Тема 6. Физиология синапсов
1. Физиологические свойства синапсов, их классификация
Синапс – это структурно функциональное образование, обеспечивающее переход возбуждения или торможения с окончания нервного волокна на иннервирующую клетку.
Структура синапса:
1) пресинаптическая мембрана (электрогенная мембрана в терминале аксона, образует синапс на мышечной клетке);
2) постсинаптическая мембрана (электрогенная мембрана иннервируемой клетки, на которой образован синапс);
3) синаптическая щель (пространство между пресинаптической и постсинаптической мембраной, заполнена жидкостью, которая по составу напоминает плазму крови).
Существует несколько классификаций синапсов.
1. По локализации:
1) центральные синапсы;
2) периферические синапсы.
Центральные синапсы лежат в пределах центральной нервной системы, а также находятся в ганглиях вегетативной нервной системы. Центральные синапсы – это контакты между двумя нервными клетками, причем эти контакты неоднородны, и в зависимости от того, на какой структуре первый нейрон образует синапс со вторым нейроном, различают:
1) аксосоматический – образован аксоном одного нейрона и телом другого нейрона;
2) аксодендритный – образован аксоном одного нейрона и дендритом другого;
3) аксоаксональный – аксон первого нейрона образует синапс на аксоне второго нейрона;
4) дендродендритный – дендрит первого нейрона образует синапс на дендрите второго нейрона.
Периферические синапсы. Различают несколько видов периферических синапсов:
1) мионевральный (нервно-мышечный) – образован аксоном мотонейрона и мышечной клеткой;
2) нервно-эпителиальный – образован аксоном нейрона и секреторной клеткой.
2. Функциональная классификация синапсов:
1) возбуждающие синапсы;
2) тормозящие синапсы.
3. По механизмам передачи возбуждения в синапсах:
1) химические;
2) электрические.
Особенность химических синапсов заключается в том, что передача возбуждения осуществляется при помощи особой группы химических веществ – медиаторов.
Различают несколько видов химических синапсов:
1) холинэргические – в них происходит передача возбуждения при помощи ацетилхолина;
2) адренэргические – в них происходит передача возбуждения при помощи 3 катехоламинов;
3) дофаминэргические – в них происходит передача возбуждения при помощи дофамина;
4) гистаминэргические – в них происходит передача возбуждения при помощи гистамина;
5) ГАМК-эргические – в них происходит передача возбуждения при помощи гаммааминомасляной кислоты, т. е. развивается процесс торможения.
Особенность электрических синапсов заключается в том, что передача возбуждения осуществляется при помощи электрического тока. Таких синапсов в организме обнаружено мало.
Синапсы имеют ряд физиологических свойств:
1) клапанное свойство синапсов – способность передавать возбуждение только в одном направлении с пресинаптической мембраны на постсинаптическую;
2) свойство синаптической задержки – связано с тем, что скорость передачи возбуждения снижается за счет малой скорости диффузии медиатора;
3) свойство потенциации – каждый последующий импульс будет проводиться с меньшей постсинаптической задержкой. Это связано с тем, что на пресинаптической и постсинаптической мембране остается медиатор (ацетилхолин) от проведения предыдущего импульса;
4) низкая лабильность синапса – 100–150 им/с.
2. Механизмы передачи возбуждения в синапсах на примере мионеврального синапса
Мионевральный (нервно-мышечный) синапс образован аксоном мотонейрона и мышечной клеткой.
Нервный импульс возникает в тригерной зоне нейрона, по аксону направляется к иннервируемой мышце, достигает терминали аксона и при этом деполяризует пресинаптическую мембрану. После этого открываются натриевые и кальциевые каналы, и ионы Ca из среды, окружающей синапс, входят внутрь терминали аксона. При этом процессе броуновское движение везикул упорядочивается по направления к пресинаптической мембране. Ионы Ca стимулируют движение везикул. Достигая пресинаптическую мембрану, везикулы разрываются и освобождается ацетилхолин (4 иона Ca высвобождают 1 квант ацетилхолина). Синаптическая щель заполнена жидкостью, которая по составу напоминает плазму крови, через нее происходит диффузия АХ с пресинаптической мембраны на постсинаптическую, но ее скорость очень мала. Кроме того, диффузия возможна еще и по фиброзным нитям, которые находятся в синаптической щели. После диффузии АХ начинает взаимодействовать с хеморецепторами (ХР) и холинэсторазой (ХЭ), которые находятся на постсинаптической мембране.
Холинорецептор выполняет рецепторную функцию, а холинэстераза выполняет ферментативную функцию. На постсинаптической мембране они расположены следующим образом:
ХР-ХЭ-ХР-ХЭ-ХР-ХЭ.
ХР + АХ = МПКП – миниатюрные потенциалы концевой пластины.
Затем происходит суммация МПКП. В результате суммации образуется ВПСП – возбуждающий постсинаптический потенциал. Постсинаптическая мембрана за счет ВПСП заряжается отрицательно, а на участке, где нет синапса (мышечного волокна), заряд положительный. Возникает разность потенциалов, образуется потенциал действия, который перемещается по проводящей системе мышечного волокна.
ХЭ + АХ = разрушение АХ до холина и уксусной кислоты.
В состоянии относительного физиологического покоя синапс находится в фоновой биоэлектрической активности. Ее значение заключается в том, что она повышает готовность синапса к проведению нервного импульса. В состоянии покоя 1–2 пузырька в терминале аксона могут случайно подойти к пресинаптической мембране, в результате чего вступят с ней в контакт. Везикула при контакте с пресинаптической мембраной лопается и ее содержимое в виде одного кванта АХ поступает в синаптическую щель, попадая при этом на постсинаптическую мембрану, где будет образовываться МПКН.
3. Физиология медиаторов. Классификации и характеристика
Медиатор – это группа химических веществ, которая принимает участие в передаче возбуждения или торможения в химических синапсах с пресинаптической на постсинаптическую мембрану.
Критерии, по которым вещество относят к группе медиаторов:
1) вещество должно выделяться на пресинаптической мембране, терминали аксона;
2) в структурах синапса должны существовать ферменты, которые способствуют синтезу и распаду медиатора, а также должны быть рецепторы на постсинаптической мембране, которые взаимодействуют с медиатором;
3) вещество, претендующее на роль медиатора, должно при очень низкой своей концентрации передавать возбуждение с пресинаптической мембраны на постсинаптическую мембрану.
Классификация медиаторов:
1) химическая, основана на структуре медиатора;
2) функциональная, основана на функции медиатора.
Химическая классификация
1. Сложные эфиры – ацетилхолин (АХ).
2. Биогенные амины:
1) катехоламины (дофамин, норадреналин (НА), адреналин (А), норадреналин);
2) серотонин;
3) гистамин.
3. Аминокислоты:
1) гаммааминомасляная кислота (ГАМК);
2) глютаминовая кислота;
3) глицин;
4) аргинин.
4. Пептиды:
1) опиоидные пептиды:
а) метэнкефалин;
б) энкефалины;
в) лейэнкефалины;
2) вещество «P»;
3) вазоактивный интестинальный пептид;
4) соматостатин.
5. Пуриновые соединения: АТФ.
6. Вещества с минимальной молекулярной массой:
1) NO;
2) CO.
Функциональная классификация
1. Возбуждающие медиаторы, вызывающие деполяризацию постсинаптической мембраны и образование возбуждающего постсинаптического потенциала:
1) АХ;
2) глютаминовая кислота;
3) аспарагиновая кислота.
2. Тормозящие медиаторы, вызывающие гиперполяризацию постсинаптической мембраны, после чего возникает тормозной постсинаптический потенциал, который генерирует процесс торможения:
1) ГАМК;
2) глицин;
3) вещество «P»;
4) дофамин;
5) серотонин;
6) АТФ.
Норадреналин, изонорадреналин, адреналин, гистамин являются как тормозными, так и возбуждающими.