Свойства химических синапсов

1. Синапсы обладают односторонней проводимостью. Передача в синапсе осуществляется от пресинаптической мембраны к постсинаптической. Это свойство связано с тем, что пре- и постсинаптическая мембраны существенно различаются между собой. Пресинаптическая мембрана является обычной электровозбудимой мембраной, на которой генерируется потенциал действия, а постсинаптическая – не электровозбудимой, а хемочувствительной мембраной, на которой есть рецепторы к медиатору.

2. В синапсе наблюдается замедление проведения возбуждения.

3. Синапс обладает низкой лабильностью и повышенной утомляемостью.

4. Синапс обладает трансформацией ритма.

5. Синапс характеризуется высокой избирательной чувствительностью к ядам и фармакологическим веществам (хемотропностью).

6. Синапс очень чувствителен к недостатку кислорода.

7. Для синапса характерен низкий фактор безопасности (надежности). Упорядоченная деятельность центральной нервной системы возможна благодаря этим свойствам синапса. Кроме того, из-за этих свойств эффективность работы синапсов может подвергаться модификации, т.е. синапс обладает пластичностью, поэтому синапсам принадлежит значительная роль в таких функциях, как научение и память.

Медиаторы

Медиатор (или трансмиттер) – понятие функциональное. Представление о медиаторах утверждалось в физиологии медленно. Можно отметить главные вехи истории этой проблемы:

1. Вначале была сформулирована гипотеза о том, что влияние нервной системы на периферические органы осуществляется посредством особых активных веществ. Прямое доказательство было сделано Отто Леви в 20-х годах XX века.

2. В 1924 году была предложена гипотеза об участии веществ-посредников в осуществлении межнейронных связей. Это было экспериментально подтверждено в 1933 году.

3. В 50-х годах нейрофизиологи приступили к идентификации веществ, выполняющих медиаторные функции в головном и спинном мозге.

В разработке различных вопросов многогранной проблемы по нейроэффекторной передаче большая заслуга принадлежит группе кембриджских фармакологов (Отто Леви, Флитчер, Энгли, Элиот). Особая заслуга в изучении синаптических процессов принадлежит отечественной школе казанских физиологов. Задолго до работ О. Леви Самойлов писал: «… процессы, протекающие в нерве и передаточном звене между нервом и мышцей, при пробегании возбуждения отличаются друг от друга – в нерве физические процессы, а в передаточном звене – химические». В настоящее время ведется интенсивное исследование механизмов передачи в синапсе, изучается структура и функции рецепторов. Исследования ведутся с помощью различных современных иммунохимических, фармакологических и других методов.

Установлено, что медиаторную функцию выполняют разные химически неродственные вещества. Несмотря на разнообразие веществ, играющих роль медиаторов, можно отметить, что в этой роли выступают, как правило, небольшие органические молекулы, молекулярная масса которых лежит в пределах 150-300 дальтон. Более высокой может быть молекулярная масса медиаторов пептидергических нейронов. Выделяют ряд критериев для идентификации медиаторов:

1. Высвобождение из пресинаптических нервных терминалей вещества в достаточных количествах и избирательность локализации медиатора в нервных окончаниях.

2. Присутствие в нервных терминалях ферментов, участвующих в синтезе и распаде медиаторов.

3. Са⁺⁺-зависимое выделение медиатора при стимуляции нервных окончаний в объеме, соответствующем количеству стимулов.

4. Идентичность действия медиатора и естественного передатчика на рецепторы постсинаптической мембраны.

5. Возможность с помощью фармакологических агентов блокировать эффекты предполагаемого медиатора.

6. Наличие системы обратного захвата медиатора в пресинаптические терминали и некоторые другие признаки. Следует заметить, что исследователи при выделении критериев для идентификации медиаторов встречаются с целым рядом сложностей.

В настоящее время к медиаторам относят следующие вещества.

Катехоламины (дофамин, норадреналин, адреналин) – производные аминокислоты тирозина. Дофаминергические нейроны находятся у млекопитающих животных в среднем мозге, в гипоталамической области, норадренергические – в среднем мозге, в варолиевом мосту, в продолговатом и промежуточном мозге. Самая значительная группа норадренергических клеток находится в голубом пятне, в составе периферической нервной системы в симпатической цепочке ганглиев и в некоторых интрамуральных ганглиях. Адренергические нейроны обнаружены у млекопитающих животных в продолговатом мозге.

Серотонин(5-окситриптамин) – производное аминокислоты триптофана. Серотонинергические нейроны распространены в древних, стволовых частях головного мозга, их отростки не покидают центральную нервную систему. Тела нейронов лежат преимущественно в срединной области мозгового ствола в составе дорсального и медиального ядер шва продолговатого мозга, среднего мозга и варолиева моста. Серотонинергические волокна иннервируют обширные области ЦНС (новую кору, гиппокамп, бледный шар, миндалину и др.).

Ацетилхолин относится к простым эфирам – уксуснокислый эфир холина. Ацетилхолинергические нейроны широко распространены в ЦНС, секреторные терминали которых лежат как в ЦНС, так и вне ЦНС.

В качестве медиаторов в ЦНС выделен целый ряд свободных аминокислот: глутаминовая кислота, аспарагиновая кислота, гамма-амино-
масляная кислота, глицин. Глицин является медиатором для некоторых интернейронов спинного и продолговатого мозга. Кроме того, в качестве медиаторов рассматриваются некоторые пептиды, например вещество Р, выделенное в 1931 году Эйлером и Гэбдумом из кишки кролика. Существует несколько форм пептидов, одна из которых, состоящая из 11 аминокислот, обнаружена в задних корешках спинного мозга. Гипоталамические нейрогормоны (вазопрессин, окситоцин и др.) признаются в качестве медиаторов, гистамин,производное аминокислоты гистидина, АТФ (пуринергические нейроны), аспарагиновая кислота также относятся к медиаторам; карнозин-дипептид предположительно является передатчиком в окончаниях обонятельного нерва на митральных клетках обонятельных луковиц и др.

В результате многолетних исследований по проблемам синаптологии постепенно выделился ряд принципов:

1. Единство секреторного химизма (принцип Дейла). Одна из закономерностей, сформулированная Дейлом, заключается в том, что разные секреторные терминали одного нейрона выделяют один и тот же набор химических веществ. Прежде полагали, что разные терминали одного нейрона выделяют один и тот же медиатор. При этом имелось в виду, что нейрон метаболически един. Но современные данные показывают, что медиатор секретируется не изолированно, а вместе с веществами-спутниками, которые вместе с ним находятся внутри секреторных везикул (например, вместе с норадреналином – АТФ, с дофамином – бета-оксидаза и др.).

2. Амбивалентность медиатора. Противоположную точку зрения высказывал Экклс: «Нервная клетка не может быть амбивалентной по механизму своего действия на субсинаптическую мембрану». Современная наука это не подтвердила. Сейчас доказана амбивалентность медиатора и нейрона. Один и тот же медиатор может обеспечить разнообразные синаптические эффекты, различающиеся по знаку действия и по ионному механизму. Для большинства синапсов амбивалентность связана с наличием различных рецепторов как на постсинаптической мембране, так и на пресинаптической. Например, в норадренергическом синапсе выявлены α₁-, α₂-, β₁- и β₂-рецепторы, в холинергическом синапсе – М- и Н-рецепторы и т.д. Именно рецептор в большинстве случаев определяет, какой ионный канал будет открыт и какие ионные токи будут формировать постсинаптический потенциал.

3. Специфичность секреторного химизма нейрона. Каждому нейрону свойственен определенный тип химизма, который характеризуется набором секреторных органелл, ферментов, функциональных белков, нейропептидов и т.д. Представление о секреторной специфичности нервных клеток – это одно из крупных достижений современной физиологии. Для каждого синапса, исходя из его специфичности, найдены специфические блокаторы и активаторы его деятельности, влияющие на разные механизмы: на активность ферментов, на состояние рецепторов и на метаболизм. Например, кураре блокирует рецепторы постсинаптической мембраны в нервно-мышечном синапсе, токсин Cl. botulinum оказывает «функциональную денервацию» – блокирует высвобождение медиатора из пресинаптического окончания и т.д.

Некоторые примеры механизмов действия трансмиттеров (ацетилхолин, глутамат, серотонин и др.) на различные типы рецепторов приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2