Нейроны и глиальные клетки: общая характеристика, разнообразие, функции. Серое и белое вещество мозга (на примере спинного мозга)

Вид материала

Документы

Содержание Глутамин  Glu (фермент глутамин синтетаза; в пресинаптических окончаниях)

Подобный материал:

• План лекции: Общая характеристика функций спинного мозга Нейронная организация спинного, 696.17kb.
• Серое и белое вещество головного и спинного мозга, 551.63kb.
• Острая вирусная инфекция, поражающая нервную систему (серое вещество спинного мозга), 22.2kb.
• Большие полушария головного мозга. Конечный мозг, 36.23kb.
• Программа научно-практической конференции «Актуальные вопросы хирургического лечения, 33.37kb.
• Название работы, 116.86kb.
• Название работы, 5377.92kb.
• Аневризмы сосудов головного и спинного мозга, 45.11kb.
• Цель: систематизировать полученные знания о строении и функциях головного и спинного, 39.31kb.
• План Проблема отношения психических процессов и мозга, рождение нейропсихологии. Принципы, 96.52kb.

Билет №9

1) 9-1. Половые железы; половые гормоны и их эффекты (в т.ч. действие на нервную

систему). ЦНС и управление работой половых желез.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Половые железы (гонады) являются железами смешанной

(т. е. и внешней, и внутренней) секреции. Половые железы

женщины — яичники выделяют во внешнюю среду

яйцеклетки, а во внутреннюю — гормоны (эстрогены и прогестины).

Половые железы мужчины — семенники выделяют во

внешнюю среду сперматозоиды, а во внутреннюю — гормоны (анд-

рогены). Все эти гормоны имеют стероидную природу и

обладают ядерной рецепцией. Образование и секреция этих гормонов регулируются гона-

дотропинами аденогипофиза (ФСГ и ЛГ), которые, в свою

очередь, находятся под контролем гипоталамического рили-

зинг-фактора люлиберина.

Половые гормоны обладают широким спектром

биологических эффектов, оказывая на организм и регулирующие, и

программирующие, и пермиссивные воздействия.

Семенники — парные органы, расположенные у человека

не в полости тела, а в мошонке (рис. 5.12). Вынос семенников

за пределы полости тела связан с тем, что для нормального со-

созревания сперматозоидов необходима температура не выше

35 °С, т. е. на 2 °С ниже температуры тела. Развиваясь в

брюшной полости, семенники спускаются в мошонку на по-

поздних стадиях созревания плода под влиянием гормона,

вырабатываемого плацентой. Каждый семенник состоит из множества извитых семен-

семенных канальцев, в которых после наступления половой зрелос-

зрелости под действием ФСГ происходит созревание сперматозо-

сперматозоидов, причем у многих видов животных этот процесс имеет се-

сезонный характер, а у других видов, в том числе и человека, происходит постоянно. Между семенными канальцами распо-

расположены клетки Лейдига, которые являются основным местом

секреции мужских половых гормонов — тестостерона и ди-

гидротестостерона — под действием лютеинизирующего гор-

гормона (ЛГ). Семенники функционируют в течение всей жизни

мужчины, и, хотя с возрастом секреция андрогенов несколько

снижается, образование полноценных сперматозоидов про-

продолжается до глубокой старости. В крови 98% мужских половых гормонов связывается с особыми белками и только 2% может быстро связываться с

клетками-мишенями. Оба мужских половых гормона стимулируют образование

сперматозоидов (сперматогенез) и секрецию компонентов

спермы, обеспечивающих их жизнеспособность. Кроме того,

они по принципу отрицательной обратной связи тормозят сек-

секрецию ФСГ и ЛГ клетками аденогипофиза. Так как секреция люлиберина нейронамигипоталамуса у мужчин происходит импульсно и обычно ночью и рано утром,

то и выброс ФСГ и ЛГ из гипоталамуса также подчиняется

этому ритму, а следовательно, существуют суточные колеба-

колебания уровня тестостерона, коррелирующие с содержанием ЛГ

в крови. В специальных опытах на мужчинах, у которых ис-

искусственно изменяли цикл сон—бодрствование, было показа-

показано, что секреция ЛГ и уровень тестостерона зависят именно от

режима сна, а не от периода суток. . Секреция всех

необходимых компонентов семенной жидкости железами, рас-

расположенными вдоль семенных протоков, стимулируется поло-

половыми гормонами, главным образом дигидротестостероном.

Программирующее воздействие мужских половых гормо-

гормонов чрезвычайно важно во время всего эмбрионального пери-

периода созревания организма мальчика. Эти гормоны индуцируют

развитие полового члена, семявыносящего протока, семенных

пузырьков, простаты, а впоследствии вторичных половых признаков: оволосения лица, низкого голоса и т. д.

Мужские половые гормоны, помимо признаков, связан-

связанных с мужским полом, выполняют роль белковых анаболи-

анаболиков, стимулируя синтез белка, в частности мышечных белков,

а также ускоряя рост костей. Именно поэтому мужчины, как

правило, выше женщин, и масса мышц у них больше.

Андрогены играют чрезвычайно важную роль в формиро-

формировании и поддержании полового влечения, а также в обеспече-

обеспечении полового поведения. С током крови половые гормоны,

главным образом тестостерон, попадают в структуры головно-

головного мозга и взаимодействуют с нейронами гипоталамуса, лим-

бической системы и многих других отделов. Циркуляция анд-

андрогенов в крови необходима не только для поддержания либи-

либидо, но и является фактором, приводящим к повышенной

агрессивности. Для поддержания нормального полового пове-

поведения мужчины или самцов других видов млекопитающих

нужны очень малые количества тестостерона в крови; если же

уровень тестостерона увеличивается, то на поведение это

влияет мало, т. е. соблюдается правило «все или ничего». У человека встречается целый ряд патологий, связанных с

нарушением функционирования системы гипоталамус (люли-

берин) — аденогипофиз (ФСГ и ЛГ) — семенники (тестосте-

(тестостерон, дигидротестостерон). Гиперфункция семенников, или ги-

пергонадизм, встречается редко. Гораздо чаще, чем гипергонадизм, встречается патологиче-

патологическое состояние, обусловленное недостатком образования муж-

мужских половых гормонов и сперматозоидов, т. е. гипогонадизм.

Многообразие и сложность физиологических процессов,

обеспечивающих репродуктивную функцию у млекопитаю-

млекопитающих (и, в частности, у человека), требует совершенной систе-

системы регуляции, в том числе и гормональной. Подсчитано, что в

управлении половым циклом женщины прямо или опосредо-

опосредованно задействовано не менее десяти гормональных факторов.

У самок млекопитающих можно выделить ряд последователь-

последовательных процессов, обеспечивающих размножение: половое созре-

созревание, гаметогенез (созревание яйцеклеток), оплодотворение

яйцеклеток, развитие зародыша в матке, роды.

Женские половые железы называются яичниками.

Они располагаются в брюшной полости (рис. 5.13). Их внешнесек-

реторная функция заключается в формировании женских га-

гамет — яйцеклеток. Первичные половые клетки возникают еще

на первых неделях эмбриогенеза в огромных количествах —

около 7 млн штук. Эти клетки называются оогониями. Часть

оогониев превращается в ооциты, которые покрываются од-

одним слоем эпителиальных клеток, и образуется фолликул.

Фолликул созревает: эпителиальные клетки разрастаются,

формируя многослойный эпителий, затем у фолликула появ-

появляется внешняя оболочка. Примерно к 17—20 неделе внутри-

внутриутробного развития девочки формируется структура яични-

яичников, причем корковое вещество яичников состоит из фолликулов на разных стадиях их созревания. К моменту рождения в

яичниках девочки имеется около одного миллиона

фолликулов, но часть из них разрушается, и к моменту появления мен-

менструаций в яичниках остается около 400 000 фолликулов. За

весь репродуктивный период жизни женщины образуется всего

200—400 зрелых яйцеклеток, способных к оплодотворению.

В течение каждого цикла идет одновременное созревание

многих фолликулов, но только один из них доходит до

конечной стадии и превращается в граафов пузырек — зрелый

фолликул, представляющий собой пузырек, окруженный

оболочкой и заполненный жидкостью, в которой находится яйце-

яйцеклетка. По мере созревания фолликулов происходит их разрыв

(овуляция), и яйцеклетка, выйдя из граафова пузырька, захва-

захватывается яйцеводами (фаллопиевыми трубами), по которым

продвигается в матку. Если в яйцеводе ядро яйцеклетки слива-

сливается с ядром сперматозоида (оплодотворение), то начинается

процесс развития зародыша, происходящий затем в матке.

Как правило, из тысяч ооцитов в каждом менструальном

цикле образуется только один граафов пузырек, но в одном

цикле из двухсот (приблизительно) по неясным причинам одно-

одновременно овулируют две яйцеклетки, что в случае оплодотворе-

оплодотворения приводит к образованию двух разнояйцовых близнецов.

Процесс оогенеза — превращения оогония в ооцит, форми-

формирование фолликула и — через ряд стадий — образование гра-

граафова пузырька с яйцеклеткой стимулируется фолликулости-

мулирующим гормоном гипофиза (ФСГ), который секретиру-

ется под воздействием люлиберина гипоталамуса.

Оболочка фолликула состоит из нескольких слоев клеток,

причем внутренний из них и является местом, где секретиру-

ются эстрогены, главный из которых — эстрадиол. По мере

созревания фолликула концентрация эстрадиола в крови воз-

возрастает и непосредственно перед овуляцией достигает такого

уровня, который повышает выброс ФСГ и ЛГ. Именно под

влиянием лютеинизирующего гормона гипофиза (ЛГ) проис-

происходит овуляция. На месте лопнувшего граафова пузырька

после овуляции начинается образование желтого тела, клетки

которого секретируют другой женский половой гормон — про-

прогестерон. Этот процесс также стимулируется Л Г. Прогестерон

обеспечивает подготовку организма женщины к беременнос-

беременности. Во-первых, он тормозит секрецию ФСГ и Л Г для того,

чтобы препятствовать созреванию следующего фолликула.

Во-вторых, под влиянием прогестерона происходят измене- ния во внутреннем, железистом слое матки для того, чтобы

матка могла принять оплодотворенную яйцеклетку. Но если

оплодотворения все-таки не произошло, то желтое тело дегене-

дегенерирует, секреция прогестерона резко снижается, а увеличен-

увеличенный внутренний слой матки в отсутствии большого количества

эстрогена и прогестерона разрушается и частично отторгается.

Происходит менструация.

Кроме контроля за менструальным циклом и родами, жен-

женские половые гормоны ответственны за развитие вторичных по-

половых признаков, формирование скелета и обмена веществ по

женскому типу. Эстрогены обладают также анаболическими эф-

эффектами, хотя и менее выраженными, чем у андрогенов. Они

усиливают созревание костной ткани, с чем связано прекраще-

прекращение роста в период полового созревания. Эстрогены снижают

уровень холестерина в крови, способствуют свертыванию крови.

Эндокринная регуляция половых функций у женщин мно-

многоступенчата и сложна, поэтому описано множество заболева-

заболеваний, связанных с нарушениями деятельности того или иного

ее звена. Основным симптомом снижения функционирования

системы гипоталамус — аденогипофиз — яичники является

аменорея — прекращение менструаций. Возможность наступления беременности обеспечивается

целым рядом гормонов, начиная от воздействия эстрогенов на

слизистую оболочку шейки матки, в результате чего в матку и

далее могут проникнуть лишь самые жизнеспособные сперма-

сперматозоиды, и кончая описанными выше изменениями в

эндометрии матки, позволяющими эмбриону нормально развиваться Прогестерон и эстрадиол усиливают сокращения

яйцеводов, способствуя продвижению оплодотворенной яйцеклетки в

матку. Эстрогены, прогестин, тироксин и релаксин

необходимы для того, чтобы развивающийся зародыш мог внедриться

(имплантироваться) в эндометрий матки и образовать

плаценту, через которую осуществляется связь зародыша с материн-

материнским организмом. Одна из оболочек образующейся плаценты

уже через день после имплантации зародыша начинает секре-

тировать хорионический гонадотропин (ХГТ), гормон, отчасти

сходный по строению с ЛГ. Функция ХГТ — стимуляция выделения прогестерона желтым телом, для того чтобы не произо-

произошло отторжения эндометрия, а вместе с ним и самого зароды-

зародыша. Второй гормон плаценты — плацентарный лактоген. Так

как в период беременности секреция ФСГ и ЛГ гипофизом мате-

матери снижена, то гормоны плаценты — ХГТ и плацентарный лак-

лактоген — принимают на себя роль этих гормонов.

Для организма матери беременность осложняется тем, что

в матке развивается «чужеродный организм», обладающий

целым рядом генетических компонентов отца. Одним из

факторов, смягчающих иммунную реакцию организма матери,

является плацентарный лактоген, способствующий, таким об-

образом, нормальному продолжению беременности. У человека

к началу второй трети беременности плацента секретирует

весь набор половых гормонов в таких соотношениях, которые

обеспечивают протекание беременности, но к концу беремен-

беременности секреция прогестерона, подавляющего сокращения мы-

мышечного слоя матки — миометрия, снижается. Сильно

утолщенный миометрий начинает регулярно сокращаться,

готовясь к процессу родов.

Беременность у женщины продолжается 280 дней, или

40 недель. При достижении плодом определенных размеров,

уже несовместимых с существованием в утробе матери, возни-

возникает «фетальный стресс». Пусковым фактором, вызывающим

начало родов, является, по-видимому, формирование актив-

активности системы гипоталамус — гипофиз у плода. Аденогипо-

физ плода начинает выделять АКТГ, что приводит к секреции

гидрокортизона корой надпочечников. С током крови гидро-

гидрокортизон попадает в плаценту, снижая в ней секрецию прогес-

прогестерона и стимулируя выброс эстрогенов, которые, в свою оче-

очередь, повышают чувствительность миометрия матки к оксито-

цину. Сокращения матки под действием окситоцина смещают

плод к шейке матки, а давление на шейку матки запускает

рефлекторный выброс окситоцина из нейрогипофиза матери(рефлекс Фергюссена). Таким образом, запускается механизм

положительной обратной связи. Под действием релаксина

расслабляются связки таза, раскрывается шейка матки, и ре-

регулярный выброс порций окситоцина вызывает новые сокра-

сокращения миометрия, в результате происходит полное изгнание

плода, а затем и плаценты. После этого рефлекс Фергюссена

прерывается, и матка постепенно возвращается в состояние

относительного покоя.

В течение беременности целый ряд гормонов (прогестерон,

эстроген, пролактин, глюкокортикоиды, тироксин, инсулин)

стимулирует развитие молочных желез. После выхода

плаценты, клетки которой секретировали прогестерон и

эстрогены, уровень этих гормонов в материнской крови резко падает,

а уровень пролактина остается высоким, и теперь, после пре-

прекращения подавляющего действия эстрогенов, начинается

выработка молока в молочных железах. Этот процесс называ-

называется лактацией.

Период лактации сопровождается постоянным высвобождением пролактина, что по принципу отрицательной обратной

связи приводит к усилению секреции дофамина, играющего

роль пролактостатина. Но дофамин, выделяясь из клеток ги-

гипоталамуса, тормозит секрецию люлиберина, что, в свою

очередь, снижает секрецию ФСГ и ЛГ клетками аденогипофиза.

Из-за снижения уровня и нарушения ритмичности выделения

ФСГ тормозится созревание фолликулов и отсутствует менст-

менструальный цикл. Таким образом, вероятность беременности в

период лактации несколько снижена, но все же возможна.


2) 9-2. Синтез глутаминовой кислоты (ГлК) в нервных клетках. Разнообразие рецепторов к

ГлК; NMDA-рецепторы. Примеры и значение агонистов и антагонистов ГлК.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Медиаторы-аминокислоты являются главными медиаторами ЦНС Глутаминовая кислота (Glu) – главный возбуждающий медиатор (~ 40% всех нейронов); проведение основных потоков информации в ЦНС (сенсорные сигналы, двигательные команды, память).

Нормальная деятельность ЦНС обеспечивается тонким балансом Glu и ГАМК (Гамма-аминомасляная кислота – главный тормозной медиатор (~40%); запрет проведения «ненужной» info (внимание, двигательный контроль). Нарушение этого баланса (как правило, в сторону уменьшения торможения) негативно влияет на многие нервные процессы – вплоть жо возникновения мощных локальных очагов возбуждения, что введёт к развитию эпилептических припадков. При нарушении баланса Glu и ГАМК :

• синдром дефицита внимания и гиперактивности детей (СДВГ);
  
• повышенная нервозность и тревожность взрослых;
  
• нарушения сна, бессонница;
  
• эпилепсия (часто врождённая патология, у 0.5% населения)
  

В клинических целях используют агонисты ГАМК и антагонисты Glu. Антагонисты ГАМК и агонисты Glu – яды, вызывающие судороги (конвульсанты).

• Глутаминовая кислота – пищевая аминокислота – входит в состав белков пищи и белков нашего тела; самая распространённая: потребляем с едой 5-10 г в сутки. В водных растворах существует в ионизированном виде, то есть в форме отрицательно заряженного остатка глутамата («глютамата»).
  
• Для синтеза необходимы: 1.-кетоглутаровая кислота (промежуточный продукт окисления глюкозы в цикле Кребса; в больших количествах образуется в митохондриях);
  

2. аминогруппа любой а/к, полученной с пищей; 3. фермент из группы аминотрансфераз.

Такой синтез идёт во всех клетках организма.

• Другой («быстрый») путь синтеза, характерный для нейронов: взаимные превращения Glu и очень сходной пищевой а/к глутамина: замена второй OH-группы Glu на аминогруппу NH2.
  

Глутамин  Glu (фермент глутамин синтетаза; в пресинаптических окончаниях)

Glu  глутамин (фермент глутаминаза; при инактивации Glu)


Во всех тканях организма (в т.ч. в мозге) очень много Glu. В связи с этим долгое время не могли поверить, что столь распространённое вещество является медиатором ЦНС.

Однако это именно так. Дело в том, что пищевой глутамат почти не преодолевает ГЭБ, и для выполнения медиаторных функций Glu синтезируется непосредственно в пресинаптических окончаниях из глутамина; определённый вклад вносит также образование Glu из -кетоглутаровой кислоты (-KG).

После синтеза Glu загружается в везикулы, выбрасывается в синаптическую щель при приходе ПД и влияет на рецепторы, запуская ВПСП.

Введение Glu непосредственно в мозг (в желудочки) вызывает возбуждение ЦНС и судороги.

Сходные эффекты наблюдаются при отравлении агонистами Glu, часть из которых является токсинами растений. Пример: домоевая кислота ; вырабатывается некоторыми одноклеточными водорослями; токсин накапливается в телах животных, поедающих фитопланктон (двустворчатые моллюски, некоторые рыбы) и способен отравлять птиц, млекопитающих, человека. Смертельные случаи: западное побережье Канады; «бешенство» птиц в Калифорнии).

Глутамат, помимо действия на рецепторы постсинаптической мембраны, способен влиять на вкусовые клетки-рецепторы языка («вкус белка»). Существуют особые клетки-рецепторы для сладкого, горького, кислого, солёного и глутамата. На мембране – белки-рецепторы к соответствующим веществам. Их активация ведёт к входу Ca2+, выбросу Glu (как медиатора) и возникновению ПД в волокнах вкусовых нервов (VII и IX).

Umami – яп. «мясной»; термин для описания особого «бульонного» вкуса морской капусты, соевого соуса, сыров (пармезан), грибов и т.п. В начале XXв. было показано, что это – вкус глутамата. С тех пор глутамат и его производные всё шире используются как «усилители вкуса» (E620 и др.). Избыток Glu (10г и более одномоментно) может вести к головной боли, потоотделению, сердцебиению («синдром китайского ресторана», не путать с пищевой аллергией).

• Рецепторы глутамата.
  

В настоящее время выделяют три типа ионотропных и не менее трёх типов метаботропных рецепторов к Glu. Все они запускают ВПСП, повышая проводимость Na+.

Метаботропные рецепторы действуют через цАМФ и ряд других вторичных посредников.

Ионотропные рецепторы названы по агонистам:

NMDA – рецепторы (агонист N-метил –D-аспартат)

AMPA-рецепторы (агонист амино-гидрокси-метил-изоксазол-пропионовая кислота)

Каинатные рецепторы (агонист каиновая кислота)

Рецепторы разных типов различаются по скорости развития ВПСП и способности пропускать не только ионы Na+, но и ионы Ca2+.

Ca2+, в свою очередь, способен действовать как вторичный посредник, изменяя состояние близлежащей постсинаптической мембраны, а также постсинаптической клетки в целом («пластические перестройки синаптической передачи»).

• Наиболее изучены NMDA-рецепторы.
  

Каждый такой рецептор состоит из 4х белковых молекул; в открытом положении он проницаем для Na+, Ca2+, K+ .

Уникальная особенность NMDA-рецепторов состоит в том, что их канал может блокировать ион Mg2+ («магниевая пробка»). В такой ситуации рецептор выключен, и ВПСП не возникает. Однако, если заряд в нейроне оказывается выше уровня –30 мВ, Mg2+ удаляется из канала («выбивание пробки»), и рецептор переходит в рабочее состояние. Этот механизм – один из важнейших способов резко усилить эффективность работы синапса, создать новый канал для передачи информации. Подобные изменения лежат в основе процессов обучения и формирования памяти. Наиболее очевидный способ удаления Mg2+: ПД, запущенный с помощью не-NMDA-рецепторов (например, AMPA), находящихся на той же постсинаптической мембране. Данный синапс исходно не пропускал слабые сигналы, вызывающие небольшой выброс Glu. После однократной сильной стимуляции, запустившей ПД через не-NMDA-рецепторы, произошло «выбивание пробок». Теперь на постсинаптической мембране включились NMDA-рецепторы (их может быть в несколько раз больше, чем не-NMDA), и даже слабый сигнал вызывает большой ВПСП, запуская ПД. Подобного рода синапсы, способные практически мгновенно увеличить эффективность работы, характерны для коры больших полушарий и, особенно, гиппокампа, избирательно связанного с кратковременной памятью.

• Антагонисты Glu.
  

Основные клинические проблемы связаны с избыточной активностью Glu-синапсов. Соответственно, востребованы антагонисты Glu.

В настоящее время на практике применяют антагонисты наиболее изученного NMDA-рецептора (мемантин, кетамин).

Мемантин: блокирует канал рецептора в его верхней части; снижает тревожность и вероятность эпилептических припадков.

Кетамин (калипсол): блокирует канал рецептора в его нижней части. Вызывает кратковременный, но глубокий наркоз (используется в ветеринарии). На выходе из наркоза возникают галлюцинации (наркотико-подобное действие).

Ламотриджин: ослабляет экзоцитоз Glu; оказывает антиэпилептическое действие.

Более широкое распространение в клинике продолжают сохранять агонисты ГАМК – препараты, «проверенные временем».

• Инактивация Glu:
  

Из синаптической щели Glu переносится в глиальные клетки, где превращается в глутамин (Gln) (с помощью фермента глутаминазы).

Глутамин затем может перемещаться в пресинаптическое окончание и вновь становиться Glu в митохондриях.