Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе

Теперь, когда мы с Вами уже узнали, как работает нейрон, что такое синапс и как нервный импульс передаётся от одного нейрона к другому, что такое нейромедиатор и что такое нейролептики, давайте попробуем прояснить для себя ещё одну тему.

Тема одна, а вопросов много. Адреналин – это что, нейромедиатор или гормон? И почему его используют как антидот (противоядие)? В чём разница между дофамином-нейромедиатором и дофамином-гормоном? Если наш ГЭБ так эффективен, то как действуют нервнопаралитические яды? И самый интересный вопрос – как же работает анестезия?

Нейромедиаторы и гормоны

Ионные каналы мембраны – это шлюзы клетки. Их важнейшее свойство состоит, пожалуй, в том, что они открываются и закрываются, регулируя тем самым движение ионов. Но оказывается, процесс открывания и закрывания так называемый «воротный» механизм, управляем. Он жёстко регулируется тремя факторами: 1) присоединением внутриклеточных или наружных химических веществ, 2) механическим напряжением мембраны и 3) изменением разности потенциалов на клеточной мембране.

Общепризнанно, что большинство нервных клеток общаются друг с другом с помощью химических посредников, известных как нейромедиаторы.

Нейромедиаторы (нейротрансмиттеры, посредники, «медиаторы») – биологически активные химические вещества, посредством которых осуществляется передача электрохимического импульса через синаптическое пространство между нейронами, а также, например, от нейронов к мышечной ткани или железистым клеткам.

Рассмотрим, как это работает на примере передачи команды от нейрона к мышце. Когда нервный импульс достигает нервного окончания, под его воздействием открываются кальциевые каналы и впускают поток ионов кальция в клетку. Это заставляет синаптические везикулы1, наполненные нейромедиатором ацетилхолином2, двигаться в направлении мембраны, сливаться с ней и выбрасывать содержимое в синаптическую щель. Ацетилхолин затем проникает через щель и присоединяется к белкам-рецепторам на мембране мышечного волокна. Присоединение нейромедиатора открывает ионный канал в мембране мышцы, позволяя ионам Na+ входить в клетку. Ионы натрия вызывают изменение электрического потенциала на мембране, что инициирует нервный импульс в мышечном волокне. В мышечной клетке такой импульс вызывает сокращение.

Таким образом, электрический сигнал передаётся от нерва к мышце с помощью химического посредника – ацетилхолина.

1 Синаптические везикулы (или синаптические пузырьки) находятся в пресинаптических границах в нейронах и накапливают нейромедиаторы.

2 Ацетилхолин (лат. Acetylcholinum), сокр. АЦХ – первый открытый нейромедиатор, осуществляющий нервно-мышечную передачу, а также основной нейромедиатор в парасимпатической нервной системе. В организме очень быстро разрушается специализированным ферментом – ацетилхолинэстеразой. Играет важнейшую роль в таких процессах, как память и обучение.

Современные представления о механизмах передачи возбуждения в синапсе:

В зависимости от того, для каких ионов изменяется проницаемость мембран, возможны два варианта постсинаптических потенциалов – возбуждающий (ВПСП) и тормозной (ТПСП).

Возникновение ВПСП основано на повышении проницаемости мембраны для ионов Nа⁺, а ТПСП – для ионов К⁺ и Cl^-. Характер активности тех или иных каналов определяется химической структурой медиатора, особенностью рецепторного образования, а также связанного с ним вторичного посредника.

Провзаимодействовав с клеткой-мишенью, медиатор должен быть удалён с мембраны. Это осуществляется ферментами, находящимися в синапсе. Ацетилхолин расщепляется ферментом ацетилхолинэстеразой (АХЭ). Для адреналина и норадреналина – такими ферментами являются катехол-окси-метилтрансфераза (КОМТ) и моноаминоксидаза (МАО). Продукты расщепления медиаторов далее либо транспортируются в пресинаптическую область для последующего ресинтеза медиатора, либо просто удаляются из околосинаптической области.

Но что произойдёт с передачей импульсов через синапс, если выделенный нейромедиатор не сработает? Или другой вариант – он сработает, но не будет удалён из околосинаптической области? Рассмотрим эти случаи по порядку.

Если нейромедиатор не срабатывает, то не происходит и передача возбуждения к мышце. Это называется паралич. Как этого добиться? Надо доставить в межклеточное пространство, химическое соединение, которое бы нейтрализовало выделяемые нейронами медиаторы. И такое вполне возможно, природа сама об этом позаботилась. Вещества, которые оказывают такое действие на нервную систему называются ядами. Именно так действует яд кураре, который южноамериканские индейцы наносят на стрелы. Он присоединяется к ионным каналам, участвующим в процессе передачи импульсов в нервных и мышечных волокнах, и блокирует действие естественного медиатора, вызывая паралич.

Второй случай, когда, например, нейромедиатор не удаляется из околосинаптической области. Это приведёт к перевозбуждению постсинаптической мембраны, мышца будет непрерывно возбуждаться. Так действуют боевые отравляющие вещества нервнопаралитического действия, например, Зарин.

В общем, яды воздействуют на активность каналов, присоединяясь к тому же участку, что и естественный медиатор, и блокируя или имитируя действие этого медиатора.

Логика подобного механизма управления каналами лежит в основе действия многих лекарственных препаратов.

Но мы не рассмотрели ещё один способ повлиять на проводимость нервных импульсов через синапс – препятствовать поступлению Са⁺ в пресинаптическую мембрану. Это должно блокировать прохождение нервного импульса и предотвратить выброс нейромедиатора из везикул нервного окончания. Такой метод широко используется в медицине при местной анестезии. Местные анестетики даже называют «стабилизаторами мембраны». Они действуют на все нервные волокна: чувствительные, двигательные, вегетативные. Первыми реагируют на них волокна меньшего диаметра, затем более крупные. Чувствительность выключается в следующем порядке: болевая, вкусовая, температурная, тактильная.

Со временем выяснилось, что существуют сотни различных медиаторов и каждому конкретному получателю нервного импульса – мышце, железе или другому нейрону присущи свойственные только им нейромедиаторы, а другие игнорируются.

Вероятно, система так защищается от ложных срабатываний. А нейромедиатор далеко из синапса не уходит и быстренько дезактивируется.

Химические соединения, которое при взаимодействии с рецептором изменяют его состояние, приводя к биологическому отклику называют агонистами. Обычные агонисты увеличивают отклик рецептора, обратные агонисты уменьшают его, а антагонисты блокируют действие рецептора.

Агонисты могут быть эндогенными, например, гормоны и нейротрансмиттеры, или экзогенными – лекарства. Эндогенные агонисты в норме производятся внутри организма и опосредуют функцию рецептора. К примеру, дофамин является эндогенным агонистом дофаминовых рецепторов.

Эндокринная система и гормоны

Как прекрасно действуют яды! А почему природа не использует этот механизм в полезных целях? Ещё как использует!

Применение химических веществ для передачи информации от одной клетки к другой не ограничивается нервной системой. Химические мессенджеры широкого действия, известные как гормоны, передают информацию между клетками нашего организма, которые расположены на довольно большом расстоянии. Множество разных гормонов постоянно циркулируют в организме, влияя на наше настроение, поддерживая водно-солевой баланс, стимулируя рост клеток, настраивая нас на борьбу со стрессами и даже регулируя секрецию других гормонов. Возможно, что в процессе эволюции нервы просто адаптировали эту универсальную химическую сигнальную систему для своих целей.

Гормоны – биологически активные вещества, они вырабатываются в специализированных клетках желёз внутренней секреции (эндокринные железы), поступают в кровь, связываются с рецепторами клеток-мишеней и оказывают регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции. Гормоны являются гуморальными —переносимыми с кровью – регуляторами определённых процессов в различных о́рганах.

Гормоны оказывают дистантное действие: попадая с током крови в различные органы и системы организма, они регулируют деятельность о́ргана, расположенного вдали от синтезирующей их железы, при этом даже очень малое количество гормонов способно вызвать значительные изменения деятельности о́ргана.

Однако нервная система не полностью устраняется из процесса регулирования. В целом происходит это так. Внешние или внутренние раздражители того или иного рода воздействуют на рецепторы организма и порождают в них импульсы, поступающие сначала в центральную нервную систему, а затем в гипоталамус.

В данном отделе мозга вырабатываются первичные активные вещества удалённого гормонального действия – так называемые рилизинг-факторы, которые, в свою очередь, направляются к гипофизу.

Под действием рилизинг-факторов либо ускоряется, либо замедляется выработка и выделение тропных гормонов гипофиза. Последние, попав в кровь и достигнув с ней конкретной эндокринной железы, оказывают влияние на синтез требуемого гормона.

На последнем этапе процесса гормон доставляется по системе кровообращения к тем или иным о́рганам либо тканям (т. н. «мишеням») и вызывает определённые ответные реакции в организме, будь они физиологическими или, к примеру, химическими.

Заключительный этап, связанный с воздействием гормонов на обмен веществ внутри клетки, в течение довольно продолжительного времени являлся наименее изученным из всех составляющих вышеописанного процесса. Ныне известно, что в соответствующих тканях-мишенях имеются специфические химические структуры с участками, предназначенными для связывания гормонов – так называемые гормональные рецепторы.

Связывание гормонов рецепторами вызывает определённые биохимические реакции, за счёт чего, собственно, и реализуется итоговый эффект гормона.

Описанный нами выше механизм регулирования через гормоны осуществляет эндокринная система.