Нейроэффекторный переход

Нейроэффекторное соединение — это место, где двигательный нейрон высвобождает нейротрансмиттер для воздействия на клетку-мишень, не являющуюся нейрональной. Это соединение функционирует как синапс . Однако, в отличие от большинства нейронов, соматические эфферентные мотонейроны иннервируют скелетные мышцы и всегда являются возбуждающими. Висцеральные эфферентные нейроны иннервируют гладкие мышцы, сердечную мышцу и железы и обладают способностью выполнять возбуждающую или тормозную функцию. Нейроэффекторные соединения известны как нервно-мышечные соединения , когда клеткой-мишенью является мышечное волокно.

Несинаптическая передача характерна для вегетативных нейроэффекторных соединений. Структура вегетативного нервно-мышечного соединения имеет несколько существенных особенностей, в том числе: конечные части вегетативных нервных волокон варикозны и подвижны, при этом медиаторы высвобождаются «в проходе» на разных расстояниях от эффекторных клеток; хотя на эффекторных клетках нет структурной постпереходной специализации, рецепторы нейротрансмиттеров накапливаются на клеточных мембранах в местах тесных соединений. Мышечные эффекторы представляют собой пучки, а не отдельные гладкомышечные клетки, соединенные щелевыми соединениями , которые обеспечивают электротоническое распространение активности между клетками. Множество медиаторов используются вегетативными нервами, и происходит совместная передача, часто связанная с синергическим действием котрансмиттеров, хотя также имеет место пре- и постпереходная нейромодуляция высвобождения нейротрансмиттеров. Предполагается, что вегетативная нервная регуляция иммунных, эпителиальных и эндотелиальных клеток также включает несинаптическую передачу.

Это плотные соединения, но в вегетативной нервной системе и кишечной нервной системе соединительные соединения становятся намного «рыхлыми», что облегчает диффузию. Эта рыхлость позволяет принимать более широкий сигнал, тогда как в более плотных соединениях больше нейротрансмиттеров метаболизируется или разрушается. В скелетных мышцах соединения в большинстве случаев имеют одинаковое расстояние и размер, поскольку они иннервируют столь определенные структуры мышечных волокон. Однако в вегетативной нервной системе эти нервно-мышечные соединения выражены гораздо менее четко.

Анализ ненорадренэргической/нехолинергической (NANC) передачи при одиночных варикозных расширениях или опухолях показывает, что отдельные синапсы обладают разной вероятностью секреции медиатора, а также разными комплементами ауторецепторов и смесями постпереходных рецепторных субъединиц. Затем происходит локальное определение количественных свойств одиночных синапсов.

Нервные окончания — это конечная часть аксона, заполненная нейромедиаторами, и место, из которого высвобождаются нейромедиаторы. Нервные окончания могут принимать различную форму в разных тканях. Нервные окончания выглядят как кнопки в ЦНС , концевые пластинки в поперечно-полосатых мышцах и варикозные расширения во многих тканях, включая кишечник. Пуговицы, концевые пластинки или варикозные расширения — все они служат для хранения и высвобождения нейротрансмиттеров. Во многих периферических тканях варикозный аксон разветвляется в проксимальном направлении и несет покрытие шванновской оболочки, которая прерывается и в конце концов теряется в самой терминальной части. Немиелинизированные претерминальные аксоны с очень длинными варикозными ветвями присутствуют в небольших пучках аксонов, а варикозные терминальные аксоны представлены в виде отдельных изолированных аксонов. Маленькие пучки аксонов проходят параллельно мышечным пучкам и между ними, а аксоны, расположенные «в проходе», являются основными источниками иннервации пучков гладких мышц кишечника.

Несинаптические постсинаптические рецепторы в основном представляют собой G-белком связанные с метаботропные рецепторы, , которые вызывают более медленный ответ. Они включают метаботропные рецепторы классических нейротрансмиттеров, моноаминов , норадреналина , пуринов и пептидных трансмиттеров . Постпереходные рецепторы также включают некоторые ионотропные рецепторы, такие как никотиновые рецепторы в центральной нервной системе (ЦНС), а также вегетативной нервной системе (АНС).

Несинаптическая узловая передача — единственный способ передачи, включающий варикозные узлы, не имеющие синаптических контактов и включающий почти все нервные окончания, мишенью которых не являются нейроны. Большинство гладких мышц демонстрируют как быстрые, так и медленные потенциалы соединения, обычно опосредованные разными классами метаботропных рецепторов с разной кинетикой.

Тесно-переходная нейротрансмиссия характеризуется синапсоподобным тесным контактом между предпереходным местом высвобождения и постпереходными рецепторами. Однако, в отличие от синапса, соединительное пространство открыто для внесосудистого пространства; пресинаптическое место высвобождения не имеет отличительных особенностей пресинаптической активной зоны и высвобождения растворимых медиаторов; а постсинаптические рецепторы включают метаботропные рецепторы или более медленно действующие ионотропные рецепторы .

Почти во всех тканях, демонстрирующих нейротрансмиссию с близкими соединениями, также наблюдается нейротрансмиссия с широкими соединениями. Таким образом, широкая соединительная передача была описана во многих гладких мышцах, таких как семявыносящие протоки , мочевой пузырь, кровеносные сосуды, кишечник, а также в нервной системе, включая ЭНС, вегетативные ганглии и ЦНС.

Контроль движений желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) с помощью энтеральных мотонейронов имеет решающее значение для упорядоченной обработки пищи, усвоения питательных веществ и удаления отходов. Нейроэффекторные соединения в мышечной оболочке могут состоять из синаптических связей со специализированными клетками и участия нескольких типов клеток в интегрированных постсинаптических реакциях. Интерстициальные клетки Кахаля (ICC) – немышечные клетки мезенхимального происхождения – были предложены в качестве потенциальных медиаторов моторной нейротрансмиссии. Нервно-мышечные соединения в гладких мышцах ЖКТ могут отражать иннервацию и постсинаптические реакции во всех трех классах постсинаптических клеток. Передача сигналов нейромедиаторов клетками ICC и активация ионной проводимости будут осуществляться электронным способом через щелевые контакты с окружающими гладкомышечными клетками и влиять на возбудимость тканей.

Нервно-мышечный узел. 1. Аксон, иннервирующий мышечные волокна; 2. Место соединения аксона и мышечного волокна; 3. Мышцы; 4. Мышечные волокна

Открытие

В периферической нервной системе местная узловая передача была обнаружена в конце 1960-х и начале 1970-х годов. До этого считалось, что вся химическая нейротрансмиссия осуществляется через синапсы, а иннервация тканей считалась синонимом существования синапсов. Позже было замечено, что в гладкомышечных нервно-мышечных соединениях кишечника и других периферических вегетативных нейроэффекторных соединениях нейротрансмиссия происходит при отсутствии каких-либо синапсов, и было высказано предположение, что в этих участках нейротрансмиссия включает несинаптическую передачу. Соответственно, нервные окончания высвобождают свои нейромедиаторы во внеклеточное пространство аналогично паракринной секреции . Клетки-мишени, на которые воздействует локально высвобождаемый передатчик, даже если они расположены на расстоянии от нескольких сотен до тысяч нанометров от места высвобождения, считаются иннервированными.

Варикозные аксоны были впервые визуализированы на адренергических окончаниях с использованием флуоресцентной гистохимии, описанной Фальком и его коллегами.

Эти варикозные аксоны напоминают цепочки бус с варикозными узлами диаметром 0,5–2,0 мкм и длиной от 1 до 3 мкм и разделены межварикозными аксонами диаметром от 0,1 до 0,2 мкм. Варикозные расширения возникают с интервалом 2–10 мкм, и было подсчитано, что один адренергический аксон может иметь более 25 000 варикозных узлов на своей терминальной части. Также есть два типа контактов. Эти контакты называются большими и малыми контактами соответственно. В больших контактах обнаженные варикозные узлы и гладкие мышцы были разделены примерно 60 нм, а в маленьких контактах они были разделены примерно 400 нм. В целом, несинаптическое соединительное пространство между местом нервного высвобождения и постсинаптическими рецепторами может иметь различную степень разделения между местом высвобождения на пресинаптическом нервном окончании и постсинаптическими рецепторами на клетке-мишени.

Открытие тормозной и возбуждающей передачи NANC, а также тот факт, что такую ​​передачу следует рассматривать как происходящую в гладкомышечных клетках, соединенных вместе в электрические вегетативные постганглионарные нервы, заканчиваются в системном синцитии и что возбуждающая NANC-передача коллатеральных ветвей, каждая из которых который обладает порядком, вызывающим кальций-зависимый потенциал действия .

Исследовать

Нервно-мышечные соединения в гладких мышцах желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) могут отражать иннервацию и постсинаптические реакции во всех трех классах постсинаптических клеток. Передача сигналов нейромедиаторов клетками ICC и активация ионной проводимости будут осуществляться электронным способом через щелевые контакты с окружающими гладкомышечными клетками и влиять на возбудимость.

Исследования не исключают возможности параллельной возбуждающей нейротрансмиссии на ICC-DMP (глубокое мышечное сплетение ) и гладкомышечные клетки. Разные клетки могут использовать разные рецепторы и сигнальные молекулы. ICC иннервируются, и медиаторы достигают достаточно высокой концентрации, чтобы активировать постсинаптические сигнальные пути в ICC. Если ICC являются важными посредниками в моторной нейротрансмиссии, то потеря этих клеток может уменьшить связь между кишечной нервной системой и синцитием гладких мышц, что приведет к снижению нервной регуляции моторики.

В новаторских исследованиях однозначно показано, что иннервация гладких мышц осуществляется варикозными нервными окончаниями. Однако только с появлением электронного микроскопа мы смогли получить полное представление о взаимосвязи между варикозными окончаниями и гладкими мышцами.

Помимо активации каналов K+ NO Ca2 , некоторые авторы предположили, что +-активируемые каналы Cl- , которые активны в базальных условиях, могут подавляться как часть постсинаптического ответа на NO. Эти исследования не исключают возможности параллельной возбуждающей нейротрансмиссии на ICC-DMP и гладкомышечные клетки. Разные клетки могут использовать разные рецепторы и сигнальные молекулы. Эти данные указывают на то, что ICC иннервируется, а медиаторы достигают достаточно высокой концентрации, чтобы активировать постсинаптические сигнальные пути в ICC. Нет никаких оснований априори предполагать, что ответы на нейротрансмиттеры, высвобождаемые из нейронов, и экзогенные вещества-медиаторы опосредуются одними и теми же клетками, рецепторами или постсинаптическими (трансдукционными) сигнальными путями. Нейротрансмиттеры, высвобождаемые при варикозном расширении вен, могут быть пространственно ограничены определенными популяциями рецепторов, тогда как медиаторы, добавленные в ванночки для органов, могут связываться с рецепторами на различных клетках.

Структура и функции

Несинаптическая передача характерна для вегетативных нейроэффекторных соединений. Существенные особенности: конечные участки вегетативных нервных волокон варикозны и подвижны; медиаторы высвобождаются из варикозно расширенных вен на разном расстоянии от эффекторных клеток; и хотя на эффекторных клетках нет структурной постсинаптической специализации, рецепторы нейротрансмиттеров накапливаются на клеточных мембранах в местах тесных соединений. Помимо гладких мышц, вегетативная нервная регуляция иммунных, эпителиальных и эндотелиальных клеток также включает несинаптическую передачу. Эффекторы гладких мышц представляют собой пучки, а не отдельные клетки, которые соединены щелевыми соединениями, которые обеспечивают электротоническое распространение активности между клетками. Многие гладкомышечные клетки на поперечном срезе мышечного пучка демонстрируют области очень тесного прилегания к соседним клеткам, в которых коннексины образуют соединения между клетками. В отличие от сердечной мышцы, где щелевые соединения ограничены концами кардиомиоцитов , щелевые соединения гладких мышц возникают как по длине мышечных клеток, так и по направлению к их концам. имеются небольшие пучки из трех-семи варикозных аксонов, частично или полностью окутанные шванновской оболочкой Как на поверхности мышцы, так и в теле гладкомышечных пучков . Кроме того, на поверхности и в мышечных пучках могут обнаруживаться одиночные варикозные аксоны, лишенные шванновских клеток в области соприкосновения между варикозными узлами и гладкомышечными клетками.

Активная зона отдельных симпатических варикозно расширенных вен, отграниченная высокой концентрацией синтаксина, занимает на предпереходной мембране площадь около 0,2 мкм. ² ; это дает соединительный зазор между предпереходной активной зоной и постпереходными мембранами, который варьируется примерно от 50 до 100 нм. Постсинаптическая мембрана под варикозным расширением вен может иметь участок размером около 1 мкм. ² пуринергических рецепторов P2X1 высокой плотности, хотя это не всегда так. Нервный импульс вызывает преходящее повышение концентрации кальция при каждом варикозном расширении, прежде всего за счет открытия кальциевых каналов N-типа, а также меньшее увеличение в интерварикозных участках. Вероятность секреции варикозного расширения вен может зависеть от количества секретосом , которыми обладает варикозное расширение вен, где секретосома представляет собой комплекс синтаксина , синаптотагмина , кальциевого канала N-типа и синаптического пузырька.

Множество медиаторов используются вегетативными нервами, и происходит совместная передача , часто включающая синергическое действие котрансмиттеров, хотя также имеет место пре- и постсинтетическая нейромодуляция высвобождения нейротрансмиттеров. Совместная передача без совместного хранения происходит в парасимпатических нервах, где окрашивание терминалей везикулярного переносчика ацетилхолина также может содержать синтазу оксида азота, что позволяет предположить, что они выделяют NO в качестве газообразного нейромедиатора.

Нейроэффектор Ca ²⁺ транзиенты (NCT) использовались для обнаружения пакетированного высвобождения нейротрансмиттера АТФ, действующего на постпереходные рецепторы P2X, вызывая Ca ²⁺ приток. АТФ, высвобождаемая из варикозных узлов, модулируется сопутствующим высвобождением норадреналина , который действует на варикозные узлы через α2-адренорецепторы, уменьшая приток ионов кальция, сопровождающих нервный импульс. НКТ также можно использовать для обнаружения местных эффектов норадреналина через его предсинаптическое аутоингибирующее действие, опосредованное α2-адренорецепторами, на нервные окончания Ca. ²⁺ концентрация и вероятность экзоцитоза (измеряется путем подсчета NCT). Имеются данные о том, что экзоцитоз симпатических варикозных узлов зависит от их истории и что высвобождение пакета АТФ временно подавляет (или предсказывает временное подавление) последующее высвобождение. Недостаток NCT, возникающих в пределах 5 секунд друг от друга, указывает на то, что экзоцитоз из варикозного расширения временно подавляет вероятность освобождения от этого варикозного расширения вен. Это может возникнуть в результате аутоингибирования (пресинаптического действия норадреналина или пуринов) или из-за временной нехватки везикул, легко доступных для высвобождения.

Высвобождение АТФ (следовательно, высвобождение норадреналина, если есть строгое выделение ядра) в этих соединениях носит весьма прерывистый характер (Brain et al. 2002), с вероятностью того, что данный потенциал действия вызовет высвобождение от данного варикозного расширения вен, составляет всего 0,019. Если в диффузионном диапазоне конкретного варикозного расширения имеется n варикозных узлов, мы можем рассмотреть количество таких варикозных узлов, которые, возможно, должны присутствовать, чтобы в среднем (используя P = 0,5 для получения медианного значения) нейротрансмиттер высвобождался. локально. Во время последовательности из пяти импульсов, если предположить, что последний импульс в последовательности не может автоматически ингибировать Ca ²⁺ притока во время поезда, математическое ожидание n можно найти, решив [(1 - 0,019) ⁴ⁿ ] =(1 - 0,5), т.е. вероятность того, что не будет местного высвобождения при n варикозных расширениях в пределах диффузионного диапазона. Это n = [ln(0,5)/ln(0,981)]/4, или n≈9. Если плотность варикозных узлов около 2,2 на 1000 мкм ³ , это количество варикозных узлов должно встречаться в среднем диапазоне (радиусе) около 10 мкм (отметим, что в таком радиусе находится объем ткани около 4200 мкм). ³ ). Следовательно, даже при наличии сильно прерывистого выброса норадреналина можно было бы ожидать, что средний варикоз в этом органе будет находиться в пределах 10 мкм от высвободившегося пакета норадреналина в какой-то момент во время серии стимулов из пяти импульсов (исключая последний импульс).

Узловая передача измеряется от секунд до минут. Временной ход узлового потенциала был разделен на два наиболее часто наблюдаемых временных хода, представляющих «близкую» и «широкую» узловую передачу. Передача через «закрытый» переход связана с потенциалом быстрого перехода, а передача через «широкий» переход связана с потенциалом медленного перехода . Медленные электрические потенциалы достигают пика примерно через 150 мс, а затем снижаются с постоянной времени от 250 до 500 мс. Эти реакции обычно длятся от нескольких секунд до минут и могут быть деполяризующими и возбуждающими или гиперполяризующими и тормозящими и называются медленным EJP или медленным IJP соответственно.

Интерстициальные клетки Кахаля

За последние 20 лет многие исследования предоставили доказательства того, что интерстициальные клетки Кахаля (ICC): (i) служат клетками-водителями ритма с уникальными ионными токами, которые генерируют медленные электрические волны в мышцах желудочно-кишечного тракта; (ii) обеспечивают путь для активного распространения медленных волн в органах ЖКТ; (iii) экспрессируют рецепторы, механизмы трансдукции и ионную проводимость, что позволяет им опосредовать постсинаптические реакции на энтеральную моторную нейротрансмиссию; (iv) регулировать возбудимость гладких мышц, способствуя потенциалу покоя и влияя на синцитиальную проводимость; и (v) проявляют функции рецепторов растяжения , регулирующие возбудимость и регулирующую частоту медленных волн.

Если этот канал открыт, изменения проводимости в клетке отражаются на гладких мышцах; постсинтетические интегрированные ответы запускаются нейроэффекторными соединениями и интерстициальными клетками.

В зависимости от анатомического расположения и функции были описаны два основных типа МКК: миэнтеральный МКК (МКК-MY) и внутримышечный ИКК (ИКК-ИМ). ICC-MY присутствуют вокруг миентерального сплетения и считаются клетками-кардиостимуляторами медленных волн в гладкомышечных клетках. Исследования визуализации кальция в толстой кишке показали, что ICC-MY иннервируется нитрергическими и холинергическими нервными окончаниями, хотя природа контактов четко не определена. ICC-IM расположен между гладкомышечными клетками. Сообщалось, что кишечные нервы вступают в синаптические контакты с ICC-IM. Эти контакты включают области электронно-плотной выстилки на внутренней стороне мембраны варикозного расширения вен без какой-либо постсинаптической плотности на мембране ICC. О таких контактах между нервами и гладкими мышцами не сообщалось. Если ICC являются важными посредниками в моторной нейротрансмиссии, то потеря этих клеток может уменьшить связь между кишечной нервной системой и синцитием гладких мышц, что приведет к снижению нервной регуляции моторики.

Классические возбуждающие и тормозные нейротрансмиттеры концентрируются и высвобождаются из нейровезикул, расположенных в окончаниях кишечных нервов или варикозных участках двигательных нервов, тогда как оксид азота, вероятно, синтезируется de novo по мере увеличения концентрации кальция в нервных окончаниях при деполяризации мембраны . Окончания кишечных нервов образуют интимные синапсы с ICC-IM, которые расположены между нервными окончаниями и соседними гладкомышечными клетками. ICC-IM играют решающую роль в рецепции и передаче холинергической возбуждающей и нитрергической тормозной нейротрансмиссии. ICC-IM образует щелевые контакты с гладкомышечными клетками, и постпереходные электрические реакции, генерируемые в ICC, передаются в синцитий гладких мышц. Благодаря этому контакту ICC может регулировать нервно-мышечные реакции, наблюдаемые во всем желудочно-кишечном тракте. Недавние морфологические данные с использованием методов антероградного отслеживания показали тесное расположение между блуждающими и спинальными афферентами и ICC-IM внутри стенки желудка (рис. 5), а их отсутствие у мутантных животных, у которых отсутствует ICC-IM, также подтверждает роль ICC-IM как возможные интеграторы последовательных изменений, зависящих от растяжения, в этом органе.

Внешние ссылки

• Схема симпатического нейроэффекторного соединения