Добавил:
Sekretar
kiopkiopkiop18@yandex.ru
t.me/Prokururor I Вовсе не секретарь, но почту проверяю
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ординатура / Хирургия / Библиотека им академика М.И. Перельмана / Книга_5555_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана
.pdf
7. Механизмы бодрствования и сна 181
9. Быстрый сон у взрослых организмов не связан
a. с формированием высокого уровня эндогенной активации, необходимой
для развития нервной системы
b. с повышением температуры
c. с блокированием двигательной активности
d. со сновидениями
10. В генерации медленного сна принимают участие
a. ГАМК и дофамин
b. орексин и глицин
c. ГАМК и ацетилхолин
d. глутамат и ацетилхолин
e. ГАМК и глицин
f. ГАМК и
галанин
11. Медленный сон преобладает
a. во вторую половину ночи
b. перед пробуждением
c. равномерно распределен по времени ночного сна
d. в первую половину ночи
12. Центр быстрого сна локализован
a. в ядрах промежуточного мозга и базальных ганглиях
b. в структурах базальных ганглиев и черной субстанции
c. в ромбовидной ямке ствола мозга и ядрах варолиева моста
d. в ромбовидной ямке ствола мозга и структурах ретикулярной формации
13. В цикле дневного сна присутствует
a. 4стадии медленного сна и 1стадия быстрого сна
b. только быстрый сон
c. только медленный сон
d. 2стадии медленного сна и 2стадии быстрого сна
14. Ролью быстрого сна в период новорожденности является
a. формирование сновидений
b. активация двигательной активности
c. создание потока эндогенной активации, необходимой для созревания
нервной
системы
d. активация геномной памяти и ее координация с индивидуальным опытом
15. Согласно висцеральной теории, основной функцией сна является
a. экономия ресурсов
b. все ответы верны
c. синтез информации, полученной во время бодрствования
d. анализ и синтез информации от интерорецепторов
e. избавление от продуктов жизнедеятельности мозга
f. ни один из ответов не верен
182 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
16. Блокирование двигательной активности в фазу быстрого сна связано с ак-
тивностью нейронов, локализованных
a. в коре
b. в таламусе
c. в гипоталамусе
d. в базальных ганглиях
e. в ретикулярной формации
f. в ромбовидной ямке
17. К функциям мелатонина в организме не относится
a. снижение уровня деполяризации нейронов коры
b. блокирование передачи сенсорной информации по зрительному тракту
c. снижение активности периферических
эндокринных желез
d. блокирование двигательной активности во время быстрого сна
18. Роль центров бодрствования в генерации медленного сна связана
a. с реципрокными взаимоотношениями нейронов центров быстрого сна и
центров бодрствования
b. с активацией механизмов синтеза глицина
c. с реципрокными взаимоотношениями нейронов медленного сна и центров
бодрствования
e. с активацией механизмов синтеза дофамина
19. Возникновение картины активации во время медленного сна связано с цир-
куляцией возбуждения по следующей цепочке нейронов
a. таламокортикальные нейроны — корковые нейроны — нейроны ретикуляр-
ного ядра таламуса
b. таламокортикальные нейроны — корковые нейроны — нейроны гипотала-
муса
c. нейроны гипоталамуса — корковые нейроны — нейроны ретикулярного
ядра таламуса
d. нейроны синего пятна — нейроны черной субстанции — нейроны гипотала-
муса — корковые нейроны
20. Роль орексина в поддержании
уровня бодрствования заключается
a. в дополнительной гиперополяризации норадренергических и серо то-
нинергических нейронов
b. в дополнительной гиперополяризации глутаматергических нейронов
c. в дополнительной гиперополяризации ГАМК-эргических нейронов
d. в дополнительной деполяризации норадренергических и серотонинерги-
ческих нейронов
e. в стимулировании синтеза мелатонина
7. Механизмы бодрствования и сна 183
Ситуационные задачи по теме
«Механизмы бодрствования и сна»
1. В суде слушается дело о мошенничестве. Обвиняемый— заслуженный пе-
дагог, разработавший инновационную методику обучения иностранным языкам
во время ночного сна. Вы выступаете в роли эксперта-биолога. На основании
вашего заключения о принципиальной возможности или невозможности подоб-
ного обучения будет вынесен вердикт суда. Ваша задача— принять решение и
максимально аргументированно его доказать.
2. В середине мая к детскому психиатру обратилась ученица 11класса с жа-
лобой на то, что в процессе засыпания слышит голоса за стенкой. Учитывая, что
квартира находилась на 14этаже, а стена была наружной, ситуация вызвала у
пациентки серьезное беспокойство. После сбора анамнеза и анализа текущих
жизненных обстоятельств психиатр смог классифицировать данное состояние и
дать рекомендации. На какие факторы опирался доктор? Каков был его вердикт?
Есть ли повод для беспокойства?
3. Во время ЭЭГ-мониторинга плода 28недель гестации было выявлено рез-
кое снижение амплитуды и частоты быстрых колебаний, отражающих уровень
общей активации. Каковы причины и возможные последствия?
4. В романе «Архипелаг ГУЛАГ» А.И.Солженицын описывает способ получе-
ния признательных показаний: обвиняемого помещали в тесный стенной шкаф,
где на уровне глаз располагалась включенная яркая лампа. Человек мог прово-
дить в таком шкафу от 48 до 72часов. Этот способ рассматривался как наиболее
быстрый и эффективный. Почему? Каковы последствия для человека? Все ли
могли выжить после него?
5. На научной конференции был предложен новый метод коррекции наруше-
ний процесса засыпания. Метод был расценен как перспективный, т.к. соответ-
ствовал следующим критериям: был немедикаментозным, очень мобильным, от-
носительно комфортным и применимым в т.ч. в полевых условиях вне городской
среды. В чем он мог заключаться?
6. Существует безобидная патология сна, при которой момент самостоятель-
ного пробуждения сопровождается кратковременной невозможностью осущест-
влять произвольные движения. С чем это связано?
8. Медиаторные системы мозга
Первые предположения о химическом способе передачи информации в нерв-
ной системе появились в конце XIXв. в работах Э.Дюбуа-Реймона и К.Бернара.
В 1921г. О. Леви продемонстрировал передачу информации в вегетативных
синапсах между блуждающим нервом и сердцем лягушки. В 1936г. Г. Дейл и
О.Лёви получили Нобелевскую премию за открытие механизма синаптической
передачи.
Химические синапсы наиболее представлены в мозге высокоорганизован-
ных животных. Передача сигнала в химических синапсах осуществляется при
помощи химического вещества— нейромедиатора (нейротрансмиттера). В хи-
мическом синапсе пресинаптическая и постсинаптическая клетки изолированы
друг от друга (Каменская, Каменский, 2014). В химических синапсах существует
синаптическая задержка, составляющая приблизительно 0,5мс, которая возни-
кает между развитием пресинаптической деполяризации и постсинаптическим
потенциалом.
В состав синапсов входят следующие структуры (рис.8.1): пресинаптическая
нервная клетка с пресинаптической мембраной, синаптическая щель и постси-
наптическая мембрана на постсинаптической клетке.
После накопления аминокислоты-предшественника в нейроне (1) пред-
шественник превращается в зрелый нейромедиатор (2). Нейротрансмиттер с
помощью переносчиков доставляется в везикулы (3), где он накапливается и
готовится к высвобождению. После освобождения переносчик может взаимо-
действовать с постсинаптическими рецепторами (4) или ауторецепторами (5),
которые регулируют синтез медиатора, его высвобождение, а также скорость
возбуждения. Действия нейромедиатора контролируется мембранным перенос-
чиком (6), который обычно связан с нейроном, высвобождающим медиатор.
Действие трансмиттера прекращается или в результате диффузии из активных
центров (7), или накоплением в глии (8). Когда нейромедиатор поглощается ней-
роном, он подвергается метаболической инактивации (9).
Пресинаптическая нервная клетка обычно представлена окончанием аксона
и образует пресинаптическую мембрану. В синаптическом утолщении химических
8. Медиаторные системы мозга 185
Рис. 8.1 — Строение химического синапса (приводится по: Squire et al., 2003).
синапсов находятся везикулы, заполненные медиатором. Количество везикул с
медиатором в пресинаптическом окончании может быть от тысячи до десятков
тысяч, а обычные размеры везикул— от 20 до 60нм. В каждой везикуле мо-
жет содержаться 1×10
3
–5×10
4
молекул медиатора. Постсинаптическая мембрана
находится на постсинаптической клетке. На постсинаптической мембране име-
ются рецепторы, образованные крупными молекулами белка, чувствительными
к определенному медиатору. Синаптическая щель расположена между преси-
наптической и постсинаптической мембранами клеток. В химических синапсах
ширина синаптической щели составляет 10–50нм.
Существует классификация химических синапсов в зависимости от структур
нейронов, участвующих в образование синапса: аксосоматические, аксоаксо-
нальные, аксодендритные, дендродендритные. Кроме того, имеются централь-
ные и периферические синапсы. Центральные синапсы чаще всего бывают
аксодендритными и аксосоматическими; среди них редко встречаются дендро-
дендритные и аксоаксональные синапсы.
Передача сигнала в химическом синапсе проходит следующие этапы:
1) деполяризация пресинаптического окончания приводит к усилению выхо-
да ионов Ca
2+
в пресинаптическую щель, а также запускает движение везикул и
выброс медиатора в синаптическую щель;
2) происходит диффузия медиатора через синаптическую щель и осущест-
вляется его взаимодействие с белками-рецепторами постсинаптической мем-
браны;
186 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
3) медиаторы, действующие на рецепторы постсинаптической мембраны,
вызывают либо возбуждение, либо торможение постсинаптической клетки.
Возбуждение ведет к генерации ПД, а торможение блокирует возникновение ПД
и затрудняет или нарушает проведение сигнала;
4) удаление медиатора из синаптической щели происходит одним из спосо-
бов: а) диффузия; б) ферментативное расщепление; в)обратный захват преси-
наптическим окончанием
; г)захват глиальными клетками.
В химическом синапсе основную функцию выполняет медиатор. Жизненный
цикл медиатора состоит из 4этапов:
1) синтез и накопление медиатора в пресинаптическом окончании;
2) возникновение ПД и выброс медиатора в синаптическую щель;
3) действие на рецепторы постсинаптической мембраны путем возбужде-
ния или торможения постсинаптической клетки под влиянием медиатора (ней-
ротрансмиттер взаимодействует с рецепторами постсинаптической мембраны);
4) инактивация медиатора связана с прекращением действия нейротранс-
миттера на рецептор.
Синтез медиатора может происходить или в теле нейрона, или в пресинапти-
ческом окончании. Для синтеза медиатора необходимы следующие условия:
1) вещества-предшественники;
2) фермент, управляющий синтезом медиатора;
3) энергия АТФ.
Исследования ученых в области синаптической передачи показали, что суще-
ствует несколько способов выделения медиатора в синаптическую щель:
1) квантовое высвобождение медиатора (квантово-везикулярная теория
Б.Катца, 1950г.)— медиатор высвобождается из пресинаптического окончания
отдельными порциями, квантами. Квант медиатора содержится в одной везику-
ле. Один квант медиатора в химических синапсах может содержать от 6000 до
10000молекул медиатора.
В отсутствие нервных импульсов кванты медиатора высвобождаются спон-
танно с низкой частотой, образуя миниатюрные потенциалы концевой пластинки
(МПКП). Амплитуда МПКП зависит от числа молекул медиатора и от чувстви-
тельности постсинаптической мембраны к медиатору. При возникновении воз-
буждения в пресинаптическом окончании выделяется в пресинаптическую щель
большое количество квантов медиатора, которые приводят к возникновению
потенциала концевой пластинки (ПКП) (Каменская, Каменский, 2014). Для обра-
зования ПКП необходимо около 300квантов медиатора, которые могут способ-
ствовать генерации потенциала действия в постсинаптической клетке.
2) неквантовое высвобождение медиатора связано с его постоянной утечкой
из пресинаптического окончания во внеклеточную среду в неквантовой форме.
Показателем неквантовой секреции медиатора является H-эффект (эффект гипер-
поляризации), который развивается в области концевой пластинки при блокаде
постсинаптических рецепторов. Тоническая неквантовая секреция медиатора уча-
8. Медиаторные системы мозга 187
ствует в нейротрофической регуляции постсинаптической клетки. Тоническая се-
креция медиаторов наблюдается в синапсах ЦНС и принимает участие в процессах
объемной нейропередачи и нейропластичности (Каменская, Каменский, 2014).
Синаптические пузырьки в пресинаптическом окончании могут находиться
в двух фракциях:
1) фракция доступного медиатора представлена новым синтезированным ней-
ромедиатором, который находится в везикулах и выделяется путем
экзоцитоза;
2) фракция резервного медиатора высвобождается из пресинаптического
окончания только при повышенном токе ионов Ca
2+
.
Классификация нейромедиаторов осуществляется на основании химической
природы. Выделяют несколько групп нейромедиаторов: 1)ацетилхолин; 2)ами-
нокислоты: гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), глицин, глутамат и аспартат;
3)биогенные амины (дофамин, норадреналин, адреналин, серотонин, гистамин);
4)производные пурина (АТФ, аденозин).
8.1. Строение и функции рецепторов нейромедиаторов
Функционирование нейронов, их пролиферация, дифференцировка, внутри-
клеточная организация, экспрессия генов, а также процессы коммуникации и
взаимодействия нейронов между собой и клетками глии находятся под строгим
контролем сигнальных процессов, берущих свое начало на клеточной поверхно-
сти. Реагирование нейронов на воздействие нейромедиаторов, факторов роста
и других сигнальных молекул осуществляется при посредничестве соответству-
ющих рецепторов и специализированных сигнальных путей, осуществляющих
трансдукцию сигнала внутри клетки и передающих его клеточным органеллам,
ферментам, ионным каналам, белкам, участвующим в формировании цитоскелета,
и в конечном счете передающих сигнал либо в цитоплазму, либо в ядро клетки.
Молекулы, участвующие в передаче сигналов между клетками, весьма разно-
образны как у млекопитающих, так и у беспозвоночных животных. Отдельные
реакции нейронов на те или иные стимулы определяются также концентрацией
и местом локализации молекул— участников сигнальных каскадов, а также харак-
тером предшествующей активности нейрона. Несколько разновидностей сигналь-
ных систем, действующих согласованно, обеспечивают высокую гибкость межкле-
точных взаимодействий. Первая группа сигнальных механизмов реализуется при
участии рецепторов, представляющих собой ионные каналы, таких как, например,
никотиновый рецептор; работа этих рецепторов модулируется соответствующими
лигандами. Такой тип рецепторов получил название ионотропных рецепторов.
Этот тип сигнальных систем осуществляет передачу сигнала в течение порядка
10мс, обеспечивая таким образом возможность быстрой передачи информации
через синапсы. Вторая группа механизмов осуществляет передачу сигналов при
участии рецепторов, обладающих собственной ферментативной активностью, та-
ких как, например, рецепторы, обладающие тирозинкиназной активностью. Таким
188 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
способом осуществляется передача сигналов, поступающих при воздействии на
рецептор факторов роста и трофических факторов, регулирующих процессы роста,
дифференцировки, пролиферации и выживания нервных клеток. Третья группа
сигнальных процессов опосредована наиболее широко распространенным клас-
сом рецепторов, ассоциированных с G-белками. Передача сигнала по такому ме-
ханизму включает целый ряд последовательных этапов, на каждом из
которых
осуществляется комплекс биохимических реакций. Вследствие этого такой путь
передачи сигнала требует существенно больше времени (100–300мс) и отвечает
за медленное реагирование. Эта задержка во времени, однако, в полной мере ком-
пенсируется широчайшим разнообразием способов модуляции таких сигнальных
каскадов, а также их высокой способности к усилению, амплификации и пластич-
ности реализуемых ими эффектов. Начальным этапом в функционировании таких
сигнальных систем является генерация так называемого вторичного посредника
(вторичного мессенджера) внутри клетки, который активирует множество белков
и ферментов, включая протеинкиназы, играющие ключевую и универсальную роль
в регуляции метаболизма клетки. Многие участники сигнальных процессов также
способны изменять уровень экспрессии тех или иных генов, что приводит к изме-
нению уровня и активности соответствующих белков. Рецепторы, осуществляю-
щие трансдукцию сигнала внутрь клетки при посредничестве каскадов биохими-
ческих реакций, получили название метаботропных рецепторов.
8.2. Строение и функции ионотропных рецепторов
Строение и функции большинства ионотропных рецепторов во многом сход-
но со строением и характером работы никотинового рецептора ацетилхолина
(nAChR). Структурное сходство ионотропных рецепторов различного типа указы-
вает на наличие между ними эволюционного родства. Все ионотропные рецеп-
торы принято подразделять на 2большие группы анионных и катионных рецеп-
торов. К анионным рецепторам относятся рецептор ГАМК
А
и рецепторы глицина.
Кгруппе катионных рецепторов принадлежит рецептор серотонина 5-НТ3 и аце-
тилхолиновые рецепторы AChR. Одной из основных особенностей ионотропных
рецепторов обеих групп является наличие общих черт в их строении, что указыва-
ет также на определенную степень функционального сходства.
8.2.1. Строение и функции рецептора глицина
Глицин является главным тормозным нейромедиатором в спинном мозге,
а также в стволе головного мозга. Рецептор глицина образует ионный канал,
проницаемый для ионов Cl
–
и проявляет значительное структурное и функцио-
нальное сходство с рецептором ГАМК
А
, о котором говорилось выше. В нативном
состоянии рецептор глицина представляет собой белок с молекулярной массой
порядка 250кДа, состоящий из трех α- и двух β-субъединиц с молекулярной мас-
сой 48 и 58кДа соответственно. Для открытия ионного канала требуется связы-
8. Медиаторные системы мозга 189
вание трех молекул глицина с α-субъединицами, каждая из которых содержит
соответствующий сайт узнавания. Электрическая проводимость рецептора гли-
цина в открытом состоянии составляет 35–50пСм, что также сходно с рецепто-
ром ГАМК
А
. Мощным антагонистом рецептора глицина является стрихнин.
Исследования структуры α- и β-субъединиц рецептора глицина показали, что
каждая субъединица содержит 4трансмембранных домена, а первичная струк-
тура α- и β-субъединиц каждого подтипа на 50% идентична. Эксперименты по
экспрессии субъединиц рецептора в ооцитах Xenopus laevis показали, что нали-
чия только одних α-субъединиц достаточно для формирования функционально
активного рецептора, что указывает на то, что именно α-субъединицы участвуют
в образовании ионного канала. β-субъединицы, по-видимому, выполняют исклю-
чительно модуляторную функцию, определяющую степень сродства рецепторов
к действию агонистов и антагонистов. Высокий уровень экспрессии β-субъеди-
ниц обнаруживается в головном мозге, причем содержание мРНК β-субъединиц
не коррелирует с уровнем экспрессии α-субъединиц в тех же клетках. В связи
с этим представляется вполне вероятным, что β-субъединицы могут выполнять
иные функции помимо участия в образовании рецептора глицина.
8.2.2. Ионотропные рецепторы пуриновых нуклеотидов
Пуринергические синапсы присутствуют во всех отделах нервной системы.
Несмотря на то, что передача сигналов в большинстве таких синапсов осущест-
вляется при участии метаботропных рецепторов, ассоциированных с G-белками,
были выявлены дватипа ионотропных рецепторов, P
2x
и P
2z
, способных связы-
вать АТФ или аденозин. АТФ высвобождается дискретно в синапсах, образован-
ных особыми нервными окончаниями, в составе синаптических пузырьков, часто
содержащих также какой-либо другой нейромедиатор, такой как, например, аце-
тилхолин или катехоламины. Рецепторы P
2x
опосредуют быструю деполяриза-
цию постсинаптической мембраны нейронов или миоцитов в ответ на связыва-
ние АТФ посредством открытия неселективного ионного канала. Исследование
структуры данного типа рецепторов показали, что они включают в себя только
два трансмембранных домена, первичная структура которых во многом гомоло-
гична доменам, образующим K
+
-каналы.
Рецепторы P
2z
также образуют лиганд-зависимые ионные каналы, проница-
емые как для анионов, так и для катионов, а также для небольших молекул с
молекулярной массой, не превышающей 900Да.
8.2.3. Метаботропные рецепторы, ассоциированные
с G-белками: семейство рецепторов GPCR
Рецепторы, ассоциированные с G-белками, представляют собой наиболее
широко распространенный тип метаботропных рецепторов. В настоящее время
идентифицировано более 1000 видов рецепторов этого типа. Изначально термин
«метаботропный» означал, что связывание лиганда с рецептором приводит к обра-
190 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
зованию определенных метаболитов внутри клетки. Позднее, однако, были обнару-
жены рецепторы, действие которых не связано с индукцией метаболических процес-
сов, а опосредовано G-белками, которые в свою очередь модулируют активность
ионных каналов. Эти действующие с участием G-белков рецепторы, которые либо
индуцируют метаболические каскады, либо способны изменять проницаемость ион-
ных каналов для различного
типа ионов, вместе составляют семейство рецепторов,
ассоциированных с G-белками (GPCR, от англ. G-protein coupled receptors).
Связывание лиганда с рецептором семейства GPCR приводит к быстрым кон-
формационным перестройкам в молекуле рецептора, которые передаются на свя-
занный с его цитоплазматическим доменом G-белок. G-белки представляют собой
семейство сигнальных белков, большинство из которых (но не все!) состоит из
трех субъединиц трех типов: α, β и γ. α-субъединица представляет собой фермент
ГТФазу; когда этот фермент пребывает в неактивном состоянии, в его активном
центре находится молекула ГДФ . Конформационные перестройки, передаваемые
от рецептора на G-белок, приводят к его активации, что выражается в снижении
сродства α-субъединицы к ГДФ и увеличении ее сродства к ГТФ, в результате чего
последний вытесняет ГДФ из активного центра, а комплекс αβγ диссоциирует с
образованием свободной ГТФ-α-субъединицы и димера βγ. Активированные та-
ким образом G-белки (точнее α- и βγ-субъединицы) изменяют активность других
эффекторных ферментов и ионных каналов. Многие G-белки способны модулиро-
вать (как активировать, так и ингибировать) активность ферментов, ответствен-
ных за образование в клетке особых сигнальных молекул, называемых вторич-
ными посредниками или вторичными мессенджерами, которые в свою очередь
активируют другие ферменты, главными из которых являются протеинкиназы.
Передача сигналов через рецепторы семейства GPCR требует больше времени,
в связи с чем индуцируемые ими эффекты являются более медленными по срав-
нению с сигналами, передаваемыми при участии ионотропных рецепторов. В то
же время каждый интермедиат, участвующий в реализации сигнального каска-
да реакций, обеспечивающих трансдукцию сигнала, поступающего от рецептора
GPCR, характеризуется определенным периодом полужизни, в результате чего
такой механизм внутриклеточной сигнализации обеспечивает более продолжи-
тельное воздействие на физиолого-биохимическое состояние клетки по срав-
нению с ионо тропным механизмом. Большинство нейромедиаторов, таких как
ацетилхолин (АХ, англ.ACh), глутамат (Glu), серотонин (5-НТ) и γ-аминомасляная
кислота (ГАМК), способны связываться и активировать как ионотропные рецеп-
торы, так и рецепторы GPCR. По этой причине каждый из этих нейромедиаторов
способен обеспечивать как быстрые клеточные эффекты (реализуемые в течение
миллисекунд), такие как, например, индукция возбудительных или тормозных по-
стсинаптиеских потенциалов, так и медленные, но более пролонгированные эф-
фекты (реализуемые в течение от десятков секунд до нескольких часов). Другие
нейромедиаторы, такие как, например, нейропептиды, реализуют свои эффекты
преимущественно через рецепторы GPCR. Весь этот сложный комплекс эффектов
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана