Аминокислотные медиаторы подразделяются на две группы: возбуждающие (глутамат, аспартат) и тормозные (гамма – аминомасляная кислота, глицин, бета – аланин и, таурин).

⇐ ПредыдущаяСтр 15 из 18Следующая ⇒

Глутамат в нервной ткани образуется преимущественно из глюкозы. Он является одним из самых распространенных медиаторов в ЦНС (75% возбуждающих синапсов). Больше всего глутамата содержится в конечном мозге и мозжечке, где его концентрация в 2 раза выше, чем в стволе мозга и спинном мозге.

Постсинаптичесие рецепторы к глутамату классифицируются в соответствии с аффинностью (сродством) к трем экзогенным агонистам: квисгулату (нейротоксин из японской водоросли), каинату (каиновая кислота) и N - метил - D – аспартату (NMDA). Рецепторы глутамата ионотропные и метаботропные.

Ионные каналы, активируемые квисгулатом и каинатом подобны каналам, которые управляются никотиновыми рецепторами – они изменяют проницаемость для ионов Na+ и K+. Стимуляция NMDA – рецепторов имеет сложный характер активации: ионный ток, который переносится не только Na+ и K+, но также Ca++при открывании ионного канала рецептора, зависит от потенциала мембраны. Потенциалзависимая природа этого канала определяется разной степенью его блокирования ионами Mg++ c учетом уровня мембранного потенциала. При потенциале покоя -75 мВ ионы Mg++, которые преимущественно находятся в межклеточной жидкости, конкурируют с ионами Ca++ и Na+ за соответствующие каналы мембраны. Вследствие того, что ион Mg++ не может пройти через пору, канал блокируетсявсякий раз, как попадает туда ион Mg++. Это приводит к уменьшению времени открытого канала и проводимости мембраны. (Рис.25). Если мембрану деполяризовать, то количество ионов Mg++, которые закрывают ионный канал, снижается и через канал беспрепятственно могут проходить ионы Ca++, Na+ и K+. Ионы кальция через вторичные посредники могут потенциировать (усиливать) миниатюрные постсинаптические потенциалы, что может привести, например, к длительному увеличению синаптической проводимости, сохраняющейся часими и даже сутками.

Рис. 25. Ответ постсинаптической мембраны на активацию ее глутаматом

Из тормозных медиаторов гамма – аминомасляная кислота (ГАМК) является самой распространенной в ЦНС. ГАМК образуется из L – глутаминовой кислоты путем декарбоксилирования. ГАМК обнаруживается в мозжечке (клетки Пуркинье, клетки Гольджи, корзинчатые клетки), гиппокампе (корзинчатые клетки), в обонятельной луковице и черной субстанции. Известно два типа ГАМК рецепторов, которые связаны с хлорными каналами. Антагонистом ГАМК является бикукулин. Он хорошо проходит через гематоэнцефалический барьер, оказывает сильное воздействие на организм даже в малых концентрациях, вызывая конвульсию и смерть.

Появление иммунохимических методов позволило показать, что в одном синапсе могут сосуществовать несколько групп медиаторов, а не один как это предполагали раньше (принцип Дейла). Кроме классических медиаторов в синаптическом окончании могут находиться один или несколько нейропептидов. К нейропептидам с медиаторным действием относятся: вещество Р, метэнкефалин, лейэнкефалин, эндорфин, нейротензин, адренокортикотропин (АКТГ), ангиотензин, окситоцин, вазопрессин, возоактивный кишечный пептид (ВИП), соматостатин, тиролиберин, бомбезин, холецистокининоподобный пептид, карнозин.

Образование пептидов с медиаторным или модуляторным действием происходит более сложным путем; сначала в пресинаптической клетке синтезируется полипептид, а затем из него путем последовательного укорочения цепи аминокислот образуется активный пептид (см. Глава 7).

К медиаторам относится хорошо известное макроергическое вещество - АТФ (аденозинтрифосфат).

Электрические синапсы

Электрические синапсы были открыты в 1959 году Фершпаном и Поттером в брюшном нерве краба, а позднее их обнаружили в многочисленных организмах (Рис.26). Передача электрических сигналов в электрических синапсах осуществляется в специализированных структурах – щелевых контактах, где клетки находятся на расстоянии 2 нм и соединяются проводящими каналами (коннексоны). В противоположностьхимическому синапсу, где прохождение импульса несколько задерживается из-за высвобождения и диффузии медиатора, сигнал через электрический импульс передается быстро.

Рис. 26. Электрический синапс.

Электрические синапсы сравнительно редки, и их роль в центральной нервной системе высших организмов неясна. Вместе с тем физиологическая важность электрических синапсов может быть связана с необходимостью быстрой передачи информации.

2.3. Возбуждение и торможение в центральной нервной системе.

Возбуждение и торможение в ЦНС обеспечивается функционированием возбуждающих и тормозных химических синапсов. В возбуждающих синапсах осуществляется перенос нервного импульса от одной клетки к другой. Примерами являются возбуждающее действие центральных отростков первичных афферентых нейронов, мотонейронов и вставочных клеток спинного мозга.

Для возбуждения нейрона необходимы поток афферентных импульсов и их взаимодействие. Один, пришедший к нейрону возбуждающий сигнал, сопровождается развитием локальной деполяризации на постсинаптической мембране, обозначаемой как возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП). Возникновение ВПСП связано с одновременным увеличением проницаемости постсинаптической мембраны для Nа+ и К+, а также, возможно, Са++. Амплитуда ВПСП составляет всего 0, 05 мв. Пороговый же потенциал, необходимый для генерации ПД составляет – 5 – 10 мв. Поэтому для возбуждения нейрона требуется множество импульсов. Наиболее эффективны синаптические контакты на теле нейрона, т.к. постсинаптические мембраны этих синапсов располагаются в непосредственной близости от аксонного холмика, места первичного возникновения ПД (генераторный пункт нейрона). Отличительной особенностью мембраны аксонного холмика является ее высокая возбудимость, отсутствие синапсов и миелиновой оболочки, высокая концентрация Nа – каналов. ВПСП электротонически достигает аксонного холмика, обеспечивая здесь уменьшение мембранного потенциала до критического уровня. В этот момент в аксонном холмике возникает ПД, который ортодромно переходит на аксон и антидромно на тело нейрона. Деполяризация нейрона при действии возбуждающего медиатора может быть достигнуто не только за счет увеличения проницаемости для Nа+ (или Са++), но и за счет уменьшения проницаемости для ионов К+.

Дискуссионным остается вопрос о роли дендритов в возникновении возбуждения. Дендритные синапсы удалены на значительное расстояние от генераторного пункта нейрона. В этой связи, возникающие на постсинаптической мембране дендритов ВПСП, не могут вызвать там должную деполяризацию для генерации ПД. Считают, что синаптический аппарат дендритов проявляет себя при одновременном поступлении сигналов к значительному числу дендритных синапсов. При этом суммарный дендритный ВПСП может изменить мембранный потенциал генераторного пункта на подпороговый уровень и вызвать лишь модуляцию его возбудимости, делая ее большей или меньшей в зависимости от временных и амплитудных характеристик колебаний мембранного потенциала генераторного пункта относительно величины критического уровня деполяризации. Это может сказаться на хараетере ответной реакции нейрона при поступлении к нему в этот момент возбуждений через аксосоматические синапсы. Подобный способ синаптического возбуждения нейрона очень важен для его интегративной функции, т.е. способности суммировать влияния, поступающие на нейрон по разным синаптическим путям.

Афферентные волокна по своему действию являются чисто возбуждающими. Но в центральной нервной системе пришедшее по ним возбуждение направляется по сложным проводящим путям, которые могут быть возбуждающими и тормозными. Последние определяется характером тех вставочных нейронов, которые составляют этот проводящий путь.

Впервые торможение в ЦНС открыл И.М. Сеченов в 1863 году. В опыте на таламической лягушке он показал, что латентное время сгибательного рефлекса при погружении задней конечности в слабый раствор серной кислоты, значительно удлиняется, если на зрительный бугор предварительно положить кристаллик поваренной соли. Это открытие послужило толчком для дальнейших исследований торможения в ЦНС. Под торможением в ЦНС понимают активный нервный процесс, результатом которого является прекращение или ослабление возбуждения в ЦНС В настоящее время общепризнанно существование тормозных интернейронов. Пресинаптические окончания аксонов тормозных нейронов образуют тормозные синапсы. В тормозных синапсах полученный клеткой импульс сопровождается подавлением другого возбуждения. Примером тормозных нейронов в спинном мозге являются вставочные нейроны Реншоу, в головном мозге - грушевидные нейроны Пуркинье коры мозжечка. Обнаружено два совершенно различных механизма торможения: пресинаптический и постсинаптический.

Пресинаптическое торможение. В случае пресинаптического торможения вставочные тормозные нейроны образуют синапсы на возбуждающих пресинаптических окончаниях (аксо-аксональные синапсы). Тормозный медиатор (ГАМК), выделяемый вставочными нейронами, деполяризует мембрану пресинаптического окончания. Это связано с повышением проницаемости мембраны пресинаптических терминалей для ионов Сl-, которые начинают выходить наружу согласно электрическому градиенту. В очаге деполяризации нарушается процесс распространения возбуждения, в результате чего уменьшается или прекращается выделение пресинаптическими окончаниями афферентного нейрона возбуждающего медиатора. Это, в свою очередь, проявляется в подавлении ВПСП и, следовательно, в прекращении поступления на мотонейрон возбуждающих сигналов по определенным афферентным волокнам.

Таким образом, пресинаптическое торможение ограничивает и регулирует афферентацию мотонейрона. Вставочные нейроны с тормозным пресинаптическим действием обнаружены в спинном мозгу, а их синапсы на окончаниях первичных афферентных волокнах. (Рис. 27).

Рис. 27.

Деполяризация пресинаптических терминалей может возникнуть также при накоплении ионов К+ в межклеточной жидкости в результате повышенной активности нервных окончаний и соседних нервных клеток.

Постсинаптическое торможение. Этот вид торможения имеет особенно широкое распространение в ЦНС. Вставочные нейроны образуют тормозные синапсы на дендритах и телах мотонейронов, нервных клетках мозгового ствола, гиппокампа и коры. Выделяемый здесь медиатор (глицин или гамма – аминомасляная кислота) гиперполяризует постсинаптическую мембрану, т.е. увеличивает мембранный потенциал этой области. Эта гиперполяризация получила название тормозного постсинаптического потенциала (ТПСП) Временное течение ТПСП почти совпадает с временным течением ВПСП (Рис.28).

Рис. 28. Возбуждающий (ВПСП)

и тормозной (ТПСП) постсинапти-

ческие потенциалы

Действие тормозного медиатора при постсинаптическом торможении связано с увеличением проницаемости постсинаптической мембраны мотонейрона для ионов калия и хлора. Действие глицина на ионотропный рецептор постсинаптической мембраны сопровождается увеличением ее проницаемости для ионов хлора. Ионы хлора поступают в клетку согласно концентрационному градиенту, в результате чего развивается ТПСП. В безхлорной среде тормозная функция глицина не реализуется.

При действии гамма – аминомасляной кислоты на постсинаптическую мембрану ТПСП развиваетсяв результате входа ионов хлора в клетку или выхода ионов калия из клетки.

Абсолютная величина ТПСП на 10 мв больше мембранного потенциала мотонейрона в покое. Эффективность тормозных синапсов во многом зависит от их локализации на поверхности клетки. Тормозный эффект тем более значителен, чем ближе тормозный синапс расположен к месту генерации потенциала действия. Вследствие этого тормозные синапсы локализованы главным образом на теле нервных клеток вблизи триггерной зоны аксонного холмика.

При активации нескольких тормозных синапсов происходит суммация ТПСП и мембранный потенциал всего мотонейрона увеличивается. Гиперполяризация мотонейрона может развиваться и вследствие временной суммации ТПСП.

Если на фоне гиперполяризации мотонейрона, вызванной суммацией ТПСП к клетке приходят возбуждения и возникают ВПСП, то деполяризующее действие ВПСП может оказаться недостаточным для достижения критического уровня деполяризации мотонейрона и его возбуждения. Таким образом, конечный эффект - возбуждение или торможение будет зависеть от преобладающего действия возбуждающих или тормозных синапсов.

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 13 141516 17 18 Следующая ⇒