Нейроэффекторный переход
Место, где двигательный нейрон высвобождает нейромедиатор для воздействия на целевую клетку

Нейроэффекторное соединение — это место, где двигательный нейрон высвобождает нейротрансмиттер для воздействия на целевую — не нейрональную — клетку. Это соединение функционирует как синапс . Однако, в отличие от большинства нейронов, соматические эфферентные двигательные нейроны иннервируют скелетные мышцы и всегда являются возбуждающими. Висцеральные эфферентные нейроны иннервируют гладкие мышцы, сердечную мышцу и железы и обладают способностью быть как возбуждающими, так и тормозящими по своей функции. Нейроэффекторные соединения известны как нервно-мышечные соединения, когда целевой клеткой является мышечное волокно.

Несинаптическая передача характерна для автономных нейроэффекторных соединений. Структура автономного нервно-мышечного соединения состоит из нескольких существенных особенностей, включая следующее: конечные части автономных нервных волокон варикозны и подвижны, трансмиттеры высвобождаются «при прохождении» с различных расстояний от эффекторных клеток; в то время как структурной постсинаптической специализации на эффекторных клетках нет, рецепторы для нейротрансмиттеров накапливаются на клеточных мембранах в близких соединениях. Мышечные эффекторы представляют собой пучки, а не отдельные гладкомышечные клетки, которые соединены щелевыми соединениями , которые позволяют электротоническому распространению активности между клетками. Автономные нервы используют множество трансмиттеров, и часто происходит совместная передача с участием синергических действий котрансмиттеров, хотя также имеет место пре- и постсинаптическая нейромодуляция высвобождения нейротрансмиттеров. Предполагается, что автономный нейронный контроль иммунных, эпителиальных и эндотелиальных клеток также включает несинаптическую передачу. [1]

Это плотные соединения, но в автономной нервной системе и энтеральной нервной системе соединительные соединения становятся намного «рыхлее», что позволяет легче распространяться. Эта рыхлость позволяет получать более широкий сигнал, тогда как в более плотных соединениях больше нейротрансмиттеров метаболизируется или разрушается. В скелетных мышцах соединения в основном находятся на одинаковом расстоянии и имеют одинаковый размер, поскольку они иннервируют такие определенные структуры мышечных волокон. Однако в автономной нервной системе эти нервно-мышечные соединения гораздо менее четко определены.

Анализ не-норадренергической/не-холинергической (NANC) передачи в отдельных варикозах или опухолях показывает, что отдельные синапсы обладают различными вероятностями секреции трансмиттера, а также различными дополнениями ауторецепторов и смесями постсинаптических рецепторных субъединиц. Затем происходит локальное определение количественных свойств отдельных синапсов. [2]

Нервные окончания — это конечная часть аксона, заполненная нейротрансмиттерами, и место, из которого высвобождаются нейротрансмиттеры. Нервные окончания могут иметь различную форму в разных тканях. Нервные окончания выглядят как пуговица в ЦНС , концевые пластинки в поперечно-полосатых мышцах и варикозы во многих тканях, включая кишечник. Кнопки, концевые пластинки или варикозы — все они выполняют функцию хранения и высвобождения нейротрансмиттеров. Во многих периферических тканях варикозный аксон разветвляется в своем проксимальном направлении и несет покрытие из шванновской оболочки, которая прерывается и, наконец, теряется в своей самой терминальной части. Немиелинизированные, претерминальные аксоны с очень длинными варикозными ветвями присутствуют в небольших аксональных пучках, а варикозные терминальные аксоны присутствуют в виде отдельных изолированных аксонов. Небольшие пучки аксонов проходят параллельно мышечным пучкам и между ними, а варикозные аксоны «внутреннего прохода» являются основными источниками иннервации пучков гладких мышц кишечника.

Несинаптические постсинаптические рецепторы в основном представляют собой метаботропные рецепторы, сопряженные с G-белком , которые дают более медленный ответ. Они включают метаботропные рецепторы для классических нейротрансмиттеров, моноаминов , норадреналина , пуринов и пептидных трансмиттеров . [3] Постсинаптические рецепторы также включают некоторые ионотропные рецепторы, такие как никотиновые рецепторы в центральной нервной системе (ЦНС), а также вегетативной нервной системе (ВНС).

Несинаптическая соединительная передача является единственным способом передачи, включающим варикозы, которые не показывают синаптических контактов, которые включают почти все нервные окончания, чьей целью не является нейрон. Большинство гладких мышц демонстрируют как быстрые, так и медленные потенциалы соединения, обычно опосредованные различными классами метаботропных рецепторов с различной кинетикой. [4]

Закрытая узловая нейротрансмиссия характеризуется синапсоподобным тесным контактом между пресинаптической точкой высвобождения и постсинаптической рецепторами. Однако, в отличие от синапса, узловое пространство открыто для экстраваскулярного пространства; пресинаптическая точка высвобождения не имеет отличительных черт пресинаптической активной зоны и высвобождения растворимых трансмиттеров; а постсинаптические рецепторы включают метаботропные рецепторы или более медленно действующие ионотропные рецепторы .

Почти все ткани, которые демонстрируют близкую узловую нейротрансмиссию, также демонстрируют широкую узловую нейротрансмиссию. Таким образом, широкая узловая передача была описана во многих гладких мышцах, таких как семявыносящий проток , мочевой пузырь, кровеносные сосуды, кишечник, а также нервные системы, включая ЭНС, вегетативные ганглии и ЦНС. [5]

Контроль желудочно-кишечных (ЖК) движений энтеральными мотонейронами имеет решающее значение для упорядоченной обработки пищи, усвоения питательных веществ и выведения отходов. Нейроэффекторные соединения в мышечной оболочке могут состоять из синаптических связей со специализированными клетками и вкладов нескольких типов клеток в интегрированные постсинаптические реакции. Интерстициальные клетки Кахаля (ИКК) — немышечные клетки мезенхимального происхождения — были предложены в качестве потенциальных медиаторов в моторной нейротрансмиссии. Нейромышечные соединения в гладких мышцах ЖКТ могут отражать иннервацию и постсинаптические реакции во всех трех классах постсинаптических клеток. Трансдукция нейротрансмиттерных сигналов клетками ИКК и активация ионной проводимости будут проводиться электронно через щелевые контакты к окружающим гладкомышечным клеткам и влиять на возбудимость тканей. [6]

Нервно-мышечное соединение. 1. Аксон, иннервирующий мышечные волокна; 2. Соединение между аксоном и мышечным волокном; 3. Мышца; 4. Мышечное волокно

Открытие

В периферической нервной системе локальная узловая передача была обнаружена в конце 1960-х и начале 1970-х годов. До этого считалось, что вся химическая нейротрансмиссия включает синапсы, а иннервация тканей считалась синонимом существования синапса. Позже было замечено, что в гладкомышечных нейромышечных соединениях кишечника и других периферических автономных нейроэффекторных соединениях нейротрансмиссия происходит при отсутствии каких-либо синапсов, и было высказано предположение, что в этих местах нейротрансмиссия включает несинаптическую передачу. Соответственно, нервные окончания высвобождают свои нейротрансмиттеры во внеклеточное пространство способом, аналогичным паракринной секреции . Целевые клетки, на которые воздействует локально высвобождаемый трансмиттер, даже если они находятся на расстоянии нескольких сотен или тысяч нанометров от места высвобождения, считаются иннервируемыми. [7]

Варикозные аксоны были впервые визуализированы для адренергических терминалей с использованием флуоресцентной гистохимии, описанной Фальком и коллегами. [8]

Эти варикозные аксоны напоминают нити бусин с варикозами диаметром 0,5–2,0 мкм и длиной от 1 до 3 мкм, разделенные межварикозным аксоном диаметром 0,1–0,2 мкм. Варикозы встречаются с интервалом 2–10 мкм, и было подсчитано, что один адренергический аксон может иметь более 25 000 варикозов на своей терминальной части. Существует также два типа контактов. Эти контакты называются большими и малыми контактами соответственно. В больших контактах голые варикозы и гладкие мышцы были разделены примерно на 60 нм, а в малых контактах они были разделены примерно на 400 нм. В целом, несинаптическое соединительное пространство между местом высвобождения нейрона и постсинаптическими рецепторами может показывать различную степень разделения между местом высвобождения на пресинаптическом нервном окончании и постсинаптическими рецепторами на целевой клетке. [5]

Открытие NANC-ингибиторной и возбуждающей передачи, а также тот факт, что такую ​​передачу следует рассматривать как происходящую в гладкомышечных клетках, соединенных вместе в электрическом автономных постганглионарных нервах, заканчивающихся в системах синцития, и что возбуждающая NANC-передача коллатеральных ветвей, каждая из которых обладает порядком, приводит к возникновению кальций-зависимого потенциала действия . [2]

Исследовать

Нейромышечные соединения в гладких мышцах желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) могут отражать иннервацию и постсинаптические реакции во всех трех классах постсинаптических клеток. Передача нейротрансмиттерных сигналов клетками ICC и активация ионной проводимости будут осуществляться электронным путем через щелевые соединения к окружающим гладкомышечным клеткам и влиять на возбудимость. [6]

Исследования не исключают возможности параллельной возбуждающей нейротрансмиссии к ICC-DMP (глубокое мышечное сплетение ) и гладкомышечным клеткам. Разные клетки могут использовать разные рецепторы и сигнальные молекулы. ICC иннервируются, и передатчики достигают достаточно высокой концентрации для активации постсинаптических сигнальных путей в ICC. Если ICC являются важными посредниками в моторной нейротрансмиссии, то потеря этих клеток может снизить связь между энтеральной нервной системой и синцитием гладких мышц, что приведет к снижению нервной регуляции подвижности. [6]

В пионерских исследованиях было однозначно показано, что иннервация гладких мышц осуществляется варикозными нервными окончаниями. Однако только с появлением электронного микроскопа мы смогли получить полное представление о взаимосвязи между этими варикозными окончаниями и гладкими мышцами. [9]

Помимо активации каналов K+ NO , некоторые авторы предположили, что активируемые Ca2+ каналы Cl− , которые активны в базальных условиях, могут быть подавлены как часть постсинаптической реакции на NO. Эти исследования не исключают возможности параллельной возбуждающей нейротрансмиссии к ICC- DMP и гладкомышечным клеткам. Разные клетки могут использовать разные рецепторы и сигнальные молекулы. Эти результаты указывают на то, что ICC иннервируются, а трансмиттеры достигают достаточно высокой концентрации для активации постсинаптических сигнальных путей в ICC. Нет никаких оснований предполагать a priori, что ответы на нейротрансмиттеры, высвобождаемые нейронами, и экзогенные вещества-трансмиттеры опосредуются теми же клетками, рецепторами или постсинаптическим (трансдукционным) сигнальным путями. Нейротрансмиттеры, высвобождаемые из варикозов, могут быть пространственно ограничены определенными популяциями рецепторов, тогда как трансмиттеры, добавляемые в ванны органов, могут связываться с рецепторами на различных клетках. [6]

Структура и функции

Несинаптическая передача характерна для автономных нейроэффекторных соединений. Существенными особенностями являются следующие: конечные части автономных нервных волокон варикозны и подвижны; ​​передатчики высвобождаются из варикозов на разных расстояниях от эффекторных клеток; и хотя структурной постсинаптической специализации на эффекторных клетках нет, рецепторы для нейротрансмиттеров накапливаются на клеточных мембранах в близких соединениях. Помимо гладких мышц, автономный нейронный контроль иммунных, эпителиальных и эндотелиальных клеток также включает несинаптическую передачу. [1] Гладкие мышечные эффекторы представляют собой пучки, а не отдельные клетки, которые соединены щелевыми соединениями, которые позволяют электротоническому распространению активности между клетками. Многие гладкомышечные клетки в поперечном сечении через мышечный пучок показывают области очень близкого расположения к соседним клеткам, в которых коннексины образуют соединения между клетками. В отличие от сердечной мышцы, где щелевые соединения ограничены концами сердечных миоцитов , щелевые соединения гладкомышечных клеток встречаются по всей длине мышечных клеток, а также по направлению к их концам. Существуют небольшие пучки из трех-семи варикозных аксонов, частично или полностью окутанные оболочкой из шванновских клеток , как на поверхности мышцы, так и в теле гладкомышечных пучков. Кроме того, на поверхности и в мышечных пучках могут быть обнаружены отдельные варикозные аксоны, которые лишаются шванновских клеток в области аппозиции между варикозными узлами и гладкомышечными клетками.

Активная зона отдельных симпатических варикозов, очерченная высокой концентрацией синтаксина, занимает область на пресинаптической мембране около 0,2 мкм 2 ; это дает соединительный зазор между пресинаптической активной зоной и постсинаптической мембранами, который варьируется от около 50 до 100 нм. Постсинаптическая мембрана под варикозом может иметь участок около 1 мкм 2 пуринергических рецепторов P2X1 высокой плотности, хотя это не всегда так. Нервный импульс вызывает временное увеличение концентрации кальция в каждом варикозе, в первую очередь за счет открытия кальциевых каналов N-типа, а также меньшего увеличения в межварикозных областях. Вероятность секреции из варикозного расширения может зависеть от количества секретосом , которыми оно обладает, где секретосома представляет собой комплекс синтаксина , синаптотагмина , кальциевого канала N-типа и синаптической везикулы.

Множество передатчиков используются автономными нервами, и происходит котрансмиссия , часто включающая синергические действия котрансмиттеров, хотя также имеет место пре- и постсинаптическая нейромодуляция высвобождения нейротрансмиттера. Котрансмиссия без кохранения происходит в парасимпатических нервах, где терминали, окрашивающиеся на везикулярный транспортер ацетилхолина, также могут содержать синтазу оксида азота, что позволяет предположить, что они выделяют NO как газообразный нейротрансмиттер.

Нейроэффекторные транзиенты Ca 2+ (NCT) использовались для обнаружения пакетированного высвобождения нейротрансмиттера АТФ, действующего на постсинаптические рецепторы P2X, чтобы вызвать приток Ca 2+ . АТФ, высвобождаемый из варикозов, модулируется сопутствующим высвобождением норадреналина , который действует на варикозы через α2-адренорецепторы, чтобы уменьшить приток ионов кальция, сопровождающий нервный импульс. [9] NCT также можно использовать для обнаружения локальных эффектов норадреналина через его опосредованные α2-адренорецепторами пресинаптические аутоингибиторные эффекты на концентрацию Ca 2+ в нервных окончаниях и вероятность экзоцитоза (измеряемую путем подсчета NCT). Имеются данные о том, что экзоцитоз из симпатических варикозов зависит от их истории, и что высвобождение пакета АТФ временно подавляет (или предсказывает временное подавление) последующего высвобождения. Бедность NCT, происходящих в течение 5 секунд друг от друга, указывает на то, что экзоцитоз из варикоза временно подавляет вероятность высвобождения из этого варикоза. Это может возникнуть из-за аутоингибирования (пресинаптического действия норадреналина или пуринов) или из-за временного дефицита везикул, легко доступных для высвобождения. [10]

Выделение АТФ (следовательно, и норадреналина, если есть строгое коререлиз) в этих соединениях происходит крайне нерегулярно (Brain et al. 2002), с вероятностью того, что данный потенциал действия вызовет высвобождение из данного варикоза, всего 0,019. Если в пределах диффузионного диапазона конкретного варикоза имеется n варикозов, мы можем рассмотреть количество таких варикозов, которые могут потребоваться для того, чтобы в среднем (используя P = 0,5 для получения медианного значения) нейротрансмиттер высвобождался локально. Во время пятиимпульсной серии, предполагая, что последний импульс в серии не может автоматически подавить приток Ca 2+ во время серии, ожидаемое значение n можно найти, решив [(1 − 0,019) 4n ] = (1 − 0,5), т. е. вероятность того, что не будет локального высвобождения, учитывая n варикозов в пределах диапазона диффузии. Это n = [ln(0,5)/ln(0,981)]/4, или n≈9. Если плотность варикозов составляет около 2,2 на 1000 мкм 3 , это количество варикозов должно встречаться в пределах среднего диапазона (радиуса) около 10 мкм (отметим, что в пределах такого радиуса объем ткани составляет около 4200 мкм 3 ). Таким образом, даже при наличии крайне прерывистого выброса норадреналина можно было бы ожидать, что средняя величина варикозного расширения вен в этом органе будет находиться в пределах 10 мкм от высвобождаемого пакета норадреналина в какой-то момент во время пятиимпульсной последовательности стимулов (исключая последний импульс).

Трансмиссия узла измеряется в секундах или минутах. Временной ход потенциала узла был разделен на два наиболее часто наблюдаемых временных хода, представляющих «закрытую» и «широкую» трансмиссию узла. «Закрытую» трансмиссию узла связывают с быстрым потенциалом узла, а «широкую» трансмиссию узла связывают с медленным потенциалом узла. Медленные электрические потенциалы достигают пика примерно через 150 мс, а затем снижаются с постоянной времени от 250 до 500 мс. Эти ответы обычно длятся от нескольких секунд до минут и могут быть деполяризующими и возбуждающими или гиперполяризующими и тормозящими и называются медленными EJP или медленными IJP соответственно. [5]

Интерстициальные клетки Кахаля

За последние 20 лет многочисленные исследования предоставили доказательства того, что интерстициальные клетки Кахаля (ИКК): (i) служат клетками-кардиостимуляторами с уникальными ионными токами, которые генерируют электрические медленные волны в мышцах ЖКТ; (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) регулируют возбудимость гладких мышц, способствуя потенциалу покоя и влияя на синцитиальную проводимость; и (v) проявляют функции рецепторов растяжения, регулируя возбудимость и регулируя частоту медленных волн. [6]

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

На основании анатомического расположения и функции были описаны два основных типа ICC: миэнтерический ICC (ICC-MY) и внутримышечный ICC (ICC-IM). ICC-MY присутствуют вокруг миэнтерического сплетения и считаются клетками-водителями ритма для медленных волн в гладкомышечных клетках. Исследования визуализации кальция в толстой кишке показали, что ICC-MY иннервируется нитрергическими и холинергическими нервными окончаниями, хотя природа контактов не была хорошо определена. ICC-IM расположен между гладкомышечными клетками. Сообщалось, что энтеральные нервы образуют синаптические контакты с ICC-IM. Эти контакты включают области электронно-плотной выстилки на внутренней стороне варикозной мембраны без какой-либо постсинаптической плотности на мембране ICC. Такие контакты не были зарегистрированы между нервами и гладкими мышцами. Если ICC являются важными посредниками в двигательной нейротрансмиссии, то потеря этих клеток может снизить связь между энтеральной нервной системой и синцитием гладких мышц, что приведет к снижению нервной регуляции моторики. [5]

Классические возбуждающие и тормозные нейротрансмиттеры концентрируются и высвобождаются из нейровезикул, расположенных в энтеральных нервных окончаниях или варикозных областях двигательных нервов, тогда как оксид азота, вероятно, синтезируется de novo по мере увеличения концентрации кальция в нервных окончаниях при деполяризации мембраны . Энтеральные нервные окончания образуют интимные синапсы с ICC-IM, которые расположены между нервными окончаниями и соседними гладкомышечными клетками. ICC-IM играют важную роль в приеме и передаче холинергической возбуждающей и нитрергической тормозной нейротрансмиссии. ICC-IM образуют щелевые контакты с гладкомышечными клетками, и постсинаптические электрические реакции, генерируемые в ICC, проводятся в синцитий гладких мышц. Благодаря этому контакту ICC может регулировать нервно-мышечные реакции, наблюдаемые на протяжении всего желудочно-кишечного тракта. Недавние морфологические данные, полученные с использованием методов антероградного отслеживания, показали тесное расположение вагальных и спинальных афферентов и ICC-IM в стенке желудка (рис. 5), а их отсутствие у мутантных животных, у которых отсутствует ICC-IM, также подтверждает роль ICC-IM как возможных интеграторов для последовательных изменений, зависящих от растяжения в этом органе. [6]

Ссылки

  1. ^ ab Бернсток, Джеффри (апрель 2007 г.). «Несинаптическая передача в автономных нейроэффекторных соединениях». Neurochemistry International . 52 (1–2): 14–25. doi :10.1016/j.neuint.2007.03.007. PMID  17493707. S2CID  2356539.
  2. ^ ab Bennett, MR (2000). «Передача NANC при варикозном расширении вен: индивидуальность отдельных синапсов». Журнал автономной нервной системы . 81 (1–3): 25–30. doi :10.1016/S0165-1838(00)00149-1. ISSN  0165-1838. PMID  10869696.
  3. ^ Кандель, Эрик и др. (2000). «Принципы нейронауки» . McGraw Hill .
  4. ^ Беннетт, MR (1972). "Автономная нервно-мышечная передача" . Монографии Физиологического общества (30): 1–279. PMID  4157197.
  5. ^ abcd Goyal, RK; et al. (июнь 2013 г.). «Структурная связь активности синаптической и узловой нейротрансмиссии». Auton Neurosci . 176 (1–2): 11–31. doi :10.1016/j.autneu.2013.02.012. PMC 3677731 . PMID  23535140. 
  6. ^ abcdef Сандерс, К. М.; и др. (2010). «Нейроэффекторный аппарат в органах гладких мышц желудочно-кишечного тракта». Журнал физиологии . 588 (Pt 23): 4621–4639. doi :10.1113/jphysiol.2010.196030. PMC 3010131. PMID  20921202 . 
  7. ^ Бернсток, Джефф (1986). «Изменяющееся лицо автономной нейротрансмиссии». Acta Physiol. Scand . 126 (1): 67–91. doi :10.1111/j.1748-1716.1986.tb07790.x. PMID  2869645.
  8. ^ Фальк, Б. (1962). «Новые доказательства локализации норадреналина в адренергических нервных окончаниях». Med. Exp. Int. J. Exp. Med . 6 (3): 169–172. doi :10.1159/000135153. PMID  13891409.
  9. ^ ab Bennett, MR; Cheung, A.; Brain, KL (1998). «Симпатическая нервно-мышечная передача при варикозном расширении синцития». Microscopy Research and Technique . 42 (6): 433–450. CiteSeerX 10.1.1.566.8599 . doi :10.1002/(SICI)1097-0029(19980915)42:6<433::AID-JEMT6>3.0.CO;2-N. ISSN  1059-910X. PMID  9817550. S2CID  18354205. 
  10. ^ Brain, KL (2009). «Нейроэффекторные транзиенты Ca2+ для прямого измерения высвобождения пурина и косвенного измерения котрансмиттеров у грызунов». Experimental Physiology . 94 (1): 25–30. doi :10.1113/expphysiol.2008.043679. PMC 2638112 . PMID  18805863. 
  • Схема симпатического нейроэффекторного соединения
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Neuroeffector_junction&oldid=1234831696"