Лекция 3 Физиология нервной ткани Нервно-мышечная передача

Лекция № 3. Физиология нервной ткани. Нервно-мышечная передача • Классификация нервных волокон. • Механизмы проведения возбуждения. • Рецепторы: классификация, основные свойства. • Синапсы: классификация, механизм передачи информации.

Разновидности нейронов

Функции нейрона • Нейрон – функциональная единица нервной системы. – Тело клетки выполняет функцию сумматора – Аксон проводит нервный импульс к другим клеткам – Дендриты воспринимают возбуждающие и тормозные влияния от других нейронов

Клетки нейроглии Нейроглия: обеспечивает поддержку, питание нейронов и выполняет защитные функции Шванновские клетки: формируют миелиновые оболочки в ПНС. Миелин изолирует нервные волокна, увеличивает скорость передачи импульсов по нерву. • Олигодендроциты: формируют миелиновые оболочки в ЦНС. • Астроциты: регулируют концентрацию К + • Микроглия: макрофаги ЦНС • Эпендимальные клетки

Нейрон и миелиновая оболочка

Аксональный транспорт • Многие физиологически активные вещества (медиаторы, факторы роста нервов, митохондрии, некоторые питательные вещества поступают в нервные окончания путем аксонального транспорта. Существует и ретроградный аксональный транспорт.

Нейрон Тело клетки содержит ядро и цитоплазму. В шероховатом эндоплазматическом ретикулуме осуществляется синтез белка, в т. ч. и медиатора (пептиды, полипептиды). • Нейрофибриллы формируют цитоскелет клетки • • Дендриты - входная структура - получают сигналы, поступающие к нейрону и проводят их к телу клетки. • – Аксон • В аксоне белок не синтезируется. • В области аксонного холмика генерируется ПД. • Аксоны заканчиваются терминалями аксона (до 2000), в которых имеются синаптические пузырьки, содержащие медиатор.

Классификация нервных волокон по Гассеру-Эрлангеру Тип волокна Миелиновая оболочка Средний диаметр, мкм Группа А А-альфа Есть 15 А-бета Есть Средняя скорость распространения возбуждения, м/с 100 (двигательные волокна скелетных мышц) 8 50 (тактильная чувствительность) А-гамма Есть 5 20 (двигательные волокна мышечных веретен) А-дельта Есть <3 15 (ранний компонент боли) Группа В Есть <3 7 (преганглионарные симпатические волокна) Группа С Нет 1 1 (постганглионарные симпатические волокна)

Взаимодействие нервных клеток • • Синапсы: химические (между нейронами – межнейронные, между нейроном и клеткой внутреннего органа – нейроэффекторные, между нейроном и клеткой скелетной мышцы – нервно-мышечные) (передача сигнала происходит с помощью химического вещества – медиатора) электрические (мембраны клеток тесно контактируют, передача сигнала происходит с помощью местных токов) смешанные Компоненты синапса: пресинаптическая мембрана синаптическая щель постсинаптическая мембрана

СИНАПС • • • Контакт между двумя нейронами Обязателен химический посредник На одном нейроне может быть до 10 000 синапсов • На теле нейрона осуществляется временная и пространственная суммация • Результат может быть возбуждающим или тормозным

Синапс в ЦНС

Передача информации в синапсе

Синапсы на теле нейрона Число синапсов на нейроне сильно варьирует: от нескольких в ядрах среднего мозга до 10 000 на мотонейронах спинного мозга В сенсорной коре до 98 % синапсов локализованы на дендритах и только 2 % на теле нейрона

Аксо-аксональный синапс • Структура для пресинаптического торможения

Этапы передачи сигнала в химическом синапсе • 1. В пресинаптическое окончание поступает ПД. • 2. ПД вызывает открывание потенциалчувствительных кальциевых каналов в мембране пресинаптического окончания. • 3. Через кальциевые каналы в пресинаптическое окончание входит Са++.

Этапы передачи сигнала в химическом синапсе • 4. Са++ активирует белки, отвечающие за слияние содержащих медиатор пузырьков с пресинаптической мембраной. • 5. Слившись с мембраной, пузырьки посредством экзоцитоза высвобождают медиатор в синаптическую щель. • 6. Молекулы медиатора взаимодействуют с постсинаптическими рецепторами и активируют их.

Виды синапсов и медиаторы • Два типа синапсов в ЦНС: ЦНС – возбуждающие синапсы – тормозные синапсы. • В качестве медиаторов в ЦНС используется множество химических веществ.

Взаимодействие нервных клеток • Медиаторы (нейротрансмиттеры): химические посредники, которые передают сигнал от пресинаптической мембраны к постсинаптической мембране.

Взаимодействие нейротрансмиттера с рецептором • Модель ключ-замок: • Нейротрансмиттер • связывается с рецептором • НТ = ключ • Рецептор = замок • Рецептор изменяет структуру и открывает ионные каналы, что приводит к генерации ВПСП или ТПСП или активирует ферменты

Нейротрансмиттеры (медиаторы) • • • ACETYL CHOLINE DOPAMINE NOREPINEPHRINE SEROTONIN • • HISTAMINE GLYCINE GLUTAMINE GAMMAAMINOBUTYRIC ACID (GABA)

Нейропептиды • Цепочки аминокислот • Синтезируются в теле нейрона • Часто являются нейромодуляторами – изменяют чувствительность нейронов (реакция идет медленнее), эффект намного продолжительнее • Вещество P – информация о боли • Эндорфины - аналгезия, эйфория

Эндорфины • Опиоиды – Динорфин • met-enkephalin • leu-enkephalin • Beta-endorphin • Подтипы рецепторов: • mu 1, mu 2, kappa, delta, omega ~

Быстрая и медленная химическая синаптическая передача • БЫСТРАЯ • МЕДЛЕННАЯ СИНАПТИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ • Нейротрансмиттер выделяется и связывается с хемочувствительным ионным каналом. • Ответ регистрируется через несколько миллисекунд связывается с рецептором и активирует высвобождение вторичного мессенджера в постсинптической клетке. • Ответ регистрируется через несколько секунд или минут

–Химические синапсы • Chemical (neurotransmitter) - Fast - small molecules (e. g. acetylcholine) - ligand-gated ion channels - Slow - neurotransmitters synthesised from aa’s (e. g. noradrenaline) - G-protein signalling pathway Fig. 6 -11

• Быстрый химический синапс – НТ – ацетилхолин – Рецептор связан с лиганд-управляемым ионным каналом (Na+, K+) – Происходит ферментативная инактивация НТ

Инактивация медиатора • Диффузия из синаптической щели в окружающие ткани. • Обратный захват пресинаптическим окончанием. • Ферментативный распад.

Диффузия • Самый простой способ, не требующий ферментов и белков-переносчиков. • Самый медленный способ, позволяющий медиатору действовать долго, но тем самым делающий невозможным передачу частых сигналов. • Позволяет медиатору действовать сразу на много клеток, но тем самым делает невозможной точную прицельную регуляцию.

Обратный захват • Требует специализированных белков, обеспечивающих перенос медиатора в пресинаптическое окончание, а затем – в пузырьки. • Существенно быстрее диффузии. • Экономичен – позволяет многократно использовать медиатор. • Может регулироваться, что позволяет изменять эффективность синаптической передачи.

Ферментативный распад • Требует ферментов, отвечающих за разрушение медиатора. • Самый быстрый способ, обеспечивающий передачу импульсов высокой частоты. • Пример: передача возбуждения с нейрона на скелетную мышцу.

Физиологические свойства синапсов • Одностороннее проведение: обусловлено направлением потока медиатора – он выделяется из пресинаптического окончания и действует на постсинаптические рецепторы. • Синаптическая задержка: обусловлена сравнительно длительным временем, необходимым для выделения медиатора, его диффузии к рецепторам, активации рецепторов и последующих постсинаптических процессов.

Физиологические свойства синапсов • Низкая лабильность: мерой лабильности служит максимальная частота импульсов, которую может воспроизвести та или иная ткань. • В нервных волокнах лабильность ограничена временем периода рефрактерности; поскольку этот период короткий (около 1 мс), лабильность нервных волокон высока. • Синапсы же становятся готовы к проведению очередного сигнала лишь после того, как будет инактивирована очередная порция медиатора, на что требуется достаточно много времени. • Таким образом, лабильность синапса ограничена временем полного оборота медиатора (медиаторного цикла). Следовательно, синапсы могут проводить лишь импульсы низкой частоты, то есть обладают низкой лабильностью.

Физиологические свойства синапсов • Высокая утомляемость: заключается в снижении величины реакции клетки при длительном раздражении. • Причина – исчерпание ресурсов клетки, накопление метаболитов и пр. • В нервных клетках теоретически при чрезвычайно длительном раздражении могут выравниваться концентрации ионов во внутренней и наружной среде, но практически это невозможно благодаря работе ионных насосов. • В синапсе при длительном раздражении могут истощаться запасы медиатора, и тогда развивается утомление.

Регуляция синаптической передачи • на пресинаптическом уровне сводится к изменению: • количества медиатора в синаптической щели. Это достигается за счет регуляции высвобождения медиатора; • времени пребывания медиатора в синаптической щели. Это достигается за счет регуляции обратного захвата медиатора.

Механизм G-протеин-связанной системы вторичных мессенджеров

Медленная синаптическая передача li Нейротрансмиттер drenalin receptor Рецептор OUT MEMBRANE IN Посредник G protein Усилитель adenylate cyclase c. AMP Вторичный мессенджер

Постсинаптическая передача сигнала • Постсинаптические рецепторы делятся на 2 группы: • рецепторы, сопряженные с ионными каналами – ионотропные рецепторы; • рецепторы, сопряженные с внутриклеточными ферментативными системами – метаботропные рецепторы.

Ионотропные рецепторы • Это ионные каналы, наружной поверхности которых имеются собственно рецепторы медиаторов. • Медиатор активирует рецептор. • Активация рецептора приводит к открыванию (реже – закрыванию) ионного канала. • Меняется поток через канал ионов, для которых данный канал избирательно проницаем. • Поток ионов вызывает изменение заряда мембраны; возникает постсинаптический потенциал, обладающий всеми свойствами местных потенциалов (распространяется с затуханием, подчиняется закону силовых отношений; не обладает рефрактерностью; способен к суммации).

Типы хемочувствительных ионных каналов на постсинаптической мембране • A. Контакт нейротрансмиттера с рецептором приводит к открытию хемочувствительного ионного канала B. Изучены 4 типа хемочувствительных ионных каналов: a. Na+ каналы b. Ca+ каналы • c. K+ каналы d. Cl- каналы

Постсинаптические потенциалы ТПСП Мембранный потенциал Время ВПСП

Возбуждающий постсинаптический потенциал • Волна деполяризации, которая приближает МП к КУД, облегчая возможность генерации ПД

Тормозный постсинаптический потенциал • Волна гиперполяризации, которая увеличивает величину МП и уменьшает вероятность генерации ПД

Метаботропные рецепторы • Эти рецепторы активируются не только медиаторами, но также и гормонами и другими биологически активными веществами. Они сопряжены с внутриклеточными ферментативными системами: активация рецептора непосредственно или через промежуточные этапы приводит к активации фермента. • Делятся на: • рецепторы с собственной ферментативной активностью (трансмембранные белки, внеклеточный участок которых является собственно рецептором, а внутриклеточныйферментом), • рецепторы, сопряженные с ферментами (внеклеточный участок является собственно рецептором, а внутриклеточный активирует определенный фермент), • рецепторы, сопряженные с G-белками (внеклеточный участок является собственно рецептором, а внутриклеточный активирует так называемый G-белок; последний, в свою очередь, активирует функционально важные внутриклеточные белки, многие из которых являются ферментами).

Нервно-мышечный синапс • Образован окончанием аксона двигательного нейрона на скелетной мышце. • Пресинаптическое окончание нейрона ветвится, образуя синапс очень больших размеров. Поверхность постсинаптической мембраны дополнительно увеличена за счет многочисленных складок. • Медиатор – ацетилхолин. • Рецепторы ацетилхолина в нервномышечном синапсе относятся к типу Nхолинорецепторов (чувствительных к никотину). Это ионотропные рецепторы; с ними связаны ионные каналы, пропускающие катионы.

Нервно-мышечный синапс • При активации N-холинорецепторов каналы открываются, в мышечную клетку входит Nа+ (каналы пропускают все катионы, но из всех катионов наибольшим электрохимическим градиентом обладает Nа+ , и этот градиент направлен внутрь клетки) и возникает ВПСП, называемый в данном синапсе потенциалом концевой пластинки. • Особенность потенциала концевой пластинки в том, что он всегда сверхпороговый; это обусловлено большими размерами синапса и одновременным выбросом большого количества медиатора. Т. о. , один ПД в нервном окончании всегда вызывает один ПД в скелетной мышце.

Нервно-мышечный синапс • Инактивация ацетилхолина происходит в синаптической щели с помощью фермента ацетилхолинэстеразы. • Эта инактивация осуществляется чрезвычайно быстро, поэтому нервномышечный синапс способен проводить импульсы высокой частоты.