НЕРВНО-МЫШЕЧНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ 1 Строение нейрона и нервных волокон

НЕРВНО-МЫШЕЧНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ 1. Строение нейрона и нервных волокон 2. Проведение возбуждения по нервам, классификация нервных волокон 3. Иннервация скелетной мышцы 4. Строение нервно-мышечного синапса 5. Синаптическая везикула, экзоцитоз и эндоцитоза 6. Холинорецепторы постсинаптической мембраны, холинэстераза 7. Потенциалы концевой пластинки и потенциал действия мышечного волокна 8. Пре- и постсинаптические механизмы действия БАВ

Строение нейронов мультиполярный биполярный дендритное дерево тело (сома) аксональный холмик псевдоуниполярный дендриты дендрит чувствительные (сенсорные) нейроны двигательные (эффекторные) нейроны аксон Униполярные нейроны в сенсорном ядре тройничного нерва в среднем мозге Безаксонные нейроны нервные окончания (терминали) В сетчатке глаза, обонятельном эпителии и луковице, слуховом и вестибулярном ганглиях в спинальных ганглиях.

клетки-спутники нейронов – глиальные клетки ПНС = нервные волокна и нейроны, расположенные за пределами ЦНС ядро аксональный холмик ЦНС = головной мозг + спинной мозг нейрон дендрит олигодендроциты шванновские клетки (леммоциты)

Нервные волокна миелиновые (мякотные) немиелинизированные (безмякотные) Миелин: -80% липиды (из них 1/3 холестерин, 1/3 сфинголипидов) -20% белки (MBP/основной белок миелина – около половины всего белка, PLP) Со временем в головном мозге увеличивается количество миелина. За счет может повышаться общая «интеллектуальная сила» мозга. Пик активности производства миелина приходится на 60 -летний возраст и старше. Миелинизация обычно идет волной от затылочной коры больших полушарий к лобной по мере взросления. Возможно, недостаточная миелинизация является одной из причин того, что подростки не способны принимать ответственные решения так же, как взрослые. Воздействие табачного дыма на поздних стадиях развития плода и в подростковом возрасте, когда происходит миелинизация, негативно влияет на белое вещество.

Проведение ПД немиелинизированном нервном волокне легче возбуждаются, но медленнее проводят ПД 2 пr d пr 2 возбуждаются более сильным током, но быстрее проводят ПД Скорость проведения ~√d

Механизм действия локальных анестетиков (обезболивающие вещества, блокирующие проведение по нерву) Закрыт Открыт Изменение Открыт, но заблокирован Na+ мембранного потенциала эффект «зависимый от употребления» и от p. H среды (высокая активность при p. H щелочном, т. к. легче проникают через мембрану, поэтому воспаленные ткани иногда устойчивы к подобной анестезии) Na+

Особенности строения миелиновых нервных волокон ЦНС - связаны с несколькими аксонами олигодендроциты нервные терминали аксон околоузловые астроциты ПНС перехваты (узлы) Ранвье (узкие) Глия способна «прослушивать» импульсы, идущие по аксону, и услышанный ею поток импульсов определяет степень миелинизации. Шванновская клетка базальная мембрана междоузлие глия аксон K+ -каналы Na+-каналы Для того чтобы обеспечить максимальную скорость проведения, толщина изоляции должна находиться в строго определенной пропорции к диаметру волокна внутри нее. Оптимум достигается, когда отношение толщины аксона к суммарной толщине волокна (включая миелин) составляет 0, 6.

Сальтоторное проведение ПД в миелинизированном нервном волокне базальная мембрана ф. деполяризации ф. реполяризации ф. деполяризации порог (КУД)

эпиневрий Нерв эндоневрий периневрий Пучок аксонов Изучая потрясающе чуткий слух у сов, было установлено, что во время миелинизации олигодендроциты образуют на некоторых аксонах больше перехватов, чем требуется для оптимально быстрого проведения сигнала. Это происходит для того, чтобы замедлить перемещение сигналов.

* * * наиболее чувствительные к аннеститикам При этом со временем в головном мозге увеличивается количество миелина - вещества, которое заставляет сигнал быстрее проходить между нейронами. За счет этого общая интеллектуальная сила мозга повышается до 3000% по сравнению со средним показателем. А пик активности производства миелина приходится на 60 -летний возраст и старше.

Классификация по Ллойду-Ханту (только афферентные нейроны) Тип волокна Ia Ib II IV Функция Диаметр, мкм Мышечные 18 -22 веретёна Сухожильные 15 -18 рецепторы Механорецепторы кожи, вторичные 7 -15 мышечные веретёна Рецепторы связок 1 -5 Болевые рецепторы, рецепторы 0, 1 -1 соединительной ткани Скорость проведения, м/с Миелинизация 90 -120 + 60 -90 + 40 -90 + 3 -25 прерывистая 0, 5 -2 -

Химический синапс. Синаптическая передача синаптические везикулы Ионотропный рецептор 1. ПД 2. 3. 4. постсинаптический ответ Медиатор (нейротрансмиттер) пресинаптическая часть (область) синаптическая щель (25 нм) постсинаптическая часть

Экзоцитоз синаптических везикул 1. докированная в АЗ везикула 2. образование SNARE комплекса синаптотагмин 3. скручивание SNARE комплекса синаптобревин Rab 3 a синаптобревин Munc l 8 SNAP-25 синтаксин E~Са 2+ -каналы SNAP-25 синтаксин сближение мембран ПД «достигает» НО и открывает E~Са 2+ -каналы разборка SNARE-комплекса 0, 1 мс слияние мембран синаптотагмин Са 2+

Механизм действия ботулотоксинов и столбнячного (тетанус-) токсина летальная доза составляет 1 нг на кг веса синаптобревин выделяется Clostridium tetani – возбудителем столбняка синтаксин вырабатываются Clostridium botulinum Zn 2+-зависимые эндопептидазы усиливает выброс Ах (экзоцитоз) α-латротоксин паука черная вдова

Эндоцитоз синаптических везикул разборка клатринового покрытия покрытая везикула АР-2 клатрин динамин покрытая клатрином ямка 1. Белки синаптических везикул (синаптотагмин, синаптобревин…) распознаются белком АР-2. 2. К АР-2 присоединяется белок клатрин, который полимеризуется, образуя решетку. 3. Специальные белки изгибают мембрану, образуется покрытая клатрином «ямка» . 4. Белок динамин образует сжимающийся воротник около покрытой ямки и отщепляет везикулу 5. Клатриновое покрытие разбирается.

синаптическая везикула покрытая клатрином ямка плоская клатриновая решетка полимеризованный клатрин в форме закрытой корзины трискелия – из 3 -х молекул клатрина

Химический синапс. Синаптическая передача синаптические везикулы Ионотропный рецептор 1. ПД 2. 3. 4. постсинаптический ответ Медиатор (нейротрансмиттер) пресинаптическая часть (область) синаптическая щель (25 нм) постсинаптическая часть

нервно-мышечный синапс спинной мозг (в срезе) тело мотонейрона мышечные волокна синапс аксон Мотонейрон (МН) + иннервируемые им мышечные волокна = двигательная единица (ДЕ) если в составе ДЕ много мышечных волокон - большая ДЕ, если мало – маленькая ДЕ

последние миелиновый сегмент ядро мышечного волокна веточки нервного волокна шванновская клетка концевая пластинка миофибриллы митохондрии складки Мышечное волокно концевая пластинка

Структура активной зоны и их количество в нервно-мышечном синапсе человека AZ 10 -20 синаптических бутонов (5 -10 мкм 2) состав АЗ: 1 -2 синаптические везикулы (докированы 0. 3%) потенциал- зависимые Са 2+ каналы синаптический бутон (10 -20 активных зон) На один ПД 1 -2 кванта АХ выделяется из одного бутона квантовый состав – около 20 (меньше 0. 1% всех везикул) белки АЗ в ответ на 10 потенциал действия из 1 АЗ выделяется в среднем 1 квант (т. е. вероятность освобождения медиатора 0, 1) , в «распоряжении» 1 АЗ находится 350 везикул

Шванновская клетка зазор в 15 нм базальная мембрана из гликопротеинов: фибронектин, ламинин, Нервное окончание (НО) коллаген, энтактин, перлекан… первичная щель ~ 40 нм сладки мышечное волокно вторичная щель «синаптическое» ядро синаптическая щель

аксон миелин н. АХ-рецепторы Court and R. R. Ribchester, University of Edinburgh, Scotland.

Холинорецепторы низко-аффинные рецепторы Никотиновые-холинорецепторы (н-Ах. Р) (ионотропные) M-холинорецепторы (м-Ах. Р) (метаботропные) связывание 2 молекул ацетилхолина мышечного нейронального типов Нм-Ах. Р Нн-Ах. Р (α 1)2β 1δε взрослый e/g ACh - не чувствительны к d-тубокурарину - никотин в нано. Моль Na+ эмбриональный фенотип открыт из 5 субъединиц закрыт K+ агонист (активатор) – никотин, карбамилхолин, конкурентный блокатор (антагонист) Нм-Ах. Р– d-тубокурарин При этом мышцы расслабляются в следующей неконкурентный ингибитор - α-бунгаротоксин последовательности: мышцы пальцев рук — глаз — ног — шеи — спины, потом межреберные мышцы и диафрагма.

М (мускариновые)-холинорецепторы

μ-конотоксины – блокаторы Na каналов мышечных волокон Na+ Ах Ах Ах ацетилхолиновые рецепторы (Ах. Р) Ах Ах рапсин (кластеризация н-Ах. Р (δ)) денервация н-Ах. Р (γ) – рассыпаются по мембране потенциал концевой пластинки (ПКП ~ 2 -5 мс) порог 1 порог 2 Потенциал действия миниатюрный потенциал концевой пластинки (МПКП)

Этапы формирования потенциала действия мышечного волокна 0 1. Выделение Ах ПД 2. Ах. Р-ы /ПКП - + + + + 3. Na-каналы / ПД - ПКП -80 m. V 100 nm постсинаптические складки - усиливают эффект кванта у человека в нмс – 7 -8 складок

Фактор надежности – отношение реальной амплитуды ПКП к порогу (критическому уровню деполяризации) ~ 3 -5 Мембранный потенциал Потенциал действия (ПД) Пресинаптический потенциал действия Нормальный ПКП Блокированный ПКП (Botox, curare, Mg 2+) порог Вход ионов Са 2+ Секреция ацетилхолина (Ах)

Н-помпа (13 субъединиц) 5 -10 х 103 молекул Ах в 1 везикуле (150 м. М Ах) Н+ АТФ АДФ Н+ Н+ Н+ 1 квант медиатора Н+ Н+ Ах 2 Н+ Везикулярный транспортер Ах (Ах/2 Н+ обменник) МПКП отрицательная обратная связь 30 мкс концевая пластинка (постсинаптическая мембрана) потенциал концевой пластинки (ПКП) миниатюрный потенциал концевой пластинки (МПКП) ~ 2000 н-Ах. Р

Ацетилхолинэстераза (Ах. Э) секреторная форма Ах. Э в синаптической щели - ограничить действие Ах по времени и предотвратить его повторное связывание с н-Ах. Р субъединица Ах. Э - не допустить десенситизацию н-Ах. Р - устранить последствия спонтанного выделения Ах - поставляет холин для ре-синтеза Ах связанная с мембраной форма Ах. Э Ингибиторы АХЭ: -физостигмин (эзерин), - неостигмин, - ФОС (табун, зарин, зоман, Ви-газ) субъединица Ах. Э коллагеновая спираль гликолипидный якорь постсинаптическая мембрана Диффузия Ах в щели: за 30 -100 мкс преодолевает 0. 25 -0. 5μм Скорость работы Ах. Э – время оборота 0, 16 мс (у Na/K АТФазы 10 -15 мс) перлекан (протеогликан базальной мембраны) из кванта постсинаптических рецепторов достигает 30 -60% Ах АХЭ есть также на мембранах эритроцитах, инактивируют выделяющийся из НО АХ деполяризующие миорелаксанты действуют как агонисты холинорецепторов и не разрушаются АХЭ, их расщепляет неспецифическая холинэстераза (кровь, печень)

Cd, Ni, Сo, La, Sn