Саркомер
Puc. 4.6. Передача возбуждения в нервно-мышечном синапсе
лина. Число везикул может быть до нескольких тысяч. Их диаметр — около 40 нм и в каждой содержится несколько тысяч молекул медиатора. Когда синапс находится в неактивном состоянии, то большинство везикул с помощью белка синап- сина связаны с цитоскелетом и малоподвижны. В пресинап- тической терминали имеются также митохондрии, обеспечивающие выработку АТФ, белки цитоскелета, микротрубочки и микронити, по которым в терминаль из тела нейрона перемещаются медиаторы и ферменты.
На обращенной к мышечному волокну поверхности преси- наптической терминали находится пресинаптическая мембрана. Через нее при активации синапса в синаптическую щель выбрасывается содержащийся в пузырьках медиатор. Отличительной чертой нервно-мышечного синапса от центрального является большая протяженность пресинаптической мембраны и большое количество выбрасываемого медиатора. Этого количества медиатора достаточно для того, чтобы один потенциал действия, пришедший по нервному волокну, вызвал возбуждение мышечного волокна. Центральные же синапсы являются более миниатюрными образованиями.
Между пре- и постсинаптическими мембранами располагается синаптическая щель шириной около 50 нм. Она заполнена межклеточным веществом и содержит тяжи плотного вещества из мукополисахаридов, с которыми связан ряд ферментов, в частности ацетилхолинэстераза, расщепляющих аце- тилхолин, выходящий в синаптическую щель, на холин и уксусную кислоту.
Постсинаптическую мембрану нервно-мышечного синапса называют также концевой пластинкой. На ней имеются многочисленные выпячивания, которые увеличивают площадь этой мембраны, и в ней может расположиться до 20 миллионов ре- цепторных белковых молекул. Эти белки наряду с выполнением рецепторной функции формируют каналы, через которые могут проходить ионы калия и натрия.
Механизм передачи возбуждения в нервно-мышечном синапсе. Потенциал действия, передающийся по нервному волокну, приходит к пресинаптической терминали и вызывает деполяризацию ее мембраны (рис. 4.6). Деполяризация приводит к открытию встроенных в мембрану кальциевых каналов и ионы Са2+ из межклеточной жидкости поступают внутрь пресинаптической терминали. Этот поток ионов Са2+ идет по градиенту концентрации, так как снаружи клетки содержание кальция в 10 ООО раз большее, чем внутри. За счет входа ионов Са2+ его содержание в цитоплазме повышается (в 10—100 раз) и это приводит к изменению конформации молекул белка си- напсина, ослаблению его связей с цитоскелетом и синаптически- ми везикулами. Везикулы получают подвижность и некоторые из них сливаются с пресинаптической мембраной и выбрасывают порцию (квант) медиатора в синаптическую щель. Этот процесс по механизму подобен экзоцитозу и идет с участием белков синап- тобревина, синаптотагмина, синтаксина, синаптопорина. Под влиянием одного ПД в синаптическую щель выбрасывается аце- тилхолин из десятков синаптических пузырьков.
Молекулы ацетилхолина в течение 0,2 мс диффундируют к постсинаптической мембране и связываются с Н-холиноре- цепторами, которые выполняют роль ворот в ионных каналах, пропускающих Na+ и К+ При этом ворота открываются и через ионные каналы внутрь мышечного волокна начинает входить Na+ а из волокна выходить К+ Поток входящего Na+ больше, чем поток выходящего К+ так как Na+ идет не только по градиенту концентрации, но и по градиенту заряда (на внутренней стороне мембраны отрицательный заряд до —90 мВ). Входящие положительно заряженные ионы Na+ снижают отрицательный заряд внутренней стороны мембраны (на 40 — 50 мВ), возникает ее деполяризация. Такую деполяризацию постсинаптической мембраны нервно-мышечного синапса называют потенциалом концевой пластинки (ПКП). Деполяризация концевой пластинки приводит к возникновению локального кругового электрического тока между нею и обычной, граничащей с синапсом, мембраной, на которой имеются электроуправляемые натриевые каналы. Эти каналы открываются, и на граничащей с синапсом электровозбудимой мембране возникает потенциал действия {ПД). Он распространяется вдоль мышечного волокна по сарколемме и вглубь его по мембранам поперечных трубочек, пронизывающих волокно.
Почему же потенциал действия возникает на прилежащей к синапсу мембране, а не на постсинаптической? Постсинаптическая мембрана не может генерировать ПД, так как на ней нет потенциалзависимых натриевых каналов, которые обеспечивают быстрый вход Na+ и перезарядку мембраны. К тому же выходящий наружу ток К+ противодействует перезарядке мембраны концевой пластинки.
Вызванное выбросом ацетилхолина открытие лигандзави- симых каналов постсинаптической мембраны длится около 1 мс, затем они закрываются из-за разрушения ацетилхолина ферментом ацетилхолинэстераэой. Концевая пластинка восстанавливает свой заряд (реполяризуется). После этого синапс готов к передаче новой волны возбуждения. В устранении молекул ацетилхолина из синаптической щели также имеет значение обратный захват их пресинаптической мембраной, вымывание с током интерстициальной жидкости и диффузия в кровь. Время от момента прихода ПД к пресинаптической мембране до момента возникновения ПД на мембране мышечного волокна называют синаптической задержкой. В нерв- но-мышечном синапсе она составляет около 1 мс.
Эффект от активации синапса и выхода медиатора в синаптическую щель зависит не только от природы медиатора, но и от того, какие рецепторы имеются на постсинаптической (и пресинаптической) мембране.
В холинергических синапсах на постсинаптических мембранах могут быть N- и М-холинорецепторы (а также их подвиды М|, М2, М3). Название Н-холинорецепторы получили из-за того, что кроме ацетилхолина связываются с никотином. М-холинорецепторы наряду с ацетилхолином активируются также ядом мухомора — мускарином.
Механизмы передачи влияния медиатора на состояние постсинаптической мембраны могут различаться в зависимости от вида синапса и рецепторов, встроенных в эту мембрану. Это различие послужило поводом для выделения ионотропных и метабо- тропных синапсов (рис. 4.7). На данном рисунке показан ионо- тропный синапс, на постсинаптической мембране которого находятся N-холинорецепторы, являющиеся частью ионных каналов. Соединение медиатора с таким рецептором непосредственно открывает каналы, проводящие Na+ и К Преобладает вход Na+, и возникает постсинаптический потенциал (ВПСП).
Примером ионотропных синапсов служат N-холинергиче- ские синапсы скелетных мышц. Примером метаботропных синапсов могут быть М-холинергические синапсы во внутрен- ных органах, а также синапсы между нейронами в ряде отделов центральной нервной системы. Характерной чертой метаботропных синапсов является то, что выделяющийся в синаптическую щель медиатор воздействует на проницаемость и поляризацию постсинаптической мембраны не непосредственно, а через ряд веществ вторичных посредников (G-белок, его субъединицы и т.д.) (рис. 4.7).
Постсинаптическая Na+|tK+Na jt^+Na
—V. ♦ ■ J ■ l.'ij.l. V CazV"
\ с ■ Ацетилхолин1, • • \______________ /
|
о ° о Везикулы О _ о о Белки
| Постсинаптическая мембрана
| о О ° 0 Р«Ь (? n°Q
Пресинаптическая мембрана
| мембрана Na+ Na+ Na+ Каналы открыты
Везикулы о о Белки
о о 0 „о
|
М-холино- Ионные рецептор каналы закрыты
А А
| /
G-белок с субъединицами
| .'»^Са2+ \ Ацетилхолин ■,, •, 4—
Комплекс а-ГТФ открывает каналы (выход К+, гиперполяризация)
Рис. 4.7 Особенности передачи возбуждения в ионотропных и метаботропных синапсах
В метаботропном синапсе М-холинорецептор после связи с медиатором передает активирующее влияние на мембранный G-белок. Активированный G-белок присоединяет молекулу ГТФ (гуанозинтрифосфат) и расщепляется на части (а или ру-единицы). Далее комплекс аГТФ присоединяется (с внутренней стороны мембраны) к белку, образующему мембранный ионный канал, и открывает его. Таким образом, в М-холи- нергических синапсах гладких мышц открываются калиевые каналы. Это приводит к выходу калия из клетки и гиперполяризации постсинаптической мембраны — образованию тормозного постсинаптического потенциала (ТПСП). В холинергических (типа М2) синапсах сердца калиевые каналы постсинаптической мембраны открываются путем воздействия субъединиц |3у, отщепляющихся от G-белка.
В сердечной мышце на постсинаптических мембранах преобладают Мг-холинорецепторы. Их активация сопровождается снижением сократимости и возбудимости сердечной мышцы. Холинергические синапсы в сердце и других внутренних органах формируются окончаниями парасимпатических постганглионарных волокон. Симпатический же отдел вегетативной нервной системы влияет на гладкомышечные структуры и внутренние органы посредством медиатора норадреналина.
В адренергических синапсах на постсинаптической мембране могут быть а- и p-адренорецепторы. Если на мембранах гладкомышечного волокна преобладают а-адренорецепторы (это имеет место в сосудах кожи и органов брюшной полости), то при действии норадреналина и адреналина эти волокна сокращаются, диаметр сосудов и кровоток в них уменьшаются. Если же в гладких мышцах (бронхах) преобладают р-адрено- рецепторы, то под влиянием адреналина и норадреналина эти мышцы расслабляются. Бронхи при этом расширяются, их проходимость для воздуха увеличивается.
Адренорецепторы подразделяют соответственно на подвиды oij, а2, аз и Pi, р2, Р3. Каждый из этих рецепторов имеет свои особенности влияния на течение физиологических процессов. И это приходится учитывать во врачебной практике, в частности при назначении лекарственных препаратов.
Например, больным с инфарктом миокарда показано назначение лекарств — Р-адреноблокаторов. Они защищают сердце от действия адреналина и норадреналина и тем самым снижают рабочую нагрузку и потребность сердца в кислороде. Если такому больному дать препарат широкого спектра действия, блокирующий и Рр и Рг-адренорецепторы, появляется опасность ухудшения состояния больного из-за сокращения бронхиальных мышц (так как выключается расслабляющее действие с р2-адренорецепторов на мышцы бронхов) и развития одышки. Особенно опасно давать такие препараты пациентам с явлениями бронхиальной астмы. Если же дать препарат, избирательно блокирующий только рг рецепторы (в сердце преобладают р| -рецепторы), то в большинстве случаев можно избежать неблагоприятной побочной реакции.
Передачу возбуждения в нервно-мышечном синапсе могут нарушать многие факторы. Она прекращается как при блокаде выброса ацетилхолина в синаптическую щель, так и при избытке его содержания в зоне постсинаптической мембраны.
Многочисленные яды и лекарственные вещества влияют на выход, захват, связывание с рецептором и разрушение медиатора. Например, яды кураре, кобротоксин, бунгаротоксин необратимо связываются с хо- линорецепторами постсинаптической мембраны и блокируют передачу возбуждения в нервно-мышечных синапсах. Организм погибает из-за остановки сокращений дыхательных мышц и развития удушья.
Микробный токсин ботулинус блокирует передачу возбуждения в синапсах, разрушая белок синтаксин в пресинаптических терминалях и нарушая тем самым управляемый выход ацетилхолина в синаптическую щель.
Ряд боевых отравляющих веществ (зарин, зоман), инсектицидов, фармакологических препаратов (прозерин, неостигмин) блокируют проведение возбуждения в нервно-мышечных синапсах путем инактивации ацетилхолинэстеразы — фермента, разрушающего ацетилхолин. При этом происходит накопление ацетилхолина в зоне постсинаптической мембраны, снижение ее чувствительности к медиатору, а также выход из постсинаптической мембраны и погружение в цитозоль рецепторных белков. Действие ацетилхолина становится неэффективным и синапс оказывается заблокированным.
В условиях нормы в покое из пресинаптической терминали в синаптическую щель имеется переход небольшого количества молекул ацетилхолина путем диффузии. Кроме того, с периодичностью около 1 с выбрасывается содержимое (квант медиатора) одиночного пузырька. Такой выход медиатора способен вызвать лишь очень малую (О, I — 0,2мВ)деполяризацию постсинаптической мембраны — миниатюрные потенциалы концевой пластинки. Считается, что такой небольшой спонтанный выход медиатора оказывает трофическое влияние на иннервируемую структуру: стимулирует синтез рецепторных белков, регулирует свойства ионных каналов, обменные процессы в клетке и влияет на поддержание ее тканевой специфичности.
Свойства химических синапсов:
1) одностороннее проведение возбуждения. Возбуждение передается только от пресинаптической мембраны к постсинаптической;
2) замедленная передача возбуждения. Имеется синаптическая задержка в передаче возбуждения с одной клетки на другую. Она обусловлена развитием процессов, обеспечивающих выброс медиатора, диффузию его к постсинаптической мембране, прохождение ионных потоков через постсинаптическую мембрану, ее деполяризацию и преобразование локального потенциала в потенциал действия. Длительность синаптической задержки в разных синапсах колеблется от 0,5 до 2 мс;
3) способность к суммации эффекта от приходящих к синапсу волн возбуждения. Такая суммация проявляется, если последующая волна возбуждения приходит к синапсу через короткое время (1 — 10 мс) после предыдущей. В таких случаях амплитуда ВПСП возрастает и на эфферентном нейроне может генерироваться большая частота потенциалов действия.
4) трансформация ритма возбуждений. Частота волн возбуждения, приходящих к пресинаптической мембране, не соответствует частоте потенциалов действия, генерируемых эфферентным нейроном. Исключение составляют синапсы, передающие возбуждение с нервного волокна на скелетную мышцу;
5) низкая лабильность и высокая утомляемость синапсов. Синапсы могут проводить 50—100 волн возбуждения в секунду. Это в 5—10 раз меньше, чем максимальная частота, которую могут проводить нервные волокна. Если нервные волокна считаются практически неутомляемыми, то в синапсах утомление развивается весьма быстро. Это происходит из-за истощения запасов медиатора, энергетических ресурсов, развития стойкой деполяризации постсинаптической мембраны и т.д.,
6) высокая чувствительность синапсов к действию биологически активных веществ, лекарственных препаратов и ядов. Например, яд стрихнин блокирует функцию тормозных синапсов ЦНС, связываясь с рецепторами, чувствительными к медиатору глицину. Столбнячный токсин блокирует тормозные синапсы, нарушая выделение медиатора из пресинаптической терминали. В обоих случаях развиваются опасные для жизни явления. Примеры действия биологически активных веществ и ядов на передачу возбуждения в периферических синапсах рассмотрены выше;
7) облегчение и депрессия передачи возбуждения. Явление облегчения проведения возбуждения имеет место, когда волны возбуждения приходят к синапсу через короткое время (10—50 мс)друг за другом, т.е. с достаточной частотой. Тогда каждый последующий ПД, приходящий к пресинаптической мембране, вызывает больший выброс медиатора в синаптическую щель, возрастание амплитуды ВПСП и увеличение эффективности синаптической передачи.
Одним из механизмов облегчения является накопление ионов
О I
Са в пресинаптической терминали. Для удаления порции кальция, вошедшей в синаптическую терминаль при первой волне возбуждения, необходимо время в несколько десятков миллисекунд. Если в это время приходит новый потенциал действия, то новая порция кальция входит в терминаль и эффект ее действия складывается с остаточным количеством кальция, которое кальциевый насос не успел удалить из нейроплазмы терминали.
Имеются и другие механизмы развития явления облегчения. Этот феномен в классических руководствах еще называют "посттетанической потенциацией" Явление облегчения имеет значение в функционировании механизмов памяти, образования условных рефлексов и обучения. В этом случае говорят о пластичности синапсов — улучшении их функций при частой активации.
Депрессия (угнетение) передачи возбуждения в синапсах развивается при поступлении очень частых (для нервно-мышечного синапса более 100 Гц) волн возбуждения к пресинаптической мембране. В механизмах развития депрессии имеют значение: истощение запасов медиатора в пресинаптической терминали, снижение чувствительности постсинаптической мембраны к медиатору, удаление из постсинаптической мембраны комплексов рецептор—медиатор путем эндоцитоза, развитие стойкой деполяризации постсинаптической мембраны и прилежащих к ней структур, затрудняющей генерацию ПДна эффекторной клетке.
Контрольные вопросы и задания
1. Дайте характеристику понятий "раздражимость" "возбудимость" Что такое возбуждение и каковы его проявления?
2. Назовите показатели возбудимости.
3. Перечислите законы раздражения.
4. Перечислите виды биопотенциалов.
5. Что такое потенциал покоя и каково его происхождение?
6. Что такое потенциал действия? Перечислите его фазы и механизмы развития.
7. Дайте характеристику связи возбудимости с уровнем поляризации мембраны, соотношения фаз возбудимости и потенциала действия.
8. Дайте характеристику сенсорных рецепторов и классифицируйте их.
9. Что такое рецепторный потенциал и какова его роль в возникновении потенциала действия?
10. Какова классификация нервных волокон?
11. Дайте характеристику проведения возбуждения в нервных волокнах.
12. Каковы виды и роль аксонного транспорта?
13. Дайте характеристику законов проведения возбуждения по нервным волокнам.
14. Охарактеризуйте строение, функции и классификацию синапсов.
15. В чем заключается механизм передачи возбуждения в нервно-мышечном синапсе?
16. Что такое потенциал концевой пластинки и какова его физиологическая роль?
17. Каковы механизмы удаления медиатора из синаптической щели?
18. В чем заключается влияние разных факторов на проведение возбуждения в синапсах?
19. Каковы свойства химических синапсов?
Дата добавления: 2015-05-19 | Просмотры: 1071 | Нарушение авторских прав
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | 78 | 79 | 80 | 81 | 82 | 83 | 84 | 85 | 86 | 87 | 88 | 89 | 90 | 91 | 92 |
|