4. Нервно-мышечные соединения. Синапс. Нейротрансмиттеры, рецепторы, нейротрансмиттерные системы. Ионные каналы.

Нервно-мышечное соединение - зона контакта двигательного окончания и мышечного волокна, которое иннервируется им. Каждое мышечное волокно иннервируется веточкой аксона двигательного нейрона, который, оканчиваясь на волокне, образует двигательную концевую пластинку.

Структура, соединяющая нервное окончание и мышечное волокно - синапс - состоит из пресинаптической мембраны (плазматическая мембрана нервного окончания) и постсинаптической мембраны (плазматическая мембрана мышечного волокна), разделенных синаптической щелью, куда из нервного окончания выделяется нейромедиатор, вызывая сокращение мышцы.

Нервно-мышечный синапс (мионевральный синапс) – эффекторное нервное окончание на скелетном мышечном волокне. Нервный отросток проходя через сарколемму мышечного волокна утрачивает миелиновую оболочку и образует сложный аппарат с плазматической мембраной мышечного волокна, образующийся из выпячиваний аксона и цитолеммы мышечного волокна, создавая глубокие «карманы». Синаптическая мембрана аксона и постсинаптическая мембрана мышечного волокна разделены синаптической щелью. В этой области мышечное волокно не имеет поперечной исчерченности, характерно скопление митохондрий и ядер. Терминали аксонов содержат большое количество митохондрий и синаптических пузырьков с медиатором (ацетилхолином). Двигательные нервные окончания в гладкой мышечной ткани построены проще – безмиелиновые пучки аксонов проникают между глиоцитами к пласту гладких мышц и образуют булавовидные расширения, которые содержат холинергические и адренергические пузырьки.

Нейротрансмиттеры (нейромедиаторы) - биологически активные химические вещества, посредством которых осуществляется передача электрического импульса с нервной клетки через синаптическое пространство между нейронами. Нервный импульс, поступающий в пресинаптическое окончание, вызывает освобождение в синаптическую щель медиатора. Молекулы медиаторов реагируют со специфическими рецепторными белками клеточной мембраны, инициируя цепь биохимических реакций, вызывающих изменение трансмембранного тока ионов, что приводит к деполяризации мембраны и возникновению потенциала действия.

Нейротрансмиттеры являются, как и гормоны, первичными мессенджерами, но их высвобождение и механизм действия в химических синапсах сильно отличается от гормонов. В пресинаптической клетке везикулы, содержащие нейромедиатор, высвобождают его локально в очень маленький объём синаптической щели. Недостаток какого-либо из нейротрансмиттеров может вызывать разнообразные нарушения, например, различные виды депрессии. Известно более 70 различных медиаторов, и нет сомнений, что будут открыты еще. Помимо этого, некоторые медиаторы могут связываться более чем с одним типом рецепторных молекул и вызывать при этом различные эффекты.

Основные нейротрансмиттеры:

• Ацетилхолин (АЦХ) обнаружен во многих синапсах по всей нервной системе. В целом, это возбуждающий нейротрансмиттер, но он может быть и тормозящим, в зависимости от того, какой тип молекулы рецептора находится в мембране воспринимающего нейрона. Особенно часто АЦХ встречается в гиппокампе. АЦХ выделяется также во всех синапсах, образованных между нервными окончаниями и волокнами скелетной мускулатуры.

• Норэпинефрин (НЭ) (норадреналин) – это медиатор, продуцируемый многими нейронами ствола мозга. Такие хорошо известные препараты, как кокаин и амфетамины, продлевают действие норэпинефрина путем замедления его обратного захвата.

• Допамин

• Серотонин. Играет важную роль в регулировании настроения, в регуляции сна и аппетита. Так, низкий уровень серотонина ассоциируется с ощущением депрессии.

• Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), являющаяся одним из основных тормозных медиаторов в нервной системе.

• Глутамат. Возбуждающий медиатор присутствует в большем количестве нейронов центральной нервной системы, чем любой другой медиатор. Существует как минимум три подтипа глутаматовых рецепторов.

Рецепторы для каждого конкретного нейротрансмиттера обычно специфичны, однако может существовать несколько разновидностей одного и того же рецептора. В ряде случаев нейротрансмиттеры, высвобождаемые одновременно, могут регулировать связывание одного нейротрансмиттера со своим рецептором или действовать синергично на один и тот же ионный канал (например, у-аминомасляная кислота (ГАМК) - барбитурово-бензодиазепиновый рецепторный комплекс).

Рецепторы для специфических нейротрансмиттеров напрямую связаны с ионными каналами или с мембранным ферментом. В последнем случае связывание нейротрансмиттера с рецептором открывает ионный канал с помощью внутриклеточного ферментативного каскада (например, циклического аденозинмонофосфата - цАМФ и О-белков) или опосредованно модулирует вероятность открытия других ионных каналов в ответ на изменение заряда мембраны (нейромодуляция). Таким образом, эти рецепторы опосредуют медленные синаптические события, в отличие от рецепторов, которые напрямую связаны с ионными каналами, передающими синаптическую информацию.

Активированный рецептор может вернуться в состояние покоя только если нейротрансмиттер удален либо в результате ферментативного гидролиза, либо обратного захвата в пресинаптическую нервную терминаль или соседние нейроглиальные клетки. Несмотря на это, процесс возвращения рецептора и его ионного канала в состоянии покоя предполагает промежуточные ступени. В ряде синапсов аффинитет и количество рецепторов зависит от предшествующей активности синапса. Например, в катехоламинергических синапсах рецепторы становятся менее чувствительными к высвобождаемому нейротрансмиттеру, когда синапс крайне активен, этот процесс называется десенситизацией и ингибированием функции, при котором происходят снижение аффинитета рецептора к нейротрансмиттеру за короткое время, а также снижение количества рецепторов в течение более длительного времени.

Ионные каналы - особые образования в мембране клетки, представляющие собой олигомерные белки. Центральным образованием канала является молекула белка, которая пронизывает мембрану таким образом, что в ее гидрофильном центре формируется канал-пора, через которую в клетку способны проникать соединения, диаметр которых не превышает диаметра поры (обычно- это ионы).

Вокруг главной субъединицы канала располагается система из нескольких субъединиц, которые формируют участки для взаимодействия с мембранными регуляторными белками, различными медиаторами, а также фармакологически активными веществами.

Классификация ионных каналов по их функциям:

1) по количеству ионов, для которых канал проницаем, каналы делят на селективные и неселективные.

2) по характеру ионов, которые они пропускают на Na+, Ca++, Cl-, K+-каналы.

3) по способу регуляции делятся на потенциалзависимые и потенциалнезависимые. Потенциалзависимые каналы реагируют на изменение потенциала мембраны клетки, и при достижении потенциалом определенной величины, канал переходит в активное состояние, начиная пропускать ионы по их градиенту концентрации. Так, натриевые и быстрые кальциевые каналы являются потенциалзависимыми. Потенциалнезависимые каналы (Cl-каналы) реагируют не на изменение мембранного потенциала, а на взаимодействие рецепторов, с которыми они взаимосвязаны, и их лигандов.