Регуляция кровоснабжения мускулатуры

На рисунке 157 представлена схема капилляра мышечной ткани. Эти кровеносные сосуды выстланы изнутри слоем эндотелиальных клеток (мезенхимного происхождения), образующих эндотелий.

Рисунок 157 - Схема системы регуляции кровоснабжения

И эндотелиальные клетки, и клетки гладкой мускулатуры капилляров намного меньше клеток скелетных мышц (а сечение

капилляров не бывает меньше сечения клетки скелетной мышцы). Оба этих типа клеток обслуживаются вегетативной (autonomic) нервной системой.

Клетки вегетативной нервной системы обычно используют один из двух трансмиттеров: ацетилхолин или норадреналин. Два других трансмиттера: адреналин и N0 - также используются в системе регуляции кровоснабжения.

Нервные клетки, которые передают сигнал с помощью норадрена­лина в гладкую мускулатуру кровеносных сосудов (процесс (1) на рисунке 157), называются сосудосуживающими нервами, поскольку они стимулируют сужение капилляров. Клетки гладкой мускулатуры содер­жат а-адренергические рецепторы в плазматической мембране.

Связывание норадреналина с а-адренергическим рецептором активирует фосфолипазу PLCp, которая синтезирует 1Рз, который, в свою очередь, запускает процесс переноса ионов кальция в цитозоль, что приводит к сокращению клетки гладкой мускулатуры, которая сжимает капилляр и уменьшает поток крови. Сосудосуживающие нервы используются для ограничения потока крови именно в те мышцы и органы, которые не используются организмом в данный момент.

Гормон адреналин химически подобен норадреналину, но более стабилен и может просуществовать в экзоплазме более минуты до ферментативного расщепления. Он выделяется в кровь эндокринными железами (надпочечниками) во время стресса и разносится по телу током крови.

В плазматической мембране клеток гладких мышц кровеносных сосудов внутри скелетной мускулатуры расположены ^-адренергические рецепторы, сопряжённые с ферментами аденилат циклаза. Однако, поскольку в этих клетках нет гликогена, то рост концентрации цАМФ, в ответ на связывание рецепторов с адреналином, активирует цАМФ-зависимую протеин-киназу А, которая фосфорилирует белки, стимулирующие расслабление клеток гладкой мускулатуры (процесс (3) на рисунке 157). В итоге, действие адреналина приводит к увеличению потока крови ко всем мышцам тела. При сильном стрессе количество адреналина в крови может вырасти настолько, что кровь "отхлынет" в мышцы от мозга и человек может упасть в обморок.

Так же как вегетативные сосудосуживающие нервы используются для ограничения потока крови в определённые ткани и органы, вегетативные сосудорасширяющие нервы используются для расширения кровеносных сосудов именно внутри тех мышц, которые организм собирается использовать.

Сосудорасширяющие нервы секретируют ацетилхолин (процесс (4) на рисунке 157), однако ни клетки гладкой мускулатуры, ни клетки эндотелия не имеют никотиновых ацетилхолиновых рецепторов. Вместо них эндотелиальные клетки имеют мускариновые ацетилхолиновые рецепторы. (Мускариновые рецепторы названы по имени их ингибитора мускарина, который содержится в ядовитых грибах Amanita muscarina).

Подобно а-адренергическим рецепторам мускариновый ацетил­холиновый рецептор сопряжён с G_q и PLCp, поэтому связывание с ацетилхолином приводит к росту цитозольной концентрации кальция. Эндотелиальные клетки не сокращаются при росте концентрации кальция, но они содержат фермент NO-синтаза, синтезирующий N0, который стимулируется ионами кальция.

Поэтому эндотелиальные клетки в ответ на появление ацетилхолина начинают синтезировать оксид азота (процесс (5) на рисунке 157).

Так же точно, как цАМФ для метаболического действия чаще всего использует в сигнальных цепях фермент цАМФ-зависимую протеин- киназу, которую поэтому часто называют просто протеин-киназа А, так и цГМФ использует для передачи своего сигнала цГМФ-зависимую протеин-киназу, которую также часто называют просто протеин киназа G. Протеин-киназа G в клетках гладкой мускулатуры активирует

Са²⁺-АТФазу, которая начинает интенсивно выкачивать ионы кальция из цитозоля, клетка релаксирует и кровеносный сосуд расширяется.

Ферментами, которые прекращают действие трансмиттеров цАМФ и цГМФ являются цАМФ-диэстераза и цГМФ-диэстераза, соответст­венно.

Существует множество изоформ фермента цГМФ-диэстераза в различных тканях человеческого организма. Например, лекарственный препарат силденафил (sildenafil} (рисунок 158(a)), более известный под торговой маркой Виагра, является ингибитором цГМФ-диэстеразы пениса.

Действие силденафила не заметно, пока не синтезируется цГМФ. Когда же в ответ на локальное повышение концентрации N0, в клетках гладкой мускулатуры капилляров пениса начинается синтез цГМФ, то из- за блокирования цГМФ-диэстеразы, концентрация цГМФ значительно возрастает, что приводит к большей активации протеин-киназы G, большей активации Са²⁺-АТФазы, снижению концентрации кальция, релаксации гладкой мускулатуры кровеносных сосудов, и, следовательно, большему притоку крови в ткань.

Рисунок 158 - Схемы молекул: а - силденафил (Виагра): 6 - нитроглицерин (тринитрат глицерина)

Рост мышечной массы интенсивно работающих мышц сопро­вождается ростом кровеносных сосудов во вновь образованных мышцах. Интенсивно работающие клетки скелетных мышц синтезируют фактор роста FGF (первоначально идентифицированный как фактор роста фибробластов, fibroblast growth factor, но, как оказалось впоследствии, действующий и на эндотелиальные, и на клетки гладкой мускулатуры) (процесс (6) на рисунке 157). Тирозин-киназный рецептор для FGF (аналогично PDGF-рецептору (рисунок 147)) через белки Ras и МАР- киназный каскад инициирует деление клетки, а, следовательно, и рост нового кровеносного сосуда.