Текст книги "Полный курс за 3 дня. Нормальная физиология"

3. Физиология медиаторов. Классификации и характеристика

Медиатор – это группа химических веществ, которая принимает участие в передаче возбуждения или торможения в химических синапсах с пресинаптической на постсинаптическую мембрану.

Критерии, по которым вещество относят к группе медиаторов:

1) вещество должно выделяться на пресинаптической мембране, терминали аксона;

2) в структурах синапса должны существовать ферменты, которые способствуют синтезу и распаду медиатора, а также должны быть рецепторы на постсинаптической мембране, которые взаимодействуют с медиатором;

3) вещество, претендующее на роль медиатора, должно при очень низкой своей концентрации передавать возбуждение с пресинаптической мембраны на постсинаптическую мембрану.

Классификация медиаторов:

1) химическая, основана на структуре медиатора;

2) функциональная, основана на функции медиатора.

Химическая классификация

1. Сложные эфиры – ацетилхолин (АХ).

2. Биогенные амины:

1) катехоламины (дофамин, норадреналин (НА), адреналин (А), норадреналин);

2) серотонин;

3) гистамин.

3. Аминокислоты:

1) гаммааминомасляная кислота (ГАМК);

2) глютаминовая кислота;

3) глицин;

4) аргинин.

4. Пептиды:

1) опиоидные пептиды:

а) метэнкефалин;

б) энкефалины;

в) лейэнкефалины;

2) вещество «P»;

3) вазоактивный интестинальный пептид;

4) соматостатин.

5. Пуриновые соединения: АТФ.

6. Вещества с минимальной молекулярной массой:

1) NO;

2) CO.

Функциональная классификация

1. Возбуждающие медиаторы, вызывающие деполяризацию постсинаптической мембраны и образование возбуждающего постсинаптического потенциала:

1) АХ;

2) глютаминовая кислота;

3) аспарагиновая кислота.

2. Тормозящие медиаторы, вызывающие гиперполяризацию постсинаптической мембраны, после чего возникает тормозной постсинаптический потенциал, который генерирует процесс торможения:

1) ГАМК;

2) глицин;

3) вещество «P»;

4) дофамин;

5) серотонин;

6) АТФ.

Норадреналин, изонорадреналин, адреналин, гистамин являются как тормозными, так и возбуждающими.

Тема 7. Характеристика отдельных медиаторных систем

1. Холинэргические факторы и их роль в передаче нервного импульса

Холинэргические факторы – это комплекс, состоящий из медиатора (ацетилхолин), фермента и субстрата, которые принимают участие в синтезе ацетилхолина (холинацитилаза, холин и ацетил-КОА), из фермента, разрушающего ацетилхолин (холинэстераза) и рецепторов постсинаптической мембраны, с которыми взаимодействует ацетилхолин (холинорецепторы).

Ацетилхолин передает возбуждение в холинэргические синапсы, которые находятся как на периферии, так и в центральной нервной системе. Ацетилхолин как медиатор широко распространен в центральной нервной системе, однако в более филогенетически молодых образованиях ЦНС ацетилхолин встречается реже, чем в более старых. В вегетативных ганглиях ацетилхолин составляет 38–40 мкг/г ткани, в спинном мозге – 15 мг/г ткани, а в коре больших полушарий – 1,3–2,8 мкг/г ткани.

Причины градиента ацетилхолина в различных по филогенетическому возрасту структурах центральной нервной системы:

1) совершенствование в процессе эволюции механизмов холинэргической передачи – медиатора требуется меньше;

2) появление в процессе филогенеза других медиаторов наряду с ацетилхолином;

3) уменьшение доли ацетилхолина в структурах ЦНС, так как появились другие медиаторы.

В тканях ацетилхолин бывает в двух формах: связанной с белком (в этой форме ацетилхолин не обладает свойствами медиатора) и в свободной форме.

На постсинаптической мембране ацетилхолин взаимодействует с холинорецепторами. Выделяют два типа холинорецепторов – М-холинорецепторы, чувствительные к мускарину, и Н-олинорецепторы, чувствительные к никотину. Распределение их в нервной системе неодинаково.

М-холинорецепторы расположены на постсинаптической мембране синапсов, которые образованы постганглионарными постсинаптическими нервными волокнами, кроме синапсов, обеспечивающих иннервацию потовых желез.

Н-холинорецепторы – самые распространенные – входят в структуру мионевральных синапсов, образованных преганглионарными нервными волокнами (симпатическая и парасимпатическая нервные системы – синапсы вегетативных ганглиев); в структуру центральной нервной системы – спинной мозг, средний и промежуточный мозг, базальные ганглии, мозжечок, кора больших полушарий.

2. Адренэргические факторы и их роль в передаче нервного импульса

К адренэргическим факторам относятся:

1) медиатор – норадреналин, изопропилнорадреналин, адреналин;

2) ферменты, принимающие участие в синтезе медиатора;

3) ферменты, разрушающие медиатор;

4) рецепторы постсинаптической мембраны, взаимодействующие с медиатором.

В адренэргических системах нервный импульс передается одновременно за счет нескольких медиаторов. Образование катехоламинов происходит из аминокислоты фенилаланин, далее она превращается в тироксин, затем в дофамин, норадреналин, который может превратиться в адреналин и изопропилнорадреналин.

Моноаминооксидазы – это ферментные системы, которые разрушают адреналин за счет окисления. Образование адреналина и норадреналина происходит в везикулах пресинаптической мембраны. В последние годы установлено, что в адренэргических и холинэргических синапсах на пресинаптической мембране имеются М– и Н-холинорецепторы. Они влияют на регуляцию выделения медиатора в этих синапсах.

Везикулы пресинаптической мембраны можно разделить на две группы:

1) гранулярные – это везикулы, в которых не происходит образования медиатора, там он только депонируется за счет явления обратного всасывания медиатора из синаптической щели (реаптейк);

2) агранулярные – большие по размеру везикулы, в которых находятся ферментные системы для синтеза медиатора.

Адренорецепторы в адренэргических синапсах представлены белковыми молекулами, расположенными на постсинаптической мембране. Они способны связываться с норадреналином, изопропилнорадреналином и адреналином.

По функции адренорецепторы неодинаковы. Можно выделить α-адренорецепторы (они взаимодействуют с норадреналином) и β-адренорецепторы (они взаимодействуют с изопропилнорадреналином и адреналином).

По эффекту выделяют:

1) α-1-адренорецепторы (расположены на постсинаптической мембране постганглионарных симпатических нервных волокон – это периферические синапсы. По функции это возбуждающие рецепторы. При их раздражении наблюдаются следующие эффекты:

а) положительный инотропный эффект – увеличение силы сердечных сокращений;

б) сужение гладкой мускулатуры сосудистой стенки головного мозга, сокращение гладкой мускулатуры других органов;

в) активация гликогенолиза в печени – распад гликогена до глюкозы, повышение уровня сахара в крови;

г) усиление обмена жиров в жировой ткани;

д) стимуляция секреции гормонов железами внутренней секреции;

е) возбуждение центральной нервной системы;

2) α-2-адренорецепторы – они располагаются на пресинаптических мембранах адренэргических, холинэргических и серотонинэргических синапсов и регулируют выделение соответствующего медиатора. При возбуждении данных рецепторов происходит торможение синтеза и секреции соответствующего медиатора;

3) β-1-адренорецепторы – располагаются только в сердце и кровеносных сосудах, на постсинаптической мембране. При их возбуждении происходят:

а) расширение кровеносных сосудов за счет расслабления гладкой мускулатуры, снижение кровяного давления, антагонисты α-1-адренорецепторов участвуют в регуляции сосудистого тонуса;

б) увеличение силы и частоты сердечных сокращений, положительные хронотропные и инотропные эффекты;

4) β-2-адренорецепторы – обнаруживаются в синапсах всех остальных органов, кроме сердца и кровеносных сосудов. Эффекты при раздражении этих рецепторов:

а) стимуляция секреции гормонов;

б) стимуляция гликогенолиза в печени;

в) стимуляция гликогенолиза в поперечно-полосатой скелетной мускулатуре – стимуляция сокращения;

г) стимуляция обмена жиров в жировой ткани.

Они обладают способностью расслаблять гладкую мускулатуру трахеи, бронхов, матки, вызывают понижение моторной функции желудочно-кишечного тракта.

По механизму действия адренорецепторы можно разделить:

1) на адренорецепторы, не связанные с аденилатциклазой: при взаимодействии рецепторов постсинаптической мембраны с медиатором происходит повышение проницаемости мембран клеток для ионов кальция и натрия, возникают деполяризация и потенциал действия. К этой группе относятся α-1-адренорецепторы;

2) на адренорецепторы, зависимые от аденилатциклазы: при взаимодействии медиатора с данными рецепторами активируется аденилатциклаза, в синапсах на постсинаптических мембранах происходит превращение АТФ в циклический АМФ, являющийся клеточным регулятором. Он вызывает возникновение электрического импульса на постсинаптической мембране. К этой группе относятся α-2-, β-1– и β-2-адренорецепторы.

3. Холинэргические и адренэргические структуры ЦНС. Пресинаптическая регуляция выделения медиатора

Холинэргические и адренэргические структуры центральной нервной системы. Холинэргическими называются структуры, в которых нервный импульс передается при помощи медиатора ацетилхолина. Адренэргическими являются структуры, в которых возбуждение передается при помощи медиаторов норадреналина, изопропилнорадреналина и адреналина.

Большая часть структур в центральной нервной системе холинэргические – это все преганглионарные нервные волокна: симпатические, парасимпатические, постганглионарные, симпатические и парасимпатические волокна, постганглионарные нервные волокна, иннервирующие потовые железы, структуры головного мозга, в которых импульс передается при помощи ацетилхолина (средний и промежуточный мозг, базальные ганглии, мозжечок, кора больших полушарий).

Адренэргических структур меньше – это постганглионарные нервные волокна, кроме перечисленных выше, а также структуры головного мозга, где медиаторами служат адреналин, норадреналин и изопропилнорадреналин.

Доказано, что на пресинаптической мембране имеются рецепторы к ацетилхолину и адреналину, которые принимают участие в регуляции секреции и синтеза медиатора.

В холинэргических синапсах (на пресинаптической мембране) имеются М-холинорецепторы и Н-холинорецепторы, α-2-адренорецепторы. Значение: при возбуждении М-холинорецепторов и α-2-адренорецепторов происходит торможение секреции медиатора (ацетилхолина) на пресинаптической мембране. При возбуждении Н-холинорецепторов, наоборот, происходит стимуляция секреции и синтеза медиатора.

В адренэргических синапсах на пресинаптической мембране имеются 4 вида рецепторов – М– и Н-холинорецепторы, а также α-2– и β-2-адренорецепторы. При возбуждении М-холинорецепторов и α-2 адренорецепторов происходит торможение выделения медиаторов. При возбуждении Н-холинорецепторов и β-2-адренорецепторов возникает стимуляция синтеза и секреции медиатора (адреналина, норадреналина, изопропилнорадерналина).

4. ГАМК-эргические факторы и их роль в передаче нервного импульса

ГАМК-эргическая система включает в себя:

1) медиатор ГАКМ (гаммааминомасляной кислоты);

2) ферменты, принимающие участие в образовании ГАМК;

3) ферменты, разрушающие ГАМК;

4) рецепторы для ГАМК.

ГАМК – это классический тормозной медиатор, который осуществляет торможение в центральных и периферических синапсах.

Образование ГАМК осуществляется из аминокислоты глутамина под действием мутаматдекарбоксилазы с участием витамина В₆.

Разрушение ГАМК, превращение снова в глутамин осуществляется при помощи фермента трансаминазы ГАМК. Особенностью взаимодействия ГАМК с рецепторами является то, что при этом медиатор частично разрушается, превращаясь в глутамин, и всасывается на пресинаптической мембране (явление реаптейка).

Выделяют два вида ГАМК-рецепторов на постсинаптической мембране:

1) α-ГАМК-рецепторы (бибикулинзависимые) – расположены преимущественно в центральных синапсах;

2) β-ГАМК-рецепторы (бибикулиннезависимые) – располагаются преимущественно на периферии (синапсы предсердий, желудочно-кишечного тракта), но встречаются и в центральных синапсах.

При взаимодействии ГАМК с α– и β-рецепторами происходит повышение проницаемости клеточных мембран для ионов хлора (преимущественно) и в меньшей степени – для ионов калия. В результате этого возникают гиперполяризация, тормозный постсинаптический потенциал и развивается торможение активности клеток, на которых образован тормозный ГАМК-эргический синапс.

5. Опиоидные пептиды как медиаторы. Медиаторная функция других веществ

Опиоидные пептиды – это межклеточные и межтканевые регуляторы, среди них можно выделить:

1) эндорфины – неоднородная группа веществ, среди которых различают α-, β– и γ-эндорфины;

2) энкефалины. Выделяют метэнкефалины и лейэнкефалины.

Образование опиоидных пептидов осуществляется прежде всего в головном мозге (особенно много в гипоталамусе, передней доле гипофиза, в вегетативных ганглиях) из особого гликопротеида – проопиомеланокортина (из него образуется АКТГ) ПОМК-клетками.

ПОМК-клетки расщепляют проопиомеланокортин на три вещества: АКТГ, α-1-меланоцитостимулирующий гормон (в средней доле гипофиза, β-1-липотропин).

Из β-1-липотропина в ПОМК-клетках образуются α-меланоцитостимулирующий гормон и пять видов опиоидных пептидов (их механизм воздействия напоминает опиумный – отсюда такое название).

Функции опиоидных пептидов неодинаковы

Эндорфины:

1) оказывают антиноцептивное действие;

2) обеспечивают функции экстрапирамидной, лимбической и нейроэндокринных систем.

Энкефалины выполняют функции медиаторов-сомедиаторов (увеличивают продолжительность действия медиаторов в синапсах).

К ним, как и к другим медиаторам, имеются собственные рецепторы:

1) μ-рецепторы – при взаимодействии энкефалинов с данным типом рецепторов наблюдаются возникновение чувства эйфории, наркотическая аналгезия, замедление пульса, уменьшение частоты дыхания, температуры тела, сужение зрачка;

2) σ-рецепторы – появление галлюцинаций, увеличением частоты сердечных сокращений, расширением зрачка, повышением частоты дыхания и температуры тела;

3) χ-рецепторы – аналгезия отсутствует, отмечается сужение зрачков.

Медиаторные функции других веществ

1. Гистамин (биологический амин). Образуется из аминокислоты гистидина, может быть возбуждающим и тормозным медиатором. Рецепторы к гистамину – Н1– и Н2-гистаминорецепторы.

2. Серотонин (биогенный амин) – тормозной медиатор. Образуется из аминокислоты триптофана. Для него на постсинаптических мембранах серотонинэргических синапсов имеются специфические рецепторы – 5НТ1, 5НТ2, 5НТ3, 5НТ4.

3. Дофамин (биогенный амин) – катехоламин. Образуется из аминокислоты фенилаланин. Является тормозным и возбуждающим медиатором. Для него на постсинаптической мембране дофаминэргических синапсов имеются Д1– и Д2-рецепторы.

4. Глицин – тормозный медиатор, преимущественно в спинном мозге.

5. Глутаминовая кислота – возбуждающий медиатор.

6. Вещество Р – тормозный медиатор в центральной нервной системе.

7. АТФ – тормозный медиатор в периферических синапсах.

Тема 8. Физиология центральной нервной системы

1. Основные принципы функционирования ЦНС. Строение, функции, методы изучения ЦНС

Основным принципом функционирования ЦНС является процесс регуляции, управления физиологическими функциями, которые направлены на поддержание постоянства свойств и состава внутренней среды организма. ЦНС обеспечивает оптимальные взаимоотношения организма с окружающей средой, устойчивость, целостность, оптимальный уровень жизнедеятельности организма.

Различают два основных вида регуляции: гуморальный и нервный.

Гуморальный процесс управления предусматривает изменение физиологической активности организма под влиянием химических веществ, которые доставляются жидкими средами организма. Источником передачи информации являются химические вещества – утилизоны, продукты метаболизма (углекислый газ, глюкоза, жирные кислоты), информоны, гормоны желез внутренней секреции, местные или тканевые гормоны.

Нервный процесс регуляции предусматривает управление изменения физиологических функций по нервным волокнам при помощи потенциала возбуждения под влиянием передачи информации.

Характерные особенности:

1) является более поздним продуктом эволюции;

2) обеспечивает быструю регуляцию;

3) имеет точного адресата воздействия;

4) осуществляет экономичный способ регуляции;

5) обеспечивает высокую надежность передачи информации.

В организме нервный и гуморальный механизмы работают как единая система нейрогуморального управления. Это комбинированная форма, где одновременно используются два механизма управления, они взаимосвязаны и взаимообусловлены.

Нервная система представляет собой совокупность нервных клеток, или нейронов.

По локализации различают:

1) центральный отдел – головной и спинной мозг;

2) периферический – отростки нервных клеток головного и спинного мозга.

По функциональным особенностям различают:

1) соматический отдел – регулирует двигательную активность;

2) вегетативный – регулирует деятельность внутренних органов, желез внутренней секреции, сосудов, трофическую иннервацию мышц и самой ЦНС.

Функции нервной системы:

1) интегративно-координационная функция – обеспечивает функции различных органов и физиологических систем, согласует их деятельность между собой;

2) обеспечивает тесные связи организма человека с окружающей средой на биологическом и социальном уровне;

3) регулирует уровень обменных процессов в различных органах и тканях, а также в самой себе;

4) высшие отделы ЦНС обеспечивают психическую деятельность.

2. Нейрон, особенности строения, значение, виды

Структурной и функциональной единицей нервной ткани является нервная клетка – нейрон.

Нейрон – специализированная клетка, которая способна принимать, кодировать, передавать и хранить информацию, устанавливать контакты с другими нейронами, организовывать ответную реакцию организма на раздражение.

Функционально в нейроне выделяют:

1) воспринимающую часть: дендриты и мембрану сомы нейрона;

2) интегративную часть – сому с аксоновым холмиком;

3) передающую часть – аксонный холмик с аксоном.

Воспринимающая часть

Дендриты – основное воспринимающее поле нейрона. Мембрана дендрита способна реагировать на медиаторы. Нейрон имеет несколько ветвящихся дендритов. Это объясняется тем, что нейрон как информационное образование должен иметь большое количество входов. Через специализированные контакты информация поступает от одного нейрона к другому. Эти контакты называются «шипики».

Мембрана сомы нейрона имеет толщину 6 нм и состоит из двух слоев липидных молекул. Гидрофильные концы этих молекул обращены в сторону водной фазы: один слой молекул обращен внутрь, другой – наружу. Гидрофильные концы повернуты друг к другу – внутрь мембраны. В двойной липидный слой мембраны встроены белки, которые выполняют несколько функций:

1) белки-«насосы» – перемещают в клетке ионы и молекулы против градиента концентрации;

2) белки, встроенные в каналы, обеспечивают избирательную проницаемость мембраны;

3) рецепторные белки осуществляют распознавание нужных молекул и их фиксацию на мембране;

4) ферменты облегчают протекание химической реакции на поверхности нейрона.

В некоторых случаях один и тот же белок может выполнять функции как рецептора, фермента, так и «насоса».

Интегративная часть

Аксоновый холмик – место выхода аксона из нейрона.

Сома нейрона (тело нейрона) выполняет наряду с информационной и трофическую функцию относительно своих отростков и синапсов. Сома обеспечивает рост дендритов и аксонов. Сома нейрона заключена в многослойную мембрану, которая обеспечивает формирование и распространение электротонического потенциала к аксонному холмику.

Передающая часть

Аксон – вырост цитоплазмы, приспособленный для проведения информации, которая собирается дендритами и перерабатывается в нейроне. Аксон дендритной клетки имеет постоянный диаметр и покрыт миелиновой оболочкой, которая образована из глии, у аксона разветвленные окончания, в которых находятся митохондрии и секреторные образования.

Значение нейронов:

1) генерализация нервного импульса;

2) получение, хранение и передача информации;

3) способность суммировать возбуждающие и тормозящие сигналы (интегративная функция).

Виды нейронов:

1. По локализации:

1) центральные (головной и спинной мозг);

2) периферические (тела этих нейронов находятся в спинальных ганглиях – псевдоуниполярные клетки (дендриты) обеспечивают проведение импульсов к телу мотонейрона от рецепторов, а аксон – проведение нервного импульса от тела мотонейрона до центральной нервной системы.

2. В зависимости от функции:

1) афферентные (чувствительные) – несут информацию от рецепторов в ЦНС. Выделяют первичные и вторичные афферентные нейроны. Первичные располагаются в спинальных ганглиях, или в ганглиях черепно-мозговых нервов. Располагаются в области ствола мозга (зрительные бугры). Полученную информацию от других нейронов передают в кору больших полушарий;

2) вставочные (коннекторные) – в элементарном случае обеспечивают связь между афферентным и эфферентным нейронами;

3) эфферентные:

а) двигательные – передние рога спинного мозга;

б) секреторные – боковые рога спинного мозга.

3. От функций:

1) возбуждающие;

2) тормозящие.

4. От биохимических особенностей в зависимости от природы медиатора.

5. От качества раздражителя, который воспринимается нейроном:

1) мономодальный;

2) полимодальные.