формирует структуру мозга. Численность клетокглии превышает нейронов в мозгу  приблизительно в 10 раз. Эти клетки отличаютсядруг от друга по внешнему виду и по выполняемой функции.

         Самымраспространенными среди клеток глии являются астроциты, например, в мозолистомтеле они составляют 1/4 всех клеток глии. У астроцита неправельной, звездчатойформы тело с многочисленными и относительно длинными отростками, один изкоторых направлены к нейронам, а другие- к кровеносным капиллярам. Эти отросткирасширяются на концах, образуя т. н. астроцитарную ножку. На поверхностикапилляра отростки соседних астроцитов плотно смыкаются друг с другом ипрактически полностью обвертывают кровеносный сосуд. Подобная изоляция сосудаявляется одним из способов формирования гематонцефалического барьера- границымежду кровью и нервной тканью, закрытой для многих находящихся в крови веществ.

         Другиеотростки астроцита почти целиком обертывают тела нейронов. Если нейронвозбуждается длительно, вокруг него повышается концентрация ионов калия, а это можетуменьшить возбудимость соседних нейронов. Астроциты предупреждают такуювозможность, поглощая излишки калия, тем самым они выполняют функцию буфера.Некоторые клетки глии при этом деполяризуются, а поскольку они связаны междусобой щелевыми контактами, между деполяризованными и находящимися в покоеклетками возникает ток. Это, однако, не приводит к возбуждению, так как вмембране клеток глии очень мало потенциалзависимых каналов для натрия и калия.Не смотря на, что повышение концентрации ионов калия у астроцитов изменяетнекоторые их свойства, в настоящее время нет достаточных оснований считать ихпрямыми участниками переноса нервных импульсов.

         Особуюроль клетки глии выполняют, по-видимому, во время развития мозга. Некоторые ихразновидности регулируют напровление перемищения нейронов в определенныерегионы растущего мозга, а также напровление роста аксонов. Другие клетки глиивозможно участвуют в питании нервных клеток путем регуляции кровотока, а темсамым транспорта глюкозы и кислорода.  

Литература.

1.Костюк П. Г. «Структура и функция биологических мембран»М., «Наука» 1975 г.

2.Шульговский В. В. «Физиология ЦНС» Изд. Моск. универ. 1997г.

3.Недоспасов В.О. «Физиология ЦНС» М.: ООО УМК «Психология»2002 г.

еще рефераты
Еще работы по биологии