Химический синапс

Условиями функционирования Х.С.является следующее:

1. Медиатор выделяется при возбуждении;

2. Должен прийти стимул – эффект возбуждения;

3. Блокаторы синаптической передачи должны быть активны;

4. Должно быть метаболическое обеспечение медиатора.

Электрические явления в Х.С.:

1. В состояние покоя регистрируется миниатюрный потенциал концевой пластинки (МПКП) – электрический эквивалент выделения в синаптическую щель спонтанного выделения 1 кванта медиатора. МКПК = 0,4-0,6мВ. Зона действия несколько каналов.

2. При стимуляция нейрона 30-50 Гц регистрируется ответ -50мв -потенциал концевой пластинки (ПКП). Он соответствует критическому уровню деполяризации скелетного мышечного волокна.

Квантово-везикулярная теория(Katz, Melodi).

Пусть m – квантовый состав ПКП; n – величина одного кванта; р – вероятность выделения кванта (m = pn); где m – целое случайное число и различие между ответами кратно n.

Для параметров n > 400 и р < 0,25 эта теория верна. В ответ на изменения пресинаптического потенциала возникает кривая Ленгмюра зависимости от ПКП (Рис.).

Как уже ранее утверждалось, основным электрофизиологическим отличием Х.С. от Э.С. является то, что амплитуда ПКП зависит от V_m скелетной мышцы. Причины такой зависимости в следующем.

1. Исходно амплитуда ПКП всегда на 10-20 мВ ниже ПД мышц. Причиной является постоянный шунт сопротивления мембраны КП, развивающийся под действием на нее нейромедиатора ацетилхолина (АХ). В результате высвобождения АХ в синаптическую щель снижается сопротивление постсинаптической мембраны в 1000 раз.

2. Мембраны КП и мышечного волокна по сути одна электрофизиологическая структура (Рис.).

Если ключ К разомкнут, то регистрируется ПП мышцы (-80мВ). Замыкание К увеличивает проницаемость постсинаптической мембраны. Если е > Е, то замыкание ключа вызывает ток в цепи е ¹ Е (е » -15-0мВ). Ток бежит по первому пути и начинается деполяризация постсинаптической мембраны до уровня:

,

где g и G –проницаемости мембран КП и мышечного волокна, соответственно. Естественно, чем ниже Е, тем выше V (отличие химического синапса).

В итоге:

1. При е = Е, ПКП = 0, уровень потенциала реверсии;

2. Если е < Е, ПКП меняет свой знак и наступает гиперполяризация постсинаптической мембраны – торможение передачи возбуждения на мышцу;

3. Так как присутствие С_м – шунтирует V, и V_m не будет совпадать с развитием постсинаптического мембранного потенциала (ПКП), спад ПКП относительно спада (тока ТКП) концевой пластинки запаздывает и ТКП является характеристикой действия медиатора.

4. Е = е при потенциале реверсии (j_{реверсии} при Е_р@ -15мВ). При этом уровне ПКП тока после действия медиатора не будет.

5. Величина потенциала реверсии рассчитывается по формуле:

,

где: Е_р^Na и Е_р^К –равновесные потенциалы для ионов натрия и калия, соответственно.

6. Нейромедиатор (АХ) одновременно увеличивает проницаемость для Na⁺ и К⁺:

=const на всем протяжении мембраны в сфере действия нейромедиатора.

Уравнение Takeuchi. Если величина потенциала постсинаптической мембраны зависит только от количества медиатора, то потенциал реверсии будет равен:

где: обозначения соответствующих величин концентраций, проводимости и констант объяснялись выше.

Основные положения о судьбе медиатора в химическом синапсе (Шеррингтон, 1897 г.)

1. В холинэргическом синапсе производится и утилизируется при действии одного импульса 2-200т. молекул ацетилхолина (АХ). Возникает вопрос: «Откуда они берутся?».

2. Тем боле, что амплитуда МПКП определяется: размерами кванта медиатора, объёмом диффузионного пространства, плотностью рецепторов в постсинаптической мембране, активность фермента расщепляющего АХ –ацетилхолинэстеразой (АХЭ), входным сопротивлением мембраны КП.

3. Оказывается, до взаимодействия с КП медиатор претерпевает достаточно сложные изменения:

А) Синтез и загрузку в везикулы (перикарион, тело нейрона);

Б) Аксональный транспорт;

В) Слияние везикулы с пресинаптической мембраной и высвобождение медиатора в синаптическую щель;

Г) Диффузия через синаптическую щель;

Д)Узнавание, взаимодействие с рецепторами постсинаптической мембраны, изменение проницаемости ионов КП;

Е) Расщепление АХЭ АХ.

Ж) Ресинтез ацетилхолина связан с активностью АцетилКоА, гликолизом холина из фосфотидилхолина:

АцетилКоА + холин – АХ (тело нейрона).

З) Загрузка синаптических пузырьков – это активный транспорт. Концентрация АХ в них больше 5мМ.

И) Диффузия АХ от тела нейрона по аксону к месту высвобождения происходит с помощью олигосахаридного матрикса.

Й) Высвобождение нейромедиатора связано с ионами кальция. Считают, что везикула его высвобождает прямо в синаптическую щель.