АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

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⁺|t_K+Na jt^+Na

мембрана Na⁺ Na⁺ Na⁺ Каналы открыты

.'»^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 р_г 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: 1066 | Нарушение авторских прав