Характеристика холинорецепторов
Станислав Лем
Периферической нервной системой (ПНС) называют совокупность образований, лежащих вне головного и спинного мозга: корешки мозга, нервные стволы и их сплетения, нервные узлы и рецепторы. Периферическая нервная система состоит из 2 отделов:
· Афферентного (чувствительного) – по волокнам этого отдела импульсы от рецепторов кожи, слизистых оболочек и исполнительных органов поступают в ЦНС.
· Эфферентного (двигательного) – по волокнам этого отдела импульсы от ЦНС поступают ко всем внутренним органам.
 Схема 1. Афферентный и эфферентный отделы нервной системы. |
В эфферентном отделе ПНС выделяют соматическую и вегетативную (автономную) часть. Соматическая часть нервной системы находится под контролем сознания и управляет такими функциями, как движение, дыхание, поддержание позы тела. Медиатором в соматических проводниках является ацетилхолин. Тела соматических нейронов располагаются в ядрах черепных нервов и передних рогах спинного мозга, а их отростки нигде не прерываясь поступают к скелетным мышцам. Таким образом, эфферентные соматические проводники состоят из 1 нейрона.
Вегетативная часть нервной системы не подчиняется контролю нашего сознания, т.е. она является непроизвольной. Вегетативная нервная система контролирует жизненно важные функции внутренних органов и обеспечивает жизнедеятельность организма. Вегетативные проводники состоят из 2 нейронов и подходят ко всем внутренним органам. В зависимости от анатомического строения вегетативную систему подразделяют на 2 части:
1. Парасимпатическую часть. Тела первых нейронов этого отдела располагаются в ядрах черепных нервов: III пары (n. oculomotorius), VII (n. facialis), IX (n. glossofaringeus) и X пары (n. vagus) – это, так называемый, краниальный отдел и в боковых рогах серого вещества сакрального отдела спинного мозга (S2-S4). Отростки этих нейронов (преганглионарные волокна) покидают спинной мозг и направляются к нервным узлам (ганглиям), которые расположены вблизи иннервируемых органов или в толще их стенок. Здесь импульс передается на тело второго нейрона и по его отросткам (постганглионарным волокнам) он поступает к исполнительным органам. Таким образом, преганглионарные волокна парасимпатического отдела длиннее, чем постганглионарные (обычно соотношение их длины составляет 1-2:1, а у блуждающего нерва 8.000:1). Медиатором как в преганглионарных, так и в постганглионарных нейронах является ацетилхолин.
2. Симпатическую часть. Тела первых нейронов симпатического отдела вегетативной системы располагаются в боковых рогах серого вещества тораколюмбального отдела спинного мозга (C8-L3). Отростки этих нейронов (преганглионарные волокна) направляются к ганглиям, которые расположены паравертебрально (по бокам от позвоночного столба) или превертебрально (кпереди от позвоночного столба). В ганглиях импульс переходит на тело второго нейрона. Отростки второго нейрона (постганглионарные волокна) покидают ганглий и направляются к эффекторным органам. Таким образом, в симпатической системе преганглионарные волокна короче, чем постганглионарные (обычно соотношение их длины 1:20). Медиатором в преганглионарных волокнах является ацетилхолин, а в постганлионарных волокнах – норадреналин.
В ряде органов строение симпатического отдела вегетативной системы отличается от классического варианта:
· Мозговое вещество надпочечников иннервируется преганглионарными симпатическими нервами, которые содержат в качестве медиатора ацетилхолин. Ганглиев, где бы происходило переключение на второй нейрон, здесь не имеется. Мозговое вещество надпочечников развивается из нервной трубки эмбриона, поэтому его можно рассматривать как аналог ганглия в котором произошла атрофия постганглионарных нервных волокон, а медиатор норадреналин трансформировался в гормон адреналин[1].
· Сосуды почек иннервируются постганглионарными симпатическими нервами в которых роль медиатора выполняет дофамин.
· Терморегуляционные потовые железы кожи и сосуды скелетных мышц получают симпатическую иннервацию, в которой постганглионарные волокна содержат в качестве медиатора ацетилхолин.
Схема 2. Вегетативная и соматическая иннервация. Ach – ацетилхолин, NA – норадреналин.
Как правило, внутренние органы получают двойную иннервацию – симпатическую и парасимпатическую, однако, имеются некоторые исключения из этого общего правила. Гладкие мышцы бронхов получают главным образом парасимпатическую иннервацию, функции симпатической иннервации берет на себя гормон адреналин. Гладкие мышцы сосудов, напротив, получают исключительно симпатическую иннервацию не имея парасимпатических проводников (хотя рецепторы, характерные для парасимпатического отдела вегетативной системы, могут присутствовать на эндотелиальных клетках).
В стенке органов ЖКТ располагаются крупные нейрональные сети: межмышечная (сплетение Ауэрбаха) и подслизистая (сплетение Мейснера). Эти сети иногда рассматривают как особую часть вегетативной системы – метасимпатический отдел. Метасимпатическая часть вегетативной системы получает эфферентные сигналы от преганглионарных парасимпатических волокон и постганглионарных симпатических нейронов, а также афферентные импульсы от чувствительных нейронов стенки кишки. На уровне метасимпатической системы происходит интеграция поступающих импульсов и формируется интегральный сигнал, который координирует работу органа (например, синхронизирует сокращение стенок кишки и одновременное раскрытие ее сфинктеров для продвижения содержимого).
Таблица 1. Сравнительная характеристика отделов вегетативной нервной системы.
| Параметр | Симпатическая часть | Парасимпатическая часть |
| Происхождение Ганглии Постганглионарные волокна Соотношение пре- и постганглионарных волокон Медиатор преганглионарных волокон Медиатор постганглионарных волокон Функция | Тораколюмбальная часть спинного мозга (C8-L3) Расположены пре- или паравертебрально Длинные 1:20-100 Ацетилхолин Норадреналин Эрготропная (реакция на стресс, утилизация энергии) | Кранио-сакральная часть ствола и спинного мозга (III, VII, IX, X; S2-S4) Расположены пара- или интраорганно Короткие 1-2:1 Ацетилхолин Ацетилхолин Трофотропная (ассимиляция энергии) |
Передача импульсов в вегетативной нервной системе.
 Схема 3. Строение синапса. 1 – пресинаптическое окончание; 2 – постсинаптическое окончание; 3 – синаптическая щель. |
Передача возбуждения по волокнам вегетативной нервной системы осуществляется в виде нервных импульсов (потенциалов действия), которые распространяются по мембране волокна. Передача возбуждения с одной клетки на другую осуществляется в синапсах.
Синапс – место контакта 2 нервных клеток или нервной клетки и клетки исполнительного органа. В синапсе различают 2 контактирующих мембраны: пресинаптическую (передающую мембрану аксона нервной клетки) и постсинаптическую (воспринимающую мембрану дендрита нервной клетки или клетки эффекторного органа). Между пресинаптической и постсинаптической мембранами находится синаптическая щель шириной 20-40 нм, которая заполнена гелеобразной субстанцией и ограничена соединительнотканными филаментами.
Процесс передачи возбуждения происходит при помощи медиатора. Основными медиаторами в вегетативной системе являются ацетилхолин и норадреналин. Нервные волокна, которые содержат ацетилхолин называются холинергическими, а волокна, которые содержат норадреналин – адренергическими.
Холинергическими являются:
· Нейроны ЦНС;
· Преганглионарные нейроны парасимпатического и симпатического отделов вегетативной нервной системы;
· Постганглионарные нейроны парасимпатического отдела;
· Постганглионарные нейроны симпатического отдела, иннервирующие сосуды скелетных мышц и терморегуляторные потовые железы;
· Волокна симпатического отдела, которые иннервируют хромаффинную ткань надпочечников;
· Волокна синокаротидной зоны, которые несут баро- и хеморецепторы. Анатомически это афферентный отдел нервной системы, однако, по своим функциям синокаротидная зона относится к вегетативным образованиям, т.к. контролирует и регулирует процесс дыхания.
Адренергическими являются:
· Нейроны ЦНС;
· Постганглионарные волокна симпатического отдела вегетативной нервной системы.
В процессе передачи возбуждения медиатор выделяется в синаптическую щель и путем диффузии поступает к постсинаптической мембране, где активирует специфические рецепторы.
Характеристика холинорецепторов
Холинорецепторами называют молекулы клетки, которые реагируют на медиатор ацетилхолин. Холинорецепторы по своей природе являются гликопротеинами и состоят из нескольких субъединиц. Большинство холинорецепторов клетки являются молчащими (избыточными): в скелетных мышцах количество избыточных рецепторов колеблется от 40 до 99%, а в гладкомышечных клетках от 90 до 99%.
В 1914 г. сэр Henry Dale установил, что в тканях имеются 2 типа холинорецепторов. Рецепторы, которые стимулировались мускарином (ядом мухомора Amanita muscaria) получили название мускариновых (М-холинорецепторов). Рецепторы, которые стимулировал никотин (яд табака Nicotiana tabacum) получили название никотиновых (Н-холинорецепторов).
Никотиновые холинорецепторы. Являются пентамерными белками, т.е. состоят из 5 субъединиц и относятся к семейству мембранных рецепторов, связанных с ионными каналами. a-субъединица рецептора содержит активный центр для связывания ацетилхолина и воротные механизмы, которые открывают и закрывают ионный канал. Субъединицы b, g, d и e формируют сам ионный канал в мембране, который пропускает ионы натрия. В состав рецептора всегда входят 2a-субъединицы и 3 канальных субъдиницы белка. Методом молекулярного клонирования было установлено, что имеется 2 активных центра Н-холинорецепторов (поэтому активация рецептора происходит только после того, как с ним свяжется 2 молекулы ацетилхолина):
] НН-холинорецепторы – располагаются в мембранах нейронов, состоят из 2a и 3b субъединиц.
] НМ-холинорецепторы – располагаются в скелетных мышцах, состоят из 2a-субъединиц и канального комплекса b,g,e.
Мускариновые холинорецепторы. Относятся к семейству мембранных рецепторов, связанных с G-белками. Методом молекулярного клонирования было установлено, что имеется 5 типов М-холинорецепторов, которые могут быть объединены в 2 группы:
] Семейство М1, М3, М5-холинорецепторов – связано с Gq-белком и передает сигнал на фосфолипазу С, которая гидролизует фосфатидилинозитол бифосфат (PIP2) до инозитол трифосфата (IP3) и диацилглицерола (DAG). В дальнейшем IP3 обеспечивает мобилизацию ионов кальция из внутриклеточных депо и активацию кальций-зависимых ферментов, а DAG активирует протеинкиназу С, которая фосфорилирует ряд внутриклеточных белков, изменяя их активность.
] Семейство М2 и М4-рецепторов связано с Gi-белками, которые снижают активность аденилатциклазы, а через bg-субъединицы эти белки активируют К+-каналы и блокируют работу Са2+-каналов клетки.
Подробная характеристика холинорецепторов, а также специфических эффекты их активации представлены в таблице 2.