Mediátory nervového systému a ich funkčný význam. Mediátory nervového systému (neurotransmitery)

Mediátory (z lat. mediátor - sprostredkovateľ) sú látky, prostredníctvom ktorých sa vzruch prenáša z nervu do orgánov az jedného neurónu do druhého.

Systematické štúdie chemických mediátorov nervového vplyvu (nervových impulzov) začali klasickými experimentmi Levyho (O. Loewi).

Následné štúdie potvrdili výsledky Levyho experimentov na srdci a ukázali, že nielen v srdci, ale aj v iných orgánoch, parasympatické nervy uplatňujú svoj vplyv cez mediátor acetylcholín (pozri) a sympatické nervy cez mediátor norepinefrín. Ďalej sa zistilo, že somatický nervový systém prenáša svoje impulzy do kostrových svalov za účasti mediátora acetylcholínu.

Prostredníctvom mediátorov sa nervové impulzy prenášajú aj z jedného neurónu do druhého v periférnych gangliách a centrálnom nervovom systéme.
Dale (N. Dale) na základe chemickej povahy mediátora rozdeľuje nervový systém na cholinergný (s mediátorom acetylcholínom) a adrenergný (s mediátorom noradrenalínom). Cholinergné zahŕňajú postgangliové parasympatické nervy, pregangliové parasympatické a sympatické nervy a motorické nervy kostrových svalov; na adrenergné - väčšina postgangliových sympatických nervov. Zdá sa, že sympatické vazodilatačné nervy a nervy potných žliaz patria do cholinergnej skupiny. V CNS sa nachádzajú cholinergné aj adrenergné neuróny.

Naďalej sa intenzívne skúmajú otázky: je nervový systém obmedzený vo svojej činnosti len na dvoch chemických poslov – acetylcholín a norepinefrín; aké mediátory určujú vývoj procesu inhibície. Pokiaľ ide o periférnu časť sympatického nervového systému, existujú dôkazy, že inhibičný účinok na činnosť orgánov sa uskutočňuje prostredníctvom adrenalínu (pozri) a stimulačný účinok je prostredníctvom noradrenalínu. Florey (E. Florey) extrahoval z centrálneho nervového systému cicavcov inhibičnú látku, ktorú nazval faktor J, ktorá pravdepodobne obsahuje inhibičný transmiter. Faktor J sa nachádza v sivej hmote mozgu, v centrách spojených s koreláciou a integráciou motorických funkcií. Je identická s kyselinou aminohydroxymaslovou. Pri aplikácii faktora J do miechy vzniká inhibícia reflexných reakcií, blokujú sa najmä šľachové reflexy.

V niektorých synapsiách u bezstavovcov hrá kyselina gama-aminomaslová úlohu inhibičného transmitera.

Niektorí autori sa snažia pripísať serotonínu funkciu mediátora. Koncentrácia serotonínu je vysoká v hypotalame, strednom mozgu a sivej hmote miechy, nižšia v mozgových hemisférach, mozočku, dorzálnych a ventrálnych koreňoch. Distribúcia serotonínu v nervovom systéme sa zhoduje s distribúciou norepinefrínu a adrenalínu.

Prítomnosť serotonínu v častiach nervového systému, ktorým chýbajú nervové bunky, však naznačuje, že táto látka nesúvisí s funkciou neurotransmiterov.

Mediátory sú syntetizované hlavne v tele neurónov, aj keď mnohí autori uznávajú možnosť dodatočnej syntézy mediátorov v axonálnych zakončeniach. Mediátor syntetizovaný v tele nervovej bunky je transportovaný pozdĺž axónu k jeho zakončeniam, kde mediátor vykonáva svoju hlavnú funkciu prenosu vzruchu na efektorový orgán. Spolu s transmiterom sú pozdĺž axónu transportované aj enzýmy, ktoré zabezpečujú jeho syntézu (napríklad cholínacetyláza, ktorá syntetizuje acetylcholín). Vysielač, uvoľnený v presynaptických nervových zakončeniach, difunduje cez synaptický priestor k postsynaptickej membráne, na ktorej povrchu sa spája so špecifickou chemoreceptívnou látkou, ktorá má buď excitačný (depolarizačný) alebo inhibičný (hyperpolarizačný) účinok na membránu postsynaptická bunka (pozri Synapse). Tu je mediátor zničený pod vplyvom vhodných enzýmov. Acetylcholín je štiepený cholínesterázou, norepinefrínom a adrenalínom - hlavne monoaminooxidázou.

Tieto enzýmy teda regulujú trvanie účinku mediátora a stupeň jeho distribúcie do susedných štruktúr.

Pozri tiež Arousal, Neurohumorálna regulácia.

Synapse

Ako sa prenáša vzruch z jedného neurónu na druhý alebo z neurónu napríklad do svalového vlákna? Tento problém zaujíma nielen profesionálnych neurovedcov, ale aj lekárov, najmä farmakológov. Znalosť biologických mechanizmov je nevyhnutná pre liečbu niektorých ochorení, ako aj pre tvorbu nových liečiv a liečiv. Faktom je, že jedným z hlavných miest vplyvu týchto látok na ľudské telo je miesto prenosu excitácie z jedného neurónu do druhého (alebo do inej bunky, napríklad bunky srdcového svalu, steny krvných ciev, atď.). atď.). Axón neurónu smeruje k inému neurónu a vytvára na ňom kontakt, ktorý je tzv synapsia(preložené z gréčtiny - kontakt; pozri obr. 2.3). Je to synapsia, ktorá skrýva mnohé tajomstvá mozgu. Porušenie tohto kontaktu napríklad látkami, ktoré blokujú jeho činnosť, má pre človeka ťažké následky. Toto je miesto pôsobenia lieku. Príklady budú uvedené nižšie, ale teraz sa pozrime na to, ako je synapsia štruktúrovaná a ako funguje.

Ťažkosti tejto štúdie sú dané skutočnosťou, že samotná synapsia je veľmi malá (jej priemer nie je väčší ako 1 mikrón). Jeden neurón prijíma takéto kontakty spravidla od niekoľkých tisíc (3 - 10 tisíc) iných neurónov. Každá synapsia je bezpečne uzavretá špeciálnymi gliovými bunkami, takže je veľmi ťažké ju študovať. Na obr. Obrázok 2.12 ukazuje schému synapsie, ako si ju predstavuje moderná veda. Napriek svojej miniatúrnej veľkosti je jej štruktúra veľmi zložitá. Jednou z jeho hlavných zložiek je bubliny, ktoré sa nachádzajú vo vnútri synapsie. Tieto vezikuly obsahujú biologicky veľmi aktívnu látku tzv neurotransmiter alebo sprostredkovateľ(vysielač).

Pripomeňme si, že nervový impulz (vzruch) postupuje po vlákne obrovskou rýchlosťou a približuje sa k synapsii. Tento akčný potenciál spôsobuje depolarizáciu membrány synapsie (obr. 2.13), ktorá však nevedie k vytvoreniu novej excitácie (akčného potenciálu), ale spôsobuje otvorenie špeciálnych iónových kanálov, ktoré ešte nepoznáme. Tieto kanály umožňujú prechod iónov vápnika do synapsie. Vápnikové ióny hrajú veľmi dôležitú úlohu vo fungovaní tela. Špeciálna endokrinná žľaza, prištítna žľaza (umiestnená na vrchu štítnej žľazy), reguluje hladinu vápnika v tele. Mnohé choroby sú spojené so zhoršeným metabolizmom vápnika v tele. Napríklad jeho nedostatok vedie u malých detí k krivici.

Ako sa vápnik podieľa na funkcii synapsie? Akonáhle je vápnik v cytoplazme synaptického terminálu, viaže sa s proteínmi, ktoré tvoria membránu vezikúl, v ktorých je uložený mediátor. Nakoniec sa membrány synaptických vezikúl stiahnu a vytlačia ich obsah do synaptickej štrbiny. Tento proces je veľmi podobný kontrakcii svalových vlákien vo svale, v každom prípade tieto dva procesy majú rovnaký mechanizmus na molekulárnej úrovni. Väzba vápnika proteínmi obalu vezikuly teda spôsobí jeho kontrakciu a obsah vezikuly sa vstrekne (exocytóza) do štrbiny, ktorá oddeľuje membránu jedného neurónu od membrány druhého. Táto medzera sa nazýva synoptická medzera. Z popisu by malo byť jasné, že excitácia (elektrický akčný potenciál) neurónu na synapsii sa mení z elektrického impulzu na chemický impulz. Inými slovami, každá excitácia neurónu je sprevádzaná uvoľnením časti biologicky aktívnej látky – mediátora – na konci jeho axónu. Ďalej sa molekuly mediátora viažu na špeciálne proteínové molekuly, ktoré sa nachádzajú na membráne iného neurónu. Tieto molekuly sa nazývajú receptory. Receptory sú jedinečne navrhnuté a viažu iba jeden typ molekuly. Niektoré popisy uvádzajú, že sa hodia ako „kľúč k zámku“ (kľúč pasuje iba do vlastného zámku).

Receptor pozostáva z dvoch častí. Jeden môže byť nazývaný „rozpoznávacie centrum“, druhý - „iónový kanál“. Ak molekuly mediátora obsadia určité miesta (rozpoznávacie centrum) na molekule receptora, potom sa iónový kanál otvorí a ióny začnú vstupovať do bunky (sodíkové ióny) alebo vystupovať (draselné ióny) z bunky. Inými slovami, cez membránu preteká iónový prúd, ktorý spôsobuje zmenu potenciálu cez membránu. Tento potenciál je tzv postsynaptický potenciál(obr. 2.13). Veľmi dôležitou vlastnosťou opísaných iónových kanálov je, že počet otvorených kanálov je určený počtom naviazaných vysielacích molekúl a nie potenciálom na membráne, ako je to v prípade elektricky excitovateľnej membrány nervového vlákna. Postsynaptické potenciály majú teda vlastnosť postupnosti: amplitúda potenciálu je určená počtom molekúl mediátorov spojených s receptormi. Vďaka tejto závislosti sa potenciálna amplitúda na membráne neurónu vyvíja úmerne k počtu otvorených kanálov.

Na membráne jedného neurónu môžu byť súčasne prítomné dva typy synapsií: brzda A vzrušujúce. Všetko je určené štruktúrou membránového iónového kanála. Membrána excitačných synapsií umožňuje priechod sodíkových aj draselných iónov. V tomto prípade je membrána neurónu depolarizovaná. Membrána inhibičných synapsií prepúšťa iba ióny chlóru a hyperpolarizuje sa. Je zrejmé, že ak je neurón inhibovaný, zvyšuje sa membránový potenciál (hyperpolarizácia). Neurón sa teda vplyvom zodpovedajúcich synapsií môže excitovať alebo zastaviť excitáciu alebo spomaliť. Všetky tieto udalosti sa vyskytujú na soma a početných procesoch neurónového dendritu, ktorý obsahuje až niekoľko tisíc inhibičných a excitačných synapsií.

Ako príklad sa pozrime na to, ako sprostredkovateľ tzv acetylcholín. Tento prenášač je široko distribuovaný v mozgu a v periférnych zakončeniach nervových vlákien. Napríklad motorické impulzy, ktoré pozdĺž zodpovedajúcich nervov vedú ku kontrakcii svalov nášho tela, pôsobia s acetylcholínom. Acetylcholín objavil v 30. rokoch rakúsky vedec O. Levy. Experiment bol veľmi jednoduchý: izolovali srdce žaby s blúdivým nervom, ktorý sa k nemu pripojil. Bolo známe, že elektrická stimulácia blúdivého nervu vedie k spomaleniu srdcových kontrakcií až do úplného zastavenia. O. Levy stimuloval blúdivý nerv, dosiahol účinok zastavenia srdca a odobral zo srdca trochu krvi. Ukázalo sa, že ak sa táto krv pridá do komory bijúceho srdca, spomalí to jeho kontrakcie. Bol vyvodený záver, že pri stimulácii blúdivého nervu sa uvoľňuje látka, ktorá zastaví srdce. Bol to acetylcholín. Neskôr bol objavený enzým, ktorý štiepi acetylcholín na cholín (tuk) a kyselinu octovú, v dôsledku čoho účinok mediátora prestal. Táto štúdia bola prvou, ktorá stanovila presný chemický vzorec vysielača a postupnosť udalostí v typickej chemickej synapsii. Tento sled udalostí sa scvrkáva na nasledovné.

Akčný potenciál prichádzajúci pozdĺž presynaptického vlákna k synapsii spôsobí depolarizáciu, ktorá zapne vápnikovú pumpu a ióny vápnika vstúpia do synapsie; Vápnikové ióny sú viazané membránovými proteínmi synaptických vezikúl, čo vedie k aktívnemu vyprázdňovaniu (exocytóze) vezikúl do synaptickej štrbiny. Molekuly mediátora sa viažu (prostredníctvom rozpoznávacieho centra) na zodpovedajúce receptory postsynaptickej membrány a iónový kanál sa otvára. Cez membránu začne pretekať iónový prúd, čo vedie k vzniku postsynaptického potenciálu na nej. V závislosti od povahy otvorených iónových kanálov vzniká excitačný (kanály pre sodíkové a draselné ióny otvorené) alebo inhibičný (otvorené kanály pre chloridové ióny) postsynaptický potenciál.

Acetylcholín je v živej prírode veľmi rozšírený. Nachádza sa napríklad v žihľavových tobolkách, v žihľavových bunkách koelenterátov (napríklad sladkovodná hydra, medúza) atď.V našom tele sa acetylcholín uvoľňuje na zakončeniach motorických nervov, ktoré riadia svaly, z zakončenia blúdivého nervu, ktorý riadi činnosť srdca a iných vnútorných orgánov. Osoba už dlho pozná antagonistu acetylcholínu - je to jed kurare, ktorý používali Indiáni z Južnej Ameriky pri love zvierat. Ukázalo sa, že kurare, keď sa dostane do krvi, zviera znehybní a v skutočnosti uhynie na udusenie, no kurare srdce nezastaví. Výskum ukázal, že v tele existujú dva typy acetylcholínových receptorov: jeden úspešne viaže niacín a druhý viaže muskarín (látka izolovaná z huby rodu Muscaris). Svaly nášho tela obsahujú acetylcholínové receptory nikotínového typu, zatiaľ čo srdcový sval a neuróny mozgu obsahujú acetylcholínové receptory muskarínového typu.

V súčasnosti sú syntetické analógy kurare široko používané v medicíne na imobilizáciu pacientov počas zložitých operácií na vnútorných orgánoch. Použitie týchto liekov vedie k úplnej paralýze motorických svalov (viazaných receptormi nikotínového typu), ale neovplyvňuje fungovanie vnútorných orgánov vrátane srdca (receptory muskarínového typu). Mozgové neuróny, excitované prostredníctvom muskarínových acetylcholínových receptorov, hrajú dôležitú úlohu pri prejavoch určitých mentálnych funkcií. Dnes je známe, že smrť takýchto neurónov vedie k senilnej demencii (Alzheimerova choroba). Ďalším príkladom, ktorý by mal ukázať dôležitosť receptorov nikotínového typu na svale pre acetylcholín, je ochorenie nazývané miasthenia grevis (svalová slabosť). Ide o geneticky dedičné ochorenie, t.j. jeho vznik je spojený s „poruchami“ genetického aparátu, ktoré sa dedia. Ochorenie sa prejavuje vo veku bližšie k puberte a začína svalovou slabosťou, ktorá sa postupne zintenzívňuje a postihuje čoraz väčšie svalové skupiny. Príčinou tohto ochorenia sa ukázalo, že telo pacienta produkuje proteínové molekuly, ktoré sa dokonale viažu na acetylcholínové receptory nikotínového typu. Obsadením týchto receptorov bránia molekulám acetylcholínu uvoľneným zo synaptických zakončení motorických nervov, aby sa na ne naviazali. To vedie k blokovaniu synaptického vedenia do svalov a následne k ich paralýze.

Typ synaptického prenosu opísaný na príklade acetylcholínu nie je jediný v centrálnom nervovom systéme. Druhý typ synaptického prenosu je rozšírený napríklad aj v synapsiách, ktorých mediátormi sú biogénne amíny (dopamín, serotonín, adrenalín atď.). V tomto type synapsie sa odohráva nasledujúci sled udalostí. Po vytvorení komplexu „mediátorová molekula - receptorový proteín“ sa aktivuje špeciálny membránový proteín (G-proteín). Jedna molekula mediátora, keď je naviazaná na receptor, môže aktivovať mnoho molekúl G-proteínu, čo zvyšuje účinok mediátora. Každá aktivovaná molekula G-proteínu v niektorých neurónoch môže otvoriť iónový kanál a v iných aktivovať syntézu špeciálnych molekúl vo vnútri bunky, tzv. sekundárnych sprostredkovateľov. Sekundárne poslovia môžu v bunke spustiť mnohé biochemické reakcie spojené so syntézou, napríklad proteínu; v tomto prípade nevzniká na membráne neurónu elektrický potenciál.

Existujú aj iní sprostredkovatelia. V mozgu „funguje“ celá skupina látok ako mediátory, ktoré sa spájajú pod názvom biogénne amíny. V polovici minulého storočia anglický lekár Parkinson opísal chorobu, ktorá sa prejavila ako triaška. Toto ťažké utrpenie je spôsobené deštrukciou neurónov v mozgu pacienta, ktoré vylučujú na svojich synapsiách (koncoch) dopamín - látka zo skupiny biogénnych amínov. Telá týchto neurónov sa nachádzajú v strednom mozgu, tvoria tam zhluk tzv čierna látka. Nedávne štúdie ukázali, že dopamín v mozgu cicavcov má tiež niekoľko typov receptorov (v súčasnosti je známych šesť typov). Ďalšia látka zo skupiny biogénnych amínov - serotonín (iný názov pre 5-hydroxytryptamín) - bola spočiatku známa ako prostriedok na zvýšenie krvného tlaku (vazokonstriktor). Upozorňujeme, že sa to odráža v jeho názve. Ukazuje sa však, že vyčerpanie serotonínu v mozgu vedie k chronickej nespavosti. Pri pokusoch na zvieratách sa zistilo, že deštrukcia špeciálnych jadier v mozgovom kmeni (zadných častiach mozgu), ktoré sú v anatómii známe ako šijacie jadrá, vedie k chronickej nespavosti a následnej smrti týchto zvierat. Biochemický výskum zistil, že neuróny jadier raphe obsahujú serotonín. U pacientov trpiacich chronickou nespavosťou sa tiež zistilo, že majú znížené koncentrácie serotonínu v mozgu.

Medzi biogénne amíny patrí aj adrenalín a norepinefrín, ktoré sú obsiahnuté v synapsiách neurónov autonómneho nervového systému. Pri strese sa vplyvom špeciálneho hormónu – adrenokortikotropného (podrobnejšie pozri nižšie) – z buniek kôry nadobličiek do krvi uvoľňuje aj adrenalín a noradrenalín.

Z uvedeného je zrejmé, aký význam zohrávajú mediátory vo funkciách nervového systému. V reakcii na príchod nervového impulzu na synapsiu sa uvoľní vysielač; molekuly vysielača sa spájajú (doplnkovo ​​- ako „kľúč od zámku“) s receptormi na postsynaptickej membráne, čo vedie k otvoreniu iónového kanála alebo aktivácii vnútrobunkových reakcií. Príklady synaptického prenosu diskutované vyššie sú plne v súlade s touto schémou. Vďaka výskumu v posledných desaťročiach sa však táto pomerne jednoduchá schéma chemického synaptického prenosu výrazne skomplikovala. Nástup imunochemických metód umožnil ukázať, že v jednej synapsii môže koexistovať niekoľko skupín mediátorov, a nie iba jedna, ako sa predtým predpokladalo. Napríklad v jednom synaptickom termináli môžu byť súčasne synaptické vezikuly obsahujúce acetylcholín a norepinefrín, ktoré sú celkom ľahko identifikovateľné na elektronických fotografiách (acetylcholín je obsiahnutý v priehľadných vezikulách s priemerom približne 50 nm a norepinefrín v elektrónovo hustých vezikulách s priemer do 200 nm). Okrem klasických mediátorov môže synaptický koniec obsahovať jeden alebo viac neuropeptidov. Počet látok obsiahnutých v synapsii môže dosiahnuť až 5-6 (druh kokteilu). Navyše špecificita mediátora synapsie sa môže počas ontogenézy meniť. Napríklad neuróny sympatického ganglia, ktoré inervujú potné žľazy u cicavcov, sú spočiatku noradrenergné, ale u dospelých zvierat sa stávajú cholinergnými.

V súčasnosti je pri klasifikácii mediátorových látok zvyčajné rozlišovať: primárnych mediátorov, sprievodných mediátorov, modulátorových mediátorov a alosterických mediátorov. Primárne transmitery sú tie, ktoré pôsobia priamo na receptory postsynaptickej membrány. Sprievodné mediátory a mediátory-modulátory môžu spustiť kaskádu enzymatických reakcií, ktoré napríklad fosforylujú receptor pre primárny mediátor. Allosterické mediátory sa môžu podieľať na kooperatívnych procesoch interakcie s receptormi primárneho mediátora.

Ako model sa dlho bral synaptický prenos na anatomickej adrese (princíp „bod-bod“). Objavy posledných desaťročí, najmä mediátorová funkcia neuropeptidov, ukázali, že v nervovom systéme je možný aj princíp prenosu na chemickú adresu. Inými slovami, vysielač uvoľnený z daného konca môže pôsobiť nielen na „svoju“ postsynaptickú membránu, ale aj za hranice danej synapsie – na membrány iných neurónov, ktoré majú zodpovedajúce receptory. Fyziologická odpoveď teda nie je zabezpečená presným anatomickým kontaktom, ale prítomnosťou vhodného receptora na cieľovej bunke. V skutočnosti je tento princíp v endokrinológii už dlho známy a nedávny výskum preň našiel širšie uplatnenie.

Všetky známe typy chemoreceptorov na postsynaptickej membráne sú rozdelené do dvoch skupín. Jedna skupina zahŕňa receptory, ktoré obsahujú iónový kanál, ktorý sa otvorí, keď sa molekuly mediátora naviažu na „rozpoznávacie“ centrum. Receptory druhej skupiny (metabotropné receptory) otvárajú iónový kanál nepriamo (cez reťazec biochemických reakcií), najmä aktiváciou špeciálnych intracelulárnych proteínov.

Niektoré z najbežnejších sú mediátory patriace do skupiny biogénnych amínov. Táto skupina mediátorov je celkom spoľahlivo identifikovaná mikrohistologickými metódami. Sú známe dve skupiny biogénnych amínov: katecholamíny (dopamín, norepinefrín a adrenalín) a indolamín (serotonín). Funkcie biogénnych amínov v organizme sú veľmi rôznorodé: mediátor, hormonálny, regulácia embryogenézy.

Hlavným zdrojom noradrenergných axónov sú neuróny locus coeruleus a priľahlé oblasti stredného mozgu (obr. 2.14). Axóny týchto neurónov sú široko distribuované v mozgovom kmeni, mozočku a mozgových hemisférach. V medulla oblongata je veľký zhluk noradrenergných neurónov umiestnený vo ventrolaterálnom jadre retikulárnej formácie. V diencefale (hypotalame) sú noradrenergné neuróny spolu s dopaminergnými neurónmi súčasťou hypotalamo-hypofyzárneho systému. Noradrenergné neuróny sa nachádzajú vo veľkom počte v periférnom nervovom systéme. Ich telá ležia v sympatickom reťazci a v niektorých intramurálnych gangliách.

Dopaminergné neuróny u cicavcov sa nachádzajú predovšetkým v strednom mozgu (takzvaný nigro-neostriatálny systém), ako aj v oblasti hypotalamu. Dopamínové okruhy v mozgu cicavcov boli dobre študované. Existujú tri známe hlavné okruhy, z ktorých všetky pozostávajú z jedného neurónového reťazca. Bunkové telá neurónov sa nachádzajú v mozgovom kmeni a posielajú axóny do iných oblastí mozgu (obr. 2.15).

Jeden okruh je veľmi jednoduchý. Telo neurónu sa nachádza v hypotalame a posiela krátky axón do hypofýzy. Táto dráha je súčasťou osi hypotalamus-hypofýza a riadi systém endokrinných žliaz.

Druhý dopamínový systém je tiež dobre preštudovaný. Ide o substantia nigra, ktorej mnohé bunky obsahujú dopamín. Axóny týchto neurónov vyčnievajú do striata. Tento systém obsahuje približne 3/4 dopamínu v mozgu. Je dôležitý pri regulácii tonických pohybov. Nedostatok dopamínu v tomto systéme vedie k Parkinsonovej chorobe. Je známe, že toto ochorenie spôsobuje smrť neurónov v substantia nigra. Podávanie L-DOPA (prekurzor dopamínu) zmierňuje u pacientov niektoré symptómy ochorenia.

Tretí dopaminergný systém sa podieľa na prejavoch schizofrénie a niektorých ďalších duševných chorôb. Funkcie tohto systému ešte nie sú dostatočne prebádané, hoci samotné dráhy sú dobre známe. Bunkové telá neurónov ležia v strednom mozgu vedľa substantia nigra. Premietajú axóny do nadložných štruktúr mozgu, mozgovej kôry a limbického systému, najmä do prednej kôry, septálnej oblasti a entorinálnej kôry. Entorhinálny kortex je zasa hlavným zdrojom projekcií do hipokampu.

Podľa dopamínovej hypotézy schizofrénie je pri tejto chorobe nadmerne aktívny tretí dopamínergný systém. Tieto myšlienky vznikli po objavení látok, ktoré zmierňujú niektoré príznaky choroby. Napríklad chlórpromazín a haloperidol majú odlišnú chemickú povahu, ale podobne potláčajú aktivitu dopaminergného systému mozgu a prejavy niektorých symptómov schizofrénie. U pacientov so schizofréniou, ktorí sú liečení týmito liekmi rok, sa vyvinú poruchy pohybu nazývané tardívna dyskinéza (opakované, bizarné pohyby tvárových svalov vrátane svalov úst, ktoré pacient nemôže ovládať).

Serotonín bol objavený takmer súčasne ako sérový vazokonstrikčný faktor (1948) a enteramín vylučovaný enterochromafínovými bunkami črevnej sliznice. V roku 1951 bola dešifrovaná chemická štruktúra serotonínu a dostal nový názov - 5-hydroxytryptamín. U cicavcov vzniká hydroxyláciou aminokyseliny tryptofán s následnou dekarboxyláciou. 90% serotonínu je produkovaných v tele enterochromafínovými bunkami sliznice celého tráviaceho traktu. Intracelulárny serotonín je inaktivovaný monoaminooxidázou obsiahnutou v mitochondriách. Serotonín v extracelulárnom priestore je oxidovaný peruloplazmínom. Väčšina produkovaného serotonínu sa viaže na krvné doštičky a prenáša sa do celého tela cez krvný obeh. Druhá časť pôsobí ako lokálny hormón, ktorý podporuje autoreguláciu intestinálnej motility, ako aj moduláciu epitelovej sekrécie a absorpcie v črevnom trakte.

Serotonergné neuróny sú široko distribuované v centrálnom nervovom systéme (obr. 2.16). Nachádzajú sa v dorzálnych a mediálnych raphe nuclei medulla oblongata, ako aj v strednom mozgu a moste. Serotonergné neuróny inervujú veľké oblasti mozgu, vrátane mozgovej kôry, hipokampu, globus pallidus, amygdaly a hypotalamu. Záujem o serotonín vzbudil v súvislosti s problémom spánku. Keď boli raphe nuclei zničené, zvieratá trpeli nespavosťou. Podobný účinok mali aj látky, ktoré vyčerpávajú zásoby serotonínu v mozgu.

Najvyššia koncentrácia serotonínu sa nachádza v epifýze. Serotonín sa v epifýze mení na melatonín, ktorý sa podieľa na pigmentácii kože a ovplyvňuje aj činnosť ženských pohlavných žliaz u mnohých zvierat. Obsah serotonínu a melatonínu v epifýze je riadený cyklom svetla a tmy cez sympatický nervový systém.

Ďalšou skupinou mediátorov CNS sú aminokyseliny. Už dlho je známe, že nervové tkanivo s vysokou úrovňou metabolizmu obsahuje významné koncentrácie celého súboru aminokyselín (uvedených v zostupnom poradí): kyselina glutámová, glutamín, kyselina asparágová, kyselina gama-aminomaslová (GABA).

Glutamát v nervovom tkanive sa tvorí hlavne z glukózy. U cicavcov je glutamát najviac zastúpený v telencefalu a mozočku, kde je jeho koncentrácia približne 2-krát vyššia ako v mozgovom kmeni a mieche. V mieche je glutamát distribuovaný nerovnomerne: v chrbtových rohoch je vo väčšej koncentrácii ako v predných rohoch. Glutamát je jedným z najbežnejších neurotransmiterov v centrálnom nervovom systéme.

Postsynaptické glutamátové receptory sú klasifikované podľa ich afinity k trom exogénnym agonistom – quisgulát, kainát a N-metyl-D-aspartát (NMDA). Iónové kanály aktivované quisgulátom a kainátom sú podobné tým, ktoré sú aktivované nikotínovými receptormi – umožňujú prechod zmesi katiónov (Na+ A. K+). Stimulácia NMDA receptorov má komplexný aktivačný vzor: iónový prúd, ktorý je prenášaný nielen Na+ a K+, ale aj Ca++, keď sa otvorí receptorový iónový kanál, závisí od membránového potenciálu. Napäťovo závislá povaha tohto kanála je určená rôznym stupňom jeho blokovania iónmi Mg++, berúc do úvahy úroveň membránového potenciálu. Pri pokojovom potenciáli rádovo -75 mV súperia ióny Mg++, ktoré sa nachádzajú prevažne v medzibunkovom prostredí s iónmi Ca++ a Na+ o zodpovedajúce membránové kanály (obr. 2.17). Pretože ión Mg++ nemôže prejsť cez póry, kanál sa zablokuje vždy, keď vstúpi ión Mg++. To vedie k zníženiu času otvoreného kanála a membránovej vodivosti. Ak je membrána neurónu depolarizovaná, potom počet iónov Mg++, ktoré uzatvárajú iónový kanál, klesá a ióny Ca++, Na+ atď. môžu prechádzať kanálom bez prekážok. K + . Pri zriedkavej stimulácii (kľudový potenciál sa mení len málo) glutamátergického receptora sa EPSP vyskytuje prevažne v dôsledku aktivácie quisgulátových a kainátových receptorov; príspevok NMDA receptorov je nevýznamný. Pri dlhšej depolarizácii membrány (rytmická stimulácia) sa odstráni horčíkový blok a NMDA kanály začnú viesť ióny Ca++, Na+. K + . Ióny Ca++ môžu prostredníctvom sekundárnych poslov zosilniť (posilniť) minPSP, čo môže viesť napríklad k dlhodobému zvýšeniu synaptickej vodivosti, ktoré trvá hodiny a dokonca aj dni.

Z inhibičných neurotransmiterov je GABA najrozšírenejšia v centrálnom nervovom systéme. Je syntetizovaný z kyseliny L-glutámovej v jednom kroku enzýmom dekarboxylázou, ktorej prítomnosť je limitujúcim faktorom tohto mediátora. Na postsynaptickej membráne sú dva typy GABA receptorov: GABAA (otvára kanály pre chloridové ióny) a GABAB (otvára kanály pre K+ alebo Ca++, v závislosti od typu bunky). Na obr. Obrázok 2.18 ukazuje diagram GABA receptora. Je zaujímavé, že obsahuje benzodiazipínový receptor, ktorého prítomnosť vysvetľuje účinok takzvaných menších (denných) trankvilizérov (seduxen, tazepam atď.). K ukončeniu pôsobenia mediátora v GABA synapsiách dochádza podľa princípu reverznej absorpcie (molekuly mediátora sú absorbované špeciálnym mechanizmom zo synaptickej štrbiny do cytoplazmy neurónu). Bikukulín je dobre známy antagonista GABA. Dobre prechádza hematoencefalickou bariérou a už v malých dávkach silne pôsobí na organizmus, spôsobuje kŕče a smrť. GABA sa nachádza v množstve neurónov v mozočku (v Purkyňových bunkách, Golgiho bunkách, košíkových bunkách), hipokampe (v košíkových bunkách), v čuchovom bulbe a čiernej hmote.

Identifikácia okruhov GABA v mozgu je ťažká, pretože GABA je bežným účastníkom metabolizmu v mnohých telesných tkanivách. Metabolická GABA sa nepoužíva ako neurotransmiter, hoci chemicky sú ich molekuly rovnaké. GABA je určená enzýmom dekarboxylázou. Metóda je založená na získavaní protilátok proti dekarboxyláze zo zvierat (protilátky sa extrahujú, označia a vstreknú do mozgu, kde sa naviažu na dekarboxylázu).

Ďalším známym inhibičným neurotransmiterom je glycín. Glycinergné neuróny sa nachádzajú hlavne v mieche a predĺženej mieche. Predpokladá sa, že tieto bunky pôsobia ako inhibičné interneuróny.

Acetylcholín je jedným z prvých študovaných mediátorov. Je mimoriadne rozšírený v periférnom nervovom systéme. Príklady zahŕňajú motorické neuróny miechy a neuróny jadier kraniálnych nervov. Typicky sú cholinergné okruhy v mozgu identifikované prítomnosťou enzýmu cholínesterázy. V mozgu sa telá cholinergných neurónov nachádzajú v jadre septa, jadre diagonálneho fascikula (Broca) a bazálnych gangliách. Neuroanatomisti sa domnievajú, že tieto skupiny neurónov v skutočnosti tvoria jednu populáciu cholinergných neurónov: nucleus basalis (nachádza sa v bazálnej časti predného mozgu) (obr. 2.19). Axóny zodpovedajúcich neurónov vyčnievajú do štruktúr predného mozgu, najmä do neokortexu a hipokampu. Nachádzajú sa tu oba typy acetylcholínových receptorov (muskarínový a nikotínový), hoci sa predpokladá, že muskarínové receptory sú dominantné v rostrálne umiestnených mozgových štruktúrach. Podľa najnovších údajov sa zdá, že acetylcholínový systém hrá veľkú úlohu v procesoch spojených s vyššími integračnými funkciami, ktoré si vyžadujú účasť pamäte. Napríklad sa ukázalo, že v mozgoch pacientov, ktorí zomierajú na Alzheimerovu chorobu, dochádza k masívnej strate cholinergných neurónov v nucleus basalis.

Medzibunková interakcia sa realizuje nielen pomocou dobre preštudovaných mediátorov, ale aj pomocou mnohých látok, ktoré v nízkych koncentráciách menia intracelulárne biochemické procesy v neurónoch, aktivujú gliové bunky a menia odpoveď neurónu na mediátor. Všetky tieto látky sa zvyčajne nazývajú „informačné látky“. Chemický prenos signálov v nervovom systéme môže prebiehať ako na „anatomickej adrese“ (realizované na synapsiách pomocou klasických mediátorov), tak aj na „chemickej adrese“. V druhom prípade bunky syntetizujú a vylučujú do medzibunkovej tekutiny alebo krvi rôzne informačné látky, ktoré sú pomalým difúznym pohybom smerované k cieľovým bunkám, ktoré sa môžu nachádzať v značnej vzdialenosti od miesta syntézy látky.

Štúdium mediátorových procesov je súčasťou okruhu úloh neurochémie, ktorá v posledných desaťročiach výrazne pokročila v chápaní základných mechanizmov fungovania nervového systému v zdraví a chorobe. Úspechy neurochémie vytvorili základ pre rozvoj neuro- a psychofarmakológie, neuro- a psychoendokrinológie.

Informačné látky nervového systému možno klasifikovať podľa rôznych kritérií. Obmedzíme sa na ich rozdelenie do dvoch skupín: 1) klasických mediátorov, uvoľnený na presynaptickom zakončení a priamo prenášajúci vzruch na synapsiu a 2) modulátory , alebo regulačné peptidy, ktoré menia odpoveď bunky na klasické mediátory alebo iné formy aktivity nervových buniek (hoci niektoré z nich môžu vykonávať aj prenosovú funkciu).

Klasické výbery

Acetylcholín (ACh) – jeden z prvých študovaných mediátorov. Jeho molekula pozostáva z dusíkatej látky cholínu a zvyšku kyseliny octovej. ACh pôsobí ako mediátor v troch funkčných blokoch nervového systému: 1) v neuromuskulárnych synapsiách kostrových svalov (syntetizovaných v motorických neurónoch); 2) v periférnej časti ANS (syntetizované v pregangliových neurónoch sympatiku a parasympatiku, v postgangliových parasympatických neurónoch); 3) v mozgových hemisférach, kde sú cholinergné systémy reprezentované neurónmi niektorých retikulárnych jadier mosta, interneurónmi striata, neurónmi jadier septum pellucidum. Axóny týchto neurónov vyčnievajú do rôznych štruktúr predného mozgu, predovšetkým do neokortexu a hipokampu. Nedávny výskum ukazuje, že cholinergný systém hrá dôležitú úlohu pri učení a pamäti. V mozgoch zosnulých ľudí trpiacich Alzheimerovou chorobou teda dochádza k prudkému poklesu počtu cholinergných neurónov v mozgových hemisférach.

Synaptické receptory pre ACh sa delia na nikotín(vzrušený ACh a nikotínom) a muskarínová(vzrušený ACh a muchovníkovým toxínom muskarínom). Nikotínové receptory otvárajú sodíkové kanály a vedú k tvorbe EPSP. Nachádzajú sa v neuromuskulárnych synapsiách kostrových svalov, v autonómnych gangliách a trochu v centrálnom nervovom systéme. Autonómne gangliá sú na nikotín najcitlivejšie, preto prvé pokusy o fajčenie vedú k výrazným vegetatívnym prejavom – zmenám krvného tlaku, nevoľnosti, závratom. Keď si na to zvyknete, väčšinou sympatický efekt zostane zachovaný. Nikotínové receptory sú tiež prítomné v centrálnom nervovom systéme, vďaka čomu má nikotín ako psychoaktívna látka centrálny stimulačný účinok. Antagonisty nikotínových receptorov - zlúčeniny podobné jedu kurare - pôsobia hlavne na nervovosvalové synapsie, čo spôsobuje paralýzu kostrových svalov. Muskarínové receptory sa nachádzajú v synapsiách autonómnych postgangliových (hlavne parasympatických) neurónov v centrálnom nervovom systéme. Ich excitácia môže otvoriť draslíkové aj sodíkové kanály. Klasickým antagonistom muskarínových receptorov je atropín, ktorý spôsobuje sympatické účinky, motorickú a rečovú excitáciu a halucinácie. Inaktiváciu ACh vykonáva enzým acetylcholínesteráza. Reverzibilné blokátory tohto enzýmu zlepšujú nervovosvalový prenos a používajú sa v neurologickej praxi, nevratné spôsobujú nebezpečné otravy (chlorofos, nervové plyny).

Biogénne amíny (BA) - skupina mediátorov obsahujúca aminoskupinu. Delia sa na katecholamíny (norepinefrín, dopamín) a serotonín.

noradrenalín (NA) v periférnom nervovom systéme sa syntetizuje v neurónoch sympatických ganglií, v centrálnom nervovom systéme - v locus coeruleus a interpeduncular nucleus stredného mozgu. Axóny buniek týchto jadier sú široko distribuované v rôznych štruktúrach mozgu a miechy. Excitácia adrenergných receptorov môže zvýšiť vodivosť sodíka (EPSP) aj vodivosť draslíka (IPSP). Agonistami HA-ergických synapsií sú efedrín a iné lieky na bronchiálnu astmu, vazokonstriktory - naftyzín, galazolin. Antagonisty sú lieky používané na zníženie krvného tlaku (adrenergné blokátory).

V centrálnom nervovom systéme sú účinky NA:

Zvýšená úroveň bdelosti;

Inhibičná regulácia senzorických tokov, úľava od bolesti;

Zvýšenie úrovne fyzickej aktivity;

Zvýšená agresivita, stenické emócie pri stresových reakciách (vzrušenie, potešenie z rizika, prekonávanie únavy). Pri niektorých formách depresie dochádza k poklesu hladiny NA a mnohé antidepresíva stimulujú jej tvorbu.

dopamín (ÁNO) – bezprostredného predchodcu NA. Funguje v centrálnom nervovom systéme, kde sú tri hlavné DA-ergické systémy:

1) substantia nigra – striatum. Hlavnou funkciou tohto systému je udržiavať všeobecnú úroveň motorickej aktivity, zabezpečiť presnosť vykonávania motorických programov a eliminovať zbytočné pohyby. Nedostatok dopamínu v tomto systéme vedie k rozvoju parkinsonizmu;

2) retikulárne jadrá tegmenta stredného mozgu - KBP (nové, staré, staré). Reguluje emocionálne a mentálne procesy, je „zodpovedný“ za pozitívne emócie, ktoré sú najčastejšie spojené s potešením z pohybov, zabezpečuje usporiadanosť a konzistentnosť myšlienkových procesov. Nedostatočnosť tohto systému môže viesť k rozvoju depresie, nadmerná aktivita (najmä veľký počet DA receptorov) sa pozoruje pri niektorých formách schizofrénie;

3) hypotalamus – hypofýza. Podieľa sa na regulácii hypotalamo-hypofyzárneho systému (najmä DA inhibuje sekréciu prolaktínu), spôsobuje inhibíciu centier hladu, agresivity, sexuálneho správania a stimuláciu centra potešenia.

Lieky, ktoré blokujú dopamínové receptory, sa v medicíne používajú ako antipsychotiká. Nebezpečné psychoaktívne látky ako psychostimulanciá a kokaín zosilňujú účinok DA (zvyšujú uvoľňovanie alebo blokujú spätné vychytávanie neurotransmiteru).

Serotonín patrí do rovnakej chemickej skupiny ako katecholamíny. Serotonín nie je len mediátor, ale aj tkanivový hormón s mnohými funkciami: spôsobuje zmeny v lúmene krvných ciev, zvyšuje gastrointestinálnu motilitu, tonus maternice, bronchiálnych svalov, uvoľňuje sa z krvných doštičiek pri poranení krvných ciev a pomáha zastaviť krvácanie a je jedným z faktorov zápalu. V centrálnom nervovom systéme sa syntetizuje v jadrách raphe. Axóny serotonergných neurónov končia v striate, neokortexe, štruktúrach limbického systému, jadrách stredného mozgu a mieche. Z toho vyplýva, že serotonín ovplyvňuje takmer všetky mozgové funkcie. Skutočne bola preukázaná účasť serotonínu na regulácii úrovne bdelosti, fungovaní zmyslových systémov, učenia a emocionálnych a motivačných procesov. V systéme spánok-bdenie serotonín súťaží s katecholamínmi, čo spôsobuje zníženie úrovne bdelosti (jadrá raphe sú jedným zo spánkových centier). V senzorických systémoch má serotonín inhibičný účinok, čo vysvetľuje jeho analgetický účinok (v dorzálnych rohoch miechy aktivuje inhibičné neuróny). V kortikálnych oblastiach zmyslových systémov obmedzuje nadmerné šírenie zmyslových signálov, čím zabezpečuje „zameranie“ signálu. Blokáda tohto mechanizmu môže značne narušiť procesy vnímania, až po výskyt ilúzií a halucinácií. Serotonín má podobný účinok v asociačných zónach kôry, „organizuje“ integračné procesy, najmä myslenie. Podieľa sa na procesoch učenia a vo väčšej miere, ak je rozvoj reflexov spojený s pozitívnym posilnením (odmenou), zatiaľ čo norepinefrín pomáha upevňovať tie formy správania, ktoré sú zamerané na vyhýbanie sa trestu. V emocionálnej a motivačnej oblasti má serotonín upokojujúci účinok (znižuje úzkosť, chuť do jedla). Zaujímavá je jedna zo skupín látok, ktoré blokujú serotonínové receptory – deriváty kyseliny lysergovej (námeľové alkaloidy). Používajú sa v medicíne (stimulácia maternice, pri migréne) a sú účinnou látkou halucinogénov (LSD je syntetický halucinogén).

K inaktivácii serotonínu, podobne ako iných biogénnych amínov, dochádza pôsobením enzýmu monoaminooxidázy (MAO). Je zaujímavé, že s malým množstvom tohto enzýmu v centrálnom nervovom systéme môže súvisieť taká psychologická črta ľudí, ako je túžba hľadať nové silné vnemy. Inhibítory MAO alebo inhibítory spätného vychytávania serotonínu sa v medicíne používajú ako antidepresíva.

Aminokyselinové mediátory (AA). Viac ako 80 % neurónov CNS využíva aminokyselinové mediátory. AA sú svojím zložením celkom jednoduché a vyznačujú sa väčšou špecifickosťou synaptických účinkov (majú buď excitačné vlastnosti - kyselina glutámová a asparágová, alebo inhibičné vlastnosti - glycín a GABA).

Kyselina glutámová (GA) – hlavný excitačný prenášač centrálneho nervového systému. Nachádza sa v akejkoľvek bielkovinovej potravine, ale HA z potravy normálne veľmi zle preniká hematoencefalickou bariérou, čo chráni mozog pred narušením jeho činnosti. Takmer všetka HA potrebná pre mozog sa syntetizuje v nervovom tkanive. Pri zjedení veľkého množstva HA solí je však možné pozorovať jej neurotropný účinok: aktivuje sa centrálny nervový systém, čo sa v klinike využíva predpisovaním glutamátu v tabletách (2-3g) pri oneskorenom duševnom vývoji alebo vyčerpaní nervový systém. Glutamát je široko používaný v potravinárskom priemysle ako ochucovacia prísada a je súčasťou potravinových koncentrátov, údenín atď. (má mäsovú chuť). Pri konzumácii 10-30 g glutamátu súčasne s jedlom môže dôjsť k nadmernej excitácii vazomotorického centra, zvýšeniu krvného tlaku a zrýchleniu pulzu. To je nebezpečné pre zdravie najmä pre deti a ľudí trpiacich kardiovaskulárnymi ochoreniami. Antagonisty GK, ako je calypsol (ketamín), sa klinicky používajú ako silné analgetiká a prostriedky na rýchlu anestéziu. Vedľajším účinkom je výskyt halucinácií. Niektoré látky z tejto skupiny sú silné halucinogénne drogy.

K inaktivácii HA dochádza vychytávaním astrocytmi, kde sa premieňa na kyselinu asparágovú a GABA.

Gama-aminomaslová (GABA) – nepotravinové AA (kompletne syntetizované v tele). Hrá dôležitú úlohu v intracelulárnom metabolizme; len malá časť GABA vykonáva funkcie mediátora. Je to mediátor malých inhibičných neurónov, rozšírených v centrálnom nervovom systéme. Tento vysielač využívajú aj Purkyňove bunky a neuróny globus pallidus. Otvára Ka + a Cl - kanály na postsynaptickej membráne. GABA receptory majú zložitú štruktúru, majú centrá, ktoré sa viažu na iné látky, čo vedie k zmenám v účinkoch mediátora. Takéto látky sa používajú ako sedatíva a trankvilizéry, prášky na spanie, antiepileptiká a anestézie. Niekedy môžu byť všetky tieto účinky spôsobené tou istou látkou v závislosti od dávky. Napríklad barbituráty, ktoré sa používajú na anestéziu (hexenal), na ťažké formy epilepsie (benzonal, fenobarbital). V menších dávkach pôsobia ako lieky na spanie, ale užívajú sa s obmedzením, pretože narúšajú normálnu štruktúru spánku (skracujú paradoxnú fázu), po takomto spánku dlhodobo pretrváva letargia a zhoršená koordinácia pohybov. Dlhodobé užívanie barbiturátov spôsobuje drogovú závislosť. Alkohol zvyšuje účinok barbiturátov a ľahko môže dôjsť k predávkovaniu, ktoré vedie k zástave dýchania. Ďalšou skupinou agonistov GABA sú benzodiazepíny. Pôsobia selektívnejšie a jemnejšie, ako hypnotiká predlžujú hĺbku a trvanie spánku (Relanium, fenazepam). Vo veľkom množstve spôsobujú aj letargiu po spánku. Agonisty GABA sa používajú ako trankvilizéry (upokojujúce) alebo anxiolytiká (znižujúce úzkosť). Môže vzniknúť závislosť. Lieky na báze GABA sa používajú ako mierne psychostimulanty pri zmenách súvisiacich s vekom, cievnych ochoreniach, mentálnej retardácii, po mozgových príhodách a úrazoch. Pôsobia zlepšením fungovania interneurónov a patria do skupiny nootropík, ktoré zlepšujú učenie a pamäť, zvyšujú odolnosť centrálneho nervového systému voči nepriaznivým vplyvom a obnovujú narušené funkcie mozgu (aminalon, pantogam, nootropil). Rovnako ako všetky neurotropné lieky by sa mali používať iba na prísne lekárske indikácie.

Glycín – inhibičný neurotransmiter, ale menej častý ako GABA. Glycinergné neuróny inhibujú hlavne motorické neuróny a chránia ich pred nadmernou excitáciou. Antagonistom glycínu je strychnín (jed, ktorý spôsobuje kŕče a dusenie). Glycín sa používa ako sedatívum a zlepšuje metabolizmus mozgu.

Modulačné mediátory

Puríny – látky obsahujúce adenozín. Ovplyvňujú presynaptickú membránu, čím znižujú uvoľňovanie vysielača. ATP, ADP, AMP majú rovnaký účinok. Fyziologickou úlohou je chrániť nervový systém pred vyčerpaním. Ak sú tieto receptory zablokované, aktivujú sa mnohé systémy mediátorov a nervový systém bude fungovať „celkom“. Tento účinok má kofeín, teobromín, teofylín (káva, čaj, kakao, kolové orechy). Pri veľkej dávke kofeínu sa zásoby mediátorov rýchlo vyčerpajú a nastáva „prehnaná inhibícia“. S neustálym zavádzaním kofeínu sa zvyšuje počet purínových receptorov, takže odvykanie od kávy spôsobuje depresiu a ospalosť.

Peptidové mediátory– látky pozostávajúce z krátkych reťazcov aminokyselín.

Látka P (z anglického powder - powder: bol izolovaný zo suchého prášku miechy kráv). Produkované v neurónoch miechových ganglií, ktoré sa podieľajú na vedení bolestivých impulzov. V neurónoch dorzálneho rohu miechy pôsobí látka P spolu s kyselinou glutámovou ako klasický neurotransmiter, ktorý prenáša signály bolesti. Nachádza sa v citlivých končekoch pokožky, odkiaľ sa pri poškodení uvoľňuje a spôsobuje zápalový proces. Produkujú ho aj niektoré interneuróny centrálneho nervového systému, vykonávajúce funkciu modulačného vysielača.

Opioidné peptidy – látky podobné ópiu. Ópium je alkaloid maku na spanie. Účinnou zložkou je morfín, ktorý spôsobuje analgéziu (prostredníctvom zadných rohov miechy), eufóriu (stimulácia centra potešenia hypotalamu) a spánok (inhibíciu kmeňových štruktúr). Predávkovanie vedie k inhibícii dýchacieho centra. Takýto rýchly a silný účinok morfínu je spôsobený tým, že centrálny nervový systém obsahuje receptory pre opiáty, ktoré boli objavené v 70. rokoch 20. storočia. Neskôr bolo objavených niekoľko druhov opioidných peptidov. Hlavným mechanizmom ich účinku je presynaptická inhibícia uvoľňovania vysielača. Biochemické procesy v bunke sa veľmi rýchlo prispôsobujú pôsobeniu opiátov a na dosiahnutie účinku je potrebná čoraz väčšia dávka. Pri vysadení morfínu majú neuróny „rezervu“ látok, ktoré uľahčujú prenos signálu, takže bolesť a iné impulzy sa prenášajú veľmi intenzívne, čo spôsobuje nástup „stiahnutia“ pri abstinenčnom syndróme. Morfín sa vo veľkej miere používa na úľavu od bolesti od 19. storočia, najmä v nemocniciach počas vojen. Vedľajším účinkom bol vznik závislosti. Syntéza heroínu bola výsledkom pokusov vytvoriť menej nebezpečný liek proti bolesti. Bol 10-krát aktívnejší ako morfín, ale čoskoro sa ukázalo, že miera závislosti na heroíne bola ešte vyššia ako na morfiu a v 20. rokoch bol heroín zakázaný a stal sa drogou. Morfínu podobné lieky sa používajú na úľavu od bolesti v najťažších prípadoch (narkotické analgetiká). Okrem morfínu sa používa kodeín (tiež makový alkaloid), ktorý má antitusický účinok.

Okrem tých, ktoré sú uvedené, funkcie modulačných mediátorov vykonávajú niektoré hormóny hypotalamu, hypofýzy a tkaniva. Napríklad tyreoliberín spôsobuje emocionálnu aktiváciu, zvyšuje úroveň bdelosti a stimuluje dýchacie centrum. Cholecystokinín – spôsobuje úzkosť a strach. Vasopresín – aktivuje pamäť. ACTH – stimuluje pozornosť a zlepšuje metabolické procesy v nervových bunkách. Existujú neuropeptidy, ktoré selektívne kontrolujú sexuálne správanie, motiváciu k jedlu a termoreguláciu. Všetky tvoria komplexný hierarchický systém interakcií, ktorý jemne reguluje fungovanie centrálneho nervového systému.

Prednáška 5. ZNAKY MOZKOVEJ CIRKULÁCIE. cerebrospinálna tekutina a hematoencefalická bariéra

Krvné zásobenie mozgu a miechy

Funkcia mozgu je spojená s vysokými nákladmi na energiu. Mozog tvorí asi 2 % hmotnosti tela, ale 15 % krvi vytlačenej srdcom do aorty za úder vstupuje do ciev mozgu. Zhoršená cerebrálna cirkulácia nevyhnutne ovplyvňuje fungovanie nervového systému.

Mozog je zásobovaný arteriálnou krvou z dvoch hlavných zdrojov – z vnútorných krčných tepien, ktoré vychádzajú zo spoločných krčných tepien, vychádzajúcich z oblúka aorty, a z vertebrálnych tepien, ktoré vychádzajú z podkľúčových tepien. Spoločné krčné a podkľúčové tepny vychádzajú z oblúka aorty.

Vnútorné krčné tepny– veľké cievy, ich priemer je asi 1 cm.Do lebečnej dutiny sa dostávajú cez krčný otvor v spánkových kostiach, prechádzajú cez dura mater, vetvia sa a prekrvujú očné buľvy, zrakové dráhy, diencephalon, bazálne gangliá, frontálne parietálne, temporálnych, ostrovčekových lalokov mozgových hemisfér. Najväčšie pobočky sú predné a stredné mozgové tepny.

Vertebrálne tepny Začínajú z podkľúčových tepien na úrovni 7. krčného stavca, idú hore cez priečny otvor krčných stavcov a cez foramen magnum vstupujú do lebečnej dutiny. Vetvy týchto tepien zásobujú krvou miechu, predĺženú miechu a cerebellum, ako aj mozgové blany. Na zadnom okraji mostíka sa pravá a ľavá vertebrálna artéria spájajú a vytvárajú bazilárnu artériu, ktorá prebieha v rovnomennej drážke na ventrálnej ploche mostíka. Na prednom okraji mostíka sa bazilárna artéria rozdeľuje na dve zadné mozgové tepny. Jeho vetvy zásobujú krvou mostík, mozoček, predĺženú miechu, stredný mozog, čiastočne diencephalon a okcipitálne laloky mozgových hemisfér.

V spodnej časti mozgu sú vetvy vnútornej krčnej tepny a bazilárnej tepny navzájom spojené a tvoria arteriálny (willisovský) kruh veľkého mozgu. Tento kruh sa nachádza v subarachnoidálnom priestore a pokrýva optický chiasma a hypotalamus. Vďaka tomuto kruhu sa vyrovná prietok krvi do rôznych častí mozgu, aj keď je jedna z ciev (krčná alebo vertebrálna artéria) zovretá alebo nedostatočne vyvinutá.

Miecha je zásobovaná krvou vetvami vertebrálnych artérií (cervikálnych segmentov), ​​ako aj vetvami hrudnej a brušnej aorty.

Vetvy mozgových tepien sa nachádzajú v pia mater, ktorá sa nazýva aj cievnatka a spolu s jej vláknami prenikajú do mozgového tkaniva, kde sa rozvetvujú na drobné arterioly a kapiláry.

Kapiláry sú najmenšie cievy, ktorých stena pozostáva z jednej vrstvy buniek. Cez túto stenu prenikajú látky rozpustené v krvi do mozgového tkaniva a splodiny metabolizmu mozgu prechádzajú do krvi. Kapiláry sa zhromažďujú do venulov a potom do žíl ležiacich v cievnatke mozgu. Tenké krvné cievy pia mater prenikajú do komôr mozgu, kde tvoria plexus choroideus. V konečnom dôsledku žilová krv prúdi do sínusov dura mater, odkiaľ vstupuje do veľkých žíl systémového obehu.

Mediátor – pozri Mediátor. * * * (lat. mediátor - medzičlánok) - biologicky aktívna látka podieľajúca sa na prenose vzruchu z jednej nervovej bunky do druhej cez synapsiu (pozri) alebo z neurónu na výkonný orgán (sval, žľaza atď.).

Mediátory sú aktívne chemické látky, ktoré spôsobujú prenos vzruchu v synapsii (pozri). Na presynaptickej membráne sa hromadia mediátory vo forme malých bubliniek (vezikúl). Pod vplyvom nervového impulzu vezikuly prasknú a ich obsah sa vyleje do synaptickej štrbiny. Mediátory pôsobiace na postsynaptickú membránu spôsobujú jej depolarizáciu (pozri Excitácia). Najviac študovanými a najrozšírenejšími mediátormi v tele sú acetylcholín (pozri) a norepinefrín. V súlade s tým sa všetky nervové zakončenia, ktoré prenášajú vzruchy do rôznych orgánov, delia na cholinergné, kde mediátorom synaptického prenosu je acetylcholín, a adrenergné, kde mediátorom je norepinefrín. Medzi cholinergné vlákna patria vlákna somatického nervového systému, ktoré prenášajú vzruch na kostrové svaly, pregangliové vlákna sympatického a parasympatického systému, ako aj postgangliové parasympatické vlákna. Postgangliové sympatické vlákna sú prevažne adrenergné. V centrálnom nervovom systéme sú synapsie, ktoré využívajú ako mediátor acetylcholín aj norepinefrín, ako aj serotonín, kyselinu gama-aminomaslovú, L-glutamát a niektoré ďalšie aminokyseliny.

Synapsia je bod kontaktu medzi dvoma bunkovými membránami, ktorý zabezpečuje prechod vzruchu z nervových zakončení do dráždivých štruktúr (žľazy, svaly, neuróny). V závislosti od štruktúry sa synapsie delia na neurosekrečné, neuromuskulárne a interneuronálne. Synaptická membrána pozostáva z 2 membrán: presynaptická, ktorá je súčasťou nervového zakončenia, a postsynaptická, ktorá patrí k excitabilnej štruktúre.

Prenos vzruchu v synapsii sa uskutočňuje prostredníctvom špecifických chemikálií - mediátorov (pozri). Najbežnejšími neurotransmitermi sú norepinefrín a acetylcholín. Štruktúra synapsie a mechanizmus prenosu vzruchu určujú jej fyziologické vlastnosti: 1) jednostranné vedenie vzruchu spojené s uvoľnením transmitera len na presynaptickú membránu; 2) synaptické oneskorenie prenosu vzruchu spojené s pomalým uvoľňovaním transmitera a jeho účinkom na postsynaptickú membránu, môže sa skrátiť opakovaným prechodom vzruchu (efekt sumácie a facilitácie); 3) synapsia má nízku labilitu a ľahkú únavu; 4) chemický mechanizmus prenosu vzruchu v synapsii určuje vysokú citlivosť synapsie na hormóny, lieky a jedy.

Otázka 26. Typy a úloha inhibície centrálneho nervového systému.

Inhibícia je lokálny nervový proces vedúci k potlačeniu alebo prevencii excitácie. Inhibícia je aktívny nervový proces, ktorého výsledkom je obmedzenie alebo oneskorenie excitácie. Jednou z charakteristických čŕt inhibičného procesu je absencia schopnosti aktívneho šírenia v nervových štruktúrach.

V súčasnosti sa v centrálnom nervovom systéme rozlišujú dva typy inhibície: centrálna (primárna) inhibícia, ktorá je výsledkom excitácie (aktivácie) špeciálnych inhibičných neurónov, a sekundárna inhibícia, ktorá sa vykonáva bez účasti špeciálnych inhibičných štruktúr. samotné neuróny, v ktorých dochádza k excitácii.

Centrálna inhibícia (primárna) je nervový proces, ktorý sa vyskytuje v centrálnom nervovom systéme a vedie k oslabeniu alebo prevencii excitácie. Centrálna inhibícia je podľa moderných koncepcií spojená s pôsobením inhibičných neurónov alebo synapsií, ktoré produkujú inhibičné mediátory (glycín, kyselina gama-aminomaslová), ktoré spôsobujú špeciálny typ elektrických zmien na postsynaptickej membráne nazývané inhibičné postsynaptické potenciály (IPSP) resp. depolarizácia presynaptického nervového zakončenia, s ktorým je druhé v kontakte s nervovým zakončením axónu. Preto sa rozlišuje centrálna (primárna) postsynaptická inhibícia a centrálna (primárna) presynaptická inhibícia.

Postsynaptická inhibícia (lat. post za, po niečom + grécky sinapsis kontakt, spojenie) je nervový proces spôsobený pôsobením špecifických inhibičných mediátorov (glycín, kyselina gama-aminomaslová) vylučovaných špecializovanými presynaptickými nervovými zakončeniami na postsynaptickú membránu. Nimi uvoľnený mediátor mení vlastnosti postsynaptickej membrány, čo potláča schopnosť bunky generovať excitáciu. V tomto prípade dochádza ku krátkodobému zvýšeniu permeability postsynaptickej membrány pre ióny K+ alebo CI-, čo spôsobuje zníženie jej vstupného elektrického odporu a tvorbu inhibičného postsynaptického potenciálu (IPSP). Výskyt IPSP v reakcii na aferentnú stimuláciu je nevyhnutne spojený so zahrnutím ďalšieho spojenia do inhibičného procesu - inhibičného interneurónu, ktorého axonálne zakončenia uvoľňujú inhibičný transmiter. Špecifickosť inhibičných postsynaptických účinkov bola prvýkrát študovaná na motorických neurónoch cicavcov (D. Eccles, 1951). Následne boli primárne IPSP zaznamenané v interneurónoch miechy a predĺženej miechy, v neurónoch retikulárnej formácie, mozgovej kôre, mozočku a jadrách talamu teplokrvných živočíchov.

Je známe, že pri excitácii stredu flexorov jednej z končatín dochádza k inhibícii stredu jej extenzorov a naopak. D. Eccles objavil mechanizmus tohto javu v nasledujúcom experimente. Podráždil aferentný nerv, čo spôsobilo excitáciu motorického neurónu inervujúceho extenzorový sval.

Nervové impulzy, ktoré dosiahli aferentný neurón v dorzálnom gangliu, sa posielajú pozdĺž jeho axónu v mieche dvoma cestami: do motorického neurónu inervujúceho extenzorový sval, ktorý ho vzrušuje, a pozdĺž kolaterál do intermediárneho inhibičného neurónu, axónu. ktorý je v kontakte s motorickým neurónom inervujúcim flexorový sval, čo spôsobuje inhibíciu antagonistického svalu. Tento typ inhibície bol zistený v interneurónoch na všetkých úrovniach centrálneho nervového systému počas interakcie antagonistických centier. Nazývalo sa to translačná postsynaptická inhibícia. Tento typ inhibície koordinuje a distribuuje procesy excitácie a inhibície medzi nervovými centrami.

Reverzibilná (antidromická) postsynaptická inhibícia (grécky: antidromeo bežať v opačnom smere) je proces, v ktorom nervové bunky regulujú intenzitu signálov, ktoré prijímajú podľa princípu negatívnej spätnej väzby. Spočíva v tom, že kolaterály axónov nervovej bunky nadväzujú synaptické kontakty so špeciálnymi interneurónmi (Renshawovými bunkami), ktorých úlohou je ovplyvňovať neuróny konvergujúce na bunku vysielajúcu tieto kolaterály axónov (obr. 87). Tento princíp sa používa na inhibíciu motorických neurónov.

Výskyt impulzu v motorickom neuróne cicavca nielenže aktivuje svalové vlákna, ale prostredníctvom kolaterál axónov aktivuje aj Renshawove inhibičné bunky. Tie vytvárajú synaptické spojenia s motorickými neurónmi. Preto zvýšené vypaľovanie motorického neurónu vedie k väčšej aktivácii Renshawových buniek, čo spôsobuje zvýšenú inhibíciu motorických neurónov a zníženie frekvencie ich spúšťania. Termín „antidromický“ sa používa, pretože inhibičný účinok je ľahko spôsobený antidromickými impulzmi, ktoré reflexne vznikajú v motorických neurónoch.

Čím viac je motorický neurón excitovaný, tým silnejšie impulzy idú do kostrového svalstva pozdĺž jeho axónu, tým intenzívnejšie je excitovaná Renshawova bunka, ktorá potláča aktivitu motorického neurónu. Následne v nervovom systéme existuje mechanizmus, ktorý chráni neuróny pred nadmernou excitáciou. Charakteristickým znakom postsynaptickej inhibície je, že je potláčaná strychnínom a tetanovým toxínom (tieto farmakologické látky neovplyvňujú excitačné procesy).

V dôsledku potlačenia postsynaptickej inhibície je narušená regulácia excitácie v centrálnom nervovom systéme, excitácia sa šíri („difunduje“) po celom centrálnom nervovom systéme, čo spôsobuje nadmernú excitáciu motorických neurónov a konvulzívne kontrakcie svalových skupín (kŕče).

Retikulárna inhibícia (lat. reticularis - retikulárna) je nervový proces vyvíjajúci sa v miechových neurónoch pod vplyvom zostupných impulzov z retikulárnej formácie (obrovské retikulárne jadro medulla oblongata). Účinky vytvorené retikulárnymi vplyvmi sú funkčne podobné rekurentnej inhibícii vyvíjajúcej sa na motorických neurónoch. Vplyv retikulárnej formácie je spôsobený perzistentnými IPSP, pokrývajúcimi všetky motorické neuróny bez ohľadu na ich funkčnú príslušnosť. V tomto prípade, rovnako ako pri rekurentnej inhibícii motorických neurónov, je ich aktivita obmedzená. Existuje určitá interakcia medzi takouto zostupnou kontrolou z retikulárnej formácie a systémom rekurentnej inhibície prostredníctvom Renshawových buniek a Renshawove bunky sú pod stálou inhibičnou kontrolou z týchto dvoch štruktúr. Inhibičný vplyv retikulárnej formácie je ďalším faktorom pri regulácii úrovne aktivity motorických neurónov.

Primárna inhibícia môže byť spôsobená mechanizmami iného charakteru, ktoré nie sú spojené so zmenami vlastností postsynaptickej membrány. V tomto prípade dochádza k inhibícii na presynaptickej membráne (synaptická a presynaptická inhibícia).

Synaptická inhibícia (grécky kontakt sunapsis, spojenie) je nervový proces založený na interakcii prenášača vylučovaného a uvoľňovaného presynaptickými nervovými zakončeniami so špecifickými molekulami postsynaptickej membrány. Excitačná alebo inhibičná povaha účinku vysielača závisí od povahy kanálov, ktoré sa otvárajú v postsynaptickej membráne. Priamy dôkaz prítomnosti špecifických inhibičných synapsií v centrálnom nervovom systéme prvýkrát získal D. Lloyd (1941).

Údaje týkajúce sa elektrofyziologických prejavov synaptickej inhibície: prítomnosť synaptického oneskorenia, neprítomnosť elektrického poľa v oblasti synaptických zakončení dáva dôvod považovať to za dôsledok chemického pôsobenia špeciálneho inhibičného mediátora vylučovaného synaptickými zakončeniami . D. Lloyd ukázal, že ak je bunka v stave depolarizácie, tak inhibičný transmiter spôsobuje hyperpolarizáciu, zatiaľ čo na pozadí hyperpolarizácie postsynaptickej membrány spôsobuje jej depolarizáciu.

Presynaptická inhibícia (lat. prae - pred niečím + gr. sunapsis kontakt, spojenie) je špeciálny prípad synaptických inhibičných procesov, prejavujúcich sa potlačením aktivity neurónov v dôsledku zníženia účinnosti excitačných synapsií aj na presynaptickej väzbe. inhibíciou procesu uvoľňovania vysielača excitačnými nervovými zakončeniami . V tomto prípade vlastnosti postsynaptickej membrány neprechádzajú žiadnymi zmenami. Presynaptická inhibícia sa uskutočňuje prostredníctvom špeciálnych inhibičných interneurónov. Jeho štruktúrnym základom sú axo-axonálne synapsie tvorené axónovými zakončeniami inhibičných interneurónov a axonálnymi zakončeniami excitačných neurónov.

V tomto prípade je axónový koniec inhibičného neurónu presympatický vo vzťahu ku koncu excitačného neurónu, ktorý sa ukazuje ako postsynaptický vo vzťahu k inhibičnému zakončeniu a presynaptický vo vzťahu k ním aktivovanej nervovej bunke. Na zakončeniach presynaptického inhibičného axónu sa uvoľní transmiter, ktorý spôsobí depolarizáciu excitačných zakončení zvýšením permeability ich membrány pre CI-. Depolarizácia spôsobuje zníženie amplitúdy akčného potenciálu prichádzajúceho na excitačné zakončenie axónu. V dôsledku toho je inhibovaný proces uvoľňovania vysielača excitačnými nervovými zakončeniami a znížená amplitúda excitačného postsynaptického potenciálu.

Charakteristickým znakom presynaptickej depolarizácie je jej pomalý vývoj a dlhé trvanie (niekoľko stoviek milisekúnd), a to aj po jedinom aferentnom impulze.

Presynaptická inhibícia sa významne líši od postsynaptickej inhibície z farmakologického hľadiska. Strychnín a tetanový toxín neovplyvňujú jej priebeh. Narkotické látky (chloralóza, Nembutal) však výrazne zosilňujú a predlžujú presynaptickú inhibíciu. Tento typ inhibície sa nachádza v rôznych častiach centrálneho nervového systému. Najčastejšie sa zistí v štruktúrach mozgového kmeňa a miechy. V prvých štúdiách mechanizmov presynaptickej inhibície sa verilo, že inhibičný účinok nastáva v bode vzdialenom od soma neurónu, preto sa nazýval „vzdialená“ inhibícia.

Funkčný význam presynaptickej inhibície pokrývajúcej presynaptické zakončenia, cez ktoré prichádzajú aferentné impulzy, je obmedziť tok aferentných impulzov do nervových centier. Presynaptická inhibícia primárne blokuje slabé asynchrónne aferentné signály a umožňuje prechod silnejších, preto slúži ako mechanizmus na oddelenie intenzívnejších aferentných impulzov od celkového toku. To má pre telo obrovský adaptačný význam, keďže zo všetkých aferentných signálov smerujúcich do nervových centier sú zvýraznené tie najdôležitejšie, najpotrebnejšie pre daný konkrétny čas. Vďaka tomu sú nervové centrá a nervový systém ako celok oslobodený od spracovania menej podstatných informácií.

Sekundárna inhibícia je inhibícia uskutočňovaná rovnakými nervovými štruktúrami, v ktorých dochádza k excitácii. Tento nervový proces je podrobne opísaný v prácach N.E. Vvedenskij (1886, 1901).

Recipročná inhibícia (lat. reciprocus - vzájomná) je nervový proces založený na skutočnosti, že rovnaké aferentné dráhy, ktorými je excitovaná jedna skupina nervových buniek, zabezpečujú inhibíciu iných skupín buniek cez interneuróny. Recipročné vzťahy excitácie a inhibície v centrálnom nervovom systéme boli objavené a demonštrované N.E. Vvedensky: podráždenie kože na zadnej nohe žaby spôsobuje jej ohýbanie a inhibíciu ohybu alebo predĺženia na opačnej strane. Interakcia excitácie a inhibície je všeobecnou vlastnosťou celého nervového systému a nachádza sa v mozgu aj v mieche. Experimentálne bolo dokázané, že normálny výkon každého prirodzeného motorického aktu je založený na interakcii excitácie a inhibície na rovnakých neurónoch centrálneho nervového systému.

Všeobecná centrálna inhibícia je nervový proces, ktorý sa vyvíja pri akejkoľvek reflexnej aktivite a zahŕňa takmer celý centrálny nervový systém vrátane centier mozgu. Všeobecná centrálna inhibícia sa zvyčajne prejavuje pred nástupom akejkoľvek motorickej reakcie. Môže sa prejaviť takou malou silou stimulácie, že nedochádza k motorickému efektu. Tento typ inhibície prvýkrát opísal I.S. Beritov (1937). Poskytuje koncentráciu excitácie iných reflexných alebo behaviorálnych aktov, ktoré by mohli vzniknúť pod vplyvom podnetov. Dôležitú úlohu pri vytváraní všeobecnej centrálnej inhibície má želatínová látka miechy.

Pri elektrickej stimulácii želatínovej látky v miechovom preparáte mačky dochádza k celkovej inhibícii reflexných reakcií spôsobených podráždením senzorických nervov. Všeobecná inhibícia je dôležitým faktorom pri vytváraní holistickej behaviorálnej aktivity zvierat, ako aj pri zabezpečovaní selektívnej excitácie určitých pracovných orgánov.

Parabiotická inhibícia vzniká pri patologických stavoch, keď sa znižuje labilita štruktúr centrálneho nervového systému alebo dochádza k veľmi masívnej simultánnej excitácii veľkého počtu aferentných dráh, ako napríklad pri traumatickom šoku.

Niektorí vedci identifikujú iný typ inhibície - inhibíciu po excitácii. Vyvíja sa v neurónoch po ukončení excitácie v dôsledku silnej stopovej hyperpolarizácie membrány (postsynaptická).

Inhibícia je špeciálny nervový proces, ktorý je determinovaný excitáciou a navonok sa prejavuje inhibíciou inej excitácie. Je schopný aktívneho šírenia nervovou bunkou a jej procesmi. Doktrínu centrálnej inhibície založil I. M. Sechenov (1863), ktorý si všimol, že ohýbací reflex žaby je inhibovaný chemickou stimuláciou stredného mozgu. Inhibícia hrá dôležitú úlohu v činnosti centrálneho nervového systému, a to: v koordinácii reflexov; v správaní ľudí a zvierat; pri regulácii činnosti vnútorných orgánov a systémov; pri realizácii ochrannej funkcie nervových buniek.

Typy inhibície v centrálnom nervovom systéme

Centrálna inhibícia je rozdelená podľa lokalizácie na pre- a postsynaptickú;

podľa povahy polarizácie (membránový náboj) - hyper- a depolarizácia;

podľa štruktúry inhibičných nervových okruhov - na recipročné, alebo spojené, reverzné a laterálne.

Presynaptická inhibícia, ako už názov napovedá, je lokalizovaná v presynaptických elementoch a je spojená s inhibíciou vedenia nervových vzruchov v axonálnych (presynaptických) zakončeniach. Histologickým substrátom takejto inhibície sú axonálne synapsie. Inzerčný inhibičný axón sa približuje k excitačnému axónu, ktorý uvoľňuje inhibičný transmiter GABA. Tento transmiter pôsobí na postsynaptickú membránu, ktorá je membránou excitačného axónu, a spôsobuje v nej depolarizáciu. Vzniknutá depolarizácia inhibuje vstup Ca2+ zo synaptickej štrbiny do záveru excitačného axónu a tým vedie k zníženiu uvoľňovania excitačného transmitera do synaptickej štrbiny, inhibícii reakcie. Presynaptická inhibícia dosahuje maximum po 15-20 ms a trvá asi 150 ms, teda oveľa dlhšie ako postsynaptická inhibícia. Presynaptická inhibícia je blokovaná konvulzívnymi jedmi - bikulínom a pikrotoxínom, ktoré sú kompetitívnymi antagonistami GABA.

Postsynaptická inhibícia (PSI) je spôsobená uvoľnením inhibičného transmitera presynaptickým koncom axónu, ktorý znižuje alebo inhibuje excitabilitu soma membrán a dendritov nervovej bunky, s ktorou je v kontakte. Je spojená s existenciou inhibičných neurónov, ktorých axóny sa tvoria na soma a dendritoch buniek nervových zakončení, pričom uvoľňujú inhibičné mediátory - GABA a glycín. Pod vplyvom týchto mediátorov dochádza k inhibícii excitačných neurónov. Príkladmi inhibičných neurónov sú Renshawove bunky v mieche, piriformné neuróny (Purkyňove bunky mozočku), hviezdicové bunky mozgovej kôry atď.

Štúdia P. G. Kostyuka (1977) dokázala, že postsynaptická inhibícia je spojená s primárnou hyperpolarizáciou soma membrány neurónu, ktorá je založená na zvýšení permeability postsynaptickej membrány pre K +. V dôsledku hyperpolarizácie sa úroveň membránového potenciálu vzďaľuje od kritickej (prahovej) úrovne. To znamená, že sa zvyšuje - hyperpolarizácia. To vedie k inhibícii neurónu. Tento typ inhibície sa nazýva hyperpolarizácia.

Amplitúda a polarita GPSP závisí od počiatočnej úrovne membránového potenciálu samotného neurónu. Mechanizmus tohto javu súvisí s Cl+. So začiatkom vývoja IPSP vstupuje do bunky Cl-. Keď je ho v bunke viac ako vonku, glycín sa prispôsobí membráne a Cl+ opustí bunku cez jej otvorené otvory. Počet negatívnych nábojov v ňom klesá a rozvíja sa depolarizácia. Tento typ inhibície sa nazýva depolarizácia.

Postsynaptická inhibícia je lokálna. Vyvíja sa postupne, je schopný sčítania a nezanecháva žiaruvzdornosť. Je to citlivejší, jasne cielený a všestranný brzdový mechanizmus. Vo svojom jadre ide o „centrálnu inhibíciu“, ktorú svojho času opísal Ch. S. Sherrington (1906).

V závislosti od štruktúry inhibičného nervového reťazca sa rozlišujú tieto formy postsynaptickej inhibície: recipročná, reverzná a laterálna, čo je vlastne typ reverznej.

Recipročná (kombinovaná) inhibícia je charakterizovaná skutočnosťou, že keď sú aktivované aferenty, motorické neuróny flexorových svalov sú excitované, potom súčasne (na tejto strane) sú motorické neuróny extenzorových svalov pôsobiace na ten istý kĺb. inhibované. To sa deje preto, že aferenty zo svalových vretien tvoria excitačné synapsie na motorických neurónoch svalov agonistu a prostredníctvom interkalárneho inhibičného neurónu - inhibičné synapsie na motorických neurónoch svalov antagonistu. Z fyziologického hľadiska je takáto inhibícia veľmi výhodná, pretože uľahčuje pohyb kĺbu „automaticky“, bez ďalšej dobrovoľnej alebo nedobrovoľnej kontroly.

Spätné brzdenie. V tomto prípade jedna alebo viac kolaterál odchádzajú z axónov motorického neurónu, ktoré sú nasmerované na interkalárne inhibičné neuróny, napríklad Renshawove bunky. Renshawove bunky zase tvoria inhibičné synapsie na motorických neurónoch. Keď je motorický neurón excitovaný, aktivujú sa aj Renshawove bunky, čo vedie k hyperpolarizácii membrány motorického neurónu a jeho aktivite je inhibovaná. Čím viac je motorický neurón excitovaný, tým väčšie sú inhibičné vplyvy cez Renshawove bunky. Reverzná postsynaptická inhibícia teda funguje podľa princípu negatívnej spätnej väzby. Existuje predpoklad, že tento typ inhibície je potrebný na samoreguláciu neuronálnej excitácie, ako aj na zabránenie ich nadmernej excitácii a konvulzívnym reakciám.

Bočná inhibícia. Inhibičný okruh neurónov je charakterizovaný skutočnosťou, že interkalárne inhibičné neuróny ovplyvňujú nielen zapálenú bunku, ale aj susedné neuróny, v ktorých je excitácia slabá alebo úplne chýba. Takáto inhibícia sa nazýva laterálna, pretože vytvorená oblasť inhibície sa nachádza na strane (laterálnej) excitovaného neurónu. Hrá obzvlášť dôležitú úlohu v zmyslových systémoch, pričom vytvára fenomén kontrastu.

Postsynaptická inhibícia sa prevažne ľahko zmierňuje podávaním strychnínu, ktorý konkuruje inhibičnému transmiteru (glycínu) na postsynaptickej membráne. Tetanový toxín tiež potláča postsynaptickú inhibíciu tým, že zhoršuje uvoľňovanie neurotransmiterov z inhibičných presynaptických zakončení. Preto je podávanie strychnínu alebo tetanového toxínu sprevádzané kŕčmi, ktoré sa vyskytujú v dôsledku prudkého nárastu procesu excitácie v centrálnom nervovom systéme, najmä v motorických neurónoch.

V súvislosti s objavom iónových mechanizmov postsynaptickej inhibície sa podarilo vysvetliť mechanizmus účinku Br. Bromid sodný v optimálnych dávkach je široko používaný v klinickej praxi ako sedatívum (upokojujúce) činidlo. Bolo dokázané, že tento účinok bromidu sodného je spojený so zvýšenou postsynaptickou inhibíciou v centrálnom nervovom systéme. -

Úloha rôznych typov centrálnej inhibície

Hlavnou úlohou centrálnej inhibície je poskytnúť v interakcii s centrálnou excitáciou schopnosť analyzovať a syntetizovať nervové signály v centrálnom nervovom systéme, a teda schopnosť koordinovať všetky telesné funkcie navzájom a s okolím. Táto úloha centrálnej inhibície sa nazýva koordinácia. Niektoré typy centrálnej inhibície plnia nielen koordinačnú, ale aj ochrannú (bezpečnostnú) úlohu. Predpokladá sa, že hlavnou koordinačnou úlohou presynaptickej inhibície je inhibícia v centrálnom nervovom systéme nevýznamnými aferentnými signálmi. Vďaka priamej postsynaptickej inhibícii je činnosť antagonistických centier koordinovaná. Reverzná inhibícia, ktorá obmedzuje maximálnu možnú frekvenciu výbojov motorických neurónov miechy, hrá koordinačnú úlohu (koordinuje maximálnu frekvenciu výbojov motorických neurónov s rýchlosťou kontrakcie svalových vlákien, ktoré inervujú), ako aj ochrannú úlohu ( zabraňuje excitácii motorických neurónov). U cicavcov je tento typ inhibície distribuovaný hlavne v spinálnych aferentných systémoch. Vo vyšších častiach mozgu, konkrétne v mozgovej kôre, dominuje postsynaptická inhibícia.

Aký je funkčný význam presynaptickej inhibície? Vďaka tomu ovplyvňuje nielen vlastný reflexný aparát miechy, ale aj synaptické prepínanie množstva vzostupných dráh v mozgu. Známa je aj zostupná presynaptická inhibícia primárnych aferentných vlákien skupiny Aa a kožných aferentov. V tomto prípade je presynaptická inhibícia zrejme prvou „vrstvou“ aktívneho obmedzenia informácií prichádzajúcich zvonku. V centrálnom nervovom systéme, najmä v mieche, pôsobí presynaptická inhibícia často ako akási negatívna spätná väzba, ktorá obmedzuje aferentné impulzy pri silných (napríklad patologických) podnetoch a tým čiastočne plní ochrannú funkciu vo vzťahu k mieche a vyšším. umiestnené strediská.

Funkčné vlastnosti synapsií nie sú konštantné. V niektorých podmienkach sa môže zvýšiť alebo znížiť účinnosť ich činnosti. Typicky je pri vysokých frekvenciách stimulácie (niekoľko stoviek za 1 s) uľahčený synaptický prenos na niekoľko sekúnd alebo dokonca minút. Tento jav sa nazýva synaptická potenciácia. Takúto synaptickú potenciáciu možno pozorovať aj po skončení tetanickej stimulácie. Potom sa bude nazývať posttetanická potenciácia (PTP). Základom PTP (dlhodobé zvýšenie efektivity komunikácie medzi neurónmi) budú pravdepodobne zmeny funkčných schopností presynaptického vlákna, a to jeho hyperpolarizácia. Na druhej strane je to sprevádzané zvýšeným uvoľňovaním vysielača do synaptickej štrbiny a objavením sa zvýšeného EPSP v postsynaptickej štruktúre. Existujú dôkazy aj o štrukturálnych zmenách v PTP (opuch a rast presynaptických zakončení, zúženie synaptickej štrbiny a pod.).

PTP je oveľa lepšie vyjadrený vo vyšších častiach centrálneho nervového systému (napríklad v hipokampe, pyramídových neurónoch mozgovej kôry) v porovnaní s neurónmi miechy. Spolu s PTP sa v synaptickom aparáte môže vyskytnúť postaktivačná depresia, vyjadrená ako zníženie amplitúdy EPSP. Mnohí výskumníci spájajú túto depresiu s oslabením citlivosti na pôsobenie vysielača (desenzibilizácia) postsynaptickej membrány alebo s iným pomerom nákladov a mobilizácie vysielača.

Plasticita synaptických procesov, najmä PTP, môže súvisieť s tvorbou nových interneurónových spojení v centrálnom nervovom systéme a ich konsolidáciou, t.j. mechanizmy učenia a pamäte. Zároveň treba uznať, že plastické vlastnosti centrálnych synapsií ešte nie sú dostatočne preštudované.

Nervové bunky riadia telesné funkcie pomocou chemických signálnych látok, neurotransmiterov a neurohormónov. Neurotransmitery- krátkodobo pôsobiace látky lokálneho účinku; uvoľňujú sa do synaptickej štrbiny a prenášajú signál do susedných buniek (produkované neurónmi a uložené v synapsiách; po prijatí nervového impulzu sa uvoľňujú do synaptickej štrbiny a selektívne sa viažu na špecifický receptor na postsynaptickú membránu iného neurónu alebo svalovej bunky, stimulujúc tieto bunky, aby vykonávali svoje špecifické funkcie). Látka, z ktorej je prenášač syntetizovaný (prekurzor vysielača), vstupuje do neurónu alebo jeho terminálu z krvi alebo mozgovomiechového moku (tekutina cirkulujúca v mozgu a mieche) a v dôsledku biochemických reakcií pod vplyvom enzýmov , sa premení na zodpovedajúci vysielač a potom sa transportuje do synaptickej štrbiny vo forme bublín (vezikúl). Mediátory sú tiež syntetizované v presynaptických termináloch.

Mechanizmus akcie. Mediátory a modulátory sa viažu na receptory na postsynaptickej membráne susedných buniek. Väčšina neurotransmiterov stimuluje otváranie iónových kanálov a len niekoľko z nich stimuluje zatváranie. Povaha zmeny membránového potenciálu postsynaptickej bunky závisí od typu kanála. Zmena membránového potenciálu z -60 na +30 mV v dôsledku otvorenia Na+ kanálov vedie k objaveniu sa postsynaptického akčného potenciálu. Zmena membránového potenciálu z -60 mV na -90 mV v dôsledku otvorenia Cl - kanálov inhibuje akčný potenciál (hyperpolarizáciu), v dôsledku čoho nedochádza k prenosu excitácie (inhibičná synapsia). Podľa ich chemickej štruktúry možno mediátory rozdeliť do niekoľkých skupín, z ktorých hlavné sú amíny, aminokyseliny a polypeptidy. Pomerne rozšíreným prenášačom na synapsiách CNS je acetylcholín.

Acetylcholín nachádza sa v rôznych častiach centrálneho nervového systému (mozgová kôra, miecha). Známy hlavne ako vzrušujúce sprostredkovateľ. Ide najmä o sprostredkovateľa alfa motorických neurónov miechy inervujúcich kostrové svaly. Tieto neuróny prenášajú excitačný vplyv na inhibičné Renshawove bunky. M- a N-cholinergné receptory sa našli v retikulárnej formácii mozgového kmeňa a v hypotalame. Acetylcholín tiež aktivuje inhibičné neuróny, čo určuje jeho účinok.

Amines ( histamín, dopamín, norepinefrín, serotonín) sa väčšinou nachádzajú vo významných množstvách v neurónoch mozgového kmeňa, menšie množstvá sa detegujú v iných častiach centrálneho nervového systému. Amíny zabezpečujú výskyt excitačných a inhibičných procesov napríklad v diencefale, substantia nigra, limbickom systéme, striatu.

norepinefrín. Noradrenergné neuróny sú sústredené najmä v locus coeruleus (strednom mozgu), kde ich je len niekoľko stoviek, no ich axonálne vetvy sa nachádzajú v celom centrálnom nervovom systéme. Norepinefrín je inhibičný transmiter v Purkyňových bunkách mozočka a excitačný transmiter v hypotalame a epitalamických jadrách. Alfa a beta adrenergné receptory sa nachádzajú v retikulárnej formácii mozgového kmeňa a hypotalamu. Norepinefrín reguluje náladu, emocionálne reakcie, zabezpečuje udržanie bdelosti a podieľa sa na mechanizmoch tvorby určitých fáz spánku a snov.

dopamín. Dopamínové receptory sa delia na podtypy D1 a D2. Receptory D1 sú lokalizované v bunkách striata a pôsobia prostredníctvom adenylátcyklázy citlivej na dopamín, ako sú receptory D2. D2 receptory sa nachádzajú v hypofýze; keď na ne pôsobí dopamín, dochádza k inhibícii syntézy a sekrécie prolaktínu, oxytocínu, melanostimulačného hormónu a endorfínu . Dopamín sa podieľa na vytváraní pocitov potešenia, regulácii emocionálnych reakcií a udržiavaní bdelosti. Striatálny dopamín reguluje zložité pohyby svalov.

Serotonín. Pomocou sérotonínu sa v neurónoch mozgového kmeňa prenášajú excitačné a inhibičné vplyvy a v mozgovej kôre sa prenášajú inhibičné vplyvy. Existuje niekoľko typov serotonínových receptorov. Serotonín uplatňuje svoj vplyv prostredníctvom ionotropných a metabotropných receptorov, ktoré ovplyvňujú biochemické procesy prostredníctvom druhých poslov - cAMP a IF 3 / DAG. Obsiahnuté najmä v štruktúrach súvisiacich s reguláciou autonómnych funkcií . Serotonín urýchľuje procesy učenia, vznik bolesti, zmyslové vnímanie a zaspávanie; angiotezín zvyšuje krvný tlak (BP), inhibuje syntézu katecholamínov, stimuluje sekréciu hormónov; informuje centrálny nervový systém o osmotickom tlaku krvi.

Histamín nachádza sa v dosť vysokých koncentráciách v hypofýze a strednej eminencii hypotalamu – tu je sústredená väčšina histamínergných neurónov. V iných častiach centrálneho nervového systému sú hladiny histamínu veľmi nízke. Jeho sprostredkovateľská úloha bola málo preskúmaná. Existujú H1-, H2- a H3-histamínové receptory.

Aminokyseliny.Kyslé aminokyseliny(glycín, kyselina gama-aminomaslová) sú inhibičné mediátory v synapsiách centrálneho nervového systému a pôsobia na zodpovedajúce receptory. Glycín- v mieche, GABA– v mozgovej kôre, mozočku, mozgovom kmeni a mieche. Neutrálne aminokyseliny(alfa-glutamát, alfa-aspartát) prenášajú stimulačné vplyvy a pôsobia na príslušné excitačné receptory. Glutamát je považovaný za neurotransmiter aferentných buniek v mieche. Receptory pre aminokyseliny glutámové a asparágové sú prítomné v bunkách miechy, mozočku, talamu, hipokampu a mozgovej kôry . Glutamát je hlavným excitačným prenášačom centrálneho nervového systému (75 %). Glutamátové receptory sú ionotropné (K+, Ca2+, Na+) a metabotropné (cAMP a IF3/DAG). Polypeptidy plnia aj funkciu mediátora v synapsiách centrálneho nervového systému. najmä látka P je sprostredkovateľom neurónov, ktoré prenášajú signály bolesti. Tento polypeptid je obzvlášť hojný v dorzálnych koreňoch miechy. To naznačuje, že látka P môže byť mediátorom citlivých nervových buniek v oblasti ich prechodu na interneuróny.

Enkefalíny a endorfíny – mediátory neurónov, ktoré blokujú impulzy bolesti. Svoj vplyv realizujú prostredníctvom zodpovedajúcich opiátových receptorov, ktoré sú obzvlášť husto umiestnené na bunkách limbického systému; veľa je ich aj na bunkách substantia nigra, jadrách medzimozgového a solitárneho traktu, sú prítomné na bunkách locus coeruleus miechy Endorfíny, enkefalíny, beta-spánok navodzujúci peptid poskytujú protibolestivé reakcie, zvýšenú odolnosť voči stresu a spánok. angiotenzín podieľa sa na prenose informácií o potrebe vody v tele, luliberín - pri sexuálnej aktivite. Oligopeptidy – mediátory nálady, sexuálneho správania, prenos nociceptívneho vzruchu z periférie na centrálny nervový systém, vznik bolesti.

Chemikálie cirkulujúce v krvi(niektoré hormóny, prostaglandíny, majú modulačný účinok na aktivitu synapsií. Prostaglandíny (nenasýtené hydroxykarboxylové kyseliny), uvoľňované z buniek, ovplyvňujú mnohé časti synaptického procesu, napr. sekréciu transmitera, prácu adenylátcykláz. Majú vysokú fyziologickú aktivitu, ale rýchlo sa inaktivujú, a preto pôsobia lokálne.

hypotalamické neurohormóny, regulujúce funkciu hypofýzy pôsobia aj ako mediátor.

Daleov princíp. Podľa tohto princípu každý neurón syntetizuje a používa rovnaký mediátor alebo rovnaké mediátory vo všetkých vetvách svojho axónu (jeden neurón - jeden mediátor), ale ako sa ukázalo, na zakončeniach axónov môžu byť uvoľnené ďalšie sprievodné mediátory ( komedianti), ktorí hrajú modulačnú úlohu a konajú pomalšie. V mieche sú v jednom inhibičnom neuróne inštalované dva rýchlo pôsobiace vysielače – GABA a glycín, ako aj jeden inhibičný (GABA) a jeden excitačný (ATP). Preto Daleov princíp v novom vydaní znie takto: „jeden neurón – jeden rýchly synaptický efekt“. Účinok sprostredkovateľa závisí hlavne od vlastností iónových kanálov postsynaptickej membrány a druhých poslov. Tento jav je obzvlášť zreteľne demonštrovaný pri porovnaní účinkov jednotlivých mediátorov v centrálnom nervovom systéme a periférnych synapsiách tela. Acetylcholín môže napríklad v mozgovej kôre s mikroaplikáciami na rôzne neuróny spôsobiť excitáciu a inhibíciu, v synapsiách srdca - inhibíciu, v synapsiách hladkých svalov gastrointestinálneho traktu - excitáciu. Katecholamíny stimulujú srdcovú aktivitu, ale inhibujú kontrakcie žalúdka a čriev.