Сопряжение процессов возбуждения и сокращения. Роль ионов кальция

Сокращения в гладкой мышце инициируются и, соответственно, поддерживаются благодаря повышению концентрации ионов кальция в цитоплазме. Как и для других мышечных типов (скелетная мышца и сердечная мышца) источниками кальция является либо внеклеточная жидкость, либо внутриклеточные депо, в основном, саркоплазматический ретикулум. Сокращения гладкой мышцы возникают в основном в ответ на действие возбуждающих нейротрансмиттеров, либо гормонов и биологически активных веществ. Интересно отметить, что в различных типах гладких мышц механизм сокращения может значительно различаться по двум ключевым параметрам: во-первых, по относительному вкладу двух названных выше источников ионов кальция в процесс сопряжения возбуждения и сокращения и, во-вторых, по типам кальциевых каналов, через которые ионы кальция поступают в клетку. В настоящее время наиболее хорошо изучен вход ионов кальция через потенциал-зависимые кальциевые каналы, и в частности, через дигидропиридин-чувствительный L-тип кальциевых каналов. Однако в гладкой мышце присутствуют еще несколько типов кальциевых каналов, которые не активируются изменениями мембранного потенциала, но играют большую роль – это так называемые рецептор-управляемые кальциевые каналы, которые активируются агонистами с участием G-белка, и депо-управляемые кальциевые каналы, активируемые уменьшением запасов кальция в саркоплазматическом ретикулуме [35, 241, 355].

Таким образом, в гладкомышечных клетках существует три главных пути повышения концентрации ионов кальция в саркоплазме: 1) вход Са²⁺ через потенциал-зависимые каналы в ответ на деполяризацию клетки; 2) вход Са²⁺ через потенциал-независимые (рецептор-управляемые) каналы; 3) освобождение Са²⁺ из саркоплазматического ретикулума [48, 70, 200, 282, 305, 306].

В последнее десятилетие в научной литературе появились данные, которые свидетельствуют о том, что важный вклад в сопряжение возбуждения и сокращения в гладкомышечных клетках вносят электронейтральные ионные обменники – Na⁺/Н⁺ обменник, Na⁺, K⁺, 2Cl^-- и K⁺, Cl^-котранспортеры [11, 10, 15, 180]. Обменники, участвующие в транспорте ионов Cl^-, чувствительны к изменениям объема клеток. Поэтому основной их функцией является регуляция клеточного объема и поддержание внутриклеточного гомеостаза одновалентных ионов [276]. В сосудитых гладкомышечных клетках обнаружены объем- и кальций-зависимые хлорные каналы. Получены экспериментальное подтверждение того, что хлорные каналы также могут участвовать в модификации внутриклеточных сигнальных процессов и в механизмах сопряжения возбуждения и сокращения [42, 57, 164, 176].

Сопряжение процессов возбуждения и сокращения в гладкой мышце реализуется двумя механизмами – электромеханическим и фармакомеханическим. При электромеханическом сопряжении движущей силой для повышения внутриклеточного кальция является мембранная деполяризация с последующим открытием потенциал-зависимых кальциевых каналов. Использование в клинической практике блокаторов кальциевых каналов (так называемых кальциевых антагонистов) основано на блокировании входа кальция через потенциал-зависимые кальциевые каналы с последующим расслаблением гладких мышц сосудов, вазодилятацией и понижением кровяного давления. Электромеханическое сопряжение имеет превалирующее значение для фазных тонических мышц, которые демонстрируют выраженные осцилляции мембранного потенциала.

С другой стороны, фармакомеханическое сопряжение зависит не столько от изменений мембранного потенциала (хотя такие изменения и могут наблюдаться) и входа ионов кальция через потенциал-зависисмые кальциевые каналы, сколько от повышения уровня внутриклеточного кальция, которое обеспечивается открытием рецептор-управляемых и/или депо-управляемых кальциевых каналов. Фармакомеханическое сопряжение характерно для тонических гладких мышц и является энергетически наиболее выгодным для организма [310].

Гладким мышцам одних органов свойственно электромеханическое сопряжение, например, подвздошная кишка морской свинки [380], в то время как другим свойственно фармакомеханическое сопряжение, например, m.anococcygeus мыши [108]. Однако в большинстве гладких мышц присутствуют оба перечисленных механизма сопряжения, которые реализуют соответствующий тип сокращения в зависимости от преобладания того или иного механизма.