Синаптическая передача возбуждения в нервной системе

Синaпс – специализированный контакт между нервными клетками (или нервными и другими возбудимыми клетками), обеспечивающий передачу возбуждения с сохранением его информационной значимости. С помощью синапсов нервные клетки объединяются в нервные сети, которые осуществляют обработку информации. Взаимосвязь между нервной системой и периферическими органами и тканями также осуществляется при помощи синапсов.

По морфологическому принципу синапсы подразделяют на:

• нейро-мышечные (аксон нейрона контактирует с мышечной клеткой);

• нейро-секреторные (аксон нейрона контактирует с секреторной клеткой);

• нейро-нейрональные (аксон нейрона контактирует с другим нейроном):

• аксо-соматические (с телом другого нейрона),
• аксо-аксональные (с аксоном другого нейрона),
• аксо-дендритические (с дендритом другого нейрон).

По способу передачи возбуждения синапсы подразделяют на:

• электрические (возбуждение передается при помощи электрического тока);

• химические (возбуждение передается при помощи химического вещества):

• адренергические (возбуждение передается при помощи норадреналина),
• холинергические (возбуждение передается при помощи ацетилхолина),
• пептидергические, NO -ергические, пуринергические и т. п.

По физиологическому эффекту синапсы подразделяют на:

• возбуждающие (деполяризуют постсинаптическую мембрану и вызывают возбуждение постсинаптической клетки);

• тормозные (гиперполяризуют постсинаптическую мембрану и вызывают торможение постсинаптической клетки).

Все синапсы имеют общий план строения (рис. 1).

Конечная часть аксона (синаптическое окончание), подходя к иннервируемой клетке, теряет миелиновую оболочку и образует на конце небольшое утолщение (синаптическую бляшку). Ту часть мембраны аксона, которая контактирует с иннервируемой клеткой, называют пресинаптической мембраной. Синаптическая щель – узкое пространство между пресинаптической мембраной и мембраной иннервируемой клетки, которое является непосредственным продолжением межклеточного пространства. Постсинаптическая мембрана – участок мембраны иннервируемой клетки, контактирующий с пресинаптической мембраной через синаптическую щель.

Рис. 1. Ультраструктура химического и электрического синапса.

Особенности ультраструктуры электрического синапса (см. рис. 1):

• узкая (около 5 нм) синаптическая щель;
• наличие поперечных канальцев, соединяющих пресинаптическую и постсинаптическую мембрану.

Особенности ультраструктуры химического синапса (см. рис. 1):

• широкая (20–50 нм) синаптическая щель;
• наличие в синаптической бляшке синаптических пузырьков (везикул), заполненных химическим веществом, при помощи которого передается возбуждение;
• в постсинаптической мембране имеются многочисленные хемочувствительные каналы (в возбуждающем синапсе – для Nа+ , в тормозном – для Cl – и К +), но отсутствуют потенциалчувствительные каналы.

Механизм проведения возбуждения аналогичен механизму проведения возбуждения в нервном волокне. Во время развития ПД происходит реверсия заряда пресинаптической мембраны. Электрический ток, возникающий между пресинаптической и постсинаптической мембраной, раздражает постсинаптическую мембрану и вызывает генерацию в ней ПД (рис. 2).

Рис. 2. Передача возбуждения в электрическом синапсе.

Передача возбуждения в химическом синапсе – сложный физиологический процесс, протекающий в несколько этапов. На пресинаптической мембране осуществляется трансформация электрического сигнала в химический, который на постсинаптической мембране снова трансформируется в электрический сигнал.

Медиатором (посредником) называют химическое вещество, которое обеспечивает одностороннюю передачу возбуждения в химическом синапсе. Некоторые медиаторы (например, ацетилхолин) синтезируются в цитоплазме синаптического окончания, и там же молекулы медиатора депонируются в синаптических пузырьках. Ферменты, необходимые для синтеза медиатора, образуются в теле нейрона и доставляются в синаптическое окончание путем медленного (1–3 мм/сут) аксонного транспорта. Другие медиаторы (пептиды и др.) синтезируются и упаковываются в везикулы в теле нейрона, готовые синаптические пузырьки доставляются в синаптичекую бляшку за счет быстрого (400 мм/сут) аксонного транспорта. Синтез медиатора и образование синаптических пузырьков осуществляется непрерывно.

Секреция медиатора

Содержимое синаптических пузырьков может выбрасываться в синаптическую щель путем экзоцитоза. При опорожнении одного синаптического пузырька в синаптичекую щель выбрасывается порция (квант) медиатора, которая включает около 10000 молекул.

Для активации экзоцитоза необходимы ионы Са++ . В состоянии покоя уровень Са++ в синаптическом окончании низок и выделения медиатора практически не происходит. Приход в синаптическое окончание возбуждения приводит к деполяризации пресинаптической мембраны и открытию потенциалчувствительных Са++ -каналов. Ионы Са++ поступают в цитоплазму синаптического окончания (рис. 3, А,Б) и активируют опорожнение синаптических пузырьков в синаптическую щель (рис. 3, В).

Рис. 3. Передача сигнала в возбуждающем химическом синапсе. А - Д – последовательность процессов при срабатывании химического синапса; Е – деполяризация постсинаптической мембраны (ВПСП).

1 – пресинаптическая мембрана, 2 – синаптическая щель, 3 – постсинаптическая мембрана

Взаимодействие медиатора с рецепторами постсинаптической мембраны

Молекулы медиатора диффундируют через синаптическую щель и достигают постсинаптической мембраны, где связываются с рецепторами хемочувствительных Na+ -каналов (рис. 3, Г). Присоединение медиатора к рецептору приводит к открытию Na+ -каналов, через которые в клетку входят ионы Na+ (рис. 3, Д). В результате входа в клетку положительно заряженных ионов происходит локальная деполяризация постсинаптической мембраны, которую называют возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) (рис. 3, Е).

Инактивация медиатора

Ферменты, находящиеся в синаптической щели, разрушают молекулы медиатора. В результате происходит закрытие Na+ -каналов и восстановление МП постсинаптической клетки. Некоторые медиаторы (например, адреналин) не разрушаются ферментами, а удаляются из синаптической щели путем быстрого обратного всасывания (пиноцитоза) в синаптическое окончание.

Генерация ПД

В нейро-мышечном синапсе амплитуда единичного ВПСП достаточно велика. Поэтому для генерации ПД в мышечной клетке достаточно прихода одного нервного импульса. Генерация ПД в мышечной клетке происходит в области, окружающей постсинаптическую мембрану.

В нейро-нейрональном синапсе амплитуда ВПСП значительно меньше и недостаточна для того, чтобы деполяризовать мембрану нейрона до КУД. Поэтому для генерации ПД в нервной клетке требуется возникновение нескольких ВПСП. ВПСП, образовавшиеся в результате срабатывания разных синапсов, электротонически распространяются по мембране клетки, суммируются и генерируют образование ПД в области аксонного холмика. Мембрана нейрона в области аксонного холмика обладает низким электрическим сопротивлением и имеет большое количество потенциалчувствительных Na+ -каналов.

В тормозном химическом синапсе молекулы медиатора, взаимодействуя с рецепторами постсинаптической мембраны, вызывают открытие К+ - и Cl – -хемочувствительных каналов. Вход в клетку Cl– и дополнительная утечка из клетки К+ приводят к гиперполяризации постсинаптической мембраны, которую называют тормозным постсинаптическим потенциалом (ТПСП) . Возникшая гиперполяризация, во-первых, снижает возбудимость клетки. Во-вторых, ТПСП может нейтрализовать возникший в другом месте клетки ВПСП.

Сравнительная характеристика свойств электрических и химических синапсов приведена в табл. 1.

Одностороннее проведение возбуждения в химическом синапсе связано с его функциональной асимметрией: молекулы медиатора выделяются только на пресинаптической мембране, а рецепторы медиатора расположены только на постсинаптической мембране.

Высокая утомляемость химического синапса объясняется истощением запасов медиатора. Утомляемость электрического синапса соответствует утомляемости нервного волокна.

Низкая лабильность химического синапса определяется главным образом периодом рефрактерности хемочувствительных каналов на постсинаптической мембране.

Синаптическая задержка – время от момента возникновения возбуждения в пресинаптической мембране до момента возникновения возбуждения в постсинаптической мембране. Относительно длительное время синаптической задержки в химическом синапсе (0,2–0,7 мс) затрачивается на вход Са++ в синаптическое окончание, экзоцитоз, диффузию медиатора.

Чувствительность синапса к внешним воздействиям определяется характером процессов, протекающих в синапсе при передаче возбуждения. Химические синапсы чувствительны к действию химических веществ, влияющих на синтез и секрецию медиатора, взаимодействие медиатора с рецептором.

Таблица 1.Свойства электрических и химических синапсов

Вариант1: Синаптическая передача — распространение возбуждения через синапс. В пресинаптическом окончании медиатор накапливается в синаптических пузырьках (везикулах). Возбуждение, приходящее по пре-синаптической терминали, деполяризует пресинаптическую мембрану, пузырьки подходят к синаптической мембране, и медиатор выходит в синаптическую щель. Затем он диффундирует к постсинаптической мембране, действует на ее рецепторы, вследствие чего изменяется ее проницаемость, на ней возникает возбуждающий (ВПСП) или тормозной потенциал (ТПСП). Суммация возбуждающих и тормозных потенциалов определяет возникновение в клетке деполяризации или гиперполяризации. При клеточной деполяризации возникает потенциал действия, при гиперполяризации клетка находится в тормозном состоянии.

Как только медиатор перестает действовать на ионный канал начинается процесс терминации синаптической передачи:

1. разрушение медиатора,

2. разрушение рецептора,

3. медиатор может отделиться и через механизм обратного захвата попасть обратно в везикулу для повторного использования,

4. прекращение выделения медиатора.

Медиатор в синаптической щели расщепляется специальными ферментами, и продукты расщепления всасываются вновь в пресинаптическое окончание.

В автономной нервной системе имеется три вида синаптической передачи: электрическая, химическая и смешанная. Химическая осуществляется по определенным закономерностям, среди которых выделяют два принципа. Первый (принцип Дейла) заключается в том, что нейрон со всеми отростками выделяет один медиатор. Как стало теперь известно, наряду с основным в этом нейроне могут присутствовать также другие передатчики и участвующие в их синтезе вещества. Согласно второму принципу, действие каждого медиатора на нейрон или эффектор зависит от природы рецептора постсинаптической мембраны.

Насчитывают более десяти видов нервных клеток, которые продуцируют в качестве основных разные медиаторы: ацетилхолин, норадреналин, серотонин и другие био­генные амины, аминокислоты, АТФ. В зависимости от того, какой основной медиатор выделяется окончаниями аксонов автономных нейронов, эти клетки принято называть холинергическими, адренергическими, серотоиинергическими, пуринергическими и т. д. ней­ронами.

Каждый из медиаторов выполняет передаточную функцию, как правило, в определенных звеньях дуги автономного рефлекса. Так, ацетилхолин выделяется в окончаниях всех преганглионарных симпатических и парасимпатических нейронов, а также большинства постганглионарных парасимпатических оконча­ний. Кроме того, часть постганглионарных симпатических волокон, иннервирующих потовые железы и, по-видимому, вазодилататоры скелетных мышц, также осуществляют передачу с помощью ацетилхолина. В свою очередь норадреналин является медиатором в постганглионарных симпатических окончаниях (за исключением нервов потовых желез и симпатических вазодилататоров) — сосудов сердца, печени, селезенки.

Медиатор, освобождающийся в пресинаптических терминалах под влиянием приходящих нервных импульсов, взаимодействует со специфическим белком-рецептором постсинаптической мембраны и об­разует с ним комплексное соединение. Белок, с которым взаимо­действует ацетилхолин, носит название холинорецептора, адрена­лин или норадреналин — адренорецептора и т. д. Местом локализации рецепторов различных медиаторов является не только постсинаптическая мембрана. Обнаружено существование и специ­альных пресинаптических рецепторов, которые участвуют в меха­низме обратной связи регуляции медиаторного процесса в синапсе.

Вариант 2: Впервые гипотезу о химической передаче сигнала между нейронами с участием особых веществ-посредников - нейромедиаторов - выдвинул английский ученый Т. Эллиот (T. Elliott) еще в 1904 году. Затем благодаря работам австрийского физиолога Отто Леви (Otto Loewi), английского физиолога Генри Дейла (Henry Dale) и русского физиолога Александра Самойлова эта идея нашла экспериментальное подтверждение. В 1936 году Леви и Дейл были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине "за исследование химической природы передачи нервного импульса".

В отличие от других клеток организма нейроны обладают длинными отростками (аксонами и дендритами), позволяющими им контактировать между собой и с окружающими клетками (у млекопитающих длина аксонов может быть более метра). Концентрация некоторых ионов (в первую очередь ионов калия, натрия, кальция и хлора) внутри отростков и в окружающей их среде различна. За счет этого появляется разность потенциалов по отношению к мембране аксона. Ионы могут проникать внутрь отростков и выходить из них через специальные белковые ионные каналы, пронизывающие внешние стенки аксонов. Таким образом, вдоль аксона одного нейрона нервный импульс передается как электрический сигнал: в виде изменения разности потенциалов (сами ионы вдоль отростка не перемещаются, а служат только для создания электрического напряжения).

Передача сигнала между нейронами осуществляется с помощью синаптических контактов (синапсов). Синапс представляет собой место взаимодействия окончаний отростков через небольшой зазор (синаптическую щель). Как только электрический импульс достигает синапса, в аксон передающего нейрона (пресинаптического) устремляются ионы кальция, запускающие выделение нейромедиатора в синаптическую щель. Затем молекулы медиатора диффундируют к отростку принимающего сигнал нейрона (постсинаптического). На принимающей стороне находятся белковые рецепторы для молекул медиатора, которые одновременно являются ионными каналами, впускающими ионы внутрь отростка. Присоединение молекул медиатора к рецепторам-каналам постсинаптического нейрона открывает их для ионов, вследствие чего происходит изменение электрического потенциала, и сигнал перемещается дальше уже снова в виде электрического импульса. Описанный механизм характерен для прямой (или быстрой) синаптической передачи, а соответствующее действие медиаторов было названо ионотропным. Быстрая передача призвана обеспечивать немедленную реакцию нервной системы на внешние воздействия. В организме человека быстрая синаптическая передача отвечает за регулирование восприятия, движений, речи.

В начале 1970-х годов было показано, что некоторые нейромедиаторы, такие как серотонин, норадреналин, дофамин, действуют в нервной системе по механизму, совершенно отличному от быстрой синаптической передачи. Американский биохимик Пол Грингард (Paul Greengard) установил, что эти медиаторы не просто изменяют мембранный потенциал, а на глубоком уровне влияют на обмен веществ в самом нейроне, приводя к длительным изменениям в способности синапсов проводить сигналы. Это явление было названо непрямой (или медленной) синаптической передачей, ответственной за такие сложные свойства нервной системы, как эмоции и память. Эффекты, связанные с медленной передачей, получили название метаботропные. Позднее американский физиолог Эрик Кендел (Eric Kandel) установил ключевые стадии формирования кратковременной и долговременной памяти по механизму медленной синаптической передачи. Оказалось, что при относительно слабом входящем стимуле метаботропные медиаторы, проникая в постсинаптический нейрон, вызывают изменение структуры белковых ионных каналов, тем самым изменяя восприимчивость нейронов к импульсам и эффективность передачи сигнала синапсами. Эти структурные изменения могут сохраняться довольно долго (от нескольких минут до нескольких дней). Так формируется кратковременная память. По прошествии некоторого времени каналы могут снова принять первоначальную форму, и слабый стимул, вызвавший их, будет "забыт". Если стимул сильный, то нейромедиатор через каскад биохимических реакций дает сигнал ядру нейрона запустить синтез новых белков, под действием которых может меняться структура самого синапса (например, увеличивается площадь синаптического контакта) или начаться рост новых отростков для формирования дополнительных межнейронных связей. Такие изменения структуры могут сохраняться до конца жизни организма, являясь материальным носителем его долговременной памяти. Медленная синаптическая передача выполняет модулирующую функцию, она прокладывает новые пути для распространения сигналов быстрой передачи.

Некоторые из них остаются "тропинками", другие превращаются в "скоростные шоссе". В 2000 году Грингард и Кендел совместно со шведским фармакологом Арвидом Карлсоном (Arvid Carlsson) были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в первую очередь за открытие и исследование медленной синаптической передачи.

7 Современные представления о принципе Дейла.

Дейл (1875-1918) – английский физиолог, в 1914 г. им было выделено вещество ацетилхолин, позже, уже в тридцатые годы он вместе со своими сотрудниками показал, что ацетилхолин является нейромедиатором в нервно-мышечном синапсе. Полученные данные позволили Дейлу сформулировать предположение о том, что поскольку каждый нейрон представляет собой единую метаболическую систему то, следовательно, во всех его пресинаптических окончаниях должен высвобождаться один и тот же медиатор. Это предположение и было названо принципом Дейла. Однако, в последние годы получены данные, убедительно свидетельствующие о совместимости нейроактивных веществ в одном нейроне, о возможности синтеза, транспорта и выведения одним и тем же нейроном нескольких разных нейроактивных в-в, в том числе и нейромедиаторов.

В современном звучании его можно сформулировать как положение о метаболической зависимости аксона и его окончаний от тела клетки. Т. обр. в настоящее время представление о хим. проведении сигналов в нервной клетке основывается на принципе множественности хим. сигналов, это подразумевает, что в индивидуальном нейроне синтезируется более одного медиатора, при этом каждое пресинптическое окончание способно выделить несколько медиаторов , сочетание которых может быть неодинаковым для разных синапсов одного и того же нейрона. Поэтому привычное понятие “один нейрон- один медиатор” следует понимать как условное.

8. Гиперполяризационное и деполяризационное торможение.

Ткань может находиться в трех состояниях: покоя, возбуждения и торможения. Возбуждение и торможение - это два активных состояния, которые возникают под действием раздражителей и сопровождаются энергозатратами.

По механизму возникновения выделяют два вида торможения: деполяризационное и гиперполяризационное.

Электрические синапсы морфологически представляют собой слияние или сближение участков мембран, расстояние между которыми колеблется от 1 мкм до 0,15 нм. При этом синаптическая щель между мембранами не сплошная, а прерывается мостиками полного контакта. Эти мостики образуют повторяющуюся ячеистую структуру синапса. В участках слияния мембран находятся каналы, через которые клетки могут обмениваться молекулами веществ. Электрические синапсы нейронов с одинаковой функцией, например, синапсы между двумя чувствительными клетками, обладают двусторонним проведением, а между нейронами с разной функцией, например, между сенсорным и моторным – односторонним. Функции электрических синапсов заключаются прежде всего в обеспечении срочных реакций организма. Электрический синапс сравнительно мало утомляем, устойчив к изменениям внешней и внутренней среды. Эти качества, наряду с быстродействием, обеспечивают высокую надежность его работы. Структуру электрического синапса можно видеть на слайдах.

Химические синапсы. В качестве примера можно рассмотреть аксо-соматический синапс. Аксон, подходя к телу другого нейрона, образует расширение, называемое пресинаптическим окончанием, или терминалью. Размеры пресинаптического окончания варьируют в диапазоне 0,75 – 1,5 мкм. Мембрана такого окончания называется пресинаптической. Под ней располагается синаптическая щель, ширина которой составляет 10 – 50 нм, а в нервно-мышечном синапсе 50 – 100 нм (для сравнения - расстояние между мембранами вне зоны их синаптического контакта не превышает 10 – 15 нм). Содержимое синаптической щели напоминает гель, химический состав в основном определяется гликозоаминогликанами. За синаптической щелью находится мембрана тела нейрона, которая в области синапса называется постсинаптической. В составе постисинаптической мембраны обычно выделяют субсинаптическую мембрану, расположенную в проекции субсинаптических структур. Субсинаптическая мембрана существенно отличается от остальных участков субсинаптической мембраны: она не содержит потенциалзависимых ионных каналов, а содержит только хемиозависимые ионные каналы, открывающиеся под действием нейромедиатора. Наконец, на субсинаптической мембране может находиться специальный фермент, расщепляющий нейромедиатор, что способствует освобождению постсинаптического рецептора. Схема химического синапса представлена на схеме.

Основными медиаторами синаптического возбуждения и торможения в ЦНС млекопитающих и человека являются следующие: ацетилхолин; катехоламины: адреналин, норадреналин, дофамин; серотонин; нейтральные аминокислоты: глутаминовая, аспарагиновая кислоты; кислые кислоты: глицин, гамма-аминомаслянная кислота (ГАМК), полипептиды: вещество Р, энкефалин, соматостатин и др.; другие вещества: АТФ, гистамин, простогландины. Согласно принципу Дейла каждый нейрон во всех своих синаптических окончаниях выделяет один и тот же медиатор. Поэтому принято обозначать нейроны по тому медиатору, который выделяют его окончания – холинергические, адренергические, ГАМК–ергические и др. В настоящее время, однако, принцип Дейла пересмотрен. Установлено, что из пресинаптического окончания наряду с основным медиатором могут выделяться и другие биологически активные вещества – так называемые нейромодуляторы, изменяющие эффекты нейромедиатора. Например, вместе с ацетилхолином в холинергических синапсах могут высвобождаться АТФ, вазоактивный интестинальный пептид, простогландины. В зависимости от преобразования синаптического сигнала все нейромедиаторы и их рецепторы принято делить на ионотропные и метаботропные. Ионотропные медиаторы взаимодействуют с постсинаптическими рецепторами и способствуют открыванию ионного канала (ионофора). Ионотропный механизм передачи свойственен рецепторам возбуждающих аминокислот (аспарагиновой, глутаминовой) и тормозных аминокислот (ГАМК. глицин), никотиновым рецепторам. Метаботропные нейромедиаторы влияют на специфические мембранные ферменты, продуцирующие вторичные посредники. Именно вторичные посредники осуществляют регуляцию внутриклеточных биохимических процессов посредством фосфорилирования различных белков. Метаботропными являются мускариночувствительные, адренергические, пептидергические и другие рецепторы.

Синтез нейромедиаторов чаще происходит в синаптическом окончании, но до 20% синтезируется в области сомы нейрона и перемещается к пресинаптической терминали путем аксонного транспорта.

Медиатор содержится в пресинаптическом окончании в виде пузырьков, или квантов. Пул квантов не превышает 1% от общего количества медиатора, содержащегося в нейроне, в ганглиях – до 20%. В пресинаптической терминали содержатся митохондрии, обеспечивающие синтез медиатора и гранулы гликогена. При многократном раздражении пресинаптического окончания запасы медиатора в пресинаптических пузырьках истощаются. Медиаторами возбуждения могут быть норадреналин, ацетилхолин, дофамин, серотонин, вещество Р, производные глутаминовой и аспарагиновой кислот. Наряду с медиаторами выделяют группу веществ, которые не являются медиаторами в прямом значении, но изменяют эффективность синаптической передачи, то есть являются модуляторами.

Выделение медиатора в синаптическую щель происходит не отдельными молекулами, а квантами, состоящими примерно из одинакового числа молекул, порядка нескольких тысяч. Этот процесс происходит путем экзоцитоза, то есть перемещения пузырька к пресинаптической мембране, слияния с ней и излияния медиатора в щель. Медиатор освобождается в синаптическую щель постоянно: в отсутствии импульсов возбуждения редкими единичными порциями, под влиянием пришедшего возбуждения – большим числом квантов. Определяющую роль в процессе освобождения играют ионы Са, поступающие в пресинаптическое окончание через кальциевые каналы в его мембране. В состоянии покоя число открытых кальциевых каналов крайне невелико, соответственно и кальция поступает мало и медиатора выделяется мало.

В тормозных синапсах выделяются другие, тормозные медиаторы. Примером являются аминокислота глицин в тормозных синапсах спинного мозга и гамма-аминомаслянная кислота ГАМК – тормозный медиатор в нейронах головного мозга. Вместе с тем, тормозный синапс может иметь тот же медиатор, что и возбуждающий, но иную природу рецепторов постсинаптической мембраны. Иначе говоря, эффект синаптической передачи – вобуждающий или тормозный определяется не столько природой медиатора, сколько постсинаптическими рецепторами. Торможение связано с возникновением тормозного постсинаптического потенциала (ТПСП), обусловленного увеличением проницаемости мембраны для ионов калия. Калий выходит из клетки наружу, в результате чего происходит гиперполяризация мембраны и снижение возбудимости. Аналогичный эффект во многих тормозных синапсах имеет активация каналов для хлора, увеличивающая его транспорт внутрь клетки. Именно такой эффект имеет активация ГАМК – рецептора. Увеличение частоты нервных импульсов, приходящих к тормозному синапсу, также как и в возбуждающих синапсах, вызывает нарастание числа квантов тормозного медиатора, выделяющихся в синаптическую щель, что, соответственно, повышает амплитуду гиперполяризационного ТПСП. Следует отметить, однако, что ТПСП имеет локальный характер и не способен распространяться по мембране.

В результате ТПСП уровень мембранного потенциала удаляется от критического уровня деполяризации, величина порогового потенциала увеличивается и возбуждение нейрона становится либо вообще невозможным, либо для него требуется суммация значительно большего числа ВПСП. При одновременной активации возбуждающих и тормозных синапсов резко падает амплитуда ВПСП, так как деполяризующий поток ионов внутрь клетки компенсируется выходящим током ионов калия или входящим током ионов хлора, что носит название шунтирования ВПСП. Описанное взаимодействие является механизмом интегративных свойств нейрона, о которых мы говорили в начале лекции.

Скорость проведения возбуждения через синапс намного меньше, чем по нервному волокну, так как в синапсе время тратится на активацию пресинаптической мембраны, вход кальция в пресинаптическое окончание, выделение медиатора в синаптическую щель и его взаимодействие с рецепторами постсинаптической мембраны. Вся последовательность процессов, обеспечивающих синаптическую передачу с участием нейромедиатора, занимает 0,2 – 0,3 мс, это время носит название синаптической задержки. Продолжительность же электрических явлений на постсинаптической мембране значительно больше: длительность потенциала действия – 1 – 5 мс, ВПСП или ТПСП – 10 –15 мс.

Синаптическая передача возбуждения имеет следующие закономерности функционирования:

1) Односторонний характер проведения возбуждения (от пресинаптической мембраны к постсинаптической)

2) Наличие химических передатчиков – медиаторов,

3) Свойства синапсов определяются природой медиаторов и постсинаптических рецепторов,

4) Наличие хемочувствительных рецепторуправляемых каналов в постсинаптической мембране,

5) Квантовый характер освобождения медиатора.

6) Количество квантов медиатора пропорционально частоте приходящих к синапсу нервных импульсов,

8) Длительная высокая частота импульсов возбуждения ослабляет или прекращает синаптическую передачу (эффект истощения).

10) Характеризуется синаптической задержкой,

11) В синапсе происходит трансформация ритма возбуждающих импульсов – частота импульсов в нерве может быть меньше или больше частоты возбуждения постсинаптической мембраны.

12) Лабильность синапса меньше, чем нерва.

13) Из всех звеньев рефлекторной дуги синапсы наиболее утомляемы и чувствительны к ядам и недостатку кислорода.

14) Увеличение длительности постсинаптического потенциала при подавлении действия ферментов, разрушающих синаптический медиатор.

Нервно-мышечные синапсы обеспечивают проведение возбуждения с нервного волокна на мышечное благодаря медиатору ацетилхолину, который при возбуждении нервного окончания переходит в синаптическую щель и действует на концевую пластинку мышечного волокна. В области нервно-мышечного синапса в больших концентрациях присутствует фермент ацетилхолинэстераза, способная быстро расщеплять ацетилхолин, выделяющийся в нервном окончании, освобождая от него рецептор. Этот процесс совершенно необходим для того, чтобы следующие друг за другом нервные импульсы могли передавать возбуждение на мышцу.

Значительное число фармакологических препаратов, химических соединений, многие яды животного и растительного происхождения изменяют синаптическую передачу. В случае, когда агент воздействует на постсинаптические рецепторы, выделяют антогонистические (литические) либо агонистическое (миметические) эффекты. Нейротропные препараты разделяются в зависимости от струкруры синапса, на которую они воздействуют. Например, на пресинаптическом уровне эффекты вещества могут быть связаны с изменением скорости синтеза медиатора, торможения захвата медиатора синаптическими везикулами, а также с модуляцией экзоцитоза. Примером может служить торможение синтеза ГАМК под влиянием гидразина, что сопровождается нарастанием концентрации глутаминовой кислоты, которая, в свою очередь является возбуждающим медиатором. В результатае нейрохимических изменений развиваются клонические и тонические судороги. Другим примером является действие ботулотоксина, самого токсичного из всех известных на Земле соединений. Ботулотоксин блокирует нервно-мышечную передачу посредством ингибирования экзоцитоза ацетилхолина. На уровне синаптической щели группа веществ может изменять скороть деградации медиатора. Ингибиторами гидролиза ацетилхолина являются яды табун, зарин, зоман. Ингибиторами метаболизма катехоламинов – антидепрессанты имизин,азафен,ипразид и др. Наконец, значительное число нейроактивных веществ воздействует на постсинаптические рецепторы (агонисты и антогонисты), либо на ионные каналы (токсины) и процессы трансдукции (нейролептики). Блокаторами холинорецепторов являются кураре и некоторые другие соединения: д-тубокурарин, диплацин, флакседил, а также атропин, бунгаротоксин токсин из яда змеи. Эти вещества обладают большим сродством к холинорецептору, чем ацетилхолин и образуют с ним более прочную связь. Блокатором рецепторов глицина является стрихнин. Мы имеем возможность наблюдать действие стрихнина на взаимодействие возбуждения и торможения в регуляции двигательной активности лягушки.

Блокаду нервно-мышечной передачи миорелаксантами используют в хирургической практике для снижения тонуса мышц, в частности при необходимости проведения операций в условиях искусственного дыхания. В связи с перечисленными факторами, оказывающими модулирующее действие на синаптическую передачу, изучение проблем нейрорецепции является одним из быстро прогрессирующих направлений современной медицины.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет