Синаптическое облегчение и синаптическая депрессия

Физиология синапсов

Синаптическая передача – это инициация процесса возбуждения или торможения в возбудимой клетке, вызванная электрическим или химическим сигналом, поступившим от рецептирующей или нервной клетки, с помощью специализированного межклеточного контакта, называемого синапсом.

Известны два принципиально различных способа передачи сигналов от клетки к клетке – электрический и химический.

Синапсами называют специализированные структурно-функциональные образования, предназначенные для осуществления контактов между нервными клетками и эффекторными, используемых для передачи сигналов.

По принципу осуществления передачи синапсы бывают электрические и химические, смешанные химически-электрические, химические с прямым и непрямым способом рецепции медиатора. При прямом способе рецепции медиатора ионотропные рецепторы, расположенные на постсинаптической мембране, прямо активируются медиатором. При непрямой синаптической передаче рецепторы, относящиеся к классу метаботропных, реагируют на медиатор через адресацию последнего к вторичным внутриклеточным посредникам или G-белкам. Только после этого активируются ионные каналы.

По принадлежности осуществляющих контакт клеток различают нервно-мышечные, нейро-нейрональные, нейро-секреторные синапсы. Аксо-аксональные, аксо-соматические, аксо-дендритные, дендро-дендритные (если у клетки не выраженного аксона) являются разновидностями нейронейрональных синапсов.

По используемому типу медиатора бывают холинергические, адренергические (пептидергические, глутаматергические и т.д.) синапсы.

По характеру (или знаку действия) синапсы могут быть возбуждающими и тормозными.

Структура (ультраструктура, т.е. структура на уровне разрешения электронного микроскопа) синапсов сложна и менее всего напоминает простую модель, рассматриваемую в общем курсе физиологии. Однако в любом синапсе можно выделить пресинаптическую область, синаптическую щель и постсинаптическую область.

Строение и функции электрического синапса

Для электрического синапса характерна очень узкая синаптическая щель, которая не превышает по ширине 10 нм, но близка скорее к 5 нм. Пресинаптическая и постсинаптическая мембрана у синапса с электрическим способом коммуникации имеют низкое удельное сопротивление. Это обстоятельство создает условия для прямого прохождения электрического тока из одной клетки в другую. В одной из разновидностей электрических синапсов, в щелевых контактах, или нексусах низкое сопротивление проходящему току обеспечивается наличием поперечных каналов – коннексонов, состоящих из белковых субъединиц. Они стереометрически точно расположены на пре- и постсинаптической мембране, их канальная часть имеет диаметр около 10 ангстрем. Ионы-носители тока по каналам способны проникать из одной клетки в другую. Волна деполяризации, следующая перед ПД, может вызывать смещение потенциала мембраны до КУД и инициировать появление ПД в постсинаптической клетке. Через нексусы способны проникать и некоторые низкомолекулярные соединения.

Транзит возбуждения через электрический синапс может быть с ослаблением амплитуды сигнала, поэтому введено понятие коэффициент передачи:

Реально коэффициент передачи КП= ½ означает, что амплитуда ПД ослабляется при прохождении синапса в 2 раза. Иногда синапс может проводить сигнал в двух направлениях, но коэффициент передачи в прямом и обратном направлении неодинаков. Это создает условия для того, чтобы пропускать почти без потерь деполяризацию, но практически задерживать гиперполяризующий потенциал. Говорят, что такие синапсы обладают выпрямляющими свойствами.

Иногда электрический синапс проводит только электротонический сигнал, далекий по амплитуде от порогового для достижения КУД. Но этого оказывается достаточно для процесса интеграции сигналов постсинаптической клеткой. Для электрического синапса характерна очень малая синаптическая задержка, равная сотым долям мс.

Как правило, электрические синапсы образуются между функционально однородными клетками и служат для синхронизации их деятельности. Они найдены как у беспозвоночных, так и у позвоночных животных.

Свойства электрического синапса:

а) высокое быстродействие, высокая лабильность

б) слабость или отсутствие следовых процессов –деполяризации и гиперполяризции, слабое влияние на процессы интегации воспринимающего нейрона

в) высокая надежность передачи

Для химического синапса характерны:

1. Синаптическая задержка, продолжительностью не менее 0,5 с;

2. Отсутствие электрического тока от пре- к постсинаптической мембране.

3. Постсинаптический потенциал как результат функционирования химического синапса. Постсинаптический потенциал (ПСП) является целью функционирования химического синапса и может быть возбуждающим (ВПСП) или тормозным (ТПСП). Термины ВПСП и ТПСП применяют чаще к синапсам, образованным нейронами на нейронах. В нервно-мышечном синапсе целью синаптической передачи является формирование потенциала действия, сопряженного с последующим мышечным сокращением.

4. Увеличение проводимости постсинаптической мембраны при реализации функций синапса (ПСП в виде ТПСП или ВПСП обусловлены перемещением ионов через ионные каналы в мембране).

5. Синаптические пузырьки, или везикулы, присутствующие в пресинаптических окончаниях, специфическое окрашивание характерное для постсинаптической мембраны.

6. Зависимость процесса высвобождения, или релизинга медиатора, от входа в пресинаптическое окончание ионов Са ++ .

Возбуждающие химические синапсы

Для химического синапса характерны пресинаптическая область, синаптическая щель и постсинаптическая область.

Синаптическая щель имеет у химических синапсов просвет от 20 до 50 нм. В пресинаптической области всегда имеются везикулы, содержащие медиатор (трансмиттер, нейротрансмиттер, нейромедиатор).

В рассматриваемом типе синапса из-за высокого сопротивления синаптических мембран и широкой синаптической щели электротонический потенциал и ПД не способны перейти к постсинаптической области, используя кабельные свойства мембраны. Коэффициент передачи в этом случае меньше тысячных долей, а внеклеточный шунт имеет низкое сопротивление и «уводит» заряд. По пресинаптическому волокну механизмом аксонного транспорта (400 мм/сут) осуществляется передвижение ферментных систем и предшественников для синтеза медиаторов и везикул. В синаптическом окончании всегда имеется некоторый запас готового для секреции медиатора, упакованного в везикулы.

Синтез медиаторов осуществляется с помощью ферментов, например, ацетилхолин АХ синтезируется холинацетилтрансферазой, которая переносит ацетильную группу от ацетилкоэнзима А на холин. Примерно 85% готового медиатора хранится в везикулах. Процесс синтеза и распада АХ происходит постоянно.

Выход медиатора из окончания также происходит непрерывно, это так называемый неквантовый релизинг, его интенсивность может превышать действенный, квантовый в десятки раз, но электрогенных последствий он не имеет (оказывает трофическое действие на объект иннервации), и АХ разрушается без изменения проницаемости постсинаптической мемебраны.

Квантовый выход АХ имеет электрически значимые последствия. Инициация квантового релизинга задается приходом по аксону потенциала действия, который в потерявшем миелин пресинаптическом окончании деполяризует его мембрану, что приводит к открытию потенциалчувствительных Са ++ каналов. Из-за высокого электрохимического и концентрационного градиента ионы Са ++ входят в пресинаптическое окончание. Кальций необходим для того, чтобы везикулы с медиатором могли соединиться с внешней мембраной и выпустить порцию (квант) медиатора в синаптическую щель путем экзоцитоза. Одновременно в синапсе может опорожниться до сотен везикул. В кванте бывает от 10 2 до 10 5 молекул АХ.

Мишенью АХ в холинергическом синапсе является комплексная белковая молекула холинорецептор. Холинорецепторы, чувствительные к никотину, относят к типу Н-холинорецепторов, к мускарину – М-холинорецепторов (метаботропных). Н-холинорецепторы расположены (экспрессированы) на мембранах мышечных волокон скелетных мышц, нейронов ЦНС и симпатических ганглиев.

Н-холинорецептор, ионотропный, состоит из 5 (иногда 7) белковых субъединиц, одна из которых дублируется (α β α γ δ ). Общий размер (11× 8,5 нм) молекулы вдвое больше толщины мембраны. Аминокислотная последовательность белков всех субъединиц установлена, она оказалась видоспецифичной, хотя различия у близких видов животных незначительны. Продублированные α –субъединицы обладают чувствительностью к лиганду. Холинорецептор можно рассматривать в качестве ионного канала, поскольку как интегральный мембранный белок он пронизывает клеточную мембрану и имеет центральную пору. Известны 2 состояния молекулы холинорецептора – закрытое и открытое. В открытом состоянии центральная пора холинорецепторы имеет размер около 0,7 нм, что достаточно для проникновения через нее одновалентных катионов, преимущественно Na + и К + .

После связывания АХ с Н-холинорецептором и открытия поры через постсинаптическую мембрану течет ионный ток, обусловленный перемещением ионов Na + и К + по электрохимическим и концентрационным градиентам. Поскольку градиент для натрия направлен внутрь клетки, а для калия — наружу, при встречном их перемещении суммарный ток оказывается способным локально сместить мембранный потенциал до КУД в нервно-мышечном синапсе или вызвать значительную деполяризацию мембраны нейрона в нейро-нейрональном синапсе. Локальный ответ в виде деполяризации в данном случае носит название ПСП – постсинаптический потенциал, или ВПСП, возбуждающий постсинаптический потенциал. Прежде часто применялось название потенциал концевой пластинки (ПКП), для нервно-мышечного синапса.

Локальный ответ в виде ВПСП подчиняется законам проведения потенциалов по мембране и может быть распространен на небольшое расстояние из-за ограничений, накладываемых емкостными и резистивными свойствами мембраны – постоянной времени и постоянной длины. Поскольку на мембране нейрона или мышечного волокна имеется множество синапсов, ответ клетки всегда складывается из активности отдельных синаптических входов.

Суммация ПКП приводит к состоянию, когда мембранный потенциал смещается деполяризацией до КУД, происходит генерация ПД. В клетку по потенциалзависимым кальциевым каналам входит кальций, он участвует в механизме мышечного сокращения.

После того, как АХ выполнил роль сигнальной молекулы и запустил конформацию холинорецептора из закрытого в открытое состояние, необходимо подготовить систему к приему следующего сигнала. Поэтому постсинаптическая мемебрана располагает механизмом инактивации медиатора. В холинергичесом синапсе инактивация АХ достигается его энзиматическим расщеплением с помощью ацетилхолинэстеразы. В других типах синапсов инактивация проходит по-другому, например, норадреналин в адренергическом синапсе подвергается обратному поступлению (захвату) в пресинаптическое окончание.

Ацетилхолинэстераза может быть заблокирована, в таком случае каналы холинорецептора постоянно находятся в открытом состоянии и управление мышцами нарушается. Инсектицидные препараты типа «Прима», «Диклофос» имеют такой принцип действия, поэтому опасны не только для бытовых насекомых-вредителей, но и для теплокровных животных.

Этапы функционирования химической синаптической передачи.

1.Синтез, хранение и транспорт медиатора в везикулах.

2.Секреция медиатора при деполяризации пресинаптической мембраны и входе ионов кальция в окончание.

3.Реакция постсинаптитческой мемебраны в виде связывания медиатора рецептором и изменении проницаемости постсинаптической мембраны для катионов.

4.Генерация постсинаптических потенциалов.

Возбуждающие химические синапсы, образованные на нейронах, весьма многочисленны, перемежаются с тормозными, никогда не обеспечивают по одиночке достижение мембраной КУД. Нейрон способен интегрировать синаптические сигналы и выдавать на выходе, в наиболее возбудимой части клетки, например, если это мотонейрон, в аксонном холмике, ПД после проведенного анализа поступивших по синаптическим входам ПСП.

В нейро-нейрональных синапсах не только АХ может быть медиатором, чаще всего возбуждающие аминокислоты глутамат и аспартат, норадреналин, нейропептиды, АТФ и NO выполняют функции медиаторов.

Глутаматная возбуждающая синаптическая нейропередача наиболее распространена в ЦНС. Рецепция глутамата в синапсах осуществляется NMDA и AMPA (ионотропными) рецепторами, синаптические механизмы в них очень сложны и до конца не раскрыты.

Из-за того, что процессы выделения и разрушения медиатора в синапсах имеют длительное время реализции, существует синаптическая задержка при функционировании нейронных сетей. Поэтому говорят, что химический синапс работает как частотный фильтр и обладает низкой лабильностью.

Поскольку сигналы от отдельных синапсов могут суммироваться и определять суммарный заряд мембраны, возможны явления тетанического синаптического облегчения и депрессии.

Свойства химического синапса

1.Медленная скорость передачи сигнала, большая синаптическая задержка.

2.Одностороннее проведение сигнала от пре- к постсинаптической мембране, но не наоборот.

3.Высокая надежность передачи при нормальных условиях функционирования.

4.Существование следовых процессов (следовой деполяризации и гиперполяризации, что увеличивает возможности интегрирования сигналов нейроном).

Синапсы тормозного действия

Синаптическим торможением называется такое влияние пресинаптической нервной клетки на постсинаптическую которое сопровождается устранением или предотвращением процесса возбуждения. Тормозных синапсов на нейронах ЦНС больше, чем возбуждающих.

Тормозные синапсы могут быть электрическими. По таким межклеточным контактам возможна передача электротонического сигнала, вызывающего гиперполяризацию постсинаптической мемебраны.

Структура химического синапса тормозного типа в общем плане соответствует таковой возбуждающего, на электронномикроскопическом снимке отличить их по видимым структурным особенностям трудно. Основными медиаторами тормозных синапсов являются ГАМК, глицин, но могут использоваться АХ и другие, встречающиеся и в «возбуждающих» синапсах.

ГАМК, гамма-аминомасляная кислота, наиболее характерна для тормозных синапсов головного мозга, в спинном мозге чаще используется глицин.

После синтеза ГАМК содержится в везикулах, для высвобождения ее из пресинаптического окончания необходим Cа ++ . Рецепторы, чувствительные к ГАМК, связаны с открытием не катионных, а анионных каналов, проводящих ионы Cl — . Если хлор поступает в клетку по хлорным каналам, общая электроотрицательность цитоплазмы возрастает, что означает гиперполяризационное «отодвигание» мембранного потенциала от КУД. Кратковременный локальный ответ в виде гиперполяризации обозначается ТПСП –тормозной постснаптический потенциал.

Таким образом, ТПСП «уводит» мембранный потенциал от КУД, интерферирует с ВПСП, блокируя («шунтируя») его действие на мембрану клетки. В генерации одного ТПСП участвует 100-200 квантов медиатора.

Рассмотренный случай является примером постсинаптического торможения.

В организме при рефлекторной деятельности бывает весьма выгодно реализовать пресинаптическое торможение. Проще предотвратить возбуждение нейрона, чем потом тормозить уже начавшееся развитие возбуждения. Такой механизм реализован в спинальном торможении болевых сигналов, и он связан с деполяризацией первичных афферентов. Деполяризация приводит к уменьшению входа кальция в пресинаптическое окончание, что сопровождается уменьшением порции выделяющегося медиатора.

Общая характеристика медиаторов

Медиаторы, идентифицированные в настоящее время, чаще всего в химическом отношении являются аминокислотами или их производными, нейропептидами с малой молекулярной массой, или даже простыми соединениями, например, NO и CO –монооксиды азота и углерода. Как правило, это полярные молекулы. АХ был исторически первым медиатором, доказанным в качестве такового для нервно-мышечного синапса. Было время, когда энтузиасты отрицали даже возможность существования других медиаторов (милостиво разрешив норадреналину тоже быть медиатором), в том числе для синапсов на нейронах ЦНС. Сейчас, в современных представлениях, значение холинергической передачи не выше, чем остальных, поскольку в организме не может быть приоритетов ни для какой формы активности, тем более для молекулы. Наиболее распространенным медиатором, как оказалось, является глутамат. Декарбоксилированный глутамат (от молекулы отнимается один фрагмент CO2) – это уже ГАМК, наиболее распространенный медиатор тормозных синапсов.

biofile.ru

СВОЙСТВА НЕРВНЫХ ЦЕНТРОВ

Рассматриваемые ниже свойства нервных центров связаны с некоторыми особенностями распространения возбуждения в ЦНС, особыми свойствами химических синапсов и свойствами мембран нервных клеток. Основными свойствами нервных центров являют­ся следующие.

А. Инерционность сравнительно медленное возникновение возбуждения всего комплекса нейронов центра при поступлении к нему импульсов и медленное исчезновение возбуждения нейронов центра после прекращения входной импульсации. Инерционность центров связана с суммацией возбуждения и последействием.

Явление суммации возбуждения в ЦНС открыл И. М. Сеченов (1868) в опыте на лягушке: раздражение конечности лягушки сла­быми редкими импульсами не вызывает реакции, а более частые раздражения такими же слабыми импульсами сопровождаются от­ветной реакцией — лягушка совершает прыжок. Различают времен­ную (последовательную) и пространственную суммацию (рис. 5.9).

Последействие — это продолжение возбуждения нервного цен­тра после прекращения поступления к нему импульсов по аффе­рентным нервным путям. Основной причиной последействия явля­ется циркуляция возбуждения по замкнутым нейронным цепям (см. рис. 5.8), которая может продолжаться минуты и даже часы.

Б. Фоновая активность нервных центров (тонус) объяс­няется: 1) спонтанной активностью нейронов ЦНС; 2) гумораль­ными влияниями биологически активных веществ (метаболиты, гормоны, медиаторы и др.), циркулирующих в крови и влияющих на возбудимость нейронов; 3) афферентной импульсацией от раз­личных рефлексогенных зон; 4) суммацией миниатюрных по­тенциалов, возникающих в результате спонтанного выделения квантов медиатора из аксонов, образующих синапсы на нейронах; 5) циркуляцией возбуждения в ЦНС. Значениефоновой актив­ности нервных центров заключается в обеспечении некоторого

исходного уровня деятельного состояния центра и эффекторов. Этот уровень может увеличиваться или уменьшаться в зависимос­ти от колебаний суммарной активности нейронов нервного цент­ра-регулятора.

В. Трансформация ритма возбуждения — это изменение числа импульсов, возникающих в нейронах центра на выходе относительно числа импульсов, поступающих на вход данного центра. Трансформация ритма возбуждения возможна как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Увеличению числа импульсов, возникающих в центре в ответ на афферентную импульсацию, способствуют иррадиация процесса возбуждения и последействие. Уменьшение числа импульсов в нервном центре объясняется снижением его возбудимости за счет процессов пре-и постсинаптического торможения, а также избыточным потоком афферентных импульсов. При большом потоке афферентных влияний, когда уже все нейроны центра или нейронного пула возбуждены, дальнейшее увеличение афферентных входов не увеличивает число возбужденных нейронов.

Г. Большая чувствительность ЦНС к изменениям внут­ренней среды, например, к изменению содержания глюкозы в кро­ви, газового состава крови, температуры, к вводимым с лечебной целью различным фармакологическим препаратам. В первую оче­редь реагируют синапсы нейронов. Особенно чувствительны ней­роны ЦНС к недостатку глюкозы и кислорода. При снижении со­держания глюкозы в 2 раза ниже нормы (до 50% от нормы) могут возникнуть судороги. Тяжелые последствия для ЦНС вызывает недостаток кислорода в крови. Прекращение кровотока всего лишь на 10 с приводит к очевидным нарушениям функций мозга, человек теряет сознание. Прекращение кровотока на 8-12 мин вызывает необратимые нарушения деятельности мозга — погибают многие нейроны, в первую очередь корковые, что ведет к тяжелым послед­ствиям.

Д. Пластичность нервных центров способность нервных элементов к перестройке функциональных свойств. Основные про­явления пластичности следующие.

1. Синаптическое облегчение — это улучшение проведения в синапсах после короткого раздражения афферентных путей. Сте­пень выраженности облегчения возрастает с увеличением частоты импульсов, оно максимально, когда импульсы поступают с интер­валом в несколько миллисекунд.

Длительность синаптического облегчения зависит от свойств синапса и характера раздражения — после одиночных стимулов оно невелико, после раздражающей серии облегчение в ЦНС может

продолжаться от нескольких минут до нескольких часов. По-види­мому, главной причиной возникновения синаптического облегче­ния является накопление Са 2+ в пресинаптических окончаниях, поскольку Са 2+ , который входит в нервное окончание во время ПД, накапливается там, так как ионная помпа не успевает выводить его из нервного окончания. Соответственно увеличивается высвобож­дение медиатора при возникновении каждого импульса в нервном окончании, возрастает ВПСП. Кроме того, при частом использо­вании синапсов ускоряется синтез рецепторов и медиатора и ус­коряется мобилизация пузырьков медиатора, напротив, при редком использовании синапсов синтез медиаторов уменьшается — важ­нейшее свойство ЦНС. Поэтому фоновая активность нейронов спо­собствует возникновению возбуждения в нервных центрах. Зна­чение синаптического облегчения заключается в том, что оно создает предпосылки улучшения процессов переработки информа­ции на нейронах нервных центров, что крайне важно, например, для обучения в ходе выработки двигательных навыков, условных рефлексов.

2. Синаптическая депрессия — это ухудшение проведения в синапсах в результате длительной посылки импульсов, например, при длительном раздражении афферентного нерва (утомляемость центра). Утомляемость нервных центров продемонстрировал Н. Е. Введенский в опыте на препарате лягушки при многократном рефлекторном вызове сокращения икроножной мышцы с помощью раздражения п. тлЫаНз и п. регопеиз. В этом случае ритмическое раздражение одного нерва вызывает ритмические сокращения мыш­цы, приводящие к ослаблению силы ее сокращения вплоть до пол­ного отсутствия сокращения. Переключение раздражения на дру­гой нерв сразу же вызывает сокращение той же мышцы, что свидетельствует о локализации утомления не в мышце, а в цент­ральной части рефлекторной дуги (рис. 5.10). Ослабление реакции центра на афферентные импульсы выражается в снижении постси-наптических потенциалов. Оно объясняется расходованием меди­атора, накоплением метаболитов, в частности, закислением среды при длительном проведении возбуждения по одним и тем же ней­ронным цепям.

3. Доминанта — стойкий господствующий очаг возбуждения в ЦНС, подчиняющий себе функции других нервных центров. Доми­нанта — это более стойкий феномен облегчения. Явление доминан­ты открыл А. А. Ухтомский (1923) в опытах с раздражением двига­тельных зон большого мозга и наблюдением сгибания конечности животного. Как выяснилось, если раздражать корковую двигатель­ную зону на фоне избыточного повышения возбудимости другого

нервного центра, сгибания конечности может не произойти. Вместо^ сгибания конечности раздражение двигательной зоны вызывает ре­акцию тех эффекторов, деятельность которых контролируется гос­подствующим, т. е. доминирующим в данный момент в ЦНС, нерв­ным центром.

Доминантный очаг возбуждения обладает рядом особых свойств, главными из которых являются следующие: инерционность, стойкость, повышенная возбудимость, способность «притягивать» к себе ирра-диирующие по ЦНС возбуждения, способность оказывать.угнета­ющие влияния на центры-конкуренты и другие нервные центры.

Значение доминантного очага возбуждения в ЦНС заключает­ся в том, что на его базе формируется конкретная приспособитель­ная деятельность, ориентированная на достижение полезных ре­зультатов, необходимых для устранения причин, поддерживающих тот или иной нервный центр в доминантном состоянии. Напри­мер, на базе доминантного состояния центра голода реализуется пищедобывательное поведение, на базе доминантного состояния центра жажды запускается поведение, направленное на поиск воды. Успешное завершение данных поведенческих актов в ко­нечном итоге устраняет физиологические причины доминантно­го состояния центров голода или жажды. Доминантное состоя­ние центров ЦНС обеспечивает автоматизированное выполнение двигательных реакций.

4. Компенсация нарушенных функций после повреждения того или иного центра — также результат проявления пластичности ЦНС. Хорошо известны клинические наблюдения за больными, у которых после кровоизлияний в вещество мозга повреждались цен­тры регуляции мышечного тонуса и акта ходьбы. Тем не менее, со временем отмечалось, что парализованная конечность у больных постепенно начинает вовлекаться в двигательную активность, при этом нормализуется тонус ее мышц. Нарушенная двигательная функция частично, а иногда и полностью восстанавливается за счет большей активности сохранившихся нейронов и вовлечения в эту функцию других — «рассеянных» нейронов в коре большого мозга^с подобными функциями. Этому способствуют регулярные (настой­чивые, упорные) пассивные и активные движения.

studopedia.org

Синаптическая передача возбуждения

2.2.Синаптическая передача возбуждения

Синапс (греч. synapsis — соединение) — специализированная структура, обеспечи­вающая передачу возбуждающих или тормоз­ных влияний между двумя возбудимыми клетками. Через синапс наряду с прямым влиянием на возбудимость иннервируемой клетки осуществляется и более медленное трофическое влияние, приводящее к измене­нию метаболизма иннервируемой клетки, ее структуры и функции. Понятие синапс как тип межклеточного соединения, при котором осуществляется перенос нервной информа­ции, ввел в науку Ч.Шеррингтон (1897). По данным современной нейрофизиологии, в области синапсов происходят важнейшие процессы регуляции нейронной активности. Большое значение имеют синапсы в образо­вании условных связей, памяти, формирова­нии пластичности нервных центров. Синап­сы являются ареной деятельности многих ле­карств, механизмов заболевания и выздоров­ления.

Классификация синапсов.— По виду соеди­няемых клеток синапсы можно разде­лить на межнейронные, нейроэффекторные и нейрорецепторные. Межнейронные синапсы находятся в ЦНС и вегетативных ганглиях. Нейроэффекторные (нейромышечные и нейросекреторные) синапсы соединяют эффе­рентные нейроны соматической и вегетатив­ной нервной системы с исполнительными клетками — поперечнополосатыми и глад­кими миоцитами, секреторными клетками. К нейрорецепторным синапсам относят кон­такты во вторичных рецепторах между, рецепторной клеткой и дендритом афферентного нейрона.

— По эффекту синапсы делят на воз­буждающие, т.е. запускающие генерацию по­тенциала действия, и тормозные, препятст­вующие возникновению потенциала дейст­вия.

— По способу передачи сиг­нала синапсы делят на химические, электрические и смешанные. Химические си­напсы являются специфическим межклеточ­ным контактом для нервной системы. В них передача влияния на постсинаптическую клетку осуществляется с помощью химичес­кого посредника — медиатора. Этот тип си­напсов преобладает в нервной системе чело­века и высших позвоночных. В электричес­ких синапсах потенциалы действия непо­средственно (электротонически) передаются на постсинаптическую клетку. Эти синапсы являются разновидностью щелевых межкле­точных контактов (высокопроводимые кон­такты), которые встречаются и в других тка­нях (например, нексусы в миокарде и гладкомышечной ткани). Электрические синап­сы немногочисленны в нервной системе млекопитающих, особенно в постнатальном периоде. Обнаружены также смешанные си­напсы, в которых наряду с химической пере­дачей имеются участки с электротоничес­ким механизмом передачи (например, в рес­нитчатом ганглии птиц, спинном мозге ля­гушки).

— По природе медиатора хими­ческие синапсы делят на холинергические (медиатор — ацетилхолин), адренергические (норадреналин), дофаминергические (дофамин), ГАМКергические (γ-аминомасляная кислота), глутаматергические (глутамат), аспартатергические (аспартат), пептидергические (пептиды), пуринергические (АТФ).

2.2.1. Проведение возбуждения в химическом синапсе. Физиология нервно-мышечного синапса

2.2.1.1. Структурная характе­ристика

1− ветвь аксона; 2 – пресинаптическое окончание аксона; 3 – митохондрии;4 − синаптические пузырьки, содержащие ацетилхолин; 5 − синаптическая щель; 6 − молекулы медиатора в синаптической щели; 7 − постсинаптическая мембрана мышечного волокна с рецепторами.

Пресинаптическое окончание образуется расширениями по ходу разветвления аксо­на, иннервирующего мышечное волокно. В нервно-мышечном синапсе пресинапти­ческое окончание имеет большую длину (около 1—2 мм). Главным ультраструктурным фрагментом пресинаптического окончания являются синаптические пузырьки (везику­лы) диаметром около 40 нм. Они образуются в комплексе Гольджи, с помощью быстрого аксонного транспорта доставляются в преси­наптическое окончание и там заполняются медиатором и АТФ. В пресинаптическом окончании содержится несколько тысяч ве­зикул, в каждой из которых имеется от 1 до 10 тыс. молекул химического вещества, уча­ствующего в передаче влияния через синапс и в связи с этим названного медиатором (по­средником). В нервно-мышечном синапсе везикулы преимущественно расположены вблизи периодических утолщений пресинаптической мембраны, называемых активными зонами. В неактивном синапсе везикулы с помощью белка синапсина связаны с белка­ми цитоскелета, что обеспечивает их иммо­билизацию и резервирование. Напротив скопления в пресинаптической мембране «синаптических» пузырьков (кластеров) постсинаптическая мембрана образует глубокие складки (рис.8). Каждой из них соответствует активная зона пресинаптической мембраны — желобок на ее внутренней поверхности, вдоль обеих сторон которого располагаются в ряд синаптические пузырьки. Некоторые из них открыты наружу, в синаптическую щель. Очевидно, активные зоны и ассоциированные с ними пузырьки следует рассматривать как аппарат, специализированный для экзоцитоза, т.е. для выброса содержимого этих пузырьков в синаптическую щель.
Рис. 8 . Ультраструктура нервно-мышечного синапса.

Вверху слева: нервные окончания на мышечном волокне; на схеме рядом — пресинаптическое окончание вместе с лежащей под ним складчатой мышечной мембраной при большем увеличении. Внизу: еще большее увеличение: мембрана пресинаптического нейрона с частично разъединенными внутренним и внешним слоями, а под ней соответствующие слои субсинаптической мембраны мышцы. «Частицы» — это ацетилхолиновые рецепторы и молекулы холинэстеразы в мембране

Важными структурами пресинаптического окончания являются митохондрии, осуществляющие энергетическое обеспечение процесса синаптической передачи, цистерны гладкой эндоплазматической сети, содержащие депониро­ванный Са 2+ , а также микротрубочки и микрофиламенты, участвующие во внутрикле­точном передвижении везикул. Часть мем­браны пресинаптического окончания, огра­ничивающая синаптическую щель, называет­ся пресинаптической мембраной. Через нее осуществляется выделение (экзоцитоз) меди­атора в синаптическую щель.

Синаптическая щель в нервно-мышеч­ном синапсе имеет ширину в среднем 50 нм Она содержит межклеточную жидкость и мукополисахаридное плотное вещество в виде полосок, мостиков, которое обеспечивает связь между пре- и постсинаптической мем­бранами и может содержать ферменты. Это вещество хорошо выражено в щели нервно-мышечного синапса, где оно формирует базальную мембрану и содержит фермент ацетилхолинэстеразу.

Постсинаптическая мембрана утолщенная часть клеточной мембраны иннерви-руемой клетки, содержащая белковые рецепторы, имеющие ионные каналы и способные связать молекулы медиатора. Ее особеннос­тью в нервно-мышечном синапсе является наличие множества мелких складок, которые образуют слепые карманы, открывающиеся в синаптическую щель. Благодаря им резко увеличиваются площадь постсинаптической мембраны и количество ее рецепторов, кото­рое в одном синапсе достигает 10—20 млн. Постсинаптическую мембрану нервно-мы­шечного синапса называют также конце­вой пластинкой.

2.2.1.2. Механизм синаптической передачи и ее регуляция

Передача в синапсе имеет два главных этапа.

1. Преобразование электрического сигнала в химический (электросекреторное сопряже­ние). Потенциал действия (ПД), поступив­ший в пресинаптическое окончание, вызы­вает деполяризацию его мембраны, откры­вающую потенциалзависимые Са-каналы. Ионы кальция входят, согласно концентра­ционному и электрическому градиентам, внутрь клетки, что ведет к увеличению его содержания в цитозоле в 10—100 раз. Ионы кальция активируют фосфорилирование синаптосина, что ослабляет связь везикулы с цитоскелетом, и везикула перемещается вдоль микротрубочек на позицию у актив­ной зоны. При контакте везикулы с преси­наптической мембраной происходит фер­ментативное «плавление» ее стенки, а также активация белка синаптопорина, формирую­щего канал, через который медиатор выхо­дит в синаптическую щель посредством пер­вично-активного транспорта — экзоцитоза. В нервно-мышечном синапсе медиатором является ацетилхолин, который образуется в пресинаптическом окончании из ацетилкоэнзима А и холина под действием фермента холинацетилтрансферазы. Впервые экспери­ментальное доказательство химического ме­ханизма передачи возбуждения в нервно-мышечном синапсе получил А.Ф.Самойлов (1924). Он показал, что скорость передачи возбуждения с нерва на мышцу в отличие от проведения возбуждения по нерву зависит от температуры в такой же степени, как и скорость химических реакций. Английский физиолог Г.Дейл (1934) установил, что ме­диатором нервно-мышечного синапса явля­ется ацетилхолин. Этот медиатор был обнаружен одним из первых − он был известен также как «вещество блуждающего нерва» из-за своего действия на сердце.

Выделение молекул медиатора из пресинаптического окончания пропорционально количеству поступившего туда Са 2+ в степени n = 4. Следовательно, химическое звено пре-синаптического окончания работает как уси­литель. Один из возможных механизмов уси­ления связан с тем, что поступивший в пресинаптическое окончание Са 2+ активирует рианодиновые рецепторы в цистернах эндоплазматической сети, имеющие в своем со­ставе Са-каналы, что приводит к дополни­тельному выделению Са 2+ в цитозоль из цис­терн. Выделение ацетилхолина в синаптичес­кую щель осуществляется квантами, каждый из которых в нервно-мышечном синапсе со­держит от нескольких тысяч до 10 тыс. моле­кул. На один ПД из пресинаптического окончания нервно-мышечного синапса выде­ляется 200—300 квантов медиатора. В про­межутках между ПД из пресинаптического окончания происходит спонтанное выделе­ние 1—2 квантов медиатора в синаптическую щель в течение 1 с.

Молекулы медиатора, поступившие в си­наптическую щель, диффундируют к пост-синаптической мембране и вступают во вза­имодействие с ее рецепторами. В нервно-мышечном синапсе ацетилхолин действует на Н-холинорецепторы, которые способны активизироваться и под влиянием никотина, вследствие чего они и получили свое назва­ние. Н-холинорецептор имеет в своем составе Nа/К-канал и состоит из пяти очень сходных субъеди­ниц (α)2, β, γ, δ) примерно одинакового размера, группирующихся вокруг центрального канала. Такого рода макробелок составляет основу рецепторов различных типов, а для ацетилхолинового рецептора установлена его полная аминокислотная последовательность. Молекулярная масса этого белка 258 000. Открывание каналов в химических синапсах происходит в результате связывания медиатора или его агониста с комплексом рецептор-канал.

Скорость диффузии молекул медиатора позволяет им пройти расстояние синаптической щели в течение 0,1—0,2 мс. Длительность действия медиатора на рецеп­торы постсинаптической мембраны, опре­деленная по продолжительности открытия в ней ионных каналов, равна около 1 мс. Это значительно меньше периода полурас­пада медиатора и свидетельствует о его уда­лении из синаптической щели. Оно осу­ществляется путем диффузии ацетилхолина из щели в окружающую жидкость и разру­шения его под действием ацетилхолинэстеразы.

Этот фермент выделяется миоцитом и прикрепляется к мукополисахаридному ве­ществу в синаптической щели. Одна молеку­ла ацетилхолинэстеразы может гидролизовать до ацетата и холина 10 молекул ацетил­холина в 1 мс, что обеспечивает его разруше­ние в синаптической щели в течение не­скольких десятых долей миллисекунды. При этом большая часть (около 60 %) холина за­хватывается обратно пресинаптическим окончанием. Значительная доля высвобожденного ацетилхолина разрушается уже в ходе диффузии через синаптическую щель, не успевая достигнуть рецепторов, и через несколько миллисекунд его практически не остается: синапс вновь готов к передаче возбуждения.

2. Преобразование химического сигнала об­ратно в электрический. Этот этап осущест­вляется в постсинаптической мембране. Дей­ствие молекул медиатора на ее рецепторы ведет к открытию ионных каналов и переме­щению ионов, имеющих высокий электрохи­мический градиент на протяжении канала. Присоединение двух молекул ацетилхолина к α-субъединицам Н-холинорецептора откры­вает канал. Открытое состояние сохраняется 1 мс, в течение которой через него проходит около 500 000 ионов. Один квант медиатора (десятки тысяч его молекул) создает на несколько миллисекунд около рецепторов его высокую концентрацию, которая затем быстро падает. Начальный подъем концентрации медиатора повышает вероятность открывания канала, причем его открытые состояния перемежаются кратковременными закрываниями. После такой вспышки открываний он окончательно закрывается, потому что концентрация медиатора становится слишком низкой. Серии открываний суммируются, так что квант тока складывается из нескольких сотен токов одиночных каналов. Поскольку квант медиатора почти всегда вызывает только одну вспышку открываний, постоянная времени спада синаптического тока тоже примерно соответствует средней продолжительности такой вспышки.

Канал на внутреннем суженном конце имеет диаметр 0,65 нм, хо­рошо проницаем для Nа + и К + , плохо прони­цаем для Са 2+ . Поскольку канал имеет сла­бую избирательность в отношении Nа + и К + , то ионные токи через канал зависят главным образом от электродвижущей силы (ЭДС) этих ионов.

ЭДС иона равна разности между мембран­ным потенциалом покоя и равновесным по­тенциалом данного иона (ЭДС = МПП — Еиона). Отрицательная величина ЭДС характе­ризует движение иона в клетку, положитель­ная — из клетки.

В связи с этим входящий в клетку ток на­трия (ЭДС = -140 мВ) резко преобладает над выходящим из клетки током калия (ЭДС = 14 мВ). Иными словами, ион Nа + движется в клетку согласно концентрационному и электрическому градиенту (клетка внутри имеет положительный заряд), а ион К + выхо­дит из клетки только согласно концентраци­онному градиенту, причем вопреки электри­ческому (снаружи клетка имеет положитель­ный заряд). Поэтому суммарный ток ионов Nа + в клетку превосходит ток К + из клетки, что и приводит к деполяризации постсинаптической мембраны (концевой пластинки). Эта деполяризация называется возбуждаю­щим постсинаптическим потенциалом (ВПСП), который в нервно-мышечном си­напсе называют потенциалом концевой плас­тинки (ПКП). Особенностью нерв­но-мышечного синапса фазного мышечного волокна является то, что при одиночной его активации формирующийся ПКП имеет большую амплитуду (30—40 мВ), которая превышает критический уровень деполяриза­ции и вызывает генерацию ПД в миоците. Тоническое мышечное волокно имеет 7—10 синапсов, принадлежащих, как правило, не­скольким мотонейронам. При этом ПКП не вызывает генерации ПД, а непосредственно запускает мышечное сокращение.

Как было отмечено, в промежутках между передачей нервного импульса происходит спонтанное выделение 1—2 квантов медиато­ра в синаптическую щель. При этом в пост-синаптической мембране формируется депо­ляризация амплитудой 0,12—0,24 мВ, возни­кающая в среднем 1 раз в 1 с. Такие потен­циалы, изученные в нервно-мышечном си­напсе, были названы миниатюрными потен­циалами концевой пластинки. Они, вероятно, поддерживают высокую возбудимость синап­сов в условиях функционального покоя нерв­ных центров. Кроме экзоцитоза медиатора, существует постоянная неквантовая утечка молекул медиатора в синаптическую щель. Предполагают, что неквантовая секреция иг­рает трофическую роль.

Саморегуляция в синапсе осуществляется с использованием функциональных обратных связей. Веществами, влияющими на эффек­тивность синаптической передачи, могут быть медиаторы, продукты их распада. В нервно-мышечном синапсе ацетилхолин, выделившийся в небольшом количестве в си­наптическую щель, может стимулировать более сильный выброс ацетилхолина из пресинаптического окончания по механизму обратной связи (самоусиление секреции). Высокие концентрации ацетилхолина в синаптической щели, напротив, угнетают секрецию его из пресинаптического оконча­ния.

Показано, что холин (продукт гидролиза ацетилхолина) в концентрации 10 -4 —10 -5 М тормозит выделение ацетилхолина из преси­наптического окончания.

2.2.1.3. Особенности проведения возбуждения в химических синапсах

Одностороннее проведение возбуждения. Синапсы функционально асимметричны и работают по принципу физиологического кла­пана, осуществляя одностороннее проведение возбуждения только в направлении от преси­наптического окончания в сторону постсинаптической мембраны. Это связано с тем, что медиатор выделяется из пресинаптичес­кого окончания, а взаимодействующие с ним рецепторы, имеющие ионные каналы, необ­ходимые для формирования синаптических потенциалов, находятся только на постсинаптической мембране.

Замедленное проведение возбуждения в синапсе (синаптическая задержка). Синаптическая задержка в нервно-мышечном синапсе составляет 0,5—1,0 мс (время от мо­мента поступления импульса к нервному окончанию до момента возникновения ПД в мышечном волокне). Это время затрачивает­ся на процессы секреции медиатора, диффу­зию его к постсинаптической мембране, дей­ствие на рецепторы, возникновение ионных токов, формирование постсинаптических потенциалов и их суммацию, способную вы­звать ПД.

Низкая лабильность. Синапсы имеют низкую лабильность (по сравнению с нервным волокном). Она равна около 100 Гц, что в 5—6 раз ниже лабильнос­ти аксона. Главной причиной низкой лабиль­ности синапса является синаптическая за­держка проведения возбуждения.

Трансформация ритма возбуждения в синапсах. Частота потенциалов действия, поступающих в синапс, обычно не совпадает с частотой ПД, генерируемых ней­роном, имеющим данный синаптический вход. Однако в нервно-мышечном синапсе быстрого мышечного волокна трансформа­ция ритма не выражена: один импульс нерв­ного волокна вызывает один ПД в мышечном волокне.

Высокая чувствительность к химическим агентам. Проводимость химических синапсов сильно изменяется под влиянием биологи­чески активных веществ, лекарств и ядов.

Синаптическое облегчение. Эти изменения синаптической передачи воз­буждения более детально изучены в нервно-мышечных синапсах, хотя имеют место и в синапсах ЦНС. Передача ПД через синапс, как было рассмотрено выше, сопровождается повышением концентрации Са 2+ в пресинап­тическом окончании, которая снижается до межимпульсного уровня в течение несколь­ких десятков миллисекунд. Если следующий ПД попадает в этот следовый период, то вы­брос медиатора в синаптическую щель увели­чивается и формируется более высокоампли­тудный ВПСП (в нервно-мышечном синап­се — ПКП), что приводит к повышению эф­фективности синаптической передачи — си­ноптическому облегчению).

Активация пресинаптического окончания может осуществляться ретроградными по­средниками (окисью азота, арахидоновой кислотой, нейропептидами), которые выде­ляются постсинаптической клеткой. При передаче серии ПД через синапс концентра­ция Са 2+ оказывается повышенной и вблизи постсинаптической мембраны. Активация при этом Са 2+ -зависимых ферментов (киназ, фосфатаз, протеаз) приводит к активации рецепторных белков и расщеплению белков, блокирующих рецепторы (например, белка фодрина, маскирующего глутаматные ре­цепторы). Облегчение синаптической пе­редачи может быть связано также с увеличе­нием синтеза рецепторов последовательно, их количества на постсинаптической мем­бране. Синаптическое облегчение является причиной оптимума частоты раздражения, открытого Н.Е.Введенским (1885) на нерв­но-мышечном препарате. В ЦНС синаптическое облегчение обозначается как фено­мен длительной потенциации. Он имеет важное значение в образовании условных рефлексов, формировании памяти и обу­чения.

2.2.1.4. Физиологические основы нарушений проведения возбуждения в нервно-мышечном синапсе

Другую форму такого расслабления обеспечивает антагонист ацетилхолина с пролонгированным действием, вызывающий устойчивую деполяризацию концевой пластинки. Этот деполяризующий мышечный релаксант инактивирует Nа + -каналы в мембране мышечного волокна и в результате предотвращает его естественное возбуждение (сукцинилхолин, декаметоний).

Действие антагонистов холинорецепторов, необратимо связывающихся с холинорецепторами.Необратимо связывает холинорецепторы и полностью блокирует передачу возбуждения через си­напс полипептид из яда змей α-бунгаротоксин.

Таким образом, действуя на холинорецептор вещества могут блокировать рецептор путем необратимого связывания с ним (α-бунгаротоксин) или длительно вытеснять ацетилхолин (кураре и курареподобные вещества); инактивировать (стойко деполяризовать) рецептор (сукцинилхолин, декаметоний).

Нарушение нервно-мышечной передачи под действием ингибиторов холинэстеразы. Значение фермента холинэстеразы для синаптической передачи в концевой пластинке хорошо заметно при его блокаде ингибиторами, Ряд веществ подавляют активность холинэстеразы, разрушающей ацетилхолин в синапти­ческой щели. Ингибиторы холинэстеразы используются в медицинской практике для устранения мышечного расслабления при наркозе (лечебные дозыпрозерина и эзерина), а также при заболеваниях типа миастении (см. ниже). При небольшой ее инактивации происходят умеренное накопление аце­тилхолина и облегчение синаптической пере­дачи. С другой стороны, известны отравления людей инсектицидами на основе этих ингибиторов. В основе действия фосфорорганических отравляющих веществ также лежит угнетение фермента холинэстеразы. При этих отравлениях возникают судороги — результат пролонгированной активации ацетилхолинергических синапсов, особенно в вегетативной нервной системе. При большой инактивации ацетилхолинэстеразы и значительном накоплении ацетилхолина синаптическая передача бло­кируется — развивается синаптическая деп­рессия и возможна смерть.
Химическое (фармакологическое) угнетение механизмов обратного захвата медиаторов или продуктов их распада. Во всех подробно изученных синапсах медиатор либо быстро разрушается, либо поглощается из синаптической щели через мембраны клеток. Мембранные транспортные механизмы особенно важны в случае адреналина, норадреналина, ГАМК и глутамата. В ацетилхолинергических синапсах транспортируется не сам ацетилхолин, а продукт его расщепления холин. Удаляемое вещество поступает в пресинаптическое окончание, что снижает потребность в ресинтезе медиатора. Подобно холинэстеразе, такие транспортные механизмы служат мишенями для действия многих важных лекарственных веществ, влияющих на синаптическую передачу.
Уменьшение количества синаптических рецепторов. Примером подобного нарушения может служить тяжелая миастения (myasthenia gravis) − относительно хорошо изученное глобальное нарушение функции нервно-мышечных синапсов. При этом заболевании тонус и сокращения скелетных мышц ослабевают; например, больные не в состоянии держать открытыми глаза или же с трудом передвигаются. Причина заключается в снижении плотности субсинаптических рецепторов ацетилхолина. Сам медиатор высвобождается в нормальных количествах, однако, связывается лишь с малым их числом; в результате потенциал концевой пластинки может не достигать порогового уровня, необходимого для возбуждения мышцы. Уменьшение количества функциональных ацетилхолиновых рецепторов обусловлено аутоиммунной реакцией: организм больного вырабатывает антитела, разрушающие или сокращающие время жизни собственных ацетилхолиновых рецепторов. При таком состоянии очень хорошо помогают ингибиторы холинэстеразы (амбеноний, неостигмин, пиридостигмин), позволяющие высвобождаемому в синапсах ацетилхолину действовать дольше, чем в норме, вызывая, таким образом, достаточную деполяризацию мембраны во время потенциала концевой пластинки.

2.2.2. Электрическая синаптическая передача возбуждения

Итак, перечислим основные характеристики, которые отличают химическую синаптическую передачу от электрической.

1. В химическом синапсе постсинаптический ток генерируется за счет открывания каналов в постсинаптической мембране и обусловлен ионными градиентами постсинаптической клетки.

2. В электрическом синапсе источник постсинаптического тока — мембрана пресинаптической клетки. Здесь нет химического медиатора, и все факторы, влияющие на его высвобождение и действие (например, снижение внеклеточной концентрации Са 2+ или устранение разрушающих медиатор ферментов), на передаче возбуждения не сказываются.

Щелевые контакты. Ионы, переносящие электрические токи, не могут проходить через липидные мембраны, следовательно, для их транспорта в «мембранных контактах» между электрически сопряженными клетками необходимы канальные белки. Такие межклеточные связи называются нексусами, или «щелевыми контактами» (рис.9). В каждой из двух соседних клеточных мембран находятся регулярно распределенные через небольшие промежутки коннексоны, пронизывающие всю толщу мембраны; они расположены так, что в месте контакта клеток находятся друг против друга и их просветы оказываются на одной линии. У образованных таким образом каналов крупные диаметры и, значит, высокая проводимость для ионов: через них могут проходить даже относительно крупные молекулы с молекулярной массой до 1000 (около 1.5 нм в поперечнике). Коннексон состоит субъединиц числом до шести с молекулярной массой примерно 25000 каждая. Щелевые контакты обычны для ЦНС позвоночных и, как правило,соединяютгруппы синхронно функционирующих клеток. Такие контакты характерны также длябеспозвоночных. Функциональные синцитии. В тканях, не относящихся к нервной системе, клетки тоже очень часто соединены щелевыми контактами.

Рис.9. Ультраструктура нексуса (щелевого контакта). В пре- и постсинаптической мембранах регулярно распределены «коннексоны», находящиеся точно друг против друга. Внутри них есть просвет, так что каждая пара расположенных по одной линии коннексонов образует канал, через который сообщаются две клетки.

Говоря о передаче возбуждения, стоит, прежде всего, упомянуть миокард и гладкую мускулатуру, где эти контакты создают функциональный синцитий. Возбуждение здесь переходит от одной клетки к другой без заметной паузы или снижения амплитуды потенциала действия на границе.

Для таких органов важна регулируемость щелевых контактов; в самом деле, их каналы закрываются при снижении рН или повышении концентрации Са 2+ . Это неизбежно происходит в случае повреждения клеток или глубокого нарушения обмена. За счет такого механизма пораженные места изолируются от остальной части функционального синцития, и распространение патологии ограничивается (например, при инфаркте миокарда). Кроме этих возбудимых тканей существует и много других (в частности, все эпителии, печень), где клетки также соединены щелевыми контактами. В принципе такая связь присуща любой клетке на ранних стадиях эмбрионального развития, когда все клетки соединены между собой щелевыми контактами и сохраняют их до стадии дифференцировки органов.

Роль таких контактов у невозбудимых клеток неясна. Через них возможен обмен многими мелкими молекулами; не исключено, что это важно для метаболизма. Через щелевые контакты могли бы также диффундировать внутриклеточные вторые посредники, передавая по ткани сигналы, регулирующие клеточные процессы.

Учитывая широкое распространение щелевых контактов, кажется удивительным, почему в нервной системе они не используются для синаптической передачи повсеместно. Видимо, сложнее организованные химические синапсы обеспечивают настолько более высокую специфичность и регулируемость межклеточной коммуникации, что в значительной степени вытеснили электрические.

Тормозные электрические синапсы. Щелевой контакт наиболее распространенный тип электрического синапса. Однако существуют и другие. Например, электрическим путем может передаваться и торможение. В этом случае потенциал действия особым образом расположенных пресинаптических волокон генерирует во внеклеточном пространстве вокруг постсинаптического аксона местный положительный потенциал такой амплитуды, что деполяризация аксона не может достичь порогового уровня, и проведение по нему потенциала действия блокируется.

Эфаптическая передача. При некоторых заболеваниях аксоны повреждаются. После перерезки аксона дегенерирует не только его дистальная, но и проксимальная часть. В периферической нервной системе он через несколько недель регенерирует, но его отрастающие участки сначала немиелинизированы. При невропатиях разнообразного происхождения аксоны также теряют свою миелиновую оболочку, становясь демиелинизированными. Кроме того, встречаются аксонные невропатии, главный симптом которых, вероятно, является нарушение аксонного транспорта.

Демиелинизированные аксоны особенно часто вступают в аномальные взаимодействия. Импульсы, проходящие по группам нервных волокон, индуцируют возбуждение других параллельно идущих аксонов. Это называется эфаптической передачей. Когда такие аномальные потенциалы действия генерируются в сенсорных нервных волокнах, у больного появляются аномальные ощущения, парестезии. Они могут быть мучительными, особенно когда связаны с ноцицептивными(болевыми) волокнами: возникают такие неприятные синдромы, как невралгия, каузалгия, невромные боли. Межаксонные помехи бывают следствием не только недостаточной изоляции (миелиновыми оболочками), но и повышенной возбудимости аксонов.

zodorov.ru