Объект процесс нервная клетка передача возбуждения мышечная клетка

Теория по нормальной физиологии на тему: Синапс. Физиология мышечных волокон. В данной статье рассматривается механизм синаптической передачи, НМС…

При создании данной страницы использовалась лекция по соответствующей теме, составленная Кафедрой Нормальной физиологии БашГМУ

Синапс — это специфическое место контакта двух возбудимых систем (клеток) для передачи возбуждения.

По способу передачи сигналов:

• механические,
• химические,
• электрические.

По виду медиатора: холинэргические и др.

Нервно-мышечный синапс (НМС) — химический, передача с помощью медиатора ацетилхолина.

Синонимы к слову НМС:

• Нервно-мышечное соединение;
• Моторная концевая пластинка.

Аксоны нервных клеток на своих окончаниях теряют миелиновую оболочку , ветвятся, и концевые веточки аксона утолщаются. Это пресинаптическая терминаль или бляшка или пуговка , которая погружается в углубление на поверхности мышечного волокна.

Покрывающая концевую веточку аксона поверхностная мембрана называется пресинаптической мембраной , т.е. это мембрана, покрывающая поверхность синаптической бляшки (терминали аксона).

Мембрана, покрывающая мышечное волокно в области синапса, называется постсинаптической мембраной , или концевой пластинкой. Она имеет извитую структуру, образуя многочисленные складки, уходящие вглубь мышечного волокна, за счет чего увеличивается площадь контакта.

На постсинаптической мембране находятся белковые структуры — рецепторы , способные связывать медиатор . В одном синапсе количество рецепторов достигает 10-20 млн.

Между пре- и постсинаптическими мембранами находится синаптическая щель , размеры ее в среднем 50 нм, она открывается в межклеточное пространство и заполнена межклеточной жидкостью .

В синаптической щели находится мукополисахаридное плотное вещество в виде полосок, мостиков и содержится фермент ацетилхолинэстераза .

В пресинаптической терминали находится большое количество пузырьков или везикул , заполненных медиатором — химическим веществом посредником, осуществляющим передачу возбуждения.

В нервно-мышечном синапсе медиатор — ацетилхолин (АХ).

АХ синтезируется из холина и уксусной кислоты (ацетил-коэнзима А) с помощью фермента холинэстеразы. Эти вещества перемещаются из тела нейрона по аксону к пресинаптической мембране. Здесь в пузырьках происходит окончательное образование АХ.

3 фракции медиатора:

1. Первая фракция — доступная — располагается рядом с пресинаптической мембраной.
2. Вторая фракция — депонированная — располагается над первой фракцией.
3. Третья фракция — диффузно рассеянная — наиболее удаленная от пресинаптической мембраны.

Механизм синаптической передачи

Ионы Ca вызывают образование специального белкового комплекса , который включает в себя везикулу и структуры, расположенные непосредственно около пресинаптической мембраны.

Они связаны между собой так называемыми белками экзоцитоза.

Часть белков расположена на везикулах (синапсин, синаптотагмин, синаптобревин), а часть — на пресинаптической мембране (синтаксин, синапсо-ассоциированный белок). Данный комплекс получил название секретосома .

Излитию содержимого пузырька в щель способствует белок синаптопорин , формирующий канал, по которому идет выброс медиатора.

Квант медиатора — количество молекул, содержащихся в одной везикуле.

На 1 ПД выбрасывается 100 квантов АХ.

На постсинаптической мембране возникает потенциал концевой пластинки (ПКП). Он является аналогом локального ответа (ЛО).

Потенциал действия на постсинаптической мембране не возникает ! Он формируется на соседней мембране мышечного волокна.

• связывание с рецептором,
• разрушение ферментов (ацетилхолинэстеразой),
• обратное поглощение в пресинаптическую мембрану,
• вымывание из щели и фагоцитоз.

События в синапсе :

1. ПД приходит к терминали аксона;
2. Он деполяризует пресинаптическую мембрану;
3. Ca2+ входит в терминаль, что приводит к выделению АХ;
4. В синаптическую щель выделяется медиатор АХ;
5. Он диффундирует в щель и связывается с рецепторами постсинаптической мембраны;
6. Меняется проницаемость постсинаптической мембраны для ионов Na+;
7. Ионы Na+ проникают в постсинаптическую мембрану и уменьшают ее заряд — возникает потенциал концевой пластинки (ПКП) .

На самой постсинаптической мембране ПД возникнуть не может, так как здесь отсутствуют потенциалзависимые каналы, они являются хемозависимыми!

1. ПКП суммируются и достигают КУД на соседнем участке мышечного волокна, что приводит к возникновению ПД и его распространению по мышечному волокну (около 5 м/с).

Достигнув пороговой величины, то есть КУД, ПКП возбуждает соседнюю (внесинаптическую) мембрану мышечного волокна за счет местных круговых токов.

Особенности проведения возбуждения в нервно-мышечном синапсе

Одностороннее проведение возбуждения — только в направлении от пресинаптического окончания к постсинаптической мембране.

Суммация возбуждения соседних постсинаптических мембран.

Синаптическая задержка — замедление в проведении импульса от нейрона к мышце составляет 0,5-1 мс. Это время затрачивается на секрецию медиатора, его диффузию к постсинаптической мембране, взаимодействие с рецептором, формирование ПКП, их суммацию.

Низкая лабильность — она составляет 100-150 имп/с для сигнала, что в 5-6 раз ниже лабильности нервного волокна.

Чувствительность к действию лекарственных веществ, ядов, БАВ, выполняющих роль медиатора.

Утомляемость химических синапсов — выражается в ухудшении проводимости вплоть до блокады в синапсе при длительном функционировании синапса. Главная причина утомляемости — исчерпание запасов медиатора в пресинаптическом окончании.

Законы проведения возбуждения по нервам:

1. Закон функциональной целостности нерва.
2. Закон изолированного проведения возбуждения.
3. Закон двустороннего проведения возбуждения.

В зависимости от скорости проведения возбуждения нервные волокна подразделяются на 3 группы: A, B, C. В группе A выделяют 4 подгруппы: альфа, бетта, гамма и сигма.

Физиология мышечных волокон

• скелетная (40-50% массы тела),
• сердечная (менее 1%),
• гладкая (8-9%).

Физиологические свойства скелетных мышц:

1. Возбудимость — способность отвечать на действие раздражителя возбуждением.
2. Проводимость — способность проводить возбуждение из места его возникновения к другим участкам мышцы.
3. Лабильность — способность мышцы сокращаться в соответствии с частотой действия раздражителя (200-300 Гц для скелетной мышцы).
4. Сократимость — для мышцы является специфическим свойством — это способность мышцы изменять длину или напряжение в ответ на действие раздражителя.

Физические свойства скелетных мышц:

1. Растяжимость — способность мышцы изменять длину под действием растягивающей силы.
2. Эластичность — способность мышцы восстанавливать первоначальную длину или форму после прекращения действия растягивающей силы.
3. Силы мышц — способность мышцы поднять максимальный груз.
4. Способность мышцы совершать работу.

Режимы сокращения:

• Изотонический,
• Изометрический,
• Ауксотонический.

Изотонический режим — сокращение мышцы происходит с изменением ее длины без изменения напряжения (тонуса) (напр.: сокращение мышц языка).

Изометрический режим — длина постоянная, увеличивается степень мышечного напряжения (тонуса) (напр.: при поднятии непосильного груза).

Ауксотонический режим — одновременно изменяется длина и напряжение мышцы (характерен для обычных двигательных актов).

Механизм сокращения поперечно-полосатых мышц

Любая скелетная мышца состоит из мышечных волокон, которые, в свою очередь, состоят из множества тонких нитей — миофибрилл , расположенных продольно. Каждая миофибрилла состоит из протофибрилл — нитей сократительных белков: миозина (миозиновая протофибрилла), актина (актиновая протофибрилла).

Кроме сократительных белков в миофибрилле имеются два регуляторных белка: тропомиозин и тропонин .

Миозиновые волокна соединены в толстый пучок, от которого в торону актиновых нитей отходят поперечные мостики. У каждого мостика выделяют шейку и головку.

Нить актина располагается в виде 2 скрученных ниток бус. На ней имеются актиновые центры.

Тропомиозин в виде спиралей оплетает поверхность актина, закрывая в покое ее центры. Одна молекула тропомиозина контактирует с 7 молекулами актина.

Тропонин образует утолщение на конце каждой нити тропомиозина.

Под влиянием возникшего в мышечном волокне ПД из саркоплазматического ретикулума (СПР — депо Ca2+) высвобождаются ионы Ca. Кальций связывается с тропонином, который смещает тропомиозиновый стержень, что приводит к открытию актиновых центров.

В результате, к актиновым центрам присоединяются головки поперечных миозиновых мостиков.

Процесс расслабления происходит в обратной последовательности с использованием энергии АТФ за счет функционирования кальциевого насоса.

При отсутствии повторного импульса ионы Ca не поступают из СПР. В результате отсутствия Ca-тропонинового комплекса, тропомиозин возвращается на свое прежнее место, блокируя актиновые центры актина. Актиновые протофибриллы легко скользят в обратном направлении благодаря эластичности мышцы, и мышца удлиняется (расслабляется).

Гладкие мышцы

Гладкие мышцы — это мышцы, формирующие слой стенок полых внутренних органов. Они построены из веретенообразных одноядерных мышечных клеток без поперечной исчерченности за счет хаотичного расположения миофибрилл.

Особенности гладких мышц:

• Иннервируются волокнами вегетативной нервной системы (ВНС);
• Обладают низкой возбудимостью:
• Обладают низкой величиной МП (мембранного потенциала) — -50 — -60 мВ из-за более высокой проницаемости для ионов Na+
• ПД (потенциал действия) отличается меньшей амплитудой и большей длительностью. Он формируется в основном за счет ионов Ca2+
• Медленная проводимость:

Клетки в гладких мышцах функционально связаны между собой посредством щелевидных контактов — нексусов, которые имеют низкое электрическое сопротивление. За счет этих контактов ПД распространяется с одного мышечного волокна на другое, охватывая большие мышечные пласты, и в реакцию вовлекается вся мышца.

Гладкие мышцы способны осуществлять относительно медленные ритмические и длительные тонические сокращения.

Медленные ритмические сокращения обеспечивают перемещение содержимого органа из одной области в другую.

Длительные тонические сокращения, особенно сфинктеров полых органов, препятствуют выходу из них содержимого.

Это способность сохранять приданную им при растяжении или деформации форму. Благодаря пластичности гладкая мышца может быть полностью расслаблена как в укороченном, так и в растянутом состоянии.

Особенность гладких мышц, отличающая их от скелетных. Благодаря автоматии гладкие мышцы могут сокращаться в условиях отсутствия иннервации . Важную роль в этом играет растяжение.

Растяжение является адекватным раздражителем для гладкой мускулатуры. Сильное и резкое растяжение гладких мышц вызывает их сокращение.

Сравнительная характеристика скелетных и гладких мышц:

Мы рассмотрели механизмы передачи возбуждения в пределах одной клетки. Что же происходит, когда сигнал доходит до места контакта клетки с другой — нервной, мышечной или иной клеткой организма? Здесь целесообразно сделать небольшое историческое отступление. В начале XX в. крупнейший гистолог С. Рамон-и-Кахаль с помощью светового микроскопа выяснил, что нейроны в нервной ткани окрашиваются как отдельные клетки. Однако многие анатомы продолжали считать, что нервная система представляет собой сеть, в которой цитоплазматическое пространство отростков одной клетки напрямую сообщается с внутриклеточным объемом других клеток. Окончательно этот вопрос был разрешен в 40-х годах с появлением электронного микроскопа, когда были получены четкие данные о наличии мембраны вокруг нервных клеток и их окончаний, а также о существовании особых участков межнейронного взаимодействия, получивших название синапсов.

Прежде чем перейти к описанию структуры и функции синапсов, рассмотрим ситуацию, когда замкнутая клеточная мембрана нервного отростка примыкает к мембране сомы другой нервной клетки или к мембране мышечного волокна. Допустим, в мембране конца нервного отростка (аксона) в результате распространения возбуждения возник потенциал действия. Тогда согласно вышеописанной схеме (см. рис. 2.17) от этого участка через его мембрану и мембрану сомы другой клетки будут пассивно распространяться петли тока (рис. 2.19), деполяризуя мембрану сомы соседней клетки. При

Рис. 2.19. Схема электрического синапса:

стрелкой показано направление распространения потенциала действия в пресинаптическом нервном волокне достижении порогового значения в ней начнется регенеративный процесс повышения проводимости к ионам натрия и возникнет потенциал действия, который может проследовать дальше по отросткам клетки: Такое соединение называется электрический синапс.

Передача через электрический синапс электрического сигнала затруднена несовершенством кабельных свойств клеток. В частности, в том случае, если площадь контакта мембраны нервного волокна и сомы клетки сравнительно небольшая, например контактирует нервный отросток диаметром 5 мкм, общее электрическое сопротивление мембраны этого отростка и участка сомы клетки, к которому он примыкает, составляет миллиарды ом. В то же время сопротивление клеточной мембраны всей сомы клетки будет в несколько десятков раз меньше и сыграет роль короткого замыкания для тока, выходящего из концевой мембраны отростка.

Кроме того, ионный ток будет утекать через пространство между мембранами. Все это, несмотря на высокий фактор надежности — 5. 6 (отношение амплитуды потенциала действия к величине пороговой деполяризации), для потенциала действия чрезвычайно сильно ослабит выходящий из отростка ионный ток и передача возбуждения в этом участке не будет происходить. Для того чтобы передача функционировала более эффективно, необходимо увеличить площадь соприкосновения двух мембран, а также плотнее приблизить сами мембраны. Непосредственная электрическая передача была экспериментально обнаружена сначала на толстых (гигантских) волокнах ракообразных, а затем такие соединения были найдены и у позвоночных животных между нервными клетками в ЦНС, в гладких и сердечных мышцах. Отметим, что электрическая передача возбуждения имеет определенные преимущества. Поскольку ионный ток при такой передаче непосредственно течет из передающей (пресинаптической) клетки в воспринимающую (постсинаптическую) клетку без каких-либо промежуточных этапов, задержка при проведении возбуждения будет минимальная. Таким образом, электрическое проведение более удобно в тех случаях, когда необходимо быстро охватить возбуждением несколько нервных клеток. Вместе с тем в большинстве синапсов нервной и нервно-мышечной систем для передачи сигналов используются специальные химические вещества-посредники — медиаторы. Поскольку следующая часть данной главы посвящена изложению механизмов возбуждения в мышцах, здесь мы остановимся на синаптическом проведении через нервно-мышечный синапс или, как часто называют, через концевую пластинку скелетных мышц позвоночных. О строении и функции синапсов в ЦНС будет подробнее изложено в гл. 12.

Схематически последовательность событий, происходящих при передаче электрического сигнала через химический синапс, можно представить следующим образом (рис. 2.20). После возникно-

Рис. 2.20. Механизм передачи электрического сигнала через химический синапс

вения потенциала действия в пресинаптическом окончании мембрана его деполяризована. При этом помимо натриевых и калиевых каналов активируются (открываются) кальциевые каналы и в окончание из внешней среды входят ионы кальция. Повышение внутриклеточной концентрации кальция вызывает экзоцитоз везикул, наполненных медиатором (выброс из них медиатора). Содержимое везикул поступает во внеклеточное пространство, и часть молекул медиатора, диффундируя к постсинаптической мембране (мембрана мышечной клетки), связывается со специальными (рецепторными) участками этой мембраны. В результате происходит активация ее ионных каналов, связанных с этими молекулами. Движение по каналам соответствующих ионов по их электрохимическим градиентам порождает постсинаптический ток, под действием которого возникает деполяризующий постсинаптический потенциал мышечного волокна. Если этот потенциал превышает пороговый уровень, возникает потенциал действия. Из-за наличия химического звена проведение в химическом синапсе происходит медленнее, чем в электрическом. Однако химическая передача гибче электрической, поскольку с ее помощью легко может осуществляться как возбуждающее, так и тормозное действие. Кроме того, при активации постсинаптических каналов химическими агентами может возникать достаточно сильный ток, способный деполяризовать до порогового уровня крупные клетки. В связи с этим при химической передаче тонкие пресинаптические волокна могут возбуждать большие постсинаптические клетки.

Необходимо отметить, что принятию представленной схемы химической передачи предшествовали в течение шести десятилетий XX в. споры среди ученых о наличии химической передачи и медиаторов в нервно-мышечной системе организма. Первые прямые данные в пользу существования химического медиатора были получены в 20-е годы XX в. О. Леви. Он обнаружил, что при торможении работы сердца лягушки путем раздражения блуждающего нерва из сердца в кровь выделяется вещество, под действием которого частота сокращений сердца другой лягушки также уменьшается. В последующих работах было установлено, что этим веществом — медиатором является ацетилхолин (АцХ). В дальнейшем был обнаружен ряд других медиаторов, накоплено множество данных об их действии и химической природе.

Вернемся вновь к нервно-мышечному синапсу — концевой пластинке. На рисунке 2.21, Л представлено трехмерное изображение концевой пластинки. Она состоит из специализированных участков постсинаптической мембраны, являющейся частью мембраны мышечного волокна, окончания нервного волокна (окончания двигательного нерва — пресинаптической мембраны) и шванновских клеток. От окончания нерва отходят веточки толщиной около 2 мкм, каждая из которых лежит в продольном углублении мембраны мышечного волокна. Мембрана, выстилающая это углубление, с периодичностью 1. 2 мкм образует поперечные субнейрональные складки. В участках нервного окончания, расположенного непосредственно над этими складками, имеются так называемые активные зоны — поперечные участки с несколько утолщенной пресинаптической мембраной, над которыми скапливаются синаптические пузырьки. Пузырьки выделяются из активных зон путем экзоцитоза.

Выделение медиатора из пресинаптического окончания начинается под действием деполяризации этого окончания, вызванной потенциалом действия. Высвободившийся медиатор, в данном случае это АцХ, связывается с рецептором, т. е. со специальной белковой молекулой в постсинаптической мембране концевой пластинки, в результате чего на короткое время открываются каналы, через которые течет ионный ток.

Для выяснения природы ионов, обусловливающих синаптический ток, первоначально изменяли внеклеточные концентрации различных ионов и исследовали влияние этих изменений. Так, было обнаружено, что входящий синаптический ток в концевой пластинке является натриевым ионным током, причем он частично компенсируется выходящим калиевым током. Дальнейшие ис- слёдования показали, что через одни и те же каналы, активируемые в концевой пластинке АцХ, проходят ионы натрия и калия. Значит, эти каналы обладают меньшей избирательностью (селективностью), чем потенциалзависимые натриевые и калиевые каналы при деполяризации мембраны.

Мы уже подробно разбирали механизмы формирования мембранного потенциала в нервных и мышечных клетках и знаем, что

Рис. 2.21. Схема нервно-мышечного синапса (концевой пластинки) и ацетил- хо.1инактивируемого ионного канала:

А — трехмерная реконструкция нервно-мышечного синапса: / — терминальная часть нервного волокна; 2 —синаптические пузырьки; б—синаптические складки; 9— пальцеобразные выросты шванновской клетки; Б— продольный срез участка нервно-мышечного синапса: / — терминаль нервного волокна; 2—синаптические пузырьки; 3— пресинаптичсская мембрана; '/—постсинаптическая мембрана; 5—базальная мембрана; б—синаптическая складка; 7—активная зона; 8, 10 — мышечное волокно; Б а, р, 6, у — белковые субъединицы. На а-белковых субъединицах (одна субъединица не показана) находится участок связывания аиетилхолина (АцХ). Холинрсцегттор взаимодействует с белком цитоскелета (Ц) при изменении мембранной проницаемости для какого-либо иона мембранный потенциал согласно уравнению Голдмана (17) будет смещаться до нового уровня. Если проницаемость для данного иона увеличится, мембранный потенциал сместится ближе к равновесному потенциалу для этого иона. И наоборот, уменьшение проницаемости вызовет смещение в противоположную сторону от равновесного потенциала. В ответ на АцХ каналы концевой пластинки становятся одновременно проницаемы для ионов натрия и калия. При этом возникает смешанный ионный ток, под действием которого потенциал постсинаптической мембраны смещается к новому уровню, так называемому потенциалу реверсии, занимающему промежуточное положение между равновесными потенциалами для этих двух проникающих ионов и равному

10 мВ. В общем случае потенциал реверсии для ионных токов, переносимых двумя ионами, зависит от двух главных факторов: относительной проницаемости активированного канала для проникающих ионов; равновесных потенциалов для этих ионов, зависящих, в свою очередь, от их концентрационных градиентов. Постсинаптические каналы открываются на короткое время (на несколько мс), поскольку АцХ быстро подвергается ферментативному расщеплению ацетилхолинэстеразой (АцХЭ), которая располагается в области субнейрональных складок.

АцХ- активируемый канал. Успехи в совершенствовании методов молекулярной биологии, а также электрофизиологических методов позволили выделить, идентифицировать и изучить АцХ-ак- тивируемый канал — интегральный белок мышечной мембраны. АцХ-активируемый канал состоит из пяти белковых субъединиц, которые образуют трубчатую структуру с общей молекулярной массой около 250000. Канал выступает из мембраны с обеих сторон, причем над наружной ее поверхностью возвышается воронкообразная структура — вход в канал (см. рис. 2.21, В). Рецепторный участок канала состоит из двух белковых субъединиц и располагается на наружной поверхности мембраны. Каждая из белковых субъединиц содержит участок связывания АцХ. Если к этим двум участкам присоединяется АцХ, то канал с высокой вероятностью переходит из закрытого состояния в открытое и через него течет ионный ток.

В состояние покоя любая живая (нервная, мышечная, железистая, нервное волокно) клетка изнутри заряжена отрицательно, а снаружи положительно. Чтобы в этом убедиться подводят два электрода, к внешней мембране клетки, между ними измерительный прибор, который регистрирует ноль на экране – нет разницы потенциалов между двумя точками на мембране. Затем один электрод вводим внутрь, и касаемся внутренней поверхности мембраны, в результате получаем резкий скачок на экране прибора, показатели которого зависят от клетки, с которой проводится опыт, от –30 до -90 мВ. Вывод: есть разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностями мембраны.

Так заложено природой, что внутри клетки (с внутренней стороны мембраны) избыток ионов калия, концентрация ионов калия всегда больше в клетке, чем в окружающей среде. Каким же образом создается разница в потенциалах? Внутри калия много, снаружи калия мало, мембрана в состоянии покоя проницаема для ионов калия. Калий будет выходить из клетки, по законам диффузии. Энергия заложена в разнице концентраций, это происходит без затрат энергии. Калий (внутри он заряжен положительно) выходит из клетки, и выносит с собой положительный заряд, и теперь этот положительный заряд не выпускает калий. Создается равновесность потенциалов по калию, т. е. уравновешиваются две силы:

Первая - это диффузия, которая выталкивает калий из клетки,

Вторая – это электростатическая сила, не выпускает калий из клетки.

В каждой клетки свой равновесный потенциал.

Что можно очень легко изменить, чтобы мембранный потенциал стал меняться? - концентрацию калия в окружающей среде. Если мы увеличиваем концентрацию калия в окружающей среде, из клетки будет меньше выходить калия. Если уравняем концентрацию калия в клетке и в окружающей среде, клетка будет мертвой и ни к чему не способной.

При возбуждении:

Сначала меняется проницаемость мембраны для калия, и для натрия. Для калия проницаемость резко понижается, а для натрия резко возрастает. Если мы будем раздражать мембрану, то повышается проницаемость для натрия, натрий начинает входить в клетку. Теперь мембрана дэполяризуется, внутри у нас будет плюс, а снаружи минус, причем не до нуля.

После ответа на один стимул, мембрана должна вернуться в состояние покоя, чтобы ответить на другой стимул. Для чего нам нужен фермент, который разрушает медиатор? Медиатор возбуждает мембрану постсинаптическую, он должен быть разрушен для восстановления в клетке состояния покоя. Состояние покоя восстанавливается через процесс реполяризации. Этот процесс возникает потому, что инактивируются натриевые каналы. Сначала они закрыты, потом они открыты, а на пике деполяризации они инактивируются, т.е. они не могут дальше открываться. В этот момент открывается канал для калия, калий выходит из клетки и восстанавливается исходный мембранный потенциал. Количество каналов подсчитано, структура их определена за счет блокаторов: -калиевые каналы блокируются тетроэтиламонием, в результате не будет процесса рэполяризации;

-натриевые каналы блокируются – тетродотоксином, в результате не возникает потенциал действия при раздражении мембраны.

При раздражении возникает потенциал действия, который обычно называем или возбуждение, или сигнал, или биопотенциал. При слабом раздражении может открыться недостаточное количество каналов для натрия, т.е. есть критический уровень деполяризации (КУД) или порог. Например на мышцу наносим стимул, а мышца не сокращается, там происходит локальная деполяризация, которая не приводит к сокращению мышцы, локальный процесс дэполяризации не достигает КУД.

Если натрий в состоянии возбуждения входит в клетку, в итоге в клетке повысится концентрация натрия. Если калий уходит из клетки, в итоге в клетке понизится концентрация калия. У нас нарушится та исходная разность концентраций, которая обеспечивает и потенциал покоя и потенциал действия. Калиево-натриевый насос – это белковая молекула, их задача перекачивать калий в клетку, а натрий из клетки, т. е. он работает против концентрационного грэдиента. В этом случае необходима энергия, АТФ. Если мы энергию заблокируем, то насосы работать не будут. Постепенно будет накапливаться в наружной среде калий, во внутренней – натрий, и мышечное волокно постепенно перестает работать.

По отношению к нервной клетке.

Как происходит передача возбуждения при осуществлении движения. Мотонейрон, его аксон выходит из передних рогов, подходит к скелетной мышце. Каждое отдельное нервное волокно иннервирует отдельное мышечное волокно, к мышце подходит целый нерв, который ее иннервирует. Аксонная терминаль, везикулы, в которых содержится ацетилхолин. Именно работая с мотонейронами, Дейл сформулировал свой принцип:

Доказательство ниже. Рисуем: мотонейрон, миэлиновая оболочка, аксонная терминаль. Доказано, что в аксонной терминале выделяется ацетилхолин. Действительно это медиатор? Нужно было найти фермент, который синтезирует ацетилхолин – нашли, и нашли фермент, который разрушает ацетилхолин - это холинэкстераза. Ацетилхолин выделился, провзаимодействовал с Н-холинорецепторами, и дальше происходит возбуждение мышечного волокна. Окончание мотонейрона, мышечное волокно. Постсинаптическая мембрана в невромышечном синаптическом контакте имеет сложное строение для увеличения площади. В постсинаптической мембране содержатся Н-холинорецепторы, ацетилхолин взаимодействует с Н-холинорецепторами в результате чего мышечное волокно обязательно сокращается.

В постсинаптической мембране возникают процессы, результат мы видим – мышечное волокно сократилось. Для того, чтобы Мышечное волокно сократилось в нем тоже должен возникнуть потенциал действия. Вначале возникают потенциалы концевой пластинки ПКП – это маленькие деполяризации. Выделяется медиатор, сначала возникает один ПКП, другой ПКП … Они суммируются и обязательно достигают критического уровня деполяризации, и обязательно возникает потенциал действия.

Цепочка: … потенциал действия в нервном волокне, выделяется медиатор, взаимодействует с Н-холинорецепторами, возникает потенциал в концевой пластинке, они суммируются между собой потенциалы концевой пластинки, все вместе достигают критического уровня деполяризации, в ответ на это возникает потенциал действия в мышечной мембране, мышечное волокно сокращается.

Если потенциал действия не распространяется по аксону мотонейрона. В этом случае выделяются квантомедиаторы, т. е выделяется чуть-чуть ацетилхолина. Никогда не бывает, чтобы мотонейрон был абсолютно заторможен. Даже при самом большом расслабления мышцы чуть-чуть сокращены, есть такой тонус мускулатуры. Когда у нас потенциал действия не приходит, в постсинаптической мембране возникает миниатюрные потенциалы – это маленькая деполяризация, которая не вызывает потенциал действия. Если ацетилхолин выделился, деполяризация все равно должна возникнуть, но эти миниатюрные потенциалы, даже если суммируются, они не могут вызвать такую деполяризацию, чтобы у нас лавинообразно натрий пошел в клетку.

Это то, что происходит на постсинаптической мембране мышечного волокна, а что в нервной клетке происходит?

Нервная клетка, сюда приходит по аксону потенциал действия, после чего выделился медиатор. Если пришел сигнал только по одному, двум, трем аксонам к одной нервной клетке, с ней ничего не произойдет. Потому, что на теле одного аксона заканчиваются до тысячи окончаний других нервных клеток. Мембрана дэполяризуется, но деполяризация возникает и угасает. Такая деполяризация называется ВПСП – возбуждающий постсинаптический потенциал.

В нервной клетке, в нервном волокне, мышечном волокне есть такое явление как рефрактерность, т. е. если нервное волокно возбудилось, то при повторном сигнале оно уже не возбудимо, т. е. натриевые каналы больше уже раскрываться не могут. Самый большой рефрактэрный период был обнаружен у сердечной мышцы. Сердце сокращается затем расслабляется, естественно находится в состоянии невозбудимости, которое необходимо, чтобы закончилась одна систула, после этого миокарт должен прийти в такое состояние, чтобы снова возбуждаться. Для сердца нужны ритмичные сокращение – расслабление, поэтому у сердца самый большой рефрактэрный период. Меньше рефрактерный период у скелетных мышц. Самый маленький рефрактэрный период у нервных волокон, которое возбуждаются с частотой 400 импульсов в сек.

Есть период рефрактерности т. е невозбудимости. Например, придет важный сигнал, а клетка в состоянии рефрактэрности. Поэтому не любой сигнал вызывает возбуждение нервной клетки. Если к большому числу возникают стимулы, в результате процесса суммации деполяризация достигает критического уровня и в клетке возникает потенциал действия.

Суммация может быть пространственной, а может быть временной.

Пространственная возникает тогда когда ВПСП возникает на большей части мембраны нервного волокна.

Временная возникает при повышении частоты раздражающих стимулов, когда следующий стимул приходит, а предыдущие еще не успели угаснуть.

Рефрактэрный период начинается с точки ____. Потенциал действия – это процесс возбуждения, процесс дэполяризации, и ВПСП – это тоже процесс деполяризации.

Разница между потенциалом действия и ВПСП:

- потенциал действия возникает по закону все или ничего, т е если раздражающий стимул достиг порога то потэнциал обязательно возникает и уже не меняется .

- ВПСП – градуальный процесс, он зависит от количества медиаторов.

- Задача потенциала действия, если он возник дальше распространяться.

- ВПСП – это локальный процесс.

- ВПСП, ПКП суммируются

- Потенциалы действия суммироваться не могут.

У мотонейрона, пока миэлиновая оболочка не началась, где-то около сомы, как правило, есть веточка – коллотераль, из нее тоже выделяется ацетилхолин. Отсюда ДЕЙЛ сделал вывод, что в каждом нейроне вырабатывается только один медиатор. В ЦНС существуют медиаторные системы, в каждой из которых вырабатывается свой медиатор, если вырабатывается ацетилхолин – холинэргическая и т. д.

ГАМэрбическая система – тормозная система в мозге. Что происходит при торможении? Если выделяется тормозный медиатор, например гамаминомаслянная кислота приводит к тому что в клетку начинает входить хлор. В результате увеличится разность потенциалов между внутренней и внешней поверхностью, возникает гиперполяризация мембраны. Возникает ТПСП – тормозные постсинаптические потенциалы. Они тоже обладают свойством суммации, они также локальны, как и ВПСП. Когда возникает ТПСП, порог возбудимости резко повышается, а возбудимость понижается.

Критика принципа ДЕЙЛА

В гипоталамусе обнаружили нейросекреторные клетки, в которых содержатся нейропептиды: статины и либерины. Они выполняют свою эндокринную функцию, статины тормозят выработку гормонов в гипофизе, либерины – усиливают. Эти же нейропептиды были найдены во многих других нервных клетках ЦНС. Потом оказалось, что нейропептиды синтезируются еще и в кишечнике, и в желудке. Последнее, что подвергло сомнению принцип ДЕЙЛА,

было обнаружено: парасимпатическая нервная систем иннервирует слюнные железы, здесь находится ацетилхолин, который усиливает выработку слюнных желез. Здесь же находится вазоинтеспинальный пептид (ВИП), который сначала был обнаружен в кишечнике у свиньи – его задача расширять сосуды в кишечнике. Потом его обнаружили в окончаниях парасимпатической нервной системы вместе с ацетилхолином. Оказалось, что на самом деле в одной аксонной терминале могут сосуществовать в основном классические медиаторы с нейропептидами. Зачем это сосуществование? Эти нейропептиды являются модуляторами – они видоизменяют эффекты классических медиаторов. Каким образом:

1) Повышают чувствительность пре- и пост- синаптической мембраны к медиатору;

2) Усиливают синтез медиатора в аксонной терминале

3) Ускоряют выброс медиатора из аксонной терминали

4) Удлиняют действие медиатора, замедляют его разрушение

5) Оказывают внесинаптическое действие, выходят за пределы синаптического контакта, например, расширяют кровеносные сосуды как ВИП

Эти модуляторы, обладают признаками медиаторов, но не в полной степени, или рецептора нет, или плохо выделяются из аксонной терминали, или мы чего- то не знаем.

И вот эти вещества, которые сосуществуют с классическими медиаторами, их в настоящее время порядка 50-ти, называются кандидаты в медиаторы.

Что с чем сосуществует:

Ацетилхолин + ВИП + люлиберин (лю-гормон, ускоряет процессы в половых железах)

Норадреналин + соматостатин (нейропептид, который тормозит выработку соматотропного гормона роста)

Серотонин + тиролиберин (Тирелоидная железа, там тироксин вырабатывается) + энкефалин

Гаммааминомаслянная кислота ГАМК + дофамин + серотонин + энкефалин

Дофамин и серотонин – классические медиаторы.

Рисуем последнюю схему:

Аксонная терминаль , классический медиатор , нейропептид , постсинаптическая мембрана , где рецептор к нейропептиду, и рецептор к классическому медиатору. Кроме того, есть рецептор и в пресинаптической мембране, потому, что некоторые медиаторы выходят в синаптическую щель, а потом захватываются обратно, чтобы их сохранить. Нейропептид усиливает скорость прохождения медиатора через пресинаптическую мембрану, усиливает синтез классического медиатора, и повышает чувствительность рецептора в постсинаптической мембране к классическому медиатору.