2 курс / Нормальная физиология / Нормальная_физиология_Дегтярева_В_П_,_Будылиной_С_М

бенности при различных вмешательствах в полости рта, которые следует начинать не ранее чем разовьется тормозная стадия парабиоза.

Парабиоз — явление обратимое. Если парабиотический агент действует недолго, то после прекращения его действия нерв выходит из состояния парабиоза через те же фазы, но в обратной последовательности.

2.5. Физиология синапсов

Синапс — специализированная структура, обеспечивающая передачу сигналов от одной возбудимой структуры к другой. Термин «синапс», введенный Ч. Шсррипгтоном в 1897 г., означает «сведение», «соединение», «застежка».

2.5.1. Классификация синапсов

Синапсы классифицируют по различным критериям.

а По местоположению и принадлежности к соответствующим структурам различают синапсы:

•периферические: нервно-мышечные, нервно-секретор- ные, синапсы ганглиев автономной нервной системы, рецепторно-нейрональные;

•центральные: аксосоматические, аксодендритные, аксоаксональные, дендросомэтические.

•По функциональному признаку различают синапсы возбуждающие и тормозящие.

А По механизму передачи сигналов — химические, элект-

рические, смешанные.

А По виду медиатора, с помощью которого осуществляется передача сигналов: холинергические, адренергические, серотонинергические, глицинергические и т.д.

2.5.2. Строение синапсов с химическим механизмом передачи сигналов

Синапсы этой группы состоят из следующих основных элементов (рис. 2.8):

•синаптического расширения (синаптической бляшки) с синаптическими везикулами;

•пресинаптической мембраны;

•синаптической щели;

•субсинаптической мембраны;

•постсинаптической мембраны.

58

Рис. 2.8. Синапс с химическим механизмом передачи информации.

Синаптическая бляшка — расширенное окончание аксонной терминали, в которой находятся синаптические везикулы — пузырьки, содержащие медиатор — химический посредник передачи сигнала, митохондрии, необходимые для синтеза медиатора, гранулы гликогена и др. Пресинаптическая мембрана — часть мембраны нервного окончания в области контакта его с иннервируемой структурой. Постсинаптическая мембрана — часть мембраны иннервируемой структуры. Часть постсинаптической мембраны, которая расположена напротив пресинаптической (или под ней), называется субсинаптической мембраной. Особенностью субсинаптической мембраны является наличие в ней специальных рецепторов, обладающих разными свойствами.

Часть рецепторов относят к ионотропным, так как их взаимодействие с медиатором приводит к открытию ионных каналов мембраны. К числу таких рецепторов относятся Н-хо- линорецепторы скелетных мышц, некоторые типы глутаматных рецепторов мозга, связанных с натриево-калиевыми каналами, обеспечивающие передачу возбуждающих сигналов, а также некоторые типы ГАМК-рецепторов мозга, открывающие хлорные каналы и опосредующие тормозные процессы в мозге.

Другие рецепторы считают метаботропными, так как их взаимодействие с медиатором приводит к изменению обменных процессов в клетке. К ним относятся, например, альфа- и бета-адренорецепторы гладких мышц сосудов, М-холино- рецепторы в автономной нервной системе. Рецепторы чувствительны к определенному медиатору.

59

В субсинаптической мембране находятся только хемозависимые ионные каналы, которые не реагируют на изменение трансмембранной разности потенциалов. В постсинаптической мембране, за пределами субсинаптической, локализуются только потенциалозависимые каналы, проводимость которых определяется трансмембранной разностью потенциалов.

Синаптическая щель — межклеточное пространство между пре- и постсинаптическими мембранами, равное 20—50 нм, заполненное межклеточными жидкостью и веществом.

2.5.3. Механизм передачи сигнала

вхимических возбуждающих синапсах

Всинапсах с химической передачей возбуждение передается с помощью медиаторов — молекул химических веществ — передатчиков, посредников. Медиаторы в зависимости от их природы делят на несколько групп:

•моноамины: ацетилхолин, норадреналин, дофамин, серотонин, гнетами н;

•аминокислоты: гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), глутаминовая, аспарагиновая кислоты, глицин, АТФ;

•полипептиды, в том числе и нейропептиды: вещество П, энкефалины, эндорфины, нейротензин, АКТГ, ангиотензин, вазопрессин, соматостатин.

Медиатор находится в пузырьках пресинаптического утолщения (синаптической бляшки). Туда он поступает с помощью быстрого аксонного транспорта (аксоток) из околоядерной области нейрона, где он синтезируется. Кроме того, в синаптической бляшке медиатор может ресинтезироваться из продуктов его расщепления в синаптической щели или транспортироваться в нее из щели в неизмененном виде.

В пресинаптическом утолщении находятся также биологически активные вещества, которые выходят вместе с медиатором и могут модулировать (изменять) характеристики выброса медиатора в синаптическую щель.

Когда по аксону к его терминалам приходит возбуждение, мембрана синаптического утолщения деполяризуется, что сопровождается поступлением Са2+ из внеклеточной среды внутрь нервного окончания через открывшиеся потенциалозависимые кальцевые каналы. Вошедшие Са2+ взаимодействуют с белком кальмодулином, образуя комплекс кальцийкальмодулин, который активирует ферментные системы пресинаптического окончания. Это вызывает перемещение синаптических пузырьков к пресинаптической мембране, слия-

60

ние мембран с последующим выходом медиатора (экзоцитозом) в синаптическую щель. В ней медиатор диффундирует к субсинаптической мембране, на которой находятся рецепторы. Взаимодействие медиатора с ионотропными рецепторами вызывает открытие хемозависимых каналов преимущественно для Na+. Это приводит к деполяризации субсинаптической мембраны и возникновению так называемого возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП).

В нервно-мышечном синапсе медиатором является ацетилхолин, который взаимодействует с ионотропным Н-холиноре- цептором. Возникающий здесь ВПСП называется потенциалом концевой пластинки (ПКП).

Между деполяризованной субсинаптической мембраной и соседними с ней поляризованными участками постсинаптической мембраны, содержащей потенциалозависимые каналы, возникают местные токи, которые деполяризуют эту мембрану до критического уровня, с последующей генерацией ПД. Последний распространяется по мембранам мышечного волокна и вызывает его сокращение.

Взаимодействие медиатора с метаботропным рецептором приводит к активации мембранных белков, например G-бел- ка. Эти белки обладают способностью активировать мембранные ферменты, например аденилатциклазу, превращающую АТФ в циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). Последний стимулирует протеинкиназы клетки и таким образом влияет на клеточные обменные процессы. Циклический АМФ называют вторичным посредником между активацией синапса и метаболическим ответом постсинаптической структуры. Существуют и другие вторичные посредники, например циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), инозитолтрифосфат, диацилглицерол, кальций-кальмодулин, опосредующие различные стороны формирования физиологического ответа клетки на поступление гуморальных управляющих сигналов или сигналов из ЦНС (механизм работы метаботропных рецепторов подробно рассмотрен в разделе «Автономная нервная система»).

Выход медиатора из пресинаптического утолщения существенно зависит от величины ее деполяризации, так как последняя определяет, какое количество Са2+ пройдет внутрь синаптической бляшки. В нормальных условиях в нер- вно-мышечном синапсе в ответ на нервный импульс выделяется около 1 млн молекул медиатора ацетилхолина. Уменьшение деполяризации пресинаптического утолщения сопровождается уменьшением выброса медиатора — торможением синаптической передачи.

Выход медиатора в синаптическую щель зависит не только от Са2+, но и от взаимодействия медиатора, находящегося в синаптической щели, с тем или иным видом рецепторов, рас-

61

положенных на мембране пресинаптического утолщения. Например, связывание норадреналина с ее альфа-2-адреноре- цепторами уменьшает его выход, а связывание с бета-адрено- рецепторами — увеличивает. Выход медиатора зависит также от действия и других соединений. Например, простагландины группы Е, которые поступают в синаптическую щель из постсинаптической клетки, действуют на пресинаптическую мембрану, уменьшая выход норадреналина из адренергического синапса. Следовательно, выделившийся в синаптическую щель медиатор связывается с рецепторами постсинаптической мембраны, определяя генерацию возбуждения, и с рецепторами пресинаптической мембраны, обеспечивая саморегуляцию своего последующего выхода в синаптическую щель.

Часть выделившегося медиатора подвергается обратному захвату и транспортировке в синаптическую бляшку с последующим включением в синаптические везикулы. Другая часть подвергается разрушению соответствующим ферментом. Так, например, ацетилхолин разрушается ацетилхолинэстеразой (АХЭ). Продукты его расщепления частично поступают в синаптическую бляшку, где из них ресинтезируется ацетилхолин, а частично вымываются интерстициальной жидкостью в кровоток.

Помимо передачи возбуждения, химические синапсы обеспечивают микрохимические взаимодействия контактирующих клеток, которые отражаются в трофических процессах (процесс клеточного метаболизма). Трофические факторы, реализующие эти взаимодействия, имеют белковую природу и обеспечивают метаболическое поддержание необходимой структуры и свойств этих клеток. Например, устранение связей мотонейронов с мышечными клетками вызывает, с одной стороны, дегенерацию нейронов, а с другой — значительное увеличение их чувствительности к своему медиатору — ацетилхолину.

2.5.4. Химические тормозные синапсы

Эти синапсы по механизму передачи информации сходны с синапсами возбуждающего действия. В тормозных синапсах медиатор (например, глицин) взаимодействует с ионотропными рецепторами субсинаптической мембраны и открывает в ней хлорные каналы. Поступление С1~ по концентрационному градиенту внутрь клетки приводит к развитию гиперполяризации субсинаптической мембраны; возникает так называемый тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП). На фоне ТПСП активация возбуждающих синапсов на мембране клетки не может вызвать деполяризации ее мембраны до кри-

62

тического уровня, поэтому клетка не отвечает на поступающие раздражения.

Ранее полагали, что каждому медиатору соответствует специфическая реакция постсинаптической клетки — возбуждение или торможение. В настоящее время установлено, что одному медиатору чаще всего соответствует не один, а несколько различных рецепторов, которые определяют различные реакции на действие одного и того же медиатора. Например, ацетилхолин в нервно-мышечных синапсах скелетных мышц действует на ионотропные Н-холинорецепторы (чувствительные к никотину) и открывает натриевые каналы — возникает ВПСП (ПКП). В синапсах блуждающего нерва на клетках сердечной мышцы тот же ацетилхолин действует на ионотропные М-хо- линорецепторы (чувствительные к мускарину), увеличивая проводимость калиевых каналов, поэтому здесь генерируется тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП). Следовательно, возбуждающий или тормозный характер действия медиатора определяется свойствами субсинаптической мембраны (точнее, видом ее рецепторов), а не видом медиатора.

2.5.5. Физиологические свойства химических синапсов

Синапсы с химической передачей возбуждения обладают рядом общих свойств:

•проводят возбуждение только в одном направлении (одностороннее проведение); это обусловлено строением синапса — медиатор выделяется только из синаптической бляшки и взаимодействует с рецепторами субсинаптической мембраны;

•возбуждение через синапсы распространяется медленнее, чем по нервному волокну (синаптическая задержка), так как скорость химических процессов меньше электрических; наибольших затрат времени требует выделение медиатора;

•передача возбуждения осуществляется с помощью специальных химических посредников — медиаторов;

•в синапсах происходит трансформация (изменение) ритма возбуждения;

•синапсы обладают низкой лабильностью из-за малой скорости химических процессов;

•синапсы высокоутомляемы;

•синапсы высокочувствительны к различным химическим (в том числе и к фармакологическим) веществам, недостатку кислорода, изменениям рН;

•синапсы морфологически и функционально высокопластичны (изменчивы).

63

2.5.6.Электрические синапсы

Кроме синапсов с химической передачей возбуждения, встречаются преимущественно в ЦНС синапсы с электрическим механизмом передачи. Электрическому синапсу свойственны очень узкая синаптическая щель и очень низкое электрическое сопротивление сближенных пре- и постсинаптических мембран (рис. 2.9). Низкое сопротивление в основном определяется наличием поперечных каналов, соединяющих пре- и постсинаптические мембраны. Каналы образованы белковыми молекулами и легкопроходимы для электрического тока. Поперечные каналы объединяют клетки не только электрически, но и химически, так как они проходимы для многих низкомолекулярных веществ. Электрические синапсы формируются, как правило, между клетками одного типа (например, между клетками сердечной мышцы).

Схема передачи возбуждения в электрическом синапсе такова: локальный ток, вызванный пресинаптическим потенциалом действия, раздражает постсинаптическую мембрану, где

Рис. 2.9. Синапс с электрическим механизмом передачи информации.

64

возникает ВПСП, переходящей при достижении критического уровня деполяризации в распространяющийся потенциал (ПД).

Общими свойствами электрических синапсов являются:

•большая скорость проведения возбуждения (значительно превосходит по скорости проведения химические синапсы);

•кратковременность следовых эффектов на постсинаптической мембране, что предопределяет невозможность их суммации при проведении через синапс серии импульсов возбуждения;

•низкая чувствительность к химическим веществам;

•высокая надежность передачи возбуждения.

Возбуждающие электрические синапсы могут возникать при благоприятных условиях и исчезать при неблагоприятных. Например, при повреждении одной из контактирующих клеток ее электрические синапсы с другими клетками ликвидируются. Это свидетельствует о некоторой пластичности электрических синапсов.

В зависимости от соотношения площадей синаптирующих участков пре- и постсинаптических мембран электрические синапсы могут быть с одно- и двусторонней передачей возбуждения.

Наряду с электрическими синапсами возбуждающего действия существуют и электрические тормозные синапсы. Тормозное влияние возникает также за счет действия тока, вызванного ПД пресинаптической мембраны, но в данном случае он вызывает гиперполяризацию постсинаптической мембраны.

В смешанных синапсах пресинаптический потенциал действия создает ток, который деполяризует вначале постсинаптическую мембрану электрического компонента синапса, где пре- и постсинаптические мембраны относительно близко прилегают друг к другу, а затем уже медиатор деполяризует химический компонент смешанного синапса. В этих синапсах химическая передача служит как бы усиливающим и пролонгирующим механизмом передачи возбуждения.

2.6. Физиология мышц

Мышцы у человека и животных являются исполнительными, рабочими структурами, обеспечивающими все разнообразие движений, необходимых для приспособления организма к меняющимся условиям существования. Рабочие и спортивные движения, перемещение тела в пространстве, поддержание определенной позы осуществляются скелетны-

65

ми поперечнополосатыми мышцами. К поперечнополосатым относится и мышца сердца. Двигательные функции внутренних органов, связанные с перемещением и эвакуацией содержимого, выделением секретов, созданием определенного давления во внутренних органах и сосудах, осуществляют

гладкие мышцы.

Скелетные мышцы полностью контролируются ЦНС и не способны возбуждаться без прихода управляющих сигналов.

Сердечная мышца обладает рядом свойств, отличающих ее от других поперечнополосатых и гладких мышц (эти особенности будут рассмотрены в главе «Кровообращение»),

Гладкие мышцы контролируются ЦНС значительно слабее. Они подчиняются управляющим влияниям метасимпатического отдела автономной нервной системы, расположенного в стенке тех же органов, где находятся гладкие мышцы. В гладких мышцах могут происходить сокращения и без нервных воздействий за счет их автоматии.

Скелетные и гладкие мышцы имеют много общих черт в строении и механизмах функционирования, но обладают в то же время и существенными отличиями.

2.6.1.Структурная организация мышц

Скелетные мышцы состоят из множества исчерченных мышечных волокон, заключенных в общий соединительнотканный футляр, крепящийся с помощью сухожилия к скелету. Мышечное волокно представляет собой многоядерную структуру, окруженную мембраной и содержащей сократительные элементы — миофибриллы. Важнейшими компонентами мышечного волокна являются митохондрии — энергетические «подстанции», комплекс продольных трубочек — саркоплазматический ретикулум, хранящий запасы Са2+, поперечные «перетяжки» мембраны, образующие вместе с продольными трубочками «Т-систему», по которой распространяется возбуждение в глубь волокна (рис. 2.10).

Всостав скелетной мышцы входит несколько типов волокон. Различают быстрые мышечные волокна, обеспечивающие быстрые фазные сокращения мышц при осуществлении движений. Длительность сокращения таких волокон находится в пределах 10—30 мс; преимущественно из таких волокон состоят мышцы глазного яблока.

Всостав мышц входят и медленные фазные волокна, длительность сокращения которых достигает 100 мс и более; преимущественно из таких волокон состоит камбаловидная мышца.

Большинство мышц включает в свой состав волокна обеих групп в различных пропорциях в зависимости от функ-

66

Рис. 2.10. Ультраструктура скелетной мышцы.

I — митохондрии; 2 — саркоплазматическая сеть; 3 — Т-система.

ций конкретной мышцы. Мышцы с преобладанием медленных волокон развивают меньшую силу сокращения, но более устойчивы к утомлению. Как правило, подобные мышцы участвуют в поддержании позы, когда необходимы длительные режимы сокращения при небольшой их интенсивности.

Внекоторых мышцах, например в наружных глаза, содержатся особые тонические волокна. Сокращение и расслабление в них развивается очень медленно, обеспечивая изометрический режим сокращений.

Вдругих мышцах все волокна расположены параллельно длинной оси мышцы, формируя параллельно-волокнистый тип

мышцы (рис. 2.11). Примером мышц такого типа является портняжная. В мышцах веретенообразной формы, например двуглавой мышцы плеча, мышечные волокна расположены параллельно, но в сумме образуют наибольшее поперечное сечение в средней части. В других мышцах волокна проходят в косом направлении, прикрепляясь одним концом к центральному сухожильному тяжу, а другим — к наружной соединительнотканной оболочке; такой тип строения называется перистым. К перистым мышцам относятся, например, икроножная мышца, трехглавая мышца плеча.

Тип строения мышцы определяет ее функциональные характеристики. Так, перистые мышцы развивают большую силу сокращения, способны поднять больший груз, тогда как мышцы с параллельным расположением волокон способны к большему изменению длины и большей скорости сокращения.

67