Спонтанная электрическая активность

Довольно долгое время считалось, что все гладкие мышцы способны генерировать спонтанную электрическую активность, однако в настоящее время доказано существование специализированных пейсмекерных клеток, которые морфологически и функционально отличаются от остальных и генерируют пейсмекерные токи. В желудочно-кишечном тракте эту роль выполняют интерстициальные клетки Кахаля [85, 204, 353]. Генерируемые интерстициальными клетками Кахаля медленные волны пассивно с помощью нексусов распространяются на соседние гладкомышечные клетки и деполяризуют их [278, 353]. Считается, что пейсмекерные токи в клетках Кахаля возникают благодаря не зависимому от потенциала неселективному повышению катионной проницаемости. В свою очередь, этот процесс активируется освобождением ионов Са²⁺ из внутриклеточных источников и контролируется поглощением ионов Са²⁺ митохондриями [166, 323, 351]. Интерстициальные клетки Кахаля образуют целую сеть, существование которой значительно облегчает распространение медленных волн возбуждения среди гладкомышечных клеток [138].

Пейсмекерные токи других гладкомышечных клеток могут возникать в результате зависимого от времени и от мембранного потенциала изменения ионных токов: 1) спонтанное повышение входящего или деполяризующего тока (через потенциал-зависимые Са²⁺ каналы), 2) спонтанное уменьшение выходящего или гиперполяризующего тока (через потенциал-зависимые К⁺ каналы). Пейсмекерные токи деполяризуют клетку до порогового уровня и инициируют возникновение потенциала действия. В других гладких мышцах спонтанная электрическая активность является результатом регулярных, повторяющихся осцилляций мембранного потенциала. Они наблюдаются с частотой нескольких осцилляций в минуту и называются медленными волнами (рис.11) [5, 138, 274, 328, 329].

Рис.11. Спонтанная сократительная (1) и электрическая активность (2) гладкой мышцы. Калибровка – 10 мВ, 30 сек. (по результатам собственных исследований)

Одна из гипотез возникновения медленных волн предполагает, что часть потенциал-зависимых Са²⁺ каналов активны в покоящемся состоянии мембраны. Активация этих каналов деполяризует мембрану, что приводит к активации еще большего количества потенциал-зависимых Са²⁺ каналов [138]. Эта активация дополнительно вызывает деполяризацию и вход Са²⁺. Повышение концентрации внутриклеточного Са²⁺ активирует Са-зависимые К⁺ каналы, что приводит к возникновению гиперполяризации и прекращению фазы деполяризации. Такая периодическая деполяризация и последующее повышение концентрации ионов Са²⁺ вызывает периодические, тонические сокращения гладкой мышцы. Когда амплитуда медленной волны достигает порогового уровня, возникающий потенциал действия ведет к дальнейшему увеличению входа Са²⁺ и к фазному сокращению гладкомышечной клетки.

Другая гипотеза, объясняющая спонтанную электрическую и механическую активность гладкой мышцы, базируется на осцилляторных изменениях, которые касаются других внутриклеточных ионов или молекул. Например, повышение концентрации внутриклеточного Са²⁺ стимулирует Na-Ca обменник и приводит к циклическому повышению концентрации внутриклеточного Na⁺, вследствие чего повышается скорость выведения Na⁺ электрогенным Na-К насосом. Возможно, ионные каналы инозитол-1, 4, 5-трифосфатных рецепторов (см. ниже) могут спонтанно открываться и освобождать Са²⁺. Повышение концентрации Са²⁺ в свою очередь активирует выход Са²⁺ из саркоплазматического ретикулума через ионные каналы инозитол-1, 4, 5-трифосфатных рецепторов. При высокой концентрации внутриклеточного Са²⁺ эти каналы ингибируются и освобождение Са²⁺ прекращается, сопровождаясь увеличением обратного захвата Са²⁺ в саркоплазматический ретикулум. Повышение концентрации внутриклеточного Са²⁺ может само по себе приводить к периодической электрической активности, стимулируя Са²⁺ -активируемые входящие и выходящие ионные токи [135, 165, 377, 338].