Особенности химического состава нервной ткани

Специфику нервной ткани определяет гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). ГЭБ имеет избирательную проницаемость для различных метаболитов, а также способствует накоплению некоторых веществ в нервной ткани. Например, в нервной ткани на долю глутамата и аспартата приходится примерно 70-75% от общего количества аминокислот. Таким образом, внутренняя среда нервной ткани намного отличается по химическому составу от других тканей.

Липиды нервной ткани и их функции

Большая часть липидов нервной ткани находится в составе плазматических и субклеточных мембран нейронов и в миелиновых оболочках. В нервной ткани по сравнению с другими тканями организма содержание липидов очень высокое.

Особенность липидного состава нервной ткани: есть фосфолипиды (ФЛ), гликолипиды (ГЛ) и холестерин (ХС), нет нейтральных жиров. Эфиры холестерина можно встретить только в участках активной миелинизации. Сам холестерин синтезируется интенсивно только в развивающемся мозге. В мозге взрослого человека низка активность ГМГ-КоА-редуктазы - ключевого фермента синтеза холестерина. Содержание свободных жирных кислот в мозге очень низкое.

Липиды нервной ткани выполняют следующие функции:

1. Структурная: входят в состав клеточных мембран нейронов.

2. Функция диэлектриков (обеспечивают надежную электрическую изоляцию).

3. Защитная. Ганглиозиды являются очень активными антиоксидантами - ингибиторами перекисного окисления липидов (ПОЛ). При повреждении ткани мозга ганглиозиды способствуют ее заживлению.

4. Регуляторная. Фосфатидилинозиты являются предшественниками биологически активных веществ.

Метаболизм углеводов и особенности энергетического обеспечения нервной ткани.

В нервной ткани, составляющей только 2% от массы тела человека, потребляется 20% кислорода, поступающего в организм. При этом энергетические возможности нервной ткани ограничены.

1. Основной путь получения энергии - только аэробный распад глюкозы. Глюкоза является почти единственным энергетическим субстратом, поступающим в нервную ткань, который может быть использован ее клетками для образования АТФ.

2. Проникновение глюкозы в ткань мозга не зависит от действия инсулина, который не проникает через гематоэнцефалический барьер. Влияние инсулина проявляется лишь в периферических нервах.

3. Постоянный и непрерывный притокглюкозы и кислорода из кровеносного русла является необходимым условием энергетического обеспечения нервных клеток. Жесткая зависимость от поступления глюкозы обусловлена тем, что содержание гликогена в нервной ткани очень мало (0,1% от массы мозга) и не может обеспечить мозг энергией даже на короткое время. С другой стороны, окисления неуглеводных субстратов с целью получения энергии не происходит. Поэтому при гипогликемии и/или даже кратковременной гипоксии в нервной ткани образуется мало АТФ. Следствием этого являются быстрое наступление коматозного состояния и необратимых изменений в ткани мозга.

4. Высокая скорость потребления глюкозы нервными клетками обеспечивается, в первую очередь, работой высокоактивной гексокиназы мозга. Она обладает в 20 раз большей активностью, чем соответствующий изофермент печени и мышц.

5. Образование НАДФН₂, который используется в нервной ткани в основном для синтеза жирных кислот и стероидов, обеспечивается сравнительно высокой скоростью протекания ПФЦ.

Энергия АТФ в нервной ткани используется неравномерно во времени. Так же, как и скелетные мышцы, функционирование нервной ткани сопровождается резкими перепадами в потреблении энергии. Резкое повышение энергозатрат происходит при очень быстром переходе от сна к бодрствованию. Поэтому существует еще одна особенность:

6. Образование креатинфосфата. Он обладает способностью удерживать макроэргические связи:

Эта реакция полностью обратима, ее направление зависит от соотношения АТФ/АДФ в клетках нервной ткани. Во время сна накапливается фосфокреатин. Переход к бодрствованию приводит к резкому уменьшению концентрации АТФ - равновесие реакции сдвигается влево, то есть образуется АТФ.

Структурно-функциональная единица нервной ткани — нейрон — связана с помощью дендритов и аксонов с такими же клетками и клетками других типов (секреторными, мышечными), разделенными синоптическими щелями. Связь между клетками осуществляется путем передачи сигнала от тела нейрона по аксону до синапса. В синоптическую щель выделяется вещество-медиатор. Медиатор вступает в связь с рецепторами на другой стороне синоптической щели, что обеспечивает восприятие сигнала и генерацию нового сигнала в клетке-акцепторе.

Функции нервной ткани.

1. Обеспечение связи с окружающей средой и осуществление адаптации к изменяющимся условиям внешней среды - генерация электрического сигнала (нервного импульса).

2. Осуществление высшего уровня регуляции метаболизма - проведение нервного импульса.

3. Запоминание и хранение информации.

4. Формирование эмоций и поведения.

5. Мышление.

Особенности химического состава.

Нервная ткань состоит из трех клеточных элементов: нейронов (нервные клетки), нейроглии (системы клеток), окружающие нервные клетки в головном и спинном мозге и глиальных макрофагов. Нейроны сосредоточены в сером веществе (60-65% от вещества головного мозга). Белое вещество ЦНС и периферические нервы состоят главным образом из элементов нейроглии и их производного – миелина.

Указанные отделы мозга различаются по количеству составляющих его веществ.

Химический состав от серого и белого вещества головного мозга человека (в процентах от сырой массы)

Составные части

Серое вещество

Белое вещество

белки

липиды

минеральные вещества

Особенности метаболизма нервной ткани

В состав нервной ткани входят высоколабильные вещества, изменяющиеся при раздражении.

Эта ткань интенсивно омывается кровью, что сопровождается высокой интенсивностью обмена веществ.

В связи с вышеуказанным, для нервной ткани характерна высокая интенсивность дыхания (в 20 раз больше, чем в мышцах). Масса мозга составляет 2-3 % от массы тела, а потребление кислорода составляет 20-25% от всего потребляемого кислорода.

4. Метаболизм нервной ткани определяется наличием гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), обладающего избирательной проницаемостью для различных метаболитов и способствующего накоплению некоторых веществ в нервной ткани. Например, в нервной ткани на долю глутамата и аспартата приходится примерно 70-75% от общего количества аминокислот.

Функции липидов нервной ткани:

- структурная: входят в состав клеточных мембран нейронов;

- диэлектрическая: обеспечивают надежную электрическую изоляцию;

- защитная: ганглиозиды — активные антиоксиданты — ингибиторы перекисного окисления липидов (ПОЛ). При повреждении ткани мозга ганглиозиды способствуют ее заживлению;

- регуляторная: фосфатидилинозиты — предшественники БАВ (биологически активные вещества) , рецепторы гормонов.

Большая часть липидов нервной ткани находится в составе плазматических и субклеточных мембран нейронов и в миелиновых оболочках. В нервной ткани содержание липидов очень высокое.

Особенностью нервной ткани является использование липидов в качестве пластического (структурного) материала, в то время как в других тканях эту функцию выполняют белки. Липиды представлены цереброзидами, ганглиозидами, сфингомиелинами, плазмалогенами, фосфатидилсеринами, фосфатидилхолинами, фосфатидилинозитами, фосфатидилэтаноламинами и холестерином. Миелиновые мембраны имеют 3 слоя белка и 2 слоя липидов, в которые входят фосфатидилсерин, цереброзиды, сфингомиелины и холестерин. Причем в каждом липидном слое миелиновой оболочки 5 слоев, 2 из которых холестерин, содержание которого достигает до 30%. Доказательством пластической роли липидов является замедленный обмен ВЖК в нервной ткани по сравнению с другими тканями организма.

Особенность липидного состава нервной ткани: есть фосфолипиды (ФЛ), гликолипиды (ГЛ) и холестерин (ХС), нет нейтральных жиров. Эфиры холестерина встречаются только в участках активной миелинизации. Сам холестерин синтезируется интенсивно только в развивающемся мозге. В мозге взрослого человека низка активность ОМГ-КоА-редуктазы — ключевого фермента синтеза холестерина. Содержание свободных жирных кислот в мозге очень низкое.

Некоторые нейромедиаторы после взаимодействия со специфическими рецепторами изменяют свою конформацию и конформацию фосфолипазы С, катализирующей расщепление связи в фосфатидилинозите между глицерином и остатком фосфата, в результате чего образуются фосфоинозитол и диацилглицерин — регуляторы внутриклеточного метаболизма.

Диацилглицерин активирует протеинкиназу С, фосфоинозитол повышает концентрацию Са 2+ . Ионы кальция влияют на активность внутриклеточных ферментов и участвуют в работе сократительных элементов нервных клеток: микрофиламентов, обес­печивая передвижение различных веществ в теле нервной клетки, аксоне и растущем кончике аксона. Протеинкиназа С участвует в реакциях фосфорилирования белков внутри нервных клеток.

Липиды постоянно обновляются. Скорость их обновления различна, но в целом низка. Синтез цереброзидов и ганглиозидов протекает с большой скоростью в развивающемся мозге в период миелинизации. У взрослых почти все цереброзиды (до 90%) находятся в миелиновых оболочках, а ганглиозиды — в нейронах.

Химический состав нервной ткани сложен и неоднороден. В сером веществе 77 -81% воды, в белом-70%. Содержание белков в нервной ткани меньше, чем в некоторых других тканях (печень, мышцы). Их больше в сером веществе и меньше в периферических нервах. В нервной ткани содержится больше сложных белков: липопротеины (миелиновые оболочки), фосфопротеины, нуклеопротеины (днп, рнп), гликопротеины (нейрокератин). Липидов в сером веществе 25%, в белом веществе 50%. фосфолипиды (до 50%) - плазмоген ацетальфосфатиды. гликолипиды - цереброзиды, ганглиозиды. Холестерин (25%) в свободном виде. Минеральные вещества представлены катионами калия, натрия, кальция, магния, железа, меди, цинка, в качестве анионов выступают анионы белков и фосфаты.

Центральной функциональной клеткой нервной ткани является нейрон, который связан с помощью дендритов и аксонов с такими же клетками и клетками других типов, например, с секреторными и мышечными клетками. Клетки разделены синаптическими щелями. Связь между клетками осуществляется путем передачи сигнала. Сигнал проходит от тела нейрона по аксону до синапса. В синаптическую щель выделяется вещество – медиатор. Медиатор вступает в связь с рецепторами на другой стороне синаптической щели. Это обеспечивает восприятие сигнала и генерацию нового сигнала в клетке – акцепторе.

К функциям нервной ткани относятся: генерация электрического сигнала (нервного импульса); проведение нервного импульса; запоминание и хранение информации; формирование эмоций и поведения; мышление.

Специфику нервной ткани определяет гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Гематоэнцефалический барьер имеет избирательную проницаемость для различных метаболитов, а также способствует накоплению некоторых веществ в нервной ткани. Таким образом, нервная ткань отличается по химическому составу от других тканей.

Большая часть липидов нервной ткани находится в составе плазматических и субклеточных мембран нейронов и в миелиновых оболочках. В нервной ткани по сравнению с другими тканями организма содержание липидов очень высокое. В липидный состав нервной ткани входят: фосфолипиды, гликолипиды и холестерин и нет нейтральных жиров. Эфиры холестерина находятся только в участках активной миелинизации. Сам холестерин синтезируется интенсивно только в развивающемся мозге. В мозге взрослого человека низка активность ГМГ-КоА-редуктазы – ключевого фермента синтеза холестерина. Содержание свободных жирных кислот в мозге очень низкое.

Функции липидовнервной ткани: 1. Структурная. Липиды входят в состав клеточных мембран нейронов. 2. Функция диэлектриков. 3. Защитная. Ганглиозиды являются активными антиоксидантами – ингибиторами перекисного окисления липидов. При повреждении ткани мозга ганглиозиды способствуют ее заживлению. 4. Регуляторная. Фосфатидилинозиты являются предшественниками биологически активных веществ.

Нервные клетки не делятся, следовательно, в них не происходит синтез ДНК. Однако содержание РНК в них самое высокое по сравнению с клетками остальных тканей организма. Скорость синтеза РНК тоже очень велика. В клетках нервной ткани не могут синтезироваться пиримидины, т.к. в нервной ткани отсутствует фермент карбамоилфосфатсинтетаза. Пиримидины обязательно должны поступать из крови – гематоэнцефалический барьер для них проницаем. Гематоэнцефалический барьер легко проницаем и для пуриновых мононуклеотидов, но, в отличие от пиримидиновых, они могут синтезироваться в нервной ткани.

Нуклеиновые кислоты в нервной ткани обеспечивают хранение и передачу генетической информации и ее реализацию при синтезе клеточных белков. В нервной ткани, составляющей только 2% от массы тела человека, потребляется 20% кислорода, поступающего в организм, при этом энергетические возможности нервной ткани ограничены.

Метаболизм углеводов.Основной путь получения энергии – только аэробный распад глюкозы. Глюкоза является почти единственным энергетическим субстратом, поступающим в нервную ткань, который может быть использован ее клетками для образования АТФ. Проникновение глюкозы в ткань мозга не зависит от действия инсулина, который не проникает через гематоэнцефалический барьер. Влияние инсулина проявляется лишь в периферических нервах. Содержание гликогена в нервной ткани ничтожно и не может обеспечить мозг энергий даже на короткое время. С другой стороны, окисления неуглеводных субстратов с целью получения энергии не происходит. Поэтому при гипогликемии и/или даже кратковременной гипоксии в нервной ткани образуется мало АТФ. Следствием этого является быстрое наступление коматозного состояния и необратимые изменения в ткани мозга.

Высокая скорость потребления глюкозы нервными клетками обеспечивается, в первую очередь, работой высокоактивной гексокиназы мозга. В отличие от других тканей, здесь гексокиназа не является ключевым ферментом всех путей метаболизма глюкозы. Ключевыми ферментами являются фосфофруктокиназа и изоцитратдегидрогеназа.

Образование НАДФН₂, который используется в нервной ткани в основном для синтеза жирных кислот и стероидов, обеспечивается сравнительно высокой скоростью протекания пентозофосфатного пути распада глюкозы.

Функционирование нервной ткани сопровождается резкими перепадами в употреблении энергии. Резкое повышение энергозатрат происходит при очень быстром переходе от сна к бодрствованию. Во время сна накапливается креатинфосфат. Переход к бодрствованию приводит к резкому уменьшению концентрации АТФ. Происходит образование АТФ из креатинфосфата.

Метаболизм аминокислот и белков. Ткань мозга интенсивно обменивается аминокислотами с кровью. Для этого существуют специальные транспортные системы - две для незаряженных аминокислот и еще несколько - для аминокислот, заряженных положительно и отрицательно. До 75% от общего количества аминокислот нервной ткани составляют аспартат и глутамат, а также продукты их превращения или вещества, синтезированные с их участием (глутамин, ацетильные производные, глутатион, ГАМК и др.). Глутаминовая кислота связана большим числом реакций с промежуточными метаболитами ЦТК (энергетическая функция). Глутамат (вместе с аспартатом) принимает участие в реакциях дезаминирования других аминокислот и временном обезвреживании аммиака. Из глутамата образуется нейромедиатор ГАМК. Он принимает участие в синтезе глутатиона – одного из компонентов антиоксидантной системы организма.

Образуется глутамат из своего кетоаналога - α-кетоглутаровой кислоты в ходе реакции трансаминирования. Большое расходование α-кетоглутаровой кислоты восполняется за счет превращения аспарагиновой кислоты в метаболит ЦТК - оксалоацетат.

Образующаяся из глутамата ГАМК в результате нескольких реакций может быть превращена снова в оксалоацетат. Так образуется ГАМК-шунт, имеющийся в тканях головного и спинного мозга. Поэтому в этих тканях содержание ГАМК, как промежуточного метаболита циклического процесса, значительно выше, чем в остальных. На образование ГАМК здесь используется до 20% от общего количества глутамата.

Остальные пути метаболизма аминокислот сходны с имеющимися в других тканях. Ткань мозга способна синтезировать заменимые аминокислоты, как и другие ткани. До сих пор непонятным остается наличие в мозге почти полного набора ферментов орнитинового цикла, не содержащего карбамоилфосфатсинтазы, из-за чего мочевина здесь не образуется.

131. Химические основы возникновения и проведения нервных импульсов. Холинергические и адренергические синапсы. Нейромедиаторы; их структура, роль, образование и превращения.

Нейромедиаторы – это вещества, которые характеризуются следующими признаками: - накапливаются в пресинаптической мембране в достаточной концентрации; - освобождаются при передаче импульса; - вызывают после связывания с постсинаптической мембраной изменение скорости метаболических процессов и возникновение электрического импульса; - имеют систему для инактивации или транспортную систему для удаления из синапса продуктов гидролиза.

Нейромедиаторы играют важную роль в функционировании нервной ткани, обеспечивая синаптическую передачу нервного импульса. Их синтез происходит в теле нейронов, а накопление в особых везикулах, которые постепенно перемещаются с участием систем нейрофиламентов и нейротрубочек к кончикам аксонов. К нейромедиаторам относятся производные аминокислот: таурин, норадреналин, дофамин, ГАМК, глицин, ацетилхолин, гомоцистеин и некоторые другие (адреналин, серотонин, гистамин), а также нейропетиды.

Холинэргические синапсы

Ацетилхолин синтезируется из холина и ацетил-КоА. Для синтеза холина требуются аминокислоты серин и метионин. Но, как правило, из крови в нервную ткань поступает уже готовый холин. Ацетилхолин участвует в синаптической передаче нервного импульса. Он накапливается в синаптических пузырьках, образуя комплексы с отрицательно заряженным белком везикулином Передача возбуждения с одной клетки на другую осуществляется с помощью специального синаптического механизма.

Рис. 22. Холинэргический синапс

Необратимое ингибирование ацетилхолинэстеразы вызывает смерть. Ингибиторами фермента являются фосфорорганические соединения. Смерть наступает в результате остановки дыхания. Обратимые ингибиторы ацетилхолинэстеразы используются как лечебные препараты, например, при лечении глаукомы и атонии кишечника.

Адренэргические синапсывстречаются в постганглионарных волокнах, в волокнах симпатической нервной системы, в различных отделах головного мозга. Медиаторами в них служат катехоламины: норадреналин и дофамин. Катехоламины в нервной ткани синтезируются по общему механизму из тирозина. Ключевой фермент синтеза – тирозингидроксилаза, ингибируемая конечными продуктами.

Рис. 23. Адренэргический синапс

Норадреналин – медиатор в постганглионарных волокнах симпатической системы и в различных отделах ЦНС.

Дофамин – медиатор проводящих путей, тела нейронов которого расположены в отделе мозга. Катехоламины, как и ацетилхолин, накапливаются в синаптических пузырьках и тоже выделяются в синаптическую щель при поступлении нервного импульса. Но регуляция в адренергическом рецепторе происходит иначе. В пресинаптической мембране имеется специальный регуляторный белок – ахромогранин, который в ответ на повышение концентрации медиатора в синаптической щели связывает уже выделившийся медиатор и прекращает его дальнейший экзоцитоз. Фермента, разрушающего медиатор, в адренергических синапсах нет. После передачи импульса молекулы медиатора перекачиваются специальной транспортной системой путем активного транспорта с участием АТФ обратно в пресинаптическую мембрану и включаются вновь в везикулы. В пресинаптическом нервном окончании излишек медиатора может быть инактивирован моноаминооксидазой (МАО), а также катехоламин-О-метилтрансферазой (КОМТ) путем метилирования по оксигруппе.

Передача сигнала в адренергических синапсах протекает с участием аденилатциклазной системы. Связывание медиатора с постсинаптическим рецептором почти мгновенно вызывает повышение концентрации цАМФ, что приводит к быстрому фосфорилированию белков постсинаптической мембраны. В результате тормозится генерация нервных импульсов постсинаптической мембраны. В некоторых случаях непосредственной причиной этого является повышение проницаемости постсинаптической мембраны для калия, либо снижение проводимости для натрия (такое состояние приводит к гиперполяризации).

Тауринобразуется из аминокислоты цистеина. Сначала происходит окисление серы в HS-группе (процесс идет в несколько стадий), затем происходит декарбоксилирование. Таурин – это необычная кислота, в которой нет карбоксильной группы, а имеется остаток серной кислоты. Таурин принимает участие в проведении нервного импульса в процессе зрительного восприятия.

Глицин – вспомогательный тормозной медиатор (менее 1% нейронов). По вызываемым эффектам подобен ГАМК. Его функция - торможение мотонейронов.

Глутаминовая кислота - главный возбуждающий медиатор (около 40% нейронов). Основная функция: проведение основных потоков информации в ЦНС (сенсорные сигналы, двигательные команды, память).

Нормальная деятельность ЦНС обеспечивается тонким балансом глутаминовой кислоты и ГАМК. Нарушение этого баланса (как правило, в сторону уменьшения торможения) негативно влияет на многие нервные процессы. При нарушении баланса развивается синдром дефицита внимания и гиперактивности детей (СДВГ), повышается нервозность и тревожность взрослых, нарушение сна, бессонница, эпилепсия.

Нейропептиды имеют в своем составе от трех до нескольких десятков аминокислотных остатков. Функционируют только в высших отделах нервной системы. Эти пептиды выполняют функцию не только нейромедиаторов, но и гормонов. Они передают информацию от клетки к клетке по системе циркуляции. К ним относятся:- нейрогипофизарные гормоны (вазопрессин, либерины, статины) - гастроинтестинальные пептиды (гастрин, холецистокинин). - опиатоподобные пептиды (или пептиды обезболивания).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Нервная ткань составляет 2,0-2,5% общей массы организма. Она состоит из нервных клеток, нервных волокон, нервных окончаний и нейроглии. Структурной и функциональной единицей нервной ткани является нейрон. Нейроны объединяются в органы, органы - в нервную систему, которая воспринимает внешние и внутренние раздражения, анализирует их, регулирует и координирует все основные функции организма, объединяет его в единое целое, осуществляет связь организма животного с внешней средой.

Химический состав нервной ткани и ее структурных элементов определяется значением органа нервной системы в жизнедеятельности организма, местом животного в филогенетическом ряду, возрастом и функциональным состоянием организма и др. Нервная ткань эмбриона в среднем содержит 90% воды и 10% сухого остатка, взрослого организма - соответственно 65% воды и 35% сухого остатка. Больше всего воды имеется в сером веществе коры больших полушарий головного мозга (82,7%), меньше - в белом (72,8%) и в спинном мозгу (74%). Серое вещество мозга крупного рогатого скота содержит 80,6% воды и 19,4% сухого остатка, в сухом остатке 55,4% составляют белки, 43,1 - липиды и 1,5% зола, белое вещество имеет 68,4% воды и 31,6% сухого остатка, в сухом остатке 24,8% составляют белки, 74,6 - липиды и 0,6% зола.