10.5.2. Саркотубулярная система

 

Как анатомические, так и физиологические данные,  указывающие на механизм внутриклеточных коммуникаций, связывающих поверхностную мембрану  с глубоколежащими  миофибриллами,   появились  спустя около 10 лет после расчетов, сделанных  Хиллом  (Hill). В  1958 г. Хаксли  и  Тэйлор  (A. F. Huxley, R. E. Taylor) стимулировали поверхность одиночных мышечных волокон лягушки с по мощью  трубчатых  стеклянных микроэлектродов  (рис. 10–16). Было обнаружено, что приложенные  извне импульсы тока, слишком малые, чтобы вызывать распространение ПД в поверхностной мембране, но достаточные для деполяризации мембраны  под отверстием микроэлектрода, вызывают локальные сокращения вблизи поверхности волокна. Наиболее важные выводы, сделанные Хаксли и Тэйлором, были таковы:

                1. Локальные сокращения появляются  только  в том случае, если кончик электрода находится на  поверхности волокна, а его отверстие в области  Z–пластинки.

                2. Локальные сокращения возникают только в  определенных участках, расположенных по периметру волокна вдоль каждой Z–пластинки.

                3. По мере усиления интенсивности стимулирующего тока локальные сокращения распространяются дальше в глубь волокна.

                4. Локальные сокращения ограничены рамками  полусаркомеров, находящихся непосредственно по  обе стороны от Z–пластинок, над которой расположен электрод. Следовательно, ступенчато меняющееся сокращение распространяется вглубь, а не по  длине мышечного волокна.

 

Рис. 10.16. Распространение электрических сигналов в глубь мышцы лягушки. А. Открытые  концы стимулирующих  пипеток расположены на различных участках поверхности мышечного волокна. (Peachey, 1965.) Б. Локальное сокращение в ответ на отрицательный импульс, подведенный с помощью пипеток, возникает в том случае, если открытый конец пипетки расположен над мельчайшими входами Т–трубочек, находящихся в плоскости Z–пластинки (Ashley, 1971 )

 

 

 

                Данные  электронно–микроскопических исследований скелетных мышц земноводных, проведенных  примерно в это же время, хорошо коррелировали  с результатами описанных экспериментов. Показали, что по  периметру каждой миофибриллы   на уровне Z–пластинки идет окруженная мембраной поперечная трубочка (Т–трубочка) диаметром менее 0,1 мкм. Она разветвляется таким образом, что контактирует с аналогичными  трубочками, окружающими   соседние миофибриллы на том же самом уровне (рис. 10–17). Система анастомозов трубочек в конечном счете достигает поверхностной мембраны, где с ней и стыкуется. В течение некоторого времени исследователям было не ясно, сообщается ли  полость системы  Т–трубочек с внеклеточной средой. Но потом существование такой связи подтвердили с использованием ферритина и пероксидазы хрена обыкновенного – крупных  электронно–контрастных белковых молекул. Показано, что, если указанные вещества добавить в ванночку с образцом  ткани, они проникают в сеть Т–трубочек до того, как образец ткани успеет зафиксироваться для последующей электронной микроскопии. Исходя из того что эти молекулы  не могут  пройти сквозь клеточные мембраны, можно считать, что Т–трубочки должны  открываться во внеклеточное пространство; видимо, они происходят из втягиваний поверхностной мембраны.

 

Рис. 10.17. Электронная микрофотография (А) и схема (Б) поперечнополосатой мышцы  лягушки; × 35 000. Показан саркоплазматический ретикулум (светлый тон) и Т–трубочки (темный  тон). Темные пятна – зерна гликогена. (Peachey, 1965.)

 

Рис. 10.18. Распространение электрических сигналов в глубь мышцы краба. А. По строению мышечное волокно краба напоминает мышечное волокно позвоночных. Отличие состоит в большем диаметре, глубоких щелях и локализации Т–трубочек. (Ashley, 1971.) Б. Электрочувствительные участки расположены по краям А–дисков. Это дает основание полагать, что трубочки имеют  выход на поверхность скорее вблизи краев А–дисков, чем  на Z–пластинках, как в мышцах   позвоночных животных.  Позже  гипотеза была подтверждена с помощью  электронной микроскопии. (Peachey, 1965.)

 

 

Система Т–трубочек обеспечивает анатомическую связь между поверхностной мембраной и миофибриллами, лежащими  в глубине мышечного волокна. С помощью  стимулирующих  пипеток Хаксли, помещенных на  клеточную поверхность над входом в Т–трубочку (рис. 10–16), можно распространить деполяризующий  ток вниз  по указанной трубочке и инициировать сокращение  в глубине мышечного  волокна. Гиперполяризующий   ток не давал такого эффекта. Вывод о том, что трубочка переносит возбуждение вглубь в пределах мышечного волокна, получил дополнительное подтверждение при сравнительных исследованиях, показавших зависимость между  локализацией системы Т–трубочек и чувствительностью клеточной поверхности к электрическому току. У краба (рис. 10–18) и ящерицы, в мышцах  которых Т–трубочки расположены на концах  А–диска, а не на уровне Z–пластинки, электрочувствительные точки  на  поверхностной мембране  обнаруживаются по краям А–диска, а не на Z–пластинке, как у лягушек.

                Роль Т–трубочек в процессе сопряжения активации саркомеров  с деполяризацией поверхностной мембраны  показана на примере разрыва соединения Т–трубочек с поверхностной мембраной при осмотическом шоке, который  создавался в результате введения 50%–ного глицерина. Как только трубочки отделялись от поверхностной мембраны, деполяризация последней уже не вызывала сокращение. Следовательно,  физическое разъединение  системы Т–трубочек приводило к функциональному разрыву сократительной системы  и  поверхностной мембраны.

                Вначале думали, что направленное внутрь распространение электрических сигналов по Т–трубочкам – явление  электротонического происхождения. Впоследствии оказалось, что распространение сокращения к центру волокна в ответ на деполяризацию  мембраны  затухает при добавлении тетродотоксина или снижении концентрации внеклеточного Na⁺. Оба способа обработки препарата уменьшали или исключали вклад натрия в формирование ПД. Видимо, в одиночно сокращающемся  волокне позвоночных животных  ПД поверхностной мембраны переносится внутрь мышечной клетки по мембранам Т–трубочек. В мышечных волокнах, не генерирующих  ПД (например, во многих мышцах членистоногих), по Т–трубочкам проходят пассивные электротонические сигналы в такт со ступенчатой деполяризацией поверхностной мембраны.