Особливості будови та функції центральної нервової системи

Гліальні клітини, певним чином, визначають і загальний функціональний стан мозку, створюючи специфічне середовище для нейронів і, тим самим, забезпечуючи умови для генерації та передачі нервових імпульсів, оскільки вони беруть участь в доставці поживних речовин в нейрон і виведенні продуктів метаболізму, регулюють склад позаклітинної рідини (вміст глюкози, амінокислот та іонів, будучи, зокрема, буфером і депо іонів К+) і т.п.

Рис.2. Особливості структури гліальних клітин.

Гліальні клітини беруть активну участь безпосередньо в обміні речовин нервової клітини, здійснюючи значну частину метаболічних процесів. Так, показано, що при тривалому збудженні нейрона високий вміст білка і нуклеїнових кислот в ньому підтримується за рахунок клітин глії, в яких їх кількість відповідно зменшується. У процесі ж відновлення запаси цих речовин спочатку збільшуються в клітинах глії, а потім і в цитоплазмі нейрона. Гліальні клітини здатні переміщуватись у просторі в напрямку до найбільш активних нейронів. Це спостерігається при різних аферентних роздратуваннях та при м'язовому навантаженні.

Отримані експериментальні дані про те, що клітини глії також беруть участь в умовно-рефлекторній діяльності мозку та в процесах пам'яті.

Принциповою відмінністю гліальних клітин від нейронів є те, що вони незбудливі і не здатні передавати нервовий імпульс (провідність їх мембран під час деполяризації не підвищується, оскільки в ній дуже мало потенціалзалежних каналів для натрію або кальцію).

Таблиця № 1. Типи гліальних клітин та їх основні функції в нервовій тканині.

Астроцити - найрізноманітніші гліальні клітини зірчастої (павукоподібної) форми. Вони здатні до інтенсивного ділення та в разі пошкодження мозкових клітин утворюють рубцеву тканину. В сірій речовині знаходяться протоплазматичні, а в білій фіброзні астроцити - аналогічні клітини з овальним ядром та великою кількістю глікогену в цитоплазмі, які відрізняються тільки розмірами і формою відростків. Вони утворюють обширний тривимірний простір, в який занурені нейрони, та, розташовуючись між ними і капілярами (гематоенцефалічний бар'єр!), забезпечують вибірковий транспорт речовин з крові до нейронів і виведення продуктів їх метаболізму. Астроцити беруть активну участь і безпосередньо в функціонуванні нервової тканини: вони перешкоджають гіпер-активності нейронів та відновлюють їх готовність до сприйняття нових імпульсів, сприяючи поглинанню з синаптичної щілини і утилізації медіаторів та інших реагентів. Наприклад, при тривалому збудженні нейрона підвищується позаклітинна концентрація іонів калію, що може зменшити збудливість сусідніх клітин. Астроцити попереджають це, поглинаючи його надлишки.

Олігодендроцити містять сферичне ядро, велику кількість рибосом і відповідають за утворення мієліну. Основна маса олігодендроцитів (як правило, з довгими відростками) розташована в білій речовині мозку. Інші, які знаходяться в сірій речовині, мають короткі відростки та розташовуються, переважно, навколо тіл нейронів, щільно прилягаючи до них, тому їх називають клітинами-сателітами. Олігодендроцити периферичної нервової системи називаються леммоцитами (Шванновськими клітинами). У ЦНС один олігодендроцит мієлінізує, як правило, відразу декілька аксонів, а шванновська клітина на периферії - лише один. Окрім забезпечення мієлінізації, олігодендроцити секретують нейротрофічні чинники, беруть участь в процесах регенерації та дегенерації нервових волокон, а також в обміні речовин в них.

Клітини мікроглії не є власне нервовою тканиною, оскільки мають мезенхімальне походження (зокрема, утворюються з моноцитів). Це дрібні довгасті клітини з відростками, розкидані по білій і сірій речовині мозку; вони містять лізосоми і добре розвинений апарат Гольджі. Мікроглія - єдиний імунокомпетентний компартмент в центральній нервовій системі. При пошкодженні мозку ці клітини перетворюються на рухомі фагоцити (рис. 3), які лізують загиблі нейрони та протистоять вторгненню чужорідних речовин. В умовах ішемії вони індукують синтез не тільки нейротоксичних речовин, але й сигнальних молекул, клітинних регуляторів, трофічних чинників, котрі сприяють виживанню нейронів та зменшують процеси постішемічного рубцювання.

Рис. 3. Фагоцитуюча мікрогліальна клітина



5. СІРА І БІЛА РЕЧОВИНА НЕРВОВОЇ ТКАНИНИ

Сіра речовина головного мозку представлена, в основному, тілами нейронів, а біла речовина - аксонами. В зв'язку з цим зазначені відділи мозку значно розрізняються за своїм хімічним складом. Ці відмінності носять, перш за все, кількісний характер (таблиця 1). Так, зокрема, в сірій речовині головного мозку більший вміст води, білки в ній складають половину, а ліпіди лише третю частину сухого залишку; в білій речовині - зворотне співвідношення: одна третина - білки і більше половини - ліпіди.

Таблиця. 2. Хімічний склад сірої та білої речовини головного мозку людини (% від маси сирої тканини).

Хімічний склад	Сіра речовина	Біла речовина
Вода	84	70
Сухий залишок, в тому числі:	16	30
Білки	8	9
Ліпіди	5	17
Мінеральні речовини	1	2

Сіра речовина (скупчення нейронів) займає центральне положення і на поперечному розтині нагадує метелика або літеру «Н», з широкими передніми рогами (рухова функція) і більш ніжними задніми рогами (чутлива функція). В шийному та грудному відділах спинного мозку між ними є і бокові роги (вегетативна, переважно симпатична функція).

Біла речовина (або провідні шляхи) є скупченням волокон, які проводять інформацію від спинного до головного мозку (висхідні, переважно чутливі шляхи) і навпаки - від головного до спинного мозку (нисхідні, переважно рухові за функцією). Біла речовина охоплює сіру і формує відповідні канатики або стовпи - передні, бокові та задні.

Сіра речовина спинного мозку організована за сегментарним типом, що нагадує «монетний стовпчик»: ділянка сірої речовини, від якої відходить пара передніх та задніх корінців має назву «сегмент» і відповідає за інервацію певної ділянки тіла. Таким чином, периферична інервація тіла людини теж є сегментарною (Рис.1)

Рис. 1. Сегментарна інервація тіла людини



6. ОСОБЛИВОСТІ МЕТАБОЛІЗМУ НЕРВОВОЇ ТКАНИНИ

Нервова тканина за своїм складом і процесами метаболізму значно відрізняється від інших тканин. Її основними функціями є генерація електричного сигналу, проведення нервового імпульсу, запам'ятовування та зберігання інформації, формування емоцій і поведінки, мислення. Виконання всіх цих процесів забезпечують три типи клітинних елементів: нейрони (нервові клітини); нейроглія (системи клітин, що безпосередньо оточують нервові клітини в головному і спинному мозку); мезенхімальні елементи, що формують мікроглію - гліальні макрофаги. Основна маса головного мозку представлена першими двома типами клітинних елементів. Нейрони зосереджені в сірій речовині (60 - 65 % від усієї речовини головного мозку), тоді як біла речовина ЦНС і периферійні нерви складаються, основним чином, з елементів нейроглії та їх похідного - мієліну. Завдяки останньому провідна система має властивість з високою швидкістю передавати нервові імпульси. Мієлінова речовина - поняття морфологічне. По суті мієлін - це система, утворена мембранами клітин нейроглії, які багаторазово нашаровуються навколо нервових відростків (у периферійних нервових стовбурах нейроглія утворена нейролемоцитами або шванівськими клітинами, а в білій речовині ЦНС - астроцитами). За хімічним складом мієлінова речовина є складним білково-ліпідним комплексом, 90 % усіх ліпідів мієліну представлено холестерином, фосфоліпідами і цереброзидами.



Рис.1. Молекулярна організація мієлінової оболонки: 1-перехват Ранв'є; 2- ядра Шванівських клітин; 3 - аксон; 4 - мієлін; 5 - мембрана (зовнішні шари); 6 - ліпіди; 7 - білок (внутрішній шар); 8-холестерин; 9 - цереброзид; 10 - сфінгомієлін; 11 - фосфатидилсерин

Вважають, що в ліпоїдних прошарках мієлінових оболонок молекули різноманітних ліпідів мають строго визначене розташування.

Особливості хімічного складу та метаболізму нервової тканини

Сіра речовина головного мозку представлена в основному тілами нейронів, а біла - аксонами. У зв'язку з цим зазначені відділи мозку значно різняться за своїм хімічним складом. Ці відмінності носять насамперед кількісний характер. Кількість води в сірій речовині головного мозку помітно більша, ніж у білій. У сірій речовині білки становлять половину сухого залишку, а в білій - третину, на частку ліпідів у білій речовині припадає понад половини сухого залишку, у сірій - біля 30%. Специфіку нервової тканини визначає гематоенцефалічний бар'єр (ГЕБ), який має вибіркову проникність для різноманітних метаболітів, він також сприяє накопиченню деяких речовин у нервовій тканині. Наприклад, частка глутамату та аспартату в нервовій тканині становить приблизно 70 - 75 % від загальної кількості амінокислот.

Білки та амінокислоти.

На частку білків припадає приблизно 40 % сухої маси головного мозку. При перерахунку на сиру масу тканини білки розподіляються приблизно порівну між сірою (8 %) і білою (9 %) речовинами головного мозку. Білки нервової тканини поділяють на 4 фракції: ті, що екстрагуються водою, 4,5 % розчином КСl, 0,1% розчином NаОН і нерозчинний залишок. Встановлено, що сіра речовина багатша білками, розчинними у воді, ніж біла речовина (30 і 19 % відповідно). Біла речовина, навпаки, містить набагато більше (22 %) нерозчинного білкового залишку, ніж сіра речовина (5%). На сьогодні з тканини мозку вдалося виділити біля 100 різноманітних розчинних білкових фракцій. У нервовій тканині містяться як прості, так і складні білки. Прості білки - це альбуміни, глобуліни, основні білки (гістони тощо) і опорні білки (нейросклеропротеїни). Альбуміни і глобуліни за своїми фізико-хімічними властивостями дещо відрізняються від аналогічних білків сироватки крові, тому їх називають нейроальбумінами і нейроглобулінами. Кількість нейроглобулінів у головному мозку становить в середньому 5 % від всіх розчинних білків. Нейроальбуміни є основним білковим компонентом фосфопротеїнів нервової тканини, на їхню частку припадає основна маса розчинних білків (89 - 90 %). У вільному стані нейроальбуміни зустрічаються рідко, вони легко сполучаються з ліпідами, нуклеїновими кислотами, вуглеводами й іншими небілковими компонентами. Білки, які в процесі електрофорезу при рН 10,5 - 12,0 рухаються до катода, одержали назву катіонних. Основними представниками цієї групи білків у нервовій тканині є гістони, які поділяються на п'ять основних фракцій у залежності від вмісту в їх поліпептидних ланцюгах залишків лізину, аргініну і гліцину. Нейросклеропротеїни можна охарактеризувати як структурно-опорні білки. Основні представники цих білків - нейроколаген, нейроеластин тощо. Вони становлять приблизно 8 - 10 % від загальної кількості простих білків нервової тканини і локалізовані в основному в білій речовині головного мозку й у периферійній нервовій системі. Складні білки нервової тканини представлені нуклеопротеїнами: ліпопротеїнами, протеоліпідами, фосфопротеїнами, глікопротеїнами тощо. У нервовій тканині містяться в значній кількості ще складніші надмолекулярні утворення, такі, як ліпонуклеопротеїни, ліпоглікопротеїни і, можливо, ліпогліконуклеопротеїнові комплекси. Нуклеопротеїни належать до дезоксирибонуклеопротеїнів або до рибонуклеопротеїнів. Ліпопротеїни становлять значну частину водорозчинних білків нервової тканини. Їх ліпідний компонент - це в основному фосфогліцериди і холестерин. Протеоліпіди - це білковоліпідні сполуки, які екстрагуються органічними розчинниками з тканини мозку. Відрізняються від водорозчинних ліпопротеїнів тим, що вони нерозчинні у воді, але розчинні у суміші хлороформ-метанол. Найбільша кількість протеоліпідів зосереджена в мієліні, у невеликих кількостях вони входять до складу синаптичних мембран і синаптичних міхурців. Фосфопротеїни в головному мозку містяться в більшій кількості, ніж в інших органах і тканинах - біля 2 % від загальної кількості всіх складних білків мозку. Вони виявлені в мембранах різноманітних морфологічних структур нервової тканини. Глікопротеїни представленні гетерогенною групою білків. За кількістю білків і вуглеводів, які входять до складу глікопротеїнів, їх можна поділити на дві основні групи. Перша група - це глікопротеїни, які містять 5 - 40 % вуглеводів і їх похідні; білкова частина складається переважно з альбумінів і глобулінів. У глікопротеїнах, що входять у другу групу, міститься 40 - 85 % вуглеводів, часто виявляється ліпідний компонент, за складом вони можуть бути зараховані до гліколіпопротеїнів У нервовій тканині виявлено низку специфічних білків, зокрема білок 5-100 і білок 14-3-2. Білок 5-100, або білок Мура, називають також кислим білком, тому що він містить велику кількість залишків глутамінової і аспарагінової кислот. Цей білок зосереджений в основному у нейроглії (85 - 90 %), у нейронах його не більше 10 - 15 % від загальної кількості білків головного мозку. Встановлено, що концентрація білка 5-100 зростає при навчанні (тренуваннях) тварин. Поки що немає підстав вважати, що білок 5-100 безпосередньо бере участь у формуванні та збереженні пам'яті. Не виключено, що участь у цих процесах ним опосередкована. Білок 14-3-2 також належить до кислих білків. На відміну від білка 5-100 він локалізований в нейронах, у нейрогліальних клітинах його вміст незначний. Поки що роль білка 14-3-2 у виконанні специфічних функцій нервової тканини не з'ясована. Загальний вміст амінокислот у нервовій тканині мозку людини у 8 разів перевищує їх концентрацію в крові, проте обмін між ними відбувається постійно. Для цього існують спеціальні транспортні системи: дві для незаряджених і ще кілька - для амінокислот, заряджених позитивно та негативно.Амінокислотний склад мозку відрізняється своєю специфічністю. Так, концентрація вільної глутамінової кислоти в мозку вища, ніж у будь-якому іншому органі ссавців (10 ммоль/л). На частку глутамінової кислоти разом із її амідом глутаміном і трипептидом глутатіоном припадає понад 50 % аміноазоту головного мозку. Глутамат у нервовій тканині виконує низку функцій: - він зв'язаний великою кількістю реакцій з проміжними метаболітами ЦТК; - разом з аспартатом бере участь у реакціях дезамінування інших амінокислот і знешкодженні аміаку; - з нього утворюється нейрмедіатор ГАМК; - бере участь у синтезі глутатіону - одного з компонентів антиоксидантної системи організму.

Таким чином глутамінова кислота поряд з глюкозою є важливим енергетичним матеріалом мозку. Різноманітність обмінних перетворень цієї кислоти в мозку зумовлює високу пластичність її метаболізму, що сприяє пристосувальним змінам обміну речовин в нервовій системі в процесах адаптації до різних умов (гіпоксії, гіпотермії, гіпероксії тощо). У головному мозку міститься низка вільних амінокислот, які лише в незначній кількості виявляють в інших тканинах ссавців, це - аміномасляна та ацетиласпарагінова кислоти, цистатіонін. Ферменти. У нервовій тканині міститься велика кількість ферментів, які каталізують обмін вуглеводів, ліпідів і білків. З ЦНС ссавців виділені лише деякі ферменти, зокрема ацетилхолінестераза та креатинкіназа. Значна кількість ферментів у нервовій тканині знаходиться в кількох молекулярних формах (ізоформах): ЛДГ, альдолаза, креатинкіназа, гексокіназа, малатдегідрогеназа, глутаматдегідрогеназа, холінестераза, кисла фосфатаза, моноаміноксидаза тощо. Достеменно незрозуміла наявність в мозку майже повного набору ферментів орнітинового циклу, за виключенням карбамоїлфосфатсинтетази, через що сечовина тут не утворюється. Аденілові нуклеотиди і креатинфосфат.У нервовій тканині на частку аденілових нуклеотидів припадає біля 84 % від усіх вільних нуклеотидів, значна кількість і похідних гуаніну. У цілому кількість високоергічних сполук у нервовій тканині невелика. Так, у головному мозку щурів на 1 г сирої маси припадає 2,3 - 2,91 мкмоль АТФ, АДФ - 0,3 - 0,5; АМФ - 0,03 - 0,05; ГТФ - 0,2 - 0,3; ГДФ - 0,15 - 0,20; УТФ - 0,17 - 0,25; креатинфосфат - 3,5 - 4,75. Розподіл основних макроергічних сполук приблизно однаковий в усіх відділах мозку. Вміст циклічних нуклеотидів (цАМФ і цГМФ) у головному мозку значно вищий, ніж у багатьох інших тканинах. Рівень цАМФ у мозку в середньому становить 1 - 2 нмоль/1г тканини, а цГМФ - до 0,2 нмоль/1г тканини.

Для мозку характерна також висока активність ферментів метаболізму циклічних нуклеотидів. Більшість вчених вважають, що циклічні нуклеотиди беруть участь у синаптичній передачі нервового імпульсу. Нуклеїнові кислоти.Оскільки нервові клітини позбавлені поділу, то, відповідно, у них не відбувається синтез ДНК. Проте, вміст РНК в них найвищий порівняно з іншими тканинами організму, швидкість синтезу РНК теж достатньо велика. Внаслідок відсутності ферменту карбамоїлфосфатсинтетази в нервовій тканині не можуть синтезуватися піримідини, вони обов'язково повинні надходити з крові - ГЕБ для них проникний, так само, як і для пуринових мононуклеотидів. Останні можуть синтезуватися в нервовій тканині.Як і в інших тканинах, у нервовій тканині нуклеїнові кислоти забезпечують збереження та передавання генетичної інформації, а також її реалізацію під час синтезу клітинних білків.

Потужні подразники, такі як голосні звуки, яскраві зорові стимули чи емоції призводять до підвищення синтезу і РНК і білка в певних ділянках мозку. Це доводить, що зміни в нервовій системі, які відображають індивідуальний досвід організму, кодуються в вигляді синтезованих макромолекул. Інформація, завдяки якій нейрони встановлюють лише певні зв'язки з окремими нейронами, кодується в структурі полісахаридних відгалужень мембранних глікопротеїнів. Утворення таких зв'язків, не закладених у період ембріонального розвитку, є результатом досвіду індивідуального організму і становить матеріальну основу для збереження інформації, яка буде визначати особливості поведінки даного організму. Ліпіди.Серед хімічних компонентів головного мозку особливе місце займають ліпіди, високий вміст і специфічна природа яких надають нервовій тканині характерних властивостей, оскільки ліпіди входять до складу клітинних мембран нейронів, забезпечують надійну електричну ізоляцію, слугують активними антиоксидантами (гангліозиди), виступають попередниками багатьох біологічно активних речовин. Холестерин активно синтезується в головному мозку лише в період його розвитку, тоді як у мозку дорослої людини активність ОМГ-КоА-редуктази (ключового ферменту синтезу холестерину) надзвичайно низька. Ефіри холестерину можна виявити лише в ділянках активної мієлінізації.

Природними цереброзидами мембран нейронів головного мозку є галактоцереброзиди; аномальне накопичення в мозку глюкоцереброзидів спостерігають при хворобі Гоше, яка супроводжується затримкою розумового розвитку та тяжкими неврологічними порушеннями. Багато ліпідів нервової тканини знаходиться в тісному взаємозв'язку з білками, формуючи складні системи типу протеоліпідів.Із сірої речовини головного мозку виділено гангліозиди, які є глікосфінголіпідами, причому в мозку їх в 10 - 100 разів більше, ніж в інших органах. До їх складу входять жирні кислоти, сфінгозин, галактоза, глюкоза, гексозаміни і сіалові кислоти. Основним місцем їх локалізації є зовнішні плазматичні мембрани клітин, а також мембрани мікросом і синаптосом. Функціональна роль гангліозидів, можливо, полягає в їх участі в транспорті іонів натрію і калію через плазматичні мембрани нервових клітин, що підтверджується локалізацією Na+ , K+ -АТФази в місцях переважного скупчення гангліозидів. Останні мають властивість зв'язувати і знешкоджувати деякі токсини, у тому числі правцю, ботулізму і дифтерії. Ліпіди постійно оновлюються, але швидкість їх оновлення різна, здебільшого, низька. Так, цереброзиди, сфінгомієліни оновлюються впродовж багатьох місяців і навіть років. Виключення становлять фосфогліцериди сірої речовини мозку (фосфатидилхоліни і особливо фосфатидилінозитол), для оновлення яких потрібно кілька діб або тижнів. Шляхи біосинтезу фосфогліцеридів у мозку подібні з тими, що здійснюються в інших тканинах. Жирні кислоти утворюються в основному з глюкози, частково їх синтез відбувається з ацетоацетату, цитрату і навіть ацетиласпартату. Деякі медіатори після взаємодії зі специфічними рецепторами змінюють свою конформацію та конформацію фермента фосфоліпази С, який каталізує розрив зв'язку в фосфотидилінозиті між гліцерином і залишком фосфату, у результаті чого утворюється фосфоінозитол і діацилгліцерол.

Ці сполуки є регуляторами внутрішньоклітинного метаболізму: діацилгліцерол активує протеїнкіназу С, а фосфоінозитол підвищує концентрацію іонів Са2+, останні впливають на активність внутрішньоклітинних ферментів і беруть участь у роботі скоротливих елементів нервових клітин - мікрофіламентів, що сприяє просуванню різних речовин у тілі нейрона та аксоні. Протеїнкіназа С бере участь у реакціях фосфорилування білків всередині нейрона: якщо це білкиферменти, то змінюється їх активність, а якщо це рибосомальні чи ядерні білки, то змінюється швидкість біосинтезу білків. Порушення обміну гангліозидів, викликані, зокрема, мутаціями генів, лежать в основі спадкових захворювань - гангліозидозів. Ці захворювання супроводжуються тяжкими порушеннями вищої нервової діяльності у дітей. Вуглеводи. Порівняно з іншими тканинами мозкова тканинами бідна на вуглеводи. Загальний вміст глюкози в головному мозку різних тварин становить в середньому 1 - 4 мкмоль/г тканини, а глікогену - 2,5 - 4,5 мкмоль/г тканини. Цікаво відзначити, що загальний вміст глікогену в мозку ембріонів і новонароджених тварин в три рази перевищує такий у дорослих. У міру росту та диференціювання мозку концентрація глікогену швидко знижується і залишається постійною у дорослої тварини.



7. МОЛЕКУЛЯРНІ ОСНОВИ ГЕНЕРАЦІЇ, ПРОВЕДЕННЯ І ПЕРЕДАЧІ НЕРВОВИХ ІМПУЛЬСІВ

7.1 Хімічні основи виникнення та проведення імпульсів

Розглянемо хімічні основи виникнення і підтримки біоелектричних потенціалів (потенціалу спокою та потенціалу дії). Більшість дослідників дотримуються думки, що явища електричної поляризації клітини обумовлені нерівномірним розподілом іонів К+ і Na+ по обидві сторони клітинної мембрани. Мембрана володіє вибірковою проникністю: більшою для іонів К+ і значно меншою для іонів Na+. Крім того, в нервових клітинах існує механізм, що підтримує внутрішньоклітинний вміст йонів натрію на низькому рівні всупереч градієнту концентрації. Цей механізм отримав назву натрієвого насоса. За певних умов можливе різке підвищщення проникності мембрани для іонів Na+.

В стані спокою внутрішня сторона клітинної мембрани заряджена електронегативно по відношенню до зовнішньої поверхні. Пояснюється це тим, що кількість іонів Na+, що «викачуються» з клітини за допомогою натрієвого насоса, не цілком точно врівноважується надходженням в клітину іонів К+. Частина катіонів натрію утримується внутрішнім шаром аніонів на зовнішній поверхні клітинної мембрани. Таким чином, на мембранах нервових клітин за рахунок роботи спеціальних АТФ-залежних «насосів» утворюється та підтримується трансмембранна різниця електричних потенціалів; ці мембрани електрично збудливі.

При збудженні, викликаному тим чи іншим агентом, селективно змінюється проникність мембрани нервової клітини (аксона): збільшується для іонів Na+ (приблизно у 500 разів) і залишається незмінною для іонів К+. В результаті іони Na+ спрямовуються всередину клітини. Компенсуючий потік іонів К+, що прямує з клітини, дещо запізнюється. Це призводить до виникнення негативного заряду на зовнішній поверхні клітинної мембрани. Внутрішня поверхня мембрани набуває позитивного заряду; відбувається перезарядка клітинної мембрани (зокрема, мембрани аксона, тобто нервового волокна), і виникає потенціал дії (або спайк). Тривалість спайка не перевищує 1 мсек. Він має висхідну фазу, пік і нисхідну фазу. Нисхідна фаза (падіння потенціалу) пов'язана з наростаючим переважанням виходу іонів К+ з клітини порівняно з надходженням туди іонів Na+ - мембранний потенціал повертається до норми.

Після проведення імпульсу в клітині відновлюється стан спокою. У цей період іони Na+, що увійшли до нейрону при збудженні, замінюються на іони К+. Це переміщення здійснюється проти градієнта концентрації, оскільки іонів Na+ в зовнішньому середовищі, що оточує нейрони, набагато більше, ніж в клітині після моменту її збудження. Рух іонів Na+ проти градієнта концентрації, як наголошувалося, забезпечується натрієвим насосом, для роботи якого необхідна енергія АТФ. Врешті решт, все це призводить до відновлення початкових градієнтів концентрацій катіонів калію та натрію відносно мембрани, і нервова клітина стає готовою до реагування на наступний імпульс збудження. Пригадаємо, що мієлінові мембрани, які утворюються шванновськими клітинами, «закутують» нервові волокна і служать електричним ізолятором. Цей ізоляційний шар покриває більшість нервових волокон і сильно прискорює розповсюдження електричної хвилі (сигналу); при цьому іони входять в клітину і виходять з неї тільки в тих місцях, де ізолятор відсутній. Як зазначалось вище, мієлінова оболонка складається з фосфоліпідів (зокрема сфінгомієліну), глікосфінголіпідів, холестерину, а також білків. Деякі захворювання, наприклад розсіяний склероз, характеризуються демієлінізаці-єю та порушенням проведення нервових імпульсів. Іншим не менш важливим процесом для нервової тканини є передача нервового імпульсу від однієї нервової клітини до іншої або дія на клітини ефекторного органу, яка відбувається за допомогу синапсів.



7.2 Будова та принципи функціонування синапсів

Синапс - це функціональний контакт спеціалізованих ділянок плазматичних мембран двох збудливих клітин (грецьк. уэнбшйт від ухнЬрфейн -- обіймати, пожимати руку). Перша клітина в усіх синапсах (це завжди нейрон) називається пресинаптичною, друга - постсинаптичною. У головному та спинному мозку нейрони утворюють синапси з великою кількістю інших нейронів, а в периферичній нервовій системі з ефекторними клітинами. Синапс складається з пресинаптичного закінчення, в якому знаходиться велика кількість везикул з нейротрансміттером, пресинаптичної мембрани, синаптичної щілини шириною 10-50 нм і постинаптичної мембрани з білками-рецепторами. Мембрани клітин в місці контакту мають потовщення у вигляді бляшок. Нервовий імпульс, переміщуючись по аксону, досягає пресинаптичної мембрани, але він не в змозі подолати виниклу перед ним перешкоду - синаптичну щілину. Тому тут електричний сигнал перетворюється в хімічний (зустрічаються, але набагато рідше, не у ссавців, еволюційно більш ранні електричні синапси шириною всього 2 нм).

Пресинаптична мембрана містить спеціальні канальні білки, подібні до білків, що формують натрієві канали в мембрані аксона. Вони реагують на мембранний потенціал, змінюючи свою конформацію і формуючи кальцієві канали. В результаті іони Са2+ проходять через пресинаптичну мембрану в нервове закінчення по градієнту концентрацій, який створюється роботою так званого кальцієвого насосу - Са2+-залежної АТФази. Підвищення концентрації Са2+ в нервовому закінченні призводить до злиття 200-300 заповнених відповідним хімічним посередником (нейротрансміттером) везикул, що є там, з плазматичною мембраною. Далі шляхом екзоцитозу нейротрансміттер секретується в синаптичну щілину і взаємодіє з рецепторними білками, розташованими на поверхні постсинаптичної мембрани (рис. 1).

Серед молекулярних механізмів, які призводять до розвитку збудження або гальмування, можна виділити наступні (рис. 2):

а) До виникнення збуджуючого постсинаптичного потенціалу приводять: нервовий метаболізм генерація імпульс

Рис. 1. Звільнення нейротрансміттера з везикул і його вихід у синапс.

А - стан спокою: а - везикули нейротрансмітера, б - його рецептори;

Б - прихід в нервове закінчення потенціалу дії і викликаний ним транспорт іонів Са 2+; В - звільнення нейротрансміттера з везикул в синапс з подальшою взаємодією з рецепторами постсинаптичної клітини.

1. Відкриття натрієвих каналів, яке дозволяє великій кількості катіонів натрію ввійти в постсинаптичну клітину. Це зміщує внутрішньоклітинний мембранний потенціал в позитивному напрямку, наближаючи його до порогового для збудження рівня. Це найбільш розповсюджений спосіб виникнення постсинаптичного збуджувального потенціалу.

2. Зниження провідності через хлорні або калієві канали (або одночасно через ті й інші) зменшує дифузію негативно заряджених іонів Сl- всередину постсинаптичного нейрона та дифузію позитивно заряджених іонів К+ назовні. У будь-якому випадку результатом буде підтримка більш позитивного, ніж у нормі, мембранного потенціалу, що сприяє збудженню.

3. Різні зміни внутрішньоклітинного метаболізму постсинаптичного нейрона, що ведуть до порушення клітинної активності та, в деяких випадках, до збільшення числа збуджуючих або зменшення числа гальмівних мембранних рецепторів.

б) До виникнення гальмівного постсинаптичного потенціалу приводять:

1. Відкриття каналів для іонів хлору в постсинаптичній мембрані нейрона, яке дозволяє даним аніонам швидко дифундувати ззовні в постсинаптичний нейрон, збільшуючи таким чином величину негативного заряду всередині нього. Це гальмівний ефект.

2. Збільшення провідності мембрани для іонів калію дозволяє позитивним іонам дифундувати назовні, що також призводить до збільшення величини негативного заряду всередині нього. Тому це теж є гальмівним ефектом.

3. Активація певних ферментів, котрі відповідають за клітинні метаболічні функції, які збільшують число гальмівних рецепторів або зменшують кількість збуджуючих синаптичних рецепторів. Сприйняття, перетворення, посилення і передача сигналу в постсинаптичну клітину (а при необхідності, і в її органели) здійснюється спеціальними сигнал-трансдукторними системами.



Рис. 2. Приклади наслідків взаємодії нейромедіатора з рецепторами постсинаптичної клітини: А - відкриття збуджуючим медіатором Na+-каналів постсинаптичного нейрона з його деполяризацією та генерацією в ньому потенціалу дії;

Б - відкриття гальмівним медіатором Сl--каналів постсинаптичного нейрона з його гі-перполяризацією, а - везикули ГАМК або гліцину, б - рецептори.

В одних випадках ними являються регуляторні субодиниці швидких іонних (Na+ або Сl-) каналів, в інших - набагато складніші комплекси, що включають ГТФ-залежні G-білки, мембранні ферменти, Са2+- чи К+-канали, вторинні посередники та каскад взаємозв'язаних між собою протеїнкіназ (таблиця 1).

Ще в 1979 р. Еклс та подружжя Мак-Гір запропонували ефекти класичних швидких нейротрансміттерів називати іонотропними, оскільки вони безпосередньо впливають на іонні канали синаптичних мембран, а «повільні» ефекти - метаботропними, припускаючи, що вони призводять до певних змін метаболічних процесів в постсинаптичному нейроні. В 1980 р. це було підтверджено Грінгардом із співробітниками, котрі виявили, що взаємодія дофаміну з відповідними мембранними рецепторами підвищує в клітині вміст вторинного посередника (цАМФ), що призводить до активації протеїнкінази А, яка фосфорилює багато внутрішньоклітинних білків. Серед них, зокрема, були виявлені й мембранні білки різних іонних каналів, котрі контролюють збудливість нейронів і забезпечують генерацію та передачу ними нервових імпульсів.

Таблиця 1. Загальна схема функціонування головних сигнал-трансдукторних систем

	Системи вторинних посередників
	ц-АМФ	інозітол-трифосфат	арахідонова кислота	ц-ГМФ
Приклади рецепторів та медіаторів	норадреналін (б2, в1, в2) ацетилхолін (М2)	норадреналін (б1)	гістамін (Н1)	-
Первинний посередник	Gs (в1, в2) Gi (б2, М2)	Gq	-	-
Первинний ефектор	аденілат-циклаза	фосфоліпаза С	Фосфоліпа-за А2	гуанілат-циклаза
Вторинний посередник	ц-АМФ	інозитол-1,4,5-трифосфат і діацилглі-церол	Арахідоно-ва кислота	ц-ГМФ
Вторинний ефектор	Протеїнкіна-за А	вивільнення Ca2+ з внутрішньо-клітинних депо; протеїнкі-наза С	А1, А2а, А2b, А3	Протеїнкі-наза G

Це означало, що дофамін, як і інші нейротрансміттери метаботропних рецепторів, таким чином здатні модулювати збудливість нервових клітин і їх реакції на трансміттери, які діють через іонотропні рецептори. Відповідно до цього, всі мембранні рецептори розділили на іонотропні (наприклад, Н-холінорецептори) та метаботропні (М-холінорецептори, адренорецептори) (рис. 3).



Рис. 26. Схеми будови та функціонування іонотропного (зліва) та метаботропного (справа) рецепторів на прикладі Н- та М-холінорецепторів.

Саме метаботропними ефектами обумовлена незвично «повільна» дія цілого ряду нейротрансміттерів та їх тривалий (модулюючий) вплив на функції нейронів. Найбільш досліджені сімейства та різновиди метаботропних рецепторів і їх ліганди наведені в таблиці 2.

Подібні трансміттери переважно використовуються не для передачі швидких сигналів при сприйнятті подразнень, мові, рухах і т.п., а для забезпечення значно складніших станів нервової системи - формування пам'яті, емоцій, настрою, мотивацій. Так, Ерік Кендел із співробітниками встановили, що в основі короткочасної пам'яті лежить посилений вхід в нейрон іонів кальцію, які посилюють виділення ним нейромедіатора при кожному нервовому імпульсі. Ці зміни відбуваються за рахунок фосфорилювання наявних в клітині білків певних іонних каналів за механізмом, описаним Грінгардом.

Довготривала пам'ять забезпечується експресією окремих генів та синтезом нових білків через активацію (фосфорилювання) так званих чинників транскрипції, що часто призводить до зміни форми та морфо-функціонального стану синапсу в цілому (рис. 4).

Таблиця 2. Головні сімейства і види метаботропних рецепторів та їх ліганди

Підсімейство рецепторів	Ліганд (медіатор)	Рецептори
родопсинподібні	ацетилхолін	мускарінові М-холіно-рецептори (m-AChR1-5)
	норадреналін (адреналін)	б1, б2, в1, в2, в3
	Дофамін	D1-7 (більше 20 підтипів)
	серотонін	5 HT1-7 (більше 10 підтипів)
	гістамін	H1-4
	аденозин	А1, А2а, А2b, А3
	АТФ	P2Y
	енкефаліни та більшість інших пептидів і гормонів	енкефалінові м1 і м2, д, к1 і к2, у, х
секретинподібні	деякі нейропептиди та гормони (глюкагон)	глюкагонові
метаботропні глутаматні	глутамат	GR, GIPR, GLP1R, GLP2R
	ГАМК	ГАМКВ

Блокування синтезу білків в нервових клітинах призводить до порушень довготривалої пам'яті, а короткочасна залишається неушкодженою. Головні компоненти цих процесів, очевидно, залишались практично незмінними впродовж багатьох тисяч років еволюції нервової системи, оскільки вони надзвичайно схожі у зовсім різних за рівнем організації живих організмів.



Рис.4. Молекулярні механізми формування короткочасної та довготривалої пам'яті під впливом слабких та сильних подразників



8. ХІМІЧНІ ОСНОВИ УТВОРЕННЯ І ПРОВЕДЕННЯ НЕРВОВИХ ІМПУЛЬСІВ, NA + ,K + -AТФ-АЗА

Розглянемо хімічні основи виникнення і підтримки біоелектричних потенціалів (потенціалу спокою та потенціалу дії). Більшість дослідників дотримуються думки, що явища електричної поляризації клітини обумовлені нерівномірним розподілом іонів К+ і Na+ по обидві сторони клітинної мембрани. Мембрана володіє вибірковою проникністю: більшою для іонів К+ і значно меншою для іонів Na+. Крім того, в нервових клітинах існує механізм, що підтримує внутрішньоклітинний вміст йонів натрію на низькому рівні всупереч градієнту концентрації. Цей механізм отримав назву натрієвого насоса.

За певних умов можливе різке підвищщення проникності мембрани для іонів Na+.

В стані спокою внутрішня сторона клітинної мембрани заряджена електронегативно по відношенню до зовнішньої поверхні. Пояснюється це тим, що кількість іонів Na+, що «викачуються» з клітини за допомогою натрієвого насоса, не цілком точно врівноважується надходженням в клітину іонів К+. Частина катіонів натрію утримується внутрішнім шаром аніонів на зовнішній поверхні клітинної мембрани. Таким чином, на мембранах нервових клітин за рахунок роботи спеціальних АТФ-залежних «насосів» утворюється та підтримується трансмембранна різниця електричних потенціалів; ці мембрани електрично збудливі.

При збудженні, викликаному тим чи іншим агентом, селективно змінюється проникність мембрани нервової клітини (аксона): збільшується для іонів Na+ (приблизно у 500 разів) і залишається незмінною для іонів К+. В результаті іони Na+ спрямовуються всередину клітини. Компенсуючий потік іонів К+, що прямує з клітини, дещо запізнюється. Це призводить до виникнення негативного заряду на зовнішній поверхні клітинної мембрани. Внутрішня поверхня мембрани набуває позитивного заряду; відбувається перезарядка клітинної мембрани (зокрема, мембрани аксона, тобто нервового волокна), і виникає потенціал дії (або спайк). Тривалість спайка не перевищує 1 мсек. Він має висхідну фазу, пік і нисхідну фазу. Нисхідна фаза (падіння потенціалу) пов'язана з наростаючим переважанням виходу іонів К+ з клітини порівняно з надходженням туди іонів Na+ - мембранний потенціал повертається до норми.

Після проведення імпульсу в клітині відновлюється стан спокою. У цей період іони Na+, що увійшли до нейрону при збудженні, замінюються на іони К+. Це переміщення здійснюється проти градієнта концентрації, оскільки іонів Na+ в зовнішньому середовищі, що оточує нейрони, набагато більше, ніж в клітині після моменту її збудження. Рух іонів Na+ проти градієнта концентрації, як наголошувалося, забезпечується натрієвим насосом, для роботи якого необхідна енергія АТФ. Врешті решт, все це призводить до відновлення початкових градієнтів концентрацій катіонів калію та натрію відносно мембрани, і нервова клітина стає готовою до реагування на наступний імпульс збудження. Пригадаємо, що мієлінові мембрани, які утворюються шванновськими клітинами, «закутують» нервові волокна і служать електричним ізолятором. Цей ізоляційний шар покриває більшість нервових волокон і сильно прискорює розповсюдження електричної хвилі (сигналу); при цьому іони входять в клітину і виходять з неї тільки в тих місцях, де ізолятор відсутній. Як зазначалось вище, мієлінова оболонка складається з фосфоліпідів (зокрема сфінгомієліну), глікосфінголіпідів, холестерину, а також білків. Деякі захворювання, наприклад розсіяний склероз, характеризуються демієлінізаці-єю та порушенням проведення нервових імпульсів. Іншим не менш важливим процесом для нервової тканини є передача нервового імпульсу від однієї нервової клітини до іншої або дія на клітини ефекторного органу, яка відбувається за допомогу синапсів.



9. БУДОВА І ПРИНЦИПИ ФУНКЦІОНУВАННЯ СИНАПСІВ

Електричні синапси широко поширені в нервовій системі безхребетних, а в ссавців зустрічаються вкрай рідко. Разом з тим електричні синапсы у вищих тварин широко поширені в серцевому м'язі, гладкій мускулатурі внутрішніх органів печінки, епітеліальній і залозистій тканинах.

Ширина синаптичної щілини в електричних синапсах становить усього 2-4 нм, що значно менше ніж у хімічних синапсах. Важливою особливістю електричних синапсів є наявність між пресинаптичною і постсинаптичною мембранах своєрідних містків, утворених білковими молекулами. Вони являють собою канали шириною 1-2 нм (мал. 1).

Рис. 1. Структура електричного синапса. Характерні риси: вузька (2-4 нм) синаптична щілина й наявність каналів, утворених білковими молекулами.

Завдяки наявності каналів, розміри яких дозволяють переходити із клітини в клітину неорганічним іонам і навіть невеликим молекулам, електричний опір такого синапса, що одержав назву щілинного або высокопроницаемого контакту виявляється дуже низьким. Такі умови дозволяють пресинаптическому токовища поширяться на постсинаптичну клітину практично без вгасання. Електричне токовище тече від збудженої області до незбудженого й там випливає назовні, викликаючи її деполяризацію (мал. 2).

Рис.2. Схема передачі збудження в хімічному (А) і електричному синапсі (Б). Стрілками показане поширення електричного токовища через мембрану пресинаптичного закінчення й постсинаптичну мембрану на нейрон. (По Б.И. Ходорову).

Електричні синапси володіють ряд специфічних функціональних властивостей:

Синаптическая затримка практично відсутня, тобто інтервал між приходом імпульсу в пресинаптическое закінчення й початком постсинаптического потенціалу, відсутній.

В електричних синапсах двостороннє проведення, хоча геометричні особливості синапса роблять проведення в одному напрямку більше ефективним.

Електричні синапсы на відміну від хімічних можуть забезпечити передачу тільки один процес - збудження.

Електричні синапсы менш піддані впливу різних факторів (фармакологічних, термічних і т.д.)

Поряд з хімічними й електричними синапсами між деякими нейронами є так називані змішані синапсы. Їхня головна особливість полягає в тім, що електрична й хімічна передача здійснюється паралельно, оскільки щілина між пре- і постсинаптичною мембранами має ділянки зі структурою хімічного й електричного синапсов (мал. 3).

Рис. 3. Структура змішаного синапса. А - ділянка хімічної передачі. Б - ділянка електричної передачі. 1. Пресинаптична мембрана. 2. Постсинаптична мембрана3. Синаптична щілина.



10. НЕЙРОМЕДІАТОРИ. СИНТЕЗ ЗБУДЖУЮЧОГО НЕЙРОМЕДІАТОРА- АЦЕТИЛХОЛІНУ

10.1 Головні медіатори мозку - це амінокислоти. До збуджуючих відносяться глутамат і аспартат

При звільненні в синапс вони через іонотропні рецептори (регуляторні субодиниці каналів) відкривають швидкі натрієві канали, що призводить до швидкого входу в постсинаптичний нейрон іонів Na+, переміщення яких в даному випадку не потребує затрати енергії, оскільки вони рухаються за градієнтом концентрації (в міжклітинній рідині концентрація Na+ набагато більша, ніж всередині клітини). Це деполяризує плазматичну мембрану (змінює негативний заряд на її внутрішній поверхні на позитивний) і викликає збудження нейрона. Збуджуючі амінокислоти необхідні для всіх основних функцій головного мозку, включаючи підтримку його тонусу, неспання, психологічної та фізичної активності, регуляцію поведінки, навчання, пам'яті, сприйняття чутливих і больових імпульсів.

Існують важкі хвороби, викликані дуже великим звільненням глутамату в синапс. Це характерно, наприклад, для епілепсії. Надлишок глутамату в синапсі призводить до перезбудження мозку, а періодично навіть до розвитку важкого судомного нападу. При ішемії (порушенні кровопостачання) головного мозку в синапс виділяється так багато глутамату, що він викликає надмірне накопичення іонів Са2+ в постсинаптичному нейроні і його пошкодження (нейротоксична дія) - інсульт. В результаті цього людина може стати інвалідом через погіршення інтелекту, порушення мови або поганої роботи кінцівок.

Чисельні дослідження останніх років показали, що серед глутаматних рецепторів є іонотропні та метаботропні. Іонотропні рецептори за селективністю до синтетичних лігандів діляться на 3 підтипи: зв'язуючі N-метил-D-аспартат (НМДА-рецептори), зв'язуючі 2-аміно-3-гідрокси-5-метил-4-ізоксазол-пропіонат (АМПА-рецептори) і зв'язуючі каїнову кислоту (КА-рецептори). Цікавий той факт, що сайти розпізнавання глутамату іонотропних рецепторів гомологічні периплазматичним переносникам амінокислот у бактерій і глутамат-чутливим пептидам рослин, які беруть участь у фотореакціях. Це вказує на довгу еволюційну історію рецепторів глутамату. Функції іонотропних рецепторів не обмежуються тільки відкриттям каналів. Вони також пов'язані зі здатністю внутрішньоклітинної карбоксильної терміналі взаємодіяти з широким колом внутрішньоклітинних білків, які приймають участь в структурно-функціональній організації постсинаптичного апарату та внутрішньоклітинній передачі сигналів. Наприклад, AMPA-рецептори активують тирозинкіназу, яка запускає каскад мітоген-активованої протеїнкінази.

Класифікація метаботропних глутаматних рецепторів (mGluR), яких також існує не менше 3 видів, обумовлена відмінностями в будові їхніх субодиниць. За молекулярною морфологією вони подібні багатьом іншим метаботропним рецепторам, зв'язаним з G-протеїном, тобто містять 7 трансмембранних доменів, позаклітинну N-терміналь і внутрішньоклітинну COOH-терміналь. Але за своїм амінокислотним складом метаботропні глутаматні рецептори значно відрізняються від інших метаботропних рецепторів, за винятком ГАМКБ-рецептора. Загальною властивістю mGluR є те, що внутрішньоклітинні реакції після стимуляції рецепторів обумовлені зміною активності пов'язаних з ними відповідних ферментних систем. Так наприклад, рецептори групи I активують фосфоліпазу С, яка продукує вторинні посередники діацилгліцерол та інозитол трифосфат, а рецептори II і III груп пригнічують активність аденілатциклази.

Ще один збуджуючий медіатор - ацетилхолін - синтезується в нервовій тканині з серину за допомогою наступних ферментів (рис. 1):



Рис. 1. Обмін ацетилхоліну в нервовій тканині.

сериндекарбоксилази (кофермент - піридоксальфосфат);

моноетаноламінметилтрансферази, донором метильних груп для якої є S-аденозилметионін;

холінацетилтрансферази.

Катаболізм ацетилхоліну здійснюється ацетилхолінестеразою, яка гідролізує його до холіну та оцтової кислоти (рис. 1).

Ацетилхолін активує іонотропні N-холінорецептори з відкриттям швидких натрієвих каналів. Через ці рецептори ацетилхолін забезпечує функціонування базальних (підкоркових) гангліїв головного мозку, пов'язаних з регуляцією рухової активності та м'язового тонусу. Крім того, в периферичній нервовій системі ацетилхолін через N-холінорецептори стимулює вегетативні ганглії й викликає скорочення скелетних м'язів.

Метаботропні М-холінорецептори належать до сімейства зв'язаних з G-білком мембранних рецепторів, до якого входять також адренорецептори і зоровий білок родопсин. Амінокислотні послідовності всіх їх в значній мірі гомологічні. Розрізняють не менше 3 підтипів М-холіно-рецепторів, котрі знаходяться в ЦНС та внутрішніх органах. Стимуляція М1-холінорецепторів через Gi-білок призводить до інгібування аденілатциклази, а стимуляція М2- і М3-холінорецепторів через Gq-білок - до активації фосфоліпази С та утворення ІФ3 і ДАГ.

Головний гальмівний нейромедіатор головного мозку - це г-аміномасляна кислота (ГАМК). Цікаво, що вона утворюється з головного збуджуючого медіатора - глутамату. Утворення г-аміномасляної кислоти в нейронах відбувається шляхом б-декарбоксилювання глутамату. Цикл перетворень ГАМК в мозку включає три взаємозв'язані реакції, що отримали назву ГАМК-шунта. Першу (власне синтез ГАМК) каталізує піридоксальзалежна глутаматдекарбоксилаза. Ця реакція є регуляторною і обумовлює швидкість утворення ГАМК в клітинах мозку в цілому. Подальші дві реакції можна вважати за реакції катаболізму ГАМК. Піридоксальзалежна ГАМК-амінотрансфераза перетворює ГАМК в янтарний напівальдегід, який потім під дією NAD-залежної дегідрогенази окислюється до янтарної кислоти (сукцинату) - інтермедіату цитратного циклу. Інактивация ГАМК можлива й за допомогою моноаміноксидази.

Взаємодія ГАМК з іонотропними ГАМКА- та ГАМКС-рецепторами (субодиницями хлоридних каналів) приводить до їх відкриття і швидкого входу в постсинаптичний нейрон аніонів Cl-. Ці іони викликають гіперполяризацію (збільшення негативного заряду на внутрішній стороні плазматичної мембрани) і в результаті - гальмування функцій нейрону. Гальмування таке ж необхідне для нормальної життєдіяльності головного мозку, як і збудження. По суті для мозку найголовніше - це не концентрація та дія кожного окремого медіатора, а загальний баланс (функціональна рівновага) збуджуючих і гальмівних регуляторів.

Будь-які порушення балансу нейромедіаторів можуть перешкодити нормальній роботі мозку - пригадаємо шкідливу дію надлишку глутамату при епілепсії чи інсульті. Більшість протиепілептичних ліків так чи інакше стимулюють ГАМК-ергічну систему, відновлюючи баланс збуджуючих і гальмівних медіаторів. При попаданні в рану збудника правця він утворює токсин, який вимикає систему ГАМК. Вона не може працювати, і тому активуючі амінокислоти, не зустрічаючи протидії, викликають перезбудження, що приводить до появи генералізованих судом і смерті.

Є ліки, які активують ГАМКА-рецептори, наприклад, барбітурати (фенобарбітал) чи бензодіазепіни (діазепам), тому вони проявляють виражену заспокійливу (транквілізуючу), снодійну та, в певній мірі, навіть протисудомну дію.

Амінокислота гліцин - головний гальмівний нейромедіатор спинного мозку. Спинний мозок має високоафінну (КМ <50 мкмоль) та низькоафінну (КМ >100мкмоль) системи захвату гліцину, в той час, як кора, наприклад, має лише низькоафіну систему його захвату. Він діє за аналогічним ГАМК механізмом (викликає гіперполяризацію постсинаптичної мембрани, відкриваючи її хлоридні канали), а його антагоністом є стрихнін. Отруєння останнім припиняє дію гліцину, ефекти збуджуючих медіаторів стають переважаючими, що приводить до виникнення судом.

Значна частина гліцину синтезується безпосередньо в клітинах мозку de novo із серину за участю фермента серингідроксиметилтрансферази (кофермент - тетрагідрофолат). Серин порівняно швидко надходить з крові до нервової тканини, а також може утворюватись в ній з 3-фосфогліцерату (одного з проміжних продуктів гліколізу) Катаболізм гліцину в нервовій тканині проходить двома шляхами (утворення серину або гліоксилату), а також розщепленням його в мітохондріях за участю нетипової НАД+- та тетрагідрофолатзалежної гліцинсинтази з утворенням СО2, амоніаку та метилен-тетрагідрофолату, який використовується клітинами мозку як джерело одновуглецевих фрагментів (аналогічний продукт утворюється і в серингідроксиметилтрансферазній реакції, коли серин трансформується у гліцин) (рис. 2).



Рис. 2. Головні шляхи метаболізму гліцину та серину в ЦНС: 1 - серингідроксиметилтрансфераза; 2 - гліцинамінотрансфераза; 3 - гліцинсинтаза.



СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Быков В.Я. Цитология. Общая гистология. - СПб, 1999.

2. Гистология, цитология и эмбриология / Под ред. О.В. Волкова, Ю.К. Елецкого. - М: Медицина, 1996.

3. Новак В.П., Пилипенко М.Ю., Бичков Ю.П. Цитологія, гістологія, ембріологія.: Підручник. - К.: ВІРА-Р, 2001. - 288 с.

4. Біологія: Навч. посіб. / А. О. Слюсарєв, О. В. Самсонов, В. М. Мухін та ін.; За ред. та пер. з рос. В. О. Мотузного. -- 3тє вид., випр. і допов. -- К.: Вища шк., 2002. -- 622 с.: іл.

5. Енциклопедія анатомії людини. - К., 2000.

6. Справочник по клинико-биохимическим исследованиям по лабораторной диагностике / В. С. Камышников. - 3-е изд.:- М.: МЕДпрессинформ, 2009. - 869 с.

7. Вебер В. Р., Швецова Т. П. Лабораторные методы исследования. Диагностическое значение. Учебное пособие. - М.: ООО «Медицинское информационное агенство», 2008. - 496 с.

8. Нейко Є.М., Боцюрко В.І., Мізюк М.І. Норми основних клінічних, лабораторних та інструментальних показників у медицині. - Вінниця: Нова книга, 2002. - 112 с.

9. Назаренко Г. И., Кишкун А. А. Клиническа оценка результатов лабораторних исследований. 2-е изд., стереотипное. - М.: Медицина, 2002. - 554 с.

10. Влияние лекарственных веществ на результаты лабораторних методов исследования / Под ред. проф.. А. А. Спасова.- М.: Фарммединфо, 1995. - 82 с.