Химический язык нервных клеток

Мозг — удивительное творение природы, сложнейший инструмент познания, центр регуляции жизнедеятельности нашего организма. Исследователей, постигающих тайны строения и функции мозга, не перестает удивлять сложность и многокомпонентность его химического состава, богатство энергетических ресурсов, пластичность, надежность его работы.

Каким же образом нервные клетки общаются друг с другом, передают необходимую информацию органам и тканям?

Прежде всего, вспомним, что нервная клетка, или нейрон, как и другие клетки организма, имеет ядро и окружающую его цитоплазму, поверхностный слой которой образует клеточную мембрану. От каждого нейрона отходят многочисленные ответвления — дендриты и один длинный отросток — аксон, разветвляющийся на конце на тоненькие веточки, оплетающие другие нервные клетки. Длина аксона одних нейронов составляет доли миллиметра, других — достигает 1-1,5 метра.

Химический состав клеток значительно отличается от состава окружающей их межклеточной жидкости.

Внутри нервной клетки в 30 раз больше ионов калия и в 10 раз меньше ионов натрия, чем в межклеточной жидкости; внутри клетки преобладают отрицательные заряды, а снаружи — положительные. Так как мембрана нейрона в покое фактически непроницаема для ионов, клетка в состоянии поддерживать разность концентрации этих ионов на определенном уровне. Но воздействующий на клетку раздражитель резко изменяет проницаемость мембраны, и ионы натрия устремляются внутрь клетки, а ионы калия — наружу. Это изменение полярности электрического заряда внутри и снаружи нервной клетки и представляет собой нервный импульс, который стремительно распространяется от одного нейрона к другому.

Нейрофизиолог может, как бы воочию увидеть этот процесс. Достаточно ввести очень тонкий микроэлектрод в нервную клетку, соединить его с усилителем, и на светящемся экране осциллоскопа отчетливо про¬явятся колебания электронного луча, отражающие стремительный ритм электрических импульсов. Микроэлектродом обычно служит тонкая пипетка диаметром 0,0005 миллиметра, заполненная солевым раствором, проводящим ток — хлористым калием, например. Если такую пипетку завести очень осторожно, то мембрана клетки быстро стягивается вокруг кончика микроэлектрода и нейроны способны нормально функционировать в течение нескольких часов. Такой методический прием дал очень много для изучения электрической природы нервного импульса.

Так, рождаясь в одной клетке, нервный импульс по ее отростку, бежит по направлению к следующей клетке, чтобы передать дальше распоряжение центральной нервной системы органам и тканям организма. Электрический импульс — основной элемент кода в общении нервных клеток. Но вот он достигает окончания аксона в месте его соединения с другим нейроном и исчезает, чтобы тотчас же возродиться в следующей нервной клетке.

Долгое время считали, что импульс просто перескакивает с клетки на клетку. Оказалось, что процесс этот гораздо сложнее. Электронный микроскоп раскрыл тонкую архитектуру соединения аксона с соседней нервной клеткой, а многочисленные исследования обнаружили здесь сложные циклы химических процессов.

Аксон завершается колбообразным расширением, так называемым синаптическим окончанием. Вот именно здесь-то и прячется нервный импульс, прежде чем передать своеобразную эстафету следующему нейрону.

Между синаптическим окончанием и так называемой постсинаптической мембраной соседней нервной клетки есть небольшое пространство (примерно 20 миллимикрон) — синаптическая щель. Место контакта двух нервных клеток получило название синапса. Внутри синаптических окончаний ученые обнаружили мельчайшие пузырьки, заполненные медиаторами — химическими передатчиками нервных импульсов. Что происходит в синапсах в момент прохождения нервного импульса.

Как только импульс добегает до синаптического окончания, содержимое пузырьков изливается в синаптическую щель. Молекулы передатчика передвигаются к мембране соседнего нейрона и взаимодействуют с ее особыми белковыми или липидными компонентами — рецепторами. Молекулы медиатора, «падая» на определенные участки постсинаптической мембраны нейрона, открывают в ней ворота для ионов натрия и калия. Возникает интенсивный поток ионов, который и вызывает к жизни новый нервный импульс. Сложная система, совершающая трансформацию электрического сигнала в химический, функционирует в каждом синапсе, а месте контакта отростка с прилегающей к нему нервной клеткой.

Существование химического языка в об¬щении нервных клеток ставит перед исследователями проблему детального изучения химических «языка», на котором передаются различные сообщения, принимаемые нейронами. Чтобы знать в подробностях принцип работы нервной клетки, нужно освоить химическую азбуку синапсов. Какие медиаторы выделяются в синапсах центральной нервной системы при том или ином воздействии на организм? Как меняется работа нейрона под влиянием различных медиаторов? Ученые настойчиво ищут ответы на эти вопросы, в решении которых заинтересована как теоретическая, так и практическая медицина.

Уже выделено немало медиаторов, изучен характер их действия на нервные клетки различных животных. В синапсах обнаружены такие вещества, как ацетилхолин, норадреналин, серотонин, глицин, глютамат, гамма-аминомасляная кислота и другие. Многие медиаторы получены в настоящее время в виде чистых веществ; и ученые располагают возможностью выяснить особенности их влияния на работу отдельной нервной клетки с помощью специальных многоканальных электродов. Специалисты проводят сравнительный анализ ответа клеток на действия медиаторов и других раздражителей.

Оказалось, что реакцию нейронов на сигналы из внешней среды можно усилить или ослабить с помощью различных химических веществ. Выяснилось также, что в определенных зонах коры мозга, в различных подкорковых структурах у разных животных нервные клетки отличаются по чувствительности и типу реакции в ответ на воздействие разных медиаторов. Более того, определенную электрическую реакцию клетки можно нейтрализовать с помощью веществ, блокирующих действие медиатора. Исследователи, например, умеют подавлять реакции некоторых нервных клеток на вспышки света, подводя к ним атропин.

Несмотря на то, что нейроны мозга осуществляют одну важную функцию — управление работой целого организма, «синаптическая кухня» каждой отдельной нервной клетки очень своеобразна. Одна нервная клетка может быть взаимосвязана со множеством синапсов (до 10 тысяч), и каждому из них свойственны свои химические превращения, определяющие электрический ответ клетки. Это качественное отличие составляет основу химического языка нейронов.

Но есть и количественные критерии в оценке характера химической передачи информации между нейронами. Медиатор выделяется в синаптическую щель небольшими порциями — квантами. И количество квантов химического вещества зависит от частоты электрических импульсов, распространяющихся по отростку нейрона. Небольшое количество медиатора, например, ацетилхолина, вызывает у некоторых клеток учащение электрических разрядов. Если же количество ацетилхолина увеличивается, то та же самая клетка отвечает уменьшением числа импульсов.

Итак, электрический диалог нейронов — это результат действия молекул различных медиаторов на рецепторы постсинаптической мембраны нервных клеток. Определенный тип реакции нейрона на разные по своему значению сигналы обусловлен работой определенного типа рецепторов. А режим электрической активности клеток определяется химической природой медиатора.

Исследование своеобразия химических реакций, протекающих в синапсах, преследует не только сугубо научную, познавательную цель. Выяснение особенностей синаптической передачи информации нервными клетками поможет понять механизм действия многих фармакологических веществ, а значит, определить дальнейшие пути совершенствования эффективности воздействия лекарственных препаратов на центральную нервную систему.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *