Sinapsa je določeno območje stika med procesi živčnih celic in drugimi nerazdražljivimi in vzdražljivimi celicami, ki zagotavljajo prenos informacijskega signala. Sinapso morfološko tvorijo stikalne membrane 2 celic. Membrana, povezana s procesom, se imenuje presinaptična membrana celice, v katero je sprejet signal; njeno drugo ime je postsinaptično. Skupaj s postsinaptično membrano je sinapsa lahko internevronska, nevromuskularna in nevrosekretorna. Besedo sinapsa je leta 1897 uvedel Charles Sherrington (angleški fiziolog).

Kaj je sinapsa?

Sinapsa je posebna struktura, ki zagotavlja prenos živčnega impulza iz živčnega vlakna v drugo živčno vlakno ali živčno celico in da na živčno vlakno vpliva receptorska celica (območje stika med živčnimi celicami in drugo živčno vlakno), sta potrebni dve živčni celici.

Sinapsa je majhen del na koncu nevrona. Z njegovo pomočjo se informacije prenašajo s prvega nevrona na drugega. Sinapsa se nahaja v treh predelih živčnih celic. Prav tako se sinapse nahajajo na mestu, kjer živčna celica vstopi v povezavo z različnimi žlezami ali mišicami telesa.

Iz česa je sestavljena sinapsa?

Struktura sinapse ima preprost diagram. Sestavljen je iz 3 delov, od katerih vsak opravlja določene funkcije med prenosom informacij. Tako lahko to strukturo sinapse imenujemo primerna za prenos.Na proces neposredno vplivata dve glavni celici: sprejemna in oddajna. Na koncu aksona oddajne celice je presinaptični konec (začetni del sinapse). Lahko vpliva na zagon nevrotransmiterjev v celici (ta beseda ima več pomenov: mediatorji, posredniki ali nevrotransmiterji) – definirano s tem, da se realizira prenos električnega signala med 2 nevronoma.

Sinaptična špranja je srednji del Sinapsa je vrzel med dvema medsebojno delujočima živčnima celicama. Skozi to režo pride električni impulz iz oddajne celice. Končni del sinapse se šteje za receptivni del celice, ki je postsinaptični konec (delček celice v stiku z različnimi občutljivimi receptorji v svoji strukturi).

Sinaptični mediatorji

Mediator (iz latinščine Media - oddajnik, posrednik ali sredina). Takšni sinaptični mediatorji so zelo pomembni v procesu prenosa

Morfološka razlika med inhibitornimi in ekscitatornimi sinapsami je v tem, da nimajo mehanizma za sproščanje transmiterja. Za prenašalca v inhibitorni sinapsi, motoričnem nevronu in drugih inhibitornih sinapsah velja aminokislina glicin. Toda zaviralne ali ekscitatorne narave sinapse ne določajo njihovi mediatorji, temveč lastnost postsinaptične membrane. Na primer, acetilholin ima stimulativni učinek na živčno-mišične terminale sinapse (vagusni živci v miokardu).

Acetilholin služi kot ekscitatorni prenašalec v holinergičnih sinapsah (presinaptično membrano v njem igra konec hrbtenjača motorični nevron), v sinapsi na Renshawovih celicah, v presinaptičnem terminalu žlez znojnic, meduli nadledvične žleze, v intestinalni sinapsi in v simpatičnih ganglijih živčni sistem. Acetilholinesterazo in acetilholin so našli tudi v frakcijah različnih delov možganov, včasih v velikih količinah, vendar razen holinergične sinapse na Renshawovih celicah še niso uspeli identificirati preostalih holinergičnih sinaps. Po mnenju znanstvenikov je mediatorska ekscitatorna funkcija acetilholina v centralnem živčnem sistemu zelo verjetna.

Katelhomini (dopamin, norepinefrin in epinefrin) veljajo za adrenergične mediatorje. Adrenalin in norepinefrin se sintetizirata na koncu simpatikusa, v možganski celici nadledvične žleze, hrbtenjače in možganov. Aminokisline (tirozin in L-fenilalanin) veljajo za začetni material, adrenalin pa je končni produkt sinteze. Vmesna snov, ki vključuje norepinefrin in dopamin, deluje tudi kot mediatorja v sinapsi, ki nastane na končičih simpatičnih živcev. Ta funkcija je lahko zaviralna (izločevalne žleze črevesja, več sfinkterjev in gladkih mišic bronhijev in črevesja) ali ekscitatorna (gladke mišice nekaterih sfinkterjev in krvnih žil, v miokardni sinapsi - norepinefrin, v podkožnih jedrih možganov - dopamin).

Ko sinaptični mediatorji zaključijo svojo funkcijo, presinaptični živčni končič absorbira kateholamin in aktivira se transmembranski transport. Med absorpcijo transmiterjev so sinapse zaščitene pred prezgodnjim izčrpanjem zaloge med dolgotrajnim in ritmičnim delom.

Sinapsa: glavne vrste in funkcije

Langley je leta 1892 predlagal, da sinaptični prenos v avtonomnem gangliju sesalcev ni električne narave, ampak kemične narave. Deset let kasneje je Elliott odkril, da adrenalin proizvajajo nadledvične žleze z enakim delovanjem kot stimulacija simpatičnih živcev.

Po tem je bilo domnevano, da lahko adrenalin izločajo nevroni in ga ob vznemirjenju sprosti živčni končič. Toda leta 1921 je Levy izvedel poskus, v katerem je ugotovil kemično naravo prenosa v avtonomni sinapsi med srcem in vagusnim živcem. Žile je napolnil s fiziološko raztopino in spodbudil vagusni živec, kar je povzročilo upočasnitev srca. Ko se je tekočina prenesla iz srca z inhibiranim ritmom v srce brez stimulacije, je utripalo počasneje. Jasno je, da je stimulacija vagusnega živca povzročila sproščanje inhibitorne snovi v raztopino. Acetilholin je popolnoma ponovil učinek te snovi. Leta 1930 sta Feldberg in njegov sodelavec dokončno ugotovila vlogo acetilholina pri sinaptičnem prenosu v gangliju.

Kemična sinapsa

Kemična sinapsa je bistveno drugačna pri prenosu draženja s pomočjo oddajnika iz presinapse v postsinapso. Zato se oblikujejo razlike v morfologiji kemične sinapse. Kemična sinapsa je pogostejša v vretenčnem CNS. Zdaj je znano, da je nevron sposoben sprostiti in sintetizirati par prenašalcev (soobstoječih prenašalcev). Nevroni imajo tudi nevrotransmitersko plastičnost – sposobnost spreminjanja glavnega prenašalca med razvojem.

Nevromuskularni spoj

Ta sinapsa prenaša vzbujanje, vendar to povezavo lahko uničijo različni dejavniki. Prenos se konča z blokado sproščanja acetilholina v sinaptično špranjo, pa tudi s presežkom njegove vsebine v območju postsinaptičnih membran. Številni strupi in zdravila vplivajo na privzem, izhod, ki je povezan s holinergičnimi receptorji postsinaptične membrane, nato mišična sinapsa blokira prenos vzbujanja. Telo umre med zadušitvijo in prekinitvijo krčenja dihalnih mišic.

Botulinus je mikrobni toksin v sinapsi; blokira prenos vzbujanja z uničenjem proteina sintaksina v presinaptičnem terminalu, ki je nadzorovan s sproščanjem acetilholina v sinaptično špranjo. Več strupenih bojnih sredstev, farmakoloških zdravil (neostigmin in proserin), pa tudi insekticidov blokira prevajanje vzbujanja v nevromuskularni sinapsi z inaktivacijo acetilholinesteraze, encima, ki uničuje acetilholin. Zato se acetilholin kopiči v območju postsinaptične membrane, občutljivost na mediator se zmanjša, receptorski blok pa se sprosti iz postsinaptične membrane in potopi v citosol. Acetilholin bo neučinkovit in sinapsa bo blokirana.

Živčna sinapsa: lastnosti in komponente

Sinapsa je povezava med kontaktno točko med dvema celicama. Poleg tega je vsak od njih zaprt v svojo elektrogeno membrano. Živčna sinapsa je sestavljen iz treh glavnih komponent: postsinaptične membrane, sinaptične špranje in presinaptične membrane. Postsinaptična membrana je živčni končič, ki prehaja v mišico in se spušča navznoter mišično tkivo. V presinaptičnem območju so vezikli - to so zaprte votline, ki vsebujejo oddajnik. Vedno so v gibanju.

Ko se približajo membrani živčnih končičev, se vezikli združijo z njo in oddajnik vstopi v sinaptično špranjo. En mehurček vsebuje količino mediatorja in mitohondrije (potrebni so za sintezo mediatorja - glavni vir energije), nato se acetilholin sintetizira iz holina in se pod vplivom encima acetilholin transferaze predela v acetilCoA) .

Sinaptična špranja med post- in presinaptičnimi membranami

Velikost vrzeli je v različnih sinapsah različna. napolnjena z medcelično tekočino, ki vsebuje mediator. Postsinaptična membrana pokriva mesto stika med živčnim končičem in inervirano celico v mionevralni sinapsi. Pri določenih sinapsah se postsinaptična membrana naguba in kontaktna površina se poveča.

Dodatne snovi, ki tvorijo postsinaptično membrano

V območju postsinaptične membrane so prisotne naslednje snovi:

Receptor (holinergični receptor v mionevralni sinapsi).

Lipoprotein (zelo podoben acetilholinu). Ta protein ima elektrofilni konec in ionsko glavo. Glava vstopi v sinaptično špranjo in sodeluje s kationsko glavo acetilholina. Zaradi te interakcije se spremeni postsinaptična membrana, nato pride do depolarizacije in odprejo se potencialno odvisni Na kanalčki. Depolarizacija membrane se ne šteje za proces, ki se sam krepi;

Je postopen, njegov potencial na postsinaptični membrani je odvisen od števila mediatorjev, to je, da je za potencial značilna lastnost lokalnih vzburjenj.

Holinesteraza velja za beljakovino, ki ima encimsko funkcijo. Po strukturi je podoben holinergičnim receptorjem in ima podobne lastnosti z acetilholinom. Holinesteraza uniči acetilholin, najprej tistega, ki je povezan s holinergičnim receptorjem. Pod delovanjem holinesteraze holinergični receptor odstrani acetilholin, kar povzroči repolarizacijo postsinaptične membrane. Acetilholin se razgradi na ocetno kislino in holin, ki je potreben za trofizem mišičnega tkiva.

S pomočjo aktivnega transporta se holin odstrani na presinaptično membrano in se uporablja za sintezo novega prenašalca. Pod vplivom mediatorja se spremeni prepustnost v postsinaptični membrani, pod vplivom holinesteraze pa se občutljivost in prepustnost povrneta na začetno vrednost. Kemoreceptorji so sposobni interakcije z novimi mediatorji.

Sinapsa (iz grščine synapsis - povezava) je območje funkcionalne povezave enega nevrona z drugim ali nevrona z efektorjem, ki je lahko mišica ali eksokrina žleza. Ta koncept je na prelomu 19. in 20. stoletja skoval britanski fiziolog Charles S. Sherrington (Sherrington Ch.) za označevanje specializiranih kontaktnih con, ki zagotavljajo komunikacijo med nevroni.

Leta 1921 je Otto Loewi O., uslužbenec Inštituta za farmakologijo v Gradcu (Avstrija), s preprostimi in domiselnimi poskusi pokazal, da je vpliv vagusnih živcev na srce posledica kemična– acetilholin. Angleški farmakolog Henry Dale (Dale H.) je uspel dokazati, da se acetilholin tvori v sinapsah različnih struktur živčnega sistema. Leta 1936 sta Loewy in Dale prejela Nobelovo nagrado za odkritje kemijske narave prenosa živčne energije.

Povprečen nevron tvori več kot tisoč sinaps z drugimi možganskimi celicami; skupno je v človeških možganih približno 1014 sinaps. Če jih štejemo s hitrostjo 1000 kosov na sekundo, potem bo to mogoče povzeti šele čez nekaj tisoč let. Velika večina sinaps uporablja kemične prenašalce sporočil – mediatorje ali nevrotransmiterje – za prenos informacij iz ene celice v drugo. Toda poleg kemičnih sinaps obstajajo tudi električne, v katerih se signali prenašajo brez uporabe posrednikov.

V kemičnih sinapsah so medsebojno delujoče celice ločene s sinaptično špranjo, široko 20-40 nm, napolnjeno z zunajcelično tekočino. Za prenos signala presinaptični nevron sprosti oddajnik v to režo, ki difundira v postsinaptično celico in se pritrdi na specifične receptorje na njeni membrani. Povezava transmiterja z receptorjem vodi do odpiranja (vendar v nekaterih primerih do zapiranja) od kemoterapije odvisnih ionskih kanalov. Ioni prehajajo skozi odprte kanale in ta ionski tok spremeni vrednost mirujočega membranskega potenciala postsinaptične celice. Zaporedje dogodkov nam omogoča, da sinaptični prenos razdelimo na dve stopnji: oddajnik in receptor. Prenos informacij skozi kemične sinapse poteka veliko počasneje kot prevajanje vzbujanja vzdolž aksonov in traja od 0,3 do nekaj ms - v zvezi s tem je izraz sinaptična zamuda postal razširjen.

V električnih sinapsah je razdalja med medsebojno delujočimi nevroni zelo majhna - približno 3-4 nm. Pri njih se presinaptični nevron poveže s postsinaptično celico posebna vrsta ionski kanali, ki prečkajo sinaptično špranjo. Skozi te kanale se lahko lokalni električni tok širi iz ene celice v drugo.

Od vseh sinaps, ki obstajajo v človeškem telesu, je najpreprostejša nevromuskularna. ki jo je že v 50. letih dvajsetega stoletja dobro preučil Bernard Katz in njegovi sodelavci (Katz B. - Nobelov nagrajenec 1970). Tvorba nevromuskularne sinapse vključuje tanke veje aksona motoričnega nevrona brez mielina in skeletnih mišičnih vlaken, ki jih ti končiči inervirajo (slika 5.1).

Vsaka veja aksona se na koncu odebeli: ta odebelitev se imenuje končni gumb ali sinaptična plošča. Vsebuje sinaptične vezikle, napolnjene s prenašalcem: v nevromuskularni sinapsi je to acetilholin. Večina sinaptičnih veziklov se nahaja v aktivnih conah: to so imena specializiranih delov presinaptične membrane, kjer se prenašalec lahko sprosti v sinaptično špranjo. Presinaptična membrana vsebuje kanale za kalcijeve ione, ki so zaprti v mirovanju in odprti le, ko se akcijski potenciali vodijo do terminala aksona.

Koncentracija kalcijevih ionov v sinaptični špranji je veliko višja kot v citoplazmi presinaptičnega terminala nevrona, zato odpiranje kalcijevih kanalčkov vodi do vstopa kalcija v terminal. Ko se koncentracija kalcija na nevronskem koncu poveča, se sinaptični vezikli spojijo z aktivnim območjem. Vsebina vezikla, zlitega z membrano, se izprazni v sinaptično špranjo: ta mehanizem sproščanja se imenuje eksocitoza. En sinaptični mehurček vsebuje približno 10.000 molekul acetilholina in ko se informacija prenaša preko nevromuskularne sinapse, se istočasno sprosti iz številnih veziklov in difundira do končne plošče.

Končna plošča je del mišične membrane, ki pride v stik z živčnimi končiči. Ima prepognjeno površino, gube pa se nahajajo točno nasproti aktivnih con presinaptičnega terminala. Na vsaki gubi, ki je razporejena v obliki mreže, so koncentrirani holinergični receptorji, njihova gostota je približno 10.000 / μm2. V globinah gub ni holinergičnih receptorjev - obstajajo samo napetostno odvisni kanali za natrij, njihova gostota pa je tudi visoka.

Vrsta postsinaptičnih receptorjev, ki jih najdemo v nevromuskularni sinapsi, je vrsta nikotinsko občutljivih ali N-holinergičnih receptorjev (v 6. poglavju bo opisana druga vrsta - muskarinsko občutljivi ali M-holinergični receptorji). To so transmembranski proteini, ki so hkrati receptorji in kanali (slika 5.2). Sestavljeni so iz petih podenot, združenih okoli osrednje pore. Dve od petih podenot sta enaki, imata konce aminokislinskih verig štrleče navzven – to so receptorji, na katere se veže acetilholin. Ko receptorji vežejo dve molekuli acetilholina, se spremeni konformacija proteinske molekule in premaknejo se naboji hidrofobnih območij kanala v vseh podenotah: posledično se pojavi pora s premerom približno 0,65 nm.

Skozenj lahko prehajajo natrijevi, kalijevi ioni in celo dvovalentni kalcijevi kationi, hkrati pa prehod anionov ovirajo negativni naboji stene kanala. Kanal je odprt približno 1 ms, vendar v tem času skozenj v mišično vlakno vstopi okoli 17.000 natrijevih ionov, nekoliko manj pa izstopi kalijevih ionov. V nevromuskularni sinapsi se skoraj sinhrono odpre več sto tisoč z acetilholinom nadzorovanih kanalov, saj transmiter, ki se sprosti iz samo enega sinaptičnega vezikla, odpre približno 2000 posameznih kanalov.

Končni rezultat natrijevega in kalijevega ionskega toka skozi kemo-odvisne kanale je določen s prevlado natrijevega toka, ki vodi do depolarizacije končne plošče mišične membrane, na kateri se pojavi potencial končne plošče (EPP). Njegova vrednost je najmanj 30 mV, tj. vedno presega mejno vrednost. Depolarizacijski tok, ki nastane v končni plošči, je usmerjen na sosednja, ekstrasinaptična področja membrane mišičnega vlakna. Ker je njegova vrednost vedno nad pragom, aktivira napetostno odvisne natrijeve kanale, ki se nahajajo v bližini končne plošče in v globinah njenih gub, posledično nastanejo akcijski potenciali, ki se širijo vzdolž mišične membrane.

Molekule acetilholina, ki so opravile svojo nalogo, hitro razgradi encim acetilholinesteraza, ki se nahaja na površini postsinaptične membrane. Njegova aktivnost je precej visoka in v 20 ms je sposoben pretvoriti vse molekule acetilholina, povezane z receptorji, v holin in acetat. Zaradi tega se holinergični receptorji sprostijo za interakcijo z novimi deli prenašalca, če se ta še naprej sprošča iz presinaptičnega konca. Istočasno acetat in holin s pomočjo posebnih transportnih mehanizmov vstopita v presinaptični terminal in se uporabljata za sintezo novih prenašalnih molekul.

Tako so glavne stopnje prenosa vzbujanja v nevromuskularni sinapsi:

1) vzbujanje motoričnega nevrona, širjenje akcijskega potenciala na presinaptično membrano;

2) povečanje prepustnosti presinaptične membrane za kalcijeve ione, pretok kalcija v celico, povečanje koncentracije kalcija v presinaptičnem terminalu;

3) zlitje sinaptičnih veziklov s presinaptično membrano v aktivni coni, eksocitoza, vstop prenašalca v sinaptično špranjo;

4) difuzija acetilholina na postsinaptično membrano, njegova vezava na H-holinergične receptorje, odpiranje kemo-odvisnih ionskih kanalčkov;

5) prevladujoči tok natrijevega iona skozi kemoodvisne kanale, nastanek nadpražnega potenciala končne plošče;

6) pojav akcijskih potencialov na mišični membrani;

7) encimska razgradnja acetilholina, vračanje razpadnih produktov na končnico nevrona, sinteza novih delov prenašalca.

5.3. Motnje sinaptičnega prenosa

Kršitev katere koli stopnje sinaptičnega prenosa moti delovanje sinapse kot celote. Na primer, v primeru zastrupitve z botulinskim toksinom, mišična paraliza in celo smrt zaradi prenehanja delovanja dihalnih mišic. Ta toksin proizvajajo bakterije

Clostridium botulinum, ki se hitro razmnožuje v mesnih in ribjih konzervah, pripravljenih s kršitvami tehnologije, kar se najpogosteje zgodi pri domačem konzerviranju. Botulin toksin že v nizkih koncentracijah lahko blokira sproščanje acetilholina iz presinaptičnih končičev motoričnega nevrona, posledica te blokade pa je paraliza mišic.

Že dolgo je znan strup kurare, s katerim so južnoameriški Indijanci zdravili konice svojih puščic. Curare je zgoščen rastlinski izvleček drevesnega soka, pridobljenega iz lubja vinske trte vrst Strychnos in Chondodendron. Ta strup se lahko veže na H-holinergične receptorje v nevromuskularni sinapsi in tako postane konkurenca acetilholinu. Dolgotrajna blokada holinergičnih receptorjev s strupom povzroči zaustavitev dihanja in smrt (upoštevati je treba, da aktivnost dihalnih mišic uravnavajo motorični nevroni, ki prenašajo vzbujanje skozi nevromuskularne sinapse).

Povezava med strupom kurare in holinergičnimi receptorji je reverzibilna: če se acetilholin kopiči v sinapsi v visoki koncentraciji, začne izpodrivati ​​kurare in oslabi interakcijo strupa z receptorji. Glavna učinkovina kurare je a-tubokurarin, ki je bil izoliran iz rastlinske mešanice že leta 1935 in se je nato razširil v zdravniška praksa. Uporablja se med kirurškimi posegi kot mišični relaksant; v tem primeru mora biti bolnik na umetno nadzorovanem dihanju.

Drug strup, a-bungarotoksin, vstopi v nepovratno povezavo s H-holinergičnimi receptorji. Nastaja v strupenih žlezah bungarjev ali kraitov - kobram sorodnih kač. Žleze nekaterih vrst bungarja vsebujejo do pet smrtonosnih odmerkov tega strupa. Od leta 1970 se v raziskovalne namene uporabljajo prečiščene in radioaktivno označene molekule α-bungarotoksina. Označene molekule se nepovratno vežejo na holinergične receptorje, kar omogoča, da z oznako določimo število takih receptorjev, njihovo lokacijo itd. Na ta način je bilo na primer dokazano, da razvoj miastenije gravis (progresivne mišična oslabelost) je posledica zmanjšanja števila holinergičnih receptorjev, ki jih, kot se je izkazalo, pri tej bolezni poškodujejo avtoprotitelesa.

Na žalost zastrupitve z organofosfornimi snovmi, kot so tiofos, klorofos, karbofos itd., Niso tako redke. Ko te snovi pridejo v človeško telo, se razgradijo na še bolj toksične presnovke, ki imajo antiholinesterazni učinek, t.j. zavira aktivnost holinesteraze. Posledično se normalna razgradnja acetilholina ustavi, kar moti vso normalno aktivnost sinapse. To vodi najprej do mišičnih krčev, nato pa do paralize in zastoja dihanja.

Centralne sinapse, za razliko od živčno-mišičnih sinaps, tvori na tisoče povezav med številnimi nevroni, ki lahko uporabljajo na desetine nevrotransmiterjev različnih kemičnih lastnosti. Upoštevati je treba, da za vsak nevrotransmiter obstajajo specifični receptorji, ki na različne načine nadzorujejo kanale, odvisne od kemoterapije. Poleg tega, če se v nevromuskularnih sinapsah vedno prenaša le vzbujanje, so lahko osrednje sinapse ekscitatorne in zaviralne.

V nevromuskularni sinapsi lahko en sam akcijski potencial, ki doseže presinaptični terminal, povzroči sprostitev zadostne količine transmiterja za prenos signala, zato potencial končne plošče vedno preseže vrednost praga. Posamezni postsinaptični potenciali centralnih sinaps praviloma ne presegajo niti 1 mV - njihova povprečna vrednost je le 0,2-0,3 mV, kar je popolnoma premalo za dosego kritične depolarizacije. Za njegovo pridobitev je potrebna skupna aktivnost 50 do 100 akcijskih potencialov, ki drug za drugim dosežejo presinaptični terminal - takrat je lahko skupna količina sproščenega transmiterja zadostna, da postane depolarizacija postsinaptične membrane kritična.

V ekscitatornih sinapsah centralnega živčnega sistema, tako kot v nevromuskularni sinapsi, se uporabljajo kemoodvisni kanali, ki hkrati prehajajo natrijeve in kalijeve ione. Ko se takšni kanali odprejo pri normalnem potencialu mirovanja centralnih nevronov (približno -65 mV), prevladuje navznoter depolarizirajoči natrijev tok.

Akcijski potencial običajno nastane v prožilni coni - aksonskem hribčku, kjer je gostota napetostno odvisnih kanalov največja in depolarizacijski prag najnižji. Tukaj zadostuje premik membranskega potenciala od -65 MV do -55 mV, da pride do akcijskega potenciala. Načeloma lahko nastane akcijski potencial tudi na telesu nevrona, vendar bo to zahtevalo spremembo membranskega potenciala iz -65 mV na približno -35 mV, tj. v tem primeru bi moral biti postsinaptični potencial veliko večji - približno 30 mV.

Večina ekscitatornih sinaps nastane na dendritičnih vejah. Tipičen nevron ima običajno od dvajset do štirideset glavnih dendritov, ki so razdeljeni na številne majhne veje. Na vsaki takšni veji sta dve področji sinaptičnih stikov: glavna palica in trni. Ekscitatorni postsinaptični potenciali (EPSP), ki tam nastanejo, se pasivno širijo do aksonskega hribčka, amplituda teh lokalnih potencialov pa se zmanjšuje sorazmerno z razdaljo. Pa tudi če največja vrednost EPSP v kontaktnem območju ne presega 1 mV, nato pa je v sprožilnem območju zaznan popolnoma nepomemben depolarizacijski premik.

V takih okoliščinah je kritična depolarizacija sprožilnega območja možna le kot posledica prostorskega ali zaporednega seštevanja posameznih EPSP (slika 5.3).

Prostorsko seštevanje se pojavi s hkratno ekscitatorno aktivnostjo skupine nevronov, katerih aksoni konvergirajo v eno skupno postsinaptično celico. V vsaki od kontaktnih con se oblikuje majhen EPSP, ki se pasivno širi do aksonskega hribčka. Ko ga hkrati dosežejo šibki depolarizirajoči premiki, je lahko skupni rezultat depolarizacije večji od 10 mV: samo v tem primeru se membranski potencial zmanjša z -65 mV na kritično raven -55 mV in pojavi se akcijski potencial.

Zaporedno seštevanje, imenovano tudi začasno, opazimo pri dokaj pogostem ritmičnem vzbujanju presinaptičnih nevronov, ko se akcijski potenciali po kratkem času drug za drugim vodijo v presinaptični terminal. Ves ta čas se sprošča oddajnik, ki vodi do povečanja amplitude EPSP. V centralnih sinapsah običajno delujeta oba mehanizma seštevanja hkrati, kar omogoča prenos vzbujanja na postsinaptični nevron.

Šele pred kratkim je bilo mogoče najti nekaj zelo majhnih morfoloških razlik med ekscitatornimi in inhibitornimi sinapsami - slednje so imele nekoliko manjšo širino sinaptične špranje, manjše aktivne cone, tanjšo bazalno membrano, sinaptični vezikli pa so bili nekoliko drugačne oblike. Inhibitorne sinapse se največkrat tvorijo na celičnem telesu nevrona. V njih se, tako kot v ekscitatornih sinapsah, sproščajo nevrotransmiterji, pritrjeni na receptorje postsinaptične membrane, po katerih se odprejo kemoodvisni kanali. Temeljna razlika inhibitorne sinapse je, da odpiralni kanali niso namenjeni natriju, kot pri ekscitatornih sinapsah, temveč prehodu kloridnih ionov ali kalijevih ionov. Če se kanali za klorove anione odprejo, ti vstopajo v celico po koncentracijskem gradientu. Posledično se poveča vsota negativnih nabojev v celici in pride do hiperpolarizacije membrane: vrednost membranskega potenciala se poveča od -65 mV na na primer -70 mV. Nevron je težje vzbuditi iz stanja hiperpolarizacije: tukaj boste potrebovali depolarizacijski premik ne 10 mV, kot običajno, ampak vsaj 15 mV, saj kritična raven depolarizacije membrane po inhibiciji ostane enaka, tj. -55 mV (slika 5.4).

V primeru, da se v inhibitorni sinapsi uporabljajo kemoodvisni kanali za kalij, pride tudi do hiperpolarizacije, saj kalij zapušča celico po koncentracijskem gradientu. Posledično se v tej varianti zmanjša občutljivost celice na vse vznemirljive signale. Ne glede na to, ali zaviralne sinapse uporabljajo kanale za klor, ki je pogostejši, ali za kalij, bo rezultat vedno hiperpolarizacijski premik, imenovan zaviralni postsinaptični potencial (IPSP).

Kaj se bo zgodilo z nevronom, na katerega hkrati vplivata ekscitatorni in inhibitorni nevron? Na njegovih dendritih se bodo pojavili majhni EPSP, katerih vsota je nekoliko višja od 10 mV – to je običajno dovolj za vzburjenje celice. Toda, ko se depolarizirajoči potenciali širijo proti aksonskemu gričku, bo membrana nevronskega telesa postala hiperpolarizirana pod vplivom inhibitornih sinaps. Prišlo bo do seštevka EPSP in IPSP, zaradi česar bo depolarizacijski premik popolnoma izginil ali pa se zmanjšal, vendar v obeh primerih akcijski potencial ne bo mogel več nastati. To vrsto zaviranja nevronske aktivnosti imenujemo postsinaptično.

Poleg tega obstaja še ena vrsta inhibicije, ki se imenuje presinaptična in jo opazimo v akso-aksonskih sinapsah: tukaj akson inhibitornega nevrona tvori sinapso na koncu ekscitatornega nevrona. V takih sinapsah se običajno uporabljajo kanali za klorove ione - njihov vstop v konec ekscitatornega nevrona zmanjša amplitudo akcijskih potencialov, ki potekajo skozi njega. V zvezi s tem se zmanjša količina oddajnika, ki se sprosti na koncu aksona, in s tem velikost EPSP.

Razlika s popolno postsinaptično inhibicijo je v tem, da je presinaptična inhibicija selektivna – blokira samo en ekscitatorni vnos in postsinaptični nevron ohrani sposobnost, da ga vzbujajo drugi nevroni, ki niso bili izpostavljeni inhibiciji. Presinaptična inhibicija se pogosto uporablja, na primer za nadzor senzoričnih tokov, ki vstopajo v osrednji živčni sistem, ali za uravnavanje motoričnih sistemov hrbtenjače, ko je treba preprečiti vstop nepotrebnih ali "neželenih" informacij, hkrati pa vzdržuje razdražljivost postsinaptičnega nevrona kot celote.

Skupaj s presinaptično inhibicijo pride tudi do presinaptične amplifikacije, ko prenašalec deluje na akso-aksonsko sinapso, kar poveča učinkovitost ekscitatornega nevrona. Na splošno imajo akso-aksonske sinapse modulacijsko funkcijo: brez neposrednega vpliva na območje izvora impulza nadzorujejo količino sproščenega transmiterja.

Preneseno z enega nevrona na drugega bi se vzbujanje teoretično lahko razširilo na večino možganskih celic, medtem ko normalna aktivnost zahteva strogo urejeno menjavanje aktivnosti določenih skupin nevronov, ki so med seboj povezani s topografsko natančnimi povezavami. Potreba po racionalizaciji prenosa signala in preprečevanju nepotrebnega širjenja vzbujanja določa funkcionalno vlogo zaviralnih nevronov.

Treba je opozoriti na zelo pomembno okoliščino: inhibicija je vedno lokalni proces, ne more se, tako kot vzbujanje, širiti iz ene celice v drugo. Inhibicija samo zavre proces vzbujanja oziroma prepreči sam nastanek vzbujanja.

Preprost, a poučen poskus pomaga preveriti izjemno pomembno vlogo inhibicije. Če poskusni živali vbrizgamo določeno količino strihnina (to je alkaloid iz semen čilibuhe ali bruhajočega oreha), ki blokira samo eno vrsto inhibitornih sinaps v centralnem živčnem sistemu, se začne neomejeno širjenje vzbujanja kot odgovor na kakršnega koli dražljaja, ki bo povzročil neurejeno delovanje nevronov, nato se bodo pojavili mišični krči, konvulzije in končno smrt.

Inhibitorne nevrone najdemo v vseh predelih možganov, na primer zaviralne celice Renshaw so pogoste v hrbtenjači, Purkinjejevi nevroni, zvezdaste celice itd. so pogoste v skorji malih možganov. Kot zaviralni prenašalec se najpogosteje uporabljata gama-aminomaslena kislina (GABA) in glicin, čeprav zaviralna specifičnost sinapse ni odvisna od prenašalca, ampak izključno od vrste kemoodvisnih kanalov: v zaviralnih sinapsah so to kanali za klor. ali kalij.

Obstaja več zelo značilnih, tipičnih možnosti za inhibicijo: reverzibilna (ali antidromna), recipročna, padajoča, centralna itd. Ponavljajoča inhibicija vam omogoča uravnavanje izhodne aktivnosti nevrona po načelu negativnosti povratne informacije(slika 5.5). Pri tem nevron, ki vzdraži celico iz enega od kolateral njenega aksona, deluje tudi na interkalarni inhibitorni nevron, ki začne zavirati aktivnost same ekscitatorne celice. Na primer, motorični nevron hrbtenjače vznemirja mišična vlakna, drugi stranski del njegovega aksona pa vzburja Kletka Renshaw, ki zavira aktivnost samega motoričnega nevrona

Recipročna inhibicija (iz latinščine reciprocus - vzajemna) je opažena na primer v primerih, ko kolaterale aksona aferentnega nevrona, ki vstopa v hrbtenjačo, tvorijo dve veji: ena od njih vzbuja motorične nevrone fleksorne mišice in drugi je zaviralni internevron, ki deluje na motorični nevron za mišico iztegovalko. Zaradi recipročne inhibicije se mišice antagonisti ne morejo skrčiti hkrati in če se fleksorji skrčijo, da izvedejo gibanje, se morajo ekstenzorji sprostiti.

Descendentno inhibicijo je prvi opisal I. M. Sechenov: odkril je, da se refleksi hrbtenjače žabe upočasnijo, če njen diencefalon dražimo s kristalom kuhinjske soli. Sechenov je to inhibicijo imenoval centralna. Descendentna inhibicija lahko na primer nadzoruje prenos aferentnih signalov: dolgi aksoni nekaterih nevronov možganskega debla lahko zavirajo aktivnost internevronov hrbtenjače, ki sprejemajo informacije o boleči stimulaciji. Nekatera motorična jedra možganskega debla lahko aktivirajo aktivnost inhibitornih internevronov hrbtenjače, kar lahko zmanjša aktivnost motoričnih nevronov - tak mehanizem je pomemben za uravnavanje mišičnega tonusa.

5.7. Funkcionalni pomen kemičnih sinaps pri prenosu informacij

Lahko rečemo, da imajo sinapse odločilno vlogo pri vseh možganskih aktivnostih. To ugotovitev podpirajo vsaj trije pomembni dokazi:

1. Vse kemične sinapse delujejo po principu zaklopke, saj se informacije v njej lahko prenašajo le iz presinaptične celice v postsinaptično in nikoli obratno. To je tisto, kar določa urejeno smer prenosa informacij v centralni živčni sistem.

2. Kemične sinapse so sposobne okrepiti ali oslabiti oddane signale, kakršna koli sprememba pa se lahko izvede na več načinov. Učinkovitost sinaptičnega prenosa se spremeni zaradi povečanja ali zmanjšanja toka kalcija v presinaptični terminal, ki ga spremlja ustrezno povečanje ali zmanjšanje količine sproščenega transmiterja. Aktivnost sinapse se lahko spremeni zaradi spreminjajoče se občutljivosti postsinaptične membrane, kar lahko zmanjša ali poveča število in učinkovitost njenih receptorjev. Zahvaljujoč tem zmožnostim se kaže plastičnost medceličnih povezav, na podlagi katerih sinapse sodelujejo v učnem procesu in nastajanju spominskih sledi.

3. Kemična sinapsa je območje delovanja številnih biološko aktivnih snovi, zdravil ali drugih kemičnih spojin, ki iz enega ali drugega razloga vstopajo v telo (toksini, strupi, zdravila). Nekatere snovi, ki imajo podobno molekulo kot mediator, tekmujejo za pravico, da se vežejo na receptorje, druge ne dovolijo, da bi se mediatorji pravočasno uničili, tretje spodbujajo ali zavirajo sproščanje mediatorjev iz presinaptičnih končičev, tretje krepijo ali oslabijo delovanje zaviralnih mediatorjev itd. Posledica sprememb Sinaptični prenos v določenih kemičnih sinapsah lahko povzroči nastanek novih oblik vedenja.

Večino znanih električnih sinaps tvorijo veliki presinaptični aksoni v stiku z relativno majhnimi vlakni postsinaptičnih celic. Prenos informacij v njih poteka brez kemičnega posrednika, med interakcijskimi celicami pa je zelo majhna razdalja: širina sinaptične reže je približno 3,5 nm, medtem ko se v kemičnih sinapsah giblje od 20 do 40 nm. Poleg tega sinaptično špranjo prečkajo povezovalni mostički – specializirane proteinske strukture, ki tvorijo t.i. konneksi (iz angleške connexion - povezava) (slika 5.6).

Koneksoni so cilindrični transmembranski proteini, ki jih tvori šest podenot in imajo v središču precej širok, približno 1,5 nm premera, kanal s hidrofilnimi stenami. Koneksoni sosednjih celic se nahajajo drug nasproti drugega, tako da vsako od šestih podenot enega koneksona tako rekoč nadaljujejo podenote drugega. Dejansko so konneksoni polkanali, vendar kombinacija konneksonov dveh celic tvori polnopravni kanal, ki povezuje ti dve celici. Mehanizem odpiranja in zapiranja takšnih kanalov je sestavljen iz rotacijskih gibov njegovih podenot.

Ti kanali imajo nizek upor in zato dobro prevajajo elektriko iz ene celice v drugo. Pretok pozitivnih nabojev iz presinaptične membrane vzbujene celice povzroči depolarizacijo postsinaptične membrane. Ko ta depolarizacija doseže kritično vrednost, se odprejo napetostno odvisni natrijevi kanali in pojavi se akcijski potencial.

Vse se zgodi zelo hitro, brez zakasnitve, ki je značilna za kemične sinapse, povezane z relativno počasno difuzijo prenašalca iz ene celice v drugo. Celice, povezane z električnimi sinapsami, reagirajo kot ena enota na signal, ki ga prejme ena od njih; latentni čas med presinaptičnim in postsinaptičnim potencialom praktično ni določen.

Smer prenosa signala v električnih sinapsah je določena z razlikami v vhodnem uporu celic, ki so v stiku. Običajno veliko presinaptično vlakno hkrati prenaša vzbujanje na več celic, povezanih z njim, in v njih ustvarja pomembna sprememba Napetost. Na primer, v dobro raziskani velikanski akso-aksonski sinapsi rakov debelo presinaptično vlakno vzbuja več aksonov drugih celic, ki so po debelini bistveno slabše od njega.

Električni sinaptični prenos signala se izkaže za biološko uporabnega pri izvajanju bega ali obrambnih reakcij v primeru nenadne nevarnosti. Na ta način se na primer sinhrono aktivirajo motorični nevroni in nato med reakcijo leta pride do bliskovitega gibanja repne plavuti pri zlati ribici. Enako sinhrono aktiviranje nevronov zagotavlja val kamuflažne barve, ki jo sprosti morski mehkužec, ko pride do nevarne situacije.

Presnovne interakcije med celicami potekajo tudi preko konneksonskih kanalov. Dovolj velik premer kanalskih por omogoča prehod ne le ionov, temveč tudi srednje velikih organskih molekul, vključno s pomembnimi sekundarnimi prenašalci sporočil, kot so ciklični AMP, inozitol trifosfat in majhni peptidi. Zdi se, da je ta transport zelo pomemben med razvojem možganov.

Povzetek

Sinapse igrajo ključno vlogo pri organiziranju informacijskih tokov. Kemične sinapse ne samo prenašajo signal, ampak ga transformirajo, okrepijo in spremenijo naravo kode. Kemične sinapse delujejo kot ventil: prenašajo informacije samo v eno smer. Interakcija ekscitatornih in inhibitornih sinaps ohranja najpomembnejše informacije in izloča nepomembne informacije. Učinkovitost sinaptičnega prenosa se lahko poveča ali zmanjša tako zaradi spreminjanja koncentracije kalcija v presinaptičnem terminalu kot zaradi sprememb v številu receptorjev na postsinaptični membrani. Ta plastičnost sinaps je predpogoj za njihovo sodelovanje v učnem procesu in oblikovanju spomina. Sinapsa je tarča delovanja številnih snovi, ki lahko blokirajo ali nasprotno stimulirajo sinaptični prenos. Prenos informacij v električnih sinapsah poteka s pomočjo konneksonov, ki imajo nizek upor in vodijo električni tok od aksona ene celice do aksonov druge.

Vprašanja za samokontrolo

61. Kaj se zgodi s prenašalcem, ki se sprosti iz presinaptičnega konca?

A. Difundira čez postsinaptično membrano; B. Pritrdi se na receptorje postsinaptične membrane; B. Preneseno preko postsjaptične membrane z aktivnim transportom; D. Vezan z beljakovinami sinaptične tekočine; D. Kopiči se v sinaptični špranje in s tem zmanjša električni upor.

62. Normalno za 1 sq. µm končne plošče vsebuje približno 10.000 holinergičnih receptorjev. Kaj se zgodi zaradi zmanjšanja števila receptorjev pri miasteniji gravis?

A. Zmanjšanje sinteze mediatorja; B. Zmanjšanje toka kalcijevih ionov skozi presinaptični konec; B. Zmanjšanje velikosti potenciala končne plošče; D. Zmanjšanje amplitude akcijskih potencialov na mišični membrani; D. Inaktivacija holinesteraze v sinaptični špranji.

63. Kaj neposredno določa velikost potenciala končne plošče?

A. O intenzivnosti sinteze acetilholina v motoričnem nevronu; B. Od koncentracije kalcijevih ionov v presinaptičnem terminalu; B. Iz koncentracije prenašalca, ki ni povezan z receptorji v sinaptični špranje; D. Iz števila ne-acetilholinskih receptorjev postsinaptične membrane; D. Od števila holinergičnih receptorjev, ki so pritrdili mediator.

64. Kakšen je sprožilni moment za sprostitev transmiterja iz presinaptične končnice?

A. Tok kalijevih ionov iz presinaptičnega terminala; B. Tok kloridnih ionov v presinaptični terminal; B. Sprostitev kalcijevih ionov iz presinaptičnega terminala; D. Tok natrijevih ionov v presinaptični terminal; D. Povečana koncentracija kalcijevih ionov v presinaptičnem terminalu.

65. S katerim transportnim mehanizmom prehaja prenašalec skozi sinaptično špranjo na postsinaptično membrano?

A. Difuzija; B. Osmoza; B. Aktivni transport; G. Uporaba posebnega nosilca; D. Uporabljeni so vsi transportni mehanizmi.

66. Molekule a-bungarotoksina kačjega strupa se lahko pritrdijo na holinoreceptorje končne plošče. Kaj se bo zgodilo kot posledica takšne povezave?

A. Inaktivacija holinesteraze; B. Zmanjšana tvorba acetilholina; B. Zmanjšanje velikosti potenciala končne plošče; D. V postsinaptični membrani se bodo odprli kanali za natrij; D. V postsinaptični membrani se bodo odprli kanali za kalcij.

67. Prevladujoči tok katerih ionov določa nastanek potenciala končne plošče?

A. Kalcij; B. Klor; B. Natrij; G. Kalia; D. Vsi kationi.

68. Kakšno funkcijo opravlja acetilholinesteraza na živčno-mišičnem stiku?

A. Poveča obseg potenciala končne plošče; B. Poveča trajanje potenciala končne plošče; B. Spodbuja sintezo mediatorja; D. Razgradi mediator, ki se veže na holinergične receptorje; D. Zagotavlja pravočasno zaprtje kanalov, odvisnih od kemoterapije.

69. Kaj od naslednjega je značilno za potencial končne plošče?

A. Nastane z uporabo kanalov, odvisnih od kemoterapije; B. Nastane pri uporabi napetostno odvisnih kanalov; B. Oblikovana po pravilu »vse ali nič«; D. ima amplitudo, ki je enaka akcijskemu potencialu; D. Ima enako trajanje kot akcijski potencial.

70. Kakšen je učinek strupa kurare na nevromuskularno sinapso?

A. Acetilholinesteraza je inaktivirana; B. Sinteza acetilholina je zavrta; B. Sproščanje acetilholina je blokirano; D. Holinergični receptorji so blokirani; D. Acetilholin se razgradi.

71. Kaj od naštetega je značilno za ekscitatorne postsinaptične potenciale centralnih sinaps in ni značilno za potencial končne plošče živčnomišične sinapse?

A. Uporaba kanalov, odvisnih od kemoterapije; B. Nastane depolarizacijski premik zaradi toka natrijevih ionov; B. Depolarizacijski premik je običajno podpragovni; D. Pri vrednosti praga postsinaptičnega potenciala nastanejo akcijski potenciali; D. Pojav akcijskih potencialov je posledica uporabe napetostno odvisnih kanalov.

72. Kaj od naslednjega označuje inhibitorni postsinaptični potencial?

A. Tok natrijevih ionov skozi postsinaptično membrano; B. Podpražna depolarizacija postsinaptične membrane; B. Pražna depolarizacija postsinaptične membrane; D. Pojav akcijskih potencialov na postsinaptični membrani; D. Hiperpolarizacija postsinaptične membrane.

73. Katere ionske kanale lahko uporabimo v inhibitornih sinapsah?

A. Kalia; B. Natrij; B. Kalcij; G. Magnezij; D. Vsi kationi.

74. Velikost membranskega potenciala postsinaptičnega nevrona je -70 mV, stopnja kritične depolarizacije pa -50 mV. Z dendriti te celice dve skupini ekscitatornih nevronov tvorita sinapse, v katerih nastanejo ekscitatorni postsinaptični potenciali, povzeti kot EPSP 1 in EPSP 2. V kateri od naslednjih možnosti lahko nastane akcijski potencial v postsinaptičnem nevronu?

A. EPSP 1 – 7 mV, EPSP – 2 – 9 mV; B. EPSP 1 – 8 mV, EPSP 2 – 11 mV; B. EPSP 1 – 15 mV, EPSP 2 – 4 mV; D. EPSP 1 – 5, EPSP 2 – 13 mV; D. EPSP 1 – 12, EPSP 2 – 9 mV.

75. Membranski potencial postsinaptičnega nevrona je -80 mV, kritična raven depolarizacije pa je -52 mV. Na njegovih dendritih nastanejo ekscitatorni postsinaptični potenciali, na telesu pa inhibitorni potenciali. Pri katerih vrednostih EPSP in IPSP naj bi bil vzburjen postsinaptični nevron?

A. EPSP 30 mV, IPSP 11 mV; B. EPSP 35 mV, IPSP 12 mV; B. EPSP 25 mV, IPSP 4 mV, D. EPSP 27 mV, IPSP 6 mV; D. EPSP 35 mV, IPSP 6 mV.

76. Kateri od naštetih mediatorjev najpogosteje deluje kot inhibitorni nevrotransmiter?

A. Acetilholin; B. GABA; B. Adrenalin; G. norepinefrin; D. Dopamin.

77. Kaj od naštetega je značilno za presinaptično inhibicijo?

A. Nastanek IPSP na telesu postsinaptične nevrone; B. Hiperpolarizacija telesa postsinaptičnega nevrona; B. Postsinaptični nevron začasno preneha delovati, ne glede na vire vhodnih informacij; D. Postsinaptični nevron začasno preneha biti vzburjen z enim od virov vhodnih informacij; D. Postsinaptični nevron postane začasno nesposoben generirati akcijske potenciale.

78. Če topografske povezave med dvema skupinama nevronov vedno povzročijo inhibicijo v enem od njih, ko je drugi vzbujen in obratno, potem se taka inhibicija imenuje:

A. Povratna; B. Vzajemno; V. Središče; G. padajoče; D. Presinaptični.

79. Če ekscitatorni nevron deluje na inhibitorni internevron, ki tvori sinapso z istim ekscitatornim nevronom, potem je opažena inhibicija definirana kot:

A. Vzajemna, B. Vzajemna; B. padajoče; G. Središče; D. Interkalarni.

80. Kaj je značilno za električne sinapse?

A. Posebno visoka odpornost na oddane signale; B. Povečana širina sinaptične špranje; B. Uporaba posebne vrste receptorjev; D. Uporaba posebne vrste napetostno odvisnih kanalov za natrij; D. Odsotnost sinaptične zakasnitve.

(motorični aksoni) tvorijo sinapse s skeletnimi mišičnimi vlakni.

Ko se akson približa površini mišičnega vlakna, se mielinska ovojnica konča in tvori končni del (živčni končič) v obliki več kratkih procesov, ki se nahajajo v utorih na površini mišičnega vlakna. Območje plazemske membrane mišičnega vlakna, ki leži neposredno pod živčnim končičem, ima posebne lastnosti in se imenuje motorna končna plošča. Struktura, ki jo sestavljata živčni končič in motorična končna plošča, je živčno-mišični spoj (živčno-mišični spoj) (slika 30.18).

Tako se motorična končna plošča (živčnomišični spoj, živčnomišične končne plošče, motorični plaki) nanaša na sinapso med aksonom motoričnega nevrona in vlaknom skeletne mišice.

Imajo vse tipične morfološke značilnosti kemičnih sinaps (slike 3-1A, 3-1B, 3-1C).

Razmislite o nevromuskularnem spoju skeletne mišice, ko je membrana mišičnih vlaken vzburjena.

Ker je signal za sprožitev kontrakcije akcijski potencial plazemske membrane skeletnega mišičnega vlakna, se je smiselno vprašati: kako nastane? IN skeletne mišice Ah akcijske potenciale lahko povzročimo samo na en način - draženje živčnih vlaken. (Obstajajo tudi drugi mehanizmi za sprožitev kontrakcij srčne mišice in gladkih mišic).

Torej, kot je navedeno zgoraj, skeletna mišična vlakna inervirajo aksoni živčnih celic (motonevroni). Telesa teh celic se nahajajo v možganskem deblu ali hrbtenjači. Aksoni motoričnih nevronov so pokriti z mielinsko ovojnico in imajo večji premer kot drugi aksoni, zato prevajajo akcijske potenciale pri visokih hitrostih, kar zagotavlja, da signali iz centralnega živčnega sistema dosežejo skeletna mišična vlakna le z minimalno zamudo.

Ko se akson približa površini mišičnega vlakna, se mielinska ovojnica konča in tvori končni del (živčni končič) v obliki več kratkih procesov, ki se nahajajo v utorih na površini mišičnega vlakna (akson motoričnega nevrona je razdeljen na veliko vej, od katerih vsaka tvori eno povezavo z mišičnim vlaknom). Tako en motorični nevron inervira veliko mišičnih vlaken, vendar vsako mišično vlakno nadzira veja samo enega motoričnega nevrona. Območje plazemske membrane mišičnega vlakna, ki leži neposredno pod živčnim končičem, ima posebne lastnosti in se imenuje motorna končna plošča, motorični nevron in mišična vlakna, ki jih inervira, pa tvorijo motorično enoto (slika 30.17a) . Mišična vlakna ene motorične enote se nahajajo v isti mišici, vendar ne v obliki kompaktne skupine, ampak so raztresena po njej (slika 30.17, b). Ko se v motoričnem nevronu pojavi akcijski potencial, vsi prejmejo spodbudo za krčenje. Struktura, ki jo sestavljata živčni končič in motorična končna plošča, je živčno-mišični spoj (živčno-mišični spoj) (slika 30.18).

Aksonski terminali motoričnih nevronov (motorični živčni končiči) vsebujejo vezikule, podobne tistim v internevronskih sinapsah. Vezikli so napolnjeni z nevrotransmiterjem acetilholinom (ACh). Akcijski potencial, ki prihaja iz motoričnega nevrona, depolarizira plazemsko membrano živčnega končiča, zaradi česar se odprejo napetostno odvisni kalcijevi kanalčki in Ca2+ iz zunajceličnega okolja preide v živčni končič. Ioni Ca2+ se vežejo na proteine, ki zagotavljajo zlitje membrane veziklov, ki vsebujejo ACh, s plazemsko membrano živčnega terminala in sproščanje ACh v sinaptično špranjo, ki ločuje živčni terminal in motorično končno ploščo.

Molekule ACh difundirajo od živčnih končičev do motorične končne plošče, kjer se vežejo na acetilholinske receptorje nikotinskega tipa. Po vezavi na ACh se odpre ionski kanal vsakega receptorskega proteina, ki je prepusten tako za Na+ kot za K+. Zaradi razlike v transmembranskih elektrokemičnih gradientih teh ionov je tok Na+, ki vstopa v mišično vlakno, večji od toka iztoka, kar ima za posledico lokalno depolarizacijo končne plošče motorja - potencial končne plošče (EPP). EPP je podoben EPSP pri internevronskih sinapsah.

Vendar pa je amplituda posameznega EPP bistveno višja od amplitude EPSP, ker na nevromuskularnem stiku doseže sproščeni nevrotransmiter večjo površino, kjer se veže na veliko več receptorjev in kjer se zato odpre veliko več ionskih kanalov. Iz tega razloga je amplituda posameznega EPP običajno več kot zadostna za ustvarjanje lokalnega električnega toka v območju mišične plazemske membrane ob končni plošči, ki sproži akcijski potencial. Akcijski potencial se nato širi po površini mišičnega vlakna z enakim mehanizmom (slika 30.19) kot v membrani aksona. Večina nevromišičnega povezave se nahajajo v srednjem delu mišičnega vlakna, od koder se nastali akcijski potencial širi na oba konca.

Tako vsak akcijski potencial motonevrona običajno povzroči akcijski potencial v vsakem mišičnem vlaknu svoje motorične enote. Drugačna situacija se pojavi pri internevronskih sinapsah, kjer depolarizacija postsinaptične membrane doseže prag šele zaradi časovne in prostorske sumacije več EPSP in šele nato se ustvari akcijski potencial.

Obstaja še ena razlika med internevronskimi in nevromišičnimi sinapsami. V nekaterih internevronskih sinapsah opazimo IPSP, ki se hiperpolarizirajo, t.j. stabilizirajo postsinaptično membrano, kar zmanjša verjetnost generiranja akcijskega potenciala. V človeški skeletni mišici nikoli ne nastanejo zavorni potenciali, tu so vse živčno-mišične povezave ekscitatorne.

Skupaj z ACh receptorji vsebuje motorična končna plošča encim acetilholin esterazo, ki ga razgradi (tako kot pri drugih holinergičnih sinapsah). ACh, vezan na receptorje, je v ravnovesju s prostim ACh

Sinapsa je mesto funkcionalnega in ne fizičnega stika med nevroni; prenaša informacije iz ene celice v drugo. Običajno obstajajo sinapse med končnimi vejami aksona enega nevrona in dendriti ( aksodendritičen sinapse) ali telo ( aksosomatski sinapse) drugega nevrona. Število sinaps je običajno zelo veliko, kar zagotavlja veliko površino za prenos informacij. Na primer, na dendritih in celičnih telesih posameznih motoričnih nevronov v hrbtenjači je več kot 1000 sinaps. Nekatere možganske celice imajo lahko do 10.000 sinaps (slika 16.8).

Obstajata dve vrsti sinaps - električni in kemična- odvisno od narave signalov, ki prehajajo skozi njih. Med terminali motoričnega nevrona in površino mišičnega vlakna je nevromuskularni spoj, ki se po strukturi razlikujejo od internevronskih sinaps, vendar so jim podobne v funkcionalnem smislu. Strukturne in fiziološke razlike med normalno sinapso in nevromuskularnim stikom bodo opisane nekoliko kasneje.

Struktura kemične sinapse

Kemične sinapse so najpogostejša vrsta sinaps pri vretenčarjih. To so čebulaste odebelitve živčnih končičev, imenovane sinaptične plošče in se nahaja v neposredni bližini konca dendrita. Citoplazma sinaptičnega plaka vsebuje mitohondrije, gladek endoplazmatski retikulum, mikrofilamente in številne sinaptični vezikli. Vsak vezikel ima premer približno 50 nm in vsebuje posrednik- snov, s katero se prenaša živčni signal preko sinapse. Membrana sinaptičnega plaka v območju same sinapse je zaradi zbijanja citoplazme zadebeljena in tvori presinaptična membrana. Tudi dendritna membrana v predelu sinapse se odebeli in oblikuje postsinaptično membrano. Te membrane so ločene z režo - sinaptična špranja približno 20 nm širok. Presinaptična membrana je zasnovana tako, da se nanjo lahko pritrdijo sinaptični vezikli in se lahko mediatorji sproščajo v sinaptično špranjo. Postsinaptična membrana vsebuje velike proteinske molekule, ki delujejo kot receptorji mediatorji in številni kanalov in pore(običajno zaprt), skozi katerega lahko ioni vstopijo v postsinaptični nevron (glej sliko 16.10, A).

Sinaptični vezikli vsebujejo prenašalec, ki se oblikuje bodisi v telesu nevrona (in vstopi v sinaptično ploščo, ki poteka skozi celoten akson), bodisi neposredno v sinaptični plošči. V obeh primerih so za sintezo mediatorja potrebni encimi, ki nastanejo v celičnem telesu na ribosomih. V sinaptičnem plaku so prenašalske molekule »zapakirane« v vezikle, v katerih so shranjene, dokler se ne sprostijo. Glavni mediatorji živčnega sistema vretenčarjev so acetilholin in norepinefrin, obstajajo pa tudi drugi mediatorji, o katerih bomo razpravljali kasneje.

Acetilholin je amonijev derivat, katerega formula je prikazana na sl. 16.9. To je prvi znani mediator; leta 1920 ga je Otto Lewy izoliral iz končičev parasimpatičnih nevronov vagusnega živca v srcu žabe (oddelek 16.2). Struktura norepinefrina je podrobno obravnavana v poglavju. 16.6.6. Nevroni, ki sproščajo acetilholin, se imenujejo holinergičen, in tiste, ki sproščajo norepinefrin - adrenergičen.

Mehanizmi sinaptičnega prenosa

Menijo, da prihod živčnega impulza na sinaptični plak povzroči depolarizacijo presinaptične membrane in povečanje njene prepustnosti za ione Ca 2+. Ioni Ca 2+, ki vstopajo v sinaptični plak, povzročijo zlitje sinaptičnih veziklov s presinaptično membrano in sproščanje njihove vsebine iz celice. (eksocitoza), zaradi česar vstopi v sinaptično špranjo. Celoten postopek se imenuje elektrosekretorna sklopka. Ko se mediator sprosti, se material vezikla uporabi za tvorbo novih veziklov, ki so napolnjeni z molekulami mediatorja. Vsaka viala vsebuje približno 3000 molekul acetilholina.

Molekule mediatorja difundirajo skozi sinaptično špranjo (ta proces traja približno 0,5 ms) in se vežejo na receptorje na postsinaptični membrani, ki so sposobni prepoznati molekularno strukturo acetilholina. Ko se molekula receptorja veže na transmiter, se njegova konfiguracija spremeni, kar vodi do odprtja ionskih kanalov in vstopa ionov v postsinaptično celico, kar povzroči depolarizacija oz hiperpolarizacija(Sl. 16.4, A) svojo membrano, odvisno od narave sproščenega mediatorja in strukture receptorske molekule. Transmiterske molekule, ki povzročijo spremembo prepustnosti postsinaptične membrane, se takoj odstranijo iz sinaptične špranje bodisi z reabsorpcijo v presinaptični membrani bodisi z difuzijo iz reže ali encimsko hidrolizo. Kdaj holinergičen sinapse, acetilholin, ki se nahaja v sinaptični špranji, hidrolizira encim acetilholinesteraza, lokaliziran na postsinaptični membrani. Kot posledica hidrolize nastane holin, ki se absorbira nazaj v sinaptični plak in se tam spet pretvori v acetilholin, ki se shrani v veziklih (slika 16.10).

IN stimulativno V sinapsah se pod vplivom acetilholina odprejo specifični natrijevi in ​​kalijevi kanali in ioni Na + vstopajo v celico, ioni K + pa jo zapuščajo v skladu s svojimi koncentracijskimi gradienti. Posledično pride do depolarizacije postsinaptične membrane. Ta depolarizacija se imenuje ekscitatorni postsinaptični potencial(EPSP). Amplituda EPSP je običajno majhna, vendar je njeno trajanje daljše od trajanja akcijskega potenciala. Amplituda EPSP se spreminja postopoma, kar nakazuje, da se oddajnik sprosti v delih ali "kvantih" in ne v obliki posameznih molekul. Očitno vsak kvant ustreza sproščanju oddajnika iz ene sinaptične vezikle. Posamezen EPSP praviloma ni sposoben povzročiti depolarizacije mejne vrednosti, potrebne za pojav akcijskega potenciala. Toda depolarizirajoči učinki več EPSP se seštejejo in ta pojav se imenuje seštevanje. Dva ali več EPSP, ki se pojavljajo hkrati v različnih sinapsah na istem nevronu, lahko skupaj povzročijo depolarizacijo, ki zadostuje za vzbuditev akcijskega potenciala v postsinaptičnem nevronu. To se imenuje prostorsko seštevanje. Hitro ponavljajoče sproščanje prenašalca iz veziklov istega sinaptičnega plaka pod vplivom intenzivnega dražljaja povzroči posamezne EPSP, ki si sledijo tako pogosto v času, da se njihovi učinki tudi seštejejo in povzročijo akcijski potencial v postsinaptičnem nevronu. Se imenuje časovno seštevanje. Tako lahko nastanejo impulzi v posameznem postsinaptičnem nevronu bodisi kot posledica šibke stimulacije več povezanih presinaptičnih nevronov bodisi kot posledica ponavljajoče se stimulacije enega od njegovih presinaptičnih nevronov. IN zavora pri sinapsah sproščanje prenašalca poveča prepustnost postsinaptične membrane zaradi odprtja specifičnih kanalčkov za ione K + in Cl -. Ti ioni, ki se premikajo po koncentracijskih gradientih, povzročijo hiperpolarizacijo membrane, imenovano inhibitorni postsinaptični potencial(TPSP).

Mediatorji sami po sebi nimajo ekscitatornih ali zaviralnih lastnosti. Na primer, acetilholin ima ekscitatorni učinek na večino nevromuskularnih stičišč in drugih sinaps, vendar povzroča zaviranje na živčnomišičnih stičiščih srca in visceralnih mišic. Ti nasprotni učinki so posledica dogodkov, ki se odvijajo na postsinaptični membrani. Molekularne lastnosti receptorja določajo, kateri ioni bodo vstopili v postsinaptični nevron, ti ioni pa določajo naravo spremembe v postsinaptičnih potencialih, kot je opisano zgoraj.

Električne sinapse

Pri mnogih živalih, vključno s coelenterati in vretenčarji, se prenos impulzov skozi nekatere sinapse izvaja s prehodom električnega toka med pred- in postsinaptičnimi nevroni. Širina reže med temi nevroni je samo 2 nm, skupni upor proti toku iz membran in tekočine, ki zapolni vrzel, pa je zelo majhen. Impulzi gredo skozi sinapse brez zakasnitve in nimajo vpliva na njihov prenos zdravilne snovi ali druge kemikalije.

Nevromuskularni spoj

Živčnomišični spoj je posebna vrsta sinapse med koncema motoričnega nevrona (motonevron) in endomizij mišična vlakna (oddelek 17.4.2). Vsako mišično vlakno ima specializirano področje - končna plošča motorja, kjer se akson motoričnega nevrona (motonevron) razveji in tvori nemielinizirane veje, debele približno 100 nm, ki potekajo v plitvih utorih vzdolž površine mišične membrane. Membrana mišične celice - sarkolema - tvori veliko globokih gub, imenovanih postsinaptične gube (slika 16.11). Citoplazma terminalov motoričnega nevrona je podobna vsebini sinaptične plošče in med stimulacijo sprošča acetilholin z uporabo istega mehanizma, o katerem smo govorili zgoraj. Spremembe v konfiguraciji receptorskih molekul, ki se nahajajo na površini sarkoleme, povzročijo spremembo njene prepustnosti za Na + in K +, posledično pride do lokalne depolarizacije, imenovane potencial končne plošče(PKP). Ta depolarizacija je dovolj velika, da ustvari akcijski potencial, ki se širi vzdolž sarkoleme globoko v vlakno vzdolž sistema prečnih tubulov ( T-sistem) (oddelek 17.4.7) in povzroči krčenje mišic.

Funkcije sinaps in nevromuskularnih stikov

Glavna funkcija internevronskih sinaps in nevromuskularnih stikov je prenos signalov od receptorjev do efektorjev. Poleg tega struktura in organizacija teh mest kemičnega izločanja določata številne pomembne značilnosti prevodnosti živčnih impulzov, ki jih je mogoče povzeti na naslednji način:

1. Enosmerni prenos. Sprostitev prenašalca iz presinaptične membrane in lokalizacija receptorjev na postsinaptični membrani omogočata prenos živčnih signalov po tej poti le v eno smer, kar zagotavlja zanesljivost živčnega sistema.

2. Dobiček. Vsak živčni impulz povzroči sprostitev na nevromuskularnem stiku zadostna količina acetilholina, da povzroči odziv širjenja v mišičnih vlaknih. Zahvaljujoč temu lahko živčni impulzi, ki pridejo do živčno-mišičnega stičišča, ne glede na to, kako šibki so, povzročijo efektorski odziv, kar poveča občutljivost sistema.

3. Adaptacija ali namestitev. Pri kontinuirani stimulaciji se količina transmiterja, sproščenega v sinapsi, postopoma zmanjšuje, dokler se rezerve transmiterja ne izčrpajo; takrat pravijo, da je sinapsa utrujena in je nadaljnji prenos signalov do nje oviran. Prilagoditvena vrednost utrujenosti je v tem, da preprečuje poškodbe efektorja zaradi prekomerne ekscitacije. Prilagajanje poteka tudi na receptorski ravni. (Glej opis v razdelku 16.4.2.)

4. Integracija. Postsinaptični nevron lahko sprejema signale iz velikega števila ekscitatornih in inhibitornih presinaptičnih nevronov (sinaptična konvergenca); v tem primeru je postsinaptični nevron sposoben povzeti signale iz vseh presinaptičnih nevronov. S prostorskim seštevanjem nevron integrira signale iz številnih virov in proizvede usklajen odziv. Pri nekaterih sinapsah pride do olajšave, pri kateri postane sinapsa po vsakem dražljaju bolj občutljiva na naslednji dražljaj. Zato lahko zaporedni šibki dražljaji povzročijo odziv in ta pojav se uporablja za povečanje občutljivosti določenih sinaps. Olajšanje ni mogoče obravnavati kot začasno seštevanje: v postsinaptični membrani pride do kemične spremembe, ne do električnega seštevka postsinaptičnih membranskih potencialov.

5. Diskriminacija.Časovna sumacija v sinapsi omogoča filtriranje šibkih impulzov v ozadju, preden dosežejo možgane. Na primer, eksteroreceptorji kože, oči in ušes nenehno prejemajo signale iz okolja, ki za živčni sistem niso posebej pomembni: zanj so pomembni le spremembe intenzivnosti dražljaja, kar vodi do povečanja frekvence impulzov, kar zagotavlja njihov prenos preko sinapse in ustrezen odziv.

6. Zaviranje. Prenos signala preko sinaps in živčnomišične povezave lahko zavirajo nekateri zaviralci, ki delujejo na postsinaptično membrano (glejte spodaj). Presinaptična inhibicija je možna tudi, če se na koncu aksona tik nad določeno sinapso konča drug akson, ki tu tvori inhibitorno sinapso. Ko je takšna inhibitorna sinapsa stimulirana, se zmanjša število sinaptičnih veziklov, ki se sprostijo v prvi, ekscitatorni sinapsi. Takšna naprava vam omogoča, da spremenite učinek danega presinaptičnega nevrona z uporabo signalov, ki prihajajo iz drugega nevrona.

Kemični učinki na sinapso in nevromuskularni spoj

Kemikalije opravljajo veliko različnih funkcij v živčnem sistemu. Učinki nekaterih snovi so zelo razširjeni in dobro raziskani (na primer stimulativni učinki acetilholina in adrenalina), medtem ko so učinki drugih lokalni in še niso dobro razumljeni. Nekatere snovi in ​​njihove funkcije so podane v tabeli. 16.2.

Nekatera zdravila, ki se uporabljajo za duševne motnje, kot sta anksioznost in depresija, naj bi vplivala na kemični prenos v sinapsah. Številna pomirjevala in pomirjevala (triciklični antidepresivi imipramin, rezerpin, zaviralci monoaminooksidaze itd.) imajo svoj učinek. zdravilni učinek, ki sodelujejo z mediatorji, njihovimi receptorji ali posameznimi encimi. Na primer, zaviralci monoaminooksidaze zavirajo encim, ki sodeluje pri razgradnji adrenalina in norepinefrina, in najverjetneje izvajajo svoj terapevtski učinek na depresijo s podaljšanjem trajanja delovanja teh mediatorjev. Vrsta halucinogena Dietilamid lizergične kisline in meskalin, reproducirajo delovanje nekaterih naravnih možganskih mediatorjev ali zavirajo delovanje drugih mediatorjev.

Nedavne raziskave o učinkih nekaterih zdravil proti bolečinam, imenovanih opiati heroin in morfij– pokazala, da možgani sesalcev vsebujejo naravno (endogeni) snovi, ki povzročajo podoben učinek. Vse te snovi, ki delujejo z opiatnimi receptorji, imenujemo skupaj endorfini. Do danes je bilo odkritih veliko takih spojin; Od teh je najbolje raziskana skupina relativno majhnih peptidov, imenovanih enkefalini(met-enkefalin, β-endorfin itd.). Verjamejo, da zatirajo boleče občutke, vplivajo na čustva in so povezani z nekaterimi duševnimi boleznimi.

Vse to je odprlo nove načine za preučevanje delovanja možganov in biokemični mehanizmi, v osnovi vpliva na bolečino in zdravljenje s pomočjo le-tega različne metode, kot predlog, hypno? in akupunkturo. Številne druge snovi, kot so endorfini, je treba še izolirati ter ugotoviti njihovo strukturo in delovanje. Z njihovo pomočjo bo mogoče pridobiti popolnejše razumevanje delovanja možganov, kar pa je le še vprašanje časa, saj se metode za izolacijo in analizo substanc, ki so prisotne v tako majhnih količinah, nenehno izpopolnjujejo.

Nevromišična sinapsa - povezava končne veje aksona motoričnega nevrona hrbtenjače z mišično celico. Povezava je sestavljena iz presinaptičnih struktur, ki jih tvorijo končne veje aksona motoričnega nevrona, in postsinaptičnih struktur, ki jih tvori mišična celica. Presinaptične in postsinaptične strukture so ločene s sinaptično špranjo. (Presinaptične strukture: terminalna veja aksona, končna plošča terminalne veje (analogno sinaptični plošči), presinaptična membrana (končna plošča).

Postsinaptične strukture: postsinaptična membrana (mišična celica), subsinaptična membrana (postsinaptična membrana). Po zgradbi in funkciji je nevromuskularna sinapsa tipična kemična sinapsa.

Sinapse so lahko med dvema nevronoma (internevronske), med nevronom in mišičnim vlaknom (nevromuskularne), med receptorskimi tvorbami in procesi senzoričnih nevronov (receptorsko-nevronske), med nevronskimi procesi in drugimi celicami (glandularne).

Sinapse glede na lokacijo, funkcijo, način prenosa vzbujanja in naravo mediatorja delimo na centralne in periferne, ekscitatorne in inhibitorne, kemične, električne, mešane, holinergične ali adrenergične.

Adrenergična sinapsa - sinapsa, katere mediator je norepinefrin. Obstajajo α1-, β1- in β2-adrenergične sinapse. Tvorijo nevroorganske sinapse simpatičnega živčnega sistema in sinapse centralnega živčnega sistema. Vzbujanje α-adrenoreaktivnih sinaps povzroči vazokonstrikcijo in kontrakcijo maternice; β1-adrenoreaktivne sinapse - povečano delovanje srca; β2 - adrenoreaktivna - dilatacija bronhijev.

holinergična sinapsa - mediator v njem je acetilholin. Delimo jih na n-holinergične in m-holinergične sinapse.

V m-holinergični sinapsi je postsinaptična membrana občutljiva na muskarin. Te sinapse tvorijo nevroorganske sinapse parasimpatičnega sistema in sinapse centralnega živčnega sistema.

V n-holinergični sinapsi je postsinaptična membrana občutljiva na nikotin. To vrsto sinapse tvorijo živčno-mišične sinapse somatskega živčevja, ganglijske sinapse, sinapse simpatičnega in parasimpatičnega živčnega sistema ter sinapse centralnega živčnega sistema.

Kemična sinapsa - v njem se vzbujanje s pred- na postsinaptično membrano prenaša s pomočjo mediatorja. Prenos vzbujanja skozi kemično sinapso je bolj specializiran kot prek električne sinapse.

Električna sinapsa - v njej se vzbujanje iz pre- na postsinaptično membrano prenaša električno, t.j. pride do efaptičnega prenosa vzbujanja – akcijski potencial doseže presinaptični terminal in se nato razširi po medceličnih kanalih, kar povzroči depolarizacijo postsinaptične membrane. V električni sinapsi se prenašalec ne proizvaja, sinaptična špranja je majhna (2 - 4 nm) in obstajajo proteinski mostički-kanali, široki 1 - 2 nm, po katerih se gibljejo ioni in majhne molekule. To prispeva k nizki odpornosti postsinaptične membrane. Ta vrsta sinapse je veliko manj pogosta od kemičnih sinaps in se od njih razlikuje po večji hitrosti prenosa vzbujanja, visoki zanesljivosti in možnosti dvosmernega prevajanja vzbujanja.

ekscitatorna sinapsa - sinapsa, v kateri je vzbujena postsinaptična membrana; v njej nastane ekscitatorni postsinaptični potencial in ekscitacija, ki pride do sinapse, se širi naprej.

Inhibitorna sinapsa

1. Sinapsa na postsinaptični membrani, iz katere nastane zaviralni postsinaptični potencial in vzbujanje, ki pride do sinapse, se ne širi naprej;

2. ekscitatorna akso-aksonska sinapsa, ki povzroča presinaptično inhibicijo.

Internevronska sinapsa - sinapsa med dvema nevronoma. Obstajajo akso-aksonske, akso-somatske, akso-dendritične in dendro-dendritične sinapse.

Nevromuskularna sinapsa - sinapsa med aksonom motoričnega nevrona in mišičnim vlaknom.

Kljub nekaterim morfološkim in funkcionalnim razlikam (kot je navedeno zgoraj) so splošna načela ultrastrukture sinaps enaka.

Sinapso sestavljajo trije glavni deli: presinaptična membrana, postsinaptična membrana in sinaptična špranja.

Končnik aksona motoričnega nevrona se razveji na številne končne živčne veje, ki nimajo mielinske ovojnice. Odebeljeni konec presinaptičnega aksona (njegova membrana) sestavlja presinaptično membrano sinapse. V presinaptičnem terminalu so mitohondrije, ki oskrbujejo ATP, pa tudi številne submikroskopske tvorbe - presinaptične vezikle, velike 20 - 60 nm, sestavljene iz membrane, ki vsebuje transmiter. Za kopičenje transmiterja so potrebni presinaptični vezikli. Na živčnomišičnem stiku se veje živčnega vlakna stisnejo v membrano mišičnega vlakna, ki v tem predelu tvori visoko nagubano postsinaptično membrano ali motorično končno ploščo.

Med presinaptično in postsinaptično membrano je sinaptična špranja, katere širina je 50 - 100 nm.

Območje mišičnih vlaken, ki sodeluje pri tvorbi sinapse, se imenuje končna plošča motorja oz postsinaptična membrana sinapse.

Oddajnik vzbujanja, ki pride po živčnih končičih do nevromuskularne sinapse, je posrednik acetilholin .

Ko se pod vplivom živčnega impulza (akcijski potencial) membrana živčnega konca depolarizira, se presinaptični vezikli tesno združijo z njo. V tem primeru se na eni od točk presinaptične membrane pojavi vedno večja luknja, skozi katero se vsebina vezikla (acetilholin) sprošča v sinaptično špranjo.

Acetilholin se sprošča v delih (kvantih) po 4 10 4 molekul, kar ustreza vsebini več mehurčkov. En živčni impulz povzroči sinhrono sprostitev 100-200 porcij prenašalca v manj kot 1 ms. Skupno zaloge acetilholina na koncu zadoščajo za 2500-5000 impulzov.

Tako je glavni namen presinaptične membrane sinteza in sproščanje nevrotransmiterja acetilholina v sinaptično špranjo, ki ga uravnava živčni impulz.

Molekule acetilholina difundirajo čez režo in dosežejo postsinaptično membrano. Slednji ima visoko občutljivost na mediator in je nerazburljiv glede na električni tok. Visoka občutljivost membrane na mediator je posledica dejstva, da vsebuje specifične receptorje - molekule lipoproteinske narave. Število receptorjev - imenujemo jih holinergični receptorji - je približno 13.000 na 1 µm 2; v drugih predelih mišične membrane jih ni. Interakcija mediatorja z receptorjem (dve molekuli acetilholina sodelujeta z eno receptorsko molekulo) povzroči spremembo konformacije slednjega, kar povzroči odprtje kemoekscitabilnih ionskih kanalov v membrani. Pride do gibanja ionov (pretok Na+ navznoter je veliko večji od pretoka K+ navzven, Ca++ ioni vstopijo v celico) in pride do depolarizacije postsinaptične membrane od 75 do 10 mV. Končni ploščni potencial (EPP) oz ekscitatorni postsinaptični potencial (EPSP).

Čas od pojava živčnega impulza na presinaptičnem terminalu do pojava PPP se imenuje sinaptični zamik . Je 0,2-0,5 ms.

Velikost EPP je odvisna od števila molekul acetilholina, povezanih z receptorji postsinaptične membrane, tj. Za razliko od akcijskega potenciala je PEP postopen.

Za ponovno vzpostavitev ekscitabilnosti postsinaptične membrane je treba izključiti učinek depolarizirajočega sredstva - acetilholina. To funkcijo opravlja encim, ki je lokaliziran v sinaptični špranji. acetilholinesteraza , ki hidrolizira acetilholin v acetat in holin. Prepustnost membrane se vrne na prvotno raven in membrana se repolarizira. to postopek je v teku zelo hitro: ves acetilholin, ki se sprosti v vrzel, se razgradi v 20 ms. Nekatera farmakološka ali toksična sredstva (alkaloid fizostigmin, organski fluorofosfati) z inhibicijo acetilholinesteraze podaljšajo obdobje PEP, ki povzroči dolge in pogoste akcijske potenciale in spastične mišične kontrakcije kot odgovor na posamezne impulze motoričnih nevronov. Nastali produkti razgradnje – acetilholin – se večinoma transportirajo nazaj v presinaptične končiče, kjer se ob sodelovanju encima holin acetiltransferaze uporabijo pri resintezi acetilholina.

Acetilholin se sprošča ne le pod vplivom živčnega impulza, ampak tudi v mirovanju. V tem primeru se sprošča spontano v zelo majhnih količinah. Posledično se začne rahla depolarizacija postsinaptične membrane. Ta depolarizacija se imenuje miniaturni postsinaptični potenciali, Ker njihova vrednost ne presega 0,5 mV.

V gladkih mišicah so nevromuskularne sinapse zgrajene bolj preprosto kot v skeletnih. Tanki snopi aksonov in njihovih posameznih vej, ki sledijo med mišičnimi celicami, tvorijo podaljške, ki vsebujejo presinaptične vezikle z mediatorjem acetilholinom ali noradrenalinom.

V gladkih mišicah prenos vzbujanja na nevromuskularni sinapsi izvajajo različni mediatorji. Na primer za mišice prebavila, bronhije, mediator je acetilholin, za mišice krvnih žil pa norepinefrin. Gladke mišice krvnih žil na postsinaptični membrani imajo dve vrsti receptorjev: α-adrenergične receptorje in β-adrenergične receptorje. Stimulacija α-adrenergičnih receptorjev povzroči kontrakcijo žilnih gladkih mišic, stimulacija β-adrenergičnih receptorjev pa povzroči sprostitev žilnih gladkih mišic. Redki impulzi pridejo po živčnih vlaknih do gladkih mišic, približno ne več kot 5-7 impulzov/s. Pri pogostejših impulzih, na primer nad štirideset do petdeset impulzov na sekundo, pride do inhibicije pesimalnega tipa. Gladke mišice inervirajo ekscitatorni in inhibitorni živci. Inhibitorni prenašalci se sprostijo iz končičev zaviralnih živcev in sodelujejo z receptorji postsimpatične membrane. V gladkih mišicah, ki jih vzbuja acetilholin, je inhibitorni prenašalec norepinefrin, v gladkih mišicah, ki jih vzbuja norepinefrin, pa je inhibitorni prenašalec acetilholin.

Pojav in prenos vzbujanja v receptorjih

Receptorji so po izvoru lahko primarni (primarni zaznavni) in sekundarni (sekundarni zaznavni). V primarnih receptorjih učinek zaznavajo neposredno prosti ali neprosti (bolj specializirani) živčni končiči občutljivih nevronov (receptorji kože, skeletnih mišic, notranjih organov, vohalnih organov).

V sekundarnih receptorjih se specializirane receptorske celice epitelne ali glialne narave nahajajo med dražljajem in koncem senzoričnega nevrona.

Mehanizem nastanka živčnega impulza v receptorjih in njegovega prenosa vzdolž živčnega vlakna v primarnih in sekundarnih receptorjih je enak, čeprav je lahko oblika interakcije ustreznega dražljaja z membrano receptorja drugačna (deformacija membrane v mehanoreceptorjih , vzbujanje fotopigmenta membrane s svetlobnimi kvanti v fotoreceptorjih itd.). P.). Vendar pa to v vseh primerih vodi do istega rezultata: povečanja ionske prepustnosti membrane, prodiranja natrija v celico, depolarizacije membrane in generiranja tako imenovanega receptorskega potenciala (RP).

Kraj pojavljanja RP je lahko sam živčni končič (v primarnih receptorjih) ali posamezne receptorske celice, ki tvorijo kemične sinapse z občutljivimi končiči (v sekundarnih receptorjih).

Receptorski potencial se kaže v zmanjšanju membranskega potenciala v mirovanju, t.j. delna depolarizacija membrane (od 80 do - 30 mV). To zmanjšanje potenciala je strogo lokalno in se pojavi le v tistem delu membrane, kjer deluje dražljaj, sorazmerno z njegovo intenzivnostjo. V primarnih receptorjih se RP, ki preseže prag vzbujanja, pretvori v akcijski potencial živčnega vlakna. V sekundarnih receptorjih RP povzroči sproščanje kemičnega prenašalca, ki depolarizira membrano postsinaptičnih živčnih vlaken. Pri slednjem nastane generatorski potencial, ki se spremeni v akcijski potencial.

Načeloma nastanek in prenos vzbujanja v receptorjih poteka po istem mehanizmu in v istem zaporedju kot v nevromuskularni sinapsi.

Vendar pa se živčni impulzi, ki nastanejo tukaj, širijo centripetalno in prenašajo informacije v analitične (senzorične) centre centralnega živčnega sistema.

Vsi receptorji imajo lastnost prilagajanja delovanju dražljaja. Hitrost prilagajanja se med različnimi receptorji razlikuje. Nekateri med njimi (receptorji za dotik) se prilagodijo zelo hitro, drugi (žilni kemoreceptorji, receptorji za raztezanje mišic) pa zelo počasi.