Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физиология возбудимых тканей. Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальностям 30.05.01 Медицинская биохимия, 30.05.02 Медицинская биофизи.pdf
– электрические,
– смешанные.
В химических синапсах передача нервных влияний осуществляется
с помощью медиаторов (посредники, трансмиттеры) (см. рис. 24). Они
подразделяются на:
1) холинергические синапсы – медиатор – ацетилхолин;
2) адренергические синапсы – медиаторы: норадреналин, изопропилнорадреналин;
3) гистаминергические синапсы – медиатор – гистамин;
4) серотонинергические синапсы – медиатор – серотонин;
5) ГАМКергические синапсы – медиатор – гамма-аминомасляная кислота (ГАМК);
6) пуринергические синапсы – медиатор – АТФ и её производные;
7) дофаминергические синапсы – медиатор – дофамин;
8) опиоидные синапсы – медиаторы естественные опиоиды – эндорфины;
9) нитринергические синапсы – медиатор – оксид азота;
10) глутаматергические синапсы – медиатор – глутамат.
Рис. 24. Виды синапсов по механизму передачи информации
Электрические синапсы открыты в 1961 г. австралийским физиологом
Экклсом. В них передача информации осуществляется за счет тока ионов
через коннексоны с помощью формирования электрических круговых токов. Таких синапсов в организме человека мало (1–2%). Примером могут
являться нексусы сердечной мышцы.
41
Смешанные синапсы сочетают в себе химические и электрические
механизмы передачи информации (менее 1%).
4.2. Строение химического синапса
Согласно современным представлениям, в химическом синапсе различают три основные части: 1) пресинаптическую мембрану; 2) постсинаптическую мембрану; 3) синаптическую щель (рис. 25).
Рис. 25. Схема строения химического синапса
Пресинаптическая мембрана (пре-СМ) – это электрогенная мембрана терминали аксона, которая образует контакт с иннервируемой клеткой.
При подходе к иннервируемой клетке аксон теряет миелиновую оболочку
и делится на мелкие веточки – терминали. В терминали аксона находится
большое количество пузырьков (везикул), в которых содержится медиатор.
Медиаторы синтезируются в теле нейрона и в терминалях. Синтез медиатора является энергозависимым процессом. По некоторым данным пузырьки
находятся в состоянии броуновского движения.
42
Постсинаптическая мембрана (пост-СМ) представляет собой часть
электрогенной мембраны иннервируемой клетки. Данная мембрана имеет
следующие особенности: 1) складчатый характер строения, за счет чего
увеличивается площадь ее поверхности и повышается надежность синаптической передачи; 2) ионные каналы являются хемозависимыми, проницаемость их для потенциалобразующих ионов изменяется в результате взаимодействия с медиатором; 3) на постсинаптической мембране обнаружены
белки, выполняющие специфическую рецепторную функцию (взаимодействует с медиатором), и фермент, разрушающий медиатор.
Синаптическая щель (СЩ) – это пространство между пре-СМ
и пост-СМ. В различных синапсах ширина щели колеблется от 20
до 50 мкм. Щелевидное пространство заполнено жидкостью, которая
по составу сходна с плазмой крови. В СЩ обнаружены тончайшие
редкие фиброзные волокна, идущие от пре- к пост-СМ, обеспечивающие
направленное движение медиатора. Через СЩ медиатор диффундирует
с пресинаптической на постсинаптическую мембрану.
4.3. Состояние химического синапса в покое
Для синапса, находящегося в состоянии относительного физиологического покоя, характерна фоновая биоэлектрическая активность. Статистически случайно 1–2 везикулы в 1 мс подходят к пресинаптической мембране,
взаимодействуют с ней, и их содержимое поступает в синаптическую щель
(см. рис. 25). Содержимое одной везикулы содержит 6000–8000 молекул
медиатора (трансмиттера), что составляет 1 квант трансмиттера. Медиатор
поступает на постсинаптическую мембрану, взаимодействует с соответствующими рецепторами, в результате чего возникают миниатюрные постси-
наптические потенциалы (МПП). МПП обеспечивают готовность синапса
к передаче электрических сигналов.
4.4. Механизм синаптической передачи в химическом мионевральном синапсе
Химический мионевральный синапс является холинергическим, т. е.
в качестве медиатора выступает ацетилхолин (АЦХ).
Синаптическая передача происходит в несколько этапов: первый –
выделение медиатора из пресинаптической мембраны; второй – диффузия
медиатора к постсинаптической мембране; третий – взаимодействие
медиатора со специфическими рецепторами постсинаптической мембраны
и возникновение возбуждающего постсинаптического потенциала
(ВПСП); четвертый – трансформация ВПСП в распространяющийся
потенциал действия (рис. 26).
43
На первом этапе потенциал действия, распространяющийся по
нервному волокну, вызывает деполяризацию пресинаптической мембраны,
в результате чего активируются потенциал-зависимые кальциевые каналы. Кальций за счет простой
диффузии поступает в аксоплазму пресинаптических терминалей.
Избыток ионов кальция запускает процессы взаимодействия специальных белков, которые обеспечивают движение пузырьков к пресинаптической мембране. Пузырьки
сливаются с мембраной, образуются каналы, по которым за короткий
промежуток времени большое количество квантов возбуждающего
медиатора (ацетилхолин) поступает в синаптическую щель.
Второй этап – путем прос-
Рис. 26. Этапы синаптической передачи
той диффузии через синаптическую щель медиатор транспортиру-
ется на постсинаптическую мембрану.
Третий этап – на постсинаптической мембране медиатор взаимодействует со специфическими рецепторами, в результате чего открываются
хемозависимые каналы для потенциалобразующих ионов. Потенциалобразующие ионы, преимущественно натрия, поступают в цитоплазму постсинаптической мембраны, и происходит её деполяризация. Деполяризация
носит локальный характер (местное возбуждение) и называется возбужда-
ющим постсинаптическим потенциалом (ВПСП). Амплитуда ВПСП зависит от количества выделившегося медиатора, чем больше медиатора поступает на постсинаптическую мембрану, тем выше амплитуда ВПСП.
Четвертый этап – между возбужденным участком постсинаптической мембраны и соседним участком мембраны иннервируемой клетки
распространяются круговые токи. Как только круговые токи сдвигают мембранный потенциал невозбужденного участка до критического уровня де-
поляризации, возникает распространяющийся потенциал действия.
В тормозных синапсах при взаимодействии тормозного медиатора
(ГАМК, глицин) с рецепторами постсинаптической мембраны увеличивается проницаемость для ионов K+и Cl−, что приводит к гиперполяризации
постсинаптической мембраны, возникает тормозный постсинаптический
потенциал (ТПСП), блокада передачи возбуждения.
44
По окончании возбуждения или торможения медиатор разрушается
специальными ферментами и продукты его расщепления транспортируются в цитоплазму пресинаптических терминалей.
4.5. Физиологические свойства химических синапсов
Особенности строения химических синапсов и механизм передачи возбуждения в них определяют их физиологические свойства.
1. Одностороннее проведение сигнала (клапанное свойство си-
напсов). Сигнал передается только от пресинаптической мембраны
к постсинаптической. Это вытекает из особенностей строения и свойств
синаптических структур.
2.
Замедленная передача сигнала
кой в передаче сигнала от одной клетки к другой. Задержка вызывается
временными затратами на процессы выброса медиатора, его диффузии
к постсинаптической мембране, связывания с рецепторами постсинаптической мембраны, деполяризации и преобразования постсинаптического
потенциала в потенциал действия (ПД). Длительность синаптической задержки колеблется от 0,5 до 2 мс.
Способность к суммации эффекта от приходящих к синапсу сиг-
3.
налов. Такая суммация проявляется, если последующий сигнал приходит
к синапсу через короткое время (1–10 мс) после предыдущего. В таких
случаях амплитуда ВПСП возрастает и на постсинаптическом нейроне может генерироваться большая частота ПД.
4. Трансформация ритма возбуждении. Частота нервных импульсов,
приходящих к пресинаптической мембране, обычно не соответствует частоте ПД, генерируемых постсинаптическим нейроном. Исключение составляют синапсы, передающие возбуждение с нервного волокна на скелетную
мышцу.
Мионевральные синапсы относятся к холинергическим. Синаптическую передачу в них можно блокировать рядом фармакологических препаратов, которые получили название холинолитиков. К ним относятся, в частности, курареподобные препараты – тубокурарин, диплацин, квалидил
и др. Указанные препараты являются антагонистами ацетилхолина. Они
парализуют нервно-мышечную передачу вследствие того, что блокируют
Н-холинорецепторы постсинаптической мембраны и тем самым исключают
возможность деполяризации постсинаптической мембраны и возбуждения
мышечного волокна. Поэтому раздражение двигательного нерва на фоне
блокады нервно-мышечного синапса курареподобными веществами не сопровождается сокращением мышцы. Напротив, прямое раздражение мышцы или отдельного мышечного волокна вызывает их сокращение и при
действии кураре.
обусловлена синаптической задерж-
45
4.6. Медиаторы: общие вопросы
Медиаторы (трансмиттеры) – это химические вещества, обеспечивающие передачу возбуждения или торможения с пре-СМ на ПСМ в химическом синапсе.
Медиаторы должны обладать следующими свойствами:
– во-первых, вещество должно синтезироваться в пресинаптической
терминали аксона;
– во-вторых, в синаптических структурах должны быть специальные
рецепторы, а также ферментативные системы для синтеза и разрушения медиатора.
Классификация медиаторов:
1) по химической природе:
– сложные эфиры – ацетилхолин, самый распространенный медиа-
тор;
– биогенные амины – катехоламины (норадреналин, дофамин, ад-
реналин), серотонин, гистамин;
– аминокислоты – гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), глицин;
– полипептиды – энкефалины, эндорфины, в-во Р;
– пуриновые соединения – АТФ, АДФ, ц-АМФ и его производные;
– медиаторы с малой молекулярной массой (NO – оксид азота,
СО – угарный газ);
2) функциональная классификация:
– возбуждающие медиаторы (ацетилхолин);
– тормозные медиаторы (ГАМК, серотонин, глицин);
– медиаторы с двойной функции (норадреналин и гистамин).
Больше всего в нервной системе холинергических и адренергических
нейронов.
Холинергические нейроны – это те, в синаптических окончаниях ко-
торых выделяется медиатор ацетилхолин. Они располагаются:
– в большинстве афферентных нейронов;
– во всех мотонейронах ЦНС;
– во всех преганглионарных нейронах вегетативной нервной системы
(симпатического и парасимпатического отделов);
– во всех постганглионарных нейронах парасимпатического отдела
вегетативной нервной системы;
– в постганглионарных нейронах симпатического отдела вегетатив-
ной нервной системы, иннервирующих потовые железы;
– в других нейронах ЦНС (коре больших полушарий, стволе голов-
ного мозга, спинного мозга).
46
Адренергические нейроны – это те, в синаптических окончаниях ко-
торых выделяется медиатор норадреналин. Они расположены:
– в постганглионарных нейронах симпатического отдела вегетатив-
ной нервной системы, кроме тех, которые иннервируют потовые
железы;
– в части нейронов ЦНС, в основном в голубом пятне в среднем
мозге.
4.7. Механизм работы электрического синапса
У электрического синапса синаптическая щель составляет около 2 нм.
Участки мембран соседних клеток, образующие щелевой контакт, содержат
специфические белковые комплексы, состоящие из 6 субъединиц (коннексо-
нов), располагающихся в таком порядке, что в центре контакта образуется
пора, заполненная межклеточной жидкостью. Коннексоны мембран соседних клеток, выстраиваясь друг против друга, образуют открытую связь –
«сквозные каналы» с расстоянием друг от друга около 8 нм.
Деполяризация пресинаптической мембраны приводит к образованию
разности потенциалов с поляризованной постсинаптической мембраной.
В результате через каналы, образованные коннексонами, начинается движение положительных ионов по градиенту разности потенциалов в постсинаптическую клетку или движение анионов в обратном направлении. При
достижении на постсинаптической мембране суммарной деполяризации пороговой величины возникает потенциал действия.
Важно отметить, что в электрическом синапсе ионные токи возникают
с минимальной временной задержкой, составляющей 5–10 мс, что объясняет высокую синхронизацию ответа даже очень большого числа клеток,
соединенных щелевыми контактами.
Проведение тока через электрический синапс также возможно в обоих
направлениях, в противоположность химическому синапсу.
К особенностям деятельности электрических синапсов следует отнести невозможность прямого переноса возбуждения на отдаленные клетки,
так как с возбужденной клеткой непосредственно связаны лишь немногие
другие. Уровень возбуждения в пресинаптической и постсинаптической
клетках одинаков. Затормозить распространение возбуждения невозможно,
в связи с этим головной мозг новорожденных и детей раннего возраста, в отличие от взрослых содержащий значительно большее количество
электрических синапсов, оказывается значительно более возбудимым, что
объясняет его особую уязвимость и подверженность развитию пароксизмальной активности.
47
Практическая работа 1. Влияние курареподобного препарата
на позу и поведение лягушки
Цель работы: 1) изучить действие курареподобных препаратов на позу и поведение животного; 2) убедиться в том, что курареподобные препараты способны блокировать передачу нервных импульсов в нервно-мышечных синапсах; 3) доказать, что в нервно-мышечном препарате утомление
развивается прежде всего в мионевральном синапсе.
Для выполнения работы необходимы: стеклянный колпак, шприц,
раствор курареподобного препарата (например, 1% растворα-тубокурарина), миограф, пишущий рычажок Энгельмана, универсальный штатив,
кимограф, учебный электростимулятор, электроды, набор препаровальных
инструментов, раствор Рингера.
Объект исследования: лягушка, нервно-мышечный препарат задней
лапки лягушки.
Рекомендации к выполнению практической работы
1. Поместите лягушку под стеклянный колпак и в течение 5 мин наблюдайте за ее поведением. Обратите внимание на позу животного, количество движений, дыхательные реакции, положение головы.
2. Переверните лягушку на спину, следите за ее поведением.
3. Введите 0,1–0,3 мл раствора курареподобного препарата в лимфатический мешок лягушки и наблюдайте за изменением ее поведения.
4. Отметьте, что через несколько минут поза лягушки меняется: лягушка не стремится восстановить обычное положение.
5. Обратите внимание, что через 5 мин у лягушки прекращается двигательная активность: она распластывается, тонус мускулатуры падает, что
легко наблюдать по изменению позы животного. Дыхательные движения
сначала замедляются, потом исчезают.
6. Вскрыв полость тела животного, убедитесь в том, что сердце лягушки продолжает сокращаться.
Практическая работа 2. Влияние курареподобного препарата
на передачу нервных импульсов в нервно-мышечных синапсах
Рекомендации к выполнению практической работы
1. Приготовьте нервно-мышечный препарат задней лапки лягушки.
2. Раздражайте электрическим током от электростимулятора (частота 1 Гц, амплитуда тока несколько больше пороговой) дистальный конец
седалищного нерва и наблюдайте сокращение мышцы.
48
3. Нанесите 1–2 капли 1% раствораα-тубокурарина на место вхожде-
ния седалищного нерва в икроножную мышцу.
4. Через несколько минут снова раздражайте дистальный конец седалищного нерва. Отметьте, что мышца не сокращается, так как наступил
блок проведения возбуждения через нервно-мышечный синапс.
5. Раздражайте электрическим током непосредственно икроножную
мышцу, отметьте сокращение мышцы при прямом ее раздражении (предварительно переведите ключ электростимулятора в положение «мышца»).
Вопросы для самоподготовки
1. Что такое синапс? Каковы его структурные компоненты?
2. Каково значение синапсов?
3. Какие различают виды синапсов? Что положено в основу классификации синапсов?
4. Что такое медиатор?
5. Классификация медиаторов.
6. Какой медиатор осуществляет передачу возбуждения в мионевральном синапсе?
7. Какие различают виды холинорецепторов? Где они локализуются
и каково их значение?
8. Каков механизм передачи возбуждения через синапс?
9. Механизм формирования ВПСП.
10. Механизм формирования ТПСП.
11. Физиологическая активность химического синапса в покое.
12. Каковы физиологические свойства синапсов?
13. Каков механизм развития утомления в синапсах?
14. Каков механизм действия курареподобных препаратов на поперечнополосатую мускулатуру?
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 5
Физиология мышц. Типы сокращений и особенности
сократительной функции разных видов мышц.
Механизмы сокращения и расслабления
поперечнополосатой скелетной мускулатуры
5.1. Виды мышц, их функция, общая морфофункциональная характеристика и физиологические особенности
Мышечные ткани – это группа возбудимых тканей, различных по происхождению и строению, но имеющих сходную функцию – способность
к выраженным сокращениям.
Общие функции мышечных тканей:
1) сократительная;
2) защитная;
3) формообразующая;
4) терморегуляция;
5) трофическая.
В организме человека и животных различают три вида мышечной
ткани (рис. 27):
1) поперечнополосатые скелетные мышцы;
2) поперечнополосатая мышца сердца;
3) гладкие мышцы.
Общая морфофункциональная характеристика мышечных тканей:
1) структурные элементы (клетки, волокна) имеют удлиненную
форму;
2) наличие органелл специального назначения – миофиламентов, миофибрилл;
3) с сократительными органеллами связаны элементы цитоскелета
и плазмолемма;
4) большое количество митохондрий, расположенных рядом с сократительными элементами;
50