Фізіологія синаптичної передачі (лекція)

Лекція на тему:

Фізіологія синаптичної передачі

План лекції

Класифікація синапсів.

Загальні приципи роботи та властивості хімічних синапсів.

Характеристика нервово-м’язевої (холінергічної) передачі.

Адренергічні синапси.

Термін і поняття «синапс», «синаптична передача» був введений у
фізіологію Ч.Шеррiнгтоном. Він, досліджуючи діяльність ЦНС, припустив ще
в 1897 р., що нейрони між собою з’єднуються за допомогою спеціального
механізму, який він і назвав синаптичним. Наступні роки підтвердили цю
ідею.

КЛАСИФІКАЦІЯ СИНАПСIВ

Синапс — це морфофункцiональне утворення ЦНС, що забезпечує передачу
сигналу з нейрона на інший нейрон або з нейрона на ефекторну клітину
(м’язеве волокно, секреторну клітину). Всі синапси ЦНС можна
класифікувати в такий спосіб.

1. По локалізації: центральні (головний і спинний мозок) і периферичні
(нервово-м’язевий, нейросекреторний синапс вегетативної нервової
системи). Центральні синапси можна у свою чергу розділити на
аксо-аксональнi, аксо-дендротичнi (дендритнi), аксо-соматичнi,
дендро-дендротичнi, дендро-соматичнi і т.п. Відповідно Г. Шеперду,
розрізняють реципрокнi синапси, послідовні синапси і синаптичнi
гломерули (різноманітним засобом сполучені через синапси клітини).

2. По розвитку в онтогенезі: стабільні (наприклад, синапси дуг
безумовного рефлексу) і динамiчнi, що з’являються в процесі
індивідуального розвитку.

3. За кінцевим ефектом: гальмiвнi і збудливі.

4. По механізму передачі сигналу: електричні, хімічні, змішані.

5. Хімічні синапси можна класифікувати по природі медiатора-
холiнергiчнi (медiатор АХ), адренергiчнi (НА), дофамiнергiчнi (дофамiн),
ГАМК-ергiчнi, глiцинергiчнi, глутаматергiчнi, аспартатергiчнi.

Електричні синапси.. Багато авторів недостатньо чітко диференціюють
поняття «електричний синапс» і «нексуси» (в гладеньких м’язах,
міокарді). В даний час визнають, що в ЦНС є електричні синапси. З
погляду морфології електричний синапс це щілинний утвір (розміри щілини
до 2 нм) з іонними містками-каналами між двома клітинами, що
контактують. Збудження при наявності потенціалу дії (ПД), майже
безперешкод перескакує через такий щілинний контакт і збуджують, тобто
iндукують генерацію ПД другої клітини. В цілому, такі синапси (вони
називаються ефапсами) забезпечують дуже швидку передачу збудження. Але в
той же час за допомогою цих синапсiв не можна забезпечити одностороннє
проведення, тому що велика частина таких синапсiв має двосторонню
провідність. Крім того, за їх допомогою не можна змусити ефекторну
клітину (клітину, що управляється через даний синапс) гальмувати свою
активність. Аналогом електричного синапсу в гладеньких м’язах і в
серцевому м’язі є щілинні контакти типу нексуса.

Хімічні синапси. За своєю будовою хімічні синапси являють собою
закінчення аксона (термiнальнi синапси) або його варикозну частину, що
заповнена хімічною речовиною — медiатором. У синапсi розрізняють
пресинаптичний елемент, що обмежений пресинаптичною мембраною,
постсинаптичний елемент, що обмежений постсинаптичною мембраною, а також
позасинаптичну область і синаптичну щілину, розмір якої складає в
середньому 50 нм. В літературі існує велика розмаїтість у назвах
синапсiв. Наприклад, синаптична бляшка — це синапс між нейронами,
кiнцева пластинка — це постсинаптична мембрана мiоневрального синапсу,
моторна бляшка — це пресинаптичне закінчення аксона на м’язевому
волокні.

ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ РОБОТИ ХІМІЧНИХ СИНАПСІВ.

Кожний хімічний синапс, незалежно від природи медiатора i хеморецептора,
активується під впливом потенціалу дії, що надходить до пресинапсу від
тіла нейрона. В результаті — відбувається деполяризацiя пресинаптичної
мембрани, що підвищує проникність кальцієвих каналів пресинаптичної
мембрани і призводить до збільшення входу в пресинапс іонів кальцію. У
відповідь на це відбувається звільнення квантів (вихід із пресинапса) —
100-200 порцій (квантів) медiатора. Вийшовши в синаптичну щілину,
медiатор взаємодіє зі специфічним рецептором постсинаптичної мембрани,
що викликає зміну іонної проникності. В синапсах, у яких здійснюється
порушення постсинаптичної структури, звичайно відбувається підвищення
проникності для іонів натрію, що викликає деполяризацiю постсинаптичної
мембрани. Ця деполяризацiя одержала певну назву: збудливий
постсинаптичний потенціал (ЗПСП). Якщо його величина достатньо велика і
досягає критичного рівня деполяризацii, то генерується ПД. В гальмiвних
синапсах в результаті взаємодії медiатора з рецепторами, навпаки,
відбувається гiперполяризацiя (за рахунок, наприклад, збільшення
проникності для іонів калію і хлору). Це називається гальмiвним
постсинаптичним потенціалом (ГПСП). У гiперполяризованному стані
збудливість клітини знижується і вона перестає відповідати на зовнішні
подразники або (якщо клітина має здатність до автоматii) зменшує
спонтанну активність.

Після кожного циклу проведення імпульсу медiатор руйнується, наприклад,
АХ руйнується ацетилхолiнестеразою, НА руйнується моноамiноксидазою
(МАО) або катехол-О-метилтрансферазою (КОМТ), або йде зворотнє його
захоплення в пресинаптичну структуру. У одних випадках захоплюється
незруйнований медiатор (наприклад, НА), в інших — його залишки
(наприклад, холiн з АХ).

Існує ще один шлях впливу медiатора на постсинаптичну структуру — за
рахунок активації рецептора змінюється концентрація внутрішньоклітинного
посередника типу циклічного аденозинмонофосфата (цАМФ), в результаті
якого змінюється активність внутрішньоклітинних протеаз — а як наслідок
цього відбувається зміна функціональної активності клітини.

Синтез медiатора відбувається в пресинаптичному елементі, куди
потрапляють вихідні продукти для синтезу і ферменти, необхідні для
синтезу. Ферменти утворюються в сомі нейрона і по аксону, приблизно зі
швидкістю 6 мм/добу, потрапляють у пресинапс, де використовуються в
процесі синтезу медiатора. Пригнічення активності цих ферментів
фармакологічним шляхом може привести до виснаження запасів медiатора в
синапсi і, отже, до зниження його функціональної здатності.

Синтез рецепторів постстнаптичної мембрани. Рецептори — це білкові
структури, що є інтегральними білками плазматичної мембрани, вони
синтезуються в ендоплазматичному ретикулумi клітини, після чого
потрапляють (вбудовуються) у постсинаптичну мембрану, пройшовши
попередньо «сортування» в апараті Гольджі. При порушенні білкового
синтезу концентрація рецепторів може істотно знижуватися і призводити до
зменшення функціональних можливостей синаптичної передачі. В ряді
випадків у людини можуть вироблятися антитiла до власних рецепторів
постсинаптичноi мембрани. Це призводить до порушення функції синапса.
Синтез рецепторів — контрольований процес. Наприклад, якщо м’яз
денервований, то число холiнорецепторiв в області постсинаптичноi
мембрани знижується, але одночасно у позасинаптичних областях зростає
концентрація холiнорецепторiв, що робить м’яз більш чутливим у
відношенні АХ, що циркулює в крові.

ВЛАСТИВОСТІ ХІМІЧНИХ СИНАПСIВ

1. Одностороння провідність — одна з найважливіших властивостей
хімічного синапсу. Асиметрія — морфологічна і функціональна — є
передумовою для існування односторонньої провідності.

2. Наявність синаптичноi затримки: для того, щоб у відповідь на
генерацію ПД в ділянці пресинапса виділився медiатор і відбулася зміна
постсинаптичного потенціалу (ЗПСП або ГПСП), потрібно певнний час
(синаптична затримка). У середньому вона дорівнює 0,2-0,5 мс. Це дуже
короткий проміжок часу, але коли мова йде про рефлекторні дуги (в
нейронних сітках), що складаються з множини нейронів і синаптичних
зв’язків, цей латентний час сумується і перетворюється в суттєву
величину — 300- 500 мс. У ситуаціях, що зустрічаються на автомобільних
дорогах, цей час обертається трагедією для водія або пішохода.

3. Завдяки синаптичному процесу нервова клітина, що керує даним
постсинаптичним елементом (ефектором), може здійснювати збудливий вплив
або, навпаки, гальмiвний (це визначається конкретним синапсом).

4. В синапсах існує явище негативного зворотнього зв’язку — антидромний
ефект. Мова йде про те, що медiатор, який виділяється в синаптичну
щілину, може регулювати виділення наступної порції медiатора з цього ж
пресинаптичного елемента шляхом впливу на специфічні рецептори
пресинаптичноi мембрани. Так, відомо, що в адренергiчних синапсах є
альфа2-адренорецептори, взаємодія з котрими (норадреналiн зв’язується з
ними) приводить до зниження виділення порції норадреналiна при
надходженні чергового сигналу до синапсу. На пресинаптичнiй мембрані
виявлені рецептори і до інших речовин.

5. Ефективність передачі в синапсi залежить від інтервалу проходження
сигналів через синапс. Якщо цей інтервал до деякої межі зменшувати
(збiльшувати подачу імпульсу по аксону), то на кожний наступний ПД
відповідь постсинаптичноi мембрани (величина ЗПСП або ГПСП) буде
зростати (до деякої межі). Це явище полегшує передачу в синапсi, посилює
відповідь постсинаптичного елемента (об’єкта керування) на черговий
подразник; воно одержало назву «полегшення» або «потенцiацiя». В його
основі лежить накопичення кальцію в середині пресинапса. Якщо частота
проходження сигналу через синапс дуже велика, то через те, що медiатор
не встигає зруйнуватися або піти із синаптичноi щілини, виникає стійка
деполяризацiя або катодична депресія — зниження ефективності синаптичноi
передачі. Це явище називається депресією. Якщо через синапс проходить
багато імпульсів, то постсинаптична мембрана може зменшити відповідь на
виділення чергової порції медiатора. Це явище називається
десенситизацiєю — втратою чутливості. В певній мірі десенситизацiя схожа
на процес рефрактерностi (втрата збудливості). Синапси схильні до
втоми. Можливо, що в основі втоми (тимчасового падіння функціональних
можливостей синапса) лежать: а) виснаження запасів медiатора, б)
утруднення виділення медiатора, в) явище десенситизацii. Т. ч., втома —
це інтегральний показник.

НЕРВОВО-М`ЯЗЕВИЙ (МIОНЕВРАЛЬНИЙ) СИНАПС

Вивчений найбільш повно. Для нього характерно наявність великого числа
вигинів на пресинаптичнiй і, особливо, на постсинаптичнiй мембрані.
Завдяки цьому зростає площа контакту пресинапса з постсинапсом, що
збільшує можливість взаємодії. Пресинапс заповнений везикулами
ацетилхолiна (АХ). Приблизно кожний із них містить до 1000-10000 молекул
АХ. В основному везикули розташовані у визначених місцях пресинапса —
біля так званих активних зон. В нормі везикули не підходять близько до
пресинаптичної мембрани, мабуть, через те, що мають такий же заряд, як і
пресинапс, хоча можлива і наявність жорсткої структури, що утримує
везикули в підвішеному стані. Постсинаптична мембрана представлена у
вигляді гребінців. Вони розташовані з інтервалом приблизно в 1 мкм. На
вершині гребінця концентрація холiнорецепторiв досягає максимальних
значень (приблизно 20000 рецепторів на 1 мкм2), а в устях — тобто в
глибині — біля 1000 рецепторів. В позасинаптичнiй зоні концентрація
холiнорецепторiв менша — порядку 50 на 1 мкм 2. У синаптичнiй щілині
розташований глiкокалiкс — волокна, що виконують опорну функцію (зв’язок
механічна). Тут розташована ацетилхолiнестераза (АХЕ), що здатна
розщеплювати ацетилхолiн із швидкістю 1 молекула/мс.

h3″l9на здатний збуджуватися і під впливом нікотину. Його молекулярна
маса, визначена за допомогою методики зв’язування рецептора
бунгаротоксином (отрута смугастої крайоти — вид змії), дорівнює 250.000.
Молекула рецептора складається з 5 субодиниць — 2 альфа, бета, гама і
дельта. Всередині рецептора (його зовнішній вигляд — гриб) проходить
іонний канал, що пропускає натрій. При взаємодії АХ з ХР внаслідок
конформацiйних змін змінюється стан каналу — він стає проникним для
іонів натрію, що зумовлює вхід їх всередину м’язевого волокна в ділянці
постсинаптичноi мембрани і, як результат, викликає деполяризацiю. На
відміну від інших синапсiв, цей вид деполяризацii одержав назву
потенціалу кiнцевоi пластинки (ПКП).

В умовах спокою, коли пресинаптична мембрана не деполяризована, везикули
майже не спроможні виходити з пресинапсу . Проте з інтервалом приблизно
в 1 с спонтанно одна з везикул виходить в синаптичну щілину і звільнює
квант медiатора. Цей вид активності одержав назву «мініатюрний потенціал
кiнцевої пластинки». Наявність МПКП свідчить про квантову природу
виділення медiатора.

Коли до пресинапсу приходить потенціал дії, він викликає значну
деполяризацiю мембрани. Це призводить до того, що кальцій ззовні
надходить всередину пресинапса і, мабуть, подібно ситуації в м’язах,
викликає скорочення структур синапса (актиноподiбних волокон), в
результаті чого везикули близько підходять до пресинаптичної мембрани і
відбувається екзоцитоз — викид порції АХ. Якщо заблокувати кальцієві
канали, то процес передачі збудження в синапсi припиняється. В цілому,
на 1 ПД виділяється 100 (синапси жаби) або 200-300 везикул (квантів)
медiатора і в результаті генерується достатньо потужний постсинаптичний
потенціал (потенціал кiнцевої пластинки), що досягає критичного рівня
деполяризацii, викликаючи генерацію повноцінного потенціалу дії,
здатного до поширення по обидва боки від постсинаптичної мембрани у
позасинаптичнi ареали. Ацетилхолiн, що вийшов у синаптичну щілину,
миттєво руйнується ацетилхолiнестеразою (АХЕ), перетворюючись у холiн
(він знову захоплюеться для наступного синтезу) і ацетат.

Як і всі синапси, нервово-м’язовий синапс піддається фармакологічній
модифікації: можна блокувати проведення ПД по пресинаптичному елементі
(новокаїном), блокувати звільнення медiатора, наприклад, за рахунок
видалення із середовища іонів кальцію або додавання іонів марганцю, або
за допомогою ботулiну, можна заблокувати синтез АХ, пригнічуючи
захоплення холiна. Нарешті, що в практичному відношенні надзвичайно
важливо, можна блокувати самі рецептори і, тим самим, цілком припинити
передачу збудження в синапсi. Це можна зробити, використовуючи такі
речовини, які при високих концентраціях блокують ХР. Цією властивістю
володіють кураре і курареподiбнi речовини (д-тубокурарин, диплацин.). Ця
властивість має широке застосування в хірургії. Існує також можливість
регулювати активність ацетилхолiнестерази (АХЕ). Якщо її активність
зменшити до певного рівня, то це буде сприяти накопиченню АХ у
синаптичнiй щілині. Така ситуація при визначеній патології (мiастенiя
гравіс, коли кількість медiатора, що викидається різко знижена) є
сприятливою. Якщо iнактивацiя АХЕ досягає значної величини, то це
супроводжується розвитком стійкоi деполяризацiї в ділянці синапса і
приводить до блокади проведення збудження через мiоневральний синапс. В
кінцевому результаті це може привести до загибелі організму. На цьому
явищі базується застосування ФОС (фосфоорганiчних сполук) в якості
отруйних речовин або в якості інсектицидів (дихлофос, хлорофос і т.д.).

ІНШІ ХОЛIНЕРГIЧНI СИНАПСИ

У головному і спинному мозку (центральні синапси),у вегетативній
нервовій системі (ганглii, периферія) широко представлені холiнергiчнi
синапси: медiатором в усіх цих синапсах є ацетилхолiн. Фармакологiчно
було показано, що в одних структурах ХР активуються крім АХ, також і
нікотином, інші ж рецептори крім ацетилхолiну здатні активуватися
мускарином (алкалоїд ряду грибів, у тому числі мухомора). В зв’язку з
цим усі холiнорецептори поділені на 2 основних класи: Н-ХР i М-ХР.
Кожний із класів також неоднорідний. Зокрема, Н-холiнорецептори: в одних
випадках (нервово-м’язевий синапс) вони блокуються курареподiбними
речовинами, в інших (синапси головного мозку, синапси симпатичної і
парасимпатичноi систем) — вони не реагують на курареподiбнi речовини,
але блокуються під впливом бензогексонiя і йому подібних речовин
(ганглiоблокатори). Всi М-ХР блокуються атропіном (алкалоїд белладони
або беладонни звичайної). Ці рецептори є в центральних холiнергiчних
синапсах, а також у закінченнях постганглiонарних, парасимпатичних
волокон. В цілому, синапси на цій підставі можна поділяти на
н-холiнергiчнi і м-холiнергiчнi.

На відміну від н-холiнергiчних синапсiв, у м-холiнергiчних синапсах може
мати місце не тільки збудження, але і гальмування. Судячи з кінцевого
ефекту, частина м-холiнергiчних синапсiв є збудливими (ГМК
шлунково-кишкового тракту і бронхів), а частина — гальмiвними синапсами,
наприклад, у серцевому м’язі.

АДРЕНЕРГІЧНІ СИНАПСИ

Вони локалізуються в головному мозку, а також в симпатичній нервовій
системі — на закінченнях постганглiонарних волокон. Вони здійснюють
збудження (серцевий м’яз) або, навпаки, гальмування (ГМК
шлунково-кишкового тракту і бронхів). В усіх цих синапсах медiатором є
НА — норадреналiн (вірніше було б їх назвати норадренергiчними). Він
синтезується в синапсi з тирозина (послідовно: ДОФА-дофамiн-норадреналiн
— адреналін). Виділення НА відбувається в результаті появи в області
пресинапса потенціалу дії. Іони кальцію теж приймають участь у
виділеннi чергової порції квантів НА. Доля НА така: до 80% його підлягає
зворотньому захопленю в пресинапс (нейрональне захоплення), частина —
захоплюється еффекторною клітиною (екстранейрональне захоплення),
частина — дифундує в кровоносні судини, частина — піддається розщепленню
моноамiноксидазою (МАО) і катехолметилтрансферазою (КОМТ).

Ефект виділення НА залежить від того, який вид рецептора знаходиться на
постсинаптичнiй мембрані. Розрізняють 4 вида рецепторів — всi вони
називаються_ адренорецепторами. Їх поділяють на клас альфа-АР (всередині
-‘ дві популяції; альфа-1 і альфа-2) і бета-АР (відповідно бета-1 і
бета-2). В кожному синапсi є ці 4 види рецепторів, але домінує завжди
якійсь один із них. Вважають, що при взаємодії НА з альфа-1-АР
відбувається деполяризацiя постсинаптичноi мембрани (утвориться ЗПСП) і
збудження еффектора. Альфа-1-АР звичайно багато в ГМК судин шкіри і
шлунково-кишкового тракту, у нейронах головного мозку. Альфа-1-АР багато
на пресинаптичнiй мембрані адренергiчного синапса, завдяки чому НА
здійснює гальмiвний антидромний ефект (гальмує виділення чергової порції
НА із синапса). Бета-1-АР в основному представлені в міокарді, завдяки
чому НА викликає активацію цих структур. Бета-2-АР в основному
розташовані в ГМК судин скелетних м’язів, коронарних судин, у ГМК
бронхів, матки; при їх активації виникає гальмування активності
відповідних структур.

‘ Подібно іншим синапсам, адренергiчнi схильні до фармакологічної
модуляції. Можна регулювати синтез НА, порушувати депонування його у
везикулах (резерпін, октадин), пригнічувати активність МАО (iпразид),
КОМТ (пирогалол), посилювати виділення НА (ефедрин), iнгiбувати
виділення (октадин, орнид) і захоплення НА (резерпин, кокаїн). Нарешті,
можна вибiрково блокувати передачу збудження в адренергiчних синапсах,
використовуючи відповідно альфа-адреноблокатори (фентоламiн),
бета-блокатори (обзидан або селективні блокатори). Нещодавно виявлена
наявність у крові ендогенних адреномодуляторiв, що змінюють ефективність
адренергiчної взаємодії.

ВНУТРIШНЬОЦЕНТРАЛЬНI СИНАПСИ

Хімічні синапси в мозку є двох основних видів — збудливі і гальмiвні.
Одна з головних особливостей синапсiв мозку — це достаток синаптичних
зв’язків на тому самому нейроні (з одним нейроном можуть контактувати
декількох тисяч аксонiв). При цьому нейрон (або його вiдростки)
одночасно отримує і збудливі сигнали, і гальмуючі, тобто обидва види
синапсiв можуть функціонувати одночасно. Тому кінцевий результат є
результатом цих процесів — переважання збудливих впливів над гальмiвними
призводить до збудження, і навпаки. Той самий нейрон може одержувати
збудливі впливи через різноманітні синапси (адренергiчнi,
серотонiнергiчнi і т.п.), його плазматична мембрана повинна мати набір
відповідних хеморецепторiв. Нейрон може знаходитися в стані спокою,
збудження або гальмування. Багато в чому це визначається станом мембрани
на аксонному горбку. Це місце інтеграції всіх входів нейрона. Саме тут
може відбуватися сумацiя збудливих або, навпаки, гальмiвних впливів.
Наприклад, кожний збудливий синапс викликає пiдпороговi зміни
мембранного потенціалу, недостатні для генерації ПД (ЗПСП не досягає
критичного рівня деполяризацii). Якщо одночасно збуджуються два входи
(через 2 синапса йде збудження нейрона), те їхні впливи можуть
сумуватися на нейроні і ЗПСП буде здатнийни викликати генерацію ПД.

У мозку є ряд медiаторiв, що викликають збудження нейрона: норадреналiн
(його продукують адренергiчнi нейрони), дофамiн (дофамiнергiчнi
нейрони), серотонiн, пептиди (пептидергiчнi), глутамiнова кислота,
аспарагiнова кислота і т.д. В усіх цих випадках медiатор,що виділяється
, взаємодіє зі специфічним рецептором, в результаті чого змінюється
проникність для іонів натрію і в результаті розвивається деполяризацiя
(ЗПСП). Якщо вона досягає критичного рівня, то виникає ПД (збудження
нейрона).

Гальмiвнi синапси утворені спеціальними гальмiвними нейронами (точніше,
аксонами). Медiатором можуть бути глiцин, ГАМК і ряд інших речовин.
Звичайно глiцин продукується в синапсах, за допомогою яких здійснюється
постсинаптичне гальмування. При взаємодії глiцина як медiатора з
глiциновими рецепторами нейрона виникає гiперполяризацiя нейрона (ГПСП)
і, як наслідок, — зниження збудливості нейрона аж до повної його
рефрактерностi. В результаті цього збудливі впливи, що надходять через
інші аксони, стають малоефективними або неефективними. Нейрон
виключається з роботи цілком.

Пресинаптичне гальмування здійснюється за участю ГАМК. Принцип такий:
гальмiвний ГАМК-ергiчний нейрон спрямовує свій аксон до аксона, по якому
йде збудливий вплив від одного нейрона (N 1, наприклад) до другого ( N
2). У місці контакту, що розташований недалеко від синаптичного контакту
аксона нейрона N 1 із нейроном N 2, виділяється ГАМК, що взаємодіє з
ГАМК-ергiчними рецепторами, і в результаті відбувається стійка
деполяризацiя, що призводить до розвитку катодичної депресії. Цього
цілком достатньо, щоб блокувати проведення збудження по аксону від
нейрона N 1 до нейрона N 2. Ситуація нагадує дію новокаїну.

Пресинаптическое гальмування, на відміну від постсинаптичного, не
виключає з роботи відразу весь нейрон, а лише виключає окремий вхід,
тобто це більш «тонкий» інструмент гальмування, чим постсинаптичне. Воно
дозволяє «вилучити» непотрібну інформацію, не припустити її до даного
нейрона.

Ефект глiцина блокується стрихнiном, а ефект ГАМК блокується бiкукулiном
пиротоксином.

PAGE

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *