Функции клеточной мембраны весьма разнообразны.

Барьерная функция кле­точной мембраны свойственна всем клеткам, но особую роль она играет у эпителиальной ткани, которая образу­ет поверхности, отделяющие внутрен­нюю среду организма от внешней сре­ды. Это относится также к легким и к ЖКТ. Клетки, образующие наружный слой эпителия, обычно соединены с помощью плотных контактов, которые ограничивают межклеточный перенос веществ. Барьерная функция клеточ­ных мембран нарушается при многих патологических процессах (атероскле­роз, гипоксия, интоксикация, раковое перерождение). Многие лекарственные вещества реализуют свое влияние по­средством действия на мембрану, при повреждении последней эффекты лекар­ственных веществ могут изменяться.

Транспортная функция клеточной мембраны в совокупности с барьерной функцией формирует и тон­ко регулирует состав внутриклеточной среды. Транспорт частиц и воды (пере­нос их через биологические мембраны, внутри клеток, через стенки сосудов, протоков, канальцев, внутри сосудов и канальцев) является жизненно важ­ным для организма процессом. Он обеспечивает: 1) поступление веществ в клетку и из клетки, в том числе и се­кретов (гормонов, ферментов, других БАВ) и стабилизацию физико-хими­ческих показателей внутренней среды клетки (осмотическое давление, pH); 2) поступление через ЖКТ в кровь, лимфу и в каждую клетку организма различных веществ, необходимых для синтеза клеточных структур и выра­ботки энергии; 3) создание электриче­ских зарядов клеток, возникновение и распространение возбуждения; 4) со­кратительную деятельность мышечной ткани; 5) выделение продуктов обмена в окружающую среду (почки, легкие, ЖКТ, кожа).

Рецепторная функция — восприятие изменений внешней и вну­тренней среды организма с помощью специальных структур — рецепторов, обеспечивающих распознавание раз­личных раздражителей и реагирование на них клеток. Рецепторы клеточной мембраны обладают специфической чувствительностью к различным хи­мическим и физическим агентам, в том числе медиаторам, гормонам, ан­тигенам. Многие фармакологические препараты реализуют свое влияние посредством циторецепторов. Рецеп­торами на поверхности клеток могут служить гликопротеиды и гликолипи­ды мембран. Они отвечают за взаим­ное распознавание клеток, развитие иммунитета.

Клеточная мембрана обе­спечивает создание электри­ческого заряда и возникновение потенциала действия (ПД) в возбуди­мых тканях (возбуждения) и проведе­ние его. Электрический заряд имеют все живые клетки. Величина его весьма вариабельна (чаще —60—90 мВ). Заряд эритроцита, например, +35 мВ. Однако ПД генерируют клетки только нервной и мышечной ткани. Распространение возбуждения обеспечивает быструю связь возбудимых клеток между собой, а также посылку эфферентного сигнала от нервной клетки к эффекторной (ис­полнительной) и получение обратных (афферентных) импульсов от нее.

Клеточная мембрана вы­рабатывает БАВ — тромбоксаны, лейкотриены, простагландины и др.

Расход энергии в организме на транспорт веществ в одних случаях осу­ществляется непосредственно, в дру­гих — опосредованно. Если энергия расходуется непосредственно на пере­нос частиц, то такой транспорт следует называть первично-активным (первич­ный транспорт). Если же на транспорт частиц расходуется ранее запасенная энергия, например концентрационный градиент, то такой транспорт следует на­зывать вторично-активным (вторичный транспорт).

1.3. Первичный транспорт веществ

Первичный транспорт осуществляется вопреки концентрационному и элек­трическому градиентам с помощью специальных ионных насосов и микро- везикулярного механизма в клетку или из клетки.

Транспорт с помощью насосов (помп). Насосы представляют собой белковые молекулы, обладающие свойствами переносчика и АТФазной активностью. Непосредственным источником энер­гии является АТФ. Достаточно хорошо изучены Na/K-, Са- и Н-насосы. Име­ются данные, свидетельствующие о на­личии Cl-насоса. Насосы локализуются на клеточных мембранах или на мембра­нах клеточных органелл и представляют собой интегральные белки. Основными характеристиками насосов являются следующие.

Насосы работают постоян­ной обеспечивают поддержание кон­центрационных градиентов ионов, а в результате этого — движение воды и не­заряженных частиц в клетку и из клетки, в частности, согласно законам диффу­зии и осмоса, создание электрического заряда клетки. Почти во всех изученных клетках внутреннее содержимое их за­ряжено отрицательно по отношению к внешней среде. Совокупность этих про­цессов обеспечивает жизнедеятельность клетки. В результате разной проницае­мости клеточной мембраны для разных ионов и постоянной работы ионных помп концентрация различных ионов внутри и снаружи клетки неодинакова. Преобладающими ионами в организме человека являются Na⁺, К⁺, С1~, при­чем К⁺ находится преимущественно в клетке, a Na⁺ и СГ — во внеклеточной жидкости. Внутри клетки находятся так­же крупномолекулярные (в основном, белкового происхождения) анионы.

Механизм работы ионных насосов. Принцип работы всех насо­сов, по-видимому, одинаков.

Na/K-насос является электро генным, поскольку за один цикл из клетки вы­водится 3 иона Na⁺, а возвращается в клетку 2 иона К⁺. На один цикл работы Na/K-насоса расходуется одна молекула АТФ, причем энергия АТФ затрагива­ется только на перенос иона Na⁺, и все же более трети энергии АТФ, потребля­емой клеткой в состоянии покоя, рас­ходуется на перенос только Na⁺ и К⁺, т.е. на работу Na/K-насоса. Na/K-на­сос — интегральный белок (пронизы­вает всю толщу клеточной мембраны), состоит из 4 полипептидов, имеет цен­тры связывания, Na⁺ и К⁺. В положе­нии белка-переносчика, обращенного стороной связывания ионов Na⁺ внутрь клетки (конформация EJ, увеличивает­ся сродство их к Na⁺, в результате чего к 3 участкам белка-переносчика присо­единяется 3 Na⁺. В итоге активируется АТФаза, обеспечивающая гидролиз АТФ и высвобождение энергии. Послед­няя изменяет конформацию белка: она превращается в форму Е₂, при этом его сторона, связанная с 3 Na⁺, уже обраще­на наружу клеточной мембраны. Теперь белок теряет сродство к Na⁺, последний отщепляется от него, а белок-помпа (пе­реносчик) приобретает сродство к ионам К⁺ и соединяется с 2 К⁺. Это ведет снова к изменению конформации переносчи­ка: форма Е₂ переходит в форму Е_р при этом белок теряет сродство к ионам К⁺, и он отщепляется, а белок вновь приоб­ретает сродство к Na⁺ — это один цикл работы помпы. Затем цикл повторяется. Такой вид транспорта называют проти- вотранспортом (антипорт) — один ион транспортируется в клетку, другой — из клетки. Главными активаторами насоса являются гормоны (альдостерон, тирок­син), а его специфическими блокатора­ми — строфантины, особенно уабаин. Недостаток энергии (кислородное голо­дание) ингибирует Na/K-насос. Работа Na/K-насоса после удаления К⁺ из сре­ды сильно нарушается.

Са-насосы (Са-АТФазы) работают аналогичным образом, за исключением того, что переносятся только ионы Са²⁺ и в одном направлении — из гиалоплаз­мы в сарко- или эндоплазматический ретикулум, а также наружу клетки. Са- АТФаза — также интегральный белок, имеет участки, связывающие 2 иона Са²⁺, и может быть в двух конформаци­ях — Е, и Е₂. В конформации Е, актив­ный участок молекулы белка обращен в гиалоплазму, обладает сродством к Са²⁺ и соединяется с ним. В резуль­тате насос переходит в конформацию Е₂, когда участок белка, связанный с 2 Са²⁺, обращен внутрь саркоплазмати­ческого ретикулума (СПР) или наружу клетки. При этом уменьшается срод­ство белка к Са²⁺ последний отщепля­ется от него. В присутствии иона маг­ния освобождается энергия АТФ, за счет которой молекула белка (Са-АТФаза) вновь переходит в конформацию Е,; цикл повторяется. Одна молекула АТФ расходуется на перенос 2 ионов Са²⁺. Важно отметить, что активность ионных насосов регулируется с участием вторых посредников (циклического аденозин­монофосфата — цАМФ, циклического гуанозинмонофосфата — цГМФ, ионов Са²⁺, инозитолтрифосфата — ИФ₃, диа- цилглицерола — ДАГ).

Са-АТФаза имеется в СПР мышеч­ной ткани, в эндоплазматическом рети­кулуме других клеток, в клеточной мем­бране. Насос обеспечивает транспорт Са²⁺ и строго контролирует содержание Са²⁺ в клетке, поскольку изменение в последней содержания Са²⁺ нарушает ее функцию. Насос переносит Са²⁺ либо в цистерны ретикулума и митохондрии (внутриклеточные депо Са²⁺), либо во внеклеточную среду, например в клетках сердечной и скелетных мышц.

Протонный насос (Н-АТФаза) лока­лизуется в канальцах почек, в мембра­не обкладочных клеток в желудке, где играет важную роль в выработке со­ляной кислоты. Этот насос постоянно работает во всех митохондриях; в почке он участвует в регуляции pH внутренней среды организма.

Насосы с п е ц и ф и ч н ы: они обычно переносят какой-то определен­ный ион или два иона. Например, Са-на- сос не переносит ионы Na, а Na/K-насос (объединенный насос для Na⁺ и К⁺) не

способен переносить ион лития, хотя по своим свойствам последний очень бли­зок к натрию.

Микровезикулярный транспорт обе­спечивает перенос крупномолекулярных веществ в клетку или из клетки (полиса­хариды, белки, нуклеиновые кислоты), которые не могут транспортироваться по каналам или с помощью насосов. Имеется три вида этого транспорта.

Эндоцитоз — перенос веществ в клетку. Различают два типа эндоцитоза: фагоцитоз — поглощение твердых ча­стиц и пиноцитоз — поглощение жид­кого материала (суспензия, коллоидный раствор, в том числе и белков). Эндоци­тоз характерен для синапса — обратное захватывание медиатора в пресинапти- ческое окончание, для всасывания ве­ществ в ЖКТ, для амебоидных простей­ших и многих других клеток, таких как лейкоциты, клетки зародыша, клетки печени и некоторые клетки почек, уча­ствующие в водно-солевом обмене, в обмене белков: они обеспечивают пи­ноцитоз белков из первичной мочи в клетки проксимальных канальцев и их лизис. С помощью пиноцитоза ново­рожденные получают с молоком матери иммуноглобулины, которые через энте- роциты попадают в кровь ребенка и вы­полняют свои защитные функции.

При эндоцитозе клеточная мембра­на образует впячивания или выросты внутрь клетки, которые, отшнуровыва- ясь, превращаются в пузырьки. Послед­ние затем обычно сливаются с лизосо­мами, в которых содержимое подвер­гается гидролизу — внутриклеточному перевариванию. Продукты гидролиза используются клеткой.

Экзоцитоз — транспорт веществ из клетки: из секреторных клеток путем экзоцитоза выводится их жидкий секрет (слизь, гормоны, ферменты), из гепато­цитов — альбумины, из пресинаптиче- ских окончаний — медиатор, из пище­варительных вакуолей — оставшиеся непереваренными частицы.

В процессе экзоцитоза пузырьки об­разуются в аппарате Гольджи. Низко­молекулярные вещества (медиаторы, некоторые гормоны) попадают в ве­зикулы преимущественно с помощью вторичного транспорта. В пузырьки упаковываются белки, образовавшиеся в рибосомах эндоплазматического ре­тикулума. Пузырьки транспортируются сократительным аппаратом клетки, со­стоящим из нитей актина, миозина и микротрубочек, к клеточной мембране, сливаются с ней, и содержимое клеток выделяется во внеклеточную среду. Про­цесс слияния везикул с клеточной мем­браной активируется фосфолипидом ли- золецитином и внутриклеточным Са²⁺. Например, поступление Са²⁺ в нервное окончание обеспечивает выделение ме­диатора через пресинаптическую мем­брану в синаптическую щель. Энергия АТФ расходуется на деятельность сокра­тительного аппарата клетки.

В процессе взаимодействия эндо- и экзоцитоза происходит самообновление клеточной мембраны (кругооборот, ре­циркуляция): в течение каждого часа в процессе эндоцитоза в разных клетках используется от 3 до 100 % клеточной оболочки, но с такой же скоростью про­исходит ее восстановление в результате экзоцитоза (мембранный конвейер).

Трансцитоз — совокупность эн­доцитоза и экзоцитоза (перенос частиц через клетку, например, молекул белка в виде везикул — через эндотелиальную клетку капилляров на другую ее сторо­ну). При этом пузырьки могут сливаться друг с другом, образуя каналы, пересе­кающие всю клетку. В результате транс- цитоза материал проходит через всю клетку — с одной ее стороны на другую. В этом случае эндоцитозные пузырьки не взаимодействуют с лизосомами.

1.4. Вторичный транспорт веществ

Этот транспорт осуществляется за счет ранее запасенной (потенциальной) энергии, которая создается в виде элек­трического, концентрационного и ги­дростатического градиентов. Он, как и первичный транспорт, также включает несколько видов.

Диффузия — движение частиц из об­ласти с высокой концентрацией в об­ласть с низкой концентрацией. При этом важную роль играют электрические за­ряды частиц. Частицы с одноименными электрическими зарядами отталкивают­ся друг от друга, с разноименными за­рядами — притягиваются друг к другу. Направление диффузии определяется взаимодействием концентрационного (химического) и электрического гра­диентов (их совокупность называют электрохимическим градиентом). Если частицы не заряжены, то направление их диффузии определяется только гра­диентом концентрации. Направления действия электрического и концентра­ционного градиентов могут не совпадать. Например, Na⁺ в процессе возбуждения клетки продолжает поступать в клетку, когда она внутри уже заряжена положи­тельно. Этот переход ионов обеспечи­вается концентрационным градиентом вопреки электрическому градиенту. Ско­рость диффузии д ля заряженных и неза­ряженных частиц определяется прони­цаемостью мембраны, размерами частиц и градиентом концентрации, а для заря­женных частиц — еще и электрохимиче­ским градиентом. Различают простую и облегченную диффузию и осмос.

Простая диффузия проис­ходит слишком медленно и плохо кон­тролируется. С течением времени ее скорость изменяется мало, пока суще­ствует движущая сила (электрический, концентрационный градиенты). Про­стая диффузия осуществляется либо че­рез каналы, либо непосредственно через липидный бислой, через который про­ходят жирорастворимые частицы. Если они находятся в воде по одну сторону мембраны, то могут внедряться в липид­ную оболочку благодаря тепловому дви­жению (при этом частицам необходимо освободиться от гидратной оболочки). Частицы-неэлектролиты обычно легко освобождаются от гидратной оболочки (разрыв водородных связей). Примером простой диффузии через липидный бис­лой может служить диффузия стероид­ных гормонов и других липидов, тирок­сина, мочевины, а также чуждых клетке веществ, в частности ядов и лекарств, малых незаряженных полярных моле­кул этанола, кислорода, углекислого газа. В ходе эволюции сформировались специальные каналы, по которым могут проходить различные частицы, причем ионы очень быстро — 10⁷—10* ионов/с. Каналы заполнены водой, их диаметр 0,3—0,8 нм.

Облегченная диффузия ха­рактерна для частиц-неэлектролитов, способных образовывать комплексы с другими молекулами (молекулами- переносчиками). Согласно общепри­знанному мнению, переносчиками при облегченной диффузии также являют­ся интегральные белки мембран (про­низывающие всю толщу клеточной мембраны). Перенос молекул вещества осуществляется с помощью изменения конформации белка-переносчика (ал­лостерический эффект), но движущей силой является химический градиент, т.е. вторично активно (за счет ранее за­пасенной энергии). Не исключено, что переносчиками являются и перифери­ческие белки (прикрепленные снаружи или изнутри) клеточной мембраны, ко­торые совершают челночные движения с одной стороны мембраны на другую и обратно. Транспортируемые вещества — в основном сахара и аминокислоты. Этот транспорт осуществляется очень быстро и регулируется гормонами. Например, инсулин увеличивает проницаемость клеточной мембраны для аминокислот и глюкозы, способствуя встраиванию бел­ков-переносчиков в клеточную мембра­ну. С помощью же простой диффузии не могут проходить через мембрану даже небольшие полярные молекулы — мо­носахариды, аминокислоты.

Облегченная диффузия имеет следую­щие особенности по сравнению с простой диффузией:

1. Имеются специфические перенос­чики для отдельных или нескольких ве­ществ, близких по строению, поэтому они могут транспортироваться одним и тем же переносчиком и конкурировать за него.

2. С увеличением концентрации ве­щества с одной стороны мембраны ско­рость облегченной диффузии возрастает только до определенного предела. Пре­кращение увеличения скорости облег­ченной диффузии при увеличении кон­центрации вещества свидетельствует о том, что все переносчики уже заняты — явление насыщения. Однако механизм трансформации или транспорта самих переносчиков неясен.

Осмос — это частный случай диф­фузии: движение воды (растворителя) через полупроницаемую мембрану в область с большей концентрацией ча­стиц, т.е. с большим осмотическим дав­лением. Вода поступает в клетку через водные каналы (аквапорионы).

Натрийзависимый транс­порт осуществляется с помощью гра­диента концентрации Na⁺, на создание которого затрачивается энергия — это тоже вид диффузии. Имеется два ва­рианта данного механизма транспорта. В обоих случаях движущей силой явля­ется градиент Na⁺, на поддержание ко­торого затрачивается энергия.

Первый вариант — это симпорт (направление движения транспортиру­емого вещества совпадает с направле­нием движения Na⁺). В качестве при­мера можно назвать перенос глюкозы из первичной мочи в проксимальных канальцах нефрона в клетки стенки ка­нальца. Глюкоза соединяется с белком- переносчиком, последний соединяется с Na⁺, и этот комплекс, согласно своему концентрационному и электрическому градиентам Na⁺, диффундирует из пер­вичной мочи в клетку стенки канальца и несет с собой глюкозу. На внутренней стороне клеточной мембраны комплекс распадается, Na⁺ выводится из клетки Na⁺/K⁺-noMnoft с непосредственной за­тратой энергии в интерстиций почки вопреки электрохимическому градиен­ту — первично активно. Глюкоза обрат­но в просвет канальца пройти не может и по механизму облегченной диффузии (с переносчиком) выходит из клетки стенки канальца, но уже с другой сто­роны клетки — тоже в интерстиций, а затем — в кровь согласно концентра­ционному градиенту. С помощью по­добного симпорта всасываются также аминокислоты и моносахара в кишеч­нике. Движущей силой в этом транс­порте является электрохимический гра­диент Na⁺ (вторичный транспорт). Пе­реносчиками, по-видимому, являются периферические белки. Поскольку эти белки с Na⁺ и переносимым веществом постоянно поступают в клетку, создает-

ся градиент, направленный из клетки, и они перемещаются снова на наружную сторону клеточной мембраны, т.е. со­вершают челночные перемещения.

Второй вариант — антипорт (про- тивотранспорт). Этот транспорт частиц направлен в противоположную по отно­шению к движению Na⁺ сторону. Этим обменным механизмом регулируется, например, содержание Са²⁺ в клетке, pH внутри клетки за счет выведения иона Н^_ в обмен на поступление Na⁺ в клетку. Если транспорт двух частиц сопряжен друг с другом, его называют котранспор- том. Антипорт наблюдается при работе Na/H-обменника в канальцах почек. В этом случае выведение Н⁺ из клеток, выстилающих почечный каналец, в про­свет канальца сопряжено с поглощением клетками Na⁺ в соотношении 1:1. В боль­шинстве клеток (а возможно, и во всех) внутриклеточная концентрация Са²⁺ на несколько порядков ниже внеклеточ­ной. Концентрационный градиент Na⁺ участвует в выведении Са²⁺ из клетки в соотношении 3 Na⁺:1 Са²⁺. В некото­рых клетках (кардиомиоцитах, гладко­мышечных клетках) данный механизм играет главную роль — выведение Са²⁺ из клеток снижается при ингибировании Na/K-АТФазы сердечными гликозидами, т.е. при уменьшении электрохимиче­ского градиента Na⁺. Са²⁺ выводится из клетки в обмен на поступающий в нее Na⁺ и обеспечивается Na/Ca-обменни- ком с участием белка-переносчика.

Когда Na/Ca-обменник блокирует­ся, увеличивается внутриклеточная кон­центрация Са²⁺, что ведет к увеличению силы сокращения сердца. Это свойство сердечных гликозидов используется в клинической практике. Следует, одна­ко, заметить, что механизм работы са­мого переносчика-обменника неясен. Переносчик может транспортировать Са²⁺ и Н⁺ вопреки их электрическим и концентрационным градиентам только в том случае, если сам переносчик имеет собственный градиент — его количество на внутренней стороне клеточной мем­браны больше, чем на внешней, причем этот градиент должен постоянно под­держиваться, иначе перенос Са²⁺ и Н⁺ прекратится.

Таким образом, первичный транс­порт Na⁺ (с непосредственной затратой энергии) обеспечивает электрический заряд клетки, перенос других ионов и органических веществ (глюкоза, амино­кислоты, мочевина), а вслед за ними — и воды, что весьма экономично.

Вторичный транспорт ионов осу­ществляется через ионные каналы, с помощью простой диффузии.

Фильтрация — вторичный транс­порт, при котором переход раствора через полупроницаемую мембрану осу­ществляется под действием градиента гидростатического давления между жид­костями по обе стороны этой мембраны. При этом с водой проходят и частицы, для которых мембрана проницаема. Градиент гидростатического давления создается либо деятельностью сердца (фильтрация в артериальном конце ка­пилляра всех органов и тканей организ­ма, образование первичной мочи в поч­ке), либо гладкой мускулатурой ЖКТ и мышечного пресса, обеспечивающих повышение гидростатического давле­ния в полости желудка и кишечника, что способствует всасыванию веществ в кровь. При отсутствии градиента ги­дростатического давления фильтрация прекращается (например, прекращается или замедляется мочеобразование).

Следование за растворителем — это также вторичный транспорт веществ, когда поток воды через мембрану увле­кает за собой растворенные вещества,

свободно проходящие через полупрони­цаемую мембрану; частицы при этом пе­реходят через мембрану в неизмененной концентрации. Это наблюдается, напри­мер, в собирательных трубках почки при переходе воды в мозговой слой почки, где высокое осмотическое давление; за водой следует мочевина.

1.5. Ионные каналы

Известно более 50 видов каналов, при­чем каждая нервная клетка имеет более 5 видов каналов.

Структурно-функциональная харак­теристика ионных каналов. Каналы име­ют устье и селективный фильтр, а управ­ляемые каналы — и воротный механизм (ворота каналов могут быть закрыты или открыты). Каналы заполнены жидкос­тью, их диаметр 0,3—0,8 нм. Селектив­ность ионных каналов определяется их диаметром и наличием в них заряжен­ных частиц. Эти частицы имеют заряд, противоположный заряду иона, кото­рый они притягивают, что обеспечивает проход иона через канал (разноименные заряды, как известно, притягиваются). Через ионные каналы могут проходить и незаряженные частицы.

Ионы, проходя через канал, должны избавиться от гидратной оболочки, ина­че их размеры будут превышать диаметр канала. Диаметр иона Na⁺, например, с гидратной оболочкой составляет 0,3 нм, а без нее — 0,19 нм. Слишком мелкий ион, проходя через селективный фильтр, не может отдать гидратную оболочку, и поэтому он может не пройти через ка­нал. Однако, по-видимому, имеются и другие механизмы селективности ион­ных каналов. Число ионных каналов на клеточной мембране огромно. Так, на 1 мкм² насчитывается примерно 50 Ма⁺-каналов, они располагаются на рас­стоянии в среднем 140 нм друг от друга. Механизм функционирования ионных каналов определяется их строением, особо важную роль играет наличие или отсутствие в них управляемых ворот.

Классифицируют ионные каналы по нескольким признакам.

Различают управляемые и неуправляемые каналы. Управляемые каналы имеют ворота с механизмами их управления, поэтому ионы через них могут проходить толь­ко при открытых воротах. Состояние активации управляемого ионного ка­нала (ворота открыты) обычно длится около 1 мс, иногда до 3 мс и значитель­но больше, при этом через один канал может пройти 12-20 млн ионов. Через неуправляемые каналы (каналы утечки ионов) ионы перемещаются постоянно, но медленно, при этом, естественно, как и в других случаях, при наличии элек­трохимического градиента.

Управляемые каналы вклю­чают механоуправляемые, потенциалу- правляемые, хемоуправляемые. При вза­имодействии медиатора (вид лиганда) с рецепторами, расположенными на по­верхности клеточной мембраны, может происходить открытие ворот хемоуправ- ляемых каналов, поэтому их называют также рецепторуправляемыми каналами. Лиганд — это биологически активное вещество или фармакологический пре­парат, активирующий или блокирую­щий рецептор.

Ворота потенциалуправляемых ка­налов открываются и закрываются при изменении величины мембранного по­тенциала. Открытие хемоуправляемых каналов происходит в результате кон­формационных изменений рецепторно­го комплекса. В конструкции воротного механизма элекгроуправляемых каналов имеются частицы, несущие электриче­ский заряд — электрический сенсор. Механоуправляемые каналы активиру­ются и инактивируются деформацией клеточной мембраны. Са-чувствитель- ные каналы активируются, как видно из их названия, кальцием, причем Са²⁺ может активировать как собственные каналы, например Са-каналы СПР, так и каналы других ионов, например ка­налы ионов К⁺. Следует заметить, что Са-чувствительные каналы — это один из примеров хемоуправляемых каналов. Мембраны возбудимых клеток содержат все виды каналов.

В зависимости от скоро­сти открытия и закрытия ионные каналы делят на быстрые и медленные. Например, ПД в скелетной мышце возникает вследствие активации быстрых Na- и К-каналов. В развитии ПД сердечной мышцы наряду с быстры­ми каналами для Na⁺ и К⁺ важную роль играют медленные каналы — натри­евые, калиевые и кальциевые, причем особо важна роль последних.

По селективности (изби­рательности) различают также ио­носелективные каналы, пропускающие только один ион, и каналы, не облада­ющие селективностью. Селективность ионного канала, как отмечалось выше, определяется его размерами и разме­рами иона, который, проходя через ка­нал, должен освободиться от гидратной оболочки. Наиболее высока степень селективности потенциалуправляемых каналов, несколько ниже она у хемоу­правляемых каналов. Например, при действии ацетилхолина на N-холиноре- цептор постсинаптической мембраны в нервно-мышечном синапсе активируют­ся ионные каналы, через которые прохо­дят одновременно ионы Na⁺, К⁺ и Са²⁺. Имеются Na-, К-, Са-, С1- и Na/Ca-ce- лективные каналы.

Встречается несколько ви­дов каналов, пропускающих только один ион. В частности, для Na⁺ имеются следующие каналы: 1) потенциалуправ- ляемые быстрые Na-каналы — быстро активирующиеся при уменьшении мем­бранного потенциала, обеспечивают вход Na⁺ в клетку во время ее возбуж­дения; 2) хемоуправляемые Na-каналы, активируемые ацетилхолином в нерв­но-мышечном синапсе, глутаматом — в синапсах нейронов ЦНС; 3) медленные неуправляемые Na-каналы — каналы утечки ионов, через которые Na⁺ посто­янно диффундирует в клетку и участвует в формировании мембранного потенци­ала. Потенциалуправляемые Na-каналы блокируются тетродотоксином, ново­каином, что используется в клинической практике (местная анестезия). Имеются также каналы для Са²⁺, К⁺, СГ, активи­руемые с помощью различных способов, которые рассматриваются в соответству­ющих разделах (гл. 5, 6 и 17).

Взаимодействие между каналами. Электрические процессы одних каналов способствуют активации рядом распо­ложенных электроуправляемых других каналов. Так, частичная деполяризация клеточной мембраны за счет активации механоуправляемых каналов может при­вести к активации потенциалуправля­емых каналов Na⁺, К⁺ (или С1^_) и Са²⁺. Однако открытие одного хемо- или ме- ханоуправляемого канала и прохождение через него ионов практически не влияют на состояние соседних таких же каналов.

Ионные каналы блокируются специ­фическими веществами и фармакологи­ческими препаратами, что широко ис­пользуется в клинике. Новокаин, на­пример, как местный анестетик снимает болевые ощущения потому, что он, бло­кируя Na-каналы, прекращает проведе­ние возбуждения по нервным волокнам.

Блокатором хемоуправляемого (рецеп- торуправляемого) канала эффекторных клеток, активируемого ацетилхолином, является атропин, применяемый с ле­чебной целью.

1.6. Свойства биологической ткани. Раздражители