Każdy organizm wielokomórkowy, każda tkanka zbudowana z komórek potrzebuje mechanizmów zapewniających interakcje międzykomórkowe. Jak się je przeprowadza? interakcje międzyneuronowe? Informacje wędrują wzdłuż komórki nerwowej w formie potencjały czynnościowe. Przeniesienie wzbudzenia z zakończeń aksonów do unerwionego narządu lub innej komórki nerwowej następuje poprzez międzykomórkowe formacje strukturalne - synapsy (z greckiego „Synapsa”- połączenie, połączenie).

Podstawowe elementy synapsy

Synapsa to złożona formacja strukturalna składająca się z błony presynaptycznej (najczęściej jest to końcowa gałąź aksonu), błony postsynaptycznej (najczęściej jest to odcinek błony ciała lub dendrytu innego neuronu), a także jako szczelina synaptyczna.

Synapsa jest tak wąska, że ​​jej strukturę można badać jedynie za pomocą mikroskopu elektronowego. Cytoplazma w miejscu kontaktu jest zagęszczona po obu stronach lub tylko w komórce postsynaptycznej. Sygnał przekazywany jest z części presynaptycznej do części postsynaptycznej. Między nimi jest szczelina synaptyczna szerokość 0,02-0,03 mikrona. Średnica synapsy wynosi 1-2 mikrony lub mniej.

Na końcu presynaptycznym znajdują się małe pęcherzyki błonowe - pęcherzyki.Średnica pęcherzyków może wynosić 0,02-0,06 µm lub więcej; ich kształt jest kulisty lub spłaszczony. Pęcherzyki wypełnione są substancjami fizjologicznie czynnymi - mediatorzy. Dla każdego konkretnego neuronu parametry tworzonych przez niego synaps (wielkość szczeliny, średnica i kształt pęcherzyków, liczba cząsteczek przekaźnikowych w pęcherzyku) są stałe.

Pojęcie synapsy wprowadził angielski fizjolog C. Sherringtona w 1897 r., aby oznaczyć funkcjonalny kontakt między neuronami. Warto dodać, że już w latach 60. ubiegłego wieku ICH. Sieczenow podkreślił, że bez komunikacji międzykomórkowej nie da się wyjaśnić metod powstawania nawet najbardziej elementarnego procesu nerwowego. Im bardziej złożony jest układ nerwowy i im większa jest liczba składowych elementów neuronalnych mózgu, tym ważniejsze staje się znaczenie kontaktów synaptycznych.

Grafika ze schematem synapsy Z chemiczny(A), elektryczne (B) i mieszane (C) mechanizmy przekładni

Mechanizm transmisji przez synapsy pozostawał przez długi czas niejasny, choć było oczywiste, że transmisja sygnału w obszarze synaptycznym różni się znacznie od procesu przewodzenia potencjału czynnościowego wzdłuż aksonu. Jednak na początku XX wieku postawiono hipotezę, że zachodzi także transmisja synaptyczna elektryczny Lub chemicznie. Elektryczna teoria transmisji synaptycznej w ośrodkowym układzie nerwowym była znana aż do wczesnych lat 50. XX wieku, ale znacznie straciła na popularności po wykazaniu w wielu przypadkach synapsy chemicznej. synapsy obwodowe. Na przykład, AV Kibiakow, Po przeprowadzeniu eksperymentu na zwoju nerwowym, a także zastosowaniu technologii mikroelektrod do wewnątrzkomórkowej rejestracji potencjałów synaptycznych neuronów OUN, udało się wyciągnąć wniosek na temat chemicznej natury transmisji w synapsach międzyneuronalnych rdzenia kręgowego. Badania mikroelektrod przeprowadzone w ostatnich latach wykazały, że w niektórych synapsach międzyneuronowych tak jest elektryczny mechanizm przeniesienia napędu. Obecnie stało się oczywiste, że istnieją synapsy posiadające zarówno mechanizm transmisji chemicznej, jak i elektryczną. Ponadto w niektórych strukturach synaptycznych współdziałają mechanizmy transmisji elektrycznej i chemicznej – są to tzw synapsy mieszane.

Synapsy elektryczne.

Synapsy elektryczne to dość gęste kontakty między komórkami (szerokość szczeliny synaptycznej wynosi tylko około 2 nm), dzięki czemu impuls nerwowy „przeskakuje” z błony presynaptycznej na błonę postsynaptyczną. Dodatkowo w synapsie elektrycznej pomiędzy błoną presynaptyczną i postsynaptyczną znajdują się tzw. mostki, czyli białka kanałowe, przez które mogą przechodzić małe cząsteczki i jony. Dzięki takim kanałom nie dochodzi do utraty sygnału na skutek upływu prądu elektrycznego przez środowisko zewnątrzkomórkowe. W rezultacie potencjalne zmiany w zakończeniu presynaptycznym mogą zostać przeniesione na błonę postsynaptyczną praktycznie bez strat.

Synapsy elektryczne i ich substrat morfologiczny – połączenia szczelinowe – odkryto w różnych częściach układu nerwowego bezkręgowców i niższych kręgowców. Synapsy elektryczne znajdują się także w mózgu ssaków. Znajdują się w pniu mózgu: w jądrze nerwu trójdzielnego, w jądrze przedsionkowym Deitera, w dolnej oliwce rdzenia przedłużonego.

Wzbudzenie w takich synapsach następuje szybko, z niewielkim opóźnieniem lub nawet bez opóźnienia. Synapsy elektryczne przewodzą wzbudzenie zarówno jednostronnie, jak i obustronnie. Łatwo to udowodnić, rejestrując potencjał elektryczny synapsy: gdy pobudzane są ścieżki doprowadzające, błona synapsy ulega depolaryzacji, a gdy pobudzane są włókna odprowadzające, ulega hiperpolaryzacji. Okazało się, że synapsy neuronów o tej samej funkcji mają obustronne przewodzenie wzbudzenia (na przykład synapsy między dwiema wrażliwymi komórkami). W takich synapsach prąd jest możliwy w obu kierunkach, ale czasami opór w jednym kierunku jest większy niż w drugim (efekt prostowniczy).

Synapsy pomiędzy różnie funkcjonalnymi neuronami (czuciowymi i motorycznymi) mają przewodzenie jednokierunkowe. Synapsy elektryczne umożliwiają synchronizację aktywności grup neuronów, pozwalają uzyskać stałe, stereotypowe reakcje przy wielokrotnych ekspozycjach, ponieważ są mniej podatne na wpływy metaboliczne i inne niż synapsy chemiczne.

Synapsy chemiczne.

Synapsy chemiczne to funkcjonalne kontakty między komórkami, w których przekazywanie sygnałów odbywa się za pośrednictwem specjalnych pośredników chemicznych - mediatorów.

Zastanówmy się, jak zachodzi transmisja chemiczna, synaptyczna. Schematycznie wygląda to tak: impuls wzbudzenia dociera do błony presynaptycznej komórki nerwowej (dendrytu lub aksonu), która zawiera pęcherzyki synaptyczne, wypełniony specjalną substancją - mediator(z łac "Głoska bezdźwięczna"- środek, pośrednik, nadajnik). Błona presynaptyczna zawiera wiele kanałów wapniowych. Potencjał czynnościowy depolaryzuje zakończenie presynaptyczne, zmieniając w ten sposób stan kanałów wapniowych, powodując ich otwarcie. Ponieważ stężenie wapnia (Ca 2+) w środowisku zewnątrzkomórkowym jest większe niż wewnątrz komórki, wapń dostaje się do komórki przez otwarte kanały. Prowadzi to do wzrostu wewnątrzkomórkowej zawartości wapnia fuzja bąbelków z błoną presynaptyczną. Nadajnik opuszcza pęcherzyki synaptyczne do szczeliny synoptycznej. Szczelina synaptyczna w synapsach chemicznych jest dość szeroka i wynosi średnio 10-20 nm. Tutaj mediator wiąże się z białkami - receptorami wbudowanymi w błonę postsynaptyczną. Związanie przekaźnika z receptorem rozpoczyna łańcuch zdarzeń prowadzący do zmiany stanu błony postsynaptycznej, a następnie całej komórki postsynaptycznej. Po interakcji z cząsteczką mediatora receptor jest aktywowany, zawór otwiera się i kanał staje się przepuszczalny dla jednego jonu lub dla kilku jonów jednocześnie.

Należy zauważyć, że synapsy chemiczne różnią się nie tylko mechanizmem transmisji, ale także wieloma właściwościami funkcjonalnymi. Na przykład w synapsach z mechanizmem transmisji chemicznej czas trwania opóźnienie synoptyczne, oznacza to, że odstęp między pojawieniem się impulsu na końcu presynaptycznym a początkiem potencjału postsynaptycznego u zwierząt stałocieplnych wynosi 0,2 - 0,5 ms. Również synapsy chemiczne są różne jednostronnie, to znaczy mediator zapewniający transmisję sygnału zawarty jest tylko w połączeniu presynaptycznym. Biorąc pod uwagę, że w synapsach chemicznych pojawienie się potencjału postsynaptycznego wynika ze zmiany przepuszczalność jonów błona postsynaptyczna, skutecznie zapewniają jedno i drugie pobudzenie, tak i hamowanie.

Porównanie synaps chemicznych i elektrycznych:

Nieruchomość	Synapsa elektryczna	Synapsa chemiczna
Kierunek sygnału	możliwe w obu kierunkach	tylko z błony pre- do postsynaptycznej (zwykle)
Efekt fizjologiczny	po prostu podekscytowanie	pobudzenie i hamowanie
Szybkość przesyłania informacji	wysoki	występuje opóźnienie synaptyczne
Dokładność przekazu informacji	Niski	wysoki (ściśle według adresu chemicznego
Plastikowy	nieobecny	tak (podstawa uczenia się i zapamiętywania)
Czułość temperaturowa	NIE	Jest

Pojęcie synapsy. Rodzaje synaps

Termin synapsa (od greckiego sy"napsys - połączenie, połączenie) wprowadził I. Sherrington w 1897 r. Obecnie Synapsy to wyspecjalizowane, funkcjonalne kontakty pomiędzy komórkami pobudliwymi (nerwowymi, mięśniowymi, wydzielniczymi), które służą do przekazywania i przekształcania impulsów nerwowych. Ze względu na charakter stykających się powierzchni wyróżnia się: Synapsy aksoaksonalne, akso-dendrytyczne, aksosomatyczne, nerwowo-mięśniowe, neurokapilarne. Badania mikroskopii elektronowej wykazały, że synapsy składają się z trzech głównych elementów: błony presynaptycznej, błony postsynaptycznej i szczeliny synaptycznej (ryc. 37).

Ryż. 37. Podstawowe elementy synapsy.

Przekazywanie informacji przez synapsę może odbywać się chemicznie lub elektrycznie. Synapsy mieszane łączą mechanizmy transmisji chemicznej i elektrycznej. W literaturze, w oparciu o metodę przekazywania informacji, zwyczajowo wyróżnia się trzy grupy synaps - chemiczne, elektryczne i mieszane.

Struktura synaps chemicznych

Przekazywanie informacji w synapsach chemicznych odbywa się poprzez szczelinę synaptyczną – obszar przestrzeni zewnątrzkomórkowej o szerokości 10-50 nm, oddzielający błony komórek pre- i postsynaptycznych. Terminal presynaptyczny zawiera pęcherzyki synaptyczne (ryc. 38) - pęcherzyki błonowe o średnicy około 50 nm, z których każdy zawiera 1x104 - 5x104 cząsteczek przekaźnikowych. Całkowita liczba takich pęcherzyków w zakończeniach presynaptycznych wynosi kilka tysięcy. Cytoplazma płytki synaptycznej zawiera mitochondria, gładką siateczkę śródplazmatyczną i mikrofilamenty (ryc. 39).

Ryż. 38. Budowa synapsy chemicznej

Ryż. 39. Schemat synapsy nerwowo-mięśniowej

Szczelina synaptyczna wypełniona jest mukopolisacharydem, który „skleja” ze sobą błonę pre- i postsynaptyczną.

Błona postsynaptyczna zawiera duże cząsteczki białka, które działają jak receptory wrażliwe na przekaźnik, a także liczne kanały i pory, przez które jony mogą przedostawać się do neuronu postsynaptycznego.

Przekazywanie informacji w synapsach chemicznych

Kiedy potencjał czynnościowy dociera do zakończenia presynaptycznego, błona presynaptyczna ulega depolaryzacji i wzrasta jej przepuszczalność dla jonów Ca 2+ (ryc. 40). Wzrost stężenia jonów Ca 2+ w cytoplazmie płytki synaptycznej inicjuje egzocytozę pęcherzyków wypełnionych mediatorem (ryc. 41).

Zawartość pęcherzyków zostaje uwolniona do szczeliny synaptycznej, a część cząsteczek przekaźnikowych dyfunduje, wiążąc się z cząsteczkami receptora błony postsynaptycznej. Każdy pęcherzyk zawiera średnio około 3000 cząsteczek przekaźnika, a dyfuzja przekaźnika do błony postsynaptycznej trwa około 0,5 ms.

Ryż. 40. Sekwencja zdarzeń zachodzących w synapsie chemicznej od momentu wzbudzenia zakończenia presynaptycznego do wystąpienia AP w błonie postsynaptycznej.

Ryż. 41. Egzocytoza pęcherzyków synaptycznych z przekaźnikiem. Pęcherzyki łączą się z błoną plazmatyczną i uwalniają swoją zawartość do szczeliny synaptycznej. Nadajnik dyfunduje do błony postsynaptycznej i wiąże się z znajdującymi się na niej receptorami. (Eccles, 1965).

Kiedy cząsteczki mediatora wiążą się z receptorem, zmienia się jego konfiguracja, co prowadzi do otwarcia kanałów jonowych (ryc. 42) i wejścia jonów do komórki przez błonę postsynaptyczną, powodując rozwój potencjału płytki końcowej (EPP). EPP powstaje w wyniku lokalnej zmiany przepuszczalności błony postsynaptycznej dla jonów Na+ i K+. Jednak EPP nie aktywuje innych kanałów chemopobudliwych błony postsynaptycznej i jej wartość zależy od stężenia przekaźnika działającego na błonę: im wyższe stężenie przekaźnika, tym wyższa (do pewnego limitu) EPP. Zatem EPP, w przeciwieństwie do potencjału czynnościowego, ma charakter stopniowy. Pod tym względem jest ona podobna do reakcji lokalnej, choć mechanizm jej występowania jest inny. Kiedy EPP osiągnie określoną wartość progową, pomiędzy obszarem depolaryzowanej błony postsynaptycznej a sąsiadującymi obszarami błony elektrycznie pobudliwej powstają lokalne prądy, co powoduje wygenerowanie potencjału czynnościowego.

Ryż. 42. Budowa i działanie chemicznie wzbudzalnego kanału jonowego. Kanał jest utworzony przez makrocząsteczkę białka zanurzoną w dwuwarstwie lipidowej błony. Dopóki cząsteczka mediatora nie wejdzie w interakcję z receptorem, bramka jest zamknięta (A). Otwierają się, gdy przekaźnik wiąże się z receptorem (B). (Według B.I. Chodorowa).

Zatem proces przekazywania wzbudzenia przez synapsę chemiczną można schematycznie przedstawić w postaci następującego łańcucha zjawisk: potencjał czynnościowy na błonie presynaptycznej wejście jonów Ca 2+ do zakończenia nerwowego uwolnienie przekaźnika dyfuzja nadajnika poprzez szczelinę synaptyczną do błony postsynaptycznej, interakcję przekaźnika z receptorem, aktywację kanałów chemopobudliwych błon postsynaptycznych, pojawienie się potencjału płytki końcowej, krytyczną depolaryzację postsynaptycznej błony pobudliwej elektrycznie, wygenerowanie potencjału czynnościowego.

Synapsy chemiczne mają dwie ogólne właściwości:

1. Wzbudzenie przez synapsę chemiczną przekazywane jest tylko w jednym kierunku - od błony presynaptycznej do błony postsynaptycznej (przewodzenie jednokierunkowe).

2. Wzbudzenie przebiega przez synapsę znacznie wolniej niż opóźnienie synaptyczne wzdłuż włókna nerwowego.

Przewodzenie jednostronne wynika z uwolnienia przekaźnika z błony presynaptycznej i lokalizacji receptorów na błonie postsynaptycznej. Spowolnienie przewodzenia przez synapsę (opóźnienie synaptyczne) następuje w związku z tym, że przewodzenie jest procesem wieloetapowym (wydzielanie przekaźnika, dyfuzja przekaźnika do błony postsynaptycznej, aktywacja chemoreceptorów, wzrost EPP do wartości progowej ) i każdy z tych etapów wymaga czasu. Ponadto obecność stosunkowo szerokiej szczeliny synaptycznej uniemożliwia przewodzenie impulsów za pomocą prądów lokalnych.

Mediatory chemiczne

Mediatory (z łac. - mediator - przewodnik) to substancje biologicznie czynne, za pośrednictwem których zachodzą interakcje międzykomórkowe w synapsach.

Zasadniczo mediatory chemiczne są substancjami niskocząsteczkowymi. Jednakże niektóre związki o dużej masie cząsteczkowej, takie jak polipeptydy, mogą również działać jako przekaźniki chemiczne. Obecnie znanych jest wiele substancji pełniących rolę mediatorów w ośrodkowym układzie nerwowym ssaków. Należą do nich acetylocholina, aminy biogenne: adrenalina, norepinefryna, dopamina, serotonina, aminokwasy kwasowe: glicyny, kwas gamma-aminomasłowy (GABA), polipeptydy: substancja P, enkefalina, somatostatyna itp. (ryc. 43).

Ryż. 43. Wzory strukturalne niektórych mediatorów.

Funkcję mediatorów mogą pełnić także takie związki jak ATP, histamina, prostaglandyny. W 1935 roku G. Dale sformułował regułę (zasadę Dale’a), zgodnie z którą każda komórka nerwowa uwalnia tylko jeden specyficzny przekaźnik. Dlatego zwyczajowo oznacza się neurony według rodzaju przekaźnika uwalnianego na ich zakończeniach. Zatem neurony uwalniające acetylocholinę nazywane są cholinergicznymi, norepinefryną - adrenergiczną, serotoniną - serotonergiczną, aminami - aminonergicznymi itp.

Kwantowa izolacja mediatorów

Badając mechanizmy transmisji nerwowo-mięśniowej, Paul Fett i Bernard Katz zarejestrowali w 1952 roku miniaturowe potencjały postsynaptyczne (MPSP). MPSP można rejestrować w obszarze błony postsynaptycznej. W miarę jak wewnątrzkomórkowa elektroda rejestrująca oddala się od błony postsynaptycznej, MPSP stopniowo maleje. Amplituda MPSP jest mniejsza niż 1 mV. (ryc. 44).

Ryż. 44. Miniaturowe potencjały postsynaptyczne zarejestrowane w obszarze płytki końcowej włókna mięśnia szkieletowego. Można zauważyć, że amplituda MPSP jest mała i stała. (wg R. Eckerta).

Katz i jego współpracownicy badali, w jaki sposób MPSP są powiązane z konwencjonalnymi EPP, które powstają, gdy pobudzone są nerwy ruchowe. Sugerowano, że MPSP jest wynikiem wyizolowania „kwantu” mediatora, a PCP jest wynikiem sumowania wielu MPSP. Obecnie wiadomo, że „kwant” nadajnika to „pakiet” cząsteczek przekaźnika w pęcherzyku synaptycznym błony presynaptycznej. Według obliczeń każdemu MPSP odpowiada uwolnienie kwantu nadajnika składającego się z 10 000 - 40 000 cząsteczek przekaźnika, co prowadzi do aktywacji około 2000 postsynaptycznych kanałów jonowych. Do wystąpienia potencjału płytki końcowej (EPP) lub pobudzającego potencjału postsynaptycznego (EPSP) konieczne jest uwolnienie 200-300 kwantów nadajnika.

Generowanie potencjału czynnościowego

Miniaturowy potencjał postsynaptyczny, potencjał płytki końcowej i pobudzający potencjał postsynaptyczny są procesami lokalnymi. Nie mogą się rozprzestrzeniać i dlatego nie mogą przekazywać informacji między komórkami. Miejscem generowania potencjałów czynnościowych w neuronie ruchowym jest początkowy odcinek aksonu, położony bezpośrednio za wzgórkiem aksonu (ryc. 45). Obszar ten jest najbardziej wrażliwy na depolaryzację i ma niższy krytyczny poziom depolaryzacji niż ciało i dendryty neuronu. Dlatego właśnie w obszarze wzgórka aksonu powstają potencjały czynnościowe. Aby wywołać wzbudzenie, EPP (lub EPSP) muszą osiągnąć pewien poziom progowy w obszarze wzgórka aksonu (ryc. 46). Ryż. 46. ​​​​Przestrzenne tłumienie EPSP i generowanie potencjału czynnościowego. Pobudzające potencjały synaptyczne powstające podczas rozpadu dendrytów w miarę ich rozprzestrzeniania się w neuronie. Próg generacji AP (krytyczny poziom depolaryzacji) zależy od gęstości kanałów sodowych (czarne kropki). Chociaż potencjał synaptyczny (pokazany na górze rysunku) zanika w miarę rozprzestrzeniania się od dendrytu do aksonu, AP nadal występuje w obszarze wzgórka aksonu. To tutaj gęstość kanałów sodowych jest największa, a próg poziomu depolaryzacji najniższy. (R. Eckert).

Sumowanie pobudzających wpływów synaptycznych jest ważne dla wystąpienia potencjału czynnościowego w komórce nerwowej, ponieważ depolaryzacja wytworzona przez jedną synapsę jest często niewystarczająca do osiągnięcia poziomu progowego i wygenerowania potencjału czynnościowego. Tak więc, jeśli nastąpi wzrost EPSP w wyniku dodania potencjałów powstałych w wyniku pracy różnych synaps, wówczas następuje sumowanie przestrzenne (ryc. 48). Krytyczny poziom depolaryzacji można również osiągnąć poprzez sumowanie czasowe (ryc. 47). Ryż. 47. Schemat synaps somoto-dentrytowych zapewniający sumowanie wzbudzenia. Jeśli więc po jednym potencjale postsynaptycznym pojawi się inny, wówczas drugi potencjał „nakłada się” na pierwszy, co skutkuje utworzeniem całkowitego potencjału o większej amplitudzie (ryc. 49.).

Im krótszy odstęp między dwoma kolejnymi potencjałami synaptycznymi, tym większa amplituda potencjału całkowitego. W warunkach naturalnych sumowanie przestrzenne i czasowe zwykle zachodzi jednocześnie. Zatem w okresie pomiędzy uwolnieniem przekaźnika do szczeliny synaptycznej a pojawieniem się potencjału czynnościowego na strukturze postsynaptycznej (neuron, mięsień, gruczoł) zachodzi szereg zjawisk bioelektrycznych, których kolejność i specyficzne cechy przedstawiono w (Tabela 1) i (Rys. 51).

Ryż. 48. Sumowanie przestrzenne w neuronie ruchowym Rysunek 49. Sumowanie czasu. Przy dużej częstotliwości powtarzania bodźców możliwe jest „nałożenie” jednego potencjału postsynaptycznego na drugi, w wyniku czego powstaje potencjał całkowity o większej amplitudzie.

1. Pobudzające potencjały postsynaptyczne powstające w dwóch różnych synapsach (A i B).

2. Potencjały powstające na membranie w strefie generowania impulsu, gdy włókno A lub B lub oba te włókna są jednocześnie stymulowane (A+B).

3. Aby potencjał w obszarze wzgórka aksonu przekroczył poziom progowy, konieczne jest przestrzenne sumowanie EPSP powstających na kilku synapsach. (R. Eckert).

Oprócz synaps pobudzających, przez które przekazywane jest pobudzenie, istnieją synapsy hamujące, w których przekaźniki (w szczególności GABA) powodują hamowanie błony postsynaptycznej (ryc. 50). W takich synapsach pobudzenie błony presynaptycznej prowadzi do uwolnienia hamującego przekaźnika, który działając na błonę postsynaptyczną powoduje rozwój IPSP (hamującego potencjału postsynaptycznego). Mechanizm jego występowania związany jest ze wzrostem przepuszczalności błony postsynaptycznej dla K+ i Cl-, co skutkuje jej hiperpolaryzacją. Mechanizm hamowania zostanie opisany szerzej w następnym wykładzie.

Ryż. 50. Schemat sumowania przestrzennego w obecności synaps pobudzających i hamujących.

TABELA nr 1. Rodzaje potencjałów Miejsce pochodzenia Charakter procesu Rodzaj potencjałów elektrycznych Amplituda Miniaturowy potencjał postsynaptyczny (MPSP) Synapsy nerwowo-mięśniowe i międzyneuronalne Miniaturowa lokalna depolaryzacja Stopniowy Potencjał płyty końcowej (EPP) Złącze nerwowo-mięśniowe Lokalna depolaryzacja Stopniowy Pobudzający potencjał postsynaptyczny (EPSP) Synapsy interneuronów Lokalna depolaryzacja Stopniowy Potencjał czynnościowy (AP) Nerwy, mięśnie, komórki wydzielnicze Proces rozprzestrzeniania się Impuls (zgodnie z prawem „wszystko albo nic”)

Ryż. 51. Sekwencja zjawisk bioelektrycznych w synapsie chemicznej zachodząca w czasie pomiędzy uwolnieniem przekaźnika a pojawieniem się AP na strukturze postsynaptycznej.

Metabolizm mediatorów

Acetylocholina uwalniana z zakończeń neuronów cholinergicznych jest hydrolizowana do choliny i octanu przez enzym acetylocholinoesterazę. Produkty hydrolizy nie mają wpływu na błonę postsynaptyczną. Powstała cholina jest aktywnie wchłaniana przez błonę presynaptyczną i wchodząc w interakcję z acetylokoenzymem A tworzy nową cząsteczkę acetylocholiny. (ryc. 52.).

Ryż. 52. Metabolizm acetylocholiny (AcCh) w synapsie cholinergicznej. AcCh pochodzący z zakończenia presynaptycznego jest hydrolizowany w szczelinie synaptycznej przez enzym acetylocholinoesterazę (AcChE). Cholina wchodzi do włókna presynaptycznego i jest wykorzystywana do syntezy cząsteczek acetylocholiny (Mountcastle, Baldessarini, 1968)

Podobny proces zachodzi w przypadku innych mediatorów. Inny dobrze zbadany przekaźnik, noradrenalina, jest wydzielana przez pozazwojowe komórki synaptyczne i komórki chromafinowe rdzenia nadnerczy. Przemiany biochemiczne, jakim ulega norepinefryna w synapsach adrenergicznych, schematycznie przedstawiono na rycinie 53.

Ryż. 53. Przemiany biochemiczne mediatora w synapsie adrenergicznej. Norepinefryna (NA) jest syntetyzowana z aminokwasu fenyloalaniny z utworzeniem produktu pośredniego tyrozyny. Powstały NA jest przechowywany w pęcherzykach synaptycznych. Po uwolnieniu z synapsy część NA jest ponownie wychwytywana przez włókno presynaptyczne, a druga część jest inaktywowana przez metylację i usuwana z krwioobiegiem. NA, który dostaje się do cytoplazmy zakończenia presynaptycznego, jest albo wychwytywany w pęcherzykach synaptycznych, albo niszczony przez oksydazę monoaminową (MAO). (Mountcastle, Baldessarini, 1968).

Modulacja synaptyczna

Na procesy biochemiczne zachodzące w synapsie duży wpływ mają różnorodne czynniki – przede wszystkim chemiczne. Zatem acetylocholinoesteraza może zostać inaktywowana przez niektóre środki nerwowe i środki owadobójcze. W tym przypadku acetylocholina gromadzi się w synapsach. Prowadzi to do zakłócenia repolaryzacji błony postsynaptycznej i inaktywacji receptorów cholinergicznych (ryc. 54.). W rezultacie zostaje zakłócona aktywność synaps międzyneuronowych i nerwowo-mięśniowych i szybko następuje śmierć organizmu. Jednak w układzie nerwowym powstaje duża liczba substancji, które pełnią rolę modulatorów synaptycznych - substancji wpływających na przewodzenie synaptyczne.

Ryż. 54. Wpływ inhibitora cholinoesterazy (neostygminy) na czas trwania potencjału postsynaptycznego pojedynczego włókna mięśniowego a - przed zastosowaniem neostygminy; b - po zastosowaniu neostygminy (wg B.I. Chodorowa).

Z natury chemicznej substancje te są peptydami, ale często nazywane są neuropeptydami, chociaż nie wszystkie powstają w układzie nerwowym. Zatem wiele substancji syntetyzuje się w komórkach endokrynnych jelita, a niektóre neuropeptydy pierwotnie odkryto w narządach wewnętrznych. Najbardziej znanymi substancjami tego rodzaju są hormony przewodu pokarmowego – glukagon, gastryna, cholecystokinina, substancja P, peptyd hamujący działanie żołądka (GIP).

Duże zainteresowanie badaczy budzą dwie grupy neuropeptydów – endorfiny i enkefaliny. Substancje te mają działanie przeciwbólowe (zmniejszające ból), halucynogenne i inne (powodują uczucie satysfakcji i euforii; ich aktywacja zwiększa częstość tętna i podnosi temperaturę ciała). Działanie przeciwbólowe tych związków może wynikać z faktu, że neuropeptydy te zakłócają uwalnianie neuroprzekaźników z niektórych zakończeń nerwowych. Ten punkt widzenia jest zgodny z faktem, że enkefaliny i endorfiny występują w rogach grzbietowych rdzenia kręgowego, tj. w obszarze, w którym ścieżki czuciowe wchodzą do rdzenia kręgowego. Odczucie bólu można zmniejszyć w wyniku uwolnienia neuropeptydów zakłócających przewodzenie synaptyczne w drogach odprowadzających sygnały bólowe. Zawartość endorfin i enkefalin nie jest stała: na przykład podczas jedzenia, bólu, słuchania przyjemnej muzyki ich uwalnianie wzrasta. W ten sposób organizm chroni się przed nadmiernym bólem i nagradza się biologicznie korzystnymi działaniami.Dzięki tym właściwościom, a także temu, że neuropeptydy te wiążą się z tymi samymi receptorami w układzie nerwowym, co opiaty (opium i jego pochodne), są one zwane endogennymi opioidami. Obecnie wiadomo, że na powierzchni błony niektórych neuronów znajdują się receptory opioidowe, z którymi w naturalny sposób wiążą się enkefaliny i endorfiny wytwarzane przez układ nerwowy. Kiedy jednak spożywane są narkotyczne opiaty, czyli alkaloidy ekstrahowane z roślin, opiaty wiążą się z receptorami opioidowymi, powodując ich nienaturalną silną stymulację. Powoduje to niezwykle przyjemne subiektywne doznania. Przy wielokrotnym stosowaniu opioidów następują kompensacyjne zmiany w metabolizmie komórek nerwowych, a następnie po ich odstawieniu stan układu nerwowego staje się taki, że pacjent odczuwa skrajny dyskomfort bez podania kolejnej dawki leku (zespół odstawienny). To uzależnienie metaboliczne nazywa się uzależnieniem.

W badaniu receptorów opioidowych bardzo przydatna okazała się substancja nalokson, konkurencyjny bloker tych receptorów. Ponieważ nalokson zapobiega wiązaniu się opiatów z komórkami docelowymi, może określić, czy dana reakcja jest spowodowana stymulacją takich receptorów. Stwierdzono na przykład, że nalokson w dużym stopniu odwraca działanie przeciwbólowe placebo (obojętnej substancji podawanej pacjentom, zapewniającej, że złagodzi ból). Jest prawdopodobne, że wiara w lek (lub inny sposób leczenia), który powinien uśmierzyć ból, prowadzi do uwolnienia peptydów opioidowych; Może to być farmakologiczny mechanizm działania placebo. Nalokson odwraca również uśmierzające ból działanie akupunktury. Na tej podstawie stwierdzono, że akupunktura uwalnia naturalne peptydy opioidowe z centralnego układu nerwowego.

Zatem skuteczność transmisji synaptycznej może ulec istotnej zmianie pod wpływem substancji (modulatorów), które nie biorą bezpośrednio udziału w przekazywaniu informacji.

Cechy budowy i funkcjonowania synaps elektrycznych

Synapsy elektryczne są szeroko rozpowszechnione w układzie nerwowym bezkręgowców, ale niezwykle rzadko występują u ssaków. Jednocześnie synapsy elektryczne u wyższych zwierząt są szeroko rozpowszechnione w mięśniu sercowym, mięśniach gładkich narządów wewnętrznych wątroby, tkankach nabłonkowych i gruczołowych.

Szerokość przerwy synaptycznej w synapsach elektrycznych wynosi zaledwie 2-4 nm, czyli jest znacznie mniejsza niż w synapsach chemicznych. Ważną cechą synaps elektrycznych jest obecność swoistych mostków utworzonych przez cząsteczki białka pomiędzy błoną presynaptyczną i postsynaptyczną. Są to kanały o szerokości 1-2 nm (ryc. 55).

Ryż. 55. Budowa synapsy elektrycznej. Cechy charakterystyczne: wąska (2-4 nm) szczelina synaptyczna i obecność kanałów utworzonych przez cząsteczki białka.

Ze względu na obecność kanałów, których wielkość umożliwia przejście jonów nieorganicznych, a nawet małych cząsteczek z komórki do komórki, opór elektryczny takiej synapsy, zwanej szczeliną lub złączem wysoce przepuszczalnym, jest bardzo niski. Takie warunki pozwalają prądowi presynaptycznemu rozprzestrzenić się do komórki postsynaptycznej praktycznie bez wygaśnięcia. Prąd elektryczny przepływa z obszaru wzbudzonego do obszaru niewzbudnego i tam wypływa, powodując jego depolaryzację (ryc. 56.).

Ryż. 56. Schemat transmisji wzbudzenia w synapsie chemicznej (A) i elektrycznej (B). Strzałki wskazują propagację prądu elektrycznego przez błonę zakończenia presynaptycznego i błonę postsynaptyczną do neuronu. (Według B.I. Chodorowa).

Synapsy elektryczne mają szereg specyficznych właściwości funkcjonalnych: Opóźnienie synaptyczne praktycznie nie występuje, tj. nie ma przerwy pomiędzy pojawieniem się impulsu na końcu presynaptycznym a początkiem potencjału postsynaptycznego. W synapsach elektrycznych przewodzenie jest dwukierunkowe, chociaż cechy geometryczne synapsy sprawiają, że przewodzenie w jednym kierunku jest bardziej wydajne. Synapsy elektryczne, w przeciwieństwie do synaps chemicznych, mogą zapewnić transmisję tylko jednego procesu - wzbudzenia. Synapsy elektryczne są mniej podatne na różne czynniki (farmakologiczne, termiczne itp.)

Oprócz synaps chemicznych i elektrycznych pomiędzy niektórymi neuronami istnieją tzw. synapsy mieszane. Ich główną cechą jest to, że transmisja elektryczna i chemiczna zachodzi równolegle, ponieważ szczelina między błonami pre- i postsynaptycznymi ma obszary o strukturze synaps chemicznych i elektrycznych (ryc. 57.).

Ryż. 57. Budowa synapsy mieszanej. A - miejsce transferu substancji chemicznych. B - sekcja transmisji elektrycznej. 1. Błona presynaptyczna. 2. Błona postsynaptyczna. 3. Szczelina synaptyczna.

Podstawowe funkcje synaps

Znaczenie mechanizmów funkcjonowania komórek staje się jasne, gdy wyjaśnione zostaną procesy ich interakcji niezbędne do wymiany informacji. Wymiana informacji odbywa się za pomocą system nerwowy i w sobie. Miejsca kontaktu komórek nerwowych (synapsy) odgrywają ważną rolę w przekazywaniu informacji. Informacja w postaci szeregu potencjałów czynnościowych pochodzi z pierwszego ( presynaptyczny) neuron na drugim ( postsynaptyczny). Jest to możliwe bezpośrednio poprzez wytworzenie lokalnego prądu pomiędzy sąsiednimi komórkami lub częściej pośrednio poprzez nośniki chemiczne.

Nie ma wątpliwości co do znaczenia funkcji komórkowych dla pomyślnego funkcjonowania całego organizmu. Aby jednak organizm mógł funkcjonować jako jedna całość, pomiędzy jego komórkami musi nastąpić wzajemne połączenie - przekazywanie różnych substancji chemicznych i informacji. W przekazywaniu informacji biorą udział m.in. hormony, dostarczany do komórek przez krew. Ale przede wszystkim przekazywanie informacji następuje w układzie nerwowym w postaci impulsów nerwowych. W ten sposób narządy zmysłów odbierają informacje z otaczającego świata, na przykład w postaci dźwięku, światła, zapachu i przekazują je dalej odpowiednimi nerwami do mózgu. ośrodkowy układ nerwowy ze swojej strony musi przetworzyć tę informację i w rezultacie ponownie przekazać pewne informacje peryferiom, które można obrazowo przedstawić w postaci pewnych rozkazów obwodowym narządom efektorowym, takim jak mięśnie, gruczoły i narządy zmysłów. Będzie to reakcja na podrażnienia zewnętrzne.

Na przykład przekazywanie informacji z receptorów narządu słuchu do mózgu obejmuje ich przetwarzanie w ośrodkowym układzie nerwowym. Aby to zrobić, miliony komórek nerwowych muszą ze sobą oddziaływać. Dopiero na podstawie takiego przetworzenia otrzymanych informacji możliwe jest sformułowanie ostatecznej reakcji, np. ukierunkowanych działań lub zaprzestania tych działań, ucieczki lub ataku. Te dwa przykłady wskazują, że przetwarzanie informacji w ośrodkowym układzie nerwowym może prowadzić do reakcji obejmujących procesy wzbudzenia lub hamowania. Strefy kontaktu pomiędzy komórkami nerwowymi – synapsy – biorą także udział w przekazywaniu informacji i tworzeniu odpowiedzi ze strony ośrodkowego układu nerwowego. Oprócz kontaktów synaptycznych pomiędzy interneuronami w ośrodkowym układzie nerwowym, procesy te realizowane są przez kontakty synaptyczne leżące na drodze transmisji eferentny informacja, synapsy pomiędzy akson i neuronem wykonawczym oraz na zewnątrz centralnego układu nerwowego (na obwodzie) pomiędzy neuronem wykonawczym a narządem efektorowym. Pojęcie „synapsa” zostało wprowadzone w 1897 roku przez angielskiego fizjologa F. Sherringtona. Synapsa między aksonem neuron ruchowy i włókno mięśnie szkieletowe zwany synapsa mioneuralna .

Wykazano, że pobudzony neuron generuje potencjał czynnościowy. Szereg potencjałów czynnościowych jest nośnikiem informacji. Zadaniem synapsy jest przekazywanie tych sygnałów z jednego neuronu do drugiego lub do komórek efektorowych. Z reguły wynikiem rekodowania jest pojawienie się potencjałów czynnościowych, które mogą zostać stłumione pod wpływem innych kontaktów synaptycznych. Ostatecznie przewodnictwo synaptyczne ponownie prowadzi do zjawisk elektrycznych. Istnieją dwie możliwości. Następuje szybka transmisja sygnału synapsy elektryczne, wolniej - chemiczny, w którym rolę transmisji sygnału przejmuje nośnik chemiczny. Jednak w tym przypadku istnieją dwie zasadnicze możliwości. W jednym przypadku nośnik chemiczny może bezpośrednio wywołać zjawisko elektryczne na błonie sąsiedniej komórki, a efekt jest stosunkowo szybki. W innych przypadkach substancja ta powoduje jedynie łańcuch dalszych procesów chemicznych, które z kolei prowadzą do zjawisk elektrycznych na błonie kolejnego neuronu, co wiąże się z dużą ilością czasu.

Zwykle akceptowana jest następująca terminologia. Jeśli komórka, z której odbywa się kierunkowa transmisja informacji, znajduje się przed synapsą, to tak presynaptyczny. Komórka znajdująca się za synapsą nazywa się postsynaptyczny .

Synapsa jest punktem styku dwóch komórek. Informacja w postaci potencjałów czynnościowych przemieszcza się z pierwszej komórki, zwanej presynaptyczną, do drugiej, zwanej postsynaptyczną.

Sygnał przez synapsę jest przesyłany elektrycznie poprzez wytwarzanie lokalnych prądów między dwiema komórkami (synapsy elektryczne), chemicznie, w którym sygnał elektryczny jest przekazywany pośrednio przez przekaźnik (synapsy chemiczne) i za pomocą obu mechanizmów jednocześnie (synapsy mieszane).

Synapsa elektryczna

Ryż. 8.2. Schemat synapsa nikotynowo-cholinergiczna. Zakończenie nerwu presynaptycznego zawiera składniki do syntezy neuroprzekaźnika (tutaj acetylocholiny). Po syntezie(I) neuroprzekaźnik jest upakowany w pęcherzykach (II). Te pęcherzyki synaptycznełączą się (być może przejściowo) z błoną presynaptyczną (1P) i w ten sposób neuroprzekaźnik zostaje uwolniony szczelina synaptyczna. Dyfunduje do błony postsynaptycznej i wiąże się z nią specyficzny receptor(IV). W w wyniku edukacji neuroprzekaźnik- kompleks receptorowy błona postsynaptyczna staje się przepuszczalny dla kationów (V), tj. depolaryzowany. (Jeśli depolaryzacja jest wystarczająco wysoka, to potencjał czynnościowy, tj. sygnał chemiczny wraca do elektrycznego impuls nerwowy.) Wreszcie mediator jest dezaktywowany, tj. albo rozkładany przez enzym(VI) lub zostaje usunięty z szczelina synaptyczna przez specjalne mechanizm absorpcji. Na powyższym schemacie tylko jeden produkt rozszczepienia mediator – cholina – wchłaniany nerwowe zakończennie(VII) i jest używany ponownie. błona podstawna- struktura rozproszona, rozpoznawalna za pomocą mikroskopii elektronowej V szczelina synaptyczna(Rys. 8.3, a), nie pokazano tutaj.

<="" img="" style="border: none; display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;">

Synapsy elektryczne i chemiczne     Właściwości elektryczne synapsa

Przesyłanie sygnałów z komórki do komórki. można przeprowadzić albo poprzez bezpośrednie przejście potencjałów czynnościowych (synapsy elektryczne), albo za pomocą przy pomocy specjalnego cząsteczki - neuroprzekaźniki ( synapsy chemiczne). Zależy od Ciebie określone funkcje synapsy mają bardzo różne struktury. W synapsy chemiczne odległość pomiędzy komórki wynosi - 20-40 nm szczelina synaptyczna pomiędzy komórkami- to jest część przestrzeń międzykomórkowa zawiera płyn niski opór elektryczny, Więc sygnał elektryczny rozprasza się, zanim dotrze do następnej komórki. Przekładnia elektryczna wręcz przeciwnie, odbywa się tylko w wyspecjalizowanych strukturach - styki szczelinowe, gdzie komórki znajdują się w odległości 2 nm i są połączone kanałami przewodzącymi. W rzeczywistości istnieje tu coś podobnego do postulowanego wcześniej syncytium, czyli wielokomórkowego kontinuum cytoplazmatycznego. Jak na ironię, historia nauki     Systemy pasywne transport, zwane dalej kanałami, nie są pojedyncze grupa funkcjonalna elementy w membranie. W stanie spoczynku kanały są zamknięte i przechodzą w stan przewodzenia dopiero po ich otwarciu. Otwarcie lub mechanizm bramy, zaczyna elektrycznie, czyli przy zmianie potencjał błonowy, Lub chemicznie- podczas interakcji z określoną cząsteczką. Natura chemiczna mechanizm bramy w ścisłym związku z biochemią synapsy omówiono w rozdz. 8 i 9. Chciałbym to tylko zauważyć mechanizm bramy również różni się od inny transport systemy zgodnie z ich farmakologią, selektywność jonowa i kinetyka. Wśród wielu przykładów wskazujących na wagę łącza komunikacyjne, można cytować zjawisko elektryczne koniugacja komórek. Zazwyczaj błony komórkowe mają bardzo wysoko opór elektryczny, jednakże w błonach stykających się komórek znajdują się obszary z słaby opór- najwyraźniej obszary styki szczelinowe. Jedna z najdoskonalszych form połączenie komunikacyjne- to jest synapsa, wyspecjalizowana kontakt pomiędzy neurony. Impuls nerwowy, przechodząc wzdłuż błony jednego neuronu, pobudza wydzielanie kwant substancja chemiczna(mediator) kto przechodzi przez rozszczep synapsy i inicjuje pojawienie się impulsu nerwowego w drugim neuronie.     Włókno nerwowe Jest się bardzo wydłużona rurka wypełniona galaretowatą substancją roztwór soli jeden skład i można go prać roztwór soli inny skład. Rozwiązania te zawierają naładowany elektrycznie jony, pod względem których są podobne skorupa membranowa nerw ma selektywną przepuszczalność. Ze względu na różnicę w szybkości dyfuzji negatywne i pozytywne naładowane jony pomiędzy wewnętrznymi I powierzchnia zewnętrzna włókno nerwowe istnieje pewna potencjalna różnica. Jeśli zostanie ona natychmiast zmniejszona, czyli nastąpi lokalna depolaryzacja, depolaryzacja ta rozprzestrzeni się na sąsiednie obszary membrany, w wyniku czego jej fala będzie przebiegać wzdłuż włókna. Jest to tak zwany potencjał szczytowy lub impuls nerwowy. Membrana nie może być częściowo rozładowana, depolaryzuje się całkowicie na całej drodze lub nie ulega depolaryzacji w ogóle. Co więcej, po przejście impulsu przywrócenie oryginału zajmuje trochę czasu potencjał błonowy i do tego czasu podczas gdy potencjał błonowy nie wyzdrowieje włókno nerwowe nie będzie w stanie przegapić kolejnego impulsu. Natura pojawienie się impulsu nerwowego(zgodnie z prawem wszystko albo nic) i poniższe przejście impulsu okres refrakcji(lub okres powrotu włókna do stanu pierwotnego) przyjrzymy się bardziej szczegółowo w ostatnim rozdziale książki. Jeżeli wzbudzenie otrzymano gdzieś w środku światłowodu, impuls musiałby rozchodzić się w obu kierunkach. Ale zwykle tak się nie dzieje, ponieważ Tkanka nerwowa zaprojektowany Zatem tak, że sygnał w danym momencie idzie w pewnym określony kierunek. Dla tego włókna nerwowe połączone pomiędzy się w nerwie przez specjalne formacje, synapsy, przekazujące sygnały tylko w jednym kierunku. Kanały pasywny transport jonów przejazdem pobudliwe membrany, zawierają dwa elementy funkcjonalne mechanizm bramy I filtr selektywny. Mechanizm bramy, zdolny do otwierania lub zamykania kanału, może zostać aktywowany elektrycznie przez zmiany potencjał błonowy lub chemicznie, na przykład w synapsie, poprzez wiązanie z cząsteczka neuroprzekaźnika. Filtr selektywny ma następujące wymiary i taka struktura, które umożliwiają pominięcie Synapsy są miejscami komunikacji między komórkami nerwowymi. Synapsy chemiczne i elektryczne różnią się między sobą mechanizm transmisji Informacja. w rozdz. 1 powiedziano już, że prawie wszyscy funkcje neuronów w większym lub mniejszym stopniu z powodu właściwości membran. W szczególności zjawiska takie jak propagacja impulsów nerwowych, ich elektryczne lub transmisja chemiczna z komórki do komórki, aktywny transport jonów, rozpoznawanie komórkowe i rozwój synaps, interakcja z neuromodulatorami, substancjami neurofarmakologicznymi i neurotoksynami. Ten nieco jednostronny pogląd zostanie wyjaśniony w tym rozdziale poprzez rozważenie cytoplazmy neuronów. Chociaż jest zasadniczo podobna do cytoplazmy innych komórek - tych samych organelli (i także synaptyczny pęcherzyki) i enzymy (a ponadto te zaangażowane w mediatory metabolizmu), Jednakże neuronalny cytoplazma jest w specyficzny sposób przystosowana do funkcji neuronów. Z tworzenie mikrotubul lub z obecności mediatora nli Ca2+ kontakt synaptyczny nie ze względu na obecność mediatora, aktywność elektryczna Lub tworzenie funkcjonalne receptory. Żadne z dotychczas przeprowadzonych badań nie daje w pełni odpowiedzi na pytanie mechanizm powstawania, specyfika i stabilizacja synaps i nie rozwiązuje problemy edukacja etapowa sieć neuronowa, odpowiedzialny za wyższe funkcja nerwowa systemy. Najpierw ten rozdział podkreśliliśmy ten problem jako jeden z najważniejsze w neurobiologii, ale przyjrzymy się temu bardziej szczegółowo nieco później. Zagrała fizostygmina ważna rola V historia nauki. Hamuje enzym cholinoesterazę, który rozkłada acetylocholinę (patrz punkt 6.2). Dzięki temu ten ostatni, jako neuroprzekaźnik, długo pozostaje w mózgu. zakończenia nerwowe. Umożliwiło to wyizolowanie go od nich, określenie jego funkcji i ogólny rozwój teoria chemiczna transmisja elektryczna impuls przez synapsy nerwowe systemy. Podstawy układ nerwowy tworzy nerwy komórki - neurony, które są połączone między się synapsy. Dzięki taka struktura system nerwowy zdolne do transmisji Impulsy nerwowe. Impuls nerwowy- Ten sygnał elektryczny, który się porusza Przez na razie klatka nie dotrze nerwowe zakończennie, gdzie pod poprzez działanie elektryczne sygnału, uwalniane są cząsteczki zwane neuroprzekaźnikami. Oni i nieść sygnał(informacja) przez synapsę, docierając do innej komórki nerwowej.     Badania biochemiczne konstrukcje i mechanizm akcji synapsy elektryczne nie zostały jeszcze przeprowadzone. Jednakże styki szczelinowe podłączony nie tylko komórki nerwowe, ale również komórki wątroby, nabłonek, mięśnie i wiele innych tekstylia. Spośród nich udało się wyodrębnić i scharakteryzować metody biochemiczne I mikroskopia elektronowa fragmenty błony, które zdecydowanie zachowane strefy kontakty międzykomórkowe.Mikrografie elektronowe pokazywać uporządkowane struktury cząstki, które Goodenough nazwał koneksonami i która forma kanały pomiędzy komórkami, oddalonych od siebie o 2 nm. Z błon tych wyizolowano dwa polipeptydy o M 25 000 i 35 000, zwane koneksynami. Możliwe jest, że dwa połączenia sąsiednich komórek, poprzez dpmeryzację, mogą utworzyć kanał(ryc. 8.1). Pokazano, że kanał ten przechodzi nie tylko jony metali alkalicznych, ale n cząsteczek o M 1000-2000. Zatem, koneksony, z wyjątkiem interfejs elektryczny, zapewniają komórkom możliwość wymiany metabolitów. Przepuszczalność takich kanałów może regulować jony wapń. Neurony reprezentują się komórki z długimi procesami, zdolne do dioda elektryczna sygnały. Zazwyczaj sygnały są odbierane przez dendryty i ciało komórki, a następnie są przekazywane wzdłuż aksonu w postaci potencjałów czynnościowych. Komunikacja z innymi neuronami odbywa się w synapsach, skąd przekazywane są sygnały za pomocą środka chemicznego-neuroprzekaźnik. Oprócz neurony nerwowe tkanina zawsze zawiera coś innego komórki glejowe które pełnią funkcję wspierającą. Rps. 19-4. Schemat typowy synapsa. Sygnał elektryczny, nadchodzący w Rowach komórka aksonu, prowadzi do uwolnienia w szczelina synaptyczna przekaźnik chemiczny (neuroprzekaźnik), który powoduje zmiana elektryczna w błonie dendrytowej komórki B Pod względem neurochemicznym lepiej zbadano synapsę elektromotoryczną narządu elektrycznego ryb, w której ACh służy jako neuroprzekaźnik, niż inne synapsy. Na początku lat 70. w laboratorium W. Whittuckera w Niemczech po raz pierwszy udało się wyizolować izolowaną frakcję pęcherzyków synaptycznych z organy elektryczne płaszczka Torpedo marmorata. Jest na tej stronie z za pomocą biochemii, metody immunocytochemiczne i magnetyczne jądrowe Neurony charakteryzują się niezwykle wysokim poziomem metabolizmu, na który znaczna część jest ukierunkowana świadczenie pracy pompa sodowa w membranach i konserwacji stan podniecenia. Chemiczne podstawy przekazywania impulsów nerwowych wzdłuż aksonu zostały już omówione w rozdz. 5, sekcja B, 3. Sekwencyjne otwieranie najpierw kanałów sodowych, a następnie potasowych można by to rozważyć mocno ugruntowany. Mniej jasne jest pytanie, czy zmiana przepuszczalności jonowej wymagane do propagacja potencjału czynnościowego, z dowolnym specjalnym procesy enzymatyczne. Nachmanzon wskazuje, że acetylocholinoesteraza jest obecna w wysokie stężenie wszędzie błony neuronowe i nie tylko w synapsach. On to zakłada wzrost przepuszczalności Do jony sodu dzięki spółdzielni wiązanie kilku cząsteczek acetylocholina z receptory błonowe, które albo same stanowią kanały sodowe, albo regulują stopień ich otwarcia. W której wydziela się acetylocholina z miejsc akumulacji zlokalizowanych na błonie w wyniku depolaryzacji. Faktycznie, sekwencja wydarzeń musi być czy to zmiana elektryczna indukuje pola w membranie zmiana konformacji białka, a to już prowadzi do uwolnienia acetylocholiny. Pod wpływem acetylocholinoesterazy ta ostatnia szybko się rozpada, I przepuszczalność membrany Dla jony sodu wraca do pierwotnego poziomu. Ogólnie rzecz biorąc, podany opis różni się od opisanego wcześniejsze schematy transmisja synaptyczna tylko pod jednym względem w neuronach acetylocholina gromadzi się w powiązanych tworzą się białka, natomiast w synapsach - w specjalnych pęcherzykach. Istnieje opinia, że ​​​​działają kanały potasowe regulowane przez jony wapń. Wrażliwy na zmiana elektryki pól, białko wiążące Ca uwalnia Ca +, który z kolei aktywuje kanały dla K”, to drugie następuje z pewnym opóźnieniem w stosunku do czas otwarcia kanałów sodowych, co wynika z różnicy w stałe szybkości tych dwa procesy. Zapewnione jest zamknięcie kanałów potasowych energia hydrolizy KWIECIEŃ. Istnieje również inne założenia O mechanizmy nerwowe przewodność Niektórzy z nich zakładają, że przewodnictwo nerwowe jest całkowicie zaopatrzony w pracę pompa sodowa.     Odległość pomiędzy błony presynaptyczne i postsynaptyczne - szczelina synaptyczna- może osiągnąć 15-20 nm. W mięśniowo-nerwowym przerwanie łączności jeszcze więcej - do 50-100 nm. Jednocześnie istnieją synapsy z bardzo bliskimi, a nawet łączącymi się błonami presynaptycznymi i postsynaptycznymi. W związku z tym wdrażane są dwa Typ skrzyni biegów. Przy dużych szczelinach transmisja jest chemiczna, z bliski kontakt Może bezpośredni elektryczny interakcja. Tutaj przyglądamy się transmisji chemicznej. Dowiedziawszy się właściwości elektryczne komórki w stanie spoczynku, rozważ procesy z nimi związane wzbudzenie membranowe. Stan podniecenia można zdefiniować jako tymczasowe odchylenie potencjał błonowy od potencjału spoczynkowego wywołanego bodźcem zewnętrznym. Ten bodziec elektryczny lub chemiczny pobudza membranę, zmieniając ją przewodność jonowa, tj. rezystancja w obwodzie maleje (ryc. 5.4). Wzbudzenie rozprzestrzenia się ze stymulowanego obszaru na pobliski obszary membranowe, w którym jest zmiana przewodność, a co za tym idzie potencjał. Ta propagacja (generacja) wzbudzenia nazywana jest impulsem. Istnieją dwa typy Impulsy potencjału czynnościowego, gdy sygnał rozchodzi się w niezmienionej postaci od miejsca wzbudzenia do nerwowe zakończennie, I lokalny potencjał,. szybko maleje wraz z odległością od miejsca wzbudzenia. Potencjały lokalne znajdują się w synapsach, pobudzających potencjałach postsynaptycznych (e.p.z.p.) i hamujący postsynaptyczny potencjały (.r.z.r.)) i in nerw czuciowy zakończenia potencjałów receptorowych lub generatorowych). Potencjały lokalne można sumować, czyli mogą rosnąć wraz z kolejnymi wzbudzeniami, natomiast potencjały czynnościowe nie mają tej zdolności – i powstają zgodnie z zasadą wszystko albo nic. Ryż. 6. . a - schemat włókno nerwowe z synapsą. Pokazano systemy transport (ATRaza) i trzy różne systemy transport pasywny. Po prawej - chemopobudliwy system transportowy regulowany przez cząsteczkę niebędącą promotorem, na przykład kanał w błonie postsynaptycznej mięśnia płyta końcowa, pomijanie jony potasu i sód po lewej stronie - oddzielnie kanały K a + - i K + w błonie aksonu, kontrolowane pole elektryczne i bis otwarte podczas depolaryzacji - przewodność sodu gNg (b) i potas ёk, (c), a także dopływający prąd sodu/ka i wychodzący potas/k po depolaryzacji (60 mV). Wyraźnie zróżnicowana kinetyka dwa procesy N3 i k implikują istnienie indywidualny molekularny struktury służące do pasywnego transportu sodu i potasu. CI odkrycie elektryczności synapsa Fershpana i Pottera miała miejsce w 1959 r., kiedy to teoria neuronowa ostatecznie zastąpił siatkowy. Synapsy elektryczne są stosunkowo rzadkie, a ich rola w ośrodkowy układ nerwowy organizmów wyższych jest nadal niejasna. Ferspan i Potter odkryli je w nerwie brzusznym kraba, a później znajdowano je w licznych organizmach, mięczakach, stawonogach i ssakach. W przeciwieństwie synapsa chemiczna, Gdzie przejście impulsu jest nieco opóźniony ze względu na uwalnianie i dyfuzję mediatora, sygnał przez synapsa elektryczna jest przekazywana szybko. Fizjologiczne znaczenie takich synaps można zatem wiązać z potrzebą szybkiego parowania określonych komórek. Na uwagę zasługuje także szczególnie przydatny linia komórkowa- linia komórkowa RS 12, sklonowana z guza chromochłonnego - guza tkanki chromochłonnej nadnercza. Ogniwa PC 12 są podobne komórki chromafinowe dzięki ich zdolności do syntezy, przechowywania i uwalniania katecholamin. Jak nie neuronalny komórki rozmnażają się, ale pod wpływem N0 przestają się dzielić, uczestniczą w procesach neurotycznych i stają się bardzo podobne do neurony współczulne. Nabywają pobudliwość elektryczną, reagują na acetylocholinę, a nawet tworzą funkcjonalność synapsy cholinergiczne. Ogniwa PC 12 są stosowane jako systemy modelowe na naukę różnicowanie neuronów, działanie hormonalne I czynniki troficzne, funkcje i metabolizm hormonalny receptor (patrz s. 325). Podstawa każdego NS nadrobić stosunkowo proste, w większości przypadków, elementy tego samego typu (komórki). W dalszej części neuron będzie rozumiany jako sztuczny neuron, czyli komórka NS (ryc. 19.1). Każdy neuron charakteryzuje się własną charakterystyką stan aktulany przez analogię z komórki nerwowe mózgu, które mogą być pobudzane lub hamowane. Posiada grupę synaps - połączonych jednokierunkowych połączeń wejściowych wyjścia innych neurony, a także ma wyjście aksonu połączenie tego neuron, z którego sygnał (pobudzenie lub hamowanie) dociera do synaps kolejnych neuronów. Każda synapsa charakteryzuje się wielkością połączenie synaptyczne lub jego wagę i który znaczenie fizyczne równoważne przewodności elektrycznej. Sygnały przewodzone przez neurony są przekazywane z jednej komórki do drugiej w specjalny sposób miejsca kontaktu, zwane synapsami (ryc. 18-3). Zwykle ten transfer odbywa się, choć na pierwszy rzut oka może się to wydawać dziwne, pośrednio. Komórki są elektrycznie izolowane od siebie, komórka presynaptyczna jest oddzielona od komórki postsynaptycznej odstępem - szczelina synaptyczna. Zmiana elektryczna prowadzi do potencjału w komórce presynaptycznej uwolnienie substancji, zwany neuroprzekaźnikiem (lub neuroprzekaźnikiem), który przenika szczelina synaptyczna I powoduje zmianę stan elektrofizjologiczny komórki postsynaptycznej. Ta-

Ryż. 18-3. Schemat typowy synapsa. Sygnał elektryczny nadchodzący V końcówka aksonu komórki A, prowadzi do uwolnienia do szczelina synaptyczna mediator chemiczny (euromednatorX, który powoduje zmiana elektryczna w błonie deidrytowej komórki B. Szeroka strzałka wskazuje kierunek transmisja sygnału,Akson pojedynczego neuronu, taki jak pokazany na ryc. 18-2, czasami tworzy tysiące wyjściowych połączeń synaptycznych inne komórki. I odwrotnie, neuron może odbierać sygnały poprzez tysiące wejściowych połączeń synaptycznych zlokalizowanych na jego dendrytach i ciele.

<="" img="" style="border: none; display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;">

Bardzo łatwy sposób transmisja sygnału od neuronu do neuronu bezpośredni elektryczny interakcja poprzez kontakty szczelinowe. Takie elektryczne piaski pomiędzy neuronami znaleźć w niektórych obszarach system nerwowy u wielu zwierząt, w tym u kręgowców. Główny zaleta elektryki synaps polega na tym, że sygnał jest przesyłany bez opóźnień. Z drugiej strony te synapsy nie są do tego przystosowane realizacja niektórych funkcje i nie można ich tak dokładnie regulować, jak synapsy chemiczne, poprzez który realizowana jest większość połączenia pomiędzy neurony. Połączenie elektryczne Poprzez kontakty szczelinowe był omówione w rozdziale     Mięśnie szkieletowe włókna kręgowców, podobny komórki nerwowe, zdolny do podniecenia przez prąd elektryczny, I nerwowo-mięśniowy podłączony (ryc. 18-24) może służyć dobry model synapsa chemiczna w ogóle. Na ryc. 18-25 porównuje delikatna struktura ta synapsa z typową synapsą między dwoma neuronami mózg. Nerw ruchowy i unerwiany przez niego mięsień można oddzielić od otaczającej tkanki i w nich utrzymać stan funkcjonowania V środowisko pewnego kompozycja. Pobudzając nerw za pomocą elektrod zewnętrznych, można zarejestrować reakcję pojedynczej komórki za pomocą wewnątrzkomórkowej mikroelektrody. komórka mięśniowa(ryc. 18-26). Mikroelektrodę można stosunkowo łatwo włożyć włókno szkieletowe mięsień, ponieważ jest to bardzo duża komórka (o średnicy około 100 mikronów). Dwie proste obserwacje pokazują, że dla transmisja synaptyczna napływ nieCa do końcówka aksonu. Po pierwsze, jeśli w środowisku zewnątrzkomórkowym nie ma Ca, przekaźnik nie jest uwalniany i transmisja sygnału nie dzieje się. Po drugie, jeśli Ca zostanie sztucznie wprowadzony do cytoplazmy nerwowe zakończennie za pomocą mikropipety uwolnienie neuroprzekaźnika następuje nawet bez elektrycznej stymulacji aksonu, co jest trudne do osiągnięcia na złącze nerwowo-mięśniowe z powodu małe rozmiary zakończenie aksonu dlatego taki eksperyment przeprowadzono na synapsie pomiędzy neurony gigantycznej kałamarnicy.) Te obserwacje pozwoliły zrekonstruować przebieg porodu znaczenie wydarzenia odbywające się w zakończenie aksonu, który jest opisany poniżej.

Potencjał postsynaptyczny(PSP) to tymczasowa zmiana potencjału błony postsynaptycznej w odpowiedzi na sygnał pochodzący z neuronu presynaptycznego. Tam są:

pobudzający potencjał postsynaptyczny (EPSP), który zapewnia depolaryzację błony postsynaptycznej i

hamujący potencjał postsynaptyczny (IPSP), który zapewnia hiperpolaryzację błony postsynaptycznej.

EPSP przybliża potencjał komórki do wartości progowej i ułatwia wystąpienie potencjału czynnościowego, natomiast IPSP przeciwnie, utrudnia wystąpienie potencjału czynnościowego. Konwencjonalnie prawdopodobieństwo wyzwolenia potencjału czynnościowego można opisać jako potencjał spoczynkowy + suma wszystkich pobudzających potencjałów postsynaptycznych - suma wszystkich hamujących potencjałów postsynaptycznych > próg wyzwolenia potencjału czynnościowego.

Poszczególne PSP mają zwykle małą amplitudę i nie powodują potencjałów czynnościowych w komórce postsynaptycznej, jednakże w przeciwieństwie do potencjałów czynnościowych mają one charakter stopniowy i można je podsumować. Istnieją dwie możliwości podsumowania:

tymczasowe - łączenie sygnałów przychodzących jednym kanałem (gdy nowy impuls nadejdzie przed zanikiem poprzedniego)

przestrzenne - nakładanie się EPSP sąsiednich synaps

Synapsa jest formacją błonową dwóch (lub więcej) komórek, w której wzbudzenie (informacja) jest przenoszone z jednej komórki do drugiej.

Istnieje następujący podział synaps:

1) przez mechanizm przenoszenia wzbudzenia (i strukturę):

Chemiczny;

Elektryczne (ephaps);

Mieszany.

2) według uwolnionego neuroprzekaźnika:

Adrenergiczny – neuroprzekaźnik noradrenalina;

Cholinergiczne – neuroprzekaźnik acetylocholina;

Dopaminergiczny – neuroprzekaźnik dopamina;

Serotonergiczny – neuroprzekaźnik serotonina;

GABAergiczny – neuroprzekaźnik kwas gamma-aminomasłowy (GABA)

3) pod wpływem:

Ekscytujący;

Hamulec.

4) według lokalizacji:

nerwowo-mięśniowy;

Neuro-neuralny:

a) aksosomatyczny;

b) aksoaksonalny;

c) akso-dendrytyczny;

d) dendrosomatyczny.

Rozważmy trzy typy synaps: chemiczne, elektryczne i mieszane(łączenie właściwości synaps chemicznych i elektrycznych).

Niezależnie od rodzaju synapsy mają wspólne cechy strukturalne: wyrostek nerwowy na końcu tworzy przedłużenie ( płytka synaptyczna, SB); błona końcowa SB różni się od innych części błony neuronowej i nazywa się błona presynaptyczna(PreSM); wyspecjalizowana błona drugiej komórki nazywana jest błoną postsynaptyczną (PostSM); znajduje się pomiędzy błonami synapsy szczelina synaptyczna(SCH, ryc. 1, 2).

Ryż. 1. Schemat budowy synapsy chemicznej

Synapsy elektryczne(ephapses, ES) są dziś spotykane w północnej części kraju nie tylko skorupiaków, ale także mięczaków, stawonogów i ssaków. ES mają wiele unikalnych właściwości. Mają wąską szczelinę synaptyczną (około 2-4 nm), dzięki czemu wzbudzenie może być przekazywane elektrochemicznie (jak przez włókno nerwowe z powodu pola elektromagnetycznego) przy dużej prędkości i w obu kierunkach: zarówno z membrany PreSM do PostSM, jak i z PostSM do PreSM. Pomiędzy komórkami znajdują się połączenia szczelinowe (koneksony lub koneksony), utworzone przez dwa białka koneksyn. Sześć podjednostek każdej koneksyny tworzy kanały PreSM i PostSM, przez które komórki mogą wymieniać substancje niskocząsteczkowe o masie cząsteczkowej 1000-2000 daltonów. Pracę koneksonów można regulować za pomocą jonów Ca 2+ (ryc. 2).

Ryż. 2. Schemat synapsy elektrycznej

ES mają większą specjalizację w porównaniu z synapsami chemicznymi i zapewniają wysoką prędkość transmisji wzbudzenia. Wydaje się jednak, że jest pozbawiony możliwości bardziej subtelnej analizy (regulacji) przesyłanej informacji.

Synapsy chemiczne dominują w NS. Historia ich badań rozpoczyna się od prac Claude'a Bernarda, który w 1850 roku opublikował artykuł „Badania nad kurare”. Oto co napisał: „Kurara to silna trucizna przygotowana przez niektóre ludy (głównie kanibali) zamieszkujące lasy… Amazonii”. I dalej: „Kurara jest podobna do jadu węża w tym sensie, że można ją bezkarnie wprowadzić do przewodu pokarmowego człowieka lub zwierzęcia, natomiast wstrzyknięcie pod skórę lub w jakąkolwiek część ciała szybko prowadzi do śmierci. ...po kilku chwilach zwierzęta kładą się jak zmęczone. Potem oddech ustaje, ich wrażliwość i życie znikają, a zwierzęta nie wydają krzyku ani nie okazują żadnych oznak bólu. Choć na pomysł chemicznego przekazywania impulsów nerwowych nie wpadł C. Bernard, to jego klasyczne eksperymenty z kurarą pozwoliły na powstanie tego pomysłu. Minęło ponad pół wieku, kiedy J. Langley ustalił (1906), że paraliżujące działanie kurary jest związane ze specjalną częścią mięśnia, którą nazwał substancją receptywną. Pierwszą sugestię dotyczącą przeniesienia wzbudzenia z nerwu na narząd efektorowy za pomocą substancji chemicznej przedstawił T. Eliot (1904).

Jednak dopiero prace G. Dale'a i O. Löwy'ego ostatecznie potwierdziły hipotezę o synapsie chemicznej. Dale w 1914 roku ustalił, że acetylocholina imituje podrażnienie nerwu przywspółczulnego. Löwy udowodnił w 1921 r., że acetylocholina jest uwalniana z zakończenia nerwowego nerwu błędnego, a w 1926 r. odkrył acetylocholinoesterazę, enzym niszczący acetylocholinę.

Wzbudzenie w synapsie chemicznej jest przekazywane za pomocą mediator. Proces ten obejmuje kilka etapów. Rozważmy te cechy na przykładzie synapsy acetylocholiny, która jest szeroko rozpowszechniona w ośrodkowym układzie nerwowym, autonomicznym i obwodowym układzie nerwowym (ryc. 3).

Ryż. 3. Schemat funkcjonowania synapsy chemicznej

1. Mediator acetylocholina (ACh) jest syntetyzowana w płytce synaptycznej z acetylo-CoA (acetylo-koenzym A powstaje w mitochondriach) i choliny (syntetyzowanej w wątrobie) za pomocą transferazy acetylocholinowej (ryc. 3, 1).

2. Pick jest zapakowany pęcherzyki synaptyczne ( Castillo, Katz; 1955). Ilość mediatora w jednym pęcherzyku wynosi kilka tysięcy cząsteczek ( kwant mediatora). Część pęcherzyków znajduje się na PreSM i jest gotowa do uwolnienia mediatora (ryc. 3, 2).

3. Mediator zostaje zwolniony przez egzocytoza po wzbudzeniu PreSM. Przychodzący prąd odgrywa ważną rolę w pęknięciu membrany i uwolnieniu kwantowym nadajnika. Ca2+(ryc. 3, 3).

4. Wydany wybór wiąże się ze specyficznym białkiem receptorowym PostSM (ryc. 3, 4).

5. W wyniku interakcji między mediatorem a receptorem zmiany przewodnictwa jonowego PostSM: kiedy kanały Na+ są otwarte, depolaryzacja; prowadzi do otwarcia kanałów K + lub Cl - hiperpolaryzacja(ryc. 3, 5).

6 . W wyniku depolaryzacji w cytoplazmie postsynaptycznej uruchamiają się procesy biochemiczne (ryc. 3, 6).

7. Receptor zostaje uwolniony od mediatora: ACh ulega zniszczeniu przez acetylocholinoesterazę (AChE, Ryc. 3.7).

zauważ to mediator zwykle oddziałuje z określonym receptorem z określoną siłą i czasem trwania. Dlaczego kurara jest trucizną? Miejscem działania kurary jest właśnie synapsa ACh. Kurara mocniej wiąże się z receptorem acetylocholiny i pozbawia go interakcji z neuroprzekaźnikiem (ACh). Pobudzenie z nerwów somatycznych do mięśni szkieletowych, w tym od nerwu przeponowego do głównego mięśnia oddechowego (przepony) przekazywane jest za pomocą ACh, więc kurara powoduje rozluźnienie mięśni i ustanie oddychania (co w rzeczywistości powoduje śmierć).

Zwróćmy uwagę na główne Cechy transmisji wzbudzenia w synapsie chemicznej.

1. Wzbudzenie przekazywane jest za pomocą pośrednika chemicznego - mediatora.

2. Wzbudzenie przekazywane jest w jednym kierunku: z PreSm do PostSm.

3. W synapsie chemicznej występuje tymczasowe opóźnienie w przewodzeniu wzbudzenia, dlatego ma to synapsa niska labilność.

4. Synapsa chemiczna jest bardzo wrażliwa na działanie nie tylko mediatorów, ale także innych substancji biologicznie czynnych, leków i trucizn.

5. W synapsie chemicznej następuje transformacja wzbudzeń: elektrochemiczny charakter wzbudzenia na PreSM przechodzi w biochemiczny proces egzocytozy pęcherzyków synaptycznych i wiązania mediatora z określonym receptorem. Następuje zmiana przewodności jonowej PostSM (również proces elektrochemiczny), która kontynuowana jest reakcjami biochemicznymi w cytoplazmie postsynaptycznej.

W zasadzie taka wielostopniowa transmisja wzbudzenia powinna mieć istotne znaczenie biologiczne. Należy pamiętać, że na każdym etapie istnieje możliwość regulacji procesu przekazywania wzbudzenia. Pomimo ograniczonej liczby mediatorów (nieco kilkanaście) w synapsie chemicznej panują warunki pozwalające na różnorodne decydowanie o losach pobudzenia nerwowego dochodzącego do synapsy. Połączenie cech synaps chemicznych wyjaśnia indywidualne zróżnicowanie biochemiczne procesów nerwowych i umysłowych.

Zatrzymajmy się teraz na dwóch ważnych procesach zachodzących w przestrzeni postsynaptycznej. Zauważyliśmy, że w wyniku interakcji ACh z receptorem na PostSM może rozwinąć się zarówno depolaryzacja, jak i hiperpolaryzacja. Co decyduje o tym, czy mediator będzie pobudzający, czy hamujący? Wynik interakcji pomiędzy mediatorem a receptorem zdeterminowane właściwościami białka receptorowego(inną ważną właściwością synapsy chemicznej jest to, że PostSM jest aktywny w stosunku do docierającego do niej pobudzenia). W zasadzie synapsa chemiczna jest formacją dynamiczną; zmieniając receptor, komórka otrzymująca wzbudzenie może wpłynąć na swój przyszły los. Jeśli właściwości receptora są takie, że jego interakcja z nadajnikiem otwiera kanały Na +, to kiedy poprzez izolację jednego kwantu mediatora na PostSM rozwija się potencjał lokalny(dla złącza nerwowo-mięśniowego nazywa się to miniaturowym potencjałem płytki końcowej – MEPP).

Kiedy pojawia się PD? Wzbudzenie PostSM (pobudzający potencjał postsynaptyczny – EPSP) powstaje w wyniku sumowania potencjałów lokalnych. Możesz wybrać dwa rodzaje procesów sumowania. Na sekwencyjne uwalnianie kilku kwantów przekaźnikowych w tej samej synapsie(woda niszczy kamień) powstaje tymczasowy A Jestem podsumowaniem. Jeśli kwanty mediatorów są uwalniane jednocześnie w różnych synapsach(na błonie neuronu może ich być kilka tysięcy). podsumowanie przestrzenne. Repolaryzacja błony PostSM zachodzi powoli i po uwolnieniu poszczególnych kwantów mediatora PostSM przez pewien czas znajduje się w stanie egzaltacji (tzw. wzmocnienie synaptyczne, ryc. 4). Być może w ten sposób dochodzi do treningu synaps (uwolnienie kwantów przekaźnikowych w niektórych synapsach może „przygotować” błonę do zdecydowanej interakcji z przekaźnikiem).

Kiedy kanały K + lub Cl - otwierają się na PostSM, pojawia się hamujący potencjał postsynaptyczny (IPSP, ryc. 4).

Ryż. 4. Postsynaptyczne potencjały błonowe

Naturalnie, jeśli rozwinie się IPSP, można zatrzymać dalszą propagację wzbudzenia. Inną opcją zatrzymania procesu wzbudzenia jest hamowanie presynaptyczne. Jeśli na błonie płytki synaptycznej utworzy się synapsa hamująca, wówczas w wyniku hiperpolaryzacji PreSM można zablokować egzocytozę pęcherzyków synaptycznych.

Drugim ważnym procesem jest rozwój reakcji biochemicznych w cytoplazmie postsynaptycznej. Zmiana przewodności jonowej PostSM aktywuje tzw wtórni posłańcy (pośrednicy): cAMP, cGMP, kinaza białkowa zależna od Ca 2+, które z kolei aktywują różne kinazy białkowe poprzez ich fosforylację. Te reakcje biochemiczne mogą „zejść” w głąb cytoplazmy aż do jądra neuronu, regulując procesy syntezy białek. Zatem komórka nerwowa może odpowiedzieć na nadchodzące pobudzenie nie tylko decydując o swoim dalszym losie (odpowiedzieć EPSP lub IPSP, tj. przeprowadzić lub nie kontynuować dalej), ale zmienić liczbę receptorów lub syntetyzować białko receptorowe z nowymi właściwości w odniesieniu do pewnego mediatora. W związku z tym kolejna ważna właściwość synapsy chemicznej: dzięki procesom biochemicznym zachodzącym w cytoplazmie postsynaptycznej komórka przygotowuje się (uczy się) do przyszłych interakcji.

W układzie nerwowym działają różne synapsy, które różnią się mediatorami i receptorami. Nazwę synapsy określa mediator, a dokładniej nazwa receptora dla konkretnego mediatora. Zastanówmy się więc nad klasyfikacją głównych mediatorów i receptorów układu nerwowego (patrz także materiał rozpowszechniany na wykładzie!!).

Zauważyliśmy już, że o efekcie interakcji mediatora z receptorem decydują właściwości receptora. Zatem znane mediatory, za wyjątkiem kwasu g-aminomasłowego, mogą pełnić funkcje zarówno mediatorów pobudzających, jak i hamujących.Na podstawie ich budowy chemicznej wyróżnia się następujące grupy mediatorów.

Acetylocholina, szeroko rozpowszechniony w ośrodkowym układzie nerwowym, jest mediatorem w synapsach cholinergicznych autonomicznego układu nerwowego, a także w somatycznych synapsach nerwowo-mięśniowych (ryc. 5).

Ryż. 5. Cząsteczka acetylocholiny

Znany dwa typy receptorów cholinergicznych: nikotyna ( Receptory H-cholinergiczne) i muskarynowe ( Receptory M-cholinergiczne). Nazwę nadano substancjom, które powodują w tych synapsach działanie podobne do acetylocholiny: N-cholinomimetyk Jest nikotyna, A M-cholinomimetyk- toksyna muchomora Amanita muscaria ( muskaryna). Bloker receptora H-cholinergicznego (antycholinergiczny) Jest d-tubokuraryna(główny składnik trucizny kurary) i M-antycholinergiczne jest toksyną belladonny Atropa belladonna – atropina. Co ciekawe, właściwości atropiny są znane od dawna i był czas, kiedy kobiety stosowały atropinę z wilczej jagody, aby wywołać rozszerzenie źrenic wzrokowych (aby oczy były ciemne i „piękne”).

Poniższe cztery główne mediatory mają podobieństwa w budowie chemicznej, dlatego są klasyfikowane jako monoaminy. Ten serotonina lub 5-hydroksytryptaminy (5-HT), odgrywa ważną rolę w mechanizmach wzmocnienia (hormon radości). Jest syntetyzowany z niezbędnego dla człowieka aminokwasu – tryptofanu (ryc. 6).

Ryż. 6. Cząsteczka serotoniny (5-hydroksytryptaminy).

Trzy inne mediatory są syntetyzowane z niezbędnego aminokwasu fenyloalaniny i dlatego są zjednoczone pod wspólną nazwą katecholaminy- Ten dopamina (dopamina), noradrenalina (noradrenalina) i adrenalina (epinefryna, ryc. 7).

Ryż. 7. Katecholaminy

Wśród aminokwasy mediatorami są m.in kwas gamma-aminomasłowy(g-AMK lub GABA – znany jako jedyny neuroprzekaźnik hamujący), glicyna, kwas glutaminowy, kwas asparaginowy.

Mediatorzy obejmują szereg peptydy. W 1931 roku Euler odkrył substancję w ekstraktach mózgu i jelit, która powoduje skurcz mięśni gładkich jelit i rozszerzenie naczyń krwionośnych. Przekaźnik ten został wyizolowany w czystej postaci z podwzgórza i otrzymał nazwę substancja P(od angielskiego proszek - proszek, składa się z 11 aminokwasów). Później ustalono, że substancja P odgrywa ważną rolę w przewodzeniu bolesnych pobudzeń (nazwy nie trzeba było zmieniać, ponieważ ból w języku angielskim to ból).

Peptyd snu Delta otrzymał swoją nazwę ze względu na zdolność do wywoływania powolnych rytmów o wysokiej amplitudzie (rytmy delta) w elektroencefalogramie.

W mózgu syntetyzowanych jest wiele mediatorów białkowych o charakterze narkotycznym (opium). Są to pentapeptydy Met-enkefalina I Leu-enkefalina, I endorfiny. Są to najważniejsze blokery pobudzeń bólowych i mediatory wzmocnienia (radości i przyjemności). Innymi słowy, nasz mózg jest doskonałą fabryką leków endogennych. Najważniejsze jest nauczenie mózgu ich wytwarzania. "Jak?" - ty pytasz. To proste – endogenne opiaty powstają, gdy doświadczamy przyjemności. Rób wszystko z przyjemnością, zmuś swoją endogenną fabrykę do syntezy opiatów! Tę możliwość mamy naturalnie od urodzenia – zdecydowana większość neuronów reaguje na pozytywne wzmocnienie.

Badania ostatnich dziesięcioleci pozwoliły odkryć kolejnego bardzo interesującego mediatora – tlenek azotu (NO). Okazało się, że NO nie tylko odgrywa ważną rolę w regulacji napięcia naczyń krwionośnych (nitrogliceryna, którą znasz, jest źródłem NO i rozszerza naczynia wieńcowe), ale jest także syntetyzowany w neuronach centralnego układu nerwowego.

W zasadzie historia mediatorów jeszcze się nie skończyła, istnieje szereg substancji biorących udział w regulacji pobudzenia nerwowego. Tyle, że nie ustalono jeszcze dokładnie faktu ich syntezy w neuronach, nie odnaleziono ich w pęcherzykach synaptycznych, nie odnaleziono też specyficznych dla nich receptorów

1

Moskiewski Państwowy Uniwersytet Regionalny

Przygotowane przez Rudenko Ksenię student I roku P (5,5)

14 maja 2011 r

1. Dwa rodzaje synaps 3

2. Struktura synapsy chemicznej 4

3. Mechanizm transmisji synaptycznej. 5

4. Przekazywanie pobudzenia w synapsie nerwowo-mięśniowej 6

5. Przekazywanie wzbudzenia w synapsach centralnych 8

7. Znaczenie funkcjonalne i rodzaje hamowania w ośrodkowym układzie nerwowym 9

9. Funkcjonalne znaczenie synaps chemicznych w przekazywaniu informacji 10

10. Synapsy elektryczne 10

Wniosek 11

Referencje 12

Synapsa jako funkcjonalny kontakt tkanki nerwowej. Pojęcie, struktura. Fizjologia, funkcje, rodzaje synaps.

1. Dwa typy synaps

Synapsa (z greckiego synapsa - połączenie) to obszar funkcjonalnego połączenia jednego neuronu z drugim lub neuronu z efektorem, którym może być mięsień lub gruczoł zewnątrzwydzielniczy. Koncepcja ta została ukuta na przełomie XIX i XX wieku przez brytyjskiego fizjologa Charlesa S. Sherringtona (Sherrington Ch.) w celu wyznaczenia wyspecjalizowanych stref kontaktowych, które zapewniają komunikację między neuronami.

W 1921 roku Otto Loewi O., pracownik Instytutu Farmakologii w Grazu (Austria), za pomocą prostych i pomysłowych eksperymentów wykazał, że wpływ nerwów błędnych na serce zawdzięcza substancji chemicznej acetylocholiny. Angielski farmakolog Henry Dale (Dale H.) udowodnił, że acetylocholina powstaje w synapsach różnych struktur układu nerwowego. W 1936 roku Loewy i Dale otrzymali Nagrodę Nobla za odkrycie chemicznej natury przekazywania energii nerwowej.

Przeciętny neuron tworzy ponad tysiąc synaps z innymi komórkami mózgowymi; w sumie w ludzkim mózgu jest około 10 14 synaps. Jeśli policzymy je z szybkością 1000 sztuk na sekundę, to dopiero po kilku tysiącach lat możliwe będzie podsumowanie. W zdecydowanej większości synaps przekaźniki chemiczne – mediatory lub neuroprzekaźniki – służą do przekazywania informacji z jednej komórki do drugiej. Ale obok synaps chemicznych istnieją synapsy elektryczne, w których sygnały są przesyłane bez użycia mediatorów.

W synapsach chemicznych oddziałujące komórki są oddzielone szczeliną synaptyczną o szerokości 20-40 nm wypełnioną płynem zewnątrzkomórkowym. Aby przekazać sygnał, neuron presynaptyczny uwalnia w tę szczelinę przekaźnik, który dyfunduje do komórki postsynaptycznej i przyłącza się do specyficznych receptorów na jej błonie. Połączenie nadajnika z receptorem prowadzi do otwarcia (ale w niektórych przypadkach do zamknięcia) chemozależnych kanałów jonowych. Jony przechodzą przez otwarte kanały i ten prąd jonowy zmienia wartość spoczynkowego potencjału błonowego komórki postsynaptycznej. Sekwencja zdarzeń pozwala nam podzielić transfer synaptyczny na dwa etapy: nadajnik i receptor. Przekazywanie informacji przez synapsy chemiczne zachodzi znacznie wolniej niż przewodzenie wzbudzenia wzdłuż aksonów i trwa od 0,3 do kilku ms - w związku z tym powszechne stało się określenie opóźnienia synaptycznego.

W synapsach elektrycznych odległość między oddziałującymi neuronami jest bardzo mała - około 3-4 nm. W nich neuron presynaptyczny jest połączony z komórką postsynaptyczną specjalnym rodzajem kanału jonowego, który przechodzi przez szczelinę synaptyczną. Za pośrednictwem tych kanałów lokalny prąd elektryczny może rozprzestrzeniać się z jednego ogniwa do drugiego.

Synapsy dzielimy na:

1. 
   Według lokalizacji wyróżnia się:
   1. 
      synapsy nerwowo-mięśniowe;
   2. 
      neuronowe, które z kolei dzielą się na:
      1. 
         aksosomatyczny,
      2. 
         aksoaksonalny,
      3. 
         aksodendrytyczny,
      4. 
         dendrosomatyczny.
2. 
   W zależności od charakteru oddziaływania na strukturę postrzegającą, synapsy mogą być:
   1. 
      ekscytujące i
   2. 
      hamujący.
3. 
   Ze względu na sposób przekazywania sygnału synapsy dzielą się na:
   1. 
      chemiczny,
   2. 
      elektryczny,
   3. 
      mieszany - presynaptyczny potencjał czynnościowy wytwarza prąd, który depolaryzuje błonę postsynaptyczną typowej synapsy chemicznej, gdzie błony pre- i postsynaptyczne nie przylegają ściśle do siebie. Zatem w tych synapsach transmisja chemiczna służy jako niezbędny mechanizm wzmacniający.

W synapsie znajdują się:

1) błona presynaptyczna

2) szczelina synaptyczna

3) błona postsynaptyczna.

2. Struktura synapsy chemicznej

Struktura synapsy chemicznej obejmuje błonę presynaptyczną, błonę postsynaptyczną i szczelinę synaptyczną (10-50 nm). Zakończenie synaptyczne zawiera wiele mitochondriów, a także struktury submikroskopowe - pęcherzyki synaptyczne z mediatorem. Średnica każdego z nich wynosi około 50 nm. Zawiera od 4 000 do 20 000 cząsteczek mediatora (na przykład acetylocholiny). Pęcherzyki synaptyczne mają ładunek ujemny i są odpychane od błony komórkowej.

Rysunek 1: Frakcje przekaźnikowe w synapsie
Uwalnianie mediatora następuje, gdy łączą się one z błoną. W rezultacie jest uwalniany w porcjach - kwanty. Mediator powstaje w ciele komórki nerwowej i jest transportowany do zakończenia nerwowego poprzez transport aksonalny. Może także częściowo powstawać w zakończeniu nerwowym (resynteza przekaźnika). Neuron zawiera kilka frakcji nadajnika: stacjonarne, zdeponowane i dostępne od ręki(stanowi tylko 15-20% całkowitej ilości mediatora), ryc. 1.

Subsynaptyczny Błona (postsynaptyczna) jest grubsza niż błona komórki odprowadzającej. Ma fałdy, które sprawiają, że jego powierzchnia jest większa niż presynaptyczna. Na membranie praktycznie nie ma kanałów jonowych bramkowanych napięciem, ale występuje duża gęstość kanałów jonowych bramkowanych receptorem. Jeżeli podczas oddziaływania mediatora z receptorami nastąpi aktywacja kanałów i wzrośnie przepuszczalność błony dla potasu i sodu, nastąpi depolaryzacja lub ekscytujący potencjał postsynaptyczny (EPSP). Jeśli wzrasta przepuszczalność potasu i chloru, następuje hiperpolaryzacja lub hamujący potencjał postsynaptyczny (IPSP). Po interakcji z receptorem mediator jest niszczony przez specjalny enzym, a produkty zniszczenia wracają do aksonu w celu resyntezy mediatora (ryc. 2).

Rysunek: Sekwencja zdarzeń transmisji synaptycznej

Kanały bramkowane receptorami są tworzone przez struktury komórkowe, a następnie wstawiane do błony. Gęstość kanałów na błonie postsynaptycznej jest stosunkowo stała. Jednakże podczas odnerwienia, gdy uwalnianie mediatora gwałtownie maleje lub całkowicie zatrzymuje się, gęstość receptorów na błonie wzrasta i mogą one pojawić się na własnej błonie komórki. Odwrotna sytuacja ma miejsce albo wtedy, gdy przez dłuższy czas uwalniana jest duża ilość mediatora, albo gdy jego niszczenie jest zaburzone. W tej sytuacji receptory są chwilowo dezaktywowane, a one odczulanie(zmniejszona wrażliwość). Zatem synapsa nie jest strukturą statyczną, jest dość plastyczna.

3. Mechanizm transmisji synaptycznej .

Pierwszy etap to zwolnienie mediatora. Według teorii kwantowej, gdy jest podekscytowany następuje włókno nerwowe (pojawienie się potencjału czynnościowego). aktywacja kanałów wapniowych bramkowanych napięciem, wapń wchodzi wewnątrz komórki. Po interakcji z pęcherzykiem synaptycznym wiąże się z błoną komórkową i uwalnia przekaźnik do szczeliny synaptycznej (do uwolnienia 1 kwantu acetylocholiny potrzebne są 4 kationy wapnia).

Uwolniony przekaźnik dyfunduje przez szczelinę synaptyczną i wchodzi z nią w interakcję receptory błona postsynaptyczna. 1). Jeśli synapsa ekscytujący, wówczas w wyniku aktywacji kanałów bramkowanych receptorami zwiększa się przepuszczalność błony dla sodu i potasu. Pojawia się EPSP. Występuje lokalnie tylko na błonie postsynaptycznej. Rozmiar EPSP jest zdeterminowany rozmiarem części nadajnika, więc nie spełnia zasady - wszystko albo nic. EPSP elektrotonicznie rozprzestrzenia się na błonę komórki eferentnej, depolaryzując ją. Jeżeli wielkość depolaryzacji osiągnie poziom krytyczny, wówczas aktywowane są kanały bramkowane napięciem, następuje wzbudzenie potencjału czynnościowego lub impulsu, który rozprzestrzenia się na całą błonę komórkową (ryc. 3).


Rycina 3: Zmiana funkcjonalna synapsy po interakcji z receptorem przekaźnikowym zniszczone przez specjalny enzym(acetylocholina - cholinesteraza, oksydaza monoaminowa norepinefryny itp.) Uwalnianie mediatora następuje w sposób ciągły. Z podniecenia tak zwane miniaturowe potencjały płytki końcowej, które są falami, są rejestrowane na błonie postsynaptycznej depolaryzacja (1 kwant na sekundę). Intensywność tego procesu gwałtownie wzrasta na tle wzbudzenia (1 potencjał czynnościowy przyczynia się do uwolnienia 200 kwantów mediatora).

Zatem możliwe są dwa główne stany synapsy: na tle wzbudzenia i poza wzbudzeniem.

Poza wzbudzeniem na błonie postsynaptycznej rejestrowany jest MEPP (miniaturowy potencjał płytki końcowej).

Na tle wzbudzenia prawdopodobieństwo uwolnienia nadajnika gwałtownie wzrasta, a EPSP jest rejestrowany na błonie postsynaptycznej. Sekwencja procesów przeprowadzania wzbudzenia przez synapsę jest następująca:

Jeśli synapsa hamująca, wówczas uwolniony nadajnik aktywuje kanały potasowe i kanały chlorowe. Rozwój hiperpolaryzacja(IPSP) elektrotonicznie rozprzestrzenia się na błonę ogniwa eferentnego, zwiększa próg wzbudzenia i zmniejsza pobudliwość.

Cechy fizjologiczne synaps chemicznych:

Przewodzenie jednokierunkowe

Opóźnienie synaptyczne

Szybka męczliwość

Ulga synaptyczna

4. Przekazywanie pobudzenia w synapsie nerwowo-mięśniowej

Ze wszystkich synaps występujących w organizmie człowieka najprostsza jest synapsa nerwowo-mięśniowa. co zostało dobrze zbadane już w latach 50. XX wieku przez Bernarda Katza i jego współpracowników (Katz B. - laureat Nagrody Nobla 1970). Tworzenie synapsy nerwowo-mięśniowej obejmuje cienkie, wolne od mieliny gałęzie aksonu neuronu ruchowego i włókna mięśni szkieletowych unerwione przez te zakończenia (ryc. 5.1). Każda gałąź aksonu pogrubia się na końcu: to zgrubienie nazywa się guzikiem końcowym lub płytką synaptyczną. Zawiera pęcherzyki synaptyczne wypełnione mediatorem: w synapsie nerwowo-mięśniowej jest to acetylocholina. Większość pęcherzyków synaptycznych zlokalizowana jest w strefach aktywnych: są to nazwy wyspecjalizowanych części błony presynaptycznej, przez które przekaźnik może zostać uwolniony do szczeliny synaptycznej. Błona presynaptyczna zawiera kanały dla jonów wapnia, które są zamknięte w stanie spoczynku i otwierają się dopiero po doprowadzeniu potencjałów czynnościowych do zakończenia aksonu.

Stężenie jonów wapnia w szczelinie synaptycznej jest znacznie wyższe niż w cytoplazmie zakończenia presynaptycznego neuronu, dlatego otwarcie kanałów wapniowych prowadzi do przedostania się wapnia do zakończenia. Kiedy wzrasta stężenie wapnia na końcu neuronu, pęcherzyki synaptyczne łączą się ze strefą aktywną. Zawartość pęcherzyka połączonego z błoną jest odprowadzana do szczeliny synaptycznej: ten mechanizm uwalniania nazywa się egzocytozą. Jeden pęcherzyk synaptyczny zawiera około 10 000 cząsteczek acetylocholiny, a informacja przekazywana przez synapsę nerwowo-mięśniową jest jednocześnie uwalniana z wielu pęcherzyków i dyfunduje do płytki końcowej.

Płytka końcowa to część błony mięśniowej, która styka się z zakończeniami nerwowymi. Ma złożoną powierzchnię, a fałdy znajdują się dokładnie naprzeciwko aktywnych stref terminala presynaptycznego. Na każdej fałdzie, ułożonej w kształcie siatki, skupiają się receptory cholinergiczne, których gęstość wynosi około 10 000/µm 2. W głębi fałdów nie ma receptorów cholinergicznych – są jedynie kanały bramkowane napięciem dla sodu, a ich gęstość również jest duża.

Rodzaj receptorów postsynaptycznych występujących w synapsie nerwowo-mięśniowej jest typu receptorów nikotynowych lub receptorów N-cholinergicznych (w rozdziale 6 zostanie opisany inny typ - receptory wrażliwe na muskarynę lub receptory M-cholinergiczne). Są to białka transbłonowe, które są zarówno receptorami, jak i kanałami (ryc. 5.2). Składają się z pięciu podjednostek zgrupowanych wokół centralnego poru. Dwie z pięciu podjednostek są takie same, mają wystające na zewnątrz końce łańcuchów aminokwasów - są to receptory, do których przyłącza się acetylocholina. Kiedy receptory wiążą dwie cząsteczki acetylocholiny, zmienia się konformacja cząsteczki białka i ładunki hydrofobowych obszarów kanału przesuwają się we wszystkich podjednostkach: w rezultacie pojawia się por o średnicy około 0,65 nm.

Mogą przez nią przechodzić jony sodu, potasu, a nawet dwuwartościowe kationy wapnia, a jednocześnie przepływ anionów utrudniają ujemne ładunki ścianki kanału. Kanał jest otwarty przez około 1 ms, ale w tym czasie do włókna mięśniowego dostaje się około 17 000 jonów sodu, a wychodzi nieco mniejsza liczba jonów potasu. W synapsie nerwowo-mięśniowej kilkaset tysięcy kanałów kontrolowanych przez acetylocholinę otwiera się niemal synchronicznie, ponieważ przekaźnik uwolniony z tylko jednego pęcherzyka synaptycznego otwiera około 2000 pojedynczych kanałów.

Wynik netto prądu jonowego sodu i potasu przez kanały bramkowane chemicznie zależy od przewagi prądu sodu, co prowadzi do depolaryzacji płytki końcowej błony mięśniowej, przy której występuje potencjał płytki końcowej (EPP). Jego wartość wynosi co najmniej 30 mV, tj. zawsze przekracza wartość progową. Prąd depolaryzujący generowany w płytce końcowej jest kierowany do sąsiadujących, pozasynaptycznych obszarów błony włókien mięśniowych. Ponieważ jego wartość jest zawsze powyżej progu,. aktywuje bramkowane napięciem kanały sodowe zlokalizowane w pobliżu płytki końcowej i głęboko w jej fałdach, w wyniku czego powstają potencjały czynnościowe, które propagują wzdłuż błony mięśniowej.

Cząsteczki acetylocholiny, które spełniły swoje zadanie, są szybko rozkładane przez enzym acetylocholinoesterazę znajdujący się na powierzchni błony postsynaptycznej. Jego aktywność jest dość wysoka i w ciągu 20 ms jest w stanie przekształcić wszystkie cząsteczki acetylocholiny związane z receptorami w cholinę i octan. Z tego powodu receptory cholinergiczne mogą oddziaływać z nowymi częściami przekaźnika, jeśli nadal są one uwalniane z zakończenia presynaptycznego. Jednocześnie octan i cholina, wykorzystując specjalne mechanizmy transportu, przedostają się do terminala presynaptycznego i są wykorzystywane do syntezy nowych cząsteczek przekaźnikowych.

Zatem głównymi etapami przekazywania pobudzenia w synapsie nerwowo-mięśniowej są:

1) wzbudzenie neuronu ruchowego, propagacja potencjału czynnościowego do błony presynaptycznej;

2) zwiększenie przepuszczalności błony presynaptycznej dla jonów wapnia, napływ wapnia do komórki, zwiększenie stężenia wapnia w terminalu presynaptycznym;

3) fuzja pęcherzyków synaptycznych z błoną presynaptyczną w strefie aktywnej, egzocytoza, wejście przekaźnika do szczeliny synaptycznej;

4) dyfuzja acetylocholiny do błony postsynaptycznej, jej przyłączenie do receptorów H-cholinergicznych, otwarcie chemozależnych kanałów jonowych;

5) dominujący prąd jonów sodu przez kanały chemozależne, tworzenie nadprogowego potencjału płytki końcowej;

6) pojawienie się potencjałów czynnościowych na błonie mięśniowej;

7) enzymatyczny rozkład acetylocholiny, powrót produktów rozpadu na zakończenie neuronu, synteza nowych części przekaźnika.

5. Przekazywanie wzbudzenia w synapsach centralnych

Synapsy centralne, w przeciwieństwie do synaps nerwowo-mięśniowych, składają się z tysięcy połączeń między wieloma neuronami, które mogą wykorzystywać dziesiątki neuroprzekaźników o różnym charakterze chemicznym. Należy wziąć pod uwagę, że dla każdego neuroprzekaźnika istnieją specyficzne receptory, które w różny sposób kontrolują kanały chemozależne. Ponadto, jeśli tylko pobudzenie jest zawsze przekazywane w synapsach nerwowo-mięśniowych, wówczas synapsy ośrodkowe mogą być zarówno pobudzające, jak i hamujące.

W synapsie nerwowo-mięśniowej pojedynczy potencjał czynnościowy docierający do zakończenia presynaptycznego może doprowadzić do uwolnienia wystarczającej ilości przekaźnika do transmisji sygnału, dlatego potencjał płytki końcowej zawsze przekracza wartość progową. Pojedyncze potencjały postsynaptyczne synaps centralnych z reguły nie przekraczają nawet 1 mV - ich średnia wartość wynosi zaledwie 0,2-0,3 mV, co jest całkowicie niewystarczające do osiągnięcia krytycznej depolaryzacji. Aby go uzyskać, wymagana jest całkowita aktywność od 50 do 100 potencjałów czynnościowych, docierających jeden po drugim do zakończenia presynaptycznego - wtedy całkowita ilość uwolnionego przekaźnika może wystarczyć, aby depolaryzacja błony postsynaptycznej była krytyczna.
W synapsach pobudzających ośrodkowego układu nerwowego, podobnie jak w synapsie nerwowo-mięśniowej, wykorzystywane są kanały chemozależne, które jednocześnie przepuszczają jony sodu i potasu. Kiedy takie kanały otwierają się przy normalnym potencjale spoczynkowym neuronów centralnych (około -65 mV), dominuje depolaryzujący do wewnątrz prąd sodowy.

Potencjał czynnościowy występuje zwykle w strefie wyzwalającej – wzgórku aksonu, gdzie gęstość kanałów bramkowanych napięciem jest największa, a próg depolaryzacji najniższy. Tutaj wystarczy przesunięcie potencjału błonowego z -65 MV do -55 mV, aby wystąpił potencjał czynnościowy. Zasadniczo potencjał czynnościowy może powstać również na ciele neuronu, ale będzie to wymagało zmiany potencjału błonowego z -65 mV do około -35 mV, tj. w tym przypadku potencjał postsynaptyczny powinien być znacznie większy - około 30 mV.

Większość synaps pobudzających powstaje na gałęziach dendrytów. Typowy neuron ma zwykle od dwudziestu do czterdziestu głównych dendrytów, które są podzielone na wiele małych gałęzi. Na każdej takiej gałęzi znajdują się dwa obszary kontaktów synaptycznych: główny pręt i kolce. Powstające tam pobudzające potencjały postsynaptyczne (EPSP) biernie propagują do wzgórka aksonu, a amplituda tych lokalnych potencjałów maleje proporcjonalnie do odległości. I nawet jeśli maksymalna wartość EPSP w strefie styku nie przekracza 1 mV, wówczas w strefie wyzwalania wykrywane jest zupełnie nieistotne przesunięcie depolaryzacyjne.

W takich okolicznościach krytyczna depolaryzacja strefy wyzwalającej jest możliwa jedynie w wyniku przestrzennego lub sekwencyjnego sumowania pojedynczych EPSP (ryc. 5.3). Sumowanie przestrzenne następuje przy jednoczesnej aktywności pobudzającej grupy neuronów, których aksony zbiegają się w jedną wspólną komórkę postsynaptyczną. W każdej ze stref kontaktu powstaje niewielki EPSP, który biernie propaguje do wzgórka aksonu. Gdy jednocześnie dotrą do niego słabe przesunięcia depolaryzacyjne, całkowity wynik depolaryzacji może być większy niż 10 mV: tylko w tym przypadku potencjał błonowy spada z -65 mV do poziomu krytycznego -55 mV i pojawia się potencjał czynnościowy.

Sumowanie sekwencyjne, zwane także tymczasowym, obserwuje się przy dość częstym rytmicznym wzbudzeniu neuronów presynaptycznych, gdy potencjały czynnościowe po krótkim czasie doprowadzone są jeden po drugim do zakończenia presynaptycznego. Przez cały ten czas uwalniany jest nadajnik, co prowadzi do wzrostu amplitudy EPSP. W synapsach centralnych oba mechanizmy sumowania działają zwykle jednocześnie, co umożliwia przekazanie wzbudzenia do neuronu postsynaptycznego.

7. Znaczenie funkcjonalne i rodzaje hamowania w ośrodkowym układzie nerwowym

Pobudzenie przekazywane z jednego neuronu na drugi może, teoretycznie rzecz biorąc, rozprzestrzenić się na większość komórek mózgowych, podczas gdy normalna aktywność wymaga ściśle uporządkowanej zmiany aktywności pewnych grup neuronów, połączonych ze sobą precyzyjnymi topograficznie połączeniami. Konieczność usprawnienia transmisji sygnału i zapobiegania niepotrzebnemu rozprzestrzenianiu się wzbudzenia determinuje funkcjonalną rolę neuronów hamujących.

Należy zwrócić uwagę na bardzo ważną okoliczność: hamowanie jest zawsze procesem lokalnym i nie może, podobnie jak pobudzenie, rozprzestrzeniać się z jednej komórki na drugą. Hamowanie jedynie hamuje proces wzbudzenia lub zapobiega samo jego wystąpieniu.

Prosty, ale pouczający eksperyment pozwala zweryfikować niezwykle ważną rolę hamowania. Jeśli zwierzęciu doświadczalnemu wstrzyknie się pewną ilość strychniny (jest to alkaloid z nasion chilibuha lub wymiotujących orzechów), która blokuje tylko jeden rodzaj synaps hamujących w ośrodkowym układzie nerwowym, wówczas w odpowiedzi na bodźce rozpocznie się nieograniczone rozprzestrzenianie się pobudzenia. jakikolwiek bodziec, który doprowadzi do zaburzonej aktywności neuronów, nastąpią skurcze mięśni, drgawki i w końcu śmierć.

Neurony hamujące znajdują się we wszystkich obszarach mózgu, na przykład komórki hamujące Renshawa są powszechne w rdzeniu kręgowym, neurony Purkinjego, komórki gwiaździste itp. są powszechne w korze móżdżku. Jako przekaźniki hamujące najczęściej stosuje się kwas gamma-aminomasłowy (GABA) i glicynę, chociaż specyficzność hamująca synapsy nie zależy od nadajnika, ale wyłącznie od rodzaju kanałów chemozależnych: w synapsach hamujących są to kanały dla chloru lub potas.
Istnieje kilka bardzo charakterystycznych, typowych opcji hamowania: odwracalna (lub antydromowa), wzajemna, zstępująca, centralna itp. Hamowanie nawracające pozwala regulować aktywność wyjściową neuronu zgodnie z zasadą ujemnego sprzężenia zwrotnego (ryc. 5.5). Tutaj neuron, który pobudza komórkę z jednego z zabezpieczeń jej aksonu, działa również na interkalarny neuron hamujący, który zaczyna hamować aktywność samej komórki pobudzającej. Na przykład neuron ruchowy rdzenia kręgowego pobudza włókna mięśniowe, a inne zabezpieczenie jego aksonu pobudza komórkę Renshawa, która hamuje aktywność samego neuronu ruchowego.

Wzajemne hamowanie (od łac. reciprocus - wzajemne) obserwuje się na przykład w przypadkach, gdy zabezpieczenia aksonu neuronu doprowadzającego wchodzącego do rdzenia kręgowego tworzą dwie gałęzie: jedna z nich pobudza neurony ruchowe mięśnia zginacza, a druga drugi to interneuron hamujący, który działa na neuron ruchowy mięśnia prostownika. Z powodu wzajemnego hamowania mięśnie antagonistyczne nie mogą kurczyć się jednocześnie, a jeśli zginacze kurczą się, aby wykonać ruch, prostowniki muszą się rozluźnić.

Hamowanie zstępujące po raz pierwszy opisał I.M. Sechenov: odkrył, że odruchy rdzenia kręgowego u żaby zwalniają, jeśli jej międzymózgowie zostanie podrażnione kryształem soli kuchennej. Sieczenow nazwał to hamowanie centralnym. Hamowanie zstępujące może na przykład kontrolować przekazywanie sygnałów aferentnych: długie aksony niektórych neuronów pnia mózgu są w stanie hamować aktywność interneuronów rdzenia kręgowego, które otrzymują informację o bolesnej stymulacji. Niektóre jądra motoryczne pnia mózgu mogą aktywować aktywność hamujących interneuronów rdzenia kręgowego, co z kolei może zmniejszać aktywność neuronów ruchowych – taki mechanizm jest ważny dla regulacji napięcia mięśniowego.
Bloking przeniesienie wzbudzenia z zakończenia nerwowego na mięsień uzyskuje się za pomocą środków zwiotczających mięśnie. Zgodnie z mechanizmem działania dzieli się je na kilka grup:

1. Blokada przewodzenia wzbudzenia wzdłuż zakończenia nerwowego (przykładem są środki znieczulające miejscowo - nowokaina, dekaina itp.)

2. Blokada uwalniania mediatorów (toksyny botulinowej).

3. Naruszenie syntezy neuroprzekaźników (hemicholinium hamuje wchłanianie choliny przez zakończenie nerwowe).

4. Blokowanie wiązania mediatora z receptorami błony postsynaptycznej (a-bungarotoksyna, substancje kuraropodobne i inne prawdziwe środki zwiotczające mięśnie).

5. Hamowanie aktywności cholinesterazy (fizostygmina, neostygmina).

9. Funkcjonalne znaczenie synaps chemicznych w przekazywaniu informacji

Można śmiało powiedzieć, że synapsy odgrywają decydującą rolę we wszelkiej aktywności mózgu. Wniosek ten potwierdzają co najmniej trzy ważne dowody:

1. Wszystkie synapsy chemiczne działają na zasadzie zastawki, ponieważ informacja w nich może być przekazywana jedynie z komórki presynaptycznej do postsynaptycznej i nigdy odwrotnie. To właśnie determinuje uporządkowany kierunek przekazywania informacji do centralnego układu nerwowego.

2. Synapsy chemiczne są w stanie wzmacniać lub osłabiać przesyłane sygnały, a dowolną modyfikację można przeprowadzić na kilka sposobów. Skuteczność transmisji synaptycznej zmienia się w wyniku wzrostu lub spadku przepływu prądu wapniowego do zakończenia presynaptycznego, czemu towarzyszy odpowiedni wzrost lub spadek ilości uwalnianego przekaźnika. Aktywność synapsy może się zmieniać ze względu na zmieniającą się wrażliwość błony postsynaptycznej, co może zmniejszać lub zwiększać liczbę i wydajność jej receptorów. Dzięki tym możliwościom przejawia się plastyczność połączeń międzykomórkowych, na podstawie których synapsy uczestniczą w procesie uczenia się i tworzeniu śladów pamięciowych.

3. Synapsa chemiczna to obszar działania wielu substancji biologicznie czynnych, leków lub innych związków chemicznych, które z tego czy innego powodu dostają się do organizmu (toksyny, trucizny, leki). Niektóre substancje posiadające cząsteczkę podobną do mediatora konkurują o prawo do wiązania się z receptorami, inne nie pozwalają na terminowe zniszczenie mediatorów, jeszcze inne stymulują lub hamują uwalnianie mediatorów z zakończeń presynaptycznych, jeszcze inne wzmacniają lub osłabiają działanie mediatorów hamujących itp. Efekt zmian Transmisja synaptyczna w niektórych synapsach chemicznych może skutkować pojawieniem się nowych form zachowań.

10 . Synapsy elektryczne

Najbardziej znane synapsy elektryczne tworzone są przez duże aksony presynaptyczne stykające się ze stosunkowo małymi włóknami komórek postsynaptycznych. Przekazywanie informacji odbywa się w nich bez pośrednika chemicznego, a odległość między oddziałującymi komórkami jest bardzo mała: szerokość szczeliny synaptycznej wynosi około 3,5 nm, natomiast w synapsach chemicznych waha się od 20 do 40 nm. Dodatkowo szczelinę synaptyczną przecinają mostki łączące – wyspecjalizowane struktury białkowe tworzące tzw. connexons (z angielskiego connexion - połączenie) (ryc. 5.6).

Koneksony to cylindryczne białka transbłonowe, które składają się z sześciu podjednostek i mają w środku dość szeroki kanał o średnicy około 1,5 nm z hydrofilowymi ściankami. Koneksony sąsiednich komórek są usytuowane naprzeciw siebie, tak że każda z sześciu podjednostek jednego koneksonu jest niejako kontynuowana przez podjednostki drugiego. W rzeczywistości koneksony są półkanałami, ale połączenie koneksonów dwóch komórek tworzy pełnoprawny kanał łączący te dwie komórki. Mechanizm otwierania i zamykania takich kanałów polega na ruchach obrotowych jego podjednostek.

Kanały te mają niski opór i dlatego dobrze przewodzą prąd z jednego ogniwa do drugiego. Przepływ ładunków dodatnich z błony presynaptycznej wzbudzonej komórki powoduje depolaryzację błony postsynaptycznej. Kiedy ta depolaryzacja osiąga wartość krytyczną, otwierają się kanały sodowe bramkowane napięciem i pojawia się potencjał czynnościowy.

Wszystko dzieje się bardzo szybko, bez opóźnienia charakterystycznego dla synaps chemicznych, związanego ze stosunkowo powolną dyfuzją przekaźnika z jednej komórki do drugiej. Komórki połączone synapsami elektrycznymi reagują jako pojedyncza jednostka na sygnał otrzymany przez jedną z nich, a czas utajony pomiędzy potencjałami presynaptycznymi i postsynaptycznymi praktycznie nie jest określony.

Kierunek transmisji sygnału w synapsach elektrycznych wyznaczany jest przez różnice w rezystancji wejściowej stykających się komórek. Zwykle duże włókno presynaptyczne jednocześnie przekazuje wzbudzenie do kilku podłączonych do niego komórek, powodując w nich znaczną zmianę napięcia. Na przykład w dobrze zbadanej gigantycznej synapsie aksoaksonalnej raków grube włókno presynaptyczne pobudza kilka aksonów innych komórek, które mają znacznie mniejszą grubość.

Elektryczna transmisja sygnału synaptycznego okazuje się biologicznie przydatna w przeprowadzaniu reakcji ucieczki lub obrony w przypadku nagłego zagrożenia. W ten sposób na przykład neurony ruchowe ulegają synchronicznej aktywacji, a następnie podczas reakcji lotu następuje błyskawiczny ruch płetwy ogonowej u złotej rybki. Ta sama synchroniczna aktywacja neuronów zapewnia salwę farby kamuflażowej uwalnianej przez mięczaka morskiego, gdy zaistnieje niebezpieczna sytuacja.

Interakcja metaboliczna między komórkami odbywa się również poprzez kanały koneksonowe. Wystarczająco duża średnica porów kanałów umożliwia przepływ nie tylko jonów, ale także średniej wielkości cząsteczek organicznych, w tym ważnych przekaźników wtórnych, takich jak cykliczny AMP, trifosforan inozytolu i małe peptydy. Transport ten wydaje się mieć ogromne znaczenie podczas rozwoju mózgu.

Synapsa elektryczna różni się od synapsy chemicznej:

Brak opóźnienia synaptycznego

Obustronne przewodzenie wzbudzenia

Prowadzi tylko podniecenie

Mniej wrażliwy na spadki temperatury

Wniosek

Pomiędzy komórkami nerwowymi, a także między mięśniami nerwowymi lub między mięśniami nerwowymi i wydzielniczymi znajdują się wyspecjalizowane kontakty zwane synapsami.

Historia odkrycia była następująca:
A.V. Kibyakov ustalił rolę adrenaliny w transmisji synaptycznej.

1970 - B. Katz (Wielka Brytania), U. v. Euler (Szwecja) i J. Axelrod (USA) otrzymali Nagrodę Nobla za odkrycie roli noradrenaliny w transmisji synaptycznej.

Synapsy służą do przekazywania sygnałów z jednej komórki do drugiej i można je klasyfikować według:

• 
  rodzaj stykających się komórek: neuroneuronalne (międzyneuronalne), nerwowo-mięśniowe i nerwowo-gruczołowe (neurowydzielnicze);
• 
  działanie – ekscytujące i hamujące;
• 
  charakter transmisji sygnału – elektryczny, chemiczny i mieszany.

Obowiązkowymi składnikami każdej synapsy są: błona presynaptyczna, szczelina synaptyczna i błona postsynaptyczna.

Część presynaptyczna jest utworzona na końcu aksonu (końca) neuronu ruchowego i zawiera skupisko pęcherzyków synaptycznych w pobliżu błony presynaptycznej, a także mitochondria. Fałdy postsynaptyczne zwiększają powierzchnię błony postsynaptycznej. W szczelinie synaptycznej znajduje się synaptyczna błona podstawna (kontynuacja błony podstawnej włókna mięśniowego), rozciąga się ona do fałdów postsynaptycznych).

W synapsach elektrycznych szczelina synaptyczna jest znacznie węższa niż w synapsach chemicznych. Mają niską rezystancję błon pre- i postsynaptycznych, co zapewnia lepszą transmisję sygnału. Schemat wzbudzenia w synapsie elektrycznej jest podobny do wzorca działania w przewodniku nerwowym, tj. PD w błonie presynaptycznej podrażnia błonę postsynaptyczną.

W synapsach chemicznych transmisja sygnału następuje w wyniku uwolnienia do szczeliny synaptycznej specjalnych substancji, co powoduje pojawienie się AP na błonie postsynaptycznej. Substancje te nazywane są mediatorami.

Przewodzenie pobudzenia przez synapsy nerwowo-mięśniowe charakteryzuje się:

• 
  jednostronne przewodzenie wzbudzenia: od błony przed- do ponaptycznej;
• 
  opóźnienie w przewodzeniu wzbudzenia związanego z syntezą, wydzielaniem przekaźnika, jego interakcją z receptorami błony postsynaptycznej i inaktywacją nadajnika;
• 
  niska labilność i wysokie zmęczenie;
• 
  wysoka selektywna wrażliwość na chemikalia;
• 
  transformacja (zmiana) rytmu i siły wzbudzenia;
• 
  sumowanie i bezwładność wzbudzenia.

Synapsy odgrywają kluczową rolę w organizowaniu przepływu informacji. Synapsy chemiczne nie tylko przekazują sygnał, ale go przekształcają, wzmacniają i zmieniają naturę kodu. Synapsy chemiczne działają jak zawór: przekazują informacje tylko w jednym kierunku. Interakcja synaps pobudzających i hamujących pozwala zachować najważniejsze informacje i wyeliminować informacje nieistotne. Skuteczność transmisji synaptycznej może wzrosnąć lub zmniejszyć zarówno na skutek zmiany stężenia wapnia w zakończeniu presynaptycznym, jak i na skutek zmian w liczbie receptorów na błonie postsynaptycznej. Ta plastyczność synaps jest warunkiem ich udziału w procesie uczenia się i tworzeniu pamięci. Synapsa jest celem działania wielu substancji, które mogą blokować lub odwrotnie, stymulować transmisję synaptyczną. Przekazywanie informacji w synapsach elektrycznych odbywa się za pomocą koneksonów, które mają niski opór i przewodzą prąd elektryczny z aksonu jednej komórki do aksonów drugiej.

Bibliografia

1. 
   Wasiliew V.N. Fizjologia: podręcznik / V.N. Wasiljew, L.V. Kapilevich - Tomsk: Tomsk: Wydawnictwo Politechniki Tomsk, 2010. - 290 s.
2. 
   Glebov R. N., Kryzhanovsky G. N. Biochemia funkcjonalna synaps. M., 1978.
3. 
   Katz B., Nerw, mięsień i synapsa, przeł. z języka angielskiego, M., 1998
4. 
   Nazarova E. N., Zhilov Yu. D., Belyaeva A. V. Fizjologia człowieka: Podręcznik dla działów dyscypliny Fizjologia człowieka: fizjologia ośrodkowego układu nerwowego; fizjologia wyższej aktywności nerwowej i układów sensorycznych; psychofizjologia; fizjologia układów tworzących homeostazę. – M.: SANVITA, 2009. – 282 s.
5. 
   Shepperd G. Neurobiologia. M., 1987. T. 1.
6. 
   Eccles D.K. Fizjologia synaps. M.: Mir, 1966, – 397 s.

5. Synapsy chemiczne w oparciu o charakter przekaźnika dzieli się na cholinergiczne (mediator - acetylocholina), adrenergiczne (noradrenalina), dopaminergiczne (dopamina), GABAergiczne (kwas γ-aminomasłowy) itp. Ośrodkowy układ nerwowy składa się głównie z synaps chemicznych, ale istnieją także synapsy elektryczne pobudzające i synapsy elektrochemiczne.

B.Elementy strukturalne synapsy chemicznej - błony presynaptyczne i postsynaptyczne oraz szczelina synaptyczna (ryc. 2.5).

Na terminalu presynaptycznym W ciele neuronu powstają pęcherzyki (pęcherzyki) synaptyczne o średnicy około 40 nm, które za pomocą mikrotubul i mikrofilamentów dostarczane są do zakończenia presynaptycznego, gdzie są wypełnione przekaźnikiem i ATP. Mediator powstaje w samym zakończeniu nerwowym. Terminal presynaptyczny zawiera kilka tysięcy pęcherzyków, z których każdy zawiera od 1 do 10 tysięcy cząsteczek substancji chemicznej biorącej udział w przekazywaniu wpływu przez synapsę i dlatego nazywany jest mediatorem (mediatorem). Mitochondria zakończenia presynaptycznego dostarczają energii w procesie transmisji synaptycznej. Błona presynaptyczna jest częścią błony zakończenia presynaptycznego, która graniczy ze szczeliną synaptyczną.

Szczelina synaptyczna ma różną szerokość (20-50 nm), zawiera płyn międzykomórkowy i gęsty mukopolisacharyd

substancja w postaci pasków, mostków, która zapewnia komunikację pomiędzy błonami pre- i postsynaptycznymi i może zawierać enzymy.

Błona postsynaptyczna - jest to pogrubiona część błony komórkowej unerwionej komórki, zawierająca receptory białkowe, które mają kanały jonowe i są zdolne do wiązania cząsteczek mediatorów. Błona postsynaptyczna synapsy nerwowo-mięśniowej nazywana jest również płytką końcową.

W.Mechanizm transmisji wzbudzenia w synapsie elektrycznej podobnie jak we włóknie nerwowym: wyładowania wyładowcze powstające na błonie presynaptycznej bezpośrednio elektrycznie drażnią błonę postsynaptyczną i zapewniają jej wzbudzenie. Jak się okazało, synapsy elektryczne mają pewien wpływ na metabolizm stykających się komórek. Istnieją dowody na obecność hamujących synaps elektrycznych w ośrodkowym układzie nerwowym, ale nie zostały one wystarczająco zbadane.

G.Transmisja sygnału w synapsach chemicznych. Potencjał czynnościowy (AP) docierający do zakończenia presynaptycznego synapsy chemicznej powoduje depolaryzację jej błony, otwierając kanały Ca bramkowane napięciem. Jony Ca 2+ przedostają się do zakończenia nerwowego zgodnie z gradientem elektrochemicznym i zapewniają uwolnienie przekaźnika do szczeliny synaptycznej poprzez egzocytozę. Cząsteczki przekaźnikowe, które dostają się do szczeliny synaptycznej, dyfundują do błony postsynaptycznej i oddziałują z jej receptorami. Działanie cząsteczek mediatora prowadzi do otwarcia kanałów jonowych i ruchu jonów Na+ i K+ zgodnie z gradientem elektrochemicznym z przewagą prądu jonów Na+ do wnętrza komórki, co prowadzi do jej depolaryzacji. Ta depolaryzacja nazywana jest pobudzającym potencjałem postsynaptycznym (EPSP), który w synapsie nerwowo-mięśniowej nazywany jest potencjałem płytki końcowej (EPP) (ryc. 2.6).

Zakończenie działania przekaźnika uwolnionego do szczeliny synaptycznej następuje poprzez jego zniszczenie przez enzymy zlokalizowane w szczelinie synaptycznej i na błonie postsynaptycznej, poprzez dyfuzję nadajnika do środowiska, a także przez wychwyt zwrotny przez zakończenie nerwowe.

D.Charakterystyka przewodzenia wzbudzenia w synapsach chemicznych.

1 . Jednostronne przewodzenie wzbudzenia - od zakończenia presynaptycznego do błony postsynaptycznej. Wynika to z faktu, że przekaźnik jest uwalniany z zakończenia presynaptycznego, a receptory z nim oddziałujące zlokalizowane są wyłącznie na błonie postsynaptycznej.

Powolna propagacja wzbudzenia w synapsach w porównaniu z włóknem nerwowym, można to wytłumaczyć faktem, że uwolnienie nadajnika z zakończenia presynaptycznego wymaga czasu, rozprzestrzenienie się nadajnika w szczelinie synaptycznej oraz wpływ nadajnika na błonę postsynaptyczną. Całkowite opóźnienie w przekazywaniu pobudzenia w neuronie osiąga wartość około 2 ms, w synapsie nerwowo-mięśniowej 0,5-1,0 ms.

Niska labilność synaps chemicznych. W synapsie nerwowo-mięśniowej wynosi ona 100-150 przekazywanych impulsów na sekundę, czyli 5-6 razy mniej niż labilność włókna nerwowego. W synapsach OUN jest bardzo zmienny - może być mniej więcej. Przyczyną niskiej labilności synaps jest opóźnienie synaptyczne.

4. Depresja synaptyczna (zmęczenie synaptyczne) -
osłabienie odpowiedzi komórki na impulsy doprowadzające, ekspresja
utrzymujący się w postaci spadku potencjałów postsynaptycznych podczas długotrwałego działania
podrażnienie ciała lub po nim. Wyjaśnia to zużycie
utrata mediatorów, akumulacja metabolitów, zakwaszenie środowiska
gdy wzbudzenie odbywa się przez długi czas wzdłuż tych samych linii,
łańcuchy ronowe.

MI.Synapsy elektryczne mają przerwę o rząd wielkości mniejszą niż w synapsach chemicznych, przekazują sygnały w obu kierunkach bez opóźnienia synaptycznego, transmisja nie jest blokowana po usunięciu Ca 2+, są mało wrażliwe na leki farmakologiczne i trucizny i są praktycznie niestrudzony jak włókno nerwowe. Bardzo niska oporność sąsiadujących błon pre- i postsynaptycznych zapewnia dobrą przewodność elektryczną.

2.2. CHARAKTERYSTYKA REGULACJI HORMONALNEJ

Reakcja odruchowa może mieć podłoże hormonalne, co jest typowe dla regulacji funkcji narządów wewnętrznych - funkcji wegetatywnych, w przeciwieństwie do funkcji somatycznych, których odruchowa regulacja odbywa się wyłącznie przez układ nerwowy (aktywność układu mięśniowo-szkieletowego). Jeżeli połączenie hormonalne jest włączone, następuje to poprzez dodatkową produkcję substancji biologicznie czynnych. Na przykład, gdy eksteroreceptory wystawione są na działanie silnych bodźców (zimno, ciepło, ból), do centralnego układu nerwowego przedostaje się potężny strumień impulsów doprowadzających, a do krwi uwalniane są dodatkowe ilości adrenaliny i hormonów nadnerczy, pełniąc funkcję adaptacyjną (ochronną). rola, rola.

Hormony (gr. pogtab - wzbudzić) - substancje biologicznie czynne wytwarzane przez gruczoły dokrewne lub wyspecjalizowane komórki zlokalizowane w różnych narządach (na przykład w trzustce, w przewodzie pokarmowym). Hormony są również produkowane przez komórki nerwowe - neurohormony, na przykład hormony podwzgórza (liberyny i statyny), które regulują pracę przysadki mózgowej. Substancje biologicznie czynne produkowane są także przez niewyspecjalizowane komórki – hormony tkankowe (hormony parakrynne, hormony miejscowe, czynniki parakrynne – parahormony). Działanie hormonów lub parahormonów bezpośrednio na sąsiednie komórki, z pominięciem krwi, nazywa się działaniem parakrynnym. Według lokalizacji aby celować w narządy lub inne gruczoły dokrewne, hormony dzieli się na dwie grupy: 1) hormony efektorowe, działanie na komórki efektorowe (np. insulina, która reguluje metabolizm w organizmie, zwiększa syntezę glikogenu w komórkach wątroby, zwiększa transport glukozy i innych substancji przez błonę komórkową, zwiększa intensywność syntezy białek); 2) hormony potrójne (tropiny), działając na inne gruczoły dokrewne i regulując ich funkcje (np.

hormon renokortykotropowy przysadki mózgowej – kortykotropina (ACTH) – reguluje produkcję hormonów przez korę nadnerczy).

Rodzaje wpływów hormonalnych. Hormony wywierają dwojaki wpływ na narządy, tkanki i układy organizmu: funkcjonalny (odgrywają bardzo ważną rolę w regulacji funkcji organizmu) i morfogenetyczny (zapewniają morfogenezę – wzrost, rozwój fizyczny, seksualny i umysłowy; np. brak tyroksyny Cierpi rozwój centralnego układu nerwowego, a co za tym idzie rozwój umysłowy).

1. Funkcjonalne działanie hormonów są trzy typy.

Początkowy wpływ - Jest to zdolność hormonu do wyzwalania aktywności efektora. Przykładowo adrenalina powoduje rozkład glikogenu w wątrobie i uwolnienie glukozy do krwi, wazopresyna (hormon antydiuretyczny – ADH) włącza reabsorpcję wody z przewodów zbiorczych nefronu do śródmiąższu nerki.

Modulujące działanie hormonu - zmiana intensywności procesów biochemicznych w narządach i tkankach. Na przykład aktywacja przez tyroksynę procesów oksydacyjnych, które mogą zachodzić bez niej; pobudzenie czynności serca przez adrenalinę, która zachodzi bez adrenaliny. Modulacyjne działanie hormonów to także zmiana wrażliwości tkanki na działanie innych hormonów. Na przykład folikulina nasila działanie progesteronu na błonę śluzową macicy, a hormony tarczycy wzmacniają działanie katecholamin.

Permisywny wpływ hormonów - zdolność jednego hormonu do zapewnienia realizacji działania innego hormonu. Na przykład insulina jest niezbędna do przejawu działania hormonu somatotropowego, folitropina jest niezbędna do działania lutropiny.

2. Morfogenetyczne działanie hormonów(dla wzrostu, fizycznego
i rozwój seksualny) jest szczegółowo badany w innych dyscyplinach
(histologia, biochemia) i tylko częściowo w trakcie fizjologii (patrz.
Ch. 6). Oba rodzaje wpływów hormonalnych (morfogenetyczne i funkcjonalne)
nal) realizowane są poprzez rozkład procesów metabolicznych,
uruchamiane przez komórkowe układy enzymatyczne.

2.3. REGULAMIN WYKORZYSTANIA METABOLITÓW

I HORMONY TKANKOWE.

MECHANIZM REGULACJI MIOGENICZNEJ.

FUNKCJA REGULACYJNA BBB

Metabolity - produkty powstające w organizmie podczas metabolizmu w wyniku różnych reakcji biochemicznych. Są to aminokwasy, nukleotydy, koenzymy, kwas węglowy, mo-

kwas mlekowy, pirogronowy, adenylowy, przesunięcie jonowe, zmiany pH. Regulacja przez metabolity była jedyną regulacją na wczesnych etapach filogenezy. Metabolity jednej komórki bezpośrednio wpływały na inną, sąsiednią komórkę lub grupę komórek, co z kolei działało w ten sam sposób na kolejne komórki (regulacja kontaktu). Wraz z pojawieniem się hemolimfy i układu naczyniowego, metabolity zaczęły być przenoszone do innych komórek organizmu wraz z przemieszczającą się hemolimfą na duże odległości, co stało się szybsze. Następnie układ nerwowy pojawił się jako układ regulacyjny, a jeszcze później - gruczoły dokrewne. Metabolity, chociaż pełnią głównie rolę lokalnych regulatorów, również mogą wpływać do innych narządów i tkanki, na aktywność ośrodków nerwowych. Na przykład nagromadzenie kwasu węglowego we krwi prowadzi do pobudzenia ośrodka oddechowego i wzmożenia oddychania. Przykładem lokalnej regulacji humoralnej jest przekrwienie intensywnie pracujących mięśni szkieletowych – kumulujące się metabolity zapewniają rozszerzenie naczyń krwionośnych, co zwiększa dopływ tlenu i składników odżywczych do mięśnia. Podobne działanie regulacyjne metabolitów występuje w innych aktywnie pracujących narządach i tkankach organizmu.

Hormony tkankowe: aminy biogenne (histamina, serotonina), prostaglandyny i kininy. Zajmują pozycję pośrednią pomiędzy hormonami i metabolitami jako humoralne czynniki regulacyjne. Substancje te wywierają swój regulacyjny wpływ na komórki tkankowe poprzez zmianę ich właściwości biofizycznych (przepuszczalność błon, ich pobudliwość), zmianę intensywności procesów metabolicznych, wrażliwości receptorów komórkowych i tworzenia wtórnych przekaźników. W rezultacie zmienia się wrażliwość komórek na wpływy nerwowe i humoralne. Dlatego hormony tkankowe nazywane są modulatorami sygnały regulacyjne - mają działanie modulujące. Hormony tkankowe powstają w niewyspecjalizowanych komórkach, ale działają poprzez wyspecjalizowane receptory komórkowe, np. dla histaminy wykryto dwa rodzaje receptorów - H (i H2).Ponieważ hormony tkankowe wpływają na przepuszczalność błon komórkowych, regulują one wnikanie i wyjście z komórek komórkowych różnych substancji i jonów, które determinują potencjał błonowy, a co za tym idzie rozwój potencjału czynnościowego.

Miogenny mechanizm regulacji. Wraz z rozwojem układu mięśniowego w procesie ewolucji coraz bardziej zauważalny staje się miogenny mechanizm regulacji funkcji. Ciało człowieka składa się w około 50% z mięśni. To jest mięsień szkieletowy

ra (40% masy ciała), mięsień sercowy, mięśnie gładkie układu krążenia I naczynia limfatyczne, ściany przewodu żołądkowo-jelitowego, pęcherzyk żółciowy, pęcherz i inne narządy wewnętrzne.

Istotą miogennego mechanizmu regulacyjnego jest to, że wstępne umiarkowane rozciągnięcie mięśnia szkieletowego lub mięśnia sercowego zwiększa siłę ich skurczów. Aktywność skurczowa mięśni gładkich zależy także od stopnia wypełnienia pustego narządu mięśniowego, a co za tym idzie od jego rozciągnięcia. Wraz ze wzrostem wypełnienia narządów napięcie mięśni gładkich najpierw wzrasta, a następnie powraca do pierwotnego poziomu (plastyczność mięśni gładkich), co zapewnia regulację napięcia naczyniowego i wypełnienie narządów wewnętrznych pustych bez znacznego wzrostu w nich ciśnienia (do określoną wartość). Ponadto większość mięśni gładkich ma automatyzm, stale kurczą się w pewnym stopniu pod wpływem impulsów powstających w nich samych (na przykład mięśnie jelit, naczynia krwionośne). Impulsy docierające do nich poprzez nerwy autonomiczne mają działanie modulujące – zwiększają lub zmniejszają napięcie włókien mięśni gładkich.

Funkcja regulacyjna BBB Polega także na tym, że tworzy specjalne środowisko wewnętrzne mózgu, zapewniające optymalny tryb działania komórek nerwowych. Uważa się, że w tym przypadku bariera pełni funkcję wykonuje specjalna struktura ścian naczyń włosowatych mózgu. Ich śródbłonek ma bardzo niewiele porów; wąskie, szczelinowe kontakty między komórkami prawie nie zawierają okien. Integralną częścią bariery są także komórki glejowe, które tworzą wokół naczyń włosowatych swoiste osłonki, pokrywające około 90% ich powierzchni. Największy wkład w rozwój idei dotyczących bariery krew-mózg wnieśli L. S. Stern i jej współpracownicy. Bariera ta umożliwia przenikanie wody, jonów, glukozy, aminokwasów i gazów, zatrzymując wiele substancji fizjologicznie aktywnych: adrenalinę, serotoninę, dopaminę, insulinę, tyroksynę. Istnieją jednak w nim „okna”*, przez które odpowiednie komórki mózgowe – chemoreceptory – otrzymują bezpośrednią informację o obecności we krwi hormonów i innych substancji, które nie przenikają przez barierę; komórki mózgowe również uwalniają swoje neurosekrety. Obszary mózgu, które nie mają własnej bariery krew-mózg, to przysadka mózgowa, szyszynka, niektóre części podwzgórza i rdzeń przedłużony.

BBB pełni także funkcję ochronną - zapobiega przedostawaniu się drobnoustrojów, obcych lub toksycznych substancji o charakterze egzo- i endogennym do przestrzeni międzykomórkowych mózgu. BBB nie przepuszcza wielu leków, co należy wziąć pod uwagę w praktyce medycznej.

2.4. ZASADA SYSTEMU REGULACJI

Utrzymanie wskaźników środowiska wewnętrznego organizmu odbywa się poprzez regulację czynności różnych narządów i układów fizjologicznych, połączonych w jeden system funkcjonalny - ciało. Koncepcję systemów funkcjonalnych opracował P.K. Anokhin (1898-1974). W ostatnich latach teorię systemów funkcjonalnych z powodzeniem rozwija K. V. Sudakov.

A.Struktura układu funkcjonalnego. System funkcjonalny to dynamiczny zestaw różnych narządów i układów fizjologicznych organizmu, utworzony w celu osiągnięcia użytecznego wyniku adaptacyjnego. Na przykład, aby szybko przebiegnąć dystans, należy zmaksymalizować aktywność układu sercowo-naczyniowego, oddechowego, nerwowego i mięśni. Na system funkcjonalny składają się następujące elementy: 1) urządzenie sterujące - ośrodek nerwowy, reprezentujący połączenie jąder na różnych poziomach centralnego układu nerwowego; 2) on kanały weekendowe(nerwy i hormony); 3) organy wykonawcze - efekt-ry, zapewnienie w trakcie aktywności fizjologicznej utrzymania regulowanego procesu (wskaźnika) na pewnym optymalnym poziomie (użyteczny wynik działania układu funkcjonalnego); 4) receptory wyników(receptory sensoryczne) - czujniki odbierające informację o parametrach odchylenia regulowanego procesu (wskaźnika) od poziomu optymalnego; 5) kanał zwrotny(kanały wejściowe), informowanie ośrodka nerwowego za pomocą impulsów z receptorów wynikowych lub za pomocą bezpośredniego działania substancji chemicznych na ośrodek - informacja o wystarczalności lub niedostateczności wysiłków efektorowych w celu utrzymania regulowanego procesu (wskaźnika) na optymalnym poziomie (ryc. 2.7 ).

Impulsy doprowadzające z receptorów wyniku poprzez kanały sprzężenia zwrotnego docierają do ośrodka nerwowego, który reguluje ten lub inny wskaźnik, ośrodek zapewnia zmianę intensywności pracy odpowiedniego narządu.

Kiedy zmienia się intensywność pracy efektora, tempo metabolizmu, który odgrywa również ważną rolę w regulacji czynności narządów określonego układu funkcjonalnego (proces regulacji humoralnej).

B.Wieloparametryczna zasada oddziaływania różnych układów funkcjonalnych - zasada określająca uogólnioną aktywność układów funkcjonalnych (K. V. Sudakov). Względna stabilność wskaźników wewnętrznego środowiska organizmu jest wynikiem skoordynowanego działania wielu

systemy funkcjonalne. Okazało się, że okazują się różne wskaźniki wewnętrznego środowiska organizmu ze sobą powiązane. Na przykład nadmiernemu spożyciu wody do organizmu towarzyszy wzrost objętości krążącej krwi, wzrost ciśnienia krwi i spadek ciśnienia osmotycznego osocza krwi. W układzie funkcjonalnym, który utrzymuje optymalny poziom składu gazometrycznego krwi, interakcja pH, P CO2 i P 02 zachodzi jednocześnie. Zmiana jednego z tych parametrów powoduje natychmiastową zmianę charakterystyk ilościowych pozostałych parametrów. Aby osiągnąć dowolny wynik adaptacyjny, powstaje odpowiedni system funkcjonalny.

W. Systemogeneza. Według PK Anokhina systemogeneza -selektywne dojrzewanie i rozwój układów funkcjonalnych w ontogenezie przed- i postnatalnej. Obecnie termin „systemogeneza” jest używany w szerszym znaczeniu, a systemogeneza odnosi się nie tylko do procesów ontogenetycznego dojrzewania układów funkcjonalnych, ale także do powstawania i transformacji układów funkcjonalnych w trakcie życia organizmu.

Czynniki systemotwórcze układu funkcjonalnego na dowolnym poziomie są wynikiem adaptacyjnym, przydatnym dla życia organizmu, niezbędnym w danej chwili i jednocześnie kształtującą się motywacją. Na przykład, aby wykonać skok wzwyż z rurą, wiodącą rolę odgrywają górne mięśnie.

im kończyny, podczas skoków w dal - mięśnie kończyn dolnych.

Heterochroniczność dojrzewania układów funkcjonalnych. Podczas ontogenezy przedporodowej różne struktury ciała powstają w różnym czasie i dojrzewają w różnym tempie. Zatem ośrodek nerwowy zwykle grupuje się i dojrzewa wcześniej, niż tworzy się i dojrzewa unerwiony przez niego substrat. W ontogenezie dojrzewają przede wszystkim te układy funkcjonalne, bez których dalszy rozwój organizmu nie jest możliwy. Przykładowo, z trzech układów funkcjonalnych związanych z jamą ustną, po urodzeniu kształtuje się jedynie funkcjonalny układ ssania, później funkcjonalny układ żucia, a następnie funkcjonalny układ mowy.

Konsolidacja funkcjonalnych elementów systemu - połączenie w funkcjonalny system pojedynczych fragmentów rozwijających się w różnych częściach ciała. Punktem krytycznym jest konsolidacja fragmentów systemu funkcjonalnego rozwój jego architektury fizjologicznej. Centralny układ nerwowy odgrywa wiodącą rolę w tym procesie. Na przykład serce, naczynia krwionośne, aparat oddechowy, krew są łączone w funkcjonalny układ utrzymujący stałość składu gazowego środowiska wewnętrznego w oparciu o poprawę połączeń między różnymi częściami centralnego układu nerwowego, a także na podstawie rozwoju połączeń unerwienia pomiędzy ośrodkowym układem nerwowym a odpowiadającymi mu strukturami obwodowymi.

Wszystkie systemy funkcjonalne na różnych poziomach mają tę samą architekturę(Struktura).

2.5. RODZAJE REGULACJI FUNKCJI ORGANIZMU

1. Regulacja odchyleń - mechanizm cykliczny, w którym każde odchylenie od optymalnego poziomu regulowanego wskaźnika mobilizuje wszystkie aparaty układu funkcjonalnego do przywrócenia go do poprzedniego poziomu. Regulacja przez odchylenie zakłada obecność kanału jako części kompleksu systemu negatywna informacja zwrotna, zapewnienie wielokierunkowego oddziaływania: wzmocnienie mechanizmów zarządzania motywacją w przypadku osłabienia wskaźników procesów lub osłabienie mechanizmów motywacyjnych w przypadku nadmiernego wzmocnienia wskaźników procesów. Na przykład, gdy ciśnienie krwi wzrasta, aktywowane są mechanizmy regulacyjne, aby zapewnić obniżenie ciśnienia krwi, a gdy ciśnienie krwi jest niskie, aktywowane są reakcje odwrotne. W odróżnieniu od negatywnych opinii, pozytywny

Informacja zwrotna, rzadko spotykany w organizmie, ma jedynie jednokierunkowy, wzmacniający wpływ na rozwój procesu pod kontrolą kompleksu kontrolnego. Dodatnie sprzężenie zwrotne powoduje zatem, że system jest niestabilny i nie jest w stanie zapewnić stabilności regulowanego procesu w granicach minimum fizjologicznego. Przykładowo, gdyby ciśnienie krwi było regulowane na zasadzie dodatniego sprzężenia zwrotnego, to w przypadku obniżenia ciśnienia krwi działanie mechanizmów regulacyjnych doprowadziłoby do jeszcze większego obniżenia, a w przypadku wzrostu – do równomiernego większy wzrost. Przykładem pozytywnego sprzężenia zwrotnego jest wzmocnienie wydzielania soków trawiennych w żołądku po jedzeniu, które odbywa się za pomocą wchłanianych do krwi produktów hydrolizy.

2. Regulacja z wyprzedzeniem polega na tym, że mechanizmy regulacyjne uruchamiają się przed rzeczywistą zmianą parametru regulowanego procesu (wskaźnika) w oparciu o informację docierającą do ośrodka nerwowego układu funkcjonalnego i sygnalizującą możliwą zmianę regulowanego procesu w przyszłości. Na przykład termoreceptory (czujniki temperatury) umieszczone wewnątrz ciała zapewniają kontrolę nad temperaturą wewnętrznych obszarów ciała. Termoreceptory skóry pełnią głównie rolę detektorów temperatury otoczenia. Przy znacznych odchyleniach temperatury otoczenia powstają warunki wstępne dla możliwej zmiany temperatury wewnętrznego środowiska ciała. Zwykle jednak tak się nie dzieje, ponieważ impulsy z termoreceptorów skóry, w sposób ciągły dostając się do podwzgórzowego ośrodka termoregulacji, pozwalają mu dokonać zmian w funkcjonowaniu efektorów ustroju dopóki nie nastąpi rzeczywista zmiana temperatury wewnętrznego środowiska ciała. Zwiększona wentylacja płuc podczas aktywności fizycznej rozpoczyna się przed wzrostem zużycia tlenu i gromadzeniem się kwasu węglowego we krwi ludzkiej. Odbywa się to dzięki impulsom doprowadzającym z proprioceptorów aktywnie pracujących mięśni. W konsekwencji impuls proprioceptorów działa jako czynnik organizujący restrukturyzację funkcjonowania układu funkcjonalnego, wspierając z góry optymalny poziom P02, Pcc, 2 i pH środowiska wewnętrznego dla metabolizmu.

Za pomocą mechanizmu można wdrożyć regulację wyprzedzającą odruch warunkowy. Wykazano, że konduktorzy pociągów towarowych w okresie zimowym gwałtownie zwiększają wytwarzanie ciepła w miarę oddalania się od stacji odjazdu, gdzie konduktor przebywał w ciepłym pomieszczeniu. W drodze powrotnej, gdy jesteśmy coraz bliżej

fizyczny