Механизм нервно-мышечной передачи

Синапсы представляют собой коммуникационные структуры, которые формируются окончанием нервного волокна и прилегающей к нему мембраной мышечного волокна (пресинаптической нервной и постсинаптической мышечной мембранами).

Нервно-мышечная передача происходит в два этапа: первый — на уровне аксона, второй — на уровне синаптической мембраны (рис.6).

На месте окончаний аксона происходит три последовательных процесса.

• 1. Синтез ацетилхолина от ацетата с образованием ацетилкоэнзима, А до передачи группы ацетатов на холин под действием холинацетилазы.
• 2. Накопление ацетилхолина в синаптических пузырьках происходит, вероятно, тремя разными путями. Пузырьки, находящиеся ближе к синаптической мембране, по-видимому, содержат кванты, которые могут быть использованы тотчас же или составить функциональный запас. В остальных синаптических пузырьках накопленные кванты мобилизуются, вероятно, после истощения функционального запаса. И, наконец, избыток ацетилхолина, не использованный нервной стимуляцией, обеспечивает повторное снабжение синаптических пузырьков.
• 3. Освобождение ацетилхолина происходит в результате разрыва некоторых синаптических пузырьков под действием нервного двигательного импульса. Ацетилхолин проникает в течение нескольких миллисекунд через синаптическое пространство и соединяется с рецепторными протеинами, находящимися в пузырьках постсннаптической мембраны.

Второй этап осуществляется на уровне постсинаптической мембраны. Эта мембрана, находясь в состоянии покоя, поляризуется благодаря присутствию ионов Na+ на поверхности и ионов К+ в глубине. Это расположение обеспечивает равновесие, названное потенциалом покоя. Разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностями мембраны в покое составляет 90 мВ. Поступление ацетилхолина на рецепторы изменяет проницаемость мембраны по отношению к ионам, приводя к изменению распределения ионов по обеим сторонам мембраны. При этом Na+ интенсивно проникает в глубину, а К наоборот, перемещается на поверхность. Электрическое равновесие нарушается, мембрана деполяризуется, и потенциал покоя становится потенциалом концевой пластинки двигательного нерва. Если потенциал двигательного нерва достигает порога 30 мВ, то он при распространении вызывает мышечное расслабление вследствие деполяризации.

Когда нервный импульс достигает окончания аксона, на деполяризованной пресинаптической мембране открываются потенциалзависимые Са2+ каналы. Вход Са2+ в аксональное расширение (пресинаптическую мембрану) способствует высвобождению химических нейромедиаторов, находящихся в виде везикул (пузырьков) из окончания аксона. Медиаторы (в нервно-мышечном синапсе это всегда ацетилхолин) синтезируются в соме нервной клетки и путем аксонального транспорта транспортируются к окончанию аксона, где и выполняют свою роль. Медиатор диффундирует через синаптическую щель и связывается со специфическими рецепторами на постсинаптической мембране. Так как медиатором в нервно-мышечном синапсе является ацетилхолин, то рецепторы постсинаптической мембраны называют холинорецепторами. В результате этого процесса на постсинаптической мембране открываются хемочувствительные Nа±каналы, возникает деполяризация, величина которой различна, и зависит от количества выделенного медиатора. Чаще всего возникает локальный процесс, который называют потенциалом концевой пластинки (ПКП). При повышении частоты стимуляции нервного волокна, усиливается деполяризация пресинаптической мембраны, а, следовательно, возрастает количество выделяемого медиатора и число активированных хемочувствительных Nа+каналов на постсинаптической мембране. Таким образом, возникают ПКП, которые по амплитуде деполяризации суммируются до порогового уровня, после чего, на мембране мышечного волокна, окружающей синапс, возникает ПД, который обладает способностью к распространению вдоль мембраны мышечного волокна. Чувствительность постсинаптической мембраны регулируется активностью фермента — ацетилхолинэстеразы (АЦХ-Э), который гидролизует медиатор АЦХ на составные компоненты (ацетил и холин) и возвращает назад — в пресинаптическую бляшку для ресинтеза. Без удаления медиатора на постсинаптической мембране развивается длительная деполяризация, которая ведет к нарушению проведения возбуждения в синапсе — синаптической депрессии. Таким образом, синаптическая связь обеспечивает одностороннее проведение возбуждения с нерва на мышцу, однако на все эти процессы расходуется время (синаптичекая задержка), что приводит к низкой лабильности синапса по сравнению с нервным волокном.

Таким образом, нервно-мышечный синапс является «выгодным» местом, куда можно воздействовать фармакологическими препаратами, изменяя чувствительность рецептора, активность фермента. Эти явления будут часто встречаться в практике врача: например, при отравлении токсином ботулизма — блокируется высвобождение медиатора АЦХ (разглаживание морщин в косметической медицине), блокада холиноререпторов (курареподобными препаратами, бунгаротоксином) нарушает открытие Nа+ каналов на постсинаптической мембране. Фосфоорганические соединения (множество инсектицидов) нарушает эффективность АЦХ-Э и вызывает длительную деполяризацию постсинаптической мембраны. В клинике используют специфические блокаторы нервно-мышечного проведения: блокада холинорецепторов курареподобными препаратами, сукцинилхолином и другими конкурентными ингибиторами, вытесняющими АЦХ с холинорецептора. При заболевании миастении из-за дефицита холинорецепторов на постсинаптической мембране (из-за их аутолитического разрушения) возникает прогрессирующая мышечной слабость, вплоть до полной остановки мышечных сокращений (остановка дыхания). В этом случае используют блокаторы АЦХ-Э, что приводит к увеличению длительности связывания медиатора с меньшим количеством холинорецепторов и несколько увеличивает амплитуду деполяризации постсинаптической мембраны.