Мембранні та внутрішньоклітинні механізми М-холінергічної активації гладеньком’язових клітин тонкого кишечнику

Навпаки, усі М3-селективні антагоністи у низьких концентраціях значно зменшували максимальну відповідь, практично не змінюючи величину ЕС50 для КХ, а при більш високих концентраціях викликали деяке збільшення ЕС50, що можна було пояснити неселективною дією на М2 рецептори. Цікаво, що атропін, класичний неселективний конкурентний блокатор, викликав обидва типи ефектів. Як і антагоністи М2 рецепторів, атропін приводив до паралельного зсуву концентраційної кривої відповідно до Kb1 нМ і одночасно, як і антагоністи М3 рецепторів, сильно пригнічував максимальну відповідь.

Таким чином, катіонні канали відкриваються у результаті взаємодії агоніста з рецепторами M2 типу (пусковий механізм), проте одночасна активація М3 рецепторів сильно впливає на цей процес і визначає максимальну кількість функціональних каналів (дозвільний механізм).

Модель катіонного струму

Потенціалзалежність чутливості до агоністу і кінетики катіонного струму

Потенціалзалежність здатності активованих G-білків підтримувати катіонний канал у відкритому стані могла відображатися у різній чутливості до агоністу, а також у різній кінетиці струму в залежності від величини мембранного потенціалу. Дійсно, тести показали, що при зміні потенціалу від -50 до 50 мВ спостерігався значний зсув концентраційної залежності амплітуди IКАТ убік менших концентрацій КХ. Величина ЕС50 зменшувалася приблизно у 20 разів, від 11 М при  50 мВ до 0, 55 М при 50 мВ. Цей ефект був цілком зворотним і легко відтворювався на одній і тій же клітині.

Зменшення уявної константи дисоціації при деполяризації, у даному випадку вірогідніше усього для реакції утворення комплексу активований G-білок/катіонний канал, теоретично повинно супроводжуватися прискоренням активації й уповільненням деактивації струму. На одній і тій же клітині КХ (50 М) подавався при потенціалах -50 і 50 мВ за допомогою надшвидкої п’езоелектричної системи. При деполяризації кінетика активації IКАТ прискорювалася приблизно у 4 рази, а кінетика деактивації IКАТ при відмиванні КХ уповільнювалася приблизно у 5 разів. Цікаво відзначити, що сумарний ефект прискорення активації й уповільнення деактивації давав чинник 20, що близько відповідає 16-20 кратному зменшенню ЕС50 при тих же потенціалах. Латентний період відповіді також залежав від мембранного потенціалу і зростав приблизно від 160 мс при 50 мВ до 360 мс при -50 мВ.

Раніше Інове і Ізенберг (1990) для формального опису потенціалзалежності катіонної провідності застосували мінімальну схему реакції, запропоновану Кастіло і Катцем (1957), відповідно до якої потенціалзалежні переходи відбуваються лише між двома станами каналу, закритим і відкритим (рис. 12, зліва). Наведені вище результати дослідження активності поодиноких каналів свідчать, що така схема є дуже сильним спрощенням реальної ситуації, тому що є принаймні два закритих і два відкритих стани каналу. Проте, для кінетики релаксацій макроструму вирішальне значення мають переходи між двома довготривалими станами, закритим (інтервал між пачками) і відкритим. Для розрахунків  (константа швидкості закривання каналу) і ' (ефективна константа швидкості відкривання каналу) були використані дані експерименту, показаного на рис. 7. Такий аналіз показав, що при активації G-білків головним чином відбувається зменшення , що відповідає збільшенню часу життя каналу у відкритому стані (у даній схемі цей час відповідає 1/). При всіх спрощеннях, цей підхід дозволяє пояснити уповільнення релаксацій катіонного струму при одночасному паралельному зсуві активаційної кривої в область менш негативних потенціалів як єдиний процес.

Аналогічно прямій активації G-білків при дії ГТФS, збільшення концентрації КХ призводило до зменшення V1/2 і уповільненню деактивації IКАТ під час гіперполяризуючих імпульсів, а десенситизація викликала протилежні ефекти (рис. 6). І в цих випадках, у рамках вищезгаданої мінімальної схеми реакції, відбувається в основному зміна константи швидкості закривання каналу (рис. 12, нижня панель).

Математичне моделювання потенціалзалежності латентного періоду і кінетики активації, десенситизації і деактивації катіонного струму

Оскільки мембранна провідність, а отже й амплітуда току, відповідно до рівняння Больцмана (2) є нелінійною функцією V1/2, можна очікувати, що як стаціонарні вольтамперні характеристики, так і кінетика струму при зсуві V1/2 повинні істотно змінюватися. Експериментально можна було поміряти стаціонарну амплітуду IКАТ при двох різних потенціалах, V1 і V2, з високою роздільністю у часі шляхом подачі серії імпульсів з інтервалом в 1 с. Далі шляхом нескладних алгебраїчних перетворювань можна показати, що величини V1/2 і Gmax визначаються таким чином:

 

  (3)

  (4)

 

де k – фактор нахилу активаційної кривої. На рис. 13А показано результат подібних розрахунків на основі вимірювання амплітуди IКАТ при -40 і -120 мВ під час аплікації 50 М КХ.

Важливою перевагою математичного опису струму є можливість його відтворення при різних потенціалах (рис. 13Б) із наступним аналізом отриманих кривих. Такий аналіз показав залежність T1/2 активації IКАТ (час досягнення 0, 5Imax)  (рис. 13В) і швидкості десенситизації струму (рис. 13Г) від мембранного потенціалу. У моделі також наявні як феномен “перетинання” струмів при різних потенціалах, так і залежність латентного періоду від потенціалу (рис. 13Б). Таким чином, добре відтворюються всі кінетичні властивості IКАТ, які спостерігалися у вищеописаних експериментах. Дана модель генерації IКАТ свідчить про те, що розглянуті кінетичні особливості IКАТ по своїй природі є вторинними і цілком пояснюються основним первинним процесом – зсувом кривої активації по вісі потенціалів.

Холінергічний контроль потенціалкерованого