Влияние фармакологических веществ на функции синапсов: облегчение и торможение синаптической передачи (фармакологическая регуляция).

Передача импульсов в центральной и периферической нервной системе осуществляется с помощью особых химических посредников - нейромедиаторов. Медиаторную роль играют такие вещества как ацетилхолин, норадреналин, дофамин, серотонин, g-аминомасляная кислота, глицин и др. Одни нейромедиаторы (ацетилхолин, норадреналин, дофамин, серотонин) участвуют в передаче возбуждения в синапсах, другие (g-аминомасляная кислота, глицин, аденозин) – тормозят межнейронную передачу. Основными медиаторами периферической нервной системы являются ацетилхолин и норадреналин.

Фармакологическая регуляция синаптической передачи

Фармакологические вещества могут проявлять свой эффект на различных этапах синаптической передачи возбуждения:

1) Захват предшественников медиатора нервными окончаниями.

2)    Синтез медиатора в нервных окончаниях.

3)    Депонирование медиатора и хранение его в везикулах.

4)    Деградация избытка медиатора в нервных окончаниях.

5)    Деполяризация пресинаптического окончания распространяющимся потенциалом действия.

6)    Вход Са2+ в ответ на деполяризацию.

7)    Высвобождение медиатора и его диффузия к постсинаптическим рецепторам.

8)    Взаимодействие с рецепторами и формирование постсинаптического ответа.

9)    Взаимодействие с пресинаптическими рецепторами.

10)           Инактивация медиатора в синаптической щели.

Обратный захват медиатора или продуктов его деградации пресинаптическими нервными

Синтез и высвобождение ацетилхолина

АХ синтезируется в нервных окончаниях из спирта холина, который захватывается окончаниями специальными транспортными системами: с низким и высоким сродством к ацетилхолину. Высокоаффинная тр система (сходная с натрий-зависимыми транспортерами глю) ингибируется гемихолинием. Концентрация холина в крови и интерстициальной жидкости составляет 10 –6 М, но непосредственно вблизи пресинаптического окончания его концентрация возрастает до 1 мМ вследствие гидролиза выделившегося ацетилхолина на холинэстеразе. Свободный холин внутри терминали ацетилируется цитозольным ферментом холинацетилтрансферазой (ХАТ), донором ацильных групп выступает ацетил-СоА. АХ поступает в син пузырьки за счет электро-химического градиента для протонов. Транспортером везикулярного АХ является специфически ингибируемый везамиколом АХ-протон antiporter, который обменивает цитоплазматический АХ на внутривезикулярные протоны.  Стадией, лимитирующей синтез ацетилхолина, является поступление холина в нервное окончание, поэтому скорость синтеза медиатора усиливается по мере его гидролиза. Большинство синтезированных молекул ацетилхолина  упаковывается в везикулы, в которых его концентрация очень высока (100 мМ) и из которых он выделяется экзоцитозом. Недепонированный ацетилхолин гидролизуется на холинэстеразе, находящейся внутри нервного окончания.

Механизм выделения медиаторов

Основной механизм выделения медиаторов, как из периферических, так и из центральных нейронов – экзоцитоз, при котором в ответ на вход Са++ мембрана везикулы на какое-то время сливается с пресинаптической мембраной, раскрывется и ее содержимое выходит в синаптическую щель. Хотя механизм экзоцитоза наиболее детально исследован на холинергических и адренергических синапсах, существует достаточно доказательств тому, что таким же способом выделяются и медиаторы нейропептиды, аминокислоты, пурины и т.д.

В нейроне экзоцитоз запускается деполяризацией мембраны, вызванной открытием потенциал-зависимых Nа+-каналов, что вызывает открытие потенциал-зависимых Са ++-каналов и инициирует вход Са ++ в клетку. Син пузырьки располагаются в особых участках у пресин мембраны, называемых активными зонами. В пузырьках обнаружено 20-40 белков, отвечающих за перенос веществ через мембрану и экзоцитоз.

На высвобождение медиатора в сщ влияют кроме АХ и НА – аденозин, дофамин, глутамат, ГАМК, простагландины и энкефалины, в основном изменяя проницаемость пресин мембран для ионов. Активация пресин М-ХР – угнетает высвобождение АХ, тогда как – пресин Н-ХР – усиливает выделение медиатора из окончаний мотонейронов.

После высвобождения ацетилхолин диффундирует в синаптическую щель и взаимодействует с холинорецептором. Часть ацетилхолина разрушается в синаптической щели на холинэстеразе. Время взаимодействия ацетилхолина с холинорецептором составляет 2 мс, после чего ацетилхолин диссоциирует с рецептора и разрушается холинэстеразой, не взаимодействуя повторно с холинорецепторами. В результате этого действие медиатора развивается очень быстро, что очень важно для синапсов, стимулирующих мышечный ответ.

Общим для каждой постсинаптической мембраны является наличие на ней холинорецептора.

Согласно существующему представлению, активными группами молекулы ацетилхолина, участвующими во взаимодействии с ХР, являются, с одной стороны, его катионная положительно заряженная “головка”, а с другой - сложноэфирная связь, включая в нее карбонильную группу. Предполагается, что ХР, имеет соответствующие функциональные группы: отрицательную анионную группу, реагирующую с катионной “головкой” ацетилхолина, и “эстерофильный” участок молекулы, взаимодействующий с карбонильной группой и кислородом эфирной связи. Для активности холиномиметиков важное значение имеет расстояние между этими активными центрами. Это расстояние оптимально у самого ацетилхолина, у которого азот, несущий положительный заряд, и кислород эфирной связи находятся на расстоянии примерно 0,35 нм.

Фармакологическая регуляция активности холинергического синапса

Фармакологические вещества непрямого действия:

1.     Вещества, ингибирующие синтез ацетилхолина.

2.     Вещества, ингибирующие высвобождение ацетилхолина.

3.     Вещества, усиливающие высвобождение ацетилхолина.

4.     стимуляция и блокада рецепторов.

5.     Вещества, ингибирующие гидролиз ацетилхолина (антихолинэстеразные средства). 

Вещества, ингибирующие синтез ацетилхолина. Поскольку АсСоА и ХАТ в нервных окончаниях присутствуют в достаточных количествах, стадией, лимитирующей синтез медиатора является поступление холина в клетку. Поэтому и действие фармакологических средств должно быть направлено на эту стадию. В настоящее время известны 2 вещества, ингибирующие поступление холина: это гемихолиний и триэтилхолин, которые не используются в клинике, а являются инструментом экспериментальных исследований. Гемихолин и триэтилхолин не эффективны в отношении синапсов ЦНС, поскольку содержат червертичный атом азота и не проникают через ГЭБ.

Везамикол подавляет перенос АХ в пузырьки.

Фармакологические средства, ингибирующие высвобождение ацетилхолина. Высвобождению ацетилхолина под действием нервного импульса предшествует деполяризация нервного окончания и вход в него ионов Са ++. Поэтому вещества, препятствующие деполяризации, ингибиторы потенциал-зависимых Nа-каналов (например, местные анестетики – новокаин) и вещества, ингибирующие вход Са ++ в нервное окончание (ионы Мg++ и антибиотики группы аминогликозидов (неомицин, стрептомицин)) будут автоматически и препятствовать высвобождению медиатора. Действие Мg++ и аминогликозидов не избирательно в отношении холинергических синапсов. Избирательными ингибиторами высвобождения ацетилхолина являются токсин ботулинуса, столбнячный т. и b-бунгаротоксин.

Токсин ботулинуса принадлежит к группе мощных бактериальных токсинов, в которую входят столбнячный и дифтерийный токсины. Это – белок, продуцируемый анаэробными бациллами Clostridium botulinum, способными размножаться в консервированной пище. Токсин сильнодействующий: минимальная летальная доза для мыши составляет 10-12г, т.е. всего несколько миллионов молекул, поэтому этот токсин является причиной чрезвычайно опасных отравлений. Он связывается исключительно с холинергическими нервными окончаниями, и, как посчитано, достаточно всего лишь нескольких молекул токсина на одно нервное окончание, чтобы вызвать полный блок синапса. Смерть при отравлении этим ядом (ботулизм) обычно наступает от паралича дыхательных мышц (ИВЛ). Местные инъекции ботулотоксина А используют при мышечных спазмах и дистониях, спастических парезах, в офтальмологии – косоглазие, блефароспазм и трещинах заднего прохода; в косметологии.

Ботулинический токсин представляет собой двух-цепочечную полипептидную молекулу, состоящую из легкой цепи весом 50kD и тяжелой цепи весом 100kD, соединенных дисульфидной связью. Интернализация: после инъекции или орального применения тяжелая цепочка обеспечивает быстрое и специфическое связывание ботулинического токсина со специальными рецепторами на холинэргических специфических мембранах. Затем токсин путем эндоцитоза проникает в лизосомальные пузырьки в пресинаптических терминалях нерва. Дисульфидные связи, соединяющие две молекулярные цепочки, разрываются, N-терминальная половина тяжелой цепочки способствует проникновению легкой молекулярной цепочки через эндосомальную мембрану в цитоплазму. Легкая цепочка действует как цинк-зависимая эндопептидаза с протеолитической способностью, приводят к расщеплению белка SNAP–25 (25kD синаптосомальноассоциированный белок) и SYB–2 (синаптобревин–2). Эти белки отвечают за депонирование в везикулах и экзоцитоз ацетилхолина. При отсутствии белков синапс является блокированным и, следовательно, ацетилхолин не может выделяться в синаптическую щель. Конечным эффектом этой химической денервации является слабость и атрофия поперечно-полосатых мышц, атония гладких мышц и гипогидроз или ангидроз. Терапевтические дозы ботулинического токсина типа А начинают действовать через 24–72 часа после инъекции препарата, вызывая необратимую синаптическую блокаду. Ремиссия происходит за счет образования новых коллатералей двигательных аксонов (вырастание нервов). Другими микроскопическими изменениями после введения ботулинического токсина являются временное расширение и регенерация концевых пластинок, что проявляется в возмещении мышечных волокон многочисленными аксонами. Размер области денервации зависит от дозы и объема инъецированного ботулинического токсина. Эффекты от инъекции ботулинического токсина типа А в целом сохраняются примерно в течение 3 месяцев, но в некоторых случаях могут длиться дольше (например, 9–12 месяцев при лечении гипергидроза). Противопоказания: Использование ботулинического токсина типа А противопоказано при лечении пациентов, страдающих заболеваниями, связанными с нарушением нервно-мышечной трансмиссии (такие заболевания, как Myasthenia gravis, синдром Lambert-Eaton). Лекарственные взаимодействия: Эффект действия ботулинического токсина типа А может быть потенцирован применением антибиотиков-аминогликозидов, спектиномицина и других лекарственных препаратов, которые оказывают влияние на нервно-мышечную трансмиссию. препарата начинают оказывать ффект спустя 2-х — 3-х дневный латентный период. Продолжительность эффекта составляет от 2недель до 8 месяцев.

Ботулотоксин - табельное отравляющее вещество армии США. Смертельная доза токсина для человека составляет около 5 нг/кг массы. Вещество проникает в организм через желудочно-кишечный тракт с зараженной водой и пищей, а при применении его в виде аэрозоля и через органы дыхания.

b-Бунгаротоксин – белок, содержащийся в яде змей семейства кобр. Он действует аналогично токсину ботулинуса. Яды змей, относящихся к семейству Elapidae (тигровая змея, тайпан, морские змеи), содержат нейротоксины, избирательно действующие на механизмы передачи нервного импульса в холинэргических нервно-мышечных синапсах.

Фармакологические средства, усиливающие высвобождение ацетилхолина. Тетраэтиламмоний – более известен как ганглиоблокатор, увеличивает высвобождение ацетилхолина в ответ на электрическую стимуляцию нерва. Вещества группы аминопиридина обладают подобным действием, но превосходят тетраэтиламмоний по силе и избирательности действия. Аминопиридины не полностью избирательны по отношению к холинергическим синапсам, они усиливают выделение и других медиаторов. Они блокируют потенциал-зависимые К+-каналы в мембране нейрона. Обычно при прохождении потенциала действия эти каналы открыты, что обеспечивает быструю реполяризацию мембраны. Блокада К+-каналов вызывает пролонгирование потенциала действия, что позволяет большему количеству Са++ проникнуть в нервное окончание и способствовать выделению большего количества везикул.

Яд паука черная вдова – альфа-латротоксин – связывается с трансмембранными белками пресин окончаний – нейрексинами – вызывая массированный выброс медиатора

Стимуляция и блокада рецепторов.

Н-ХР мышц – бл фенилтриметиламмоний, ганглиев – диметилфенилпиперазин. Тубокурарин – блокирует оба подтипа Н-ХР, но его действие на скелетные мышцы сильнее. Избирательным блокатором нервно-мышечного проведения является декаметоний.

Яды аспидовых (Elapidae) альфа-нейротоксины взаимод с участком Н-ХР. Альфа-бунгаротоксин дей только Н-ХР скел мышц и те нейрональные Н-ХР в состав которых входят субъединицы α7- α9; нейрональный бунгаротоксин блокирует и другие нейрональные Н-ХР Яды гадюковых (Viperidae) и брюхоногих моллюсков конусов сравнительно избирательны в отношении Р-ХР.

М-ХР – все типы блокирует атропин. Селективные блокаторы М1 – пирензепин, М2 –трипитрамин и М3- дарифенацин.

Активация ХР сердца под влиянием парасимпатической стимуляции приводит к урежению его сокращений, бронхов – к их сужению, ЖКТ – к усилению его моторики и секреции, слюнных желез – к усилению слюноотделения, мочевых путей – к повышению тонуса мочевого пузыря и улучшению выведения мочи, глаза – к сужению зрачка (миозу), спазму аккомодации, снижению внутриглазного давления и слезоотделения. Большинство сосудов лишено парасимпатической иннервации, поэтому их тонус мало зависит от состояния парасимпатической нервной системы, хотя ацетилхолин может вызывать их расширение (эндотелий, М3,NO).