Представление о синапсе

г. на основе изучения нервно-мышечных контактов.

АЦЕТИЛХОЛИН (Ацх)
Первый открытый медиатор; в ходе изучения эффектов Ацх Отто Лёви (O. Löwi) сформулировал идею химического синапса (1921 г.).
Суть опытов О. Лёви: жидкость, окружавшая изолированное сердце при раздражении блуждающего либо симпатического нерва, действует на другое изолированное сердце
(в жидкости – факторы, тормозящие либо усиливающие сердцебиения, т.е. ацетилхолин и норадреналин).

системы), затем – нервно-мышечных синапсов, позже – ЦНС (центральной нервной системы).
В 1936 г. Отто Лёви и Генри Дейл (H. Dale) получили Ноб. Пр. за «открытие химического механизма синаптической передачи».

Какой он – АЦЕТИЛХОЛИН ?

холин («витаминоид»: полу-чаем только с пищей).
Мед – ацетилхолин (Ацх); фермент: холин ацетил-трансфераза.
Синтез – в пресинаптическом окон-чании, после чего Ацх переносится внутрь везикул и готов к экзоцитозу.
Появление ПД запускает выброс Ацх в синаптическую щель, после чего он действует на рецепторы постсинаптической мембраны.

Известны 2 типа рецепторов к Ацх:
первый из них реагирует на Ацх и агонист никотин (токсин табака);
второй реагирует на Ацх и агонист мускарин (токсин мухомора).

Ацх и агонист никотин (токсин табака);
второй реагирует на Ацх и агонист мускарин (токсин мухомора).

Как может один и тот же медиатор действовать
на несколько типов рецепторов?
Как правило, это означает, что медиатор («ключ») разными частями своей молекулы соединяется с разными активными центрами рецепторов.

Но если активные центры рецепторов разные, то агонисты и антагонисты также будут различаться. Классический антагонист Ацх-рецепторов первого типа («никотиновых») – курарин; классический антагонист Ацх-рецепторов
второго типа («мускариновых») – атропин
(курарин и атропин – Ацх-подобные растит. токсины).

будут различаться. Классический антагонист Ацх-рецепторов первого типа («никотиновых») – курарин; классический антагонист Ацх-рецепторов
второго типа («мускариновых») – атропин
(курарин и атропин – Ацх-подобные растит. токсины).

Никотиновый рецептор:
ионотропный («быстрый»)
всегда генерирует ВПСП (вход Na+)
пример: нервно-мышечные синапсы

синапсы

состоит из 5 белковых молекул-субъединиц (чаще всего: 2α+β+γ+δ; расположены по кругу и образуют пору).

пропускает, кроме Na+, ионы К+ и, гораздо сла-бее, Са2+ (в реальных условиях доминирует вход Na+ ); ионы Cl- оттал-киваются отрицат. заря-дами на стенках поры.

условиях доминирует вход Na+ ); ионы Cl- оттал-киваются отрицат. заря-дами на стенках поры.

Мускариновый рецептор:
метаботропный (через G-белки и вторичные посредники);

могут возникать ТПСП либо ВПСП: как правило, через воздейс-твие на хемочувствительные К+-каналы (откр. либо закр.);

пример: синапсы, образуемые нейронами парасимпатической системы (торможение либо активация работы внутренних органов);

часть эффектов – через ослабление активности Ca2+-каналов;

«классический» антагонист – атропин.

Где «работает» ацетилхолин?
в нервно-мышечных синапсах
в вегетативной нервной системе
медиатор интернейронов головного мозга (ГМ)

головного мозга (ГМ)

Аксон мотонейрона обра-зует синапс с поперечно-полосатыми клетками скелетных мышц.

Аксоны нейронов ВНС (симпатических и парасимпатических) не контактируют напрямую с клетками внутренних органов; передача сигнала идет через дополнитель-ные нейроны вегетативных ганглиев.

нервной системы (ВНС).

ВНС – часть нервной системы, управляющая работой внутренних органов. Состоит из двух конкурирующих подсистем – симпатической и парасимпатической, каждая из которых включает центральные и периферические звенья.

Cимпатическая НС:
эрготропная функция (управляет органами в ситуациях затраты энергии: физич. и эмоц. нагрузка, стресс, бегство, нападение).

Парасимпатическая НС: трофотропная функция (управля-ет органами в ситуациях возоб-новления запасов энергии: отдых, восстановление сил, но не сон).

и эмоц. нагрузка, стресс, бегство, нападение).

Парасимпатическая НС: трофотропная функция (управля-ет органами в ситуациях возоб-
новления запасов энергии: отдых, восстановление сил, но не сон).

Таким образом, органы, активные во время стресса, возбуждает симпатическая система и тормозит парасимпатическая (пример: сердце).
Органы, обеспечивающие восстановление сил, напротив, возбуждает парасимпатическая система и тормозит
симпатическая (пример: все отделы и железы желудочно-кишечного тракта – ЖКТ).

тормозит парасимпатическая (пример: сердце).
Органы, обеспечивающие восстановление сил, напротив, возбуждает парасимпатическая система и тормозит симпатическая (пример: все отделы и железы желудочно-кишечного тракта – ЖКТ).

Анатомически две части ВНС разобщены: симпатич. нейроны лежат в боковых рогах сер. в-ва грудных и верхних поясничных сегментов спинного мозга; парасимпатич. – в крестцовых сегментах и в головном мозге.

сер. в-ва грудных и верхних поясничных сегментов спинного мозга; парасимпатич. – в крестцовых сегментах и в головном мозге.

Все внутренние органы также можно разделить на 4 группы («этажа»): [1] органы головы (железы, мышцы зрачка и хрусталика)
[2] грудной клетки (сердце, бронхи) [3] брюшной полости (ЖКТ)
[4] органы таза (мочеполовая система, нижняя часть ЖКТ).
Кроме того, на всех «этажах» есть сосуды.

органы головы (железы, мышцы зрачка и хрусталика)
[2] грудной клетки (сердце, бронхи) [3] брюшной полости (ЖКТ)
[4] органы таза (мочеполовая система, нижняя часть ЖКТ).
Кроме того, на всех «этажах» есть сосуды.

Основные эффекты:
снижение силы и час-тоты сердцебиений, снижение давления крови, активация всех отделов ЖКТ, сужение зрачка и бронхов.

Основные эффекты:
конкурируют с пара-симпатич. + сужение большинства сосудов, потоотделение, выде-ление адреналина надпочечниками и др.

представленных на рисунке пяти нейро-нов, образующих волокна периф. НС, четыре в качестве медиатора используют Ацх.

(1) мотонейрон
(2) симпатический пре-ганглионарный н.
(3) парасимпатический преганглионарный н.
(4) парасимпатический постганглионарный н.

И лишь симпатический постганглионарный н-н (5) выделяет медиатор норадреналин.

лишь симпатический постганглионарный н-н (5) выделяет медиатор норадреналин.

Соответственно, из представленных на рисунке пяти синапсов в четырех идет экзоцитоз Ацх. При этом в трех случаях рецепторы никотиновые (в нервно-мышечном синапсе и ганглиях), в одном – мускариновые (парасимпатический на внутреннем органе).

Н

М

Начнем с
нервно-
мышечного
синапса.

В головном мозге присутствуют как никотиновые, так и мускариновые рецепторы.

Ацх. При этом в трех случаях рецепторы никотиновые (в нервно-мышечном синапсе и ганглиях), в одном – мускариновые (парасимпатический на внутреннем органе).

Н

М

Мотонейроны (МН), как известно, находятся в передних рогах серого вещества спинного мозга, а также в двигательных ядрах черепных нервов:

Х (блуждающий) – мышцы пище-вода и гортани;
XI (добавочный) – часть мышц шеи и плечевого пояса;
XII (подъязычный) – язык.

III, IV, VI (глазодвигатель-ный, блоковый, отводящий) движения глаз (6 мышц);
V (тройничный) – жеватель-ные мышцы;

VII (лицевой) – мигание, мимические мышцы;
IX (языкоглоточный) – мыш-цы глотки;

Начнем с
нервно-
мышечного
синапса.

В головном мозге присутствуют как никотиновые, так и мускариновые рецепторы.

мозга, а также в двигательных ядрах черепных нервов:

Х (блуждающий) – мышцы пище-вода и гортани;
XI (добавочный) – часть мышц шеи и плечевого пояса;
XII (подъязычный) – язык.

III, IV, VI (глазодвигатель-ный, блоковый, отводящий) движения глаз (6 мышц);
V (тройничный) – жеватель-ные мышцы;

VII (лицевой) – мигание, мимические мышцы;
IX (языкоглоточный) – мыш-цы глотки;

Аксон МН спинного мозга выходит через передние корешки, идет составе спинно-мозгового, а затем – перифери-ческого нерва и образует синап-сы с клетками скелетной мышцы.

а затем – перифери-ческого нерва и образует синап-сы с клетками скелетной мышцы.

Один МН иннервирует разное число мышечных волокон в зависимости от «тонкости» движений (глазодвигательные мышцы, язык, мышцы пальцев – по 5-50 клеток; мышцы конечностей – по несколько сотен клеток; мышцы туловища – по 2-5 тыс. клеток;).

Совокупность мышечных волокон, управляемых одним МН, называется «двигательной единицей». В ответ на приход ПД все клетки двигательной единицы сокращаются примерно на 200 мс.

Каждая поперечнополосатая мышечная клетка управляется только одним МН (только один нервно-мышечный синапс).

на приход ПД все клетки двигательной единицы сокращаются примерно на 200 мс.

Каждая поперечнополосатая мышечная клетка управляется только одним МН (только один нервно-мышечный синапс).

Нервно-мышечные синапсы в десятки раз крупнее центральных; количество выделя-емого Ацх так велико, что ВПСП достигает 50 мВ и «с гарантией» запускает ПД на мембране мышечной клетки.

велико, что ВПСП достигает 50 мВ и «с гарантией» запускает ПД на мембране мышечной клетки.

Постсинаптич. мембрана мышечной клетки складчатая, что увеличивает кол-во никотино-вых рецепторов; от поверхности клетки внутрь цитоплазмы идут особые каналы – Т-трубочки.

1. Приход ПД приводит к экзоцитозу Ацх и активации никотиновых рецепторов.

2. На мембране мышечной клетки возникает ПД, распространяю-щийся внутрь Т-трубочек.

3. ПД приводит к выбросу из ка-налов ЭПС, контактирующих с Т-трубочкой, ионов Са2+.

4. Са2+ запускает взаимное скольжение нитей актина и миозина, приводящее к сокра-щению мышечной клетки.

Т-тру-
бочка

кустарника;
антагонист никотиновых рецепторов, мешает Ацх присоединяться к ним;
основное действие курарин оказывает на нервно-мы-шечные синапсы (паралич, остановка дыхания).

Т-тру-
бочка

кустарника;
антагонист никотиновых рецепторов, мешает Ацх присоединяться к ним;
основное действие курарин оказывает на нервно-мы-шечные синапсы (паралич, остановка дыхания).

Используется аборигенами для охоты;
в клинике – для выключения нервно-мышечных синапсов и сокращений мышц во время длительных хирургических операций (при этом пациента подключают к аппарату искусственного дыхания).

поедания насекомыми; для человека – слабый «разрешенный» наркотик.

поедания насекомыми; для человека – слабый «разрешенный» наркотик.

Никотин при табакокурении практи-чески не влияет на нервно-мышеч-ные синапсы (иначе были бы судороги, как у насекомых, поедающих табак).

Обычно при первых попытках куре-ния никотин сильнее всего стимули-рует работу постганглионарных парасимпатических нейронов (раз-виваются парасимпатич. эффекты: тошнота, скачки давления и т.п.).

Через некоторое время эти эффекты обычно исчезают и сменяются преимущественной стимуляцией постганглионарных симпатических нейронов (активация сердечно-сосудистой системы, ослабление сигналов от ЖКТ, а также психологические эффекты курения «за компанию»).

У части курильщиков никотин прео-долевает ГЭБ и начинает оказывать действие на головной мозг, посте-пенно вызывая формирование привыкания и зависимости.

бы судороги, как у насекомых, поедающих табак).

Обычно при первых попытках куре-ния никотин сильнее всего стимули-рует работу постганглионарных парасимпатических нейронов (раз-виваются парасимпатич. эффекты: тошнота, скачки давления и т.п.).

Через некоторое время эти эффекты обычно исчезают и сменяются преимущественной стимуляцией постганглионарных симпатических нейронов (активация сердечно-сосудистой системы, ослабление сигналов от ЖКТ, а также психологические эффекты курения «за компанию»).

У части курильщиков никотин прео-долевает ГЭБ и начинает оказывать действие на головной мозг, посте-пенно вызывая формирование привыкания и зависимости.

На примере мозга крысы пока-заны мелкие Ацх-интернейро-ны продолговатого мозга и моста, базальных ганглиев, коры больших полушарий.

Их функцию можно определить, как нормализующую тонус мозга (т.е. при утомлении активируют ЦНС, при перевозбуждении – успокаивают).

Никотин также способен оказывать нормализующее действие (курят, чтоб «взбодриться» и чтоб успокоиться).

Но при этом Ацх-синапсы начинают снижать активность, «рассчитывая» на постоянное введение агониста.
В итоге для получения все того же нор-мализующего эффекта курильщик дол-жен повышать дозу («привыкание»).
При попытке отказаться от табака вы-ясняется, что без никотина мозг функ-ционирует плохо (скачки настроения, работоспособности) – т.е. проявляет себя «синдром отмены» (абстинент-ный синдром), который указывает на то, что возникла потребность Ацх-синапсов в никотине («зависимость»).

Формирование привыкания и зави-симости – типичное следствие приема практически любых препа-ратов, серьезно влияющих на мозг (не только наркотических, но и лекарственных), и к этому вопросу мы еще не раз вернемся.

наличия зависимости – с утра хочется курить, и первая сигарета доставляет наибольшее удовольствие.

сужение зрачков, падение давления крови, спазмы ЖКТ и бронхов).

Мускарин и атропин способны менять состояние ЦНС, вызывая спутанность сознания, бред и даже галлюцинации (все это сопровождается серьезными нарушениями в работе внутренних органов).
Атропин используется в клинике для расширения зрачков и как кардиостимулятор.

и в синаптической щели. Она очень быстро «разрывает» Ацх на холин и остаток уксусной кислоты (ацетат).

ацетилхолинэстераза

ацетат

холин

холин

белок-
«насос»
холина

нервное
окончание

Далее холин переносится с помощью особого белка-насоса обратно в пресинапти-ческое окончание и вновь используется для синтеза Ацх.

Блокаторы Ацх-эстеразы активируют передачу сигнала в ацетилхолиновых синапсах, вызывая в больших дозах судороги (нервно-мышечные синапсы), спазм бронхов и остановку сердца (парасимпатические синапсы).

и в синаптической щели. Она очень быстро «разрывает» Ацх на холин и остаток уксусной кислоты (ацетат).

Далее холин переносится с помощью особого белка-насоса обратно в пресинапти-ческое окончание и вновь используется для синтеза Ацх.

Блокаторы Ацх-эстеразы активируют передачу сигнала в ацетилхолиновых синапсах, вызывая в больших дозах судороги (нервно-мышечные синапсы), спазм бронхов и остановку сердца (парасимпатические синапсы).

Примеры блокаторов:
токсин малабарских бобов эзерин (физостигмин);
фосфорорганические инсекти-циды (хлорофос, дихлофос и т.п.; могут вызывать токсикоманию);
боевые нервно-паралитические газы (зарин, табун).

могут вызывать токсикоманию);
боевые нервно-паралитические газы (зарин, табун).

для лечения болезни Альцгеймера – самого распространенного нейродегенеративного заболевания, при котором первыми страдают Ацх-нейроны больших полушарий.

Прозерин и более мягко действующий пиридостигмин, соз-данные на основе эзерина, исполь-зуют при миастении (аутоим-мунное заболевание: антитела атакуют никотиновые ре-цепторы; развивается мышечная слабость, вялость, быстрая утомляемость; характерн. признак – опущенные веки). Основное лечение – иммуносупрессия.

Примеры блокаторов:
токсин малабарских бобов эзерин (физостигмин);
фосфорорганические инсекти-циды (хлорофос, дихлофос и т.п.; могут вызывать токсикоманию);
боевые нервно-паралитические газы (зарин, табун).

рецепторы, их антагонисты. Нервно-мышечный синапс. Роль Ацх в ВНС и ЦНС. Никотиновая зависимость. Ацх-эстераза и ее блокаторы».
В чем состоял опыт Отто Лёви, позволивший высказать предположение о химической природе передачи сигнала в синапсах вегетативной нервной системы?
Из каких предшественников происходит образование молекулы Ацх?
В какой части нейрона и с помощью какого фермента синтезируется Ацх?
Один и тот же медиатор может влиять на несколько типов рецепторов, причем агонисты и антагонисты этих рецепторов будут разными. За счет чего это возможно?
Как называются два главных типа рецепторов к Ацх? Почему они так названы?
Как устроен никотиновый рецептор? Какие ионы он способен пропускать?
Как влияют на работу никотинового рецептора курарин и альфа-нейротоксин?
Охарактеризуйте свойства мускаринового рецептора.
За счет чего мускариновый рецептор в одних случаях запускает ВПСП, а в других – ТПСП?
Какие нейроны, образующие волокна периферической нервной системы, выделяют Ацх?
Дайте общую характеристику симпатической части вегетативной нервной системы.
Где расположены пре- и постганглионарные симпатические нейроны?
Дайте общую характеристику парасимпатической части вегетативной нервной системы.
Где расположены пре- и постганглионарные парасимпатические нейроны?
Опишите конкурирующее влияние симпатической и парасимпатической систем на сердце и ЖКТ.
На какие 4 «этажа» можно условно разделить все внутренние органы?
Как влияют симпатическая и парасимпатическая системы на бронхи, зрачок, потоотделение?
В каких синапсах периферической нервной системы сигнал передают никотиновые рецепторы?
В каких синапсах периферической нервной системы сигнал передают мускариновые рецепторы?
Какие черепные нервы проводят сигналы парасимпатической системы? Что это за сигналы?
Какие черепные нервы содержат аксоны мотонейронов? Какими мышцами они управляют?
Что такое двигательная единица? От чего зависит число входящих в ее состав мышечных клеток?
Какова длительность сокращения клетки скелетной мышцы? Какие белки его обеспечивают?
Опишите строение нервно-мышечного синапса. Какая величина ВПСП для него характерна?
Каким образом ПД мышечной клетки приводит к росту концентрации Са2+ в ее цитоплазме?
Какую функцию выполняет Са2+, выходящий в цитоплазму мышечной клетки?
Охарактеризуйте свойства курарина. С какой целью он используется в клинике?
Опишите особенности влияния никотина на работу вегетативной нервной системы.
Что вы знаете об Ацх-нейронах головного мозга? Какие Ацх-рецепторы работают в центральных синапсах?
Опишите особенности влияния никотина на работу головного мозга.
Охарактеризуйте феномен «привыкания» к препаратам, действующим на ЦНС.
Что такое «синдром отмены» и с чем он связан?
Что происходит в результате формирования зависимости от наркотического (лекарственного) препарата?
Охарактеризуйте свойства и физиологическую активность мускарина.
Каковы свойства атропина и как он используется в клинике?
Как происходит инактивация Ацх? Какова судьба образующегося при этом холина?
Где расположена и какие функции выполняет ацетилхолинэстераза?
Приведите примеры блокаторов Ацх-эстеразы и опишите опасные для жизни последствия их применения.
Расскажите о миастении и ее лечении.
Как связаны Ацх-нейроны и болезнь Альцгеймера?