Механизм передачи возбуждения в химических возбуждающих синапсах.
В синапсах с химическим механизмом возбуждение передается с помощью медиаторов (посредников). Медиаторы в зависимости от их природы делятся на несколько групп:
• сложные эфиры - ацетилхолин;
• моноамины (норадреналин, дофамин, серотонин, гистамин);
• аминокислоты (гамма-аминомасляная или ГАМК, глутаминовая, аспара-гиновая, глицин);
• пурины (АТФ, ГТФ);
• полипептиды (вещество Р, энкефалины, эндорфины);
Медиатор находится в синаптических везикулах. Он поступает в синапти-ческую бляшку путем быстрого аксонального транспорта (аксотока) из околоя-дерной области нейрона, где происходит его синтез. Кроме того, в синаптиче-ской бляшке медиатор может ресинтезироваться из продуктов его расщепления
в синаптической щели, или транспортироваться в бляшку из щели в неизме-ненном виде.
Когда по аксону к его терминалям приходит возбуждение, мембрана си-наптической бляшки деполяризуется, что приводит к открытию потенциал-зависимых кальциевых каналов, и ионы кальция поступают из внеклеточной среды внутрь нервного окончания. Вошедшие ионы кальция активируют пере-мещение синаптических пузырьков к пресинаптической мембране, слияние мембран пузырьков с пресинаптической и выход медиатора в синаптическую
26
Физиология синапсов.
щель путем экзоцитоза. Медиатор диффундирует к субсинаптической мембра-не, на которой находятся рецепторы. Взаимодействие медиатора с рецепторами вызывает открытие хемозависимых каналов, проницаемых преимущественно для ионов натрия. Вход натрия в клетку приводит к деполяризации субсинап-тической мембраны и возникновению возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП). Между деполяризованной субсинаптической мембраной
и соседними с ней поляризованными участками постсинаптической мембраны, содержащей потенциалзависимые каналы, возникают местные токи, которые деполяризуют постсинаптическую мембрану до критического уровня с после-дующей генерацией потенциала действия.
Взаимодействие медиатора с рецепторами длится непродолжительное время (мсек), после чего медиатор должен быть удален из синаптической щели. Для этого в синаптических структурах используются следующие механизмы:
1) расщепление медиатора соответствующим ферментом (например, холинэ-стераза разрушает медиатор апетилхолин), часть продуктов реакции затем по-ступает в синаптическую бляшку, где из них снова ресинтезируется медиатор; 2) захват и транспорт медиатора в синаптическое окончание с последующим включением его в синаптические везикулы; 3) диффузия медиатора в межтка-невую жидкость и кровь, с последующим разрушением его ферментами крови;
в этом случае медиатор может оказывать кратковременное системное действие на клетки организма.
Медиатор, находящийся в синаптической щели, может связываться с тем или иным видом рецепторов пресинаптической мембраны, что приво-дит к модификации химических процессов в синаптическом окончании и из-менению выделения медиатора. Например, связывание норадреналина с пре-синаптическими альфа-2-адренорецепторами уменьшает его выход, а с бета-адренорецепторами - увеличивает. Таким образом осуществляется саморегу-ляцию выхода медиатора в синаптическую щель.
Передача возбуждения в химическом синапсе может подвергаться моду-ляции - изменению при действии различных гуморальных факторов (моду-ляторов). Модулирующее воздействие на синапс могут оказывать гормоны, действующие через кровь; медиаторы других синаптических окончаний, дей-ствующие через межклеточную жидкость, а также вещества, выделяющиеся из синаптического окончания нейрона наряду с обычным медиатором.
Примером синапсов с химической передачей возбуждения является нервно-мышечный синапс (концевая пластинка), образованный нервным окончанием аксона мотонейрона спинного мозга и мембраной волокна скелет-ной мышцы. Медиатором нервно-мышечного синапса является ацетилхолин. В нервно-мышечном синапсе ВПСП называется потенциалом концевой пла-стинки (ПКП). Его величина гораздо больше, чем в межнейронных синапсах, что связано с большой площадью концевой пластинки. Как правило, амплитуда
27
ГЛАВА 2. Физиология возбудимых тканей
одиночного ПКП достигает критического уровня деполяризации, что приводит
к генерации ПД. Большая величина ПКП обеспечивает надежность нервно-мышечной передачи возбуждения.
Помимо передачи возбуждения, химические синапсы обеспечивают ми-крохимические взаимодействия синаптирующих клеток, которые отражаются
в трофических процессах (процессах клеточного метаболизма). Трофические факторы, реализующие эти взаимодействия, имеют белковую природу и обе-спечивают метаболическое поддержание необходимой структуры и свойств этих клеток.
Химические тормозные синапсы. Эти синапсы по механизму передачи сигнала сходны с синапсами возбуждающего действия. В тормозных синапсах медиатор (например, глицин) взаимодействует с рецепторами субсинаптиче-ской мембраны и открывает в ней хлорные каналы, что приводит к движению ионов хлора по концентрационному градиенту внутрь клетки и развитию ги-перполяризации субсинаптической мембраны. Возникает так называемый тор-мозный постсинаптический потенциал (ТПСП).
Ранее полагали, что каждому медиатору соответствует специфическая ре-акция постсинаптической клетки - возбуждение или торможение. В настоящее время установлено, что одному медиатору чаще всего соответствует не один, а несколько типов рецепторов, которые определяют различные реакции на дей-ствие одного и того же медиатора. Например, ацетилхолин в нервно-мышечных синапсах скелетных мышц действует на Н-холинорецепторы (чувствительные
к никотину) и открывает натриевые каналы - возникает ВПСП (ПКП). В ваго-сердечных синапсах тот же ацетилхолин действует на М-холинорецепторы (чувствительные к мускарину), что приводит к открытию калиевых каналов и гиперполяризации (ТПСП). Следовательно, возбуждающий или тормозный характер действия медиатора определяется свойствами субсинаптической мем-браны (точнее, видом ее рецепторов), а не видом медиатора.
Физиологические свойства химических синапсов. Синапсы с химиче-ской передачей сигнала обладают рядом общих свойств:
• передача сигнала осуществляется с помощью специальных химических посредников - медиаторов;
• передача информации происходит только в одном направлении - от пре-синаптической мембраны к постсинаптической; это обусловлено строением синапса - медиатор выделяется только из синаптической бляшки и взаимодей-ствует с рецепторами субсинаптической мембраны;
• возбуждение через синапсы распространяется медленнее, чем по нерв-ному волокну (синаптическая задержка), т. к. скорость химических процессов экзоцитоза, диффузии и воздействия медиатора меньше электрических;
• в синапсах происходит трансформация (изменение) ритма возбуждения;
28
Физиология синапсов.
• синапсы обладают низкой лабильностью из-за малой скорости химиче-ских процессов;
• высоко утомляемы:
• высоко чувствительны к различным химическим (в том числе и к фарма-кологическим) веществам, недостатку кислорода, изменениям рН;
• морфологически и функционально высоко пластичны (изменчивы). Электрические синапсы. Кроме синапсов с химической передачей сигна-
ла имеют место синапсы с электрическим механизмом передачи, которые ло-кализованы в некоторых структурах ЦНС (например, гиппокампе), сердечной
и гладкой мышцах. Электрические синапсы формируются, как правило, между клетками одного типа. Электрическом}' синапсу свойственны очень узкая си-наптическая шель (3-20 нм) и низкое электрическое сопротивление сближен-ных пре- и постсинаптических мембран, обусловленное, главным образом, наличием каналов (коннексонов). соединяющих пре- и постсинаптические мембраны. Эти каналы, образованные белковыми молекулами, относят к несе-лективным. Они объединяют клетки не только электрически, но и химически, т. к. пропускают различные низкомолекулярные вещества.
Передача возбуждения в электрическом синапсе происходит следующим образом: локальный ток. вызванный пресинаптическим потенциалом действия, раздражает постсинаптическую мембрану, где возникает ВПСП, переходящей при достижении критического уровня деполяризации в распространяющийся потенциал (ПД).
Общими свойствами электрических синапсов являются:
• большая скорость передачи сигналов (по сравнению с химическими си-напсами):
• кратковременность следовых эффектов на постсинаптической мембране, что предопределяет невозможность их суммашш при проведении через синапс серии сигналов;
• высокая надежность передачи информации;
• низкая чувствительность к действию модулирующих факторов (гормо-нов, медиаторов и других БАВ).
Возбуждающие электрические синапсы могут возникать или исчезать при определенных условиях. Например, при повреждении одной из контактирую-щих клеток ее электрические синапсы с другими клетками ликвидируются. Это свидетельствует о некоторой пластичности электрических синапсов.
В зависимости от соотношения площадей синаптирующих участков пре- и постсинаптических мембран электрические синапсы могут быть с одно- и дву-сторонней передачей возбуждения.
Наряду с электрическими синапсами возбуждающего действия могут встречаться электрические тормозные синапсы. Тормозное влияние возникает также за счет действия тока, вызванного потенциалом действия пресинапти-
29
ГЛАВА 2. Физиология возбудимых тканей
ческой мембраны, который вызывает гиперполяризацию постсинаптической мембраны.
В смешанных синапсах пресинаптический потенциал действия создает ток, который деполяризует вначале постсинаптическую мембрану электриче-ской части синапса, где пре- и постсинаптические мембраны относительно близко прилегают друг к другу, а затем ужетмедиатор деполяризует химический компонент смешанного синапса. В этих синапсах химическая передача служит как бы усиливающим и пролонгирующим механизмом передачи возбуждения.
Физиология мышц.
Различают три вида мышц: поперечно-полосатые скелетные; поперечно-полосатую сердечную; гладкие внутренних органов и сосудов. Мышцы облада-ют физическими и физиологическими свойствами.