Патологическая физиология синапсов
Нарушение проведения импульсов по нервным путям может быть нарушено не только по ходу нейрона, но и при передачи их с одной клетки па другую. Передача сигнала с нейрона на нейрон или с нейрона на соматическую клетку осуществляется сложным специализированным аппаратом — синапсом.
Экспериментальные исследования показали, чго в различных синапсах действуют различные механизмы передачи импульса, которые делятся на две главные группы — электрические и химические.Электрические синапсы. Для клеток с элетрической связью оказалось типичным наличие определенных участков мембраны, где клетки находятся в близком контакте между собой. Вместо обычной щели шириной 20 нм наружные слои мембраны в электрическом синапсе разделены пространством шириной всего 2 нм. Электронно-микроскопические исследования показали, что общей чертой служит наличие небольших образований, плотно упакованных в виде сетки на поверхностях мембран, граничащих со щелью. Считается, что эти образования служат каналами между внутренней средой контактирующих клеток. Электрические синапсы обеспечивают более значительную скорость передачи, а также высокую вероятность того, что пресинаптический импульс вызовет возбуждение в постсинаптической клетке.
Химические синапсы. В организме высокоорганизованных животных и человека преобладают химические синапсы, которые имеют следующее строение.
Строение химического синапса (Arket et al., 1972)
ПРЕСИНАПТИЧЕСКАЯ ОБЛАСТЬ — включает в себя два главных морфологических признака: множество синаптических пузырьков (СП) или синаптических везикул (СВ) размером 50—70 нм, содержащих нейромедиагоры или нейромодуляторы, и пресинаптическую мембрану (пре-СМ), имеющую специфические утолщения. Эти утолщения выявляются в форме ячеистых структур и имеют прерывистые плотные выросты, обращенные внутрь цитоплазмы аксонов.
Высота выростов составляет 50—60 нм, расстояние между вершинами 80—100 нм, т.е. эти размеры совпадают с размерами СП. Они образуют синаптопоры, где при возбуждении СП контактируют с пре-СМ и секрегируют медиатор в синаптическую щель.
Из тела нейрона в терминаль аксона, лишенную миелиновой оболочки (МО), с аксоплазма- тичсеским током (транспорт) поступают различные вещества и структуры: нейромедиатор (НМ) и его предшественник, из которого в терминали образуется нейромедиатор, нейромодулятор (НМод), везикулы (В), митохондрии (М) и др. Внутри терминали везикулы заполняются нейромедиатором и нейромодулятором и становятся синаптическими везикулами (СВ). Образование везикул идет также за счет втягивания нейрональной мембраны в терминаль (рециклизация — РЦ) и возникновения так называемых опущенных везикул (ОВ), сливающихся в цистерны (Ц), от которых отшнуровываются везикулы. Синаптическая везикула подходит к терминали, сливается с ней и выделяет свое содержимое в синаптическую щель (СЩ). Этот процесс энерго-(АТФ)-зависим, инициируется Са2\ входящим в терминаль через потенциал-зависи- мые каналы (ПК), которые активируются при приходе в терминаль потенциала действия (ПД). Са2+ участвует в осуществлении метаболических процессов, завершающихся выделением НМ и НМод, и в самом выделении НМ и НМод. При действии НМ на ауторецепторы (АР) пресинаптической терминали активируется обратная связь, регулирующая синтез и выделение НМ. Часть нейромедиатора поступает обратно в терминаль (обратное поступление медиатора). Это поступление совершается с помощью переносчика (П), как в случае глютамата и, возможно, других медиаторов, а также отчасти путем эндоцитоза. Поступивший обратно медиатор пополняет его содержание в терминали. Энергия, необходимая для деятельности терминали, обеспечивается М. Деятельность терминали, и в частности выделение НМ, контролируется влияниями другого специального нейрона, которое осуществляется через его терминаль (пресинаптический контроль — ПреК).
Выделявшиеся НМ и НМод связываются со своими рецепторами (РНМ) и (РНМод) на мембране постсинаптического нейрона (ПостН). Активация этих рецепторов ведет к открыванию ионных каналов (ИК), возникновению или усилению ионных токов через каналы, что обусловливает возбуждение (или торможение) и включение в реакцию цепи внутриклеточных метаболических процессов в постсинаптическом нейроне. Активированные рецепторы НМод изменяют реактивность рецепторов к НМ путем рецептор- ре цепторного взаимодействия (стрелка) и через внутриклеточные процессы. НМод изменяет также реакцию постсинаптического нейрона на НМ.В центральных синапсах описаны филамеитозные косички, имеющие размеры 80—100 нм и состоящие из 2—3 тяжей, в состав каждой из которых входят 2—3 переплетенные между собой спиралевидные филамеитозные нити диаметром 6 нм. Предполагается, что в покое эти структуры, расположенные параллельно пресинап гической мембране (на расстоянии 30 нм), служат барьером для взаимодействия СП с пре-СМ, а при возбуждении моіут обратимо диссоциировать на субъединицы и тем самым способствовать комплементарному взаимодействию последних.
СП образуются вдали от синапса в теле нейрона и пополняют запас СП в синапсе благодаря их движению с аксотоком. Кроме того, образование пузырьков или везикул идет также за счет втягивания нейрональной мембраны в терминаль (рециклизация — РЦ) и возникновения так называемых опущенных везикул (ОБ), сливающихся в цистерны (Ц), от которых отшну- ровываются везикулы.
Помимо перечисленных структур в аксоне содержатся и другие органеллы, характерные для любой клетки: митохондрии, цитоплазматическая сеть и др.
СИНАПТИЧЕСКАЯ ЩЕЛЬ — толщина ее в различных синапсах различна. В центральных и периферических синапсах в синаптической щели обнаружены внесинаптические филамеитозные нити (мостики). Эти нити ориентированы в продольном направлении. Ряд из них не достигает противоположной мембраны и заканчиваются небольшими утолщениями (общее их количество около 20).
Другие, их большинство, соединяют пре- и пост- СМ. Предполагается, что за счет этих структур осуществляется ускоренная и направленная диффузия медиаторов, модуляторов и других веществ в межклеточное пространство.ПОСТСИНАПТИЧЕСКАЯ ОБЛАСТЬ — главным морфологическим признаком постсинаптической области являются своеобразные утолщения пост-СМ с субсинаптической щелью. Характерны для постсинаптической области микропиноцитозные структуры. Система филаментов, имплантированная на внутренней стороне пост-СМ в виде идущих внутрь субсинаптических утолщений, образует субсинаптические цистерны.
Н а пост-СМ имеются рецепторы к нейромедиаторам и нейромодуляторам. Рецепторы — это генетически детерминированные макромолекулы (белки или комплексы белков и липидов), локализованные на внешней стороне пост-СМ и имеющие связывающие центры для медиаторов и модуляторов.
Основные этапы синаптической передачи и кругооборота медиаторов представляются следующим образом.
Приход нервного импульса по аксону вызывает деполяризацию мембраны и изменение ионных токов пре-СМ. Происходит активация потенциалзависимых Са^-каналов, через которые в терминаль поступает Са2+, инициирующий диссоциацию филаментозных косичек, поступление СВ в синаптопоры СП, с коюрыми они сливаются и выделяют свое содержимое в синаптическую щель. Этот процесс энерго-(АТФ)-зависимый. Са2+ участвует в осуществлении метаболических процессов, завершающихся выделением нейромедиагора и ненромодуляюра и в самом их выделении. При действии нейромедиатора на ауторецешоры пресинаптической терминали активируется обратная связь, регулирующая синтез и выделение медиатора. Часть медиатора поступает обратно в терминаль (обратное поступление медиатора). Это поступление совершается с помощью переносчика, а также отчасти путем эндоцитоза. Поступивший обратно медиатор пополняет его содержание в терминали. Энергия, необходимая для деятельности терминали, обеспечивается митохондриями. Деятельность терминали и, в частности, выделение медиатора, контролируется влиянием другого специального нейрона, которая осуществляется через его терминаль — пресыпаптический контроль.
Выделившиеся в синаптическую щель медиатор и модулятор направляются филаментозными нитями (мостиками) к постсинаптической мембране, где связываются со своими рецепторами. Активация этих рецепторов ведет к открыванию ионных каналов, возникновению или усилению ионных токов через каналы, что обусловливает возбуждение (или торможение) и включение в реакцию цепи внутриклеточных метаболических процессов в постсинаптическом нейроне. Активированные рецепторы нейромодулятора изменяют реактивность рецепторов к медиатору путем рецептор-рецепторно- го взаимодействия и через внутриклеточные процессы. Нейромодулятор изменяет также реакцию постсинаптического нейрона на медиатор.
Происходит инактивация отработанного медиатора в ходе изменения обменных процессов в эффекторной клетке, в ходе диффузии его из синапса, инактивации ферментами и обратного захвата терминалью.
Медиаторы при взаимодействии с пост-СМ вызывают различные эффекты. Под их влиянием происходит либо деполяризация мембраны (возбуждение), либо ее гиперполяризация (торможение). Каждый тип постсинаптической реакции обусловлен специфическим измененные ионных потоков (см. рис.).
Большинство медиаторов амбивалентно по своему синаптическому действию (т.е. в разных синапсах оказывают различное действие). Лишь некоторые из них выполняют в основном моновалентную функцию: ГАМК и глицин —- тормозящую, а глутаминовая кислота— возбуждающую.
Нарушение синаптической передачи может возникнуть при:
1.