Дегтярев В.П. Нормальная физиология

Подождите немного. Документ загружается.

бенности при различных вмешательствах в полости рта, кото-

рые 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 соответствую-

щим структурам различают синапсы:

• периферические: нервно-мышечные, нервно-секретор-

ные, синапсы ганглиев автономной нервной системы,

рецепторно-нейрональные;

• центральные: аксосоматические, аксодендритные, аксо-

аксональные, дендросомэтические.

• По функциональному признаку различают синапсы воз-

буждающие и тормозящие.

А По механизму передачи сигналов — химические, элект-

рические, смешанные.

А По виду медиатора, с помощью которого осуществляется

передача сигналов: холинергические, адренергические, серото-

нинергические, 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.

fl 1 /

о о о

o q

I Субсинаптическая

oo ° о oo° )/ мембрана

о V^ Синаптическая щель

Синаптические пузырьки

Хеморецепторы

Рис. 2.8. Синапс с химическим механизмом передачи информации.

Синаптическая бляшка — расширенное окончание аксон-

ной терминали, в которой находятся синаптические везику-

лы — пузырьки, содержащие медиатор — химический по-

средник передачи сигнала, митохондрии, необходимые для

синтеза медиатора, гранулы гликогена и др. Пресинаптиче-

ская мембрана — часть мембраны нервного окончания в обла-

сти контакта его с иннервируемой структурой. Постсинапти-

ческая мембрана — часть мембраны иннервируемой структу-

ры. Часть постсинаптической мембраны, которая расположе-

на напротив пресинаптической (или под ней), называется

субсинаптической мембраной. Особенностью субсинаптиче-

ской мембраны является наличие в ней специальных рецеп-

торов, обладающих разными свойствами.

Часть рецепторов относят к ионотропным, так как их взаи-

модействие с медиатором приводит к открытию ионных ка-

налов мембраны. К числу таких рецепторов относятся Н-хо-

линорецепторы скелетных мышц, некоторые типы глутамат-

ных рецепторов мозга, связанных с натриево-калиевыми ка-

налами, обеспечивающие передачу возбуждающих сигналов,

а также некоторые типы ГАМК-рецепторов мозга, открываю-

щие хлорные каналы и опосредующие тормозные процессы в

мозге.

Другие рецепторы считают метаботропными, так как их

взаимодействие с медиатором приводит к изменению обмен-

ных процессов в клетке. К ним относятся, например, альфа-

и бета-адренорецепторы гладких мышц сосудов, М-холино-

рецепторы в автономной нервной системе. Рецепторы чувст-

вительны к определенному медиатору.

В субсинаптической мембране находятся только хемоза-

висимые ионные каналы, которые не реагируют на измене-

ние трансмембранной разности потенциалов. В постсинап-

тической мембране, за пределами субсинаптической, лока-

лизуются только потенциалозависимые каналы, проводи-

мость 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

в химических возбуждающих синапсах

В синапсах с химической передачей возбуждение переда-

ется с помощью медиаторов — молекул химических ве-

ществ — передатчиков, посредников. Медиаторы в зависимо-

сти от их природы делят на несколько групп:

• моноамины: ацетилхолин, норадреналин, дофамин, се-

ротонин, гнетами н;

• аминокислоты: гамма-аминомасляная кислота (ГАМК),

глутаминовая, аспарагиновая кислоты, глицин, АТФ;

• полипептиды, в том числе и нейропептиды: вещество П,

энкефалины, эндорфины, нейротензин, АКТГ, ангио-

тензин, вазопрессин, соматостатин.

Медиатор находится в пузырьках пресинаптического

утолщения (синаптической бляшки). Туда он поступает с

помощью быстрого аксонного транспорта (аксоток) из око-

лоядерной области нейрона, где он синтезируется. Кроме

того, в синаптической бляшке медиатор может ресинтезиро-

ваться из продуктов его расщепления в синаптической щели

или транспортироваться в нее из щели в неизмененном

виде.

В пресинаптическом утолщении находятся также биологи-

чески активные вещества, которые выходят вместе с медиато-

ром и могут модулировать (изменять) характеристики выбро-

са медиатора в синаптическую щель.

Когда по аксону к его терминалам приходит возбуждение,

мембрана синаптического утолщения деполяризуется, что со-

провождается поступлением Са

из внеклеточной среды

внутрь нервного окончания через открывшиеся потенциало-

зависимые кальцевые каналы. Вошедшие Са

взаимодейству-

ют с белком кальмодулином, образуя комплекс кальций-

кальмодулин, который активирует ферментные системы пре-

синаптического окончания. Это вызывает перемещение си-

наптических пузырьков к пресинаптической мембране, слия-

ние мембран с последующим выходом медиатора (экзоцито-

зом) в синаптическую щель. В ней медиатор диффундирует к

субсинаптической мембране, на которой находятся рецепто-

ры. 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 ацетилхо-

лин, который взаимодействует с ионотропным Н-холиноре-

цептором. Возникающий здесь ВПСП называется потенциа-

лом концевой пластинки (ПКП).

Между деполяризованной субсинаптической мембраной и

соседними с ней поляризованными участками постсинапти-

ческой мембраны, содержащей потенциалозависимые кана-

лы, возникают местные токи, которые деполяризуют эту мем-

брану 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 мемб-

ранные ферменты, например аденилатциклазу, превращаю-

щую АТФ в циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). По-

следний 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, на-

пример циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), инози-

толтрифосфат, диацилглицерол, кальций-кальмодулин, опо-

средующие различные стороны формирования физиологиче-

ского ответа клетки на поступление гуморальных управляю-

щих сигналов или сигналов из ЦНС (механизм работы

метаботропных рецепторов подробно рассмотрен в разделе

«Автономная нервная система»).

Выход медиатора из пресинаптического утолщения суще-

ственно зависит от величины ее деполяризации, так как по-

следняя определяет, какое количество Са

пройдет внутрь

синаптической бляшки. В нормальных условиях в нер-

вно-мышечном синапсе в ответ на нервный импульс выделя-

ется около 1 млн молекул медиатора ацетилхолина. Уменьше-

ние деполяризации пресинаптического утолщения сопровож-

дается уменьшением выброса медиатора — торможением си-

наптической передачи.

Выход медиатора в синаптическую щель зависит не только

от Са

, но и от взаимодействия медиатора, находящегося в

синаптической щели, с тем или иным видом рецепторов, рас-

положенных на мембране пресинаптического утолщения. На-

пример, 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 пост-

синаптической клетки, действуют на пресинаптическую мем-

брану, уменьшая выход норадреналина из адренергического

синапса. Следовательно, выделившийся в синаптическую

щель медиатор связывается с рецепторами постсинаптиче-

ской мембраны, определяя генерацию возбуждения, и с ре-

цепторами пресинаптической мембраны, обеспечивая само-

регуляцию своего последующего выхода в синаптическую

щель.

Часть выделившегося медиатора подвергается обратному

захвату и транспортировке в синаптическую бляшку с после-

дующим включением в синаптические везикулы. Другая часть

подвергается разрушению соответствующим ферментом. Так,

например, ацетилхолин разрушается ацетилхолинэстеразой

(АХЭ). Продукты его расщепления частично поступают в си-

наптическую бляшку, где из них ресинтезируется ацетилхо-

лин, а частично вымываются интерстициальной жидкостью в

кровоток.

Помимо передачи возбуждения, химические синапсы

обеспечивают микрохимические взаимодействия контактиру-

ющих 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 свя-

зей мотонейронов с мышечными клетками вызывает, с одной

стороны, дегенерацию нейронов, а с другой — значительное

увеличение их чувствительности к своему медиатору — аце-

тилхолину.

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 ионотроп-

ными рецепторами субсинаптической мембраны и открывает

в ней хлорные каналы. Поступление С1~ по концентрацион-

ному градиенту внутрь клетки приводит к развитию гиперпо-

ляризации субсинаптической мембраны; возникает так назы-

ваемый тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП). На

фоне ТПСП активация возбуждающих синапсов на мембране

клетки не может вызвать деполяризации ее мембраны до кри-

тического уровня, поэтому клетка не отвечает на поступаю-

щие раздражения.

Ранее полагали, что каждому медиатору соответствует спе-

цифическая реакция постсинаптической клетки — возбужде-

ние или торможение. В настоящее время установлено, что од-

ному медиатору чаще всего соответствует не один, а несколько

различных рецепторов, которые определяют различные реак-

ции на действие одного и того же медиатора. Например, аце-

тилхолин в нервно-мышечных синапсах скелетных мышц дей-

ствует 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). Следова-

тельно, возбуждающий или тормозный характер действия ме-

диатора 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 (од-

ностороннее проведение); это обусловлено строением

синапса — медиатор выделяется только из синаптиче-

ской бляшки и взаимодействует с рецепторами субси-

наптической мембраны;

• возбуждение через синапсы распространяется медлен-

нее, чем по нервному волокну (синаптическая задерж-

ка), так как скорость химических процессов меньше

электрических; наибольших затрат времени требует вы-

деление медиатора;

• передача возбуждения осуществляется с помощью спе-

циальных химических посредников — медиаторов;

• в синапсах происходит трансформация (изменение) рит-

ма 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, недо-

статку кислорода, изменениям рН;

• синапсы морфологически и функционально высокопла-

стичны (изменчивы).

2.5.6. Электрические синапсы

Кроме синапсов с химической передачей возбуждения,

встречаются преимущественно в ЦНС синапсы с электриче-

ским механизмом передачи. Электрическому синапсу свойст-

венны очень узкая синаптическая щель и очень низкое элект-

рическое сопротивление сближенных пре- и постсинаптиче-

ских мембран (рис. 2.9). Низкое сопротивление в основном

определяется наличием поперечных каналов, соединяющих

пре- и постсинаптические мембраны. Каналы образованы

белковыми молекулами и легкопроходимы для электрическо-

го 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 (на-

пример, между клетками сердечной мышцы).

Схема передачи возбуждения в электрическом синапсе та-

кова: локальный ток, вызванный пресинаптическим потенци-

алом действия, раздражает постсинаптическую мембрану, где

Рис. 2.9. Синапс с электрическим механизмом передачи инфор-

мации.

возникает ВПСП, переходящей при достижении критическо-

го уровня деполяризации в распространяющийся потенциал

(ПД).

Общими свойствами электрических синапсов являются:

• большая скорость проведения возбуждения (значительно

превосходит по скорости проведения химические синап-

сы);

• кратковременность следовых эффектов на постсинапти-

ческой мембране, что предопределяет невозможность их

суммации при проведении через синапс серии импуль-

сов возбуждения;

• низкая чувствительность к химическим веществам;

• высокая надежность передачи возбуждения.

Возбуждающие электрические синапсы могут возникать

при благоприятных условиях и исчезать при неблагоприят-

ных. Например, при повреждении одной из контактирующих

клеток ее электрические синапсы с другими клетками ликви-

дируются. 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 воз-

буждения.

Наряду с электрическими синапсами возбуждающего дей-

ствия существуют и электрические тормозные синапсы. Тор-

мозное влияние возникает также за счет действия тока, вы-

званного ПД пресинаптической мембраны, но в данном слу-

чае он вызывает гиперполяризацию постсинаптической мем-

браны.

В смешанных синапсах пресинаптический потенциал дейст-

вия создает ток, который деполяризует вначале постсинапти-

ческую 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 синап-

сах химическая передача служит как бы усиливающим и про-

лонгирующим механизмом передачи возбуждения.

2.6. Физиология мышц

Мышцы у человека и животных являются исполнитель-

ными, рабочими структурами, обеспечивающими все разно-

образие движений, необходимых для приспособления орга-

низма к меняющимся условиям существования. Рабочие и

спортивные движения, перемещение тела в пространстве,

поддержание определенной позы осуществляются скелетны-

ми поперечнополосатыми мышцами. К поперечнополосатым

относится и мышца сердца. Двигательные функции внутрен-

них органов, связанные с перемещением и эвакуацией со-

держимого, 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 особен-

ности будут рассмотрены в главе «Кровообращение»),

Гладкие мышцы контролируются ЦНС значительно сла-

бее. Они подчиняются управляющим влияниям метасимпати-

ческого отдела автономной нервной системы, расположенно-

го в стенке тех же органов, где находятся гладкие мышцы.

В гладких мышцах могут происходить сокращения и без нер-

вных 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 мы-

шечных волокон, заключенных в общий соединительноткан-

ный футляр, крепящийся с помощью сухожилия к скелету.

Мышечное волокно представляет собой многоядерную струк-

туру, окруженную мембраной и содержащей сократительные

элементы — миофибриллы. Важнейшими компонентами мы-

шечного волокна являются митохондрии — энергетические

«подстанции», комплекс продольных трубочек — саркоплазма-

тический ретикулум, хранящий запасы Са

, поперечные «пе-

ретяжки» мембраны, образующие вместе с продольными тру-

бочками «Т-систему», по которой распространяется возбужде-

ние в глубь волокна (рис. 2.10).

В состав скелетной мышцы входит несколько типов воло-

кон. Различают быстрые мышечные волокна, обеспечиваю-

щие быстрые фазные сокращения мышц при осуществлении

движений. Длительность сокращения таких волокон находит-

ся в пределах 10—30 мс; преимущественно из таких волокон

состоят мышцы глазного яблока.

В состав мышц входят и медленные фазные волокна, дли-

тельность сокращения которых достигает 100 мс и более;

преимущественно из таких волокон состоит камбаловидная

мышца.

Большинство мышц включает в свой состав волокна обе-

их групп в различных пропорциях в зависимости от функ-

Рис. 2.10. Ультраструктура скелетной мышцы.

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

ций конкретной мышцы. Мышцы с преобладанием медлен-

ных волокон развивают меньшую силу сокращения, но бо-

лее устойчивы к утомлению. Как правило, подобные мыш-

цы участвуют в поддержании позы, когда необходимы

длительные режимы сокращения при небольшой их интен-

сивности.

В некоторых мышцах, например в наружных глаза, содер-

жатся особые тонические волокна. Сокращение и расслабле-

ние в них развивается очень медленно, обеспечивая изомет-

рический режим сокращений.

В других 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 прохо-

дят в косом направлении, прикрепляясь одним концом к

центральному сухожильному тяжу, а другим — к наружной

соединительнотканной оболочке; такой тип строения называ-

ется перистым. К перистым мышцам относятся, например,

икроножная мышца, трехглавая мышца плеча.

Тип строения мышцы определяет ее функциональные ха-

рактеристики. 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 сокраще-

ния.