Проведение возбуждения в основных типах синапсов центральной нервной системы

В нервных терминалях нейронов центральной и периферической нервной системы в зависимости от типа нейротрансмиттера, с помощью которого возбуждение проводится через синапс и/или регулируется метаболическая активность постсинаптического нейрона, различают холинергический, до- фаминергический, серотонинергический, гистаминергический, глутаматер- гический, ГАМКергический и глицинергический синапсы центральной нервной системы.
Холинергический синапс (рис.

2.22)
Ацетилхолин является нейротрансмиттером в нервной системе. Медиатор синтезируется в нервных окончаниях из ацетил-коэнзима А при участии фермента ацетилтрансферазы или холинацетилазы. Фермент синтезируется в теле нейрона и транспортируется аксоплазматическим током в нервные окончания. Холин накапливается в нервных окончаниях в результате его захвата из интерстициальной жидкости. При этом количество холина, захватываемого нервными окончаниями, обусловливает количество синтезируемого ацетилхолина в нервных окончаниях. Ацетилхолин накапливается в везикулах нервных окончаний и высвобождается квантами в синаптическую щель во время генерации потенциалов действия в нервных окончаниях. Физиологический эффект ацетилхолина на постсинаптический нейрон является результатом действия нейротрансмиттера на рецепторы постсинаптической мембраны. На постсинаптической мембране холинергического синапса имеются N- и М-типы (подтипы М,—М4) рецепторов ацетилхолина. N-тип рецепторов чувствителен к никотину, а М-тип — к мускарину, что послужило основанием для обозначения буквами N и М этих двух типов холинорецепторов постсинаптической мембраны.
Мускариновый
Система              пресинаптический
обратного рецептор \ it/ . '*А Ацетилхолин транспорта

Ja+ Na+
                            гш
«“'"*»!;¦*»!}              Г!!!1!!!!,":»"1: Постсинаптическая
мембрана

Связывание ацетилхолина с ионоторопными N- холинорецепторами открывает ионные каналы Са2+ и Na+, ионы поступают внутрь клетки, вызывая быструю деполяризацию (ВПСП) постсинаптической мембраны. Связывание ацетилхолина с ионотропаными М-холинорецепторами постсинаптической мембраны открывает кальциевые и калиевые ионные каналы постсинаптической мембраны через систему вторичных посредников инозитол-3-фосфата и диацилглицерола (М,-тип рецепторов) и циклического АМФ (М2-тип рецепторов) соответственно: ионы Са2+ поступают через кальциевые каналы постсинаптической мембраны холинергического синапса внутрь нейрона, а ионы К+ выходят из него, вызывая ги-

На постсинаптической мембране локализованы хемозависимые ионотропные и метаботропные рецепторы, при участии которых не только возбуждение проводится через синапс (ионотропные рецепторы), но и может регулироваться метаболическая активность постсинаптического нейрона (М-холинорецептор).

перполяризацию мембраны. Эффекты изменения ионной проницаемости постсинаптической мембраны при участии ацетилхолина, М-холиноре- цепторов и вторичных посредников во времени являются более длительными и отставлены, чем при активации ионотропных N-холинорецепто- ров. Благодаря долговременному механизму действия ацетилхолина на постсинаптические нейроны, этот нейротрансмиттер участвует в механизмах памяти и обучения в нейронах гиппокампа и коры больших полушарий мозга. Адренергический синапс
Адренергический синапс осуществляет передачу возбуждения при участии медиаторов адреналина или норадреналина как в центральной нервной системе, так и в периферических тканях. В мозге норадренергические нейроны, в нервных терминалях которых высвобождается медиатор норадреналин, сконцентрированы, в основном, в голубом пятне моста. Ответвления аксонов этих нейронов встречаются во всех отделах ЦНС и норадреналин модулирует активность различных по функции нервных клеток. В ЦНС и периферических тканях адренергические синапсы функционируют при участии а (подтипы а„ а2) и р (подтипы (р„ р2 и р3) типов адренергических рецепторов.
а,-Адренорецепторы ЦНС (гиппокамп, кора головного мозга) и периферической нервной системы осуществляют возбуждающую функцию, увеличивая ионную проницаемость хемозависимых ионотропных кальциевых каналов.
а2-Адренорецепторы выполняют тормозную роль в ЦНС и периферической нервной системе. В ЦНС а2-адренорецепторы расположены на постсинаптической мембране, представляющей собой мембрану нервной терминалу из которых высвобождаются нейротрансмиттеры норадреналин и серотонин. Торможение высвобождения в нервных терминалях норадреналина и серотонина при участии а2-адренорецепторов осуществляется путем модуляции ионной проницаемости кальциевых и калиевых каналов при участии системы G-белков, аденилатциклазы/цАМФ. Прямое увеличение проницаемости калиевых ионных каналов мембраны нервной терминали гиперполяризует пресинаптическую мембрану и тормозит экзоцитоз медиатора. Это, в свою очередь, уменьшает количество высвобождающегося медиатора (норадреналина или серотонина) в адренергических или серото- нинергических синапсах ЦНС, модулируя функцию постсинаптических нейронов.
В центральной нервной системе представлены р,-адренорецепторы, которые идентифицированы на мембранах нейронов полосатых тел базальных ганглиев мозга. Взаимодействие норадреналина с р,-адренорецептора- ми через систему вторичных посредников (система G-белков, аденилат- циклаза/цАМФ) ведет к модуляции ионной проницаемости кальциевых и калиевых ионных каналов постсинаптической мембраны. Активация системы G-белков непосредственно увеличивает проницаемость кальциевых ионных каналов и повышает возбудимость и функцию нейронов полосатых тел.
Наиболее важная функция норадреналина в ЦНС заключается в регуляции пробуждения в цикле «сон—бодрствование» (совместно с серотони- нергическими структурами ядер «шва» ствола мозга). Дофаминергический синапс
Дофаминергический синапс нервной системы осуществляет передачу возбуждения от нервной терминали на постсинаптический нейрон с помощью медиатора дофамина. Постсинаптическая мембрана синапсов, в которых химическим передатчиком возбуждения является медиатор дофамин, содержит D,—D5 типы рецепторов, каждый из которых связан с системой внутриклеточных посредников аденилатциклаза — цАМФ (рис. 2.23).
Взаимодействие дофамина с D, рецепторами постсинаптической мембраны через стимулирующий Gs-белок активирует аденилатциклазу, которая приводит к повышению уровня цАМФ. Функция вторичного посредника цАМФ заключается в открытии кальциевых ионных каналов постсинаптической мембраны. Диффузия ионов кальция внутрь нейрона по их концентрационному градиенту деполяризует постсинаптическую мембрану и повышает возбудимость нейрона.
Взаимодействие дофамина с D2 рецепторами постсинаптической мембраны через тормозящий Gi-белок прямо или опосредованно путем уменьшения внутриклеточного уровня цАМФ модулирует калиевые ионные каналы и опосредованно — кальциевые ионные каналы постсинаптической мембраны, вызывая ее гиперполяризацию и уменьшение возбудимости нейрона. Например, при активации нейронов дофаминергической системы мозга дофамин в нейронах передней доли гипофиза уменьшается содержание внутриклеточных вторичных посредников. Это вызывает уменьшение внутриклеточной концентрации ионов кальция, что является основным механизмом ограничения секреции из клеток передней доли гипофиза гормона пролактина, а следовательно, лактации молока. Блокада D2 рецепторов нейронов мозга специфическимии агонистами используется в медици-

кальциевых каналов калиевых каналов
Рис. 2.23. Схематическое изображение дофаминергического синапса!

Дофамин через метаботропные рецепторы постсинаптической мембраны и систему G-протеинов регулирует активность различных хемозависимых ионных каналов. Дофамин после взаимодействия с рецепторами постсинаптической мембраны транспортируется в пресинаптиче- ско окончание. D|—D5 — различные типы дофаминовых рецепторов.
не при лечении шизофрении. Напротив, при нарушении функции дофами- нергической системы мозга и ограничением синтеза в ее нейронах медиатора дофамина, в связи с деградацией нейронов «черной субстанции» среднего мозга, у человека возникают ограничение произвольных движений и дрожание конечностей в покое (синдром Паркинсона).

Рецепторы к дофамину располагаются на мембране пресинаптического окончания, из которого выделяется этот нейротрансмиттер. После экзоци- тоза дофамина в дофаминергическом синапсе его молекулы диффундируют не только к постсинаптической мембране, но и действует на дофаминовые рецепторы мембраны пресинаптического окончания. При участии вторичного посредника цАМФ на пресинаптической мембране дофаминергическо- го синапса открываются калиевые ионные каналы, что вызывает выход этих ионов из цитоплазмы нервной терминали в интерстициальную среду. В результате развивается гиперполяризация пресинаптической мембраны, что тормозит генерацию потенциалов действия в нервном окончании и снижает экзоцитоз дофамина из пресинаптической терминали, а следовательно, уменьшает влияние медиатора на функцию постсинаптического нейрона.
2.5.ЗА. Серотонинергический синапс
Серотонин является нейротрансмиттером как для центральной нервной системы, так и для клеток периферических тканей. На постсинаптической мембране серотонинергических синапсов нейронов мозга локализовано семь типов рецепторов к серотонину — 5-НТ,_7. Основными являются типы 5-НТ,_4. Рецепторы на постсинаптической мембране к серотонину относятся к ионотропному (5-НТ3) и метаботропному типам (остальные). Время действия серотонина при передаче возбуждения через серотонинергический синапс обусловлено обратным захватом медиатора в нервную терминаль, где серотонин разрушается ферментом моноаминоксидазай.
Подтипы семейства рецепторов 5-НТ, (5-НТ1А, 5-НТ1В, 5-НТш, 5-НТ1Е, 5-НТ,р), ассоциированные с G-белками, широко представлены в нейронах ЦНС (лимбическая система, лобная кора, базальные ганглии). При взаимодействии серотонина с 5-НТ, рецепторами при участии аденилатцикла- зы и вторичного посредника цАМФ повышается проводимость калиевых ионных каналов постсинаптической мембраны и уменьшается ионная проницаемость кальциевых каналов. В результате происходит гиперполяризация постсинаптической мембраны и понижение возбудимости нейронов и торможение их функции.
Рецепторы 5-НТ2 представлены в периферических тканях и участвуют в сокращении гладких мышц сосудов, кишечника, мочевыводящих путей, агрегации тромбоцитов и увеличении проницаемости капилляров. Действие серотонина на 5-НТ2 тип метаборецепторов постсинаптической мембраны обусловлено образованием через активацию системы G-белков внутриклеточного вторичного посредника — инозитол-3-фосфата. Инози- тол-3-фосфат вызывает открытие кальциевых ионных каналов саркоплазматического ретикулума, что повышает внутриклеточную концентрацию этих ионов. В результате ионы кальция вызывают мышечное сокращение.
5-НТ3 рецепторы имеются в ядрах продолговатого мозга (ядро одиночного пучка, ядра тройничного и блуждающего нервов), а также в нейронах сенсорных и энтеральной нервных систем, на пре- и постганглионарных нейронах вегетативной нервной системы. Действие серотонина на 5-НТ3 тип рецепторов избирательно повышает проницаемость катионных каналов (Na+ и Са2+), вызывая деполяризацию постсинаптической мембраны
нейронов, повышение возбудимости нервных клеток и активацию их функции. Это приводит к усилению сократительной функции миокарда, расширению сосудов, стимуляции легочной и интестинальных функций, возникновению болевых ощущений.
Рецепторы 5-НТ4 распространены в структурах мозга, в которых основным медиатором является дофамин (базальные ганглии, прилегающее ядро лимбической системы). Рецепторы локализованы также на пресинаптиче- ской мембране ГАМКергических интернейронов, в которых они облегчают высвобождение основного тормозного медиатора центральной нервной системы гамма-аминомасляной кислоты. Однако в нервных окончаниях этот же тип рецепторов пресинаптической мембраны холинергических интернейронов тормозит высвобождение ацетилхолина.
В мозге серотонинергические нейроны концентрируются в участке среднего мозга, который называется «шов». Аксоны серотонинергических нейронов ядер «шва» имеют нервные терминали на нейронах переднего мозга и мозжечка. Функцией этих связей является регуляция цикла «сон- бодрствование». Глутаматергический синапс
Глутамат является основным возбуждающим нейротрансмиттером в центральной нервной системе. После выделения из нервного окончания глутамат действует на ионотропные и метаботропные рецепторы постсинаптической мембраны. Ионотропные рецепторы представлены двумя типами: NMDA- и АМРА-рецепторами (рис. 2.24). Название рецепторов связано с их способностью связываться с синтетическими аналогами глутамата —
ШПресинаптическая , « мембрана

alt="" />Синаптическая щель
Постсинаптическая
(НШЯ№И№НКМШШ4Н ^
)*ияшgt;|;шня!М}К11«!$ мембрана
На постсинаптической мембране локализованы хемозависимые NMDA и не-NMDA ионотропные рецепторы, при участии которых возбуждение проводится через синапс. Метаболическая активность постсинаптического нейрона регулируется метаботропными рецепторами постсинаптической мембраны. Медиатор после взаимодействия с рецептором постсинаптической мембраны транспортируется в пресинаптическое окончание.

N-MeTRii-D-acnapTaTOM (NMDA) и альфа-амино-3-метил-изоксазол-про- пионовой кислотой (АМРА). Оба типа рецепторов, как правило, расположены на постсинаптической мембране одного нейрона и их основной функцией является деполяризация постсинаптической мембраны. Глутамат связывается с АМРА-рецепторами потсинаптической мембраны. Активация АМРА-рецепторов снимает блокирование ионами Mg2+ NMDA-рецепторов, которые ассоциированы с кальциевым ионным каналом. Это приводит к открытию кальциевого ионного канала и поддерживает кальциевый ток через постсинаптическую мембрану в течение нескольких миллисекунд. Физиологически важной особенностью нейронов, имеющих NMDA-рецепторы на мембране, является то, что глутаматные синапсы способны поддерживать повышенную возбудимость нейронов (долговременная потенциация) в течение длительного времени (дни, недели и месяцы), что является основой механизмов долговременной памяти. ГАМКергический синапс
Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) является основным тормозным медиатором в ЦНС. При действии ГАМК на хлорные ионотропные рецепторы (ГАМКа-тип) постсинаптической мембраны эти каналы открываются и ионы хлора поступают внутрь нейрона, вызывая гиперполяризацию постсинаптической мембраны и понижая, таким образом, возбудимость нейрона. ГАМКб рецепторы постсинаптической мембраны выполняют иную функцию. Комплекс ГАМКБ-рецептор функционирует через систему G-белков, уменьшая концентрацию вторичного посредника цАМФ, что приводит к снижению кальциевой ионной проводимости и увеличению калиевой. В результате происходят гиперполяризация постсинаптической мембраны, снижение возбудимости постсинаптического нейрона и торможение его функции.
В нейронах мозга ГАМКергические синапсы повсеместно взаимодействуют с нервными терминалями глутаматергических синапсов, выполняя функцию торможения экзоцитоза глутамата из нервных окончаний. Это взаимодействие прекращает возбуждающее действие глутамата на постсинаптический нейрон, что обеспечивает точность исходящего количества сигналов, которыми управляются другие нейроны ЦНС. Глицинергический синапс
В мозге глицин является вторым после ГАМК тормозным медиатором. Глициновые рецепторы локализованы на постсинаптической мембране нейронов древних отделов мозга — ствол мозга, спинной мозг, сетчатка. В этих участках ЦНС глицин и ГАМК выделяются из одних и тех же нервных терминалей. Глицин после экзоцитоза из нервной терминали взаимодействует (как и ГАМК) с хлорными ионотропными рецепторами постсинаптической мембраны. В результате открытия хлорных ионных каналов ионы хлора поступают внутрь постсинаптического нейрона, гиперполяри- зуют постсинаптическую мембрану (возникает ТПСП) и, таким образом, понижают возбудимость нейрона. Глицин понижает возбудимость постсинаптического нейрона не только за счет генерации ТПСП, но и за счет уменьшения сопротивления постсинаптической мембраны. Этот эффект глицина в комплексе с возникновением ТПСП уменьшает амплитуду ВПСП постсинаптического нейрона ниже порога возбуждения, что препятствует генерации в нейроне потенциалов действия.

<< | >>

↑

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

Еще по теме Проведение возбуждения в основных типах синапсов центральной нервной системы:

- Кардиология - Физиология человека - Философия здоровья -