Особенности строения нервной системы

2

Особенности строения нервной системы

Нервная система регулирует деятельность всех органов и систем, обусловливая их функциональное единство, и обеспечивает связь организма как целого с внешней средой.

Структурной единицей нервной системы является нервная клетка с отростками - нейрон. Вся нервная система представляет собой совокупность нейронов, которые контактируют друг с другом при помощи специальных аппаратов - синапсов. По структуре и функции различают три типа нейронов:

· рецепторные, или чувствительные;

· вставочные, замыкательные (кондукторные);

· эффекторные, двигательные нейроны, от которых импульс направляется к рабочим органам (мышцам, железам).

Нервная система условно подразделяется на два больших отдела - соматическую, или анимальную, нервную систему и вегетативную, или автономную, нервную систему. Соматическая нервная система осуществляет преимущественно функции связи организма с внешней средой, обеспечивая чувствительность и движение вызывая сокращение скелетной мускулатуры. Так как функции движения и чувствования свойственны животным и отличают их от растений, эта часть нервной системы получила название анимальной (животной).

Вегетативная нервная система оказывает влияние на процессы так называемой растительной жизни, общие для животных и растений (обмен веществ, дыхание, выделение и др.), отчего и происходит ее название (вегетативная - растительная). Обе системы тесно связаны между собой, однако вегетативная нервная система обладает некоторой долей самостоятельности и не зависит от нашей воли, вследствие чего ее также называют автономной нервной системой. Ее делят на две части симпатическую и парасимпатичесакую.

В нервной системе выделяют центральную часть - головной и спинной мозг - центральная нервная система и переферическую, представленную отходящими от головного и спинного мозга нервами, - переферическая нервная система. На разрезе мозга видно, что он состоит из серого и белого вещества.

Серое вещество образуется скоплениями нервных клеток (с начальными отделами отходящих от их тел отростков). Отдельные ограниченные скопления серого вещества носят названия ядер.

Белое вещество образуют нервные волокна, покрытые миелиновой оболочкой (отростки нервных клеток, образующих серое вещество). Нервные волокна в головном и спинном мозге образуют проводящие пути.

Переферические нервы в зависимости от того, из каких волокон (чувствительных либо двигательных) они состоят, подразделяются на чувствительные, двигательные и смешанные. Тела нейронов, отростки которых состовляют чувствительные нервы, лежат в нервных узлах вне мозга. Тела двигательных нейронов лежат в передних рогах спинного мозга или двигательных ядрах головного мозга.

И.П. Павлов показал, что центральная нервная система может оказывать три рода воздействий на органы:

· 1) пусковое, вызывающее либо прекращающее функцию органа (сокращение мышцы, секрецию железы);

· 2) сосудодвигательное, изменяющее ширину просвета сосудов и тем самым регулирующее приток к органу крови;

· 3) трофическое, повышающее или понижающее обмен веществ и, следовательно потребление питательных веществ и кислорода. Благодаря этому постоянно согласуется функциональное состояние ргана и его потребность в питательных веществах и кислороде. Когда к работающей скелетной мышце по двигательным волокнам направляются импульсы, вызывающие ее сокращение, то одновременно по вегетативным нервным волокнам поступают импульсы, расширяющие сосуды и у силивающие обмен веществ. Тем самым обеспечивается энергетическая возможность выполнения мышечной работы.

Центральная нервная система воспринимает афферентную (чувствительную) информацию, возникающую при раздражении спецефических рецепторов и в ответ на это формирует соответствующие эфферентные импульсы, вызывающие изменения в деятельности определнных органов и систем организма.

Спинной мозг лежит в позвоночном канале и представляет собой тяж длиной 41 - 45 см (у взрослого), несколько сплющенный спереди назад.

Вверху он непосредственно переходит в головной мозг, а внизу заканчивается заострением - мозговым конусом - на уровне II поясничного позвонка. От мозгового конуса вниз отходит терминальная нить, представляющая собой атрофированную нижнюю часть спинного мозга. Вначале, на II месяце внутриутробной жизни, спинной мозг занимает весь позвоночный канал, а затем вследствие более быстрого роста позвоночника отстает в росте и перемещается вверх.

Спинной мозг имеет два утолщения: шейное и поясничное, соответствующие местам выхода из него нервов, идущих к верхней и нижней конечностям. Передней срединной щелью и задней срединной бороздкой спинной мозг делится на две симметричные половины, каждая в свою очередь имеет по две слабовыраженные продольные борозды, из которых выходят передние и задние корешки - спинномозговые нервы. Эти борозды разделяют каждую половину на три продольных тяжа - канатика: передний, боковой и задний. В поясничном отделе корешки идут параллельно концевой нити и образуют пучок, носящий название конского хвоста.

Внутреннее строение спинного мозга. Спинной мозг состоит из серого и белого вещества. Серое вещество заложено внутри и со всех сторон окружено белым. В каждой из половин спинного мозга оно образует два неправильной формы вертикальных тяжа с передними и задними выступами - столбами, соединенных перемычкой - центральным промежуточным веществом, в середине которого заложен центральный канал, проходящий вдоль спинного мозга и содержащий спинномозговую жидкость. В грудном и верхнем поясничном отделах имеются также боковые выступы серого вещества.

Таким образом, в спинном мозге различают три парных столба серого вещества: передний, боковой и задний, которые на поперечном разрезе спинного мозга носят название переднего, бокового и заднего рогов. Передний рог имеет округлую или четырехугольную форму и содержит клетки, дающие начало передним (двигательным) корешкам спинного мозга. Задний рог уже и длиннее и включает клетки, к которым подходят чувствительные волокна задних корешков. Боковой рог образует небольшой треугольной формы выступ, состоящий из клеток, относящихся к вегетативной части нервной системы.

Белое вещество спинного мозга составляет передний, боковой и задний канатики и образовано преимущественно продольно идущими нервными волокнами, объединенными в пучки - проводящие пути. Среди них выделяют три основных вида:

· волокна, соединяющие участки спинного мозга на различных уровнях;

· двигательные (нисходящие) волокна, идущие из головного мозга в спинной на соединение с клетками, дающими начало передним двигательным корешкам;

· чувствительные (восходящие) волокна, которые частично являются продолжением волокон задних корешков, частично отростками клеток спинного мозга и восходят кверху к головному мозгу.

От спинного мозга, образуясь из передних и задних корешков, отходит 31 пара смешанных спинномозговых нервов: 8 пар шейных, 12 пар грудных, 5 пар поясничных, 5 пар крестцовых и 1 пара копчиковых. Участок спинного мозга, соответствующий отхождению пары спинномозговых нерввов, называют сегментом спинного мозга. В спинном мозге выделяют 31 сегмент.

Липиды центральной и периферической нервной системы

Фосфолипиды, фосфатиды, сложные липиды, отличительным признаком которых является присутствие в молекулах остатка фосфорной кислоты. В состав Ф. входят также глицерин (или аминоспирт сфингозин), жирные кислоты, альдегиды и азотистые соединения (холин, этаноламин, серин). Важнейшие представители Ф. - глицерофосфатиды [фосфатидилхолин (лецитин),фосфатидилэтаноламин (устаревшее название - кефалин), фосфатидилсерин, фосфатидилинозит, кардиолипин] и фосфосфинголипиды - сфингомиелины. Каждый класс Ф. объединяет множество однотипных молекул, содержащих различные жирные кислоты или альдегиды. При этом ненасыщенные жирные кислоты преимущественно находятся при 2_м углеродном атоме молекулы глицерина (формулы см. в ст. Липиды).

Ф. широко распространены в природе. В качестве основных структурных компонентов они входят в состав клеточных мембран животных, растений и микроорганизмов, определяя их строение и проницаемость, а также активность ряда локализованных в мембранах ферментов. С белками Ф. образуют липопротеиновые комплексы. Различным биологическим мембранам присущ определённый состав Ф. Так, кардиолипин - специфический митохондриальный Ф.; сфингомиелин присутствует в основном в плазматических мембранах. В мембранах микроорганизмов всегда содержится фосфатидилглицерин и редко лецитин (в отличие от клеток животных).

Состав Ф. некоторых органов изменяется при старении и ряде патологических состояний организма (атеросклероз, злокачественные новообразования).

Для разделения и установления строения Ф. используют различные виды хроматографии, химический и ферментативный (с помощью фосфолипаз) гидролиз, физические методы исследования (масс-спектрометрия, ИК-спектрометрия, ядерный магнитный резонанс и др.).

Помимо Ф., известны также фосфонолипиды, в которых атом фосфора связан с азотистым основанием (холином и этаноламином) ковалентной Р-С-связью. Эти соединения обнаружены у ряда моллюсков и бактерий.

Миелин и его роль в нервной системе

Миелин - сложная смесь белков и фосфолипидов, образующая внутреннюю часть оболочки некоторых типов нервных волокон

А-Д - последовательные стадии миэлинирования периферических нервных волокон или аксонов нейрилемной или Шванновской клеткой. Аксон сначала образует вмятину на клетка (А), а затем Шванновская клетка начинает окружать аксон, в то время как мезаксон (место инвагинации) удлинняется (Б). Затем Шванновская клетка начинает обвивать аксон (В-Г). Цитоплазма между слоями клеточных мембран постепенно конденсируется, Сохраняется цитоплазма вне слдоев миэлина и аксона (Д). Е-З - последовательные стадии миэлинирования нервных волокон в центральной нервной системе с помощью олигодендроцитов. Отросток нейроглиальной клетки обвивается вокруг аксона (Е), а добавляющиеся слои цитоплазмы движутся по направлению к телу клетки (Ж и З) 1 - аксон, 2 - нейрилемная (Шванновская клетка), 3 - мезаксон, 4 - олигодендроцит

Нуклеиновые кислоты мозга

Нуклеиновые кислоты - репликация ДНК в нейронах отсутствует, работает система репарации ДНК, в мозге экспрессируется несколько десятков тысяч уникальных генов, из которых не менее половины экспрессируется только в головном мозге - это говорит о высокой скорости транскрипции РНК, широко распространен альтернативный сплайсинг и интенсивное образование белка. Синтеза пиримидиновых нуклеотидов не происходит, т. к. нет карбамоилфосфатсинтетазы, для синтеза пуринов все есть. Содержание циклических нуклеотидов очень высокое, т. к. они участвуют в синаптической передаче нервного импульса.

Углеводы и их обмен в нервной системе

Спецификой углеводного обмена нервной системы является исключительная роль глюкозы для мозга. Глюкоза является основным источником энергии, так как клетки мозга не содержат ферментов для метаболизма липидов и других источников энергии.

Некоторая часть нейроглии способна запасать небольшое количество гликогена. Нейроны этой способностью не обладают.

Важной особенностью является повышенная доля обмена ди- и трикарбоновых кислот между матриксом митохондрий и цитозолем. Трикарбоновые кислоты с этом случае включаются в синтез нейромедиаторов.

Особая роль аэробных превращений глюкозы в энергетике мозга. Доля и роль гликолиза. Дополнительные источники энергии мозга. Основные системы, потребляющие энергию в мозгу (поддержание потенциала клеточных мембран, синтез белков, в особенности тубулярных, и др.).

Энергетический метаболизм мозга

Особенности обмена в нервной ткани:

1) много липидов, мало углеводов, нет их резерва

2) высокий обмен дикарбоновых кислот

3) глюкоза - основной источник энергии

4) мало гликогена, поэтому мозг зависит от поступления глюкозы с кровью

5) интенсивный дыхательный обмен

6) кислород используется постоянно и уровень не меняется

7) обменные процессы носят обособленный характер благодаря гематоэнцефалическому барьеру, высокая чувствительность к гипоксии и гипогликемии.

Гипоксия и окислительный стресс

Известно, что гипоксические, нейродегенеративные и возрастные нарушения в мозге характеризуются одними и теми же особенностями, в частности, накоплением активных форм кислорода (АФК). Выяснены тонкие молекулярные механизмы окислительного стресса в мозге и показана защитная функция природных антиоксидантов против апоптоза нейрональных клеток. Обнаружено, что Na/K_АТФаза нейрональных мембран является мишенью для окислительного стресса. Установлен молекулярный механизм повреждения Na_насоса, заключающийся в окислении сульфгидрильных групп и нарушении межсубъединичных взаимодействий в олигомерном комплексе фермента. Прослежена взаимосвязь между экзайтотоксическим действием глутамата и его агонистов на нейроны коры головного мозга и изменением активности Na/K_АТФазы.

Систематические исследования антиоксидантной активности природного нейропептида карнозина показали его высокую эффективность по защите нейронов как в условиях in vitro (индивидуальные реакции повреждения макромолекул, суспензии изолированных нейронов или срезов мозга в условиях свободнорадикальной атаки), так и in vivo - на различных моделях экспериментальной ишемии мозга и сердца, гипобарической гипоксии, и т.д.

Установлено, что карнозин является важным природным фактором системы антиоксидантной защиты мозга в условиях окислительного стресса. Профессору А.А. Болдыреву и его ученикам принадлежит приоритет на практическое использование природного дипептида карнозина в качестве профилактического и терапевтического средства (имеются авторские свидетельства и патенты).

Нейроспецифичные белки

S_100 является специфическим белком астроцитарной глии, способным связывать кальций. Свое название белок получил благодаря свойству оставаться в растворенном состоянии в насыщенном растворе сульфата аммония. Семейство белков S_100 состоит из 17 тканеспецифичных мономеров, два из которых: ? и ? образуют гомо- и гетеродимеры, присутствующие в высокой концентрации в клетках нервной системы. S_100 (??) присутствует в высоких концентрациях в глиальных и шванновских клетках, гетеродимер S_100 (??) находится в глиальных клетках, гомодимер S_100 (??) - в поперечнополосатых мышцах, печени и почках. Белок метаболизируется почками, его время полураспада составляет 2 часа. Астроглиальные клетки - это наиболее многочисленные клетки в мозговой ткани. Они образуют трехмерную сеть, которая является опорным каркасом для нейронов. Увеличение концентрации S_100 (??) и S_100 (??) в СМЖ и плазме является маркером повреждения головного мозга. При раннем определении содержания S_100 у пациентов с повреждениями мозга концентрация белка отражает степень повреждения мозга. Исследования S_100 полезны как для мониторинга, так и для определения прогноза течения заболевания.

Субарахноидальное кровоизлияние ведет к значительному увеличению уровня S_100 в СМЖ. Следует отметить, что при этом концентрация белка в плазме остается низкой. Концентрация S_100 значительно повышается в плазме у пациентов, оперированных в условиях искусственного кровообращения. Пик концентрации приходится на окончание экстракорпоральной циркуляции и затем уменьшается в неосложненных случаях. Замедление снижения концентрации S_100 у пациента в послеоперационный период говорит о наличии осложнений, о повреждении клеток мозга. Раннее определение и контроль уровня S_100, а также одновременные исследования S_100 и NSE позволяют выявить и подтвердить наличие повреждений мозга на ранней стадии, когда возможно успешное лечение. Тест S_100 также можно использовать для прогноза неврологических осложнений при обследовании пациентов с остановкой сердца.

Повышение белка S_100 в сыворотке крови и СМЖ при нарушениях мозгового кровообращения обусловлено активацией микроглии. Было показано, что в ранней фазе церебрального инфаркта микроглиальные клетки в периинфарктной зоне экспрессируют белки семейства S_100 и активно пролиферируют, причем белки экспрессируются не более трех дней после инфаркта. Это говорит о том, что активация постоянной популяции микроглии является ранним ответом мозговой ткани на ишемию и может быть использована как ранний маркер повреждения.

Свободные аминокислоты нервной системы

Аминокислоты являются для нервной ткани источником синтеза большого числа биологически важных соединений, таких как специфические белки, пептиды, нейромедиаторы, гормоны, витамины, биологически активные амины и др. Существенна также их энергетическая значимость, поскольку аминокислоты глутаминовой группы связаны с циклом трикарбоновых кислот.

Состав пула свободных аминокислот при нормальных физиологических условиях достаточно стабилен и характерен для мозга. Аминокислотный фонд мозга человека составляет в среднем 34 мкмоль на 1 г ткани, что превышает их содержание, как в плазме крови, так и в спинномозговой жидкости. Высокая концентрация - 75% фонда всех свободных аминокислот - приходится на дикарбоновые кислоты и их производные: глутаминовую кислоту, глутамин, аспарагиновую, N_ацетиласпарагиновую и ?-аминомасляную (ГАМК) кислоты, причем ГАМК и N_ацетиласпарагиновая кислоты локализованы почти исключительно в нервной ткани [2].

Постоянство качественного и количественного состава аминокислот в метаболических фондах мозга обеспечивается такими взаимосвязанными процессами, как поступление аминокислот из циркулирующей крови, отток их из мозга в кровь и участие в реакциях внутриклеточного метаболизма. В организме все эти процессы сбалансированы слаженным функционированием гомеостатических механизмов гематоэнцефалического барьера и мембранным транспортом аминокислот [3].

Системы активного транспорта аминокислот в мозг и из него энергозависимы. Изучение конкурентных отношений в транспорте аминокислот выявило наличие восьми типов транспортных систем, которые существуют для аминокислот с родственной структурой и зависят от ионного заряда и размеров их молекул.

Для мембранного транспорта аминокислот характерен ряд особенностей:

- перенос аминокислот часто происходит против высоких концентрационных градиентов;

- этот процесс энергозависим:

- на него влияют температура и рН среды;

- он ингибируется анаэробным состоянием клеток;

- перенос аминокислот связан с активным мембранным транспортом ионов, например он Na⁺-зависим;

- обнаружено конкурентное торможение мембранного транспорта одних аминокислот другими [3, 6].

Особенно велика специфичность и мощность транспортных систем для аминокислот, выполняющих роль медиаторов (глицин, ГАМК, таурин, глутаминовая кислота и др.). Эти системы не только обеспечивают пластические и энергетические нужды клетки, но и служат также для специфического быстрого снижения концентрации тормозных нейромедиаторов (глицин, ГАМК) в зоне синаптической щели.

Понятие о функциональном континууме

Речь идет о химических соединениях пептидной природы, выполняющих в организме роль регуляторов разнообразных физиологических функций. Каких функций? Они логично и последовательно связаны между собой. Первая - организация коммуникации между разными клетками посредством специализированного химического сигнала. Вторая - обеспечение «настроя» клетки, которая реагирует на воздействия того или иного рода. Это так называемая модуляция функции нервной или другой клетки организма. Третья - участие в реализации отдельной физиологической реакции или сложного акта.

Сегодня мы можем говорить о классе универсальных химических регуляторов, значимость которых простирается от влияния на функции отдельных групп клеток до управления работой целых систем и органов, включая сложные акты поведения. Так, в суммарной сводке, где выбраны сведения только для семи нейропептидов с наибольшим «индексом цитируемости» в современной научной литературе, видно, что различные по своему химическому строению вещества связаны между собой множественными функциональными отношениями: как регуляторы, они причастны к большому спектру различных физиологических проявлений и как следствие - к заболеваниям различной природы и тяжести.

Попытаемся показать причины постулируемой «универсальности» нейропептидов, которые находятся сегодня в центре внимания широкого круга специалистов - от химиков и зоологов до клиницистов различного профиля.

Второй постулат: пептиды построены как комбинации аминокислот - основных «кирпичиков» биологического мира.

Начнем с базовых определений биологии. Их три: Структура. Энергитическое обеспечение. Регуляция.

В природе существуют такие структуры, которые оказались на редкость удачными в организации систем любой сложности. Одна из них - аминокислота. Это минимально сложное органическое соединение, одновременно и кислота, и основание, потому что в него с двух концов вмонтированы амидная и карбоксильная группы. Они помогают аминокислотам соединяться друг с другом, образуя относительно прочные и в то же время лабильные структуры. Известно около 150 аминокислот. Живая природа использует только 20 из них. Однако представьте, какое количество комбинаций можно сделать лишь из 20 исходных единиц! Из них созданы все белки, которые составляют основу любого организма - структурные, каталитические (ферменты), регуляторные. В результате серии последовательных химических реакций, осуществляемых с помощью специальных ферментов (пептидаз), в клетках образуются олигопептиды, которые обладают высокой биологической активностью и которые были классифицированы как регуляторы разнообразных физиологических процессов.

Таких физиологически значимых пептидов было открыто несколько сотен. Но основной «костяк» - не более 40-50, остальные - их комбинации, дополнения. Как правило, регуляторные пептиды - это молекулы с различным набором аминокислот: большинство из них - до 30, больше не надо. Есть какой-то энтропийный уровень, оптимальный для выполнения регуляторной миссии. Однако все более углубленное исследование соотношения структуры и функции показывает, что части целой пептидной молекулы, ее фрагменты, также могут обладать физиологической активностью, подчас еще большей или качественно инвертированной.

Третий постулат: нейропептиды синтезируются в мозге (впрочем, в других органах тоже).

Существует сложный биохимический процесс биосинтеза пептидов в клетке: экспрессия («возбуждение») соответствующих генов, образование особой рибонуклеиновой кислоты, считывание, как с конвейера, ленты аминокислотных «кирпичиков», образующих белковую молекулу, далее разрезание этих белков на блоки определенной структуры.

Все это - точно прослеженные биохимические процессы, изученные для большинства физиологически значимых пептидов. Более того, тонкая генно - биохимическая «кухня» работает в строгой приуроченности к функции органа и к определенному ритму его деятельности. Вот здесь - в «привязке» к работе органа, в соответствии его функциональной «ритмике» - главное содержание регуляторной роли нейропептидов.

Понятие «нейропептиды» появилось 30 лет назад, когда в мозге открыли вещества, влияющие на центральные функции высших организмов. Они были названы эндорфинами и энкефалинами и дали начало изучению большой и значимой группы опиоидов, список которых пополняется и поныне. Нейропептиды оказались как бы над группами других, «периферических», пептидов, регулирующих работу сердца, почек, кишечника. Выяснилась также причастность к работе мозга ранее известных пептидных гормонов и их фрагментов - АКТГ, соматостатина, окситоцина. Со временем в мозге открывались новые и новые нейропептиды, влияющие на все многообразие его функций.

Обмен нейропептидов. Роль ферментов обмена нейропептидов

Уровень нейропептидов определяется соотношением скоростей их синтеза и деградации.

Нейропептиды синтезируются в организме на рибосомах гранулярного эндоплазматического ретикулума в виде высокомолекулярных неактивных предшественников (препропептидов. В состав последних могут входить аминокислотная последовательность как одного, так и нескольких нейропептидов. Известно много белков, содержащих в своей структуре последовательности нейропептидов: предшественник гонадотропин-рилизинг-фактора, проопиомеланокортин, препроэнкефалин А, продинорфин (препроэнкефалин В) и другие.

Все препропептиды содержат на N_конце сигнальную последовательность из 15-20 остатков гидрофобных аминокислот. Нейропептиды, входящие в состав предшественника, как правило, ограничены с C- и N_концов парами остатков основных аминокислот - аргинина и лизина.

Сигнальная последовательность препропептидов необходима для взаимодействия с рецепторами эндоплазматического ретикулума и переноса предшественника нейропептида в просвет ретикулума. В цистернах эндоплазматического ретикулума под действием сигнальной эндопептидазы происходит отщепление сигнальной последовательности, а также N_гликозилирование и формирование характерной для полипептида третичной структуры, которая препятствует обратному выходу белка в цитоплазму. Посттрансляционная модификация, включающая гликозилирование, амидирование, ацетилирование или сульфирование, предотвращает нарушение процессинга и образование нетипичных пептидов.

Для получения активных форм, полипептиды подвергаются посттрансляционному процессингу, одним из основных механизмов которого является ограниченный протеолиз.

Процессинг биологически активных пептидов осуществляется при передвижении молекул пропептидов по гранулярному эндоплазматическому ретикулуму, комплексу Гольджи и в секреторных везикулах. Секреторные везикулы содержат полный набор ферментов, необходимых для процессинга и специальные системы поддержания pH внутри везикул.

Процессинг нейропептидов внутри секреторных везикул включает в себя эндо- и экзопротеолитические реакции. Эндопротеолиз осуществляется при действии трипсиноподобных протеиназ (проопиомеланокортин-превращающего фермента, продинорфин-превращающего фермента, тиоловой прогормонконвертазы, субтилизиновых эндопептидаз семейства фурина, PC1, PC2, PC3 и PC4). В результате происходит расщепление пропептидов по парам остатков основных аминокислот.

Продукт, образовавшийся после действия эндопептидаз, далее подвергается экзопротеолизу с участием аминопептидазо-В- и / или карбоксипептидазо-В-подобных ферментов. В результате происходит удаление «лишних» N- и / или С-концевых остатков основных аминокислот.

Известно, что в различных тканях из одного белкового предшественника образуются различные нейропептиды. Так из проопиомеланокортина в аденогипофизе образуются преимущественно АКТГ, ?-липотропин и ?-эндорфин. В промежуточной доле гипофиза они подвергаются дальнейшему расщеплению с образованием ?-меланоцитстимулирующего гормона и фрагментов ?-эндорфина. Тканевая специфичность, по-видимому, может быть связана с различным набором ферментов в разных тканях и / или с различными способами регуляции их активности. Поэтому представляет интерес изучение ферментов процессинга со сходной (но не идентичной) субстратной специфичностью. Такие исследования интересны не только для выяснения вопросов, связанных с функционированием данных ферментов, но и для понимания механизмов образования различных нейропептидов из одних и тех же предшественников в разных тканях.

Синаптическая передача - основные положения

Синaпс - специализированный контакт между нервными клетками (или нервными и другими возбудимыми клетками), обеспечивающий передачу возбуждения с сохранением его информационной значимости. С помощью синапсов нервные клетки объединяются в нервные сети, которые осуществляют обработку информации. Взаимосвязь между нервной системой и периферическими органами и тканями также осуществляется при помощи синапсов.

Классификация синапсов

По морфологическому принципу синапсы подразделяют на:

* нейро-мышечные (аксон нейрона контактирует с мышечной клеткой);

* нейро-секреторные (аксон нейрона контактирует с секреторной клеткой);

* нейро-нейрональные (аксон нейрона контактирует с другим нейроном):

* аксо-соматические (с телом другого нейрона),
* аксо-аксональные (с аксоном другого нейрона),
* аксо-дендритические (с дендритом другого нейрон).

По способу передачи возбуждения синапсы подразделяют на:

* электрические (возбуждение передается при помощи электрического тока);

* химические (возбуждение передается при помощи химического вещества):

* адренергические (возбуждение передается при помощи норадреналина),
* холинергические (возбуждение передается при помощи ацетилхолина),
* пептидергические, NO - ергические, пуринергические и т.п.

По физиологическому эффекту синапсы подразделяют на:

* возбуждающие (деполяризуют постсинаптическую мембрану и вызывают возбуждение постсинаптической клетки);

* тормозные (гиперполяризуют постсинаптическую мембрану и вызывают торможение постсинаптической клетки).

Ультраструктура синапсов

Все синапсы имеют общий план строения Конечная часть аксона (синаптическое окончание), подходя к иннервируемой клетке, теряет миелиновую оболочку и образует на конце небольшое утолщение (синаптическую бляшку). Ту часть мембраны аксона, которая контактирует с иннервируемой клеткой, называют пресинаптической мембраной. Синаптическая щель - узкое пространство между пресинаптической мембраной и мембраной иннервируемой клетки, которое является непосредственным продолжением межклеточного пространства. Постсинаптическая мембрана - участок мембраны иннервируемой клетки, контактирующий с пресинаптической мембраной через синаптическую щель.

Особенности ультраструктуры электрического синапса

* узкая (около 5 нм) синаптическая щель;
* наличие поперечных канальцев, соединяющих пресинаптическую и постсинаптическую мембрану.

Особенности ультраструктуры химического синапса

* широкая (20-50 нм) синаптическая щель;
* наличие в синаптической бляшке синаптических пузырьков (везикул), заполненных химическим веществом, при помощи которого передается возбуждение;
* в постсинаптической мембране имеются многочисленные хемочувствительные каналы (в возбуждающем синапсе - для Nа+, в тормозном - для Cl - и К +), но отсутствуют потенциалчувствительные каналы.

Основные нейромедиаторные системы

Медиаторы: 1) возбуждения - ацетилхолин, адреналин, норадреналин (все они их тирозина), серотонин (из триптофана). 2) тормозные - ГАМК, глицин, ацетилхолин из АцКоА и холина. Основные возбуждающие медиаторы в мозге - глутамат и аспартат. При освобождении в синапс они через ионотропные рецепторы открывают Na_каналы, происходит быстрый вход Na в постсинаптическую мембрану. Происходит деполяризация мембраны, что приводит к возбуждению нейрона. Серотонин - играет роль в развитии патологических состояний - эффективное расстройство и шизофрения. При его недостатке наблюдаются нарушение сна, раздражение, агрессия. Адаптация к стрессу включает систему ГАМК, увеличивается содержание ГАМК и он связывается с фосфолипидными компонентами постсинаптических мембран и ингибируют выработка АХ. ГАМК и глицин открывают каналы пропускающие Cl возникают тормозные постсинаптические потенциалы. Медиаторы высших отделов нс: 1) Дофамин - осуществляет контроль движений. Болезнь Паркинсона - нарушение дофаминергической передачи и концентрация дофамина падает и составляет 5-15% от нормы, вырабатывается в таламусе. При шизофрении концентрация увеличивается. Нейромедиаторы - нейропептиды, их несколько сотен, содержат от 2 до 50 а/к остатков и каждая имеет определенный комплекс биологической активности. Тиролиберин - активность эмоционального поведения, бодрствование, дых центра. Холецистокинин - мощный ингибитор пищедобывательного центра. Эндозепин 6 - вызывает беспокойство. Люлиберин - отвечает за половое поведение. Коннекторы - поведенческие пептиды - скотофобин. Аплоидные пептиды - обладает повышенной чувствительностью к морфиновым рецепторам - эндорфины и энкефалины. Они обладают значительным эффектом.

Метаботропные, медленно действующие рецепторы - крупные белковые цепи, имеющие 7 трансмембранных доменов и чаще всего сопряженные с G_белками. Различные внутриклеточные механизмы передачи сигнала. Модуляция аденилатциклазной активности с последующей регуляцией образовавшимся цАМФ активности протеинкиназы А (₂-, -адренорецепторы и др.). Активация фосфолипазы С с последующим изменением гомеостаза ионов Са²⁺ и регуляцией активности протеинкиназы С или активацией фосфолипаз А₂ и D. Другие механизмы внутриклеточного сигналинга. Взаимосвязь разных путей внутриклеточной передачи сигнала.

Пространственно-временная организация памяти. Информационная емкость нейрологической памяти

Механизмы работы памяти, особенно такие, как процессы хранения и извлечения информации - основа всех психических процессов, следовательно, они представляют наибольший интерес для изучения в когнитивной психологии.

Еще И.М. Сеченов указывал на то, что память является «краеугольным камнем психического развития». Главную особенность человеческой памяти Сеченов видел не в фотографичности воспроизведения, не в «зеркальности» запечатления, а в переработке воспринятого, в классификации и сортировке воспринятых образов. Именно эта особенность является условием возможности психического развития. Он писал, что «самые простые наблюдения убеждают нас в том, что знания в умственном складе у взрослого, в самом деле, распределены не зря, а в определенном порядке, как книги в библиотеке».

Структура процесса запоминания и воспроизведения сложна, и те особенности, которые присущи любой форме человеческой деятельности, - опосредованность, целенаправленность, мотивированность - относятся и к памяти (Л.С. Выготский, А.Н. Леонтьев, В.П. Зинченко и др.).

Поскольку, компьютерная метафора, принятая за основу когнитивной психологией, утверждает, что человек по своей архитектуре подобен компьютеру, то значит, у него есть устройство ввода и вывода информации и по длительности удержания следа может быть выделена кратковременная и долговременная память.

Получается, что человек является как бы системой по переработке информации: ее получению, обработке, выдаче, трансляции и хранению, причем человек работает с информацией самыми разными способами.

В последнее время появилось великое множество теорий, описывающих работу памяти, в том числе и когнитивных. Большинство теорий поставили во главу угла характер обработки памяти, из чего следует, что информация может удерживаться в памяти различное время, в соответствии с ее обработкой.

Такое положение вещей объясняет теория множественных хранилищ, полагающая существование таких типов памяти как кратковременная и долговременная, а также сенсорное хранилище, связывающее внимание и память. Альтернативная теория работы памяти предполагает один тип хранилища, в котором информация проходит различные уровни обработки.

Чтобы лучше представить такие хранилища давайте, сравним их с овощными базами. В случае множественного хранилища овощи поступают в первое хранилище, где их перебирают и перевозят: менее устойчивые, не подлежащие длительному хранению в одно хранилище, более устойчивые в другое хранилище, а часть овощей идет на переработку, и затем поступают в самое долговременное хранилище.

Но могут быть и такие хранилища, где переработка овощей происходит в одном большом помещении, например, на каком-либо сельскохозяйственном предприятии, где овощи и перебираются и тут же хранятся, перерабатываются и закладываются в длительное хранение.

Под влиянием кибернетического подхода сложилась блоковая модель переработки информации, согласно которой когнитивная сфера представляет собой набор информационных хранилищ (блоков), где осуществляется обработка поступающего материала. След памяти проходит поочередно через все блоки, пока не поступает на постоянное хранение в блок долговременной памяти. По длительности удержания следа выделяют кратковременную и долговременную память.

Активная и динамичная области кратковременной памяти с вниманием и долговременным хранилищем образуют рабочую память.

Биохимические основы нейрологической памяти и обучения. Проблема переноса памяти

Рассуждая о процессах формирования воспоминаний, мы волей-неволей натолкнемся на спорное утверждение о том, что наши синапсы все время находятся в работе. Они постоянно передают между нейронами химические сообщения, распределяя воспоминания по хранилищам головного мозга. И все же, несмотря на бесконечный обмен медиаторов молекулами, наши воспоминания остаются устойчивыми. По данным двух исследователей из Университета штата Юта, этим мы обязаны особым белкам в синапсах, которые фиксируют наши жизненные уроки.

Исследователи независимо подтвердили, что на протяжении различных периодов времени - от считанных часов до нескольких дней - синапсы проходят через две различные фазы: долгосрочное потенцирование (укрепление синапса) и долгосрочное угнетение (ослабление синапса). Ключевым фактором этих процессов представляются глутаматные рецепторы (так называемые AMPA_рецепторы), которые связываются глутаматом - эксцитатным медиатором, участвующим в процессе формирования воспоминаний. Ученым удалось наблюдать, как эти белки-рецепторы путешествуют по внутренней части нейрона в сторону синапса. Однако остается неясным, является ли это перемещение рецепторов основным показателем синаптической силы.

Нейрофизиолог Бреслов (Bressloff) вместе с математическим биологом Бертоном Эрншоу (Berton Earnshaw) представляет себе процесс как формирование дендритных шипов. Ближе к синапсам формируются грибовидные формы в виде двух сопрягающихся частей (см. рисунок). В синапсе собирается белок AMPA_рецепторов, которые могут воспринимать глутаматные сигналы, приходящие от расположенного ниже нейрона. С другого конца дендрит входит в тело нейрона. Исследователи написали 10 дифференциальных уравнений, чтобы отслеживать скорость, с которой белок AMPA перемещается внутри синапса и снаружи него.

Бреслов и Эрншоу обнаружили, что на стадии укрепления синапса, когда начинает поступать новый опыт, в синапсы направляются все новые рецепторы AMPA. Это часто сопровождается повышением содержания ионов кальция в нейроне. По мнению исследователей, изменение концентрации иона кальция - слишком быстрый процесс, который неспособен фиксировать воспоминания. «Человеку нужны механизмы сохранения воспоминаний, работающих на разных временных дистанциях, - замечает исследователь. - Открытые якорные белки рецепторов как раз и занимаются тем, что превращают оперативные воспоминания в долговременную память».

Принимая во внимание, что есть прямой процесс, исследователи ввели противоположный процесс долгосрочного угнетения. Синаптическую силу определяют скорее не количество AMPA_рецепторов, а эффективность приема ими глутаматного сигнала, что определяется распределением рецепторов. «Не будь особых якорных белков этих рецепторов, они бы свободно перемещались, и мы в течение считанных часов теряли бы воспоминания». Нейрофизиология памяти все еще полна ждущих разрешения вопросов.

Биохимическая картина болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, шизофрении, аллергического энцефаломиелита и рассеянного склероза

При патологических процессах, наблюдающихся в ЦНС (болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, гипоксии, окислительном стрессе), при алкоголизме и наркомании наблюдается существенное изменение в функционировании холинергической системы. Холинотропные препараты достаточно успешно используются для симптоматического лечения патологий. Однако, несмотря на широкий спектр подходов к фармакологической коррекции подобных нервных заболеваний, на настоящее время нет достаточно эффективных способов лечения. Это объясняется комплексным характером заболеваний, целостный механизм которых до конца не изучен. Выяснение молекулярных механизмов, лежащих в основе возникновения и развития патологий позволит производить направленное лечение этих заболеваний.

Среди широкого спектра различных нейродегенеративных заболеваний особое место по своему негативному значению для общества играет болезнь Альцгеймера. Характерной ее особенностью является постепенное неуклонное прогрессирование расстройств памяти и высших корковых функций вплоть до полного распада интеллекта и психической деятельности. Есть все основания полагать, что в основе этих нарушений лежит дегенерация большого числа подкорковых нейронов, холинергические терминали которых широко распространены в мозге, а также дегенеративные процессы в холинергических системах коры и гиппокампа, сопровождаемые снижением уровня холинацетилтрансферазы и ацетилхолина. Эта холинергическая гипотеза патогенеза болезни Альцгеймера опирается, в основном, на следующие экспериментальные наблюдения: наличие существенного дефицита маркеров холинергических нейронов в соответствующих отделах головного мозга больных; значительный когнитивно-стимулирующий эффект у многих холиномиметических препаратов и ингибиторов АХЭ; частичная компенсация гипофункции холинергической системы и улучшение когнитивных функций при интрацеребральной трансплантации фетальных холинергических клеток; разработка экспериментальных способов получения патоморфологических изменений, характерных для болезни Альцгеймера введением холинотоксинов этилхолина и азаридиния и ?-амилоидного пептида, а также ухудшение состояния больных при введении холиноблокаторов.

На основании полученных к настоящему времени данных можно предположить, что снижение уровня АХ в мозге приводит к снижению уровней многих регуляторных пептидов, участвующих в процессах хранения информации, таких, как энкефалины, ?-эндорфин, аргинин-вазопрессин, кортиколиберин, соматостатин и др. Это предположение подтверждается экспериментальными данными о том, что препарат церебролизин, представляющий собой комплекс эндогенных аминокислот и пептидов, выделяемый из мозга животных, оказывает когнитивно-стимулирующие и нейропротекторные свойства у больных с болезнью Альцгеймера. Однако, ограничения, связанные с трудностью введения регуляторных пептидов в мозг, снижают возможности их использования и дальнейшего изучения возможностей их применения при различного рода нарушениях в функционировании холинергической системы. Знание путей образования и инактивации регуляторных пептидов, участвующих в функционировании холинреактивной системы, позволит, избирательно воздействуя на ферменты их метаболизма, регулировать уровень нейропептидов.

Болезнь Паркинсона представляет собой хроническое нейродегенеративное заболевание, при котором поражаются ядра экстрапирамидной системы, что сопровождается снижением содержания дофамина в стриатуме и в черной субстанции. Ведущую роль при болезни Паркинсона играет возникающий дисбаланс между дофаминергической и холинергической системами. При недостатке дофамина преобладают стимулирующие холинергические влияния. Активность АХЭ в базальных ганглиях значительно снижена. На фоне доминирующих холинергических влияний возникают акинезия, тремор, ригидность и брадифрения. Для устранения гиперфункции холинергической системы и коррекции возникающий нарушений успешно применяют холиноблокаторы. Существенное снижение содержания мет-энкефалина и холецистокинина в черном веществе и стриатуме может лежать в основе поведенческих нарушений при болезни Паркинсона.

Нейрохимические аспекты наркомании и алкоголизма

При алкоголизме и наркомании происходит поражение холинергической системы: наблюдается пониженная холинергическая передача при интоксикации. При абстинентном синдроме, напротив, холинергическое влияние доминирует, приводя к нарушениям, сходным с наблюдаемыми при болезни Паркинсона. При этом, наблюдается обратная корреляция с содержанием в мозге таких регуляторных пептидов, как ?-неоэндорфин, динорфин и мет-энкефалин. При состоянии опьянения уровень этих пептидов повышается, в то время как после хронического введения этанола и морфина, а также при абстиненции содержание ?-неоэндорфина, динорфина и мет-энкефалина в мозге понижено.

Страх, фобии, депрессивные и судорожные состояния, эпилепсия

Наиболее распространенные типы депрессии таковы:

Абдоминальный синдром. Боли, тяжесть, распирание, чувство холода или жара в животе, запоры или понос, тошнота и отрыжка, снижение аппетита. Эпизоды схваткообразной боли. Состояние ухудшается ночью и утром, улучшается во второй половине дня. Часто больные неоднократно вызывают скорую помощь, поступают в больницы с подозрением на острый аппендицит, холецистит, пищевое отравление или внематочную беременность. Лечение у терапевтов и хирургов не приносит облегчения.

Головная боль. Головная боль без четкой локализации, чувство распирания или сжимания головы, жжение, ползание мурашек в голове. Состояние ухудшается ночью и утром, улучшается во второй половине дня. Обезболивающие средства почти неэффективны. Такие больные получают диагноз «мигрень» или «вегето-сосудистая дистония». Годами лечатся без эффекта.

Лицевая боль. Имитирует невралгию тройничного или языкоглоточного нервов, болезни височно-нижнечелюстного сустава, зубов. Иногда доведенные болью до отчаяния, больные просят стоматологов удалить им совершенно здоровые зубы, что иногда приносит временное облегчение. Провоцирующим боль фактором часто является протезирование зубов. Маска может проявляться ощущениями шершавости, онемения или «волосатости» языка.

Кардиалгия. Имитирует боль в сердце, сердцебиение, перебои, жжение или холод за грудиной. Результаты кардиограммы не соответствует жалобам больного. Сердечные препараты уменьшают боль, но не снимают ее полностью. При маске - стенокардии нитроглицерин не эффективен.

Артралгия. Имитирует радикулиты, болезни суставов, мышечные боли и невралгии. Рентгенологическая картина не соответствует характеру жалоб больного. Зона боли не соответствует зоне поражения какого-либо нерва или сустава.

Бессонница. Расстройства сна являются обязательным проявлением депрессии. При таком варианте маски они являются основным или единственным проявлением болезни. Характерно раннее пробуждение. Больной просыпается утром плохо отдохнувшим, с отвращением к пище завтракает, и приехав на работу, уже уставшим, нуждается в отдыхе и чашке крепкого кофе или чая. Пик активности такого человека - 12 часов дня, но к двум часам работоспособность падает, и к концу дня ощущая сильную усталость, он, часто, все же не может уснуть до глубокой ночи. Наутро ситуация повторяется.

Фобия. Страх с одновременным пониманием больным его беспочвенности. Часто - страх смерти от остановки сердца, СПИДа, инсульта. Панические атаки в метро. Страх усиливается ночью и утром, уменьшается во второй половине дня.

Сексуальные расстройства. Ослабление эрекции, ускоренное или замедленное семяизвержение. Характерна склонность к утреннему коитусу. Стремление к все более сильным сексуальным раздражителям означено в фольклоре как «седина в голову - бес в ребро». Сексуальные расстройства - самый ранний признак депрессии.

Наркомания. Злоупотребление наркотиками и алкоголем приносит кратковременное облегчение таким больным, порождая очень быстрое развитие наркотической или алкогольной зависимости. Характерны запои от нескольких дней до полутора месяцев. Прекращение приема наркотика или алкоголя приводит к обострению симптомов депрессии. На этом фоне появляются идеи самообвинения, самоубийства. Абстинентный синдром сопровождается бурной соматической симптоматикой, характерной другим видам депрессивных масок.

К настоящему времени уже прочно сложилось мнение о необязательности уменьшения содержания 5 - оксииндолоуксусная кислота 5ОИУК в спинномозговой жидкости (СМЖ) при депрессивных расстройствах. Также очевидно, что данный факт не следует связывать только с методологическими трудностями, обусловленными такими неспецифическими факторами, как возможная зависимость показателей индоламинового обмена от возраста, пола, веса, циркадианных и сезонных ритмов или тем, что люмбарная пункция может предоставлять биологический материал, отражающий главным образом спинальный метаболизм серотонина, даже и при условии наличия достоверной корреляции между цистернальным и спинальным уровнями 5ОИУК. В конечном итоге ненадежность такого признака депрессивных расстройств, как дефицит количества основного продукта метаболизма серотонина в СМЖ больных, обусловлена, видимо, не методическими артефактами, а скорее несоответствием нозологического уровня психопатологического явления и более частным характером биологической дисфункции как отражения определенных особенностей генетического аппарата организма. В этой связи заслуживает рассмотрения ряд доказательств того, что сниженная концентрация 5ОИУК в ликворе является весьма частым спутником таких психических особенностей, как суицидальные тенденции и импульсивность. Нужно отметить, впрочем, что увеличение содержания 5ОИУК в СМЖ по сравнению с контрольными значениями иногда отмечается при обсессивно-компульсивных расстройствах. Имеются, правда, свидетельства об отсутствии среднегрупповых различий между больными с обсессиями и здоровыми людьми по данному параметру, но при существовании достоверной отрицательной корреляционной связи между уровнем 5ОИУК ликвора и тяжестью некоторых обсессивных проявлений, а также достоверной положительной зависимости между 5ОИУК ликвора и клиническими симптомами выздоровления пациентов. Содержание самого серотонина и его основного метаболита было снижено в разных отделах головного мозга у больных с синдромом Жиля де ля Туретта, заболеванием, симптомы которого могут являться одним из проявлений обсессивно-компульсивных расстройств. Таким образом, несмотря на ряд противоречивых мнений, обсессивно-компульсивные расстройства также сопровождаются изменением центральных индоламиновых функций по типу их угнетения. Комплекс имеющихся данных позволяет сделать предположение о непосредственном отношении сниженного функционального состояния индоламиновых систем ЦНС к проявлению компульсивных и импульсивных нарушений поведения. Подобная интерпретация хорошо вписывается в схему тормозной модулирующей структурно-функциональной организации серотониновых механизмов головного мозга.