Главная Обратная связь

Дисциплины:






Структурно-функцiональна органiзацiя синапса



Синапс(гр. synapsis – з'єднання, дотикання) – структурно i функцiонально органiзований контакт мiж двома нейронами, або нейроном i робочим органом.

За анатомічним розташуванням розрізняють синапси органні (нервово-м’язові, нервово- епітеліальні – тобто залозисті), а також нервові. За способами передачi нервового iмпульсу виділяють хiмiчнi та електричнi синапси. За кiнцевим ефектом розрiзняють збуджувальнi та гальмiвнi синапси.

Хімiчнi синапси в ЦНС є головним i унiверсальним механiзмом зв'язку мiж нейронами.

Функціональне значення хімічних синапсів:

· робота з певною послідовністю дії за клапанним принципом – зі змінюваною пропускною здатністю при виникненні збудження чи гальмування;

· підсилююча дія в синапсі: навіть електричний струм, менший за 0,1 мВ (саме такий деполяризаційний потенціал в синаптичній щілині) в змозі збудити структуру постсинаптичної мембрани;

· впорядковуюча дія;

· пластичність завдяки модифікації сили нервового процесу з можливістю забезпечення навчання й памяті;

· саме синапс є точкою прикладання багатьох фармакологічних та інших хімічних речовин (у т.ч. от- рут).

Будова хімічних синапсівдосить складна. Синапс має пресинаптичну i постсинаптичну частини, мiж якими знаходиться синаптична щiлина. До пресинаптичної частини вiдноситься кiнцева гiлочка ак- сона, яка поблизу мiсця контакту втрачає оболонку. Вона може розширюватись у кiнцеву бляшку, утво- рюючи численнi послiдовнi контакти з рiзними дiлянками постсинаптичного нейрона, так званi перехiднi синапси. У пресинаптичному вiддiлi знаходиться велика кiлькiсть мiтохондрiй i везикул кулястої або овальної форми, розмiр яких дорiвнює 0,02-0,05 нм. У везикулах мiститься речовина, яка здiйснює пере- дачу збудження, тобто виконує роль посередника мiж двома нервовими клiтинами. Тому цю хiмiчну речо- вину називають медiатором (лат. mediator – посередник). Везикули концентруються уздовж поверхнi пресинаптичної мембрани, яка розмiщена навпроти синаптичної щiлини. Ця частина пресинаптичної мембрани має потовщення – активну зону.

Постсинаптичний (субсинаптичний) вiддiл утворений мембраною тiла нервової клiтини, її паростками або мембраною робочого органу. Вiн теж має потовщення – суцiльнi або переривчасті. Постсинаптична


 

мембрана у деяких синапсiв складчаста, що збiльшує поверхню стикання з медiатором. Мiж пресинаптич- ною i постсинаптичною мембранами є промiжок шириною 20-50 нм, заповнений мiжклiтинною желеподібною масою. Це синаптична щiлина.

Залежно вiд мiсця контакту аксона з частинами нервової клiтини розрiзняють аксосоматичнi, аксодендритнi й аксоаксональнi синапси. Iснують також дендродендритнi, соматодендритнi i дендросоматичнi синапси.



Механізм передачі збудження в хімічних синапсах

Ідея гуморальної передачі нервового імпульсу є порівняно давньою. Перша згадка про хімічну медіацію належить Дю Буа Раймону (1877). У 1921 році віденським фармакологом Отто Льові проведено знаменитий дослід, яким остаточно було стверджено хімічну передачу збудження в синапсі (рис. 2.3).

 

Рис. 2.3. Дослід О.Льові (Loewwi) у модифікації Кана.

О.Льовi подразнював блукаючий нерв iзольованого серця жаби. Серце уповiльнювало свою роботу. Потiм омиваючий розчин переносився з цього серця до iншого, також iзольованого, яке не стимулювалось: друге серце давало таку ж реакцiю. Було зроблено висновок, що при подразненнi блу- каючого нерва першого серця в поживну рiдину переходить певний медiатор.

Тривалий «вагусний» ефект на ізольоване серце було отримано після додавання в перфузат рос- линного алкалоїду – езерину, який є блокатором холінестерази. Атропіном блокувалась дія блукаю- чого нерва на ізольоване серце. Так було доведе- но, що хімічним передатчиком збудження з блукаю-

чого нерва на серце є ацетилхолін (Льові, Навратіл, 1926). Пізніше, за пропозицією чеського дослідника Р.Кана, було зконструйовано дворогу канюлю, до якої приєднувались два ізольованих серця: одне з вом, блукаючим або симпатичним, а друге – без нього. Отже, поживний розчин (перфузат) був загальним для обох сердець. У такому разі при подразненні нервів (блукаючого чи симпатичного) першого серця, у другому серці відбувались аналогічні зміни діяльності – відповідно уповільнення або прискорення скоро- чень.

Хiмiчний механiзм передачi збудження в верхньому шийному симпатичному ганглiї продемонстрував О.В.Кiбяков (1933). Використавши мiкроелектродну технiку для внутрiшньоклiтинної реєстрацiї синаптич- них потенцiалiв нейронiв ЦНС, Дж. Екклс зробив висновок про хiмiчну природу передачi збудження в си- напсах спинного мозку.

Стосовно хімічної медіації симпатичних волокон, знов таки Льові (1921), користуючись описаною спериментальною моделлю, навів перший прямий доказ звільнення гуморального фактора, який володіє серцевоприскорюючою дією, і назвав його “Accelerans-stoff”. Завдяки використанню флюорометричних методів кількісного виявлення катехоламінів (адреналіну і норадреналіну) у тканинах і рідинах організму, фон Ейлер (1946-1947) довів, що очищені витяжки симпатичних нервів і робочих органів містять майже виключно норадреналін. Таким чином було зроблено уточнення, що головним хімічним медіатором постгангліонарних симпатичних закінчень є норадреналін, а адреналін відіграє скоріше роль гормону наднирників. Тепер встановлено, що норадреналін, як медіатор, присутній в корі мозку, гіпоталамусі, сто- вбурі мозку, мозочку, спинному мозку.


 

Серед медіаторів є різні хiмiчнi ни. До них належать: ацетилхолiн, ламiни (адреналiн, норадреналiн, дофамiн), серотонiн, нейтральнi амiнокислоти (глутамiнова, аспарагiнова), кислi амiнокислоти (глiцин, γ-амiномасляна кис- лота – ГАМК), полiпептиди (речовина Р, енкефалiн, соматостатин та iн.), iншi речовини (АТФ, гiстамiн, простагланди- ни). Вiдповiдно синапси класифiкують за типом медiатора як холiнергiчнi, адре- нергiчнi та iн.

Медiатор синтезується в тiлi нейрона. Звiдси вiн транспортується по аксону до синаптичних закiнчень – кiнцевих бляшок, де i накопичується у везикулах. Видiлення може вiдбуватись як спонтанно, без зовнiшньої стимуляцiї у станi вiдносного спокою, так i при збудженнi (рис. 2.4).

 

Рис. 2.4. Механізм передачі збудження в синапсі.

1. Надходження потенціалу дії до пресинаптичної частини синапсу. 2. Вхід iонiв кальцiю у кiнцеву бляшку. 3. Видiлення у синап- тичну щiлину кванта медіатора (ацетилхоліна) і його дифузія через внутрiшньощiлинну речовину до постсинаптичної частини. 4. Ацетилхолiн дiє на особливо чутливi до нього дiлянки – рецеп- тивну субстанцію каналу. 5. Постсинаптична мембрана на короткий час стає проникною для iонiв, насамперед для натрiю (дещо й для кальцію) і у постсинаптичнiй мембранi виникає деполяризацiя. 6. Виникнення на постсинап- тичнiй мембранi деполяризацiйного потенцiалу – збуджувальний постсинаптичний потенцiал (ЗПСП). 7. Руйнування ацетилхолiну холiнестеразою; рецептори повертаються у

вихiдний стан. 8. Всмоктування продуктів розщеплення медіатора в пресинаптичну мембрану.

А.Фетт i Б.Катц (1952) встановили, що коли в пресинаптичному вiддiлi руйнується одна везикула, то звiльняється вiд 6 до 10 тис. молекул ацетилхоліну. Цю кiлькiсть було названо квантом медiатора. При подразненнi нерва в пресинаптичнiй частинi синапсу одночасно руйнується вiд 250 до 500 везикул, у синаптичну щiлину видiляється відповідна кiлькiсть квантiв медіатора. Процес звiльнення медiатора запускається ПД, що надходить до аксо- на, за участю iонiв кальцiю, котрi входять через пресинаптичну мембрану i сприяють виходу медіатора в синаптичну щiлину. Далi медіатор дифундує через внутрiшньощiлинну речовину до постсинаптичної час- тини, де дiє на особливо чутливi до нього дiлянки – рецептивну субстанцію.

Унаслiдок дiї ацетилхолiну на холiнорецептори постсинаптична мембрана на короткий час стає про- никною для iонiв, насамперед для натрiю (дещо й для кальцію). У постсинаптичнiй мембранi виникає деполяризацiя. Одного кванта медiатора досить для зменшення потенцiалу на 0,5 мВ. Такий потенцiал зветься мiнiатюрним потенцiалом. При одночасному звiльненнi 250-500 квантiв ацетилхолiну (2,5-5 млн. молекул) спостерiгається максимальне збiльшення кiлькостi мiнiатюрних потенцiалiв. Мiнiатюрнi потенцiали здатнi до сумації, унаслiдок чого на постсинаптичнiй мембранi утворюється деполяризацiйний потенцiал. Вiн пов'язаний з поступовим пiдвищенням проникностi натрiю через постсинаптичну мембрану з щiлини всередину другого нейрона (його сому або волокно) i має всi властивостi локального потенцiалу. Його назва – збуджувальний постсинаптичний потенцiал (ЗПСП). Коли проникнiсть натрiю (у зв'язку зi збiльшенням кiлькостi медiатора) зростає, ЗПСП досягає максимальної амплiтуди – критичного рiвня деполяризацiї (КРД), що складає 15 мВ. Це і є передумовою виникнення ПД (тобто збудження), який розповсюджується по всiй поверхнi нейрона. Для виникнення ПД необхiдно, щоб ЗПСП виник не менш нiж у 50 синапсах. У цьому випадку ЗПСП досягне критичного рiвня. Тривалість ЗПСП в периферичних і більшості нервових синапсів майже однакова: фаза зростання – 2 мс, спаду – 10-15 мс. Найбiльша


 

збудливiсть у мембрани початкового сегмента аксона (аксонного горбика) завдяки найвищій щільності Na+-каналів на 1 мм2 клітинної мембрани та його оголеності – відсутності мієлінової оболонки, отже й зменшеному опору. Саме тут започатковується ПД, який потiм розповсюджується по аксону й охоплює

тiло клiтини.

У синаптичнiй щiлинi медіатор (наприклад, ацетилхолiн) знаходиться дуже короткий промiжок часу (1-2 мс). Тут вiн руйнується відповідним ферментом (холiнестеразою). Рецептори повертаються у вихiдний стан, а продукти розщеплення медіатора в значнiй кiлькостi всмоктуються пре- i постсинаптичними мем- бранами і ресинтезуються у везикулах.

Пiсля завершення ПД у багатьох нейронах ЦНС спостерiгається вiдносно довга слiдова гiперполяризацiя. Це пояснюється тим, що мембрана клiтини на вiдмiну вiд аксонiв має значну кiлькiсть кальцiєвих каналiв. Пiд час деполяризацiї цi канали активуються. Iони кальцiю, якi входять в середину клiтини, активують зворотну проникнiсть мембрани для калiю, що й спричиняє слiдову гiперполяризацiю. Цей механiзм вiдiграє важливу роль в регуляцiї частоти ПД нервової клiтини.

У фармакологічній практиці відомий ряд речовин, котрі запобігають виникненню збудження в синапсах. Це можна здійснити різними шляхами:

1) заблокувати проведення збудження до пресинаптичної мембрани (місцеві анестетики);

2) заблокувати виділення медіатора (зменшити концентрацію Са2+, ввести Мn2+, Mg2+, які блокують проникливість Са2+ через пресинаптичну мембрану, отже й ініціацію виділення медіатора);

3) порушити синтез ацетилхоліну в синапсах (геміхоліній);

4) заблокувати холінорецептори постсинаптичної мембрани (атропін; зміїна отрута (бунгаротоксин); кураре - конку- рент ацетилхоліну, який зв’язує холінорецептори в нервово-м’язових синапсах; декаметоній, сукцинілхолін - виклика- ють деполяризацію пост-синаптичної мембрани і таким чином інактивують Na+);

5) загальмувати дію холінестерази (медіатор діє довго й викликає стійку деполяризацію).

Згідно принципу Дейла, кожен нейрон здатний виділяти лише один якийсь медіатор. Останнім часом знайдено відхилення від такої закономірності: визначено нейрони, кожен з яких спроможний виробляти декілька медіаторів.

Крім іонотропних медіаторів існують також метаболотропні. Здебільшого це нейропептиди. Свій вплив на постси- наптичну мембрану вони здійснюють шляхом активації специфічних ферментів мембрани. Як наслідок, у нейронах активуються вторинні посередники (месендже-

ри), які в свою чергу запускають каскади внутрішньоклітинних процесів, тим самим впли- ваючи на функцію клітин.

До месенджерів відносять такі 4 системи: 1) аденілатциклаза – цАМФ; 2) гуанілатциклаза – цГМФ; 3) фосфоліпаза С – інозітол – трифосфат;

4) іонізований кальцій. Вони забезпечують вплив як на іонну проникливість мембран, так і на син- тез та виділення медіаторів; регулюють також синтез білків, енергетичний обмін.

Синапси гальмiвної дiї

Гальмування– активний процес в ЦНС, який проявляється пригнiченням збудження або повним його припиненням у вiдповiдь на подразнення.

Довгий час iснувала думка, що для нервової системi можливий тiльки процес збудження, а пригнiчення фiзiологiчної реакцiї пов'язане зi зменшенням процесу збудження. Вiдкриття про- цесу гальмування як фiзiологiчного феномена було зроблене при дослiдженнi впливу блукаю- чого нерва на скорочення серця (брати Вебер, 1845). Явище центрального гальмування вiдкрив I.М.Сєченов у 1863 р. Він довiв, що подразнення структур стовбура мозку (низхідний відділ рети- кулярної формації) викликає пригнiчення спин- номозкових центрiв жаби (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема центрального гальму- вання за І.М.Сєченовим

На схемі показано розповсюдження нервових імпульсів від гальмівних нейронів стовбура мозку до спинного мозку при накладанні кристалика NaCl на ділянку зорових горбів.

Гальмування за рахунок центрів спинного мозку встановив Гольц. Відтоді починається вивчення галь-


мування як самостiйного нервового процесу, який викликається збудженням i проявляється пригнiченням iншого збудження.

На вiдмiну вiд процесу збудження, який виявляється в двох головних формах – ПД, здатного до роз- повсюдження та локальних потенцiалiв, гальмування може виникати тiльки у виглядi локального процесу й завжди пов'язане з iснуванням специфiчних гальмiвних синапсiв. Пресинаптичнi закiнчення гальмiвних синапсiв належать аксонам гальмiвних нейронiв, якi пригнiчують активнiсть усiх нервових клiтин, з котри- ми вступають у синаптичний контакт. Прикладом гальмiвних нейронiв у спинному мозку є нейрони Рен- шоу, у головному мозку – нейрони Пуркiн'є кори мозочка.

Сучаснi електрофiзiологiчнi дослiдження дозволили встановити два принципово рiзнi способи галь- мування клiтин: постсинаптичне гальмування (зниження збудливостi соми чи дендритiв нейрона) та пресинаптичне гальмування (зменшення чи припинення видiлення медiатора пресинаптичним нервовим закiнченням) (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Гальмування в ЦНС.

Гальмівні нейрони заштриховано.

А – пресинаптичне гальмування: пригнiчується видiлення медiатора в збуджувальних синапсах. Структурною основою такого процесу гальмування є аксо-аксональнi синапси, якi утворюються аксонами гальмiвних вставних нейронiв i аксо- нальними закiнченнями збуджувальних нейронiв. Активацiя аксо-аксонального синапса супроводжується деполяризацiєю пресинаптичної мембрани за типом катодичної депресiї, тобто натрiєвої iнактивацiї, до чого причетна кальцiєва проникнiсть. При надходженнi до такої деполяризованої дiлянки ПД затримується або зменшується його амплітуда у порівнянні з нормальною i тому у відповідному синапсi не видiляється медiатор.

Б – постсинаптичне гальмування:ПД закiнчення аксона, що належить до гальмiвного нейрона, викликає видiлення медiатора, який активує калiєвi канали, і як наслідок виникає гiперполяризацiя постсинаптичної мембрани – гальмiвний пост- синаптичний потенцiал (ГПСП).

 

Постсинаптичне гальмування розвивається насту- пним чином: ПД закiнчення аксона, що належить до гальмiвного нейрона, викликає видiлення медiатора, який

активує калiєвi канали. Виникає гiперполяризацiя постсинаптичної мембрани – гальмiвний постсинапти-

чний потенцiал (ГПСП) (рис. 2.7 ).

 

Рис. 2.7. Механізми генерації збуджувального пос- тсинаптичного потенціалу (ЗПСП - А) та гальмівно- го постсинаптичного потенціалу (ГПСП - Б).

При розвитку ГПСП підвищується критичний рівень деполяризації (КРД), у зв’язку з чим пригнiчується дiяльнiсть натрiєвих каналiв i зменшується можливiсть розвитку процесу деполяризацiї, тобто ЗПСП. Такий механізм гальмування властивий здебільшого аксо- дендритним синапсам. У розвитковi ГПСП аксо- соматичних синапсів провідну роль вiдiграють iони хлору, якi, проникаючи всередину нейрона, також при- зводять до гiперполяризації мембрани. У спинному мозку гальмiвним медiатором може бути глiцин. Його блокатором (конкурентом на субсинаптичній мембрані) є стрихнін.

Пресинаптичне гальмування полягає в тому, що пригнiчується видiлення медiатора в збуджувальних

синапсах. Структурною основою такого процесу гальмування є аксо-аксональнi синапси, якi утворюються аксонами гальмiвних вставних нейронiв i аксональними закiнченнями збуджувальних нейронiв (див. рис. 2.9).

Активацiя аксо-аксонального синапса супроводжується деполяризацiєю пресинаптичної мембрани за типом катодичної депресiї, тобто натрiєвої iнактивацiї, до чого причетна кальцiєва проникнiсть. При надходженнi до такої деполяризованої дiлянки ПД затримується i тому у відповідному синапсi не видiляється медiатор. Але через iншi


 

синапси цей нейрон може збуджуватись, тобто пресинаптичне гальмування є фрагментарним. Фрагментарність бло- кування лише частки нейрона при пресинаптичному гальмуванні є однією з запорук його пластичності. Пресинаптич- не гальмування пригнічує в ЦНС несуттєві аферентні сигнали, тобто впливає на висхідні та низхідні провідникові шляхи спинного мозку, звільняючи від несуттєвої інформації, а в патологічному стані захищає мозок від зайвої аферентації, зокрема больової. Медiатором пресинаптичного гальмування є ГАМК.

Електричнi синапси

Міжнейронна передача збудження може відбуватися також електричним шляхом, тобто без участі медіаторів. Умовою для цього є щільний контакт між двома клітинами шириною до 9 нм. Отже, натрієвий струм від однієї з них може проходити через відчинені канали іншої мембрани. Тобто джерелом постси- наптичного струму другого нейрона є пресинаптична мембрана першого. Процес безмедіаторний; забезпечується виключно канальними білками (ліпідні мембрани для іонів непроникливі). Саме такі міжклітинні зв’язки названо нексусами (щілинними контактами). Вони розташовані строго один проти од- ного в мембранах двох нейронів – тобто на одній лінії; діаметром великі (до 1,5 нм у поперечнику), проникливі навіть для макромолекул масою до 1000. Складаються з субодиниць масою до 25000. Їх наявність звичайна для ЦНС як хребетних, так і безхребетних; властива групам синхронно функціонуючих клітин (зокрема, знайдені в мозочку між клітинами-зернами).

Бiльшiсть електричних синапсiв є збуджуючими. Але при певних морфологiчних характеристиках вони можуть бути гальмiвними. При двобічності проведення деякi з них мають випрямлюючий ефект, тобто проводять електричний струм значно краще вiд пресинаптичних структур до постсинаптичних, нiж у зво- ротному напрямку.





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...