Глава 1. Физиология и патофизиология нервно-мышечной передачи
В основе классических представлений о механизмах освобождения медиатора из моторных нервных окончаний лежит квантовая теория, согласно которой медиатор освобождается в виде отдельных порций, или квантов [1, 5, 18].
Терминаль аксона (ТА) содержит некоторый запас квантов ацетилхолина (АХ). Кванты представляют собой многомолекулярные порции медиатора [17]. Размер кванта довольно постоянен и может уменьшаться, по-видимому, лишь при воздействии агентов, нарушающих синтез АХ [7]. АХ находится в везикулах, которые представляют собой морфологический аналог кванта. В покое происходит спонтанное выделение синаптических везикул из терминалей. Электрофизиологическим выражением взаимодействия АХ, содержащегося в одной везикуле, с холинорецептором (ХР) постсинаптической мембраны являются возникающие на ней миниатюрные потенциалы концевой пластинки (МПКП). Математический анализ распределения интервалов между МПКП показал, что спонтанное освобождение квантов соответствует распределению Пуассона [11, 12], то есть оно происходит через случайные промежутки времени, причем вероятность выхода каждого кванта мала и не зависит от освобождения любого другого кванта.
Нервный импульс увеличивает вероятность освобождения каждого кванта, что приводит к практически одновременному освобождению 100–300 квантов из общего запаса, вызывая локальную деполяризацию, или потенциал концевой пластинки (ПКП). Если такой местный потенциал достаточно велик, чтобы вызвать деполяризацию сарколеммы, образуется потенциал действия [10, 13], который может распространяться вдоль поверхности мышечного волокна и проникать в Т-тубулярную систему, инициируя тем самым мышечное сокращение.
Квантовая теория предполагает, что непосредственное влияние нервного импульса, ведущее к немедленному освобождению АХ, состоит в увеличении средней вероятности освобождения каждого кванта из запаса, готового к немедленному выделению. По-видимому, вероятность представляет собой фактор, определяющий взаимодействие пресинаптической мембраны с мембраной везикулы. Таким образом, целесообразно принять, что мгновенное действие импульса состоит в увеличении вероятности освобождения квантов при постоянном уровне запаса фракции медиатора, готовой к немедленному выделению. Величину фракции медиатора, готовой к немедленному выделению, связывают с количеством синаптических везикул вблизи пресинаптической мембраны, которое должно зависеть от уровня метаболизма АХ и скорости перемещения везикул, определяемых регулирующими механизмами. В связи с этим нарушения нервно-мышечной передачи могут быть обусловлены как уменьшением вероятности освобождения медиатора, так и уменьшением числа синаптических везикул фракции медиатора, готовой к немедленному выделению.
Количество выделяемого в ответ на нервный импульс АХ в нормальном нервно-мышечном соединении зависит от нескольких факторов. Синаптические везикулы, расположенные у активных зон, составляют первый пласт фракции медиатора, готовой к немедленному выделению, и освобождаются в ответ на нервный импульс. Второй из пары импульсов в интервале 200–500 мс вызывает ПКП меньшей амплитуды, чем первый, из-за относительного уменьшения числа синаптических везикул, связанных в данный момент с активной зоной и образующих пул синаптических везикул, готовых к немедленному выделению [22].
В соответствии с классическими представлениями везикулярной теории секреции медиатора известно, что в нормальном нервно-мышечном соединении при стимуляции частотами 1–20 имп/с число освобождающихся квантов медиатора в ответ на первый стимул составляет 0,022–0,033% общего запаса АХ [2].
Наибольшая скорость освобождения медиатора — 0,43% в 1 с от общего запаса АХ — отмечена при стимуляции нерва частотой 20 имп/с [21]. По расчетам Elmquist D. и Quastel D. (1965), в нервном окончании межреберной мышцы человека освобождение АХ происходит из запаса (способного к освобождению) примерно в 23 000 квантов. Особенно быстрое снижение амплитуды ПКП наблюдается на несколько первых импульсов; затем амплитуда ПКП устанавливается на более постоянном уровне. Считается, что процесс начального снижения амплитуды ПКП отражает быстрое расходование особой фракции доступного медиатора (готовой к немедленному выделению). Очевидно, величина этой фракции составляет величину n в выражении m=Pn (где m — количество квантов, освобождаемых из нервного окончания в ответ на нервный импульс; Р — средняя вероятность освобождения квантов; n — запас фракции медиатора, готовой к немедленному освобождению). Полагают, что минимальная величина фракции n примерно соответствует числу квантов, освободившихся на первый импульс, а максимальная величина — количеству квантов в ответ на первые 5 импульсов [16].
Для частично кураризированных препаратов запас n оценивают в нервно-мышечном соединении межреберной мышцы человека в 300–1000 квантов [7]. Показано, что при низкочастотной стимуляции (1–5 имп/с) количество АХ, освобождающегося на первый стимул, может колебаться от 60 до 200 квантов, что приводит к появлению ПКП амплитудой 60±11,9 мВ. В связи с физиологическим уменьшением числа квантов, освобождающихся на каждый последующий стимул по отношению к предыдущему, на второй стимул освобождается от 48 до 160 квантов от уменьшенного запаса фракции, готовой к немедленному выделению 240–800 квантов, что приводит к пропорциональному уменьшению амплитуды ПКП — 48,0±15,8 мВ. На третий стимул освобождается от 19 до 128 квантов от запаса в 180–640 квантов медиатора, а амплитуда ПКП уменьшается до 38,0±8,9 мВ. Дальнейшего уменьшения числа освободившихся квантов медиатора не происходит в связи с мобилизацией АХ из запаса, доступного к выделению [15]. Следует подчеркнуть, что уменьшение числа освободившихся квантов медиатора, снижение степени деполяризации постсинаптической мембраны и амплитуды ПКП не отражаются на способности к генерации потенциала мышечного волокна ввиду высокого уровня надежности, характерного для нервно-мышечного синапса здорового человека [3, 7]. Поэтому снижение амплитуды ПКП не сопровождается уменьшением (декрементом) амплитуды и площади М-ответа [14, 19]. При снижении фактора надежности величина уменьшения амплитуды ПКП в ответ на второй по отношению к первому и на третий по отношению ко второму существенно увеличивается. Это обстоятельство приводит к возникновению ПКП, амплитуда которых недостаточна для генерации потенциала действия мышечного волокна, что находит свое отражение в появлении декремента амплитуды М-ответа [19, 20, 22] (рис. 1, a, b).