4.3.2. Механизм передачи сигнала в химических синапсах

А. Нервный импульс, поступивший в пресинаптическое окон­чание, вызывает деполяризацию его мембраны, открывающую потенциалзависимые Са-каналы. Ионы Са²⁺ входят согласно концентрационному и электрическому градиентам внутрь окончания, что ведет к увеличению содержания ионов в цито-золе в 10-100 раз. Ион Са²⁺ вызывает слияние синаптических пузырьков с внутренней поверхностью пресинаптической мем­браны и последующий экзоцитоз содержащегося в них медиа­тора в синаптичёскую щель. Выделение молекул медиатора из пресинаптического окончания пропорционально количеству поступивших туда ионов Са²⁺ в степени п=4. Например, при увеличении концентрации ионов Са²⁺ в 2 раза выход медиато­ра может увеличиться в 2⁴, т.е. в 16 раз. Один из возможных механизмов участия ионов Са²⁺ в секреции медиатора состоит в активации (фосфорилировании) специального белка, запус­кающего этот процесс. Выделение медиатора в синаптичёскую щель осуществляется в небольшом количестве и в состоянии покоя синапса - 1-2 кванта в секунду. Каждый квант (синаптический пузырек) содержит от 1000 до 10000 молекул.

Б. Молекулы медиатора, поступившие в синаптичёскую щель, диффундируют к постсинаптической мембране и вступают во взаи­модействие с ее рецепторами. Скорость диффузии молекул медиа­тора позволяет им пройти синаптичёскую щель за 0,1-0,2 мс. Дли­тельность действия медиатора на рецепторы постсинаптической мембраны, определенная по продолжительности открывания ион­ных каналов в ней, равна 1 -2 мс. Удаление медиатора происходит путем диффузии его из щели в окружающую жидкость, обратно­го захвата пресинаптическим окончанием и разрушением под действием фермента, находящегося в синаптической щели и постсинаптической мембране. Ацетилхолин инактивируется ацетилхолинэстеразой, норадреналин - моноаминоксидазой, катехол-О- метилтрансферазой и т.д.

В. Возбуждение постсинаптической мембраны. Выделившийся в синаптичёскую щель медиатор действует на рецепторы пост­синаптической мембраны и повышает ее проницаемость для ио­нов Na⁺ и К⁺. Канал имеет слабую избирательность в отноше­нии этих ионов, поэтому ионные токи через канал зависят глав­ным образом от концентрационного и электрического гра­диентов. В связи с этим вход в клетку ионов Na⁺, которому спо­собствуют как концентрационный, так и электрический гради­енты, преобладает над выходом ионов К⁺, так как их выходу из клетки препятствует электрический градиент. Это ведет к депо­ляризации постсинаптической мембраны, называемой возбуж­дающим постсинаптическим потенциалом (ВПСП). При дости­жении ВПСП критической величины в нейроне возникает ПД (см. также раздел 4.4).

4.3.3. Особенности проведения возбуждения в химических синапсах

1. Одностороннее проведение возбуждения - в направлении от пресинаптического окончания в сторону постсинаптической мем­ браны - связано с тем, что медиатор выделяется из пресинаптиче­ ского окончания, а взаимодействующие с ним рецепторы, имею­ щие ионные каналы, необходимые для формирования синаптиче- ских потенциалов, находятся только на постсинаптической мембране. Поэтому пресинаптическая мембрана нечувствительна к выделившемуся медиатору. ВПСП, возникающий на постсинап­ тической мембране, не в состоянии возбудить пресинаптическое окончание из-за дальности расстояния.

2. Замедленное проведение сигнала объясняется синаптической задержкой (интервал между приходом импульса к пресинаптиче­ ской мембране и возникновением ВПСП в нейроне составляет 0,2-0,5 мс). Необходимо время для выделения медиатора из пре­ синаптического окончания, диффузии его к постсинаптической мембране, возникновения ВПСП.

3. Низкая лабильность синапсов, равная 100-150 передаваемым импульсам в секунду, что в 5-6 раз ниже лабильности аксона. Главной причиной низкой лабильности синапса является сравни­ тельно большая совокупная длительность процессов, обеспечи­ вающих проведение возбуждения от пресинаптической мембраны к нейрону.

4. Проводимость химических синапсов сильно изменяется под влиянием биологически активных веществ, лекарственных средств и ядов. Она легко блокируется и стимулируется.