Синапс представляет собой место функционального, а не физического контакта между нейронами; в нем происходит передача информации от одной клетки к другой. Обычно встречаются синапсы между концевыми веточками аксона одного нейрона и дендритами (аксодендритные синапсы) или телом (аксосоматические синапсы) другого нейрона. Число синапсов, как правило, очень велико, что обеспечивает большую площадь для передачи информации. Например, на дендритах и телах отдельных мотонейронов спинного мозга находится свыше 1000 синапсов. Некоторые клетки головного мозга могут иметь до 10000 синапсов (рис. 16.8).
Существуют два типа синапсов - электрические и химические - в зависимости от природы проходящих через них сигналов. Между окончаниями двигательного нейрона и поверхностью мышечного волокна существует нервно-мышечное соединение , отличающееся по строению от межнейронных синапсов, но сходное с ними в функциональном отношении. Структурные и физиологические различия между обычным синапсом и нервно-мышечным соединением будут описаны несколько позже.
Строение химического синапса
Химические синапсы - наиболее распространенный тип синапса у позвоночных. Это луковицеобразные утолщения нервных окончаний, называемые синаптическими бляшками и расположенные в непосредственной близости от окончания дендрита. Цитоплазма синаптической бляшки содержит митохондрии, гладкий эндоплазматический ретикулум, микрофиламенты и многочисленные синаптические пузырьки . Каждый пузырек имеет в диаметре около 50 нм и содержит медиатор - вещество, с помощью которого нервный сигнал передается через синапс. Мембрана синаптической бляшки в области самого синапса утолщена в результате уплотнения цитоплазмы и образует пресинаптическую мембрану . Мембрана дендрита в области синапса также утолщена и образует постсинаптическую мембрану . Эти мембраны разделены промежутком - синаптической щелью шириной около 20 нм. Пресинаптическая мембрана устроена таким образом, что к ней могут прикрепляться синаптические пузырьки и выделяться в синаптическую щель медиаторы. Постсинаптическая мембрана содержит крупные белковые молекулы, действующие как рецепторы медиаторов, и многочисленные каналы и поры (обычно закрытые), через которые в постсинаптический нейрон могут поступать ионы (см. рис. 16.10, А).
Синаптические пузырьки содержат медиатор, который образуется либо в теле нейрона (и попадает в синаптическую бляшку, пройдя через весь аксон), либо непосредственно в синаптической бляшке. В обоих случаях для синтеза медиатора нужны ферменты, образующиеся в теле клетки на рибосомах. В синаптической бляшке молекулы медиатора "упаковываются" в пузырьки, в которых они хранятся до момента высвобождения. Основные медиаторы нервной системы позвоночных - ацетилхолин и норадреналин , но существуют и другие медиаторы, которые будут рассмотрены позже.
Ацетилхолин - аммонийное производное, формула которого приведена на рис. 16.9. Это первый из известных медиаторов; в 1920 г. Отто Леви выделил его из окончаний парасимпатических нейронов блуждающего нерва в сердце лягушки (разд. 16.2). Структура норадреналина подробно рассматривается в разд. 16.6.6. Нейроны, высвобождающие ацетилхолин, называются холинэргическими , а высвобождающие норадреналин - адренэргическими .
Механизмы синаптической передачи
Как полагают, прибытие нервного импульса в синаптическую бляшку вызывает деполяризацию пресинаптической мембраны и повышение ее проницаемости для ионов Са 2+ . Входящие в синаптическую бляшку ионы Са 2+ вызывают слияние синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной и выход их содержимого из клетки (экзоцитоз) , в результате чего оно попадает в синаптическую щель. Весь этот процесс называют электросекреторным сопряжением . После высвобождения медиатора материал пузырьков используется для образования новых пузырьков, заполняемых молекулами медиатора. Каждый пузырек содержит около 3000 молекул ацетилхолина.
Молекулы медиатора диффундируют через синаптическую щель (этот процесс занимает около 0,5 мс) и связываются с находящимися на постсинаптической мембране рецепторами, способными узнавать молекулярную структуру ацетилхолина. При связывании молекулы рецептора с медиатором ее конфигурация меняется, что приводит к открытию ионных каналов и поступлению в постсинаптическую клетку ионов, вызывающих деполяризацию или гиперполяризацию (рис. 16.4,А) ее мембраны в зависимости от природы высвобождаемого медиатора и строения молекулы рецептора. Молекулы медиатора, вызвавшие изменение проницаемости постсинаптической мембраны, сразу же удаляются из синаптической щели либо путем их реабсорбции пресинаптической мембраной, либо путем диффузии из щели или ферментативного гидролиза. В случае холинэргических синапсов находящийся в синаптической щели ацетилхолин гидролизуется ферментом ацетилхолинэстеразой , локализованным на постсинаптической мембране. В результате гидролиза образуется холин, он всасывается обратно в синаптическую бляшку и вновь превращается там в ацетилхолин, который хранится в пузырьках (рис. 16.10).
В возбуждающих синапсах под действием ацетилхолина открываются специфические натриевые и калиевые каналы, и ионы Na + входят в клетку, а ионы К + выходят из нее в соответствии с их концентрационными градиентами. В результате происходит деполяризация постсинаптической мембраны. Эту деполяризацию называют возбудительным постсинаптическим потенциалом (ВПСП). Амплитуда ВПСП обычно невелика, но продолжительность его больше, чем у потенциала действия. Амплитуда ВПСП меняется ступенчатым образом, и это позволяет предполагать, что медиатор освобождается порциями, или "квантами", а не в виде отдельных молекул. По-видимому, каждый квант соответствует освобождению медиатора из одного синаптического пузырька. Одиночный ВПСП не способен, как правило, вызвать деполяризацию пороговой величины, необходимой для возникновения потенциала действия. Но деполяризующие эффекты нескольких ВПСП складываются, и это явление носит название суммации . Два или больше ВПСП, возникших одновременно в разных синапсах одного и того же нейрона, могут сообща вызвать деполяризацию, достаточную для возбуждения потенциала действия в постсинаптическом нейроне. Это называют пространственной суммацией . Быстро повторяющееся высвобождение медиатора из пузырьков одной и той же синаптической бляшки под действием интенсивного стимула вызывает отдельные ВПСП, которые следуют так часто один за другим во времени, что их эффекты тоже суммируются и вызывают в постсинаптическом нейроне потенциал действия. Это называется временной суммацией . Таким образом, импульсы могут возникать в одиночном постсинаптическом нейроне либо как результат слабой стимуляции нескольких связанных с ним пресинаптических нейронов, либо как результат повторной стимуляции одного из его пресинаптических нейронов. В тормозных синапсах высвобождение медиатора повышает проницаемость постсинаптической мембраны за счет открытия специфических каналов для ионов К + и Сl - . Перемещаясь по концентрационным градиентам, эти ионы вызывают гиперполяризацию мембраны, называемую тормозным постсинаптическим потенциалом (ТПСП).
Медиаторы сами по себе не обладают возбуждающими или тормозящими свойствами. Например, ацетилхолин оказывает возбуждающее действие в большинстве нервно-мышечных соединений и других синапсов, но вызывает торможение в нервно-мышечных соединениях сердца и висцеральной мускулатуры. Эти противоположные эффекты обусловлены теми событиями, которые развертываются на постсинаптической мембране. От молекулярных свойств рецептора зависит, какие ионы будут входить в постсинаптический нейрон, а эти ионы в свою очередь определяют характер изменения постсинаптических потенциалов, как описано выше.
Электрические синапсы
У многих животных, в том числе у кишечнополостных и позвоночных, передача импульсов через некоторые синапсы осуществляется путем прохождения электрического тока между пре- и постсинаптическими нейронами. Ширина щели между этими нейронами составляет всего лишь 2 нм, и суммарное сопротивление току со стороны мембран и жидкости, заполняющей щель, очень мало. Импульсы проходят через синапсы без задержки, и на их передачу не действуют лекарственные вещества или другие химические препараты.
Нервно-мышечное соединение
Нервно-мышечное соединение представляет собой специализированный вид синапса между окончаниями двигательного нейрона (мотонейрона) и эндомизием мышечных волокон (разд. 17.4.2). Каждое мышечное волокно имеет специализированный участок - двигательную концевую пластинку , где аксон моторного нейрона (мотонейрона) разветвляется, образуя немиелинизированные веточки толщиной около 100 нм, проходящие в неглубоких желобках по поверхности мышечной мембраны. Мембрана мышечной клетки - сарколемма - образует множество глубоких складок, называемых постсинаптическими складками (рис. 16.11). Цитоплазма окончаний мотонейрона сходна с содержимым синаптической бляшки и во время стимуляции освобождает ацетилхолин с помощью того же механизма, о котором говорилось выше. Изменения конфигурации молекул - рецепторов, находящихся на поверхности сарколеммы, ведут к изменению ее проницаемости для Na + и К + , и в результате происходит местная деполяризация, называемая потенциалом концевой пластинки (ПКП). Эта деполяризация по величине вполне достаточна для возникновения потенциала действия, который распространяется по сарколемме в глубь волокна по системе поперечных трубочек (Т-системе ) (разд. 17.4.7) и вызывает сокращение мышцы.
Функции синапсов и нервно-мышечных соединений
Основная функция межнейронных синапсов и нервно-мышечных соединений состоит в передаче сигнала от рецепторов к эффекторам. Кроме того, строение и организация этих участков химической секреции обусловливают ряд важных особенностей проведения нервного импульса, которые можно резюмировать следующим образом:
1. Однонаправленность передачи. Высвобождение медиатора из пресинаптической мембраны и локализация рецепторов на постсинаптической мембране допускают передачу нервных сигналов по данному пути только в одном направлении, что обеспечивает надежность работы нервной системы.
2. Усиление. Каждый нервный импульс вызывает освобождение в нервно-мышечном синапсе достаточного количества ацетилхолина, чтобы вызвать распространяющийся ответ в мышечном волокне. Благодаря этому нервные импульсы, приходящие к нервно-мышечному соединению, как бы они ни были слабы, могут вызвать реакцию эффектора, и это повышает чувствительность системы.
3. Адаптация, или аккомодация. При непрерывной стимуляции количество освобождающегося в синапсе медиатора постепенно уменьшается до тех пор, пока запасы медиатора не будут истощены; тогда говорят, что синапс утомлен, и дальнейшая передача им сигналов тормозится. Адаптивное значение утомления состоит в том, что оно предотвращает повреждение эффектора вследствие перевозбуждения. Адаптация имеет место также на уровне рецепторов. (См. описание в разд. 16.4.2.)
4. Интеграция. Постсинаптический нейрон может получать сигналы от большого числа возбуждающих и тормозных пресинаптических нейронов (синаптическая конвергенция); при этом постсинаптический нейрон способен суммировать сигналы от всех пресинаптических нейронов. Благодаря пространственной суммации нейрон интегрирует сигналы, поступающие из многих источников, и выдает координированный ответ. В некоторых синапсах имеет место облегчение, состоящее в том, что после каждого стимула синапс становится более чувствительным к следующему стимулу. Поэтому следующие друг за другом слабые стимулы могут вызывать ответ, и это явление используется для повышения чувствительности определенных синапсов. Облегчение нельзя рассматривать как временную суммацию: здесь происходит химическое изменение постсинаптической мембраны, а не электрическая суммация постсинаптических мембранных потенциалов.
5. Дискриминация. Временная суммация в синапсе позволяет отфильтровывать слабые фоновые импульсы, прежде чем они достигнут мозга. Например, экстероцепторы кожи, глаз и ушей постоянно получают из окружающей среды сигналы, не имеющие особого значения для нервной системы: для нее важны лишь изменения интенсивности стимулов, приводящие к увеличению частоты импульсов, которое обеспечивает их передачу через синапс и надлежащую реакцию.
6. Торможение. Передача сигналов через синапсы и нервно-мышечные соединения может затормаживаться определенными блокирующими агентами, воздействующими на постсинаптическую мембрану (см. ниже). Возможно и пресинаптическое торможение, если на окончании аксона чуть выше данного синапса оканчивается другой аксон, образующий здесь тормозный синапс. При стимуляции такого тормозного синапса уменьшается число синаптических пузырьков, разряжающихся в первом, возбуждающем синапсе. Такое устройство позволяет изменять воздействие данного пресинаптического нейрона с помощью сигналов, приходящих от другого нейрона.
Химические воздействия на синапс и нервно-мышечное соединение
Химические вещества выполняют в нервной системе множество различных функций. Воздействия одних веществ широко распространены и хорошо изучены (как, например, возбуждающее действие ацетилхолина и адреналина), тогда как эффекты других носят локальный характер и пока еще недостаточно ясны. Некоторые вещества и их функции приведены в табл. 16.2.
Полагают, что некоторые лекарственные препараты, используемые при таких психических нарушениях, как тревожность и депрессия, воздействуют на химическую передачу в синапсах. Многие транквилизаторы и седативные средства (трициклический антидепрессант имипрамин, резерпин, ингибиторы моноаминоксидазы и др.) оказывают свой лечебный эффект, взаимодействуя с медиаторами, их рецепторами или отдельными ферментами. Так, например, ингибиторы моноаминоксидазы подавляют фермент, участвующий в расщеплении адреналина и норадреналина, и скорее всего оказывают свой лечебный эффект при депрессии, увеличивая продолжительность действия этих медиаторов. Галлюциногены типа диэтиламида лизерговой кислоты и мескалина , воспроизводят действие каких-то природных медиаторов мозга или же подавляют действие других медиаторов.
Проводившееся недавно изучение действия некоторых болеутоляющих веществ - опиатов героина и морфина - показало, что в мозгу млекопитающих присутствуют природные (эндогенные) вещества, вызывающие сходный эффект. Все эти вещества, взаимодействующие с опиатными рецепторами, получили общее название эндорфинов . К настоящему времени открыто много таких соединений; из них лучше всего изучена группа относительно небольших пептидов, называемых энкефалинами (мет-энкефалин, β-эндорфин и др.). Считается, что они подавляют болевые ощущения, влияют на эмоции и имеют отношение к некоторым психическим заболеваниям.
Все это открыло новые пути для изучения функций мозга и биохимических механизмов, лежащих в основе воздействия на боль и лечения с помощью таких различных методов, как внушение, гипно? и акупунктура. Предстоит выделить еще много других веществ типа эндорфинов, установить их строение и функции. С их помощью можно будет получить более полное представление о работе мозга, и это лишь вопрос времени, так как методы выделения и анализа веществ, присутствующих в столь малых количествах, непрерывно совершенствуются.
НЕРВНО-МЫШЕЧНЫЙ СИНАПС
Нервно-мышечный синапс – структура, которая обеспечивает передачу возбуждения с нервного волокна на мышечное. Состоит из пресинаптической мембраны, постсинаптической мембраны и синаптической щели между ними.
Механизм передачи возбуждения – химический. Химическое вещество, которое участвует в передаче возбуждения, называетсямедиатором . Медиатором в нервно-мышечном синапсе скелетных мышц являетсяацетилхолин . Ацетилхолин (АХ) находится в пресинаптическом нервном окончании в виде синаптических пузырьков (квантов).
ЭТАПЫ СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ: (1) возбуждение мембраны пресинаптического нервного окончания приводит к (2) увеличению проницаемости пресинаптической мембраны для ионов кальция (открываются потенциал-чувствительные кальциевые каналы), (3) ионы кальция поступают из тканевой жидкости в нервное окончание. (4) Они необходимы для выделения пузырьков медиатора (путем экзоцитоза). (5) Медиатор (АХ) диффундирует к постсинаптической мембране и (6) взаимодействует с холинорецепторами (белковыми молекулами, входящими в состав постсинаптической мембраны и имеющими высокое химическое сродство к ацетилхолину). (7) В результате взаимодействия АХ с холинорецепторами открываются ионные каналы в постсинаптической мембране мышечного волокна. (Особенность ионных каналов постсинаптической мембраны: они хемо-чувствительные и проницаемы как для натрия, так и для калия). (8) За счет движения ионов натрия в клетку и движения ионов калия из клетки происходит генерация постсинаптического потенциала – потенциала концевой пластинки (ПКП). ПКП имеет свойствалокального ответа :
зависит от количества медиатора, способен к суммации. Его амплитуда 30-70 мв. (9) ПКП увеличивает возбудимость мембраны мышечного волокна (вызывает деполяризацию до критического уровня) и в околосинаптической зоне возникает ПД, который затем распространяется вдоль всего мышечного волокна. (10) Ацетилхолин разрушается с помощью фермента ацетилхолинэстеразы (АХЭ) на холин и ацетат. Таким образом, холинорецепторы быстро освобождаются от медиатора. Холин возвращается в нервное окончание (с помощью специального активного транспорта) и используется для синтеза новых порций медиатора.
ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЧЕРЕЗ ХИМИЧЕСКИЙ СИНАПС:
(1) одностороннее проведение (только от нервного волокна к мышечному волокну);
(2) синаптическая задержка (время, необходимое на выделение медиатора, диффузию его и т.д.)
(3) низкая лабильность (синапс способен проводить только 100 имп в сек)
(4) высокая утомляемость (связана с истощением запасов медиатора)
(5) высокая чувствительность к действию химических блокаторов (кураре и др.), которые связываются с холинорецепторами и нарушают нервно-мышечную передачу возбуждения.
Контрольные вопросы по теме « Нервно-мышечный синапс»
Что такое нервно-мышечный синапс?
Из каких частей состоит нервно-мышечный синапс?
Каков механизм передачи возбуждения через нервно-мышечный синапс?
Как называется химическое вещество, необходимое для передачи возбуждения в синапсе?
В каком виде накапливается медиатор в пресинаптическом нервном окончании?
Как происходит выделение медиатора? Какие ионы необходимы для этого?
Что такое холинорецепторы? Где они расположены?
Что происходит в результате взаимодействия ацетилхолина с холинорецепторами?
Назовите особенности ионных каналов постсинаптической мембраны.
Что такое ПКП? Какие ионные токи участвуют в его формировании?
Что такое ПКП: импульс или локальный ответ?
Назовите свойства ПКП.
Что такое ацетилхолинэстераза? Какое значение имеет АХЭ?
Где происходит синтез ацетилхолина?
Почему синаптическая передача односторонняя?
Что такое синаптическая задержка?
Почему синапс имеет низкую лабильность?
Почему утомление в синапсе развивается быстрее, чем в нервном или мышечном волокне?
Опишите механизм действия кураре на нервно-мышечную передачу.
Пресинаптическая мембрана нервно-мышечного синапса представляет собой часть мембраны пресинаптического окончания аксона мотонейрона, ограничивающая синаптическую щель. Через нее осуществляется выделение (экзоитоз) медиатора в синаптическую щель. Медиатор пресинаптического окончания содержится в синаптических пузырьках(везикулах) диаметром 40 нм. Они образуются в комплесе Гольджи, с помощью быстрого прямого аксонного транспорта доставляются в пресинаптическое окончание и там заполняются медиатором и АТФ. В нервно-мышечном синапсе медиатором является ацетилхолин, который образуется из ацетилкоэнзима А и холина под действием фермента холинацетилтрансферазы. Везикулы расположены преимущественно вблизи периодических утолщений пресинаптической мембраны, называемых активными зонами. В неактивном синапсе везикулы с помощью белка синапсина связаны с белками цитоскелета,что обеспечивает им иммобилизацию и резервирование. Важными структурами пресинаптического окончания являются митохондрии, осуществляющие энергетическое обеспечение процесса синаптической передачи, цистерны гладкой ЭПС, содержащие депонированный ион Са, микротрубочки и микрофиламенты, участвующие во внутриклеточном передвижении везикул.
Синаптическая щель в нервно-мышечном синапсе имеет ширину в среднем 50 нм. Она содержит межклеточную жидкость и мукополисахаридное плотное вещество в виде полосок, мостиков, которое называется базальной мембраной и содержит ацетилхолинэстеразу.
Постсинаптическая мембрана содержит рецепторы,способные связывать молекулы медиатора. Ее особенностью является наличие мелких складок, которые образуют карманы, открывающиеся в синаптическую щель.
Таким образом, основными этапами передачи возбуждения в нервно-мышечном синапсе являются:
1) возбуждение мотонейрона, распространение потенциала действия на пресинаптическую мембрану;
2) повышение проницаемости пресинаптической мембраны для ионов кальция, ток кальция в клетку, повышение концентрации кальция в пресинаптическомокончаниии;
3) слияние синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной в активной зоне, экзоцитоз, поступление медиатора в синаптическую щель;
4) диффузия ацетилхолина к постсинаптической мембране, присоединение его к N-холинорецепторам, открытие хемозависимых ионных каналов;
5) преобладающий ионный ток натрия через хемозависимые каналы, образование надпорогового потенциала концевой пластинки;
6) возникновение потенциалов действия на мышечной мембране;
7) ферментативное расщепление ацетилхолина, возвращение продуктов расщепления в окончание нейрона, синтез новых порций медиатора.
Миорелаксанты- лекарственные средства, снижающие тонус скелетной мускулатуры с уменьшением двигательной активности вплоть до полного обездвиживания.
Механизм действия - блокада Н-холинорецепторов в синапсах прекращает подачу нервного импульса к скелетным мышцам, и мышцы перестают сокращаться. Расслабление идет снизу вверх, от кончиков пальцев ног до мимических мышц. Последней расслабляется диафрагма. Восстановление проводимости идет в обратном порядке.
По особенностям взаимодействия с рецепторами миорелаксанты делятся на две группы:
Деполяризирующие миорелаксанты - при контакте с рецепторами вызывают стойкую деполяризацию мембраны синапса, сопровождающуюся кратковременным хаотичным сокращением мышечных волокон (миофасцикуляции), переходящим в миорелаксацию. При стойкой деполяризации нервно-мышечная передача прекращается. Миорелаксациянепродолжительна, происходит за счет удержания открытыми мембранных каналов и невозможности реполяризации. Метаболизируютсяпсевдохолинэстеразой, выводятся почками
Недеполяризирующиемиорелаксанты - блокируют рецепторы и мембранные каналы без их открытия, не вызывая деполяризацию
20в. Физиологические свойства и особенности гладких мышц
Основные функции мышечной ткани:
1.двигательная – обеспечение движения
2.статическая – обеспечение фиксации, в том числе и в определенной позе
3.рецепторная – в мышцах имеются рецепторы, позволяющие воспринимать собственные движения
4.депонирующая – в мышцах запасаются вода и некоторые питательные вещества.
Физиологические свойства:
Сократимость. Сокращение гладкой мышцы определяется особым характером распостранения возбуждения. Группа клеток взаимодействующих посредством нексусов и своих электрических полей, формирует пучок, который является структурно-функциональной единицей гладкой мышцы и сокращается как единое целое.большая продолжительность сокращения; Время сокращения гладкомышечных волокна в несколько сотен раз больше, чем поперечно. Благодаря этому гладкие мышцы приспособлены к длительному сокращению без больших затрат энергии и медленно устают;
Спонтанная миогенная активность. В отличие от скелетных мышц гладкие мышцы желудка, кишечника, матки, мочеточников, кровеносных сосудов и других внутренних органов развивают спонтанно-тетаноподобные сокращения.Эта спонтанная активность возникает в особых мышечных клетках, которые выполняют функцию водителя ритма, то есть обладают способностью до автоматизма. От этих клеток ПД распространяется со скоростью примерно 0.1 м/с через Нексус на соседние волокна и охватывает всю мышцу. Например, перистальтические сокращения желудка возникают с частотой 3 раза за 1 мин, сегментарные и маятниковые движения в толстом кишечнике - с частотой -20 раз за 1 мин.
Пластичность - способность сохранять длину, приобретенную при растяжении, без изменения напряжения. Это свойство имеет очень большое значение для нормальной деятельности внутренних органов, например мочевого пузыря.
высокая чувствительность к физиологически активных веществ, в частности к медиаторам вегетативной нервной системы - ацетилхолина, а также - серотонина, брадикинина, простагландинов. Указанные биологически активные вещества могут как возбуждать, так и тормозить гладкомышечные волокна. Это зависит от того, какой процесс - деполяризацию, или гиперполяризацию вызывает данное вещество на мембране клетки. Так, например, ацетилхолин вызывает сокращение гладких мышц большинства органов, но способствует расслаблению стенок сосудов некоторых органов. Характер ответы гладких мышц на действие физиологически активного вещества зависит от того, ионные каналы она открывает в свою очередь детерминировано спецификой мембранных рецепторов.
Возбудимость. Потенциал покоя 60-70 мВ. Для миоцитов,обладающих спонтанной элекрической активностью 30-60. Положительный пик ПД меньше, чем в поперечнополосатых меньше, чем в поперечнополосатых мышечных волокнах и достигает 10-15 мВ. Длительность ПД колеблется от 25 мс до 1 с. В процессе формирования потенциала покоя играют роль не только ионы К +, но и Са) Взаимодействие актина и миозина в гладкомышечных волокнах также активируется ионами Са 2, но они попадают в клетки не с сарко-ретикулума, а транспортируются туда с межклеточного среды. Деполяризация мембраны обусловлена открытием кальциевых каналов и диффузией ионов кальция в клетку.
Проводимость. Проведение возбуждения по гладкомышечному миоциту непрерывное. Однако изолированно отдельные гладкомышечные клетки не возбуждаются и не сокращаются. Взаимодействие между отдельными миоцитами осуществляется благодаря щелевидным контактам, обладающим низким электрическим сопротивлением. Благодаря этому электрическое поле 1 клетки обеспечивает возбуждение другой. Скорость распространения ПД в пределах пучка составляет 5-10 м/с.
Автоматия присуща клеткам-водителя ритма (пейсмекерам). В ее основе лежит спонтанно возникающая медленная деполяризация – при достижении критического потенциала возникает ПД. Эта деполяризация преимущественно обусловлена диффузией ионов кальция в клетку.
2.Рефлекторная дуга – совокупность структур при помощи которой осуществляется рефлекс. Схематично рефлекторную дугу можно изобразить из 5 звеньев.
1. Воспринимающее звено (рецептор) обеспечивает восприятие изменений внешней и внутренней среды организма посредством трансформации энергии раздражения в рецепторный потенциал.
Рефлексогенная зона – совокупность рецепторов, раздражение которых вызывает рефлекс. При любом раздражении возникают рецепторные потенциалы, обеспечивающие посылку н.и. в ЦНС с помощью 2 звена.
2. Афферентное звено
Роль: передача сигнала в цнс к третьему звену рефлекторной дуги. Для соматической нервной системы - это афферентный нейрон с его отростками, тело его расположено в спинномозговых ганглиях или ганглиях черепных нервов. Импульс по дендриту афферентного нейрона, затем по его аксону, далее в цнс.
3. Управляющее звено – совокупность центральных (для ВНС и ПНС) нейронов, формирующих ответную реакцию организма.
4. Эфферентное звено – аксон эффекторного нейрона (для соматической н.с. мотонейрона).
5. Эффектор (рабочий орган) эффекторным нейроном соматической н.с. является мотонейрон
Классификация рефлексов
1. По условиям появления рефлексов в онтогенезе
a) Врожденные (безусловные)
b) Приобретенные
Врожденные могут быть соматическими (с помощью сомат. н.с., в качестве эффектора – скелетная мускулатура) и вегетативными (с помощью вегет. н.с.)
2. По биологическому значению
a) Гомеастатические (регуляция функций внутр. органов; работа сердца; секреция и моторика ЖКТ – пищевые рефлексы.)
b) Защитные (оборонительные)
c) Половые
d) ориентировочный рефлекс.
3. В зависимости от числа синапсов
В центральной части рефлекторной дуги различают.
а) моносинаптические (рефлекс на растяжение четырехглавной мышцы - коленный разгибательный рефлекс, при ударе по сухожилию
б) полисинаптические (участвует несколько последовательно включенных нейронов ЦНС
4. по рецепторам, раздражение которых вызывает ответную реакцию.
а) экстероцептивные
б) интероцептивные
в) проприоцептивные (используются в клинической практике для оценки состояния возбудимости ЦНС и для диагностики.
5. по локализации рефлекторной дуги
А) центральные (дуга через ЦНС)
б) периферические ревлексы (дуга замыкается вне ЦНС)
в) по отношению к физиологическим системам
|
ПРИЗНАКИ |
ВЕГЕТАТИВНАЯ |
СОМАТИЧЕСКАЯ |
|
Органы-мишени |
Гладкие мышцы, миокард, железы, жировая ткань, органы иммунитета |
Скелетные мышцы |
|
Паравертебральные, Превертебральные и Органные |
Локализованы в ЦНС |
|
|
Число эфферентных нейронов | ||
|
Эффект стимуляции |
Возбуждающий или Подавляющий |
Возбуждающий |
|
Типы нервных волокон |
Тонкие миелиновые или немиелиновые, медленные |
миелиновые быстрые |
Страница 2 из 3
Нервно-мышечный синапс
Физиология нервно-мышечных синапсов рассмотрена в главах 4 (см. рис. 4–8) и 6 (см. рис. 6–2 в статье Синапсы и 6–3 в статье Организация и функция синапса ).
Как и любой синапс, нервно-мышечное соединение состоит из трех частей: пресинаптической области, постсинаптической области и синаптической щели .
Пресинаптическая область
Двигательная нервная терминаль нервно-мышечного синапса снаружи покрыта шванновской клеткой , имеет диаметр 1–1,5 мкм и образует пресинаптическую область нервно-мышечного синапса. В пресинаптической области в большом количестве присутствуют синаптические пузырьки, заполненные ацетилхолином (5–15 тыс. молекул в одном пузырьке) и имеющие диаметр порядка 50 нм.
Постсинаптическая область
На постсинаптической мембране - специализированной части плазмолеммы мышечного волокна - имеются многочисленные инвагинации, от которых на глубину 0,5–1,0 мкм отходят постсинаптические складки, чем существенно увеличивается площадь мембраны. В постсинаптическую мембрану встроены н?холинорецепторы , их концентрация достигает 20–30 тысяч на 1 мкм 2 .
Постсинаптические н?холинорецепторы (рис. 7–7) Диаметр открытого канала в составе рецептора равен 0,65 нм, что вполне достаточно для свободного прохождения всех необходимых катионов: Na+, K+, Ca2+. Отрицательные ионы, такие как Cl–, не проходят через канал вследствие сильного отрицательного заряда в устье канала.
Рис. 7–7. . А - рецептор не активирован, ионный канал закрыт. Б - после связывания рецептора с ацетилхолином канал кратковременно открывается. Реально через канал проходят преимущественно ионы Na+ в силу следующих обстоятельств: - в среде, окружающей рецептор ацетилхолина, в достаточно больших концентрациях имеется лишь два положительно заряженных иона: во внеклеточной жидкости Na+ и во внутриклеточной жидкости K+; - сильный отрицательный заряд внутренней поверхности мышечной мембраны (от –80 до –90 мВ) притягивает положительно заряженные ионы натрия внутрь МВ, одновременно предотвращая попытки ионов калия двигаться наружу.
Внесинаптические холинорецепторы. Холинорецепторы присутствуют также в мембране мышечного волокна вне синапса, но здесь их концентрация на порядок величины меньше, чем в постсинаптической мембране.
Синаптическая щель
Через синаптическую щель проходит синаптическая базальная мембрана. Она удерживает в области синапса терминаль аксона, контролирует расположение холинорецепторов в виде скоплений в постсинаптической мембране. В синаптической щели также находится фермент ацетилхолинэстераза, расщепляющий ацетилхолин на холин и уксусную кислоту.
Этапы нервно-мышечной передачи
Нервно-мышечная передача возбуждения состоит из нескольких этапов.
- ПД по аксону достигает области двигательного нервного окончания.
- Деполяризация мембраны нервного окончания приводит к открытию потенциалозависимых Са2+?каналов и входу Са2+ в двигательное нервное окончание.
- Повышение концентрации Са2+ приводит к запуску экзоцитоза квантов ацетилхолина из синаптических пузырьков.
- Ацетилхолин попадает в синаптическую щель, где путём диффузии достигает рецепторов на постсинаптической мембране. В нервно-мышечном синапсе в ответ на один ПД выделяется около 100–150 квантов ацетилхолина.
- Активация н?холинорецепторов постсинаптической мембраны. При открытии каналов н?холинорецепторов возникает входящий Na–ток, что приводит к деполяризации постсинаптической мембраны. Появляется потенциал концевой пластинки, который при достижении критического уровня деполяризации вызывает ПД в мышечном волокне.
- Ацетилхолинэстераза расщепляет ацетилхолин и действие выделившийся порции нейромедиатора на постсинаптическую мембрану прекращается.
Надежность синаптической передачи
В физиологических условиях каждый нервный импульс, поступающий в нервно-мышечное соединение, вызывает возникновение потенциала концевой пластинки, амплитуда которого в три раза больше необходимой для возникновения ПД. Появление такого потенциала связано с избыточностью выделения медиатора. Под избыточностью подразумевается выделение в синаптическую щель значительно большего количества ацетилхолина, чем требуется для запуска ПД на постсинаптической мембране. Этим гарантируется, что каждый ПД мотонейрона вызовет реакцию в иннервируемом им МВ.
Вещества, активирующие передачу возбуждения
Холиномиметики. Метахолин, карбахол и никотин оказывают на мышцу тот же эффект, что и ацетилхолин. Различие заключается в том, что эти вещества не разрушаются ацетилхолинэстеразой или разрушаются более медленно, в течение многих минут и даже часов.
Антихолинэстеразные соединения. Неостигмин, физостигмин и диизопропилфлуорофосфат инактивируют фермент таким образом, что имеющаяся в синапсе ацетилхолинэстераза теряет способность гидролизовать ацетилхолин, выделяющийся в концевой двигательной пластинке. В результате происходит накопление ацетилхолина, что в ряде случаев может вызывать мышечный спазм. Это может приводить к смертельным исходам при спазме гортани у курильщиков. Неостигмин и физостигмин инактивируют ацетилхолинэстеразу в течение нескольких часов, после чего их действие проходит, и синаптическая ацетилхолинэстераза восстанавливает свою активность. Диизопропилфлуорофосфат, являющийся нервно-паралитическим газом, блокирует ацетилхолинэстеразу на недели, что делает это вещество смертельно опасным.
Вещества, блокирующие передачу возбуждения
- Миорелаксанты периферического действия (кураре и курареподобные препараты) широко применяются в анестезиологии. Тубокурарин препятствует деполяризующему действию ацетилхолина. Дитилин приводит к миопаралитическому эффекту, вызывая стойкую деполяризацию постсинаптической мембраны.
- Ботулотоксин и столбнячный токсин блокируют секрецию медиатора из нервных терминалей.
- бетта- и гамма-Бунгаротоксины блокируют холинорецепторы.
Нарушения нервно-мышечной передачи
- Миастения тяжёлая псевдопаралитическая (myasthenia gravis) - аутоиммунное заболевание, при котором образуются АТ к н?холинорецепторам. Циркулирующие в крови АТ связываются с н?холинорецепторами постсинаптической мембраны МВ, препятствуют взаимодействию холинорецепторов с ацетилхолином и угнетают их функцию, что приводит к нарушению синаптической передачи и развитию мышечной слабости. Ряд форм миастений вызывает появление АТ к кальциевым каналам нервных окончаний в нервно-мышечном соединении.
- Денервация мышцы. При двигательной денервации происходит значительное увеличение чувствительности мышечных волокон к эффектам ацетилхолина вследствие увеличенного синтеза рецепторов ацетилхолина и их встраивания в плазмолемму по всей поверхности мышечного волокна.
Структурное образование, обеспечивающее переход возбуждения с нервного волокна на иннервируемую им клетку - мышечную, нервную или железистую, получило название синапса .
|
Электронномикроскопические исследования выявили, что все синапсы как в центральной нервной системе, так и на периферии состоят из трёх основных элементов: пресинаптической мембраны, постсинаптической мембраны и синаптической щели (рис. 161 ). Рис. 161. Взаимоотношения между нервным волокном, нервным окончанием и скелетным мышечным волокном (схема). 1 - миелинизированное нервное волокно; 2 - нервное окончание с пузырьками медиатора: 3 - постсинаптическая мембрана мышечного волокна; 4 - синаптическая щель; 5 - внесинаптическая мембрана мышечного волокна; 6 - миофибриллы; 7 - саркоплазма; 8 - потенциал действия нервного волокна; 9 - потенциал концевой пластинки (постсинаптический потенциал); 10 - потенциал действии мышечного волокна. |
Пресинаптической мембраной называется мембрана, покрывающая нервное окончание. Последнее представляет собой своеобразный нейросекреторный аппарат. Здесь вырабатывается и выделяется медиатор, осуществляющий возбуждающее или тормозное действие на иннервируемую клетку.
В состоянии покоя медиатор содержится в так называемых синаптических пузырьках, отчетливо видимых на электронных микрофотографиях нервных окончаний (см. схему на рис. 161 ). При деполяризации пресинаптической мембраны эти пузырьки лопаются, медиатор освобождается и изливается через мембрану в синаптическую щель. Ширина последней составляет примерно 200-500 Å. Она заполнена межклеточной жидкостью, которая по солевому составу приближается к солевому составу плазмы крови. Медиатор быстро диффундирует через щель, воздействуя на мембрану иннервируемой (мышечной, нервной или железистой) клетки.
Та часть мембраны этой клетки, которая непосредственно граничит с нервным окончанием, называется постсинаптической мембраной (в нервно-мышечном соединении нервное окончание и постсинаптическую мембрану называют часто концевой, или двигательной, пластинкой). Постсинаптическая мембрана по своим свойствам отличается от мембраны, покрывающей остальную часть клетки. Главное отличие состоит в том, что она обладает очень высокой химической чувствительностью к медиатору и невозбудима по отношению к электрическому току.
На взаимодействии медиатора с постсинаптической мембраной и основан механизм сннаптической передачи возбуждения.
Наличие химического звена в механизме этой передачи делает понятным два общих свойства синапсов:
- односторонность проведения возбуждения через синапсы (в отличие от двустороннего проведения в нервных волокнах)
- наличие синаптической задержки.
Односторонность проведения в нервно-мышечных синапсах связана с тем, что медиатор, выделяющийся нервным окончанием, возбуждает постсинаптическую мембрану мышечного волокна, железистой клетки и нервной клетки. Потенциал же действия, возникающий в мышечном волокне, в нервной или железистой клетке, вследствие наличия синаптической щели не может возбудить нервные окончания и нервные волокна.
Синоптическая задержка, т. е. замедление проведения возбуждения при передаче через синапс, определяется главным образом временем диффузии медиатора от мембраны нервного окончания к мембране мышечного волокна. В нервно-мышечном соединении синаптическая задержка равна примерно 1-3 мсек. В нервных окончаниях в гладкой мышце синаптическая задержка больше, чем в нервных окончаниях в скелетной мышце.
