Синаптическая передача возбуждения в автономной нервной системе. Особенности вегетативной нервной системы

text_fields

text_fields

arrow_upward

Преганглионарные синапсы образуются нервными отростками вставочных нейронов вегетативных центров на нервных клетках вегетативных ганглиев. Число нейронов в вегетативном ганглии очень велико и в 2-30 раз превышает количество входящих в ганглий преганглионарных проводников. Поэ­тому каждое преганглионарное волокно ветвится и образует синапсы на нескольких нейронах ганглия. В то же время, на каждом ней­роне ганглия имеются многочисленные синапсы разных прегангли­онарных волокон. Эти особенности обеспечивают нейронам ганглиев высокую способность к пространственной и временной суммации возбуждений.

Преганглионарные синапсы отличают три особенности:

1) значительная синаптическая задержка проведения, примерно в 5 раз продолжительнее, чем в центральных синапсах,
2) существенно большая длительность ВПСП,
3) наличие выраженной и продолжи­тельной следовой гиперполяризации нейронов ганглия. Благодаря этим особенностям преганглионарные синапсы обладают невысокой лабильностью и обеспечивают трансформацию ритма возбуждений с частотой импульсации в постганглионарном волокне не более 15/с.

Медиатором во всех преганглионарных синапсах и симпатическо­го, и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы является ацетилхолин. Химические клеточные рецепторы постсинаптической мембраны, связывающие ацетилхолин, называют холинорецепторами и относят в преганглионарных синапсах к никотиночувствительным, так как они активируются никотином (Н-холинорецепторы). Специфическими блокаторами этих рецепторов являются кураре и курареподобные вещества (бензогексоний, дитилин и др.), входящие В группу ганглиоблокаторов. Кроме основных, участву­ющих в передаче возбуждения Н-холинорецепторов, преганглионар­ные синапсы имеют и М-холинорецепторы (активируются алкало­идом мускарином - мускариночувствительные), роль которых, повидимому, сводится к регуляции освобождения медиатора и чув­ствительности Н-холинорецепторов

Постганглионарные или периферические синапсы

text_fields

text_fields

arrow_upward

Постганглионарные или периферические синапсы, образуемые эф­ферентным проводником на эффекторе, отличаются у двух описываемых отделов вегетативной нервной системы.

2.1. Симпатические синапсы

Симпатические синапсы образуются не только в области много­численных концевых ветвлений симпатического нерва, как у всех других нервных волокон, но и у мембран варикозов - многочис­ленных расширений периферических участков симпатических воло­кон в области иннервируемых тканей. Варикозы также содержат синаптические пузырьки с медиатором, хотя и в меньших концент­рациях, чем терминальные окончания.

а) Медиатор сим­патических синапсов — норадреналин

Основным медиатором сим­патических синапсов является норадреналин и такие синапсы назы­вают адренергическими. Рецепторы, связывающие адренергический медиатор получили название адренорецепторов. Различают два типа адренорецепторов - альфа и бета, каждый из которых делят на два подтипа - 1 и 2. Небольшая часть симпатических синапсов использует медиатор ацетилхолин и такие синапсы называют холинергическими, а рецепторы - холинорецепторами. Холинергические синапсы симпатической нервной системы обнаружены в потовых железах. В адренергических синапсах кроме норадреналина в суще­ственно меньших количествах содержатся адреналин и дофамин, также относящиеся к катехоламинам, поэтому медиаторное вещество в виде смеси трех соединений раньше называли симпатином.

Синтез норадреналина из аминокислоты тирозина с помощью трех ферментов - тирозингидроксилазы, ДОФА-декарбоксилазы и дофамин-бета-гидроксилазы - происходит во всех частях постганглионарного нейрона: его теле, аксоне, варикозах и терминальных синаптических окончаниях. Однако из тела с током аксоплазмы поступает меньше 1% норадреналиш, основная же часть медиатора синтезируется в периферических отделах аксона и хранится и гра­нулах синаптических пузырьков. Содержащийся в гранулах норадреналин находится в двух фондах или пулах (запасных формах) - стабильном или резервном (85-90%) и лабильном, мобилизуемом в синаптическую щель при передаче возбуждения. Норадреналин ла­бильного фонда в случае необходимости медленно пополняется из стабильного пула. Пополнение запасов норадреналина, кроме про­цессов синтеза, осуществляется мощным обратным его захватом из синаптической щели пресинаптической мембраной (до 50% выде­ленного в синаптическую щель количества), после чего захваченный медиатор частично поступает в пузырьки, а не попавший в пузырь­ки - разрушается ферментом моноаминоксидазой (МАО).

б) Механизмы выделения норадреналина в синаптическую щель

Освобождение медиатора в синаптическую щель происходит кван­тами под влиянием импульса возбуждения, при этом число квантов пропорционально частоте нервных импульсов. Процесс высвобожде­ния медиатора протекает с помощью экзоцитоза и является Са-зависимым.

Выделение норадреналина в синаптическую щель регу­лируется несколькими специальными механизмами:

1) связывание норадреналина в синаптической щели с альфа-2-адренорецепторами пресинаптической мембраны (рис.3.10), что играет роль отрицатель­ной обратной связи и угнетает освобождение медиатора;

2) связы­вание норадреналина с пресинаптическими бета-адренорецепторами, что играет роль положительной обратной связи и усиливает осво­бождение медиатора.
При этом, если порции освобождающегося норадреналина неболь­шие, то медиатор взаимодействует с бета-адренорецепторами, что повышает его освобождение, а при высоких концентрациях медиатор связывается с альфа-2~адренорецептором, что подавляет его дальней­шее освобождение;

3) образование клетками эффектора и выделение в синаптическую щель простагландинов группы Е, подавляющих осво­бождение медиатора через пресинаптическую мембрану;

4) поступле­ние в синаптическую щель адренергического синапса из рядом рас­положенного холинергического синапса ацетилхолина, связывающегося с М-холинорецептором пресинаптической мембраны и вызывающего подавление высвобождение норадреналина.

в) Судьба выделившегося в синаптическую щель норадреналина

Судьба выделившегося в синаптическую щель медиатора зависит от четырех процессов:

1) связывания с рецепторами пост- и пре-синаптических мембран,

2) обратного захвата пресинаптической мем­браной,

3) разрушения в области рецепторов постсинаптической мембраны с помощью фермента катехол- О-метилтрансферазы (КОМТ),

4) диффузии из синаптической щели в кровоток, откуда норадреналин активно захватывается клетками многих тканей.

Диффундируя к постсинаптической мембране, норадреналин свя­зывается с находящимися на ней адренорецепторами двух типов - альфа-1 и бета , образуя медиатор-рецепторный ком­плекс (рис.3.10).

Количество альфа-1 и бета-адренорецепторов в различных тканях неодинаково, например, в гладких мышцах артериальных сосудов внутренних органов преобладают альфа-адренорецепторы, а клетках миокарда - бета-адренорецепторы. Активация медиатором альфа- 1-адренорецепторов приводит к деполяризации и формиро­ванию ВПСП, более полого, низкоамплитудного и длительного, чем ВПСП нервных клеток и ПКП скелетных мышц. Стимуляция аль­фа-адренорецепторов вызывает также сдвиг метаболизма в мембране клеток и образование специфических молекул, называемых вторич­ ными посредниками медиаторного эффекта. Вторичными посредни­ками стимуляции альфа-адренорецепторов являются инозитол-3-фосфат и ионизированный кальций. Более подробно системы вто­ричных посредников будут рассмотрены в разделе, посвященном гу­моральной регуляции функций.

Бета-адренорецепторы, также как и альфа-, делят на 2 подтипа: бета-1 и бета-2.
Бета-1-адренорецепторы находятся в сердечной мышце и их стимуляция обеспечивает активацию основных физио­логических свойств миокарда (автоматии, возбудимости, проводи­мости и сократимости).
Бета-2-адренорецепторы расположены в гладких мышцах артериальных сосудов, особенно скелетных мышц, коронарных артерий, бронхов, матки, мочевого пузыря и их стиму­ляция вызывает тормозной эффект в виде расслабления гладких мышц.

Хотя при этом и происходит гиперполяризация постсинаптической мембраны, выявить ТПСП не удается из-за очень мед­ленного процесса и крайне низких амплитуд гиперполяризации. Стимуляция бета-адренорецепторов приводит в действие другую систему вторичных посредников - аденилатциклаза-цАМФ, причем считается, что бета-адренорецептор либо связан с аденилатциклазой, либо вообще является этим белком-ферментом.

Симпатическая нервная система является важнейшим регулятором обмена веществ в организме. С метаболическими эффектами сим­патической нервной системы связано ее трофическое действие на ткани. Классическим экспериментальным подтверждением трофичес­кого влияния симпатической нервной системы является феномен Орбели — Гинецинского, суть которого состоит в следующем. Реги­стрируется амплитуда сокращений икроножной мышцы лягушки при раздражении иннервирующих ее передних корешков спинного мозга. Постепенно развивается утомление и амплитуда сокращений падает. Если в этот момент произвести раздражение симпатического погра­ничного ствола в этой области, то амплитуда сокращений восста­навливается, т.е. утомление исчезает

2.2. Парасимпатические синап­сы

а) Медиатор сим­патических синапсов – ацетилхолина

Парасимпатические постганглионарные или периферические синап­сы используют в качестве медиатора ацетилхолин, который находит­ся в аксоплазме и синаптических пузырьках пресинаптических терминалей в трех основных пулах или фондах. Это,
во-первых , ста­бильный, прочно связанный с белком, не готовый к освобождению пул медиатора;
во-вторых , мобилизационный, менее прочно связан­ный и пригодный к освобождению, пул;
в-третьих , готовый к ос­вобождению спонтанно или активно выделяемый пул. В пресинаптическом окончании постоянно происходит перемещение пулов с целью пополнения активного пула, причем этот процесс осущест­вляется и путем продвижения синаптических пузырьков к пресинаптической мембране, так как медиатор активного пула содержится в тех пузырьках, которые непосредственно прилежат к мембране. Ос­вобождение медиатора происходит квантами, спонтанное выделение единичных квантов сменяется активным при поступлении импульсов возбуждения, деполяризующих пресинаптическую мембрану. Процесс освобождения квантов медиатора, также как и в других синапсах, является кальций-зависимым.

б) Механизм регуляции освобождения ацетилхолина в синаптическую щель

Регуляция освобождения ацетилхолина в синаптическую щель обес­печивается следующими механизмами:

1) Связыванием ацетилхолина с М-холинорецепторами пресинаптической мембраны, что оказывает тормозящее влияние на выход ацетилхолина - отрицательная обрат­ная связь;
2) Связыванием ацетилхолина с Н-холинорецептором, что усиливает освобождение медиатора - положительная обратная связь;
3) Поступлением в синаптическую щель парасимпатического синапса норадреналина из рядом располагающегося симпатического синапса, что оказывает тормозной эффект на освобождение ацетилхолина;
4) Выделением в синаптическую шель под влиянием ацетилхолина из постсинаптической клетки большого числа молекул АТФ, которые связываются с пуринергическими рецепторами пресинаптической мембраны и подавляют освобождение медиатора - механизм, получивший название ретро-ингибирование. (рис.3.11)

Рис.3.11. Парасимпатический синапс и его регуляция.

1 — пресинаптическое окончание, 2 — синаптический пузырек, 3 — синаптическая щель с квантами ацетипхолина (АХ), 4 — постсинаптическая мембрана эффекторной клетки, 5 — ря­дом расположенный адренергический синапс. М — мускариновый холинорецептор, Н — никотиновый холинорецептор, ХЭ — холинэстераза, ГЦ-цГМФ — система вторичного посредника: гуанилатциклаза — циклический гуанозинмонофосфат, НА — норадреналин, (+) — стимуляция освобождения медиатора, (-) — подавле­ние освобождения медиатора.

в) Судьба выделившегося в синаптическую щель ацетилхолина

Выделившийся в синаптическую щель ацетилхолин удаляется из нее несколькими путями:

Во-первых , часть медиатора связывается с холинорецепторами пост- и пресинаптической мембраны;
во-вто­рых , медиатор разрушается ацетилхолинэстеразой с образованием холина и уксусной кислоты, которые подвергаются обратному захва­ту пресинаптической мембраной и вновь используются для синтеза ацетилхолина;
в-третьих , медиатор путем диффузии выносится в межклеточное пространство и кровь, причем этот процесс происхо­дит после связывания медиатора с рецептором. При удалении ме­диатора последним путем инактивируется почти половина выделив­шегося ацетилхолина.

На постсинаптической мембране ацетилхолин связывается с холи­норецепторами, относящимися к М (мускариночувствительному) типу.

Образование на мембране медиатор-реиепторного комплекса приводит к общим для разных видов клеток реакциям:

во-первых , к активации рецепторуправляемых ионных каналов и изменению заря­да мембраны;
во-вторых , к активации систем вторичных посредни­ков в клетках.

В гладкомышечных и секреторных клетках желудоч­но-кишечного тракта, мочевого пузыря и мочеточника, бронхов, коронарных и легочных сосудов комплекс ацетилхолин-М-холино-рецептор активирует Na-каналы, приводит к деполяризации и фор­мированию ВПСП, вследствие чего клетки возбуждаются и проис­ходит сокращение гладких мышц или секреция пищеварительных соков. Этому же эффекту способствует активация вторичных по­средников - инозитол-три-фосфата и ионизированного кальция. В то же время в клетках проводящей системы сердца, гладких мышцах сосудов половых органов комплекс ацетилхолин-М-холинорецептор активирует К-каналы и выходящий ток К+, приводя к гиперполя­ризации и тормозным эффектам - снижению автоматии, проводи­мости и возбудимости в миокарде, расширению артерий половых органов. Одновременно в этих клетках активируется система вто­ричных посредников - гуанилатциклаза-циклический гуанозинмонофосфат. Разнонаправленность эффектов парасимпатической регу­ляции при образовании на мембранах разных клеток комплекса аце­тилхолин-М-холинорецептор дает основание предполагать наличие на постсинаптической мембране постганглионарных синапсов двух типов М-холинорецепторов, подобно типам адренорецепторов опи­санным выше. Вместе с тем, все М-холинорецепторы блокируются атропином, что снимает как парасимпатическую стимуляцию сокра­щения гладких мышц, так и парасимпатическое торможение де­ятельности сердца.

Эффективность синаптической передачи зависит от количества активных рецепторов на постсинаптической мембране, что отражает функции эффекторной клетки, синтезирующей мембранные рецеп­торы. Клетка эффектора регулирует число мембранных рецепторов в зависимости от интенсивности работы синапса, т.е. выделения в нем медиатора. Так, при перерезке вегетативного нерва (прекраще­нии выделения медиатора) чувствительность иннервируемой им тка­ни к соответствующему медиатору возрастает из-за увеличения чис­ла мембранных рецепторов, способных связывать-медиатор. Повыше­ние чувствительности денервированных структур или сенситизация ткани является примером саморегуляции на уровне эффектора.

Взаимосвязи симпатической и парасимпатической регуляции функций

text_fields

text_fields

arrow_upward

Поскольку большинство эффектов симпатической и пара­симпатической нервной регуляции являются противоположными, их взаимоотношения характеризуют иногда как антаго­нистические. Вместе с тем, существующие взаимосвязи между вы­сшими вегетативными центрами и даже на уровне постганглионар­ных синапсов в тканях, получающих двойную иннервацию, позво­ляют применять понятие о реципрокной регуляции. Примером реципрокных взаимоотношений на уровне эффектора является акцентированный антагонизм или взаимоусиливающее противодействие.

Глава 2. Вегетативные синапсы: холин - и адрен-

Ергическая медиация нервного импульса

Структурно - функциональным образованием, обеспечивающим передачу возбуждения в ганглиях вегетативной нервной системы и с постганглионарных вегетативных волокон на иннервируемые органы, является синапс. Как в ЦНС, в соматической нервной системе, так и на периферии, вегетативные синапсы имеют трехкомпонентную структуру. По функциональному принципу в состав синапса включают:

Пресинаптическую мембрану (ПреСМ);

Синаптическую щель (СЩ);

И постсинаптическую мембрану (ПостСМ).

^ По характеру влияния на постсинаптическую мембрану синапсы подразделяются на:

А к т и в и р у ю щ и е (депополяризующие);

Т о р м о з я щ и е (гиперполяризующие).

^ По механизму передачи возбуждения синапсы подразделяются на:

Х и м и ч е с к и е;

Э л е к т р о т о н и ч е с к и е;

С м е ш а н н ы е.

Электротонические синапсы -эволюционно более древние образования, встречающиеся у низших животных и характеризуются неравномерной синаптической щелью (наличием прямых контактов между пресинаптической и постсинаптической мембранами), возможностью прямого проведения нервных импульсов от ПреСМ к ПостСМ, отсутствием синаптической задержки, возможностью проведения возбуждения в обоих направлениях.

Принципиальный механизм передачи возбуждения в химическом синапсе заключается в том, что в результате поступления нервного импульса в пресинаптической мембране (концевой пластинке нервного волокна) из её пузырьков выделяется накопленный медиатор, который, проникая через синаптическую щель, доходит до рецепторов постсинаптической мембраны, вызывая возбуждение. Таким образом, на уровне химического синапса дважды происходит превращение энергии:

На уровне ПреСМ электрическая энергия нервного импульса превращается в химическую энергию медиатора;

На уровне ПостСМ химическая энергия медиатора трансформируется в электрическую энергию нового процесса возбуждения, формирующегося на мембране того возбудимого образования, частью которого является ПостСМ.

Важной особенностью химического синапса является односторонний характер передачи возбуждения: отпресинаптической к постсинаптической мембране. Причина одностороннего проведения возбуждения и её структурно - функциональные предпосылки будут рассмотрены ниже.

^ 2.1. Структурно - функциональная характеристика вегетативных синапсов

Пресинаптическая мембрана (ПреСМ) является частью того образования с которого происходит переключение возбуждения. Как правило, она представляет собой концевую пластинку нервного окончания, имеющую ряд специализированных элементов:

Специфические выросты с упорядоченной гранулярной структурой, направленные внутрь аксоплазмы высотой 60 - 100 мкм, выполняющие направляющую функцию (медиатор, двигающийся по аксоплазме к ПреСМ, распределяется этими выростами на отдельные потоки, направленные к синаптопорам ПреСМ);

Синаптопоры - участки ПреСМ, находящиеся между её выростами и имеющие наибольшую проницаемость для медиатора. Высокая проницаемость синаптопор определяется наибольшей плотностью мембранных каналов, способных “пропускать” выделяющийся медиатор. В центральной части ПреСМ находится активная зона;

Пузырьки с медиатором, находящиеся в области синаптопор;

Активная зона ПреСМ - центральный участок ПреСМ, имеющий наибольшее количество мембранных ионов. Именно здесь сосредоточена основная масса синаптических пузырьков; через этот участок ПреСМ происходит наиболее интенсивное выделение медиатора при возбуждении ПреСМ;

Митохондрии, гранулы гликогена, присутствие которых указывает на активность процессов, происходящих на уровне пресинаптической мембраны.

Толщина ПреСМ составляет 50 - 80 мкм, её каналы закрыты “кальциевыми пробрами”. Пресинаптическая мембрана характеризуется наличием статической поляризации (порядка 80 мкв). Разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью ПреСМ удерживает ионы кальция внутри каналов, делая их непроницаемыми для медиатора.

Синаптическая щель - представляет сосбой пространство, расположенное между пресинаптической и постсинаптической мембранами (первичная синаптическая щель). Заполнена полисахаридным гелем, обеспечивающим диэлектрические свойства синаптической щели: электрические явления, происходящие на уровне ПреСМ не могу распространиться на ПостСМ из-за изолирующих свойств полисахаридного геля. Размеры синаптической щели могут варьировать: от 50 - 80 мкм до 200 - 300 и даже до 1 000 мкм. Особенностью вегетативных синапсов (особенно расположенных в ганглиях) является наличие наибольших размеров синаптической щели (до 1 000 мкм), что обусловливает замедление прохождения медиатора и удлиняет синаптическую задержку.

Кроме пространства между ПреСМ и наружной поверхностью ПостСМ: в её склатках находится вторичная синаптическая щель, которая также заполнена диэлектрическим полисахаридным гелем.

В редких случаях первичная синаптическая щель оказывается пронизанной нитевидными выростами ПреСМ, обеспечивающими направленное “ стекание “ медиатора в складки ПостСМ (в пространство вторичной синаптической щели, где находится рецепторный аппарат).

В среднем время прохождения медиатора через синаптическую щель составляет 0, - 0,2 мс.

Постсинаптическая мембрана (ПостСМ) - является частью того образования, на которое переключается возбуждение. Имеет наиболее сложное строение, проявляет избирательную чувствительность к медиатору ПреСМ и оказвается совершенно невосприимчивой к прямому действию электрического тока. Высокая чувствительность ПостСМ к медиаторам обусловлена наличием соответствующих рецепторов, которые расположены в складках ПостСМ, имеющих “глубину” до 100 мкм.

Кроме рецепторного аппарата в субсинаптической сети находятся цистерны с ферментами, способными разрушить медиатор после того, как он вызывал возбуждение ПостСМ.

Как и в пресинаптической мембране, здесь находится большое количество митохондрий, рибосом, АТФ. Наличие складок ПостСМ, расположенных напртив синаптопор ПреСМ, значительно увеличивает её эффективность и позволяет одновременно взаимодействовать с медиатором сразу большему количеству рецепторов.

Медиаторы - химически активные вещества, вырабатываемые в клеточном теле нейрона и в аксоплазме, цитоплазме окончаний аксона. Готовый медиатор, синтезированный в клеточном тейле нейрона, в процессе аксонного транспорта продвигается со скоростью 15 20 мм/ч в направлении ПреСМ, где накапливается в пузырьках в области синаптопор. Медиаторы накапливаются в ПреСМ в связанной форме и находятся в состоянии готовности к секретированию в синаптическую щель. Под влиянием импульса, приходящего к ПреСМ, происходит выделение порции медиатора “кванта”, включающего в среднем 10 000 молекул медиатора.

Особенностью медиаторов является то, что они проявляют высокую активность в малых дозах, действуют в ограниченном пространстве (синаптическая щель) и в течение короткого времени (до возникновения постсинаптического потенциала).

Медиаторы представляют собой аминокислоты: гамма - аминомасляная кислота (ГАМК), глицин, таурин, глутаминовая кислота, - или синтезируются из аминокислот: серотонин (СТ), ацетилхолин (АХ), норадренали (НА), гистамин (ГС), дофамин (ДА). Обычно нейрон секретирует и выделяет своими окончаниеями только один вид медиатора, причём этому медиатору соответствует рецепторный аппарат ПостСМ и её ферменты.

Характер влияния медиатора на постсинаптическую мембрану определяет тип синапса:

Медиаторы, оказывающие гиперполяризующее влияние на ПостСМ (ГАМК, глицин), вызывают снижение проницаемости мембраны для ионов натрия и одновременно вызывают усиленный ток ионов калия из клетки, что создаёт избыточное количество положительно заряженных ионов на наружной поверхности мембраны возбудимой клетки, сопровождаясь снижением её возбудимости и повышением порога возбуждения (тормозные синапсы);

Медиаторы, вызывающие деполяризацию клеточной мембраны за счёт изменения конформации рецепторного аппарата ПостСМ (АХ. НА, А и др.), вызывают усиленный ток ионов натрия, направленный внутрь клетки, что сопровождается повышением возбудимости и возникновением ответа клетки;

Медиатор определённого нейрона оказывает на ПостСМ всегда одинаковое действие - либо возбуждающее, либо угнетающее (Принцип Экклса, 1971).

Ферменты постсинаптической мембраны находятся в цистерная субсинаптической сети в изолированном состоянии. При деполяризации и связанном с ней повышении проницаемости мембраны субсинаптических цистерн происходит выход фермента в синаптическую щель и разрушение медиатора. Например: медиатор ацетилхолин расщепляется ферментом ацетилхолинэстеразой (АХЭ). В результате гидролиза АХ образуется холин, подвергающийся обратному транспорту в ПреСМ, где он включается в процесс ресинтеза ацетилхолина (ацетилхолин синтезируется из холина и ацетилхолин- коэнзима А при участии цитоплазматического энзима холинацетилтрансферазы). Медиатор норадреналин, синтезирующийся из тирозина, расщепляется ферментом моноаминооксидазой (МАО). Под её влиянием происходит окислительное дезаминирование норадреналина. Расщепление выделившегося На и других катехоламинов может осуществляться и другим ферментом - катехол - 0 - метилтрансферазой (КОМГ), которая обеспечивает 0 - метилирование катехоламинов.

Рецепторы постсинаптических мембран - молекулярные структуры, представляющие сосбой протеиновые, липидные или гликокаликсовые конфигурации, расположенные на мембране клеток, с которыми взаимодействует медиатор, запуская цепь биохимических и физико - химических процессов, приводящих к специфическому эффекту. В рецепторах-белках выделяют первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры.

Первичная структура представляет сосбой цепь аминокислот, соединённых последовательно полипептидными связями, и составляет основу молекул-белков. Последняя определяет вторичную и третичную структуры.

Ко вторичной структуре относятся свёрнутые в спираль полипептидные цепи, стабилизированные водородными связями.

Третичная структура - полная информация белковой молекулы, вызванная взаимодействием белковой цепи и растворителя, где находится белок.

Четвертичная структура характеризуется расщеплением субъединиц в макромолекулярном комплексе.

Рецепторы ПостСМ имеют разное строение и проявляют чувствительность к определенному виду медиатора. Строгая избирательность рецепторов ПостСМ в сочетании с выделением в синаптическую щель одного вида медиатора обеспечивает принцип линейной специфичности синапса: медиатору ПреСМ соответствует реуепторный аппарат ПостСМ и её фермент (Принцип Дейла, 1930).

Т а б л и ц а 2.

Химическая специфичность синаптического аппарата

Синапс - это определенная зона контакта отростков нервных клеток и остальных невозбудимых и возбудимых клеток, которые обеспечивают передачу информационного сигнала. Синапс морфологически образуется контактирующими мембранами 2-х клеток. Мембрана, относящаяся к отростку зовется пресинаптической мембраной клетки, в которую поступает сигнал, второе ее название - постсинаптическая. Вместе с принадлежностью постсинаптической мембраны синапс может быть межнейрональным, нейромышечным и нейросекреторным. Слово синапс было введено в 1897 г. Чарльзом Шеррингтоном (англ. физиологом).

Что же такое синапс?

Синапс - это специальная структура, которая обеспечивает передачу от нервного волокна нервного импульса на другое нервное волокно или нервную клетку, а чтобы произошло воздействие на нервное волокно от рецепторной клетки (области соприкосновения друг с другом нервных клеток и другого нервного волокна), требуется две нервные клетки.

Синапс - это небольшой отдел в окончании нейрона. При его помощи идет передача информации от первого нейрона ко второму. Синапс находится в трех участках нервных клеток. Также синапсы находятся в том месте, где нервная клетка вступает в соединение с разными железами или мышцами организма.

Из чего состоит синапс

Строение синапса имеет простую схему. Он образуется из 3-х частей, в каждой из которых осуществляются определенные функции во время передачи информации. Тем самым такое строение синапса можно назвать подходящим для передачи Непосредственно на процесс воздействуют две главные клетки: воспринимающая и передающая. В конце аксона передающей клетки находится пресинаптическое окончание (начальная часть синапса). Оно может повлиять в клетке на запуск нейротрансмиттеров (это слово имеет несколько значений: медиаторы, посредники или нейромедиаторы) - определенные с помощью которых между 2-мя нейронами реализуется передача электрического сигнала.

Синаптической щелью является средняя часть синапса - это промежуток между 2-мя вступающими во взаимодействие нервными клетками. Через эту щель и поступает от передающей клетки электрический импульс. Конечной частью синапса считается воспринимающая часть клетки, которая и является постсинаптическим окончанием (контактирующий фрагмент клетки с разными чувствительными рецепторами в своей структуре).

Медиаторы синапса

Медиатор (от латинского Media - передатчик, посредник или середина). Такие медиаторы синапса очень важны в процессе передачи

Морфологическое различие тормозного и возбуждающего синапса заключается в том, что они не имеют механизм освобождения медиатора. Медиатор в тормозном синапсе, мотонейроне и другом тормозном синапсе считается аминокислотой глицином. Но тормозной или возбуждающий характер синапса определяется не их медиаторами, а свойством постсинаптической мембраны. К примеру, ацетилхолин дает возбуждающее действие в нервно-мышечном синапсе терминалей (блуждающих нервов в миокарде).

Ацетилхолин служит возбуждающим медиатором в холинэргических синапсах (пресинаптическую мембрану в нем играет окончание спинного мозга мотонейрона), в синапсе на клетках Рэншоу, в пресинаптическом терминале потовых желез, мозгового вещества надпочеников, в синапсе кишечника и в ганглиях симпатической нервной системы. Ацетилхоли-нестеразу и ацетилхолин нашли также во фракции разных отделов мозга, иногда в большом количестве, но кроме холинэргического синапса на клетках Рэншоу пока не смогли идентифицировать остальные холинэргические синапсы. По словам ученых, медиаторная возбуждающая функция ацетилхолина в ЦНС весьма вероятна.

Кателхомины (дофамин, норадреналин и адреналин) считаются адренэргическими медиаторами. Адреналин и норадреналин синтезируются в окончании симпатического нерва, в клетке головного вещества надпочечника, спинного и головного мозга. Аминокислоты (тирозин и L-фенилаланин) считаются исходным веществом, а адреналин заключительным продуктом синтеза. Промежуточное вещество, в которое входят норадреналин и дофамин, тоже выполняют функцию медиаторов в синапсе, созданных в окончаниях симпатических нервов. Эта функция может быть либо тормозной (секреторные железы кишечника, несколько сфинктеров и гладкая мышца бронхов и кишечника), либо возбуждающей (гладкие мышцы определенных сфинктеров и кровеносных сосудов, в синапсе миокарда - норадреналин, в подкровных ядрах головного мозга - дофамин).

Когда завершают свою функцию медиаторы синапса, катехоламин поглощается пресинаптическим нервным окончанием, при этом включается трансмембранный транспорт. Во время поглощения медиаторов синапсы находятся под защитой от преждевременного истощения запаса на протяжении долгой и ритмичной работы.

Синапс: основные виды и функции

Лэнгли в 1892 году было предположено, что синаптическая передача у вегетативной ганглии млекопитающих не электрической природы, а химической. Через 10 лет Элиоттом было выяснено, что из надпочечников адреналин получается от того же воздействия, что и стимуляция симпатических нервов.

После этого предположили, что адреналин способен секретироваться нейронами и при возбуждении выделяться нервным окончанием. Но в 1921 году Леви сделал опыт, в котором установил химическую природу передачи в вегетативном синапсе среди сердца и блуждающих нервов. Он заполнил сосуды физиологическим раствором и стимулировал блуждающий нерв, создавая замедление сердцебиения. Когда жидкость перенесли из заторможенной стимуляции сердца в нестимулированое сердце, оно билось медленнее. Ясно, что стимуляция блуждающего нерва вызвала освобождение в раствор тормозящего вещества. Ацетилхолин целиком воспроизводил эффект этого вещества. В 1930 г. роль в синаптической передаче ацетилхолина в ганглии окончательно установил Фельдберг и его сотрудник.

Синапс химический

Химический синапс принципиально отличается передачей раздражения при помощи медиатора с пресинапса на постсинапс. Поэтому и образуются различия в морфологии химического синапса. Химический синапс более распространен в позвоночной ЦНС. Теперь известно, что нейрон способен выделять и синтезировать пару медиаторов (сосуществующих медиаторов). Нейроны тоже имеют нейромедиаторную пластичность - способность изменять главный медиатор во время развития.

Нервно-мышечный синапс

Данный синапс осуществляет передачу возбуждения, однако эту связь могут разрушить различные факторы. Передача заканчивается во время блокады выбрасывания в синаптическую щель ацетилхолина, также и во время избытка его содержания в зоне постсинаптических мембран. Множество ядов и лекарственных препаратов влияют на захват, выход, который связан с холинорецепторами постсинаптической мембраны, тогда мышечный синапс блокирует передачу возбуждения. Организм гибнет во время удушья и остановки сокращения дыхательных мышц.

Ботулинус - микробный токсин в синапсе, он блокирует передачу возбуждения, разрушая в пресинаптическом терминале белок синтаксин, управляемый выходом в синаптическую щель ацетилхолина. Несколько отравляющих боевых веществ, фармокологических препаратов (неостигмин и прозерин), а также инсектициды блокируют проведение возбуждения в нервно-мышечный синапс при помощи инактивации ацетилхолинэстеразы - фермента, который разрушает ацетилхолин. Поэтому идет накопление в зоне постсинаптической мембраны ацетилхолина, снижается чувствительность к медиатору, производится выход из постсинаптических мембран и погружение в цитозоль рецепторного блока. Ацетилхолин будет неэффективен, и синапс будет заблокирован.

Синапс нервный: особенности и компоненты

Синапс - это соединение места контакта среди двух клеток. Причем каждая из них заключена в свою электрогенную мембрану. Нервный синапс состоит из трех главных компонентов: постсинаптическая мембрана, синаптическая щель и пресинаптическая мембрана. Постсинаптическая мембрана - это нервное окончание, которое проходит к мышце и опускается внутрь мышечной ткани. В пресинаптической области имеются везикулы - это замкнутые полости, имеющие медиатор. Они всегда находятся в движении.

Подходя к мембране нервных окончаний, везикулы сливаются с ней, и медиатор попадает в синаптическую щель. В одной везикуле содержится квант медиатора и митохондрии (они нужны для синтеза медиатора - главного источника энергии), далее синтезируется из холина ацетилхолин и под воздействием фермента ацетилхолинтрансферразы перерабатывается в ацетилСоА).

Синаптическая щель среди пост- и пресинаптических мембран

В разных синапсах величина щели различна. наполнено межклеточной жидкостью, в которой имеется медиатор. Постсинаптическая мембрана накрывает место контакта нервного окончания с иннервируемой клеткой в мионевральном синапсе. В определенных синапсах постсинаптическая мембрана создает складку, возрастает контактная площадь.

Дополнительные вещества, входящие в состав постсинаптической мембраны

В зоне постсинаптической мембраны присутствуют следующие вещества:

Рецептор (холинорецептор в мионевральном синапсе).

Липопротеин (обладает большой схожестью с ацетилхолином). У этого белка присутствует электрофильный конец и ионная головка. Головка поступает в синаптическую щель, происходит взаимодействие с катионовой головкой ацетилхолина. Из-за этого взаимодействия идет изменение постсинаптической мембраны, затем происходит деполяризация, и раскрываются потенциально зависимые Na-каналы. Деполяризация мембраны не считается самоподкрепляющим процессом;

Градуален, его потенциал на постсинаптической мембране зависит от числа медиаторов, то есть потенциал характеризуется свойством местных возбуждений.

Холинэстераза - считается белком, у которого имеется ферментная функция. По строению она схожа с холинорецептором и обладает похожими свойствами с ацетилхолином. Холинэстеразой разрушается ацетилхолин, вначале тот, который связан с холинорецептором. Под действием холинэстеразы холинорецептор убирает ацетилхолин, образуется реполяризация постсинаптической мембраны. Ацетилхолином расщепляется до уксусной кислоты и холина, необходимого для трофики мышечной ткани.

При помощи действующего транспорта выводится на пресинаптическую мембрану холин, он используется для синтеза нового медиатора. Под воздействием медиатора меняется проницаемость в постсинаптической мембране, а под холинэстеразой чувствительность и проницаемость возвращается к начальной величине. Хеморецепторы способны вступать во взаимодействие с новыми медиаторами.

Вегетативные ганглии играют значительную роль в распределении и распространении проходящих через них нервных импульсов. Число нервных клеток в ганглиях в несколько раз (в верхнем шейном спмпатическом узле в 32 раза, в ресничном узле в 2 раза) больше числа приходящих к ганглию преганглионарных волокон. Каждое из этих волокон образует синапсы на многих клетках ганглия. Поэтому нервные импульсы, поступающие по преганглионарному волокну в ганглий, могут оказывать влияние на большое число постганглионарных нейронов и, следовательно, на еще большее число мышечных и железистых клеток иннервируемого органа. Таким образом, достигается расширение зоны влияния преганглионарных волокон.

Насколько широко распространяются нервные импульсы, поступающие по преганглионарным волокнам, показывает тот факт, что у собак к нескольким крупным органам брюшной полости: к поджелудочной железе, тонким кишкам, надпочечникам и почкам подходит в среднем все около 70 волокон блуждающего нерва. Это ограниченное число волокон блуждающего нерва через свои синаптические связи с внутриорганными нервными узлами и сплетениями обеспечивает парасимпатическую иннервацию всех перечисленных внутренних органов.

На каждом постганглионарном нейроне имеются синапсы, образованные многими преганглионарными волокнами. С этим связано явление пространственной суммации нервных импульсов. Если раздражать одно преганглионарное волокно стимулами допороговой силы, то в постгаиглионарных волокнах не возникает потенциалов действия.

Если же раздражать несколько преганглионарных волокон стимулами той же силы, какая применялась для раздражения одного волокна, то обнаруживают потенциалы действия в постганглионарных волокнах в результате пространственной .

В симпатических нервных узлах зоны влияния отдельных преганглионарных волокон частично перекрывают друг друга. Поэтому при одновременном раздражении двух пучков этих волокон обнаруживается явление : эффект одновременного сверхпорогового раздражения двух пучков преганглионарных волокон всегда меньше, чем арифметическая сумма эффектов, возникающих при раздельном раздражении этих же пучков волокон.

При раздражении преганглионарных нервных волокон отчетливо обнаруживаются также явления временной суммации нервных импульсов. Раздражение одиночным стимулом, как правило, не дает эффекта даже при большой силе раздражения. (Неспособность возбуждаться под влиянием одиночных стимулов, свойственная нейронам вегетативной нервной системы и многим нейронам центральной нервной системы, называют итеративностью.) В отличие от этого в ответ на раздражение ритмическими стимулами преганглионарных волокон в постганглионарных нейронах возникает возбужденно вследствие временной суммации постсинаптических возбуждающих потенциалов.

Одностороннее проведение нервных импульсов в межнейронных синапсах, перекрытие зон влияния отдельных входящих в узел преганглионарных волокон, наличие временной и пространственной суммации и окклюзии показывают, что структурная организация и свойства нейронов и синапсов ганглиев вегетативной нервной системы таковы же, как нейронов и синапсов центральной нервной системы.

Характерной особенностью нейронов вегетативной нервной системы является относительно редкий ритм геперируемых ими импульсов, который не превышает 10-15 импульсов в секунду. Так, максимальный ритм импульсов, проходящих по сосудосуживающим нервным волокнам, не бывает чаще 6-8 в секунду. Частый ритм возбуждений преганглионарных волокон, превышающий частоту естественных импульсов, возникающих в нейронах вегетативной нервной системы, частично блокируется в синапсах, и постганглионарный нейрон возбуждается в более редком ритме. Таким образом, обнаруживается трансформация ритма нервных импульсов. Частота стимуляции свыше 100 в секунду вызывает полную блокаду проведения через синапс.

Являются ли ганглии вегетативной нервной системы рефлекторными центрами, т. е. происходит ли в них замыкание рефлекторных дуг? Этот вопрос многократно дебатировался, но до сих пор по является окончательно выясненным. В пользу такой возможности приводится тот факт, что в нервных сплетениях в некоторых органах, в частности в ауэрбаховом сплетении в желудке и в кишечнике, имеются обнаруженные Л. С. Догелем два типа нервных клеток, отличающихся по своей структуре и контактирующих между собой. Однако достаточно убедительных доказательств не приведено в пользу того, что в ганглиях и сплетениях вегетативной нервной системы имеются рецепторные нейроны, приносящие возбуждения от рецепторов и здесь же передающие импульсы к эффекторным нейронам.

В вегетативных ганглиях и симпатического, и парасимпатического отделов медиатором является одно и то же вещество - ацетилхолин (Рис. 11.3). Этот же медиатор служит химическим посредником для передачи возбуждения от парасимпатических постганглионарных нейронов к рабочим органам. Основным медиатором симпатических постганглионарных нейронов является норадреналин.

Хотя в вегетативных ганглиях и в передаче возбуждения от парасимпатических постганглионарных нейронов на рабочие органы используется один и тот же медиатор, взаимодействующие с ним холинорецепторы не одинаковы. В вегетативных ганглиях с медиатором взаимодействуют никотин-чувствительные или Н-холинорецепторы. Если в эксперименте смочить клетки вегетативных ганглиев 0,5% раствором никотина, то они перестают проводить возбуждение. К такому же результату приводит введение раствора никотина в кровь экспериментальных животных и создание, тем самым, высокой концентрации этого вещества. В малой же концентрации никотин действует подобно ацетилхолину, т.е. возбуждает этот тип холинорецепторов. Такие рецепторы связаны с ионотропными каналами и при их возбуждении открываются натриевые каналы постсинаптической мембраны.

Холинорецепторы, находящиеся в рабочих органах и взаимодействующие с ацетилхолином постганглионарных нейронов, принадлежат к другому типу: они не реагируют на никотин, зато их можно возбудить малым количеством другого алкалоида - мускарина или блокировать высокой концентрацией этого же вещества. Мускарин-чувствительные или М-холинорецепторы обеспечивают метаботропное управление, в котором участвуют вторичные посредники, а вызываемые действием медиатора реакции развиваются медленнее и сохраняются дольше, чем при ионотропном управлении.

Медиатор симпатических постганглионарных нейронов норадреналин может связываться метаботропными адренорецепторами двух типов: a- или b, соотношение которых в разных органах не одинаково, что и определяет различные физиологические реакции на действие норадреналина. Например, в гладких мышцах бронхов преобладают b-адренорецепторы: действие медиатора на них сопровождается расслаблением мышц, что ведёт к расширению бронхов. В гладких мышцах артерий внутренних органов и кожи больше a-адренорецепторов и здесь мышцы под действием норадреналина сокращаются, что ведёт к сужению этих сосудов. Секрецию потовых желёз контролируют особые, холинэргические симпатические нейроны, медиатором которых является ацетилхолин. Есть сведения и о том, что артерии скелетных мышц тоже иннервируют симпатические холинэргические нейроны. Согласно другой точке зрения артерии скелетных мышц управляются адренэргическими нейронами, причём норадреналин действует на них через a-адренорецепторы. А тот факт, что при мышечной работе, всегда сопровождающейся повышением симпатической активности, артерии скелетных мышц расширяются, объясняют действием гормона мозгового вещества надпочечников адреналина на b-адренорецепторы

При симпатической активации адреналин в больших количествах выделяется из мозгового вещества надпочечников (следует обратить внимание на иннервацию мозгового вещества надпочечников симпатическими преганглионарными нейронами), и тоже взаимодействует с адренорецепторами. Это усиливает симпатическую реакцию, поскольку кровь приносит адреналин и к тем клеткам, вблизи которых нет окончаний симпатических нейронов. Норадреналин и адреналин стимулируют расщепление гликогена в печени и липидов в жировой ткани, действуя там на b-адренорецепторы. В сердечной мышце b-рецепторы намного чувствительнее к норадреналину, чем к адреналину, тогда как в сосудах и бронхах их легче активирует адреналин. Эти различия послужили основанием для разделения b-рецепторов на два типа: b1 (в сердце) и b2 (в других органах).

Медиаторы вегетативной нервной системы могут действовать не только на постсинаптическую, но и на пресинаптическую мембрану, где тоже имеются соответствующие рецепторы. Пресинаптические рецепторы используются для регуляции количества выделяемого медиатора. Например, при повышенной концентрации норадреналина в синаптической щели он действует на пресинаптические a-рецепторы, что приводит к уменьшению его дальнейшего выделения из пресинаптического окончания (отрицательная обратная связь). Если же концентрация медиатора в синаптической щели становится низкой, с ним взаимодействуют преимущественно b-рецепторы пресинаптической мембраны, а это ведёт к повышению выделения норадреналина (положительная обратная связь).

По такому же принципу, т.е. с участием пресинаптических рецепторов, осуществляется регуляция выделения ацетилхолина. Если окончания симпатических и парасимпатических постганглионарных нейронов оказываются поблизости друг от друга, то возможно реципрокное влияние их медиаторов. Например, пресинаптические окончания холинэргических нейронов содержат a-адренорецепторы и, если на них подействует норадреналин, то выделение ацетилхолина уменьшится. Таким же образом ацетилхолин может уменьшать выделение норадреналина, если присоединится к М-холинорецепторам адренэргического нейрона. Таким образом, симпатический и парасимпатический отделы конкурируют даже на уровне постганглионарных нейронов.

Очень многие лекарственные препараты действуют на передачу возбуждения в вегетативных ганглиях (ганглиоблокаторы, a-адреноблокаторы, b-блокаторы и т.д.) и поэтому широко применяются в медицинской практике для коррекции различного рода нарушений вегетативной регуляции.