Резюме по тому как нейроны общаются между собой и адаптируются

а) Химическая передача информации. В 1920-х гг. Отто Леви предположил, что иннервирующие сердце нервные волокна выделяют химическое вещество, которое регулирует сердечный ритм. Последующие эксперименты с лягушками показали, что ацетилхолин уменьшает, а адреналин увеличивает частоту сердечных сокращений. Это наблюдение стало ключом к пониманию основ химической синаптической передачи.

Системы, которые отвечают за синтез возбуждающего или тормозного нейромедиатора, располагаются в терминали аксона или в теле пресинаптического нейрона, а накапливающие нейромедиатор системы находятся в терминали аксона. Рецепторы, на которые воздействует нейромедиатор, обычно располагаются на постсинаптической мембране.

Такая антероградная химическая синаптическая передача преимущественно используется в нервной системе человека. Тем не менее нейроны способны соединяться друг с другом, используя щелевые контакты — образующие каналы белки, которые позволяют клеткам обмениваться ионами или питательными веществами.

Пять основных этапов жизненного цикла нейромедиатора: 1) синтез, 2) упаковка и хранение, 3) выделение из терминали аксона, 4) взаимодействие с рецепторами на постсинаптической мембране и 5) инактивация. Синтезированный нейромедиатор транспортируется в синаптические пузырьки, которые накапливаются внутри терминали аксона.

Химический синапс. А. На этой электронной микрофотографии можно видеть расположенный в центре синапс, астроциты, которые представляют собой определенных тип глиальных клеток, аксоны, другие синапсы и синаптическую щель. Б. В химическом синапсе содержащие нейромедиатор пузырьки, отпочковавшиеся от эндосомы, мигрируют к пресинаптической мембране, готовясь к выбросу. Выброс нейромедиатора в синаптическую щель осуществляется посредством экзоцитоза, после чего происходит связывание нейромедиатора с рецепторными белками на постсинаптической мембране

Когда потенциал действия распространяется по пресинаптической мембране, изменение мембранного потенциала приводит в движение синаптические пузырьки, которые прикрепляются к пресинаптической мембране и выделяют нейромедиатор посредством экзоцитоза.

Один синаптический пузырек выбрасывает в синаптическую щель квант нейромедиатора, обеспечивая формирование миниатюрного потенциала на постсинаптической мембране. Для формирования потенциала действия на постсинаптической клетке необходим одновременный выброс большого количества квантов нейромедиатора. Выполнивший свою функцию нейромедиатор инактивируется благодаря диффузии из синаптической щели, ферментативному расщеплению или обратному захвату нейромедиатора или его компонентов терминалью аксона (также возможно поглощение продуктов расщепления астроцитами).

б) Нейромедиаторы и их рецепторы. Низкомолекулярные, пептидные, липидные, газообразные и ионные нейромедиаторы — это пять больших групп, к которым относят примерно 100 известных и предполагаемых нейромедиаторов. Содержащие такие нейромедиаторы нейроны образуют множество синаптических соединений с другими нейронами, а также с мышечными волокнами, кровеносными сосудами и внеклеточной жидкостью.

Функционально нейроны могут быть как возбуждающими, так и тормозными. Они могут быть частью как локальных нейронных сетей, так и нейронной сети головного мозга. Возбуждающие синапсы обычно располагаются на дендритах, а тормозные синапсы — на теле нейрона.

Опиоидные пептиды. Фрагменты аминокислотных цепей некоторых нейропептидов, воздействующих на центры удовольствия и боли, имеют одинаковую структуру. Такую же структуру имеют некоторые психоактивные препараты, которые оказывают аналогичный эффект — например, морфин

Некоторые нейромедиаторы взаимодействуют как с ионотропными, так и с метаботропными рецепторами. Ионотропный рецептор обеспечивает быстрое изменение мембранного потенциала постсинаптической мембраны, действуя напрямую. Более медленно действующие метаботропные рецепторы активируют вторичные мессенджеры, оказывая непрямое воздействие на структуру и функции клетки. Большинство нейромедиаторов взаимодействует со множеством рецепторов, которые представляют собой комбинации белков различных типов, называемых субъединицами.

в) Нейромедиаторные системы и поведение. Многофункциональность нейромедиаторов не позволяет ученым выявить связь между отдельными нейромедиаторами и определенными формами поведения. Ряд общих аспектов поведения в большей степени определяют системы регуляции, в которых задействованы определенные нейромедиаторы.

Например, ацетилхолин, будучи основным нейромедиатором СНС, контролирует сокращение скелетных мышц, а ацетилхолин и норадреналин, которые являются основными нейромедиаторами ВНС, задействованы в регуляции работы внутренних органов. Основные нейромедиаторы ЭНС, дофамин и серотонин, задействованы в регуляции работы пищеварительного тракта.

Основные системы регуляции в мозге. Тела нейронов каждой системы образуют ядра (обозначены овалами) в стволе мозга. Аксоны этих нейронов пронизывают ЦНС, образуя синаптические соединения со структурами-мишенями. Каждая система регуляции связана с одной или несколькими формами поведения или болезнями

ЦНС содержит не только глутаматергические и ГАМКергические нейроны, но также системы регуляции, в которых задействованы ацетилхолин, норадреналин, дофамин и серотонин. Все указанные системы обеспечивают согласованную работу крупных областей мозга, и каждая из них связана с определенными формами поведения и заболеваниями.

г) Роль синапсов в обучении и памяти. В основе обучения и памяти лежат изменения в синапсах. Привыкание — это форма обучения, для которой характерно ослабление ответа при многократном предъявлении стимула, связанное со снижением чувствительности кальциевых каналов к потенциалу действия. Соответственно, при распространении потенциала действия выделяется меньше нейромедиатора.

Сенситизация — это форма обучения, для которой характерно усиление ответа при многократном предъявлении стимула, связанное с увеличением длительности потенциала действия вследствие изменений в калиевых каналах. Указанные изменения приводят к увеличению притока ионов кальция и соответственно к более интенсивному выделению нейромедиатора. Регулярные тренировки могут приводить к формированию новых синапсов, позволяющих закрепить усвоенный опыт.

Структурные основы памяти. По сравнению с контрольным нейроном (слева) число синапсов между чувствительным нейроном и мотонейроном аплизии уменьшается при привыкании (в центре) и увеличивается при сенситизации (справа). Такие структурные изменения могут лежать в основе формирования сохраняющихся на долгий срок воспоминаний

У аплизии число синаптических соединений между чувствительными нейронами и мотонейронами уменьшается при привыкании и увеличивается при сенситизации.

Такие изменения числа синапсов и дендритных шипиков лежат в основе устойчивого научения.

д) Основные термины:

• G-белок — гуанин-нуклеотидсвязывающий белок, сопряженный с метаботропным рецептором; после активации связывается с другими белками.
• Адреналин (ЕР) — химический мессенджер, выполняющий функцию нейромедиатора в ЦНС и гормона, который мобилизует организм, формируя реакцию «бей-или-беги» при стрессе; также известен как эпинефрин.
• Активируемый нейромедиатором рецептор — мембранный белок, который содержит сайт связывания специфического нейромедиатора.
• Антероградная синаптическая передача процесс, при котором нейромедиатор, выделяемый пресинаптическим нейроном, связывается с рецептором постсинаптического нейрона.
• Ауторецептор — рецепторная молекула нейрона, который реагирует на вырабатываемый этим же нейроном нейромедиатор; компонент механизма отрицательной обратной связи, необходимого для настройки синаптической передачи.
• Ацетилхолин (АСh) первый нейромедиатор, обнаруженный в ПНС и ЦНС; в СНС активирует скелетные мышцы; в ВНС возбуждает или тормозит внутренние органы.
• Болезнь Альцгеймера — связанное со старением дегенеративное заболевание головного мозга, которое начинается с прогрессирующего расстройства памяти и постепенно приводит к деменции.
• Болезнь Паркинсона — двигательное расстройство, возникающее из-за снижения уровня дофамина в черной субстанции; сопровождается тремором, мышечной ригидностью и ограничением произвольных движений.
• Вторичный мессенджер — химическое вещество, которое запускает каскад биохимических реакций при активации нейромедиатором (первичным мессенджером).
• Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) аминокислота, которая выполняет функцию нейромедиатора; обычно обеспечивает торможение нейронов.
• Гистамин (Н) — нейромедиатор, который контролирует пробуждение и локомоцию; способен вызывать сокращение гладкой мускулатуры; активация гистамина при аллергических реакциях приводит к нарушению проходимости бронхов и развитию астмы.
• Глутаминовая кислота (Glu) — аминокислота, которая выполняет функцию нейромедиатора; обычно обеспечивает возбуждение нейронов.
• Депрессия (большое депрессивное расстройство) аффективное расстройство, сопровождающееся чувством вины и самоуничижением, проблемами с аппетитом, нарушением сна, общей заторможенностью и суицидальными идеями.
• Дофамин (DA) — нейромедиатор из группы аминов, который участвует в обеспечении координации движений, внимания, обучения и подкрепления.
• Ионотропный рецептор мембранный белок выполняет функции: 1) сайта связывания нейромедиатора и 2) поры, которая регулирует ноток ионов через мембрану, обеспечивая быстрое изменение мембранного потенциала.
• Квант — порция молекул нейромедиатора, эквивалентная содержимому одного синаптического пузырька, которая вызывает едва заметное изменение постсинаптического потенциала.
• Мания — состояние аномально повышенного уровня возбуждения, аффекта и энергии.
• Метаботропный рецептор — мембранный белок, который содержит связанный с G-белком сайт связывания нейромедиатора; может влиять на другие рецепторы или воздействовать на процессы в клетке, в том числе на открытие ионного канала, с помощью вторичных посредников.
• Нейромедиатор — химическое вещество, выделяемое нейроном, чтобы обеспечить возбуждение или торможение мишени.
• Нейропептид — короткая многофункциональная пептидная цепочка (менее 100 аминокислотных остатков); выполняет функцию нейромедиатора или гормона; может участвовать в обучении.
• Низкомолекулярный нейромедиатор быстродействующий нейромедиатор, синтезируемый в терминали аксона из поступающих с пищей веществ.
• Норадреналин (NE) — нейромедиатор, который увеличивает частоту сердечных сокращений у млекопитающих; присутствует в мозге и симпатическом отделе ВНС; также известен как норэпинефрин.
• Норадренергический нейрон нейрон, содержащий норадреналин.
• Обратный захват — инактивация нейромедиатора путем транспорта обратно в пресинаптическую терминаль аксона для дальнейшего использования с помощью мембранного транспортера.
• Обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР) психическое расстройство, характеризуемое присутствием повторяющегося навязчивого поведения (например, навязчивого мытья рук) и повторяющихся нежелательных мыслей (обсессий).
• Обучение относительно стойкие или необратимые изменения поведения, формирующиеся под воздействием опыта.
• Оксид азота (NO) газообразный нейромедиатор; помимо всего прочего, расслабляет гладкую мускулатуру стенок кровеносных сосудов, способствует пищеварению и ускоряет клеточный метаболизм.
• Оксид углерода (СО) — газообразный нейромедиатор; ускоряет клеточный метаболизм.
• Постсинаптическая мембрана — воспринимающая часть синаптического соединения.
• Посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) - синдром, характеризующийся физиологической реактивностью, связанной с повторяющимися воспоминаниями и сновидениями, в которых пациент заново переживает травмирующее событие, случившееся несколькими месяцами или годами ранее.
• Пресинаптическая мембрана — мембрана терминали аксона, обеспечивающая выброс нейромедиатора в синаптическую щель.
• Привыкание — приобретенное поведение, при котором реакция на стимул слабеет при многократном предъявлении стимула.
• Саккады — быстрые хаотичные движения глаз, благодаря которым фоторецепторы подвергаются воздействию непрерывно меняющихся зрительных стимулов; необходимы для предупреждения привыкания.
• Сенситизация — приобретенное поведение, при котором реакция на стимул усиливается при многократном предъявлении стимула.
• Сероводород (H₂S) — газообразный нейромедиатор; замедляет клеточный метаболизм.
• Серотонин (5-НТ) — нейромедиатор группы аминов; участвует в регуляции настроения и агрессии, аппетита и возбуждения, восприятия боли и дыхания.
• Синаптическая щель — пространство, отделяющее пресинаптическую мембрану от постсинаптической мембраны.
• Синаптический пузырек (везикула) — мембранный компартмент, внутри которого находится определенное количество (квант) молекул нейромедиатора. Система регуляции — нервный путь, который координирует активность мозга посредством одного нейромедиатора; тела нейронов лежат в ядре ствола мозга, а аксоны распределены в пределах крупной области ЦНС.
• Субъединица — белковая молекула, которая образует комплекс с другими белковыми молекулами.
• Транспортер — белковая молекула, обеспечивающая транспорт веществ через мембрану.
• Трехчастный синапс — функциональная интеграция расположенных в непосредственной близости друг от друга пресинаптической мембраны, постсинаптической мембраны и клеток-астроцитов.
• Фактор, ограничивающий скорость реакции какое-либо химическое вещество, доступное в ограниченном количестве, которое ограничивает выработку другого вещества.
• Химический синапс — тип межклеточного контакта, который обеспечивает выброс молекулы-мессенджера при стимуляции потенциалом действия.
• Холинергический нейрон — нейрон, который использует ацетилхолин в качестве основного нейромедиатора; холинергическими называют все нейроны, использующие ацетилхолин в качестве основного нейромедиатора.
• Цинк — ионный нейромедиатор, который упаковывается в синаптические пузырьки, выделяется из клетки и взаимодействует с несколькими рецепторами.
• Шизофрения — психическое расстройство, сопровождающееся бредом, галлюцинациями, нарушениями речи, эмоциональной тупостью.
• Щелевой контакт — область контакта между двумя соседними клетками, в которой белки-коннексины образуют соединяющие клетки гемиканалы (полуканалы), которые, будучи открытыми, позволяют двум клеткам обмениваться ионами; другое название -электрический синапс.
• Эндогенные каннабиноиды — группа липидных нейромедиаторов, в которую входят анандамид и 2-арахи-доноилглицерин — они синтезируются на постсинаптической мембране и взаимодействуют с рецепторами на пресинаптической мембране; влияют на аппетит, боль, сон, настроение, память, тревогу и реакцию на стресс.
• Эндосома — мембранный компартмент, от которого отпочковываются везикулы, заполняющиеся медиатором.

Видео физиология синапса и нерва - профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин

- Вернуться в оглавление раздела "Нейрофизиология"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 19.7.2023