18.2. Хімічні основи виникнення та проведення нервових імпульсів

18.2.1. Роль нейромедіаторів у передачі нервових імпульсів. Зв’язок мільярдів нейронів мозку здійснюється за допомогою численних медіаторів (нейротрансміттерів): ацетилхоліну (Ах), норадреналіну (НА), дофаміну, адреналіну, серотоніну, гістаміну, ГАМК тощо. Одним з основних медіаторів у нервовій системі є ацетилхолін.

Ацетилхолін — це складний ефір оцтової кислоти та холіну. Він синтезується в нервовій клітині з холіну й активної форми ацетату — ацетил-КоА за допомогою спеціального ферменту холінацетилтрансферази (холінацетилази).

Передача імпульсів з нейрона на нейрон або з нейрона на ефекторний орган відбувається за допомогою синапса. Синапс можна уявити собі як вузький простір (щілину), обмежений з одного боку пресинаптичною, а з іншого – постсинаптичною мембраною (рис.18.4). Пресинаптична мембрана складається з внутрішнього шару, що належить цитоплазмі нервового закінчення, і зовнішнього, утвореного нейроглією. Мембрана в деяких місцях потовщена й ущільнена, в інших – тонша і має отвори для сполучення цитоплазми аксона з синаптичним простором. Постсинаптична мембрана менш щільна, не має отворів. Подібним чином побудовані і нервово-м’язові синапси, але вони мають складнішу будову мембранного комплексу.

Передачу нервового імпульсу за участі Ах можна відобразити наступним чином. У синаптичних нервових закінченнях є міхурці (везикули) діаметром 30 – 80 нм, що містять нейромедіатори.

Ц

_{Рис. 18.4. Схематичне зображення синапса: 1 – вивільнення нейромедіатора (Ах) з синаптичних міхурців під впливом потенціалу дії; 2 – нейромедіатор (Ах) дифундує в синаптичну щілину; 3 – внаслідок взаємодії нейромедіатора (Ах) з рецептором відкриваються натрієві канали; 4 – синаптичні міхурці; 5 – пресинаптичне закінчення: 6 – синаптична щілина; 7 – постсинаптична мембрана; 8 - нейромедіатор (Ах), 9 – зв’язування нейромедіатора з рецептором; 10 – іони натрію.}

і везикули вкриті оболонкою, яка утворена білком клатрином (М.м. 180 000 Да). У холінергічних синапсах кожний міхурець діаметром 80 нм містить приблизно 40 000 молекул Ах. Під час нервового збудження вивільнення медіатора відбувається “квантами”, тобто шляхом повного випорожнення кожного окремого міхурця. За умов норми під впливом імпульсу виділяється приблизно 100 – 200 квантів медіатора. Ця кількість достатня для ініціації потенціалу дії в постсинаптичному нейроні. Відбувається це, очевидно, у такий спосіб: деполяризація мембрани синаптичних закінчень викликає швидкий потік іонів кальцію у пресинаптичну ділянку синапсу, тимчасове збільшення внутрішньоклітинної концентрації цих іонів стимулює злиття мембрани синаптичних міхурців із плазматичною мембраною й, у такий спосіб, запускає процес вивільнення їх вмісту. Виділений у синаптичну щілину Ах дифундує до постсинаптичної мембрани.

Взаємодія між рецептором і медіатором запускає низку реакцій, які змушують постсинаптичну нервову клітину або ефекторну клітину виконувати свою специфічну функцію.

Рецептор Ах – це трансмембранний олігомерний глікопротеїновий комплекс, який складається з 6 субодиниць: 2 – альфа, 2 – бета, 1 – гама і 1 – дельта. У присутності Ах бокові взаємодії між субодиницями підтримують канал у відкритому стані та створюють умови для транспорту іонів. За відсутності Ах змінюється орієнтація субодиниць і канал закривається. Щільність розташування білків-рецепторів у постсинаптичній мембрані дуже велика – біля 20 000 молекул на 1 мкм². Просторова структура рецептора строго відповідає конформації медіатора. При взаємодії з Ах білок-рецептор так змінює свою конформацію, що,як зазначалося вище, всередині нього формується натрієвий канал. Його катіонна селективність обумовлена тим, що ворота каналу сформовані негативно зарядженими амінокислотами. У такий спосіб підвищується проникність постсинаптичної мембрани для натрію, виникає новий імпульс (або скорочення м’язового волокна). Деполяризація постсинаптичною мембрани викликає дисоціацію комплексу «Ах-білок-рецептор» і Ах вивільняється в синаптичну щілину, де за 40 мкс гідролізується.

Розщеплення Ах у холінергічних синапсах відбувається двома шляхами: перший –ферментативний, другий – енергозалежний активний транспорт Ах у нейрон, де він нагромаджується для наступного повторного використання.

Гідролітичний розпад Ах на оцтову кислоту і холін каталізується ферментом, що отримав назву ацетилхолінестераза.

Незворотне інгібування ацетилхолінестерази викликає смерть внаслідок зупинки дихання. Інгібіторами цього фермента є фосфорорганічні сполуки (хлорофос, дихлофос, табун, зарин, зоман, бінарні отрути), які ковалентно зв’язуються з серином у його активному центрі. Зворотні інгібітори ацетилхолінестерази використовують у якості лікарських препаратів для лікування глаукоми та атонії кишок.

У нервовій тканині існують й інші естерази, які можуть гідролізувати Ах, але значно повільніше, ніж, наприклад, бутирилхолін. Ці естерази називаються псевдохолінестеразами.

До числа холінергічних систем належать моторні нейрони, що утворюють нервово-м’язові веретена, усі прегангліонарні нейрони автономної нервової системи і постгангліонарні нейрони парасимпатичної нервової системи. Велика кількість холінергічних рецепторів виявлено також у різних відділах головному мозку. У залежності від чутливості до тої чи іншої групи хімічних сполук, холінергічні нейрони поділяють на мускаринові (активуються мускарином) і нікотинові (активуються нікотином) (табл. 18.4).

Таблиця 19.3.