2 курс / Нормальная физиология / Физиология_с_основами_анатомии_человека_Малоштан_Л_Н_ред_,_Рядных

В передаче возбуждения от одной клетки к другой берут участие веE щества, находящиеся в синаптических пузырьках — везикулах. По хиE мической природе они разные, поэтому синапсы классифицируют по типу медиатора: холинергические, адренергические, глюконатергические

и др. Основные медиаторы нервной системы — ацетилхолин и норадE реналин. По конечному эффекту различают возбуждающие и тормоз ные синапсы.

В зависимости от места контакта с частями нервной клетки разлиE чают аксосоматические, аксодендритные и аксо аксональные синапсы. Синапсы, которые образованыокончаниемаксонаи мышцей,называE ются нервно мышечным синапсом, или концевой пластинкой. Все синапE сы имеют одинаковое строение: пузырьки расположены в пресинаптиE ческом отделе.

5.2.2. Строение химического синапса

Строение синапса достаточно сложно. Синапс имеет пресинапти ческую и постсинаптическую части, между которыми находится синап тическая щель. К пресинаптической части относится концевая веточка аксона, которая вблизи места контакта теряет оболочку и расширяетE ся, образуя луковицеобразную синаптическую бляшку (рис. 41). ЦитоE плазма синаптической бляшки содержит митохондрии, гладкий эндоE плазматическийретикулум,микрофиламентыимногочисленныесинап тические пузырьки (везикулы).Каждыйпузырекдиаметромоколо50нм содержит медиатор — вещество, с помощью которого нервный сигнал передаетсячерезсинапс.ПузырькиконцентрируютсявдольповерхносE ти мембраны синаптической бляшки, которая находится в области самого синапса. В этом месте мембрана утолщена за счет уплотнения цитоплазмы и образует пресинаптическую мембрану.

Постсинаптический отдел образован мембраной другой клетки, которая тоже утолщена и образует постсинаптическую мембрану.ПостE синаптическая мембрана некоторых синапсов имеет складчатое строеE ние, что увеличивает поверхность контакта с медиатором. ПресиE наптическая и постсинаптическая мембраны разделены промежутком от 20 до 100 нм, заполненным межклеточной жидкостью. Это синапти

ческая щель.

Пресинаптическаямембранаустроенатакимобразом,чтокнеймоE гутприсоединятьсясинаптическиепузырькиивыделятьмедиатор.ПостE синаптическаямембранасодержиткрупныебелковыемолекулы,действуE ющиекакрецепторы медиаторов,многочисленныеканалы ипоры,через которыевпостсинаптическуюмембранумогутпоступатьионы.

81

		1
		2
	9
		3
	8	4
	7
А		5
		6

1

310

Na+

Na+ Na+

6	K+	K+
		11

Б5

аб

Na+ Na+	K+
	K+
K+	Na+	K+
K+	Деполяризация	Деполяризации
		нет
Na+
в	г	д

Рис. 41. Химический синапс между нейронами центральной нервной системы:

А — синаптический контакт; Б — механизм синаптической передачи; 1 — аксон; 2 — микротрубочки; 3 — синаптический пузырек; 4 — синаптическая щель; 5 — дендE рит; 6 — рецептор для медиатора; 7 — постсинаптическая мембрана; 8 — пресинаптиE ческая мембрана; 9 — митохондрия; 10 — медиатор; 11 — канал; а — высвобождение медиатора синаптическим пузырьком; б — взаимодействие медиатора и рецептора, отE крытие натрийEкалиевого канала; в — перемещение Na+ иK+; г — обратное поглощение медиатора пресинаптическим окончанием; д — блокировка рецептора антагонистом

5.2.2.1. Механизм передачи возбуждения в химических синапсах

Медиатор,содержащийсявсинаптическихпузырьках,образуетсялибо в теле нейрона (и попадает в синаптическое окончание, пройдя через весь аксон), либо в самой синаптической бляшке. Для синтеза медиаE тора необходимы ферменты, образующиеся в теле клетки на рибосоE мах. В синаптической бляшке молекулы медиатора накапливаются и«упаковываются» в пузырьки,в которых хранятсядо высвобождения.

82

Было установлено (А. Фетт и Б. Катц, 1952), что в одном пузырьке соE держится от 3 до 10 тыс. молекул ацетилхолина. Это количество назваE ноквантом медиатора. ПрираздражениинервавпресинаптическойчаE сти синапса разрушаются от 250 до 500 пузырьков.

Поступлениенервногоимпульса(ПД)всинаптическуюбляшкувыE зывает деполяризацию пресинаптической мембраны и повышение ее проницаемости для ионов Са2+. Входящие в синаптическую бляшку ионы Са2+ вызывают слияние синаптических пузырьков с пресинаптиE ческой мембраной и выход их содержимого (экзоцитоз) в синаптичесE кую щель. После высвобождения медиатора материал пузырьков исE пользуется для образования новых пузырьков. Молекулы медиатора диффундируют через синаптическую щель и связываются с находящиE мися на постсинаптической мембране рецепторами, способными узнавать молекулярную структуру медиатора. Диффузия медиатора чеE рез синаптическую щель занимает около 0,5 мс.

При связывании молекулы рецептора с медиатором ее конфигураE ция меняется, что приводит к открытию ионных каналов и поступлеE нию в постсинаптическую клетку ионов, вызывающих деполяризацию или гиперполяризацию ее мембраны в зависимости от природы высвоE бождаемого медиатора и строения молекулы рецептора.

Молекулымедиатора,последействиянарецепторы,сразуудаляются изсинаптическойщелипутемлибореабсорбциипресинатическоймембE раной,либопутемдиффузии,либоферментативногогидролиза.АцетилE холингидролизуетсяферментомацетилхолинэстеразой,локализованным напостсинаптическоймембране.ЗатемпродуктырасщеплениявсасываE ются обратно в бляшку и вновь превращаются там в ацетилхолин. НорE адреналингидролизуетсяферментоммоноаминоксидазой.

Возбуждающие и тормозные постсинаптические потенциалы. В воз

буждающих синапсах под действием ацетилхолина открываются спеE цифические натриевые и калиевые каналы. И ионы Nа+ входят в клетE ку, а ионы К+ выходят из нее в соответствии с их концентрационными градиентами.ВрезультатепроисходитдеполяризацияпостсинаптичесE коймембраны.Ееназываютвозбуждающим постсинаптическим потен

циалом (ВПСП). Амплитуда его невелика, но продолжительность больE ше, чем у потенциала действия. В тормозных синапсах высвобождение медиатора повышает проницаемость постсинаптической мембраны за счет открытия специфических каналов для ионов К+ и Сl–. ПеремещаE ясь по концентрационным градиентам, эти ионы вызывают гиперпоE ляризацию мембраны, называемую тормозным постсинаптическим по тенциалом (ТПСП).

83

5.2.3. Электрические синапсы

Электрическиесинапсыимеютособоестроение.ШиринасинаптиE ческойщелисоставляет2–3нм,исуммарноесопротивлениетокусостоE роны мембран и жидкости, заполняющей щель, очень мало. Ионы, пеE реносящиеэлектрическиетоки,немогутпроходитьчерезлипидныемемE браны, поэтому они и передаются через канальные белки. Такие межклеточныесвязиназываютсянексусами,или«щелевымиконтактаE ми» (рис. 42). В каждой из двух соседних клеточных мембран находятся регулярнораспределенныечерезнебольшиепромежутки«коннексоны», пронизывающие всю толщу мембраны. Они расположены так, что вместеконтактаклетокнаходятсядругпротивдруга,иихпросветыокаE зываютсянаоднойлинии.УобразованныхтакимобразомканаловкрупE ные диаметры, а значит, высокая проводимость для ионов; через них могутпроходитьдажеотносительнокрупныемолекулы.ЩелевыеконE такты обычны для ЦНС и, как правило, соединяют группы синхронно функционирующихклеток.

Плазматическая

мембрана

4 нм

Щель 2 нм

4 нм

Плазматическая

мембрана

Коннексон (6 субъединиц)

8 нм

Канал

Рис. 42. Ультраструктура нексуса (щелевого контакта)

84

Импульсы проходят через синапсы без задержки, могут проводитьE ся в обе стороны, и на их передачу не действуют лекарственные вещеE ства или другие химические препараты.

5.2.4. НервноEмышечное соединение

НервноEмышечное соединение представляет собой специализироE ванный вид синапса между окончаниями двигательного нейрона (моE тонейрона) и эндомизием мышечных волокон. Каждое мышечное воE локно имеет специализированный участок — двигательную концевую пластинку, где аксон мотонейрона разветвляется, образуя немиелиниE зированныеветочки,проходящиевнеглубокихжелобкахпоповерхносE тимышечноймембраны.Мембранамышечнойклетки —сарколемма — образуетмножествоглубокихскладок,называемыхпостсинаптическиE мискладками.ЦитоплазмаокончаниймотонейронасходнассодержиE мым синаптической бляшки. Механизм передачи возбуждения такой же.Врезультатевозбуждениямотонейронапроисходитдеполяризация поверхностисарколеммы,называемаяпотенциаломконцевойпластинE ки (ПКП). Величина этого потенциала достаточна для возникновения потенциаладействия,которыйраспространяетсяпосарколеммевглубь волокна и вызывает сокращение мышцы.

5.2.5. Агонисты и антагонисты синаптической передачи

Каждый рецептор постсинаптической мембраны взаимодействует со своим специфическим медиатором, в результате чего повышается проводимостьдлясоответствующегоиона.Однакотакаяспецифичность кмедиаторунеабсолютна —практическивсерецепторыспособнысвяE зываться и с другими веществами. Если это приводит примерно к такоE му же сдвигу проводимости, значит действующее вещество полностью заменяет медиатор и является его агонистом. К агонистам ацетилхолиE на в концевой пластинке относятся, например, карбомилхолин или суE берилдихолин. Другие вещества, также связывающиеся с рецепторами медиаторов, но не столь эффективно изменяющее мембранную провоE димость,называютсяихчастичнымиагонистами.Наконец,некоторые молекулы, связываясь с синаптическими рецепторами не вызывают изменений проводимости, поскольку, занимая рецептор, они препятE ствуют действию медиаторов или их агонистов; речь в данном случае идет о синаптических антагонистах. Связывание их может быть обраE тимым: спустя определенный период времени антагонист отделится от рецептора.Такиевеществаназываютконкурентнымиантагонистами,так как они конкурируют с медиаторами и их агонистами за участки связыE

85

вания. Хорошо известный конкурентный антагонист ацетилхолина в концевой пластинке — яд кураре, которым индейцы Южной АмериE ки отравляли свои стрелы. По мере повышения его концентрации он блокирует все больше рецепторов, и эффект ацетилхолина ослабляется изEза уменьшения доступных мест связывания. Под действием кураре потенциал концевой пластинки снижается и при достаточной дозе яда уже не может достичь порогового уровня, т. е. мышца парализуется. КурареианалогичныевеществачастоиспользуютсявкачествемышечE ныхрелаксантов при наркозе.Разумеется, во времяполного мышечноE го расслабления требуется искусственное дыхание. Другую форму таE кого расслабления обеспечивает агонист ацетилхолина с пролонгироE ваннымдействием,вызывающийустойчивуюдеполяризациюконцевой пластинки. Этот деполяризующий мышечный релаксант инактивируE ет Nа+Eканалы в мембране мышечного волокна и в результате предотE вращает его возбуждение.

5.3. Рецепторы 5.3.1. Передача информации в мембранах

Важноесвойствовсехживыхсуществ —способностьвоспринимать, перерабатыватьипередаватьинформациюприпомощибиологических мембран. Несмотря на громадное разнообразие различных систем поE лучения и переработки информации, функционирующих в животных организмах, все они основаны на едином принципе. Процесс получеE ния информации, как правило, начинается с взаимодействия сигналов (химического агента, кванта света, механического воздействия и т. п.) срецептором —мембраннымбелком.Следующийэтап —передачаинE формациивцентрпереработкиспомощьюпосредников.ВответнапоE лучение сигнала происходит биохимическая модификация специалиE зированных молекулEэффекторов, через которые и формируется ответ биологической системы.

Именнопотакомупринципуфункционируютнервная,гормональE ная и иммунная системы человека. Общий принцип действия всех сисE тем приема и передачи информации — не только химическая модифиE кация мембранных белков, но и изменение концентрации заряженных ионов внутри и вне клетки, формирование трансмембранного потенE циала. В последнее время выяснилось, что этот процесс играет важную физиологическую роль не только в нервной ткани, но и при переработE ке информации в тромбоцитах, лимфоцитах, тучных клетках.

Рецепторы — специализированные образования, воспринимающие определенные виды раздражений. Рецепторы обладают наибольшей

86

чувствительностью к адекватным для них раздражителям. Рецепторы делят на четыре группы: механоE, термоE, хемоE и фоторецепторы.

Рецептор, как правило, интегральный блок. На поверхности мембE раны он имеет своеобразное «приемное устройство», способное расE познаватьсигналивзаимодействоватьсним.Приэтомсамсигнал,будь это химическое вещество или квант света, или даже механическое возE действие, обычно не проникает внутрь клетки, а преобразуется в реE зультате модификации мембранных белков, которая приводит к актиE вациимолекулEпосредников.

Вобщем виде передача сигнала черезмембрануможет быть сведена

ктрем основным стадиям: I — взаимодействие рецептора с сигналом, II — конформационная перестройка и изменение функции специалиE зированныхмембранныхбелковEпосредников,III —активациясравниE тельно небольших молекул и ионов, диффузия которых в клетке

копределенным субклеточным структурам обеспечивает стремительE ное распространение сигнала. Механизмы передачи информации вживыхсистемахтакжеуниверсальны,какпередачагенетическогокода илитрансформацияэнергии.Всегромадноеразнообразиесигналов,поE лученноеразличнымирецепторами,преобразуетсяпоединыммеханизE мам за счет идентичности II и III стадий передачи информации через мембрану.

5.3.2. Рецепторы возбудимых тканей

Большая часть рецепторов работает по принципу самостоятельE ного канала. Эти рецепторы объединяются в класс рецепторов быстE рого ответа и осуществляют ответ на сигнал в течение нескольких миллисекунд. На возбудимые ткани, к которым относятся нервные, мышечные и секреторные клетки, информация поступает через спеE циальное образование — синапс. Из окончания нервной клетки выE деляется нейромедиатор, взаимодействующий с рецептором постсиE наптической мембраны другой клетки. Наиболее типичным примеE

ром подобных рецепторов является ацетилхолиновый рецептор (холинорецептор). Холинорецепторы подразделяются на два типа: ни котиновые и мускариновые. Как для первых, так и для вторых агонисE том является ацетилхолин, однако первый тип рецепторов активируE ется никотином, а второй — мускарином, веществом, содержащимся в мухоморе.

Никотиновыерецепторырасположенывместеконтактааксоновсо скелетными мышцами, а мускариновые сосредоточены в мозге, в секE реторных клетках, гладкой и сердечной мышцах. Успех в исследовании

87

рецепторов во многом обязан применению для изучения их структуE ры природных токсинов, ядов, в первую очередь, ядов змей, некотоE рых земноводных. Яды пчел и змей содержат фосфолипазы, разрушаE ющие фосфолипиды мембран, что приводит к нарушению передачи сигналов в клетке, но наиболее прямой путь — ингибировать быстрые рецепторы.

Рецепторможетнаходитьсявтрехсостояниях:покоя,открытом(акE тивированном) и десенсибилизированном. Активация канала осущеE ствляется связыванием рецепторов с ацетилхолином. В десенсибилиE зированном состоянии агонист еще связан с рецептором, но канал уже закрыт.ПереходизодногосостояниявдругоесопровождаетсяконфорE мационной перестройкой.

По «канальному» механизму работают и некоторые другие рецепE торы. В зависимости от селективности ионов, пропускаемых каналом, этирецепторыгенерируютдеполяризациюилигиперполяризациюмемE браны, которая лежит в основе их физиологической функции. Вполне вероятно, что «ворота» канала всех этих рецепторов открываются по единому механизму. Ответ других рецепторов более длителен (секунE ды), тем не менее по этому механизму работают не только гормональE ные рецепторы, но и наиболее широкий класс рецепторов возбудимых тканей. В нервной ткани через этот тип рецепторов действует большая группа моноаминных нейротрансмиттеров и нейромодуляторов (нейE ропептиды). В отличие от первой группы эти рецепторы имеют более простую структуру, что естественно, так как они являются только часE тью мембранной системы, осуществляющей трансмембранную переE дачу сигнала.

К этому классу относятся мускариновые холинергические рецепE торы,адренергическиерецепторы,опиатныерецепторыкорыполушаE рий мозга и некоторые другие.

Адренорецепторы в зависимости от чувствительности к различным катехоламинамделятнаα адренорецепторы иβ адренорецепторы.ИхсуE ществованиеустановленопосредствомфармакологическихпрепаратов, избирательнодействующихнаопределенныйвидадренорецепторов.

В ряде висцеральных органов, реагирующих на катехоламины, наE ходятся оба вида адренорецепторов, но результаты их возбуждения быE вают, как правило, противоположными. Например, в кровеносных соE судах скелетных мышц имеются αE и βEадренорецепторы. ВозбуждеE ниеαEадренорецепторовприводитксужению,а βEадренорецепторов — к расширению артериол. Оба вида адренорецепторов обнаружены и в стенке кишки, однако реакция органов при возбуждении каждого из

88

видов будет однозначно характеризоваться торможением активности гладких мышечных клеток. В сердце и бронхах нет αEадренорецептоE ров, и медиатор взаимодействует только с βEадренорецепторами, что сопровождается усилением сердечных сокращений и расширением бронхов. В связи с тем, что норадреналин вызывает наибольшее возE буждение βEадренорецепторов сердечной мышцы и слабую реакцию бронхов, трахеи, сосудов, первые стали называть β1 адренорецептора

ми, вторые — β2 адренорецепторами.

На поверхности некоторых клеток имеются рецепторы, способные распознаватьмакромолекулыи«организовывать»ихпереносчерезмемE брану внутрь клетки. К таким клеткам относятся макрофаги, осущестE вляющие один из первых актов включения иммунной системы. В этом случаеучастокплазматическоймембраныобволакиваетзахватываемый материал, который в результате попадает внутрь клетки (эндоцитоз). При этом онзаключенв мембранный пузырь —визикулу,стенки котоE рой образуются из участка плазматической мембраны.

Существуеттривидаэндоцитоза:1)фагоцитоз —захватклеткойбольE ших комплексов, вплоть до целых клеток, например, клеток бактерий одноклеточными организмами и макрофагами; 2) пиноцитоз — неспеE цифический захват клетками внеклеточной жидкости; 3) эндоцитоз — специфическийзахват,опосредованныйспециальнымирецепторами.

УчеловекапомеханизмуопосредованногоспецифическимирецепE торами эндоцитоза передается иммунитет от материнского организма к плоду. Антитела из кровотока материнского организма связываются с клетками плода, окружающими желточный мешок. На поверхности этих клеток имеются рецепторы, специфически связывающиеся с имE муноглобулинами и переносящиеся в кровоток плода. С помощью энE доцитоза функционируют клетки иммунной системы.

5.4. Физиология мышечного волокна

Мышцы —важнейшийисполнительныйорган —эффектор.РазлиE чают три гистологических типа мышц: поперечноEполосатые скелетE

ные, гладкие и сердечная.

Поперечно полосатые мышцы формируют двигательные аппараты скелета, обеспечивая важные двигательные акты. Эти мышцы приE крепляютсяккостям,лишеныавтоматизма,контролируютсяЦНС.Их называют произвольной мускулатурой, имея в виду их подчинение воле человека.

Гладкие мышцы входят в состав внутренних органов, сосудов. Они слабоконтролируютсяЦНС,обладаютавтоматизмом.Ихназываютне

89

произвольной мускулатурой в связи с неподчинением волевому контроE лю человека.

Сердечная мышца имеется только в сердце, сокращается самопроE извольно,неподверженаутомлению.ИннервируетсявегетативнойнервE ной системой.

5.4.1. ПоперечноEполосатые мышцы

Структура мышечного волокна. ПоперечноEполосатыемышцыскелета состоятизмножествафункциональныхединиц —мышечныхволокон, которыерасположенывобщемсоединительнотканномфутляре.Каждое волокноскелетноймышцы —этотонкое(диаметром0,01–0,1мм),вытяE нутоена2–3см,многоядерноеобразование —симпласт —результатслиE яниямногихклеток.ЯдравволокнерасположеныоколоегоповерхносE ти. Пучки мышечных волокон окружены коллагеновыми волокнами исоединительнойтканью;междуволокнамитакженаходитсяколлаген. НаконцемышцколлагенвместессоединительнойтканьюобразуетсуE хожилия,которыеслужатдляприкреплениямышцкразнымчастямскеE лета. Каждое волокно окружено мембраной — сарколеммой,которая по своемустроениюсходнасплазматическоймембраной.

Основной особенностью мышечного волокна является наличие в его цитоплазме — саркоплазме большого количества тонких нитей — миофибрилл, расположенных вдоль оси волокна. Миофибриллы состоE ят из чередующихся светлых и темных участков — дисков, что придаE ет мышечному волокну поперечную исчерченность (полосатость). Каждая миофибрилла состоит из белковых нитей двух типов — актиE новых и миозиновых. Между миофибриллами находится большое коE личество митохондрий. Саркоплазма мышечного волокна содержит сеть внутренних мембран — саркоплазматический ретикулум. Он соE стоит из связанных между собой вытянутых трубочек, расположенE ных между миофибриллами, и параллельно им вытянутых пузырьков (цистерн) (рис. 43). Поперек волокна проходит система трубочек, наE зываемая ТEсистемой, которая связана с сарколеммой. Таким обраE зом, обеспечивается связь содержимого волокна с окружающей среE дой. В определенных местах трубочки ТEсистемы контактируют с циE стернами саркоплазматического ретикулума. Комплекс из одной ТEтрубочки и двух цистерн называют триадой (рис. 43). Трубочку и цистерны разделяет узкая щель с поперечными мембранными мостиE ками. Саркоплазматический ретикулум объединяет между собой изоE лированные миофибриллы в единую систему. Кроме того, цистерны ретикулума участвуют в захвате и высвобождении ионов Са2+.

90