1.7.6. Лабильность (функциональная подвижность). Парабиоз.
Понятие лабильности, или функциональной подвижности, возбудимых тканей ввел Н.Е. Введенский. Мерой лабильности является количество ПД, которое способна генерировать возбудимая ткань в единицу времени. Можно говорить о максимальной частоте раздражения, которую возбудимая ткань способна воспроизводить без трансформации ритма. Лабильность определяется скоростью протекания физиологических процессов в возбудимой ткани и, прежде всего, продолжительностью периода рефрактерности. Например, при продолжительности периода абсолютной рефрактерности 4 мс максимальная частота генерации ПД – 250 Гц.
Уровень лабильности характеризует скорость возникновения и компенсации возбуждения, уровень функционального состояния любых возбудимых клеток и тканей.
Переход от оптимальной к чрезмерной (пессимальной) частоте или силе раздражения вызывает смену возбуждения торможением. Подобные же явления возникают при действии раздражителя с оптимальными характеристиками в случае снижения лабильности возбудимой ткани. При этом развиваются явления, которым Н.Е. Введенский дал название – парабиоз.Парабиоз– это состояние ткани, лабильность которой не удовлетворяет требованиям раздражителя, что затрудняет возникновение и распространение возбуждения.
По мере углубления парабиоза раздражимость ткани проходит несколько стадий:
Начальная, уравнительная стадия, когда более сильные раздражения оказываются для парабиотического участка пессимальными и их эффекты уравниваются с эффектами от слабых раздражений.
Следующая, парадоксальная стадия наступает, когда парабиоз достигает такой степени, при которой сильные раздражения становятся настолько пессимальными, что становятся менее эффективными, чем слабые раздражения.
Наконец, тормозная стадия характеризуется таким низким уровнем лабильности парабиотического участка, при котором любое раздражение вызывает только торможение.
МЕЖКЛЕТОЧНАЯ ПЕРЕДАЧА ВОЗБУЖДЕНИЯ. СИНАПС
Синапсами называют контакты, которые устанавливают нейроны.
Синапс – это специализированная структура, обеспечивающая передачу нервного импульса с аксона на другую клетку.
Существуют классификации синапсов по местоположению, по характеру действия, по способу передачи сигнала.
По местоположению: нервномышечные (мионейрональные), нейросекреторные, нейронейрональные (межнейронные).
Нейрональные: аксосоматические, аксодендритические, аксоаксональные.
По характеру действия: возбуждающие и тормозящие.
По способу передачи сигнала: электрические, химические, смешанные.
1.8.1. Химические синапсы.
У млекопитающих и человека в НС чаще встречаются химические синапсы (рис. 11), которые состоят из пресинаптической части (окончание нейрона, передающего сигнал), синаптической щели (непосредственное продолжение межклеточного пространства) и постсинаптической части (структура воспринимающей клетки). При поступлении возбуждения (ПД) к окончанию аксона, в нем высвобождается химическое вещество (медиатор), которое вызывает возбуждение или торможение на мембране иннервируемой клетки.
В синапсе возбуждение всегда передается от пресинаптического (аксонного) участка к постсинаптической области соседней клетки (рис. 11).
Рис. 11. Химический синапс.
Пресинаптическое нервное окончание.
Характерно наличие большого количества субмикроскопических структур округлой формы, которые называют синаптическими пузырьками (везикулами), имеются митохондрии.
Синаптическая щель.
Ширина 10 – 50 нм (100-500 А). При таких размерах электрическая передача возбуждения практически невозможна из-за значительной потери тока во внеклеточной среде, поэтому химическая передача возбуждения представляет собой необходимый усиливающий механизм.
Постсинаптическая мембрана (ПСМ).
Малое количество электроуправляемых натриевых каналов, а потому низкая чувствительность к электрическому току. Следовательно, невозможность генерировать ПД. Зато имеются специфические хемочувствительные рецептороуправляемые каналы. Под влиянием медиатора изменяется проницаемость для ионов K+ и Na+, в результате чего изменяется мембранный потенциал. В зависимости от природы медиатора и свойств рецепторов ПСМ может происходить деполяризация мембраны, что характерно для возбуждения, или гиперполяризация, что типично для торможения. В случае деполяризации ПСМ говорят о возникновении возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП), а при гиперполяризации – о тормозящем постсинаптическом потенциале (ТПСП).
В состоянии покоя некоторые везикулы с медиатором подходят к пресинаптической мембране (ПреСМ) и медиатор попадает в синаптическую щель, диффундирует, вступает во взаимодействие с рецепторами ПСМ и обусловливает возникновение миниатюрных потенциалов.
При возбуждении пресинаптического окончания взаимосвязь между деполяризацией ПреСМ и высвобождением медиатора обеспечивают ионы Са+, которые поступают снаружи в нервное окончание. Механизм секреции медиатора регулируется рядом биологически активных веществ, в том числе самими медиаторами, а также циклическими нуклеотидами и нейропептидами, которые являются в данном случае модуляторами синаптической передачи.
Основные этапы синаптической передачи.
Приход ПД к пресинаптической мембране, ее деполяризация и генерация на ней потенциала действия.
Проникновение внутрь пресинаптической мембраны ионов кальция – для транспорта везикул с медиатором.
Взаимодействие везикул (синаптических пузырьков) с активными участками пресинаптической мембраны.
Экзоцитоз и выделение квантов медиатора в синаптическую щель (квант медиатора – это содержимое одной везикулы; квант ацетилхолина примерно 400 – 40000 молекул).
Диффузия медиатора к постсинаптической мембране.
Взаимодействие медиатора с клеточными рецепторами ПСМ.
Изменение проницаемости для ионов.
Образование постсинаптических потенциалов.
Синапсы и рецепторы постсинаптических мембран этих синапсов могут подразделяться в зависимости от того, какой медиатор выделяется в синаптическую щель. Например:
1.Холинергические (ацетилхолин – АЦХ)
5 – 10% всех синапсов.
Н–холинергические рецепторы (никотинзависимые) в одних случаях (нервно-мышечные синапсы) блокируются курареподобными веществами, в других (синапсы головного мозга, синапсы вегетативной нервной системы) не реагируют на курареподобные вещества, но блокируются ганглиоблокаторами (бензогексоний и ему подобные вещества).
М–холинергические рецепторы (мускаринзависимые) имеются в центральных холинергических синапсах, а также в окончаниях постганглионарных парасимпатических волокон. Все М-ХР блокируются атропином. В отличие от Н-ХР синапсов, в М-ХР синапсах может иметь место не только возбуждение, но и торможение. Часть М-ХР синапсов являются возбуждающими (гладкомышечные клетки (ГМК) желудочно-кишечного тракта и бронхов), а часть – тормозными (в сердечной мышце).
2. Адренергические.
0,5% всех синапсов. Медиатор – норадреналин (НА). Эффект выделения НА зависит от того, какой вид рецептора находится на ПСМ. Различают 4 вида адренорецепторов (АР). Их делят на класс альфа-АР (внутри класса 2 популяции: альфа-1 и альфа-2) и бета-АР (соответственно бета-1 и бета-2). В каждом синапсе есть, вероятно, все 4 вида рецепторов, но доминирует всегда какой-то один.
При взаимодействии НА с альфа-1-АР происходит деполяризация ПСМ (образуется ВПСМ). Альфа-1-АР много в ГМК сосудов кожи и желудочно-кишечного тракта, в нейронах головного мозга.
Альфа-2-АР находятся на ПреСМ адренергического синапса, благодаря чему НА оказывает тормозной антидромный эффект (тормозит выделение очередной порции НА).
Бета-1-АР в основном представлены в миокарде, благодаря чему НА вызывает здесь активацию.
Бета-2-АР в основном расположены в ГМК сосудов скелетных мышц, коронаров, в ГМК бронхов, матки. При их активации возникает торможение активности соответствующих структур.
Т.о. возбуждающий или тормозной характер действия медиатора определяется не столько медиатором, сколько свойствами постсинаптической мембраны, находящимися на ней рецепторами.
В ЦНС есть синапсы, медиаторами которых могут быть: серотонин (0,5% всех синапсов); дофамин; гистамин; АТФ; глицин; ГАМК (25-40% синапсов). Глицин, ГАМК – в тормозных синапсах ЦНС.
Инактивация медиатора необходима для реполяризации ПСМ, восстановления исходного потенциала. Например, АЦХ действует на рецепторы ПСМ нервно-мышечного синапса 1-2 мс. Потом часть АЦХ диффундирует в лимфу и кровь, а часть гидролизуется ферментом – ацетилхолинэстеразой на холин и уксусную кислоту, которые снова поступают в пресинаптическое окончание и являются продуктами для синтеза новых порций медиатора.
Для норадреналина ингибитором является моноаминооксидаза и катехолоксиметилтрансфераза.
Но для норадреналина наиболее характерен «обратный захват» пресинаптическими структурами. Несмотря на наличие ингибиторов НА разрушается ими в незначительном количестве и снова депонируется синаптическими пузырьками.
Свойства химических синапсов.
Возбуждение проводится в одном направлении.
Количество выделяющегося медиатора пропорционально частоте приходящей нервной импульсации. В покое: 1 квант в 1 сек; при ПД – 200 квантов за 2-3 мс.
Синаптическая передача не подчиняется закону «все или ничего». Возможна суммация ПСП на ПСМ.
Трансформация ритма. Скорость проведения возбуждения в синапсе меньше, чем по нерву. Синаптическая задержка (около 0,5 мс).
Высокая чувствительность к химическим веществам, недостатку кислорода.
Высокая утомляемость. Развивается в результате длительного высокочастотного стимулирования. Обусловлено истощением и несвоевременным синтезом медиатора в пресинаптической части синапса или глубокой, стойкой деполяризацией ПСМ (пессимальное торможение).