Проведение возбуждения через аксосоматический синапс

В нервной системе проведение возбуждения осуществляется между отростками нейронов и между отростками и телами нервных клеток. Так, проведение возбуждения с аксона одного нейрона на аксон другого происходит при участии аксо-аксональных синапсов.

Передача импульсов от аксона нейрона на на дендриты другой нервной клетки осуществляется аксоденд- ритными синапсами, а от одних дендритов на другие — с помощью денд- ро-дендритных синапсов. К наиболее часто встречающемуся в нервной

системе пути передачи импульсов между нейронами относится аксосома- тический синапс, т. е. от аксона одного нейрона на тело другого. Количество синапсов на дендритах и теле одного нейрона достигает нескольких тысяч. В качестве примера может быть рассмотрен аксосоматический синапс, т. е. синапс между окончаниями одной нервной клетки и телом другой (рис. 2.18).
Аксосоматический синапс образован пресинаптическим окончанием аксона, синаптической щелью, за которой расположена постсинаптическая мембрана. Передача импульсов в аксосоматических синапсах осуществляется с помощью медиаторов, которые называются нейротрансмиттерами. В химической передаче возбуждения между нейронами участвуют различные типы нейротрансмиттеров: глутамат, ацетилхолин, дофамин, норадреналин, адреналин, серотонин, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), нейропептиды. При передаче возбуждения через аксосоматический синапс в постсинаптическом нейроне возникает два типа ответных реакций: быстрые и медленные. Быстрые реакции в постсинаптических нейронах возникают в случаях, если медиатор связывается с рецепторами ионных каналов постсинаптической мембраны и, непосредственно вызывая их открытие, в миллисекундный интервал передает возбуждение на постсинаптический нейрон. При этом возникают быстрые реакции постсинаптической мембраны в виде увеличения ионной проницаемости и ее деполяризации. К быстрым реакциям увеличения ионной проницаемости постсинаптической
мембраны аксосоматических синапсов относится открытие ионных каналов постсинаптической мембраны после образования внутриклеточных вторичных посредников (описаны ниже). При этом типе быстрой реакции нейротрансмиттеры (адреналин, норадреналин, дофамин, гистамин, серотонин) связываются на постсинаптической мембране с рецепторами системы G-белков. В результате активации системы G-белков в постсинаптическом нейроне образуются внутриклеточные вторичные посредники, которые через рецепторы ионных каналов открывают их и увеличивают таким образом ионную проницаемость постсинаптической мембраны аксосоматических синапсов. При передаче возбуждения через аксосоматический синапс возникают медленные или нейромодуляторные реакции постсинаптических нейронов. Они также обусловлены взаимодействием нейротрансмиттеров с рецепторами системы G-белков постсинаптической мембраны, но в этом случае при участии внутриклеточных вторичных посредников возникают медленные, а именно — метаболические реакции постсинаптических нейронов. Данный способ передачи информации через синапсы нервной системы присущ большой группе нейротрансмиттеров, которые называются нейропептидами.
По аналогии с нервно-мышечным синапсом в аксосоматическом синапсе импульс предается с помощью пре- и постсинаптического механизмов.
2.5.2.1. Функция пресинаптического окончания нейронов
В нервных терминалях локализовано два типа везикул — мелкие и крупные. Мелкие везикулы терминалей нейронов центральной и периферической нервной системы содержат разные группы медиаторов: амины (аце- тилхолин, дофамин, норадреналин, серотонин и гистамин), аминокислоты (глютамат, глицин, гамма-аминомасляная кислота) и пурины (АТФ, аденозин). Мелкие везикулы в пресинаптической терминами находятся в активной и депонированной формах. Активные везикулы непосредственно участвуют в экзоцитозе медиатора, депонированная форма везикул пополняет пул активной по мере ее использования в синаптической передаче (рис. 2.19). Медиаторы накапливаются в везикулах с помощью механизма активного транспорта. Крупные или пептидные везикулы нервных терминалей центральной и периферической нервной систем содержат нейроак- тивные пептиды (субстанция Р, вазопрессин, окситоцин, кортиколиберин, тиреолиберин, соматолиберин, гонадолиберин, энкефалины, ангиотензин- 2 и др.). В отличие от мелких везикул пептидные синтезируются в соме нейронов, наполняются молекулами пептидов и транспортируются с помощью аксотока в нервное окончание. Функции медиаторов мелких и крупных везикул взаимосвязаны между собой в процессе синаптической передачи: первые обеспечивают химическую передачу возбуждения через синапс, а вторые — модулируют, т. е. усиливают или уменьшают этот процесс. Генерация потенциала действия на мембране пресинаптической тер- минали активирует кальцийзависимый процесс освобождения или экзоци- тоза медиатора. Быструю, кратковременную (доли миллисекунды) и локальную передачу возбуждения между нейронами обеспечивает экзоцитоз классических нейротрансмиттеров, содержащихся в мелких везикулах нервной терминали. Экзоцитоз нейропептидов из нервных терминалей может осуществляться в течение многих секунд и минут при активации различных внутриклеточных энзимных систем. Благодаря этой особенности экзоцитоза нейропептидов, они могут модулировать экзоцитоз класси-

Рис. 2.19. Везикулярный механизм эк- зоцитоза медиатора из нервной терминала

Везикулы (1) формируются в теле нейрона, транспортируются в нервное окончание, где заполняются медиатором (2). При экзоци- тозе, с помощью механизма полного слияния и с последующим образованием покрытых везикул (3), запасы медиатора пополняются через стадию эндосом, При неполном слиянии и повторном заполнении медиатором везикулы сразу могут участвовать в эк- зопитозе (4). Крупные везикулы заполняются пептидами в теле нейрона (5), их эк- зопитоз происходит в других зонах нервного окончания (6).
ческих нейротрансмиттеров в нейронах на протяжении продолжительного интервала времени, усиливая или замедляя передачу импульсов через аксосоматический синапс. В аксосоматическом синапсе экзоцитоз классических медиаторов осуществляется в активных зонах пресинаптического окончания. Функциями активных зон в нервных терминалях (как и в нервно-мышечном синапсе) является мобилизация медиатора из депонированной формы в активную при участии элементов цитоскелета. В пределах активной зоны пресинап- тической мембраны происходит взаимодействие между везикулами и местом экзоцитоза медиаторов. При участии активных зон пресинаптической мембраны экзоцитоз происходит только в момент повышения концентрации ионов кальция в цитоплазме пресинаптической терминали. Наконец, активные зоны нервной терминали участвуют в процессах восстановления целостности синаптических пузырьков, заполнения их молекулами медиаторов, что обусловливает число везикул, находящихся в активной и депонированной формах. Пресинаптический механизм проведения возбуждения
Пресинаптический механизм проведения возбуждения осуществляет трансформацию энергии нервных импульсов в кванты выделяющегося медиатора. В фазу деполяризации потенциала действия в мембране нервной терминали открываются потенциалзависимые кальциевые ионные каналы, и ионы кальция по концентрационному градиенту поступают из внеклеточной среды внутрь нервного окончания. Ионы Са2+ вблизи внутренней поверхности пресинаптической мембраны образуют микродомен (см. рис. 2.17) и связываются со специфическим везикулярным белком кальциевым сенсором — синаптотагмином. Последовательное взаимодействие специфических белков экзоцитоза, локализованых на мембране везикул (синапсин, синаптотагмин, синаптобревин) и на пресинаптической мембране (синтаксин, синапсоассоциированный белок) связывает везикулу с активной зоной пресинаптической мембраны, формируя секретосому. При этом мембрана везикулы полностью сливается с пресинаптической мембраной, и медиатор освобождается в синаптическую щель через пору. В синапсах нервной системы экзоцитоз медиаторов может проходит через постоянную или временную пору. В первом случае происходят полное слия
ние мембран везикулы и пресинаптического окончания и высвобождение всего количества молекул медиатора из везикул. Во втором случае не происходит полного слияния мембран везикулы и пресинаптической термина- ли. При образовании временной поры освобождается только часть медиатора в синаптическую щель, а затем везикула отделяется от активной зоны и возвращается в цитоплазму нервной терминали. Этот механизм позволяет одной и той же везикуле без пополнения запаса медиатора неоднократно участвовать в экзоцитозе.
После высвобождения молекулы нейротрансмиттера диффундируют от мест экзоцитоза к постсинаптической мембране. Во время диффузии часть медиатора может подвергаться ферментному разрушению в синаптической щели или захватываться обратно внутрь нервного окончания. Постсинаптической мембраны могут достигать все или только часть молекул нейротрансмиттеров, что обусловливает соответственно большее или меньшее количество передаваемых через аксосоматический синапс импульсов. Пресинаптическая регуляция экзоцитоза медиаторов
Пресинаптическая регуляция экзоцитоза медиаторов осуществляется с помощью специфического типа ионного канала, который идентичен калиевым ионным каналам мембран возбудимых клеток, но открываются ионами кальция. Такие ионные каналы пресинаптической мембраны называются кальцийзависимыми калиевыми каналами. Эти ионные каналы расположены в активных зонах пресинаптической мембраны нервной терминали в непосредственной близости от кальциевых ионных каналов. Физиологические свойства подобного типа ионных каналов заключается в том, что они быстро активируются при увеличении концентрации ионов кальция на внутренней поверхности пресинаптической мембраны, т. е. в момент формирования микродомена. При открытии кальцийзависимых калиевых ионных каналов происходит выход из нервного окончания ионов калия по концентрационному градиенту. Это локально реполяризует пресинаптиче- скую мембрану нервной терминали, что ограничивает длительность фазы деполяризации в тех участках пресинаптической мембраны, где происходит высвобождение медиатора. В результате уменьшения длительности фазы деполяризации пресинаптической мембраны нервной терминали расположенные в ней кальциевые ионные каналы открываются на меньший отрезок времени. Это ведет к уменьшению количества ионов кальция, поступающих внутрь нервной терминали, а следовательно, уменьшаются количество высвобождаемого экзоцитозом медиатора и передача сигналов через синапс.
Освобождение медиаторов из нервных терминалей изменяется (модулируется) субстанциями, содержащимися в интерстициальной жидкости, окружающей терминалы Механизм регуляции экзоцитоза медиаторов из нервных терминалей осуществляется через рецепторы, локализованные на пресинаптической мембране.

Эти рецепторы (N-холинергические, глюта - матные, ГАМК-ергические и пуринергические Р2-рецепторы) ассоциированы с ионными каналами и могут активироваться медиатором, который выделяется из этого же нервного окончания, либо медиаторами, высвобождающимися из близлежащих нервных окончаний.
Вещества, которые оказывают модуляторный эффект на передачу импульсов в синапсах нервной системы, в результате которой увеличивается или уменьшается частота потенциалов действия постсинаптических нейронах, называются нейромодуляторами.
Экзоцитоз ацетилхолина из нервной терминали стимулируется связыванием выделившегося в этом же синапсе ацетилхолина с N-холинорецепто- рами пресинаптической мембраны аксосоматического синапса. Глютамат- ные рецепторы пресинаптической мембраны аксосоматического синапса (NMDA, агонист N-метил-О-аспартат; АМРА, агонист альфа-амино-3- гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовая кислота и каинатные — агонист каиновая кислота) участвуют в разных синапсах в стимуляции или торможении экзоцитоза других медиаторов. Например, NMDA-рецепторы пресинаптической мембраны нервных терминалей, оканчивающихся на нейронах коры головного мозга, стимулируют процесс экзоцитоза медиатора ацетилхолина, а в нервных терминалях гиппокампа — медиатора норадреналина.
На пресинаптической мембране нервных терминалей нейронов центральной нервной системы распространен А) тип аденозиновых рецепторов, которые связываются с нейромодулятором аденозином. Концентрация аденозина во внеклеточной среде возрастает по мере активации постсинаптического нейрона. Функцией типа А! аденозиновых рецепторов пресинаптической мембраны нервной терминали является уменьшение экзоцитоза медиаторов (ацетилхолина, дофамина), что снижает активность постсинаптических нейронов, из которых в окружащую их внеклеточную жидкость поступает аденозин. Тип А2А-аденозиновых рецепторов локализован на пресинаптической мембране нейронов тех отделов мозга, которые регулируют движения человека при участии медиатора дофамина (хвостатое ядро и подушка таламуса). Активация А2а рецепторов пресинаптической мембраны стимулирует высвобождение ацетилхолина из нервных терминалей и вызывает усиление функции постсинаптического нейрона. Постсинаптический механизм проведения возбуждения
Постсинаптический механизм проведения возбуждения в аксосоматиче- ском синапсе нервной системы осуществляет передачу нервного импульса на постсинаптический нейрон (быстрые реакции). Передача нервного импульса от одного нейрона к другому осуществляется в течение короткого отрезка времени (мс). Этот процесс на этапе постсинаптического механизма передачи возбуждения осуществляется при участии ионотропных рецепторов постсинаптической мембраны аксосоматического синапса. Ионотропные рецепторы представляют собой часть молекулярной структуры хе- мозависимых ионных каналов (натриевых, калиевых, кальциевых) постсинаптической мембраны нейронов. Количество ионотропных рецепторов на постсинаптической мембране нейронов является регулируемой величиной: оно повышается в ответ на длительное воздействие на мембрану нейрона малой концентрации молекул медиаторов (.явление сенситизации). Напротив, число рецепторов на постсинаптической мембране понижается в ответ на длительное воздействие на постсинаптическую мембрану медиаторов в высокой концентрации {явление десенситизации). Вещества, которые связываются с рецепторами хемозависимых ионных каналов постсинаптической мембраны, называются лигандами. Лиганды подразделяются на агонисты и антагонисты. Первые активируют, а вторые блокируют активность рецепторов хемозависимых ионных каналов постсинаптической мембраны.
Результатом взаимодействия медиаторов с ионотропными рецепторами постсинаптической мембраны является ее кратковременная деполяризация или гиперполяризация постсинаптической мембраны. Деполяризация постсинаптической мембраны в области одного синапса называется возбуждающим постсинаптическим потенциалом (ВПСП). Химические синапсы, в которых при передаче возбуждения возникают ВПСП, называются возбуждающими. По аналогии медиатор, вызывающий возникновение ВПСП, называется возбуждающим медиатором. Возникновение ВПСП обусловлено открытием преимущественно натриевых ионных каналов. При ВПСП происходит деполяризация постсинаптической мембраны и уменьшение порога ее возбудимости. Амплитуда ВПСП прямо зависит от количества молекул медиатора взаимодействующих с рецепторами постсинаптической мембраны, а также последовательностью выделения квантов медиатора из пресинаптического окончания.
Результатом взаимодействия медиаторов с ионотропными рецепторами хемозависимых ионных каналов постсинаптической мембраны может быть ее кратковременная гиперполяризация. В результате понижается возбудимость постсинаптического нейрона и в нем не происходит генерация потенциала действия. Гиперполяризация постсинаптической мембраны в области одного синапса называется тормозным постсинаптическим потенциалом (ТПСП), такие химические синапсы называются тормозными. По аналогии медиаторы, вызывающие ТПСП, называются тормозными медиаторами. Взаимодействие тормозного медиатора с рецепторами постсинаптической мембраны открывает хлорные и калиевые ионные каналы, что резко повышает ионную проводимость постсинаптической мембраны для ионов хлора (/ст) или калия (/*). В соответствии с электрохимическими градиентами ионов калия и хлора по обе стороны от постсинаптической мембраны, ТПСП представляет собой сдвиг потенциала на постсинаптической мембране в сторону увеличения его величины. В результате происходит гиперполяризация постсинаптической мембраны и увеличение порога ее возбудимости.
При передаче возбуждения через аксосоматические синапсы на мембране одного нейрона одновременно возникают ВПСП и ТПСП. При этом происходит сложение (суммация) амплитуды ВПСП и ТПСП многих синапсов. Если в условиях суммации ВПСП и ТПСП суммарная амплитуда ВПСП достигает критического уровня деполяризации, то в мембране аксонного холмика нейрона электротонически открываются потенциалзависимые натриевые ионные каналы и генерируется потенциал действия. В результате возбуждение передается от нервных терминалей пресинаптического нейрона на постсинаптический нейрон.
При передаче возбуждения через аксосоматический синапс с пресинаптического нейрона на постсинаптический происходит синаптическая задержка скорости проведения электрического импульса. Синаптическая задержка в возбуждающих аксосоматических синапсах представляет собой время от момента прихода потенциала действия к пресинаптическому окончанию до начала деполяризации постсинаптической мембраны, т. е. ВПСП. Время синаптической задержки в возбуждающих синапсах в среднем составляет 0,5 мс, и оно прямо зависит от скорости процессов экзоци- тоза медиатора из нервного окончания, диффузии медиатора через синаптическую щель к постсинаптической мембране, соединения медиатора с рецепторами постсинаптической мембраны и последующего увеличения ионной проницаемости постсинаптической мембраны. Время синаптической задержки обусловливает функциональную подвижность или лабильность химического синапса. Лабильность химического синапса ниже, чем нервного волокна, но выше, чем мышечного. Функции метаботропных рецепторов постсинаптической мембраны аксосоматического синапса
На постсинаптической мембране аксосоматических синапсов нервной системы локализованы хемозависимые метаботропные рецепторы. Функция хемозависимых метаботропных рецепторов постсинаптической мембраны состоит в регуляции метаболической активности постсинаптических нейронов при передаче возбуждения через химический синапс (медленная реакция). Эта функция метаботропных рецепторов постсинаптической мембраны обусловлена свойствами нескольких высокомолекулярных семейств G-белков (Gs, Gi и Gq) либо низкомолекулярных семейств G-белков (ras, rho, rab и др.), с которыми ассоциированы метаботропные рецепторы постсинаптической мембраны (рис. 2.20).
Как показано на рис. 2.20, метаботропный рецептор постсинаптической мембраны находится на стороне молекулы G-белка, обращенной в синаптическую щель. Соединение нейротрансмиттера с хемозависимым метаботропным рецептором постсинаптической мембраны вызывает активацию G-белков. При этом тример G-белков, состоящий из а-субъединицы, ассоциированной с Ру-ДимеР°м, диссоциирует на а-субъединицу и Рудимер с последующим образованием комплекса гуанинтрифосфат-Ga и GPy-димер. Функция этих двух соединений состоит в активации внутриклеточных энзимов постсинаптической мембраны, например фосфолипазы А2, фосфолипазы С, при участии которых в постсинаптических нейронах образуются основные внутриклеточные регуляторы их метаболической активности — вторичные посредники.
Функция вторичных посредников в постсинаптическом нейроне. Основными вторичными посредниками в постсинаптических нейронах являются циклический аденозинмонофосфат, инозитол-3-фосфат/диацилглицерол и ионы кальция. Циклический АМФ образуется в цитоплазме клеток при участии активированной аденилатциклазы из АТФ. Посредник диффундирует в пределах постсинаптической клетки, активирует протеинкиназы,

Рис. 2.20. Схема активации G-белка при взамодействии лиганда с метаботропным рецептором постсинаптической мембраны.

Связывание лиганда с рецептором G-белка вызывает диссоциацию G-белка на гуанозинтри- фосфат, связанный с a-субъединицей, и на ру-димер. a-Субъединица и py-димер могут взаимодействовать в клетке с эффекторными молекулами, такими как ионные каналы или связанные с мембраной энзимы, и изменять их активность.

Фосфолипид

^ДАГ 'А'ИФЗ - Вторичные посредники
вызывающие фосфорилирование внутриклеточных ферментов, которые обусловливают метаболический эффект клеток. Системы внутриклеточных посредников на основе фосфоинозитида включают активацию энзима фосфолипазы С и образование двух метаболитов: инозитол-3-фосфата и диацилглицерола (рис. 2.21). Диацилглицерол функционирует в пределах клеточной мембраны и активирует киназы, открывающие ионные каналы постсинаптической мембраны нейрона, а инозитол-3-фосфат взаимодействует с рецепторами кальциевых ионных каналов эндоплазматического ретикулума и вызывает выход ионов Са2+ в цитоплазму клеток. Ионы Са^+ в качестве вторичного посредника активируют в нейронах мозга процессы нейросекреции, а в возбудимых мышечных клетках — их сокращение.
Примерно 60 % медикаментов, которые применяются в современной медицине, оказывают свой терапевтический эффект на клетки, связываясь с мембранными метаботропными рецепторами, ассоциированными с системой G-белков.

<< | >>

↑

Источник: Ткаченко Б.И. Нормальная физиология человека. 2005

Еще по теме Проведение возбуждения через аксосоматический синапс:

- Кардиология - Физиология человека - Философия здоровья -