Реферат: Низме. Многие заболевания связаны с нарушением обмена каль­ция в организме. Например, его недостаток приводит к рахиту у маленьких детей

Рис. 2.16. Последовательность событий при возбуждении синапса

низме. Многие заболевания связаны с нарушением обмена каль­ция в организме. Например, его недостаток приводит к рахиту у маленьких детей.

Каким образом кальций участвует в работе синапса? Попадая в цитоплазму синаптического окончания, кальций входит в связь с

49

4 - 6665

Часть I. Физиология головного мозга человека СИНАПС

Как передается возбуждение — от одного нейрона другому или от нейрона, например, на мышечное волокно? Этой проблемой интересуются не только профессиональные нейробиологи, но и врачи, особенно фармакологи. Знание биологических механизмов необходимо для лечения некоторых заболеваний, а также для со­здания новых лекарств и препаратов. Дело в том, что одними из основных мест воздействия этих веществ на организм человека являются места передачи возбуждения с одного нейрона на другой (или на другую клетку, например клетку сердечной мышцы, стен­ки сосудов и пр.). Отросток нейрона аксон направляется к другому нейрону и образует на нем контакт, который называют синапсом (в переводе с греч. — контакт; см. рис. 2.6). Именно синапс хранит многие тайны мозга. Нарушение этого контакта, например веще­ствами, блокирующими его работу, приводит к тяжелейшим по­следствиям для человека. Это место приложения действия нарко­тиков. Примеры будут приведены ниже, а сейчас рассмотрим, как устроен и как работает синапс.

Трудности этого исследования определяются тем, что сам синапс очень маленький (его диаметр не более 1 мкм). Один ней­рон получает такие контакты, как правило, от нескольких тысяч (3—10 тыс.) других нейронов. Каждый синапс надежно закрыт специальными клетками глии, поэтому исследовать его очень не­просто. На рис. 2.15 показана схема синапса, как это представляет себе современная наука. Несмотря на свою миниатюрность, он уст­роен весьма сложно. Одним из его основных компонентов являют­ся пузырьки, которые находятся внутри синапса. Эти пузырьки со­держат биологически очень активное вещество, которое называет­ся нейротрансмиттером, или медиатором (передатчиком).

Вспомним, что нервный импульс (возбуждение) с огромной скоростью продвигается по волокну и подходит к синапсу. Этот потенциал действия вызывает деполяризацию мембраны синапса (рис. 2.16), однако это не приводит к генерации нового возбужде­ния (потенциала действия), а вызывает открывание специальных ионных каналов, с которыми мы еще не знакомы. Эти каналы пропускают ионы кальция внутрь синапса. Ионы кальция играют очень большую роль в деятельности организма. Специальная желе­за внутренней секреции — паращитовидная (она находится поверх щитовидной железы) — регулирует содержание кальция в орга-

Глава 2. Клетка - основная единица нервной ткани

Часть I. Физиология головного мозга человека

белками, образующими оболочку пузырьков, в которых хранится медиатор. В конечном итоге мембраны синаптических пузырьков сжимаются, выталкивая свое содержимое в синаптическую щель. Этот процесс очень напоминает сокращение мышечного волокна в мышце, во всяком случае, эти два процесса имеют одинаковый механизм на молекулярном уровне. Таким образом, связывание кальция белками оболочки пузырька приводит к ее сокращению и содержание пузырька впрыскивается (экзоцитоз) в щель, которая отделяет мембрану одного нейрона от мембраны другого. Эта щель называется синоптической щелью. Из описания должно быть ясно, что возбуждение (электрический потенциал действия) нейрона в си­напсе превращается из электрического импульса в импульс химический. Другими словами, каждое возбуждение нейрона сопровождается выбросом в окончании его аксона порции биологически активного вещества — медиатора. Далее молекулы медиатора связываются со специальными белковыми молекулами, которые находятся на мем­бране другого нейрона. Эти молекулы называются рецепторами. Ре­цепторы устроены уникально и связывают только один тип молекул. В некоторых описаниях указывается, что они подходят, как «ключ к замку» (ключ подходит только к своему замку).

Рецептор состоит из двух частей. Одну можно назвать «узнаю­щим центром», другую — «ионным каналом». Если молекулы ме­диатора заняли определенные места (узнающий центр) на моле­куле рецептора, то ионный канал открывается и ионы начинают входить в клетку (ионы натрия) или выходить (ионы калия) из клетки. Другими словами, через мембрану протекает ионный ток, который вызывает изменение потенциала на мембране. Этот по­тенциал получил название постсинаптического потенциала (см. рис. 2.16). Очень важным свойством описанных ионных кана­лов является то, что количество открытых каналов определяется количеством связанных молекул медиатора, а не потенциалом на мембране, как в случае с электровозбудимой мембраной нервного волокна. Таким образом, постсинаптические потенциалы имеют свойство градуальности: амплитуда потенциала определяется ко­личеством молекул медиатора, связанного рецепторами. Благода­ря этой зависимости амплитуда потенциала на мембране нейрона развивается пропорционально количеству открытых каналов.

На мембране одного нейрона могут одновременно находиться два вида синапсов: тормозные и возбудительные. Все определяется устройством ионного канала мембраны. Мембрана возбудительных

50

^ Глава 2. Клетка — основная единица нервной ткани

синапсов пропускает как ионы натрия, так и ионы калия. В этом случае мембрана нейрона деполяризуется. Мембрана тормозных синапсов пропускает только ионы хлора и гиперлоляризуется. Оче­видно, что если нейрон заторможен, потенциал мембраны увели­чивается (гиперполяризация). Таким образом, нейрон благодаря воздействию через соответствующие синапсы может возбудиться или прекратить возбуждение, затормозиться. Все эти события про­исходят на соме и многочисленных отростках дендрита нейрона, на последних находится до нескольких тысяч тормозных и возбу­дительных синапсов.

В качестве примера разберем, как действует в синапсе медиа­тор, который называется ацетилхолином. Этот медиатор широко распространен в головном мозге и в периферических окончаниях нервных волокон. Например, двигательные импульсы, которые по соответствующим нервам приводят к сокращению мышц нашего тела, оперируют ацетилхолином. Ацетилхолин был открыт в 30-х го­дах XX в. австрийским ученым О. Леви. Эксперимент был очень прост: изолировали сердце лягушки с подходящим к нему блужда­ющим нервом. Было известно, что электрическая стимуляция блуж­дающего нерва приводит к замедлению сокращений сердца вплоть до полной его остановки. О. Леви простимулировал блуждающий нерв, получил эффект остановки сердца и взял из сердца немного крови. Оказалось, что если эту кровь добавить в желудочек работа­ющего сердца, то оно замедляет свои сокращения. Был сделан вы­вод: при стимуляции блуждающего нерва выделяется вещество, останавливающее сердце. Это и был ацетилхолин. Позже был от­крыт фермент, который расщеплял ацетилхолин на холин (жир) и уксусную кислоту, в результате чего прекращалось действие ме­диатора. Этим исследованием впервые была установлена точная химическая формула медиатора и последовательность событий в типичном химическом синапсе. Эта последовательность событий сводится к следующему.

Потенциал действия, пришедший по пресинаптическому во­локну к синапсу, вызывает деполяризацию, которая включает каль­циевый насос, и ионы кальция поступают в синапс; ионы каль­ция связываются белками мембраны синаптических пузырьков, что приводит к активному опорожнению (экзоцитозу) пузырьков в синаптическую щель. Молекулы медиатора связываются (узнаю­щим центром) соответствующими рецепторами постсинаптичес-кой мембраны, при этом открывается ионный канал. Через мем-

51

Часть I. Физиология головного мозга человека

брану начинает протекать ионный ток, что приводит к возникно­вению на ней постсинаптического потенциала. В зависимости от? характера открытых ионных каналов возникает возбудительный; (открываются каналы для ионов натрия и калия) или тормозной (открываются каналы лля ионов хлора) постсинаптический по­тенциал.

Ацетилхолин весьма широко распространен в живой природе. Например, он находится в стрекательных капсулах крапивы, в стре­кательных клетках кишечнополостных животных (например, пре­сноводной гидры, медузы) и пр. В нашем организме ацетилхолин выбрасывается в окончаниях двигательных нервов, управляющих мышцами, из окончаний блуждающего нерва, который управляет деятельностью сердца и других внутренних органов. Человек давно знаком с антагонистом ацетилхолина — это яд кураре, которым пользовались индейцы Южной Америки при охоте на животных. Оказалось, что кураре, попадая в кровь, вызывает обездвижива­ние животного, и оно погибает фактически от удушья, но кураре не останавливает сердце. Исследования показали, что в организме существуют два типа рецепторов к ацетилхолину: один успешно связывает никотиновую кислоту, а другой — мускарин (вещество, которое выделено из гриба рода Muscaris). На мышцах нашего тела находятся рецепторы никотинового типа к ацетилхолину, тогда как на сердечной мышце и нейронах головного мозга — рецепто­ры к ацетилхолину мускаринового типа.

В настоящее время в медицине широко применяют синтети­ческие аналоги кураре для обездвиживания больных во время слож­ных операций на внутренних органах. Применение этих средств приводит к полному параличу двигательной мускулатуры (связы­вается рецепторами никотинового типа), но не влияет на работу внутренних органов, в том числе сердца (рецепторы мускарино­вого типа). Нейроны головного мозга, возбуждаемые через муска-риновые ацетилхолиновые рецепторы, играют большую роль в про­явлении некоторых психических функций. Сейчас известно, что гибель таких нейронов приводит к старческому слабоумию (бо­лезнь Альцгеймера). Другим примером, который должен показать важность именно рецепторов никотинового типа на мышце к аце­тилхолину, может служить заболевание, называемое miastenia grevis (мышечная слабость). Это генетически наследуемая болезнь, т. е. ее происхождение связано с «поломками» генетического аппара­та, которые передаются по наследству. Заболевание проявляется в

52

^ Глава 2. Клетка — основная единица нервной ткани

возрасте ближе к половозрел ости и начинается с мышечной сла­бости, которая постепенно усиливается и захватывает все более обширные группы мышц. Причиной этого недуга оказалось то, что организм больного вырабатывает белковые молекулы, кото­рые прекрасно связываются ацетилхолиновыми рецепторами ни­котинового типа. Занимая эти рецепторы, они препятствуют свя­зыванию с ними молекул ацетилхолина, выбрасываемых из си-наптических окончаний двигательных нервов, Это и приводит к блокированию синаптического проведения к мышцам и, следо­вательно, к их параличу.

Описанный на примере ацетилхолина тип синаптической пе­редачи — не единственный в ЦНС. Второй тип синаптической пе­редачи также широко распространен, например в синапсах, в ко­торых медиаторами являются биогенные амины (дофамин, серо-тонин, адреналин и др.). В этом типе синапсов имеет место следующая последовательность событий. После того как образо­вался комплекс «молекула медиатора — рецепторный белок», ак­тивируется специальный мембранный белок (G-белок). Одна мо~ , лекула медиатора при связывании с рецептором может активиро- ,/ вать много молекул G-белка, и это усиливает эффект медиатора. Каждая активированная молекула G-белка в одних нейронах мо­жет открывать ионный канал, а в других — активировать внутри клетки синтез специальных молекул, так называемых вторичных посредников. Вторичные посредники могут запускать в клетке мно­гие биохимические реакции, связанные с синтезом, например, белка, в этом случае возникновения электрического потенциала на мембране нейрона не происходит.

Существуют и другие медиаторы. В головном мозге в качестве медиаторов «работает» целая группа веществ, которые объедине­ны под названием биогенные амины. В середине прошлого столетия английский врач Паркинсон описал болезнь, которая проявля­лась как дрожательный паралич. Это тяжелое страдание вызвано разрушением в мозге больного нейронов, которые в своих синап­сах (окончаниях) выделяют дофамин — вещество из группы био­генных аминов. Тела этих нейронов находятся в среднем мозге, образуя там скопление, которое называется черной субстанцией. Исследования последних лет показали, что дофамин в мозге мле­копитающих также имеет несколько типов рецепторов (в настоя­щее время известно шесть типов). Другое вещество из группы био­генных аминов — серотонин (другое название 5-окситриптамин) —

- - - 53

Часть I. Физиология головного мозга человека

^ Глава 2. Клетка — основная единица нервной ткани



вначале было известно как средство, приводящее к подъему крен вяного давления (сосудосуживающее). Обратите внимание, что эта) отражено в его названии. Однако оказалось, что истощение в го­ловном мозге серотонина приводит к хронической бессоннице.) В опытах на животных было установлено, что разрушение в мозго­вом стволе (задних отделах мозга) специальных ядер, которые из— вестны в анатомии как ядра шва, приводит к хронической бессон^" нице и в дальнейшем гибели этих животных. Биохимическое ис-Ц следование установило, что нейроны ядер шва содержат серотонин. У пациентов, страдающих хронической бессонницей, также обна-~ ружено снижение концентрации серотонина в мозге.

К биогенным аминам относят также адреналин и норадрена-лин, которые содержатся в синапсах нейронов автономной вегета­тивной нервной системы. Во время стресса под влиянием специ­ального гормона — адренокортикотропного (подробнее см. ниже) — из клеток коры надпочечников в кровь также выбрасываются ад­реналин и норадреналин.

^ МЕДИАТОРЫ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

Из вышеизложенного понятно, какое значение в функциях нервной системы играют медиаторы. В ответ на приход нервного импульса к синапсу происходит выброс медиатора; молекулы ме­диатора соединяются (комплементарно — как «ключ к замку») с рецепторами постсинаптической мембраны, что приводит к от­крыванию ионного канала или к активированию внутриклеточных реакций. Примеры синаптической передачи, рассмотренные выше, полностью соответствуют этой схеме. Вместе с тем благодаря ис­следованиям последних десятилетий эта довольно простая схема химической синаптической передачи значительно усложнилась. Появление иммунохимических методов позволило показать, что в одном синапсе могут сосуществовать несколько групп медиато­ров, а не один, как это предполагали раньше. Например, в одном синаптическом окончании одновременно могут находиться синап-тические пузырьки, содержащие ацетилхолин и норадреналин, которые довольно легко идентифицируются на электронных фо­тографиях (ацетилхолин содержится в прозрачных пузырьках диа­метром около 50 нм, а норадреналин — в электрон но-плотных диаметром до 200 нм). Кроме классических медиаторов, в синап-

54

тическом окончании могут находиться один или несколько ней-ропептидов. Количество веществ, содержащихся в синапсе, может доходить до 5—6 (своеобразный коктейль). Более того, медиатор-ная специфичность синапса может меняться в онтогенезе. Напри­мер, нейроны симпатических ганглиев, иннервирующие потовые железы у млекопитающих, исходно норадренергичны, но у взрос­лых животных становятся холинергичными.

В настоящее время при классификации медиаторных веществ принято выделять: первичные медиаторы, сопутствующие медиато­ры, медиаторы-модуляторы и аллостерические медиаторы. Первич­ными медиаторами считают те, которые действуют непосредственно на рецепторы постсинаптической мембраны. Сопутствующие ме­диаторы и медиаторы-модуляторы могут запускать каскад фермен­тативных реакций, которые, например, фосфорилируют рецептор для первичного медиатора. Аллостерические медиаторы могут уча­ствовать в кооперативных процессах взаимодействия с рецептора­ми первичного медиатора.

Долгое время за образец принимали синаптическую передачу по анатомическому адресу (принцип «точка — в точку»). Открытия последних десятилетий, особенно медиаторной функции нейро-пептидов, показали, что в нервной системе возможен принцип передачи и по химическому адресу. Другими словами, медиатор, выделяющийся из данного окончания, может действовать не толь­ко на «свою» постсинаптическую мембрану, но и за пределами данного синапса — на мембраны других нейронов, имеющих соот­ветствующие рецепторы. Таким образом, физиологическая реак­ция обеспечивается не точным анатомическим контактом, а нали­чием соответствующего рецептора на клетке-мишени. Собственно этот принцип был давно известен в эндокринологии, а исследова­ния последних лет нашли ему более широкое применение.

Все известные типы хеморецепторов на постсинаптической мембране разделяют на две группы. В одну группу входят рецепто­ры, в состав которых включен ионный канал, открывающийся при связывании молекул медиатора с «узнающим» центром. Рецепто­ры второй группы (метаботропные рецепторы) открывают ион­ный канал опосредованно (через цепочку биохимических реак­ций), в частности, посредством активации специальных внутри­клеточных белков.

Одними из самых распространенных являются медиаторы, при­надлежащие к группе биогенных аминов. Эта группа медиаторов достаточно надежно идентифицируется микрогистологическими

55


Часть I. Физиология головного мозга человека

^ Глава 2. Клетка — основная единица нервной ткани





Рис. 2.17. Схема норадренергических путей в головном мозге.

Основным источником норадренергических аксонов являются нейроны

голубого пятна — nucl. cereleus (указано стрелкой) и прилежащих участков

среднего мозга. Аксоны этих нейронов широко распространяются в стволе

мозга, мозжечке, конечном мозге, а также в спинном мозге

(на схеме не показано)

методами. Известны две группы биогенных аминов: катехоламины (дофамин, норадреналин и адреналин) и индоламин (серотонин). Функции биогенных аминов в организме весьма многообразны: медиаторная, гормональная, регуляция эмбриогенеза.

Основным источником норадренергических аксонов являются нейроны голубого пятна и прилежащих участков среднего мозга (рис. 2.17). Аксоны этих нейронов широко распространяются в моз­говом стволе, мозжечке, в больших полушариях. В продолговатом мозге крупное скопление норадренергических нейронов находится в вентролатеральном ядре ретикулярной формации. В промежуточном мозге (гипоталамусе) норадренергические нейроны наряду с дофа-минергическими нейронами входят в состав гипоталамо-гипофизар­ной системы. Норадренергические нейроны в большом количестве содержатся в периферической нервной системе. Их тела лежат в сим­патической цепочке и в некоторых интрамуральных ганглиях.

Дофаминергические нейроны у млекопитающих находятся пре­имущественно в среднем мозге (так называемая нигро-неостриар-ная система), а также в гипоталамической области. Дофаминовые цепи мозга млекопитающих хорошо изучены. Известны три глав­ные цепи, все они состоят из однонейронной цепочки, Тела ней­ронов находятся в мозговом стволе и отсылают аксоны в другие области головного мозга (рис. 2.18).

56



Рис. 2.18. Дофаминергические системы головного мозга:

1 — энторинальная кора; 2 — гипофиз; 3 — хвостатое ядро; 4 — фронтальная

кора; 5 — гипоталамус; 6 — медиальный пучок переднего мозга; 7 — черная

субстанция; 8 — средний мозг (покрышка); 9 — мозговой ствол

Одна цепь очень проста. Тело нейрона находится в области ги­поталамуса и отсылает короткий аксон в гипофиз. Этот путь входит в состав гипоталамо-гипофизарной системы и контролирует сис­тему эндокринных желез.

Вторая дофаминовая система также хорошо изучена. Это чер­ная субстанция, многие клетки которой содержат дофамин. Аксо­ны этих нейронов проецируются в полосатые тела. Эта система содержит примерно 3/4 дофамина головного мозга. Она имеет ре­шающее значение в регулировании тонических движений. Дефи­цит дофамина в этой системе приводит к болезни Паркинсона. Известно, что при этом заболевании происходит гибель нейронов черной субстанции. Введение L-DOPA (предшественника дофами­на) облегчает у больных некоторые симптомы заболевания.

Третья дофаминергическая система участвует в проявлении шизофрении и некоторых других психических заболеваний. Функ­ции этой системы пока изучены недостаточно, хотя сами пути хорошо известны. Тела нейронов лежат в среднем мозге рядом с черной субстанцией. Они проецируют аксоны в вышележащие структуры мозга, мозговую кору и лимбическую систему, особен­но к фронтальной коре, к септальной области и энторинальной коре. Энторинальная кора, в свою очередь, является главным ис­точником проекций к гиппокампу.

57


^ Глава 2. Клетка — основная единица нервной ткани

Часть I. Физиология головного мозга человека

Согласно дофаминовой гипотезе шизофрении, третья дофа-минергическая система при этом заболевании сверхактивна. Эти представления возникли после открытия веществ, снимающих некоторые симптомы заболевания. Например, хлорпромазин и га-лоперидол имеют разную химическую природу, но они одинаково подавляют активность дофаминергической системы мозга и прояв­ление некоторых симптомов шизофрении. У больных шизофренией, в течение года получавших эти препараты, появляются двигатель­ные нарушения, получившие название tardive dyskinesia (повторяю­щиеся причудливые движения лицевой мускулатуры, включая мус­кулатуру рта, которые больной не может контролировать).

Серотонин почти одновременно открыли в качестве сыворо­точного сосудосуживающего фактора (1948) и энтерамина, секре-тируемого энтерохромаффиновыми клетками слизистой оболочки кишечника. В 1951 г. было расшифровано химическое строение се-ротонина и он получил новое название — 5-гидрокситриптамин. В организме млекопитающих он образуется гидроксилированием аминокислоты триптофана с последующим декарбоксилировани-ем. 90% серотонина образуется в организме энтерохромаффиновы­ми клетками слизистой оболочки всего пищеварительного тракта. Внутриклеточный серотонин инактивируется моноаминоксидазой, содержащейся в митохондриях. Серотонин внеклеточного простран­ства окисляется перулоплазмином. Большая часть вырабатываемо­го серотонина связывается с кровяными пластинками и по кро­вяному руслу разносится по организму. Другая часть действует в качестве местного гормона, способствуя авторегулированию ки­шечной перистальтики, а также модулируя эпителиальную секре­цию и всасывание в кишечном тракте.

Серотонинергические нейроны широко распространены в цен­тральной нервной системе (рис. 2.19). Они обнаруживаются в со­ставе дорсального и медиального ядер шва продолговатого мозга, а также в среднем мозге и варолиевом мосту. Серотонинергические нейроны иннервируют обширные области мозга, включающие кору больших полушарий, гиппокамп, бледный шар, миндалину, об­ласть гипоталамуса. Интерес к серотонину был привлечен в связи с проблемой сна. При разрушении ядер шва животные страдали бессонницей. Сходный эффект оказывали вещества, истощающие хранилище серотонина в мозге.

Самая высокая концентрация серотонина обнаружена в эпи­физе (pineal gland). Серотонин в эпифизе превращается в мелато-нин, который участвует в пигментации кожи, а также влияет у

58



Рис. 2.19. Серотонинергические пути в головном мозге крысы (схема):

В1-В9 — группы серотонинергических нейронов в области шва, аксоны

которых проецируются в кору больших полушарий, гипоталамус и другие

структуры; 1 — медиальный пучок переднего мозга; 2 — гипоталамус;

3 — хвостатое ядро; 4 — кора; 5 — мозжечок

многих животных на активность женских гонад. Содержание как серотонина, так и мелатонина в эпифизе контролируется циклом свет—темнота через симпатическую нервную систему.

Другую группу медиаторов ЦНС составляют аминокислоты. Уже давно известно, что нервная ткань с ее высоким уровнем метабо­лизма содержит значительные концентрации целого набора ами­нокислот (перечислены в порядке убывания): глутаминовой кис­лоты, глутамина, аспарагиновой кислоты, гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК).

Глутамат в нервной ткани образуется преимущественно из глю­козы. У млекопитающих больше всего глутамата содержится в ко­нечном мозге и мозжечке, где его концентрация примерно в 2 раза выше, чем в стволе мозга и спинном мозге. В спинном мозге глута-мат распределен неравномерно: в задних рогах он находится в боль­шей концентрации, чем в передних. Глутамат является одним из самых распространенных медиаторов в ЦНС.

Постсинаптические рецепторы к глутамату классифицируют­ся в соответствии с аффинностью (сродством) к трем экзоген­ным агонистам — квисгулату, каинату и М-метил-В-аспартату (NMDA). Ионные каналы, активируемые квисгулатом и каина-том, подобны каналам, которые управляются никотиновыми ре-

59


Часть I. Физиология головного мозга человека



Рис. 2.20. Ответ постсинаптической мембраны на активацию ее глутаматом (схема):

а — при небольшой и 6 — при высокой частоте синаптической активации, В случае а глутамат (GLU) активирует как NMDA, так и квисгулатные/ каинатные (Q/K) рецепторы, открываются каналы, пропускающие ионы Na+ и К+. NMDA-каналы заблокированы Mg++. В случае 6 имеет место устойчивая деполяризация постсинаптической мембраны, ионы Mg++ покидают NMDA-каналы и они начинают пропускать ионы Са++, Na+ и К+. Деполяризация может также активировать вольтзависимые кальциевые каналы

цепторами — они пропускают смесь катионов (Na+ и К+). Стимуля­ция NMDA-рецепторов имеет сложный характер активации: ион­ный ток, который переносится не только Na+ и К+, но также Са++ при открывании ионного канала рецептора, зависит от потенциа­ла мембраны. Вольтзависимая природа этого канала определяется разной степенью его блокирования ионами Mg++ с учетом уровня мембранного потенциала. При потенциале покоя порядка —75 мВ ионы Mg*+, которые преимущественно находятся в межклеточной среде, конкурируют с ионами Са*+ и Na+ за соответствующие ка­налы мембраны (рис. 2.20). Вследствие того что ион Mg++ не может пройти через пору, канал блокируется всякий раз, как попадает туда ион Mg++. Это приводит к уменьшению времени открытого канала и проводимости мембраны. Если мембрану нейрона депо­ляризовать, то количество ионов Mg*+, которые закрывают ион­ный канал, снижается и через канал беспрепятственно могут про­ходить ионы Са*+, Na+ и К+. При редких стимуляциях (потенциал покоя изменяется мало) глутаматергического рецептора ВПСП

60

^ Глава 2. Клетка — основная единица нервной ткани

возникает преимущественно за счет активации квисгулатных и каинатных рецепторов; вклад NMDA-рецепторов незначителен. При длительной деполяризации мембраны (ритмическая стимуляция) магниевый блок удаляется и NMDA-каналы начинают проводить ионы Са++, Na+ и К+. Ионы Са++ через вторичные посредники мо­гут потенцировать (усиливать) минПСП, что может привести, например, к длительному увеличению синаптической проводимо­сти, сохраняющейся часами и даже сутками.

Из тормозных медиаторов ГАМК является самой распростра­ненной в ЦНС. Она синтезируется из L-глутаминовой кислоты в одну стадию ферментом декарбоксилазой, наличие которой явля­ется лимитирующим фактором этого медиатора. Известно два типа ГАМК-рецепторов на постсинаптической мембране: ГАМКА (от­крывает каналы для ионов хлора) и ГАМКБ (открывает в зависи­мости от типа клетки каналы для К+ или Са+*). На рис. 2.21 показа­на схема ГАМК-рецептора. Интересно, что в его состав входит бензодиазипиновый рецептор, наличием которого объясняют дей­ствие так называемых малых (дневных) транквилизаторов (седуксе­на, тазепама и др.). Прекращение действия медиатора в ГАМК-си-напсах происходит по принципу обратного всасывания (молекулы медиатора специальным механизмом поглощаются из синаптичес­кой щели в цитоплазму нейрона). Из антагонистов ГАМК хорошо известен бикукулин. Он хорошо проходит через гематоэнцефали-ческий барьер, оказывает сильное воздействие на организм даже в малых дозах, вызывая конвульсии и смерть. ГАМК обнаруживает­ся в ряде нейронов мозжечка (в клетках Пуркинье, клетках Гольд-жи, корзинчатых клетках), гиппокампа (в корзинчатых клетках), в обонятельной луковице и черной субстанции.

Идентификация ГАМК-цепей мозга трудна, так как ГАМК — обычный участник метаболизма в ряде тканей организма. Метабо­лическая ГАМК не используется как медиатор, хотя в химическом отношении их молекулы одинаковы. ГАМК определяется по фер­менту де карбоксил азе. Метод основан на получении у животных антител к декарбоксилазе (антитела экстрагируют, метят и вводят в мозг, где они связываются с декарбоксилазой).

Другим известным тормозным медиатором является глицин. Гли-цинергические нейроны находятся главным образом в спинном и продолговатом мозге. Считают, что эти клетки выполняют роль тормозных интернейронов.

Ацетилхолин — один из первых изученных медиаторов. Он чрезвычайно широко распространен в периферической нервной

61

Часть I. Физиология головного мозга человека

^ Глава 2. Клетка — основная единица нервной ткани





Рис. 2.21. Схема рецептора постсинаптической мембраны к ГАМК

вместе с бензодиазипиновым рецептором. Активация бензодиазипинового рецептора открывает хлорный канал:

1 — бензодиазипиновый рецептор; 2 — хлорный канал; 3 — глиальная клетка;

4, 9 — ГАМК; 5 — митохондрия; 6 — глютаминовая кислота; 7 — глютаматде-

карбоксилаза; 8 — синаптический пузырек; 10 — субсинаптическая мембрана;

11 — ГАМК-рецептор; 12 — ГАМК-модулин

системе. Примером могут служить мотонейроны спинного мозга и нейроны ядер черепных нервов. Как правило, холинергические цепи в мозге определяют по присутствию фермента холинэстеразы. В го­ловном мозге тела холинергических нейронов находятся в ядре перегородки, ядре диагонального пучка (Брока) и базальных яд­рах. Нейроанатомы считают, что эти группы нейронов формируют фактически одну популяцию холинергических нейронов: ядро пе­реднего мозга, nucleus basalis (оно расположено в базальной части переднего мозга) (рис. 2.22). Аксоны соответствующих нейронов проецируются к структурам переднего мозга, особенно в новую кору и гиппокамп. Здесь встречаются оба типа ацетилхолиновых рецепторов (мускариновые и никотиновые), хотя считается, что мускариновые рецепторы доминируют в более рострально распо­ложенных мозговых структурах. По данным последних лет склады­вается впечатление, что ацетилхолиновая система играет большую

62



Рис. 2.22. Ацетилхолинергические пути в головном мозге (схема):

1 — гиппокамп; 2 — базальное ядро; 3 — фронтальная кора; 4 — теменная кора; 5 — затылочная кора

роль в процессах, связанных с высшими интегративными функ­циями, которые требуют участия памяти. Например, показано, что в мозге больных, умерших от болезни Альцгеймера, наблюдается массивная утрата холинергических нейронов в nucleus basalis.

^ ОПИАТНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ И ОПИОИДЫ МОЗГА

Морфин и кодеин — два активных ингредиента морфия. Мор­фин был очищен в XIX веке и стал широко применяться в медици­не. Механизм действия морфина на мозг довольно хорошо изучен благодаря тому, что было синтезировано вещество налоксон, кото­рое является специфическим антагонистом морфина. Сам по себе налоксон неактивен, но действие введенного на его фоне морфина не проявляется. То, что налоксон имеет химическую структуру, по­хожую на морфин, и является его специфическим антагонистом, предполагает наличие на мембране специфических для морфина ре­цепторов. Использование меченого налоксона показало его специ­фическое связывание на рецепторах нейронов областей мозга, име­ющих отношение к боли. Из мозга голубей было выделено вещество, получившее название энкефалин (т. е. морфин мозга), обладающее

63

Часть I. Физиология головного мозга человека

свойством морфина. В дальнейшем были открыты другие опиоиды мозга. Эту группу веществ в целом называют эндорфинами.

В настоящее время установлено, что синтез нейропептидов со­стоит в образовании относительно больших пептидов-предшествен­ников, из которых после завершения трансляции выщепляются протеазами соответствующие нейропептиды. В состав такого пеп­тида-предшественника входят обычно несколько последователь­ностей нейропептидов, а также так называемая сигнальная после­довательность, способствующая миграции предшественника в ци­топлазме клетки, после того как его синтез закончился на мембранах эндоплазматического ретикулума. В настоящее время известны сле­дующие нейропептиды: 1) опиоидные пептиды — энкефалины, эндорфины, динорфины; 2) тахикинины — вещество Р, нейро-кинин А, нейромедин К; 3) нейротензин; 4) вазоактивный инте-стинальный полипептид; 5) соматостатин; 6) холицистокинин; 7) нейропептид Y; 8) гастрин; 9) вазопрессин; 10) окситоцин; 11) бомбезин; 12) тиротропин; 13) ангиотензин.

Вопросы

Основные органеллы клетки.

Генотип и фенотип организма.

Какие отростки имеет нейрон?

Какова функция глиальных клеток?

Потенциал покоя и потенциал действия — ионные механизмы.

Последовательность событий в синаптическом проведении.

Медиаторы и их распространение в центральной нервной системе,

Литература

Корочкин Л. И. Биология индивидуального развития. М: Изд-во Моск. ун-та, 2002.

Нейрохимия/Поц ред. И. П. Ашмарина и П. В. Стукаловой. М.: Изд-во Ин-та биомедицинской химии РАМН РФ, 1996.

Николе Дж. Г., Мартин А. Р., Воллас Б. Дж,, Фукс П. А. От нейрона к мозгу. М.: Изд-во Едиториал УРСС, 2003.

Равач-Щербо И. В., Марютина Т. М., Григоренко Е. Л. Психогенетика: Учебник для вузов. М.: Аспект Пресс, 2004. С. 242.

Ходжкин А. Нервный импульс. М.: ИЛ, 1965.

Шульговский В. В. Физиология высшей нервной деятельности с осно­вами нейробиологии. М.: Академия, 2003.

ЭкклсДж. Физиология синапсов. М.: Мир, 1966.





^ АКТИВИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОЗГА

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СНА

Природа сна постоянно интересует врачей, ученых разных специальностей — биологов, психологов, философов, да и про­стых людей. Величайшие мыслители уже давно обсуждали эту про­блему. Великий врач древности Гиппократ полагал, что сон воз­никает в результате оттока крови и тепла во внутренние области тела. Другой великий античный ученый Аристотель (384—322 гг. до н. э.) объяснял сон тем, что пары, возникающие при перева­ривании пиши в желудке, разносятся по всему телу через гуморы (жидкости), вызывая сон. Это объяснение владело умами евро­пейских ученых и принималось на веру почти две тысячи лет.

Несмотря на то что все высшие позвоночные животные спят, а человек проводит во сне не менее трети своей жизни, природа и назначение этого состояния оставались неизвестными на протя­жении веков. Хорошо известна была лишь витальная (жизненная, от лат. vita — жизнь) необходимость сна. Сон улучшает настрое­ние, память, восстанавливает работоспособность человека. Пси­хиатры всегда подчеркивали, что расстройство сна нередко явля­ется первым симптомом (признаком) психического заболевания. Современное состояние этой проблемы определяется открытия­ми в науке начала XX в. В свою очередь, эти открытия стали воз­можны благодаря созданию новых методов исследования. Прежде всего, это методы полиграфической регистрации физиологических процессов во время сна (т.е. одновременной регистрации несколь­ких физиологических функций — работы сердца, дыхания, мозга). Большую роль сыграли также методы биохимического анализа био­логически активных веществ, участвующих в процессах сна, и, на­конец, психологические исследования, благодаря которым стре-

65

5 - 6665

Часть I. Физиология головного мозга человека

Глава 3. Активирующие системы мозга