2 курс / Нормальная физиология / Нормальная_физиология_практикум_Часть_1_Зинчук_В_В_2014

2.4. Нервная ткань	81

составляет. для. нервной. ткани. —. 500–1000. имп/с,. для. мышеч- ной.—.200–250.имп/с,.для.химического.синапса.—.100–125.имп/с.. Нервная.ткань.имеет.большую.лабильность,.чем.мышечная..Ее.значение. зависит. от. функционального. состояния. ткани.. Она. может. изменяться. в. процессе. длительного. действия. раздражителя,. т.е.. ткань. может. повышать. свою. функциональную. подвижность. в. процессе. жизнедеятельности.. Усвоение ритма. —. способность. возбудимой. . ткани. изменять. генерируемое. количество. импульсов. возбуждений. при. длительном. воздействии. раздражителей. (А.А..Ухтомский).

Парабиоз.(от.греч..para.—.рядом,.около.и.bios.—.жизнь).—.это. локальное.длительное.состояние.особого.возбуждения,.возникающее. под. действием. наркотических. или. других. веществ.. Понятие. и.теория.парабиоза.разработаны.Н.Е..Введенским.(1901).

Выделяют.следующие.фазы.парабиоза:уравнительная.—.на.раздражитель.любой.силы.ответная.ре-

акция.одинакова;парадоксальная.—.на.действие.раздражителя.большей.силы.

ответная. реакция. меньше,. чем. на. раздражитель. меньшей. величины;

тормозная.—.раздражитель.любой.силы.не.вызывает.процесс. возбуждения.

2.4. нервная ткань

Нервная. ткань. как. возбудимая. обладает. выраженной. способ- ностью.обеспечивать.передачу.информации.на.расстоянии.—.про- водимостью..Это.реализуется.по.ходу.нервных.волокон.либо.через. взаимодействие.двух.клеток.

В.90-е.гг..XIX.в..испанский.ученый.Сантьяго.Рамон-и-Кахаль. сформулировал.основные.положения.нейронной теории,.согласно. которой. связь. между. нейронами. осуществляется. с. помощью. контактов. клеточной. мембраны,. а. не. с. помощью. цитоплазматической. непрерывности. (нервная ткань — это не синцитий).. Он. и. Гольджи. разделили. Нобелевскую. премию. по. физиологии. и. медицине. 1906. г.. «За. работу. по. изучению. структуры. нервной. системы».

82	Глава 2. Физиология возбудимых тканей

2.4.1. Синапс

Синапс.(греч..synapsis.—.соприкосновение,.соединение).пред- ставляет. собой. высокоспециализированную. структуру,. обеспечивающую.проведение.сигнала.от.одной.клетки.к.другой..Этот.термин. был. введен. английским. физиологом. Ч.. Шеррингтоном. в. 1897. г.. Синапс.обеспечивает.процессы.межнейронной.коммуникации,.интегрирующую.деятельность.ЦНС..В.структуре.синапса.различают.

пресинаптический.и.постсинаптический.отделы,.а.также.расположенную.между.ними.синаптическую щель..Существуют.различные. типы.синапсов.

Классификация.синапсов.по.типу контактируемых клеток:межнейронные;нейроэффекторные.(нейромышечные,.нейросекреторные);нейрорецепторные.

Классификация. м е ж н е й р о н н ы х .синапсов:аксо-соматические;аксо-дендритные;аксо-аксональные;дендро-дендритные;сомато-соматические;сомато-дендритные.

Классификация.синапсов.по.механизму передачи:электрические;химические;смешанные.

2.4.2. Электрический синапс

Электрический синапс.представляет.собой.межклеточное.образование,.которое.обеспечивает.передачу.импульса.возбуждения. посредством.возникновения.электрического.тока.между.пресинаптическим.и.постсинаптическим.отделами..В.этом.синапсе.клеточные.мембраны.тесно.прилегают.друг.к.другу,.образуя.узкую.щель. шириной.2.нм.(щелевой контакт)..На.этих.мембранах.находятся. специфические. белковые. комплексы,. состоящие. из. шести. субъединиц.и.располагающиеся.в.таком.порядке,.что.в.их.центре.образуется. пора,. заполненная. водой,. которая. проходит. через. бислой.

2.4. Нервная ткань	83

клеточной.мембраны.—.коннексоны..Большинство.электрических. синапсов.являются.возбуждающими..Данный.тип.синапса.не.широко.представлен.у.млекопитающих..В.организме.взрослого.электрические. синапсы. встречаются. в. сетчатке. глаза,. стволе. мозга,. вестибулярных.корешках.и.нижней.оливе..При.некоторых.заболеваниях,. связанных. с. дегенерацией. границы. аксонов,. возникают. патологические.зоны,.близкие.по.строению.к.электрическим.синапсам,. называемые. эфапсами.. При. этом. щелевые. контакты. не. возникают. (из-за. отсутствия. изолирующего. слоя. миелиновой. оболочки),.но.аксоны.тесно.прилегают.друг.к.другу.и.электрическое. сопротивление.мембран.аксонов.становится.таким.низким,.что.позволяет.потенциалам.с.одного.аксона.«перепрыгивать».на.другой.. Это.ведет.к.появлению.ложной.информации,.например.к.возникновению. чувства. боли,. хотя. периферические. болевые. рецепторы. не.возбуждены..Данный.вид.синапсов.встречается.в.таких.клетках,. как.кардиомиоциты,.гепатоциты.гладкомышечные.глиальные,.эпителиальные.

Свойства.электрических.синапсов:

быстродействие.—.скорость.передачи.значительно.превосхо- дит.химические.синапсы;

слабость.следовых.эффектов.—.практически.отсутствует.сум- мация.последовательных.сигналов;

высокая.надежность.передачи.возбуждения;пластичность;двухсторонность. передачи. (в. сравнении. с. химическим. си-

напсом).

2.4.3. Химический синапс

Химический синапс.—.это.межклеточное.образование,.которое. обеспечивает. передачу. сигнала. с. помощью. химического. посредника. (медиатора),. выполняющего. функцию. сигнальной. молекулы,. обеспечивая. тем. самым. специфичность. функционирования. той. или.иной.клетки..Медиатор.способен.взаимодействовать.с.рецептором..Как.правило,.это.белковая.молекула,.имеющая.определенную. структурно-функциональную. организацию.. Основы. рецепторной теории.были.сформулированы.П..Эрлихом.и.Дж..Ленгли:. вещество. не. действует,. не. будучи. связанным;. одна. субстанция.

84	Глава 2. Физиология возбудимых тканей

обусловливает. различные. эффекты. в. клетках-мишенях;. клетка,. имея. различные. рецепторы,. реагирует. на. различные. сигналы.. В.1877.г..Э.Г..Дюбуа-Реймон.предположил,.что.передача.возбуж- дения.с.нерва.на.мышцу.осуществляется.при.помощи.освобождения. химического. вещества,. а. в. 1936. г.. Дейл,. Фельдберг. и. Фогт. продемонстрировали,. что. ацетилхолин. освобождается. из. двигательных.нервных.окончаний.

Согласно. квантовой. гипотезе,. высвобождение. медиатора. осуществляется. из. пресинаптического. отдела. дискретно.. В. 1954. г.. Х..дель.Кастильо.и.Б..Катц.детально.описали.потенциал.концевой. пластинки. и. миниатюрный. потенциал. концевой. пластинки. в.нервно-мышечном.синапсе.и.предположили,.что.медиатор.осво- бождается.определенными.порциями.—.квантами.

Высвобождение. медиатора. из. везикул. осуществляется. путем. экзоцитоза.. В. этом. процессе. важная. роль. отводится. особым. белкам.синапсинам,.которые.представляют.собой.фосфопротеины,.ассоциированные. с. мембраной. синаптических. пузырьков.. Для. его. активации.необходимы.ионы.Са2+..Везикулярные.белки,.участву- ющие.в.экзоцитозе:.синаптобревин.—.18.кД.—.участвует.в.стыковке,. синаптотагмин. —. 65. кД,. Са-связывающий. белок,. обусловливает. Са-зависимый. процесс. слияния. мембран. пузырька. и. терминали,. синаптофизин. —. образует. пору. слияния. везикулы. с. мембраной.. Образуемый.комплекс.«медиатор.—.рецептор».вызывает.изменение. конформации. определенного. региона. биомембраны. и. последующего.определенного.клеточного.ответа.

Свойство.химических.синапсов:принцип.«физиологического.клапана»;участие.посредника.—.медиатора;синаптическая.задержка;принцип.Дейла;трансформация.ритма.возбуждения;синаптическое.облегчение.и.депрессия;утомляемость;

явление.суммации,.подчинение.закону.«силы»;низкая.лабильность;чувствительность.к.химическим.факторам. Медиаторы.—.химические.вещества,.участвующие.в.передаче.

возбуждения.или.торможения.от.одной.возбудимой.клетки.к.другой..

2.4. Нервная ткань	85

Принцип Дейла.—.это.закономерность,.согласно.которой,.как.пра- вило,. в. синаптических. окончаниях. одного. нейрона. выделяется. только. один. медиатор.. Синаптическая задержка. —. время,. необходимое. для. проведения. импульса. возбуждения. в. синапсе. (0,2–0,5. мс).. В. сложной. рефлекторной. дуге. содержится. большое. количество. синапсов,. что. увеличивает. время. ответной. реакции. рефлекса.

Свойства.медиаторов:вещество.синтезируется.в.нейроне;накапливается.в.окончании.клетки;

выделяется. при. появлении. ионов. Са2+. в. пресинаптическом. окончании;

оказывает. специфическое. действие. на. постсинаптическую. мембрану.

Известны.различные.подходы.к.классифицированию.химических.синапсов.

Классификация.синапсов.по.химической структуре медиатора:

холинергические;адренергические;дофаминергические;ГАМК-ергические;глутаматергические;аспартатергические;пептидергические;пуринергические.

Мембранные рецепторы.представляют.собой.белковые.молекулы,. которые. комплементарны. к. соответствующим. медиаторам. и.способны.контролировать.функциональное.состояние.структурных.элементов.мембраны.(открытие.каналов,.изменение.конформации.молекул.и.т.д.).

По. рецепторной организации. различают. ионотропные. и. метаботропные.рецепторы.

Ионотропные. рецепторы. состоят. из. нескольких. субъединиц,. которые.в.клеточной.мембране.образуют.ионный.канал..Связывание.медиатора.с.этим.рецептором.приводит.к.открытию.канала.за. счет.аллостерического.эффекта..Метаботропные.рецепторы.—.это. структуры,.связанные.с.системами.внутриклеточных.посредников,. изменения.их.конформации.при.связывании.с.лигандом.приводят.

86	Глава 2. Физиология возбудимых тканей

к.запуску.каскада.реакций.и.в.конечном.счете.к.изменению.функционального.состояния.клетки..Эти.рецепторы.могут.быть.связаны. с.гетеротримерными.G-белками.(например,.рецептор.вазопресси- на),. обладать. внутренней. тирозинкиназной. активностью. (например,.рецептор.инсулина),.либо.являться.внутриклеточными.факторами.транскрипции.(например,.рецепторы.глюкокортикоидов).

Классификация.рецепторов.плазматическиой.мембраны.по.механизму действия:

функционирующие.как.ионные.каналы;функционирующие.как.протеинкиназа;активирующие.G-белок.(цАМФ,.цГМФ,.фосфолипида.С.и.др.). Классификация.рецепторов.по.вызываемому эффекту:возбуждающие;тормозные.

Как.правило,.химические.синапсы.обеспечивают.передачу.процесса.возбуждения,.но.могут.инициировать.и.процессы.торможения..В.возбуждающих.синапсах.вследствие.образования.комплекса. «медиатор. —. рецептор». происходит. рост. проницаемости. для. ионов.Na+,.K+,.Сl−,.что.ведет.к.деполяризации.мембраны.и.возникновению. возбуждающего. постсинаптического. потенциала. (ВПСП).. В. тормозных. синапсах. увеличивается. проницаемость. для. ионов,. прежде.всего.K+.и.Cl−,.что.обусловливает.гиперполяризацию.мембраны. и. соответственно. вызывает. тормозной. постсинаптический. потенциал.(ТПСП).

2.4.4. Нервно-мышечный синапс

Одним. из. наиболее. распространенных. химических. синапсов. является.нервно-мышечный..В.данном.структурном.образовании. основным.медиатором.является.ацетилхолин..В.пресинаптическом. отделе.находятся.везикулы.с.медиатором..В.них.может.содержаться. до.6–8.тысяч.молекул.данного.медиатора..Образование.ацетилхо- лина.происходит.при.участии.фермента.ацетилхолинтрансферазы.. Под.действием.нервного.импульса.осуществляется.деполяризация. мембраны,. открытие. особых. потенциал-зависимых. Са2+-каналов. и. устремление. Са2+. внутрь. нервного. окончания.. Рост. концентрации. Са2+. активирует. Са2+-кальмодулин-зависимую. протеинкиназу.II,.которая.фосфорилирует.синапсин,.синаптотагмин,.синапто-

2.4. Нервная ткань	87

бревин. и. т.д.,. что. обусловливает. выброс. медиатора. в. синаптическую.щель.путем.экзоцитоза..Ацетилхолин.выбрасывается.дискретно. (4. ×. 104),. как. бы. порциями.. Один. нервный. импульс. инициирует. синхронное.выделение.100–200.порций.медиатора.в.течение.1.мс.. Запасов. ацетилхолина. в. окончании. достаточно. для. генерации. 2500–5000. импульсов.. За. открытие гуморальных передатчиков. в. нервных. окончаниях. и. механизмов. их. хранения,. выделения. и. инактивации. Бернард. Катц. (B.. Katz,. 1911–2003). был. удостоен. Нобелевской. премии. в. 1970. г.. Им. показано,. что. каждый. слабый. потенциал.концевой.пластинки.соответствует.эффекту.нескольких. тысяч. молекул. ацетилхолина,. т.е.. количеству,. которое. находится. в.одном.синаптическом.пузырьке.

Медиаторы,. диффундируя. к. рецепторам. постсинаптической. мембраны,.образуют.с.ним.соответствующие.комплексы..Холинорецепторы.представляют.собой.липопротеиды.(плотность.расположения.около.13.000/мкм2)..Выделяют.чувствительные к никотину. (Н-холинорецепторы). и. мускарину. (М-холинорецепторы). рецепторы,.каждый.из.которых.состоит.из.5.белковых.субъединиц,.об- разующих.в.мембране.ионный.канал..Н-холинорецепторы.блоки- руются. особым. веществом. кураре. и. относятся. к. ионотропным. рецепторам. (лиганд-управляемый. ионный. канал).. Его. активация. приводит. к. изменению. ионной. проницаемости. мембраны. и. ее. деполяризации..Выделяют.два.их.подтипа.в.зависимости.от.локализации:. в. нервно-мышечном. синапсе. и. нейрональные.. М-холи.- норецепторы.блокируются.атропином.и.относятся.к.метаботропным.рецепторам..Содержатся.в.ЦНС,.сердечной.мышце.и.других. тканях.

С. рецептором. на. постсинаптической. мембране. могут. связываться.и.другие.вещества,.если.при.этом.развивается.аналогичный. эффект,.то.их.относят.к.агонистам,.а.если.они.блокируют.рецептор,.то.это.антогонисты..В.результате.действия.медиатора.возникает.миниатюрный.постсинаптический.потенциал..За.счет.их.суммации. образуется. возбуждающий. постсинаптический. потенциал,. который. инициирует. процесс. мышечного. сокращения.. Взаимодействие.ацетилхолина.с.рецептором,.который.представляет.ионный. канал,.приводит.к.возникновению.потенциала.концевой.пластинки,.инициирующего.формирование.потенциала.действия,.распространяющегося.по.мышечному.волокну.и.вызывающего.мышечное.

88	Глава 2. Физиология возбудимых тканей

сокращение..Завершение.синаптического.процесса.обеспечивает. перенос. соответствующей. информации.. Под. воздействием. фермента. ацетилхолинэстеразы. происходит. расщепление. этого. медиатора.до.холина.и.уксусной.кислоты,.в.результате.чего.прекращается. его. действие.. Известны. вещества,. ингибирующие. данный. фермент,.которые.способны.влиять.на.процесс.мышечного.сокращения.

Основные. пути. изменения. процессов. нервно-мышечной. передачи:

блокада.холинорецепторов.(кураре,.миорелаксанты).—.про- исходит. блокирование. соответствующего. рецептора,. медиатор. не.способен.вызвать.возбуждение;

ингибирование.холинэстеразы.(эзерин,.простигмин.и.др.).—. инактивация.фермента.приводит.к.удлинению.действия.медиатора. и.стойкой.деполяризации.постсинаптической.мембраны;

подавление.выхода.ацетилхолина.из.пресинаптического.отдела. (токсин. ботулизма). —. осуществляется. путем. расщепления. белка,.обеспечивающего.выделение.ацетилхолина.из.везикул.

Одними.из.важнейших.химических.синапсов.являются.глутаматные. (в. ЦНС. содержатся. почти. в. 50. %. нейронов).. Их. функционирование. особо. важно. для. процессов. обучения.. Глутамат,. взаимодействуя.с.соответствующим.рецептором,.может.вызывать. выраженную. деполяризацию,. формируя. долгосрочное. потенционирование..Возможно.удаление.медиатора.из.синаптической.щели. через. механизм. селективного. захвата. назад. в. пресинаптический. отдел.. Для. осуществления. тормозных. процессов. используются. такие. медиаторы,. как. глицин. (например,. в. гиппокампе),. γ-амино- масляная кислота. (ГАМК). и. др.. Большое. значение. также. имеют. моноаминергические. синапсы. (серотонин,. гистамин,. дофамин,. катехоламины),.которые.обеспечивают.переработку.информации,. модулируют.процессы.обучения,.сна,.бодрствования,.формирование. болевых. ощущений.. При. дисбалансе. их. функционирования. наблюдается.нарушение.тех.или.иных.функций.ЦНС,.происходит. возникновение.различных.заболеваний.

С. учетом. особенностей. организации. функционирования. химического. синапса. различают. ряд. понятий.. Первичный мессенджер. —. это. химическое. вещество,. способное. взаимодействовать. с. рецепторами. на. плазматической. мембране,. инициируя. опреде-

2.4. Нервная ткань	89

ленную.клеточную.реакцию..Вторичный мессенджер.—.это.суб- станция,.обеспечивающая.передачу.сигнала.от.комплекса.«первич- ный.мессенджер.—.рецептор».на.плазматической.мембране.к.опре- деленным.внутриклеточным.механизмам.

Классификация. основных. первичных. мессенджеров. (нейротрансмиттеров):

биогенные. амины:. ацетилхолин,. дофамин,. норадреналин,. адреналин,.серотонин,.гистамин;

аминокислоты:. глутамат,. аспартат,. γ-аминомасляная. кислота,.глицин,.таурин;

нейропептиды:.эндорфины,.субстанция.Р,.нейротензин,.эпидермальный. фактор. роста,. нейропептид. Y,. пептид. YY,. нейрокинин.А,.нейрокинин.В;

нуклеотиды:.аденозин,.аденозин.трифосфат;простагландины:.простагландин.Е.и.др.;свободные.радикалы:.оксид.азота,.супероксиданион.

2.4.5. Проведение возбуждения по нервному волокну

Нервные.волокна,.являясь.отростками.нейронов,.осуществляют. передачу. информации. по. ходу. нейрона. и. от. него. к. аналогичной. к.клетке.либо.рецептору.или.эффектной.клетке..Нервные.волокна. подразделяются.на.мякотные.(миелинизированные).и.безмякотные.(немиелинизированные)..В.ВНС.преобладают.немиелинизированные. волокна,. а. в. эфферентных. нервах. скелетных. мышц. —. миелинизированные.. Миелиновая. оболочка. мякотных. волокон. охватывает. их. со. всех. сторон,. прерываясь. через. определенные. промежутки,.образуя.перехваты.Ранвье..Эта.оболочка.выполняет. изолирующую. и. трофическую. функции. в. миелинизированном. нервном.волокне.

Характеристики. процесса. проведения. возбуждения. по. нервным.волокнам:

анатомическая.и.функциональная.целостность;двухсторонность;распространение. возбуждения. в. обе. стороны. происходит.

с.одинаковой.скоростью;распространение.возбуждения.в.обе.стороны.происходит.без.

затухания;

90	Глава 2. Физиология возбудимых тканей

в.различных.волокнах.возбуждение.передается.с.разной.скоростью;

большая.скорость.проведения.сигнала.по.сравнению.с.передачей.по.аксоплазме.или.с.током.крови;

изолированность;малая.утомляемость.

Проведение.возбуждения.по.нервным.волокнам.основывается. на.ионных.механизмах.генерации.потенциала.действия..Действие. раздражителя.в.немиелинизированных.волокнах.приводит.к.деполяризации.мембраны..Между.возбужденными.и.невозбужденными. участками.нервного.волокна.возникают.локальные.токи,.ведущие. к.возникновению.потенциалов.действия.в.невозбужденных.участках.

Миелиновая.оболочка.выполняет.роль.диэлектрика..Перехват. Ранвье. имеет. длину. около. 1. мкм,. а. расстояние. между. ними. составляет. около. 2000. мкм.. Распространение. возбуждения. по. миелинизированным. нервным. волокнам. осуществляется. по. сальтаторному механизму..При.этом.местные.токи.возникают.в.одном.из. перехватов. Ранвье. и. распространяются. на. соседние,. вызывая. деполяризацию. и. генерацию. потенциала. действия.. Потенциал. действия.распространяется.как.бы.«прыжками».от.одного.перехвата. к.другому..В.перехватах.Ранвье.имеется.более.высокая.плотность. натриевых.каналов,.в.200.раз.больше,.чем.в.мембране.гигантского. аксона. кальмара.. Данный. отдел. отличается. большей. плотностью. потенциал-управляемых.Na+-каналов.(до.10.000/мкм2)..В.миели- низированных.волокнах.возбуждение.распространяется.(при.равной.толщине).намного.быстрее.и.с.меньшими.затратами.энергии. (скорость. затухания. местных. токов. менее. выражена,. константа. длины. и. скорость. проведения. возбуждения. пропорциональны. диаметру.волокна,.а.не.квадратному.корню.из.этого.диаметра,.как. для.немиелинизированных.волокон).

Скорость. распространения. возбуждения. зависит. от. амплитуды.потенциала,.диаметра.волокна,.константы.длины.(т.е..расстояния. вдоль. волокна,. на. котором. происходит. уменьшение. местных. токов,.ведущее.к.утрате.способности.поляризовать.мембрану)..Как. правило,. скорость. проведения. импульса. возбуждения. по. нервному.волокну.с.увеличением.диаметра.возрастает.

По. функциональным. характеристикам. нервные. волокна. подразделяются.на.три.основные.группы:.А,.В,.С.(табл..2.1)..Фактор.