Межнейронные взаимодействия. Синаптическая организация ЦНС. Виды синапсов, хараетеристика медиаторов, медиаторные системы мозга

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЦНС. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ НЕЙРОНОВ.ГЕМАТОЭНЦЕФАЛИЧЕСКИЙ БАРЬЕР.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЦНС включают в себя нейронную теорию

Нейронная теория

Нейроном называют нервную клетку со всеми ее отростками и с разветвлениями этих отростков до концевых аппаратов включительно.

Нервные импульсы воспринимаются телом нервной клетки и ее дендритами и отводятся по осевоцилиндрическому отростку. Этот закон движения нервного импульса от дендритов к аксону - закон динамической поляризации имеет некоторые исключения. Тем не менее можно считать твердо установленным, что большинство дендритов являются афферентными, а длинные аксоны - эфферентными.

Под нейронной теорией понимают общее учение о строении нервной ткани, согласно которому вся нервная система состоит из огромного количества структурных единиц - нейронов, соединенных в различные, более или менее сложные, комплексы.

Основные положения нейронной теории сводятся к следующему.

· Вся функционирующая нервная ткань построена только из нейронов, т. е. из нервных клеток и их отростков.

· Нейрон является генетической, анатомической и функциональной единицей.

· Морфологически нейроны отделены друг от друга, они только соприкасаются при помощи контакта.

· Важнейшей частью нейрона, его трофическим центром, является нервная клетка, так как все части нейрона, лишенные связи с ней, неизбежно гибнут; регенерация нервного волокна происходит за счет роста центрального отрезка его, сохранившего связь с клеткой.

Нервная клетка оказывает на свои отростки трофическое влияние. Если перерезать передний корешок, волокна которого образованы отростками клеток передних рогов спинного мозга, то периферический отрезок корешка в течение нескольких дней отмирает, перерождается и распадается до концевого аппарата в мышце включительно; центральный же отрезок корешка, волокна которого сохранили свою связь с нервными клетками, остается нормальным.

Перерезка заднего корешка тотчас кнаружи от спинномозгового узла вызывает перерождение всего периферического его отрезка. Волокна же, идущие в центральном направлении от клеток узла в спинной мозг и сохранившие свою связь с клетками узла, не подвергаются никаким изменениям. Если перерезать задний корешок центральнее спинномозгового узла, между узлом и спинным мозгом, то перерождению подвергаются волокна, вступающие в спинной мозг. Все эти факты говорят о том, что центральным элементом жизнедеятельности нейрона является нервная клетка.

Клиника со своей стороны дает многочисленные доказательства в пользу основных положений нейронной теории. Болезненные процессы анатомически очень часто ограничиваются пределами одного нейрона - центрального или периферического, оставляя нетронутым другой нейрон, физиологически связанный с пострадавшим.

Современные исследования внесли в нейронную теорию важные дополнения. Особенно много интересного дали работы, раскрывающие физиологическую роль синапсов.

Синапсом называют место стыка двух нейронов, где аксон одного нейрона вступает в связь с телом или дендритом другого. Морфологически синапсы имеют форму бляшек, колечек, кнопок, спиралей.

Все синапсы как в центральной, так и в периферической нервной системе состоят из трех элементов:

1. пресинаптической мембраны

2. постсинаптической мембраны

3. и синаптической щели

В пресинаптической мембране синтезируются ацетилхолин или другие медиаторы. Деполяризация пресинаптической мембраны: поступающим потенциалом действия приводит к выделению медиатора в синаптическую щель и воздействию его на постсинаптическую мембрану. При этом медиатор может оказывать как возбуждающий, так и тормозящий эффект. Нервное окончание и постсинаптическая мембрана в нервно-мышечном синапсе называются концевой, или двигательной пластинкой.

Для объяснения процессов проведения возбуждения от нейрона к нейрону в настоящее время принята мембранно-ионная теория. Протоплазма нервных (и мышечных) клеток резко отличается по ионному составу от внеклеточной жидкости. Так, в протоплазме содержится примерно в 50 раз больше ионов калия и примерно в 10 раз меньше ионов натрия. При этом в состоянии покоя проницаемость плазматической мембраны, покрывающей клетку и ее отростки, для калия резко превышает проницаемость для натрия. В результате создается выраженное преобладание потока катионов калия из клетки во внеклеточную жидкость над потоком катионов натрия внутрь клетки. Следствием этого является возникновение потенциала покоя - положительного потенциала над мембраной по отношению к протоплазме клетки.

При стимуляции нейрона проницаемость мембраны для ионов натрия резко повышается и в клетку начинает поступать поток катионов натрия в значительно большем количестве, чем обратный поток катионов калия. В конечном итоге потенциал мембраны меняется, наружная ее поверхность становится электроотрицательной по отношению к протоплазме. Этот феномен носит название деполяризации как первой фазы потенциала действия. В дальнейшем в силу функционирования "натрий - калиевого насоса" баланс потоков К и Nа возвращается к исходному состоянию и наступает реполяризация.

В целом проведение импульса по нервному волокну имеет в своей основе обогащение протоплазмы ионами натрия и потерю ионов калия. "Выкачивание" ионов калия и "нагнетание" ионов натрия требуют затраты энергии, которая черпается из процессов распада и синтеза АТФ, увеличения потребления клеткой кислорода, глюкозы и т. д.

Чем толще нервное волокно, тем выше его проводимость. Максимальная скорость проведения составляет 100-120 м/с, в наименее миелинизированных волокнах проводимость равна 0,5-1м/с.

Нейрон является основной структурной и функциональной единицей ЦНС. Он состоит из тела и большого количества отростков, которые имеют преобладающее направление и специализацию. Длинный отросток (аксон) в процессе онтогенетического развития достигает второго клетки, с которой устанавливается функциональная связь. Место отхождения аксона от тела нервной клетки называется начальным сегментом, или аксонного бугорком; этот участок аксона не имеет миелиновой оболочки и синаптическихконтактов. Главная функция аксона заключается в проведении нервных импульсов к клеток - нервных, мышечных, секреторных.Ближе к окончания аксон ветвится и образует тонкую кисть из конечных гилокаксоннихтерминалей. На конце каждого терминала образует синапс с постсинаптической клетки, ее сомой или дендритами. Специальная функция синапса состоит в передаче импульсов от одной клетки к другой.
Кроме аксона нейрон имеет большое количество коротких древовидно разветвленных отростков - дендритов, которые размещены преимущественно в пределах серого вещества мозга. Функция дендритов состоит в восприятии синаптических влияний. На дендритах заканчиваются терминале аксонов, которые покрывают всю поверхность дендритов.
Поверхность сомы и дендритов, покрытая синагитичнимы бляшками афферентных нейронов, образует рецепторную поверхность («дендритную зону») нейрона, которая принимает и передает импульсы. У тел большинства нейронов эта функция сочетается с функцией получения и использования питательных веществ, то есть с трофической функцией. В некоторых нейронов эти
функции морфологически разрозненные и тело клетки не имеет отношения к восприятию и передаче сигналов. Рост отростков наблюдается не только в эмбриональный период, но и во взрослом организме при условии, что собственная клетка не повреждена.
Основными функциями нейрона является восприятие и переработка информации, проведение ее в других клеток. Нейроны выполняют еще и трофическую функцию, направленную на регуляцию обмена веществ и питания как в аксонах и дендритах, так и при диффузии через синапсы физиологически активных веществ в мышцах и железистых клетках.
Нейроны в зависимости от формы своих отростков, их направления, длины и разветвления делятся на афферентные, или чувствительные, промежуточные, или интернейроны, и эфферентные, проводящих импульсы на периферию.
Афферентные нейроны имеют простую округлую форму сомы с одним отростком, который затем делится Т-образно: один отросток (видоизмененный дендрит) направляется на периферию и образует там чувствительные окончания (рецепторы), а второй - в ЦНС, где разветвляется на волокна, которые заканчиваются на других клетках (есть собственно аксоном клетки).
Большая группа нейронов, аксоны которых выходят за пределы ЦНС, образуют периферические нервы и заканчиваются в исполнительных структурах (эффекторы) или периферических нервных узлах (ганглиях), обозначаются как эфферентные нейроны. Они имеют аксоны большого диаметра, покрытые миелиновой оболочкой и разветвляются только в конце, при подходе к органу, который иннервирует. Небольшое количество разветвлений локализуется и в начальной части аксона еще до выхода его из ЦНС (так называемые аксонного коллатерали).
В ЦНС также большое количество нейронов, которые характеризуются тем, что их сома содержится внутри ЦНС и отростки не выходят из нее. Эти нейроны устанавливают связь только с другими нервными клетками ЦНС, а не с чувствительными или эфферентными структурами. Они словно вставлены между афферентными и эфферентными нейронами и «запирают» их. Это промежуточные нейроны (интернейроны).их можно разделить на короткоаксонни, которые устанавливают короткие связи между нервными клетками, и довгоаксонни - нейроны проводящих путей, соединяющих различные структуры ЦНС.

Среди гомеостатических приспособительных механизмов, при­званных защитить органы и ткани от чужеродных веществ и регули­ровать постоянство состава тканевой межклеточной жидкости, веду­щее место занимает гематоэнцефалический барьер. По определению Л. С. Штерн, гематоэнцефалический барьер объединяет совокупность физиологических механизмов и соответствующих ана­томических образований в центральной нервной системе, участвую­щих в регулировании состава цереброспинальной жидкости (ЦСЖ).

В представлениях о гематоэнцефалическом барьере в качестве основных положений подчеркивается следующее: 1) проникновение веществ в мозг осуществляется главным образом не через ликворные пути, а через кровеносную систему на уровне капилляр — нервная клетка; 2) гематоэнцефалический барьер является в большей степени не анатомическим образованием, а функциональным понятием, ха­рактеризующим определенный физиологический механизм. Как лю­бой существующий в организме физиологический механизм, гема­тоэнцефалический барьер находится под регулирующим влиянием нервной и гуморальной систем; 3) среди управляющих гематоэнцефалическим барьером факторов ведущим является уровень деятель­ности и метаболизма нервной ткани.

 

Гематоэнцефалический барьер регулирует проникновение из кро­ви в мозг биологически активных веществ, метаболитов, химических веществ, воздействующих на чувствительные структуры мозга, препятствует поступлению в мозг чужеродных веществ, микроорганиз­мов, токсинов.

Основной функцией, характеризующей гематоэнцефалический барьер, является проницаемость клеточной стенки. Необходимый уровень физиологической проницаемости, адекватный функциональ­ному состоянию организма, обусловливает динамику поступления в нервные клетки мозга физиологически активных веществ.

Функциональная схема гематоэнцефалического барьера включает в себя наряду с гистогематическим барьером нейроглию и систему ликворных пространств (Я. А. Росин) (схема 4.1). Гистогематический барьер имеет двойную функцию: регуляторную и защитную. Регуляторная функция обеспечивает относительное постоянство физи­ческих и физико-химических свойств, химического состава, физи­ологической активности межклеточной среды органа в зависимости от его функционального состояния. Защитная функция гистогематического барьера заключается в защите органов от поступления чужеродных или токсичных веществ эндо- и экзогенной природы.

Ведущим компонентом морфологического субстрата гематоэнце­фалического барьера, обеспечивающим его функции, является стенка капилляра мозга. Существуют два механизма проникновения веще­ства в клетки мозга: через цереброспинальную жидкость, которая служит промежуточным звеном между кровью и нервной или глиальной клеткой, которая выполняет питательную функцию (так называемый ликворный путь), и через стенку капилляра. У взрослого организма основным путем движения вещества в нервные клетки является гематогенный (через стенки капилляров); ликворный путь становится вспомогательным, дополнительным.

Проницаемость гематоэнцефалического барьера зависит от фун­кционального состояния организма, содержания в крови медиаторов, гормонов, ионов. Повышение их концентрации в крови приводит к снижению проницаемости гематоэнцефалического барьера для этих веществ.

Функциональная система гематоэнцефалического барьера представляется важным компонентом нейрогуморальной регуляции. В частности, через гематоэнцефалический барьер реализуется прин­цип обратной химической связи в организме. Именно таким образом осуществляется механизм гомеостатической регуляции состава внут­ренней среды организма.

Регуляция функций гематоэнцефалического барьера осуществ­ляется высшими отделами ЦНС и гуморальными факторами. Зна­чительная роль в регуляции отводится гипоталамо-гипофизарной адреналовой системе. В нейрогуморальной регуляции гематоэнце­фалического барьера важное значение имеют обменные процессы, в частности в ткани мозга. При различных видах церебральной патологии, например травмах, различных воспалительных пораже­ниях ткани мозга, возникает необходимость искусственного сниже­ния уровня проницаемости гематоэнцефалического барьера. Фарма­кологическими воздействиями можно увеличить или уменьшить про­никновение в мозг различных веществ, вводимых извне или циркулирующих в крови.

МЕЖНЕЙРОННЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ. СИНАПТИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЦНС.ВИДЫ СИНАПСОВ, ХАРАЕТЕРИСТИКА МЕДИАТОРОВ, МЕДИАТОРНЫЕ СИСТЕМЫ МОЗГА.

Межнейронные взаимодействия осуществляются посредством синапсов.

Синапс это -- место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал эффекторной клеткой. Служит для передачи нервного импульса между двумя клетками, причём в ходе синаптической передачи амплитуда и частота сигнала могут регулироваться.

Термин был введён в 1897 г. английским физиологом Чарльзом Шеррингтоном.

Связь между нервными клетками осуществляется при помощи синаптических связей в виде контактов - синапсов. Синапс - место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал эффекторной клеткой. Синапсы обеспечивают передачу нервного импульса между нервными клетками. Между контактами передатчика (трансмиттера) и приёмника (рецептора) существует синаптическая щель шириной 10 - 50 нм (нанометров), так называемый щелевой контакт или нексус. Через синаптическую щель передача нервного импульса осуществляется при помощи нейромедиаторов (химических передатчиков) или ионов(электрических передатчиков). Существуют комбинированные (смешанные) синапсы, где нервные импульсы передаются нейромедиаторами и ионами. Структуры мозга, содержащие нейроны с синаптическими связями называются нейронными сетями. Формы синаптических связей в нейронных сетях могут быть: между дендритами и аксонами; между аксоном и телом нейрона; между дендритами и телом нейрона.

Виды синапсов

В зависимости от механизма передачи нервного импульса различают

· химические;

· электрические -- клетки соединяются высокопроницаемыми контактами с помощью особых коннексонов (каждый коннексон состоит из шести белковых субъединиц). Расстояние между мембранами клетки в электрическом синапсе -- 3,5 нм (обычное межклеточное -- 20 нм)

Так как сопротивление внеклеточной жидкости мало (в данном случае), импульсы проходят не задерживаясь через синапс. Электрические синапсы обычно бывают возбуждающими.

· смешанные синапсы: Пресинаптический потенциал действия создает ток, который деполяризует постсинаптическую мембрану типичного химического синапса, где пре- и постсинаптические мембраны не плотно прилегают друг к другу. Таким образом, в этих синапсах химическая передача служит необходимым усиливающим механизмом.

Наиболее распространены химические синапсы.

Химические синапсы можно классифицировать по их местоположению и принадлежности соответствующим структурам:

· периферические

· нервно-мышечные

· нейросекреторные (аксо-вазальные)

· рецепторно-нейрональные

· центральные

· аксо-дендритические -- с дендритами, в т. ч.

· аксо-шипиковые -- с дендритными шипиками, выростами на дендритах;

· аксо-соматические -- с телами нейронов;

· аксо-аксональные -- между аксонами;

· дендро-дендритические -- между дендритами;

В зависимости от медиатора синапсы разделяются на

· аминергические, содержащие биогенные амины (например, серотонин, дофамин;)

· в том числе адренергические, содержащие адреналин или норадреналин;

· холинергические, содержащие ацетилхолин;

· пуринергические, содержащие пурины;

· пептидергические, содержащие пептиды.

При этом в синапсе не всегда вырабатывается только один медиатор. Обычно основной медиатор выбрасывается вместе с другим, играющим роль модулятора.

По знаку действия:

· возбуждающие

· тормозные.

Если первые способствуют возникновению возбуждения в постсинаптической клетке (в них в результате поступления импульса происходит деполяризация мембраны, которая может вызвать потенциал действия при определённых условиях.), то вторые, напротив, прекращают или предотвращают его появление, препятствуют дальнейшему распространению импульса. Обычно тормозными являются глицинергические (медиатор -- глицин) и ГАМК-ергические синапсы (медиатор -- гамма-аминомасляная кислота).

Тормозные синапсы бывают двух видов: 1) синапс, в пресинаптических окончаниях которого выделяется медиатор, гиперполяризующий постсинаптическую мембрану и вызывающий возникновение тормозного постсинаптического потенциала; 2) аксо-аксональный синапс, обеспечивающий пресинаптическое торможение. Синапс холинергический (s. cholinergica) -- синапс, медиатором в котором является ацетилхолин.

В некоторых синапсах присутствует постсинаптическое уплотнение -- электронно-плотная зона, состоящая из белков. По её наличию или отсутствию выделяют синапсы асимметричные и симметричные. Известно, что все глутаматергические синапсы асимметричны, а ГАМК-ергические -- симметричны.

В случаях, когда с постсинаптической мембраной контактирует несколько синаптических расширений, образуются множественные синапсы.

К специальным формам синапсов относятся шипиковые аппараты, в которых с синаптическим расширением контактируют короткие одиночные или множественные выпячивания постсинаптической мембраны дендрита. Шипиковые аппараты значительно увеличивают количество синаптических контактов на нейроне и, следовательно, количество перерабатываемой информации. «Нешипиковые» синапсы называются «сидячими».

Различные синаптические контакты отличаются друг от друга. Однако при всем многообразии синапсов существуют определенные общие свойства их структуры и функции. Поэтому сначала опишем общие принципы их функционирования.

2. Строение синапса

Синапс - представляет собой сложное структурное образование, состоящее из пресинаптической мембраны (чаще всего это концевое разветвление аксона), постсинаптической мембраны (чаще всего это участок мембраны тела или дендрита другого нейрона), а так же синаптической щели.

Механизм передачи через синапс долгое время оставался невыясненным, хотя было очевидно, что передача сигналов в синаптической области резко отличается от процесса проведения потенциала действия по аксону. Однако в начале XX века была сформулирована гипотеза, что синаптическая передача осуществляется или электрическим или химическим путем. Электрическая теория синаптической передачи в ЦНС пользовалась признанием до начала 50-х годов, однако она значительно сдала свои позиции после того, как химический синапс был продемонстрирован в ряде периферических синапсов. Так, например, А.В. Кибяков, проведя опыт на нервном ганглии, а также использование микроэлектродной техники для внутриклеточной регистрации синаптических потенциалов нейронов ЦНС позволили сделать вывод о химической природе передачи в межнейрональных синапсах спинного мозга.

Микроэлектродные исследования последних лет показали, что в определенных межнейронных синапсах существует электрический механизм передачи. В настоящее время стало очевидным, что есть синапсы, как с химическим механизмом передачи, так и с электрическим. Более того, в некоторых синаптических структурах вместе функционируют и электрический и химический механизмы передачи - это так называемые смешанные синапсы.

Если электрические синапсы характерны для нервной системы более примитивных животных (нервная диффузионная система кишечнополостных, некоторые синапсы рака и кольчатых червей, синапсы нервной системы рыб), хотя они и обнаружены в мозге млекопитающих. Во всех перечисленных выше случаях импульсы передаются посредством деполяризующего действия электрического тока, который генерируется в пресинаптическом элементе.

Хотелось бы также отметить, что в случае электрических синапсов возможна передача импульсов как в одном, так и в двух направлениях. Также у низших животных контакт между пресинаптическим и постсинаптическим элементом осуществляется посредством всего одного синапса - моносинаптическая форма связи, однако в процессе филогенеза осуществляется переход к полисинаптической форме связи, то есть, когда указанный выше контакт осуществляется посредством большего числа синапсов.