Spojení neuroefektoru - Neuroeffector junction

A neuroefektový spoj je místo, kde motorický neuron uvolňuje neurotransmiter, aby ovlivnil cílovou - neneuronální - buňku. Toto spojení funguje jako a synapse. Na rozdíl od většiny neuronů však somatické eferentní motorické neurony inervují kosterní sval a jsou vždy excitační. Viscerální eferentní neurony inervují hladký sval, srdeční sval a žlázy a mají schopnost být excitační nebo inhibiční. Neuroeffektorová spojení jsou známá jako neuromuskulární spojení když je cílovou buňkou svalové vlákno.

Nesynaptický přenos je charakteristický pro autonomní neuroefektové spoje. Struktura autonomního neuromuskulárního spojení se skládá z několika podstatných rysů, mezi které patří: koncové části autonomních nervových vláken jsou křečové a pohyblivé a vysílače se uvolňují „průchodem“ z různých vzdáleností od efektorových buněk; zatímco na efektorové buňky neexistuje žádná strukturní postjunkční specializace, receptory pro neurotransmitery se hromadí na buněčných membránách v těsných spojích. Svalové efektory jsou svazky spíše než jednotlivé buňky hladkého svalstva, které jsou spojeny mezery které umožňují elektrotonické šíření aktivity mezi články. Autonomní nervy využívají mnohočetnost vysílačů a dochází k ko-přenosu často zahrnujícímu synergické působení těchto co-vysílačů, i když také dochází k pre- a postjunkční neuromodulaci uvolňování neurotransmiteru. Předpokládá se, že autonomní nervová kontrola imunitních, epiteliálních a endoteliálních buněk zahrnuje také nesynaptický přenos.[1]

Jedná se o těsné křižovatky, ale v autonomní nervový systém a střevní nervový systém spojovací uzly jsou mnohem „volnější“, což umožňuje snadnější difúzi. Tato volnost umožňuje širší příjem signálu, zatímco v těsnějších spojích se více neurotransmiterů metabolizuje nebo rozkládá. V kosterních svalech jsou křižovatky většinou stejné vzdálenosti a velikosti, protože inervují takové určité struktury svalových vláken. V Autonomním nervovém systému jsou však tyto neuromuskulární spoje definovány mnohem méně dobře.

Analýza non-noradrenergní / non-cholinergní (NANC) Přenos na jednotlivé varikozity nebo otoky naznačuje, že jednotlivé synapsie mají různé pravděpodobnosti sekrece vysílače a také různé doplňky autoreceptorů a směsi postjunkčních receptorových podjednotek. Poté existuje lokální stanovení kvantitativních vlastností jednotlivých synapsí.[2]

Nervové terminály jsou terminální část axonu naplněná neurotransmitery a jsou místem, ze kterého jsou neurotransmitery uvolňovány. Nervové zakončení mohou mít různé formy v různých tkáních. Nervové zakončení vypadají jako tlačítko v CNS, koncové destičky v pruhovaném svalu a varikozity v mnoha tkáních včetně střev. K ukládání a uvolňování neurotransmiterů fungují tlačítka, koncové desky nebo varikozity. V mnoha periferních tkáních se křečový axon rozvětvuje ve svém proximálním průběhu a nese obal Schwannovy pochvy, který je přerušen a nakonec ztracen ve své nejvíce koncové části. Nemyelinizované, předčasné axony s velmi dlouhými varikózními větvemi jsou přítomny v malých svazcích axonů a varikózní koncové axony jsou přítomny jako jednotlivé izolované axony. Malé svazky axonů probíhají rovnoběžně se svazky svazků a mezi nimi a křečové axony „enpass“ jsou hlavním zdrojem inervací svazků hladkého svalstva střev.

Nesynaptické postjunkční receptory jsou většinou G-protein spojený metabotropní receptory které produkují pomalejší reakci. Zahrnují metabotropní receptory pro klasické neurotransmitery, monoaminy, norepinefrin, puriny a peptidové vysílače.[3] Postjunkční receptory také zahrnují některé ionotropní receptory, jako jsou nikotinové receptory v centrálním nervovém systému (CNS) i v autonomním nervovém systému (ANS).

Nesynaptický spojovací přenos je jediný způsob přenosu zahrnující varikozity, které nevykazují žádné synaptické kontakty zahrnující téměř všechny nervové zakončení, jejichž cílem není neuron. Většina hladkých svalů vykazuje potenciály rychlého i pomalého spojení, které jsou obvykle zprostředkovány různými třídami metabotropních receptorů s odlišnou kinetikou.[4]

Blízký spojovací neurotransmise je charakterizována synapse jako blízký kontakt mezi pre-junkčním uvolňovacím místem a postjunkčními receptory. Na rozdíl od synapsí je však spojovací prostor otevřený extravaskulárnímu prostoru; pre-junkční uvolňovací místo postrádá charakteristické rysy presynaptické aktivní zóny a uvolňování rozpustných vysílačů; a postjunkční receptory zahrnují metabotropní receptory nebo pomaleji působící ionotropní receptory.

Téměř všechny tkáně, které vykazují blízký spojovací neurotransmisi, také vykazují široký spojovací neurotransmisi. Široký spojovací přenos byl tedy popsán v mnoha hladkých svalech, jako je vas deferens, močový měchýř, krevní cévy, střeva i nervový systém včetně ENS, autonomních ganglií a CNS.[5]

Ovládání gastrointestinální (GI) pohyby enterickými motoneurony jsou zásadní pro řádné zpracování potravy, absorpci živin a eliminaci odpadů. Neuroeffektorová spojení v tunica muscularis mohou sestávat ze synaptické konektivity se specializovanými buňkami a příspěvků z více typů buněk v integrovaných postjunkčních reakcích. Intersticiální buňky Cajal (ICC) - nesvalové buňky mezenchymální původ - byly navrženy jako potenciální mediátory motorické neurotransmise. Neuromuskulární spojení v GI hladkých svalech mohou odrážet inervaci a postjunkční reakce ve všech třech třídách postjunkčních buněk. Transdukce signálů neurotransmiterů buňkami ICC a aktivace iontových vodivosti by byla prováděna elektronicky pomocí mezerových spojů do okolních buněk hladkého svalstva a ovlivňovala by excitabilitu tkání.[6]

Neuromuskulární spojení. 1. Axon inervující svalová vlákna; 2. Spojení mezi axonem a svalovým vláknem; 3. sval; 4. Svalové vlákno

Objev

V periferní nervový systém, místní spojovací přenos byl rozpoznán koncem šedesátých a začátku sedmdesátých let. Do té doby se předpokládalo, že veškerá chemická neurotransmise zahrnuje synapse a inervace tkáně byly považovány za synonyma existence synapse. Později bylo pozorováno, že v neuromuskulárních spojích hladkého svalstva ve střevě a dalších periferních autonomních neuroefektových spojích dochází k neurotransmisi v nepřítomnosti synapsí a bylo navrženo, že na těchto místech neurotransmise zahrnuje nesynaptický přenos. Nervová zakončení tedy uvolňují své neurotransmitery v extracelulárním prostoru podobným způsobem parakrinní sekrece. Cílové buňky ovlivněné místně uvolněným vysílačem, i když se nacházejí několik stovek až tisíců nanometry daleko od místa vydání jsou považovány za inervované.[7]

Křečové axony byly nejprve vizualizovány adrenergní terminály použitím fluorescenční histochemie popsali Falck a kolegové.[8]

Tyto křečové axony připomínají řetězce korálků s varikózami 0,5–2,0 μ v průměru a délce 1 až 3 μ a odděleny mezikarikózním axonem o průměru 0,1 až 0,2 μ. Varikozity se vyskytují v intervalech 2–10 μm a odhaduje se, že jeden adrenergní axon může mít na své koncové části více než 25 000 varikóz. Existují také dva typy kontaktů. Tyto kontakty se nazývají velké a malé kontakty. U velkých kontaktů byly holé varikozity a hladké svaly odděleny ~ 60 nm a u malých kontaktů byly tyto dva odděleny ~ 400 nm. Celkově může nesynaptický spojovací prostor mezi nervovým uvolňovacím místem a postjunkčními receptory vykazovat různé stupně oddělení mezi uvolňovacím místem na pre-junkčním nervovém terminálu a postjunkčními receptory v cílové buňce.[5]

Objev inhibičního a excitačního přenosu NANC a také skutečnost, že takový přenos je třeba považovat za vyskytující se u buněk hladkého svalstva spojených v elektrické autonomní postgangliové nervy končí v systémech syncytium a že excitační NANC přenos vedlejších větví, z nichž každá má řád, vede ke vzniku vápníku závislých akční potenciál.[2]

Výzkum

Neuromuskulární spojení v gastrointestinální (GI) hladké svaly mohou odrážet inervaci a postjunkční reakce ve všech třech třídách postjunkčních buněk. Transdukce signálů neurotransmiterů buňkami ICC a aktivace iontových vodivosti by byla prováděna elektronicky mezerami do okolních buňky hladkého svalstva a ovlivnit vzrušivost.[6]

Studie nevylučují možnost paralelního excitačního neurotransmise na ICC-DMP (hluboký sval plexus ) a buňky hladkého svalstva. Různé buňky mohou využívat různé receptory a signální molekuly. ICC jsou inervované a vysílače dosahují dostatečně vysoké koncentrace pro aktivaci postjunkčních signálních drah v ICC. Pokud jsou ICC důležitými zprostředkovateli motorické neurotransmise, pak by ztráta těchto buněk mohla snížit komunikaci mezi střevní nervový systém a syncytium hladkého svalstva, což má za následek sníženou nervovou regulaci motility.[6]

V průkopnických studiích bylo jednoznačně prokázáno, že inervace hladkého svalstva probíhá pomocí křečových nervových zakončení. To však nebylo až do příchodu elektronový mikroskop že jsme byli schopni poskytnout nám komplexní pohled na vztah mezi těmito křečovými zakončeními a hladkým svalstvem.[9]

Kromě aktivace K + kanály podle NE, někteří autoři to navrhli Ca2 + -aktivované Cl− kanály, které jsou aktivní za bazálních podmínek, lze potlačit jako součást postjunkční reakce na NO. Tyto studie nevylučují možnost paralelního excitačního neurotransmise do ICC-DMP a buněk hladkého svalstva. Různé buňky mohou využívat různé receptory a signální molekuly. Tato zjištění poukazují na to, že ICC jsou inervované a vysílače dosahují dostatečně vysoké koncentrace pro aktivaci postjunkčních signálních drah v ICC. Neexistuje žádný důvod a priori předpokládat, že reakce na neurotransmitery uvolňované z neuronů a exogenních látek vysílajících jsou zprostředkovány stejnými buňkami, receptory nebo postjunkční (transdukční) signální dráhy. Neurotransmitery uvolňované z varikóz mohou být prostorově omezeny na specifické populace receptorů, zatímco vysílače přidané do orgánových koupelí se mohou vázat na receptory na různých buňkách.[6]

Struktura a funkce

Nesynaptický přenos je charakteristický pro autonomní neuroefektové spoje. Základní vlastnosti jsou tyto: koncové části autonomních nervových vláken jsou křečové a pohyblivé; vysílače se uvolňují z varikóz v různých vzdálenostech od efektorových buněk; a zatímco na efektorové buňky neexistuje žádná strukturní postjunkční specializace, receptory pro neurotransmitery se hromadí na buněčných membránách v blízkých spojích. Kromě hladkého svalstva, autonomní nervové kontroly imunity, epiteliální, a endoteliální buňky také zahrnují nesynaptický přenos.[1]Efektory hladkého svalstva jsou spíše svazky než jednotlivé buňky, které jsou spojeny mezerovými spoji, které umožňují elektrotonické šíření aktivity mezi buňkami. Mnoho buněk hladkého svalstva v příčném řezu svalovým svazkem vykazuje oblasti velmi blízkého přiblížení k sousedním buňkám konexiny tvoří spojení mezi buňkami. Na rozdíl od srdečního svalu, kde jsou křižovatky mezer omezeny na konce srdce myocyty, křižovatky hladké svalové mezery se vyskytují podél délky svalových buněk i směrem k jejich koncům. Existují malé svazky tří až sedmi varikózních axonů, částečně nebo úplně obalené Pouzdro Schwannových buněk, a to jak na povrchu svalu, tak v těle svazků hladkého svalstva. Kromě toho lze jednotlivé varikózní axony nalézt na povrchu a ve svalových svazcích a zbavit se jich Schwannovy buňky v oblasti apozice mezi varikózami a buňkami hladkého svalstva.

Aktivní zóna jednotlivých sympatických varikóz, vymezená vysokou koncentrací syntaxinu, zaujímá plochu na prejunkční membráně asi 0,2 μm2; to dává spojovací mezeru mezi prejunkční aktivní zónou a postjunkčními membránami, která se pohybuje mezi asi 50 a 100 nm. Postjunkční membrána pod varikózitou může mít náplast přibližně 1 μm2 purinergní P2X1 receptory ve vysoké hustotě, i když tomu tak není vždy. Nervový impuls vede k přechodnému zvýšení koncentrace vápníku v každé varikózitě, primárně v důsledku otevření vápníkových kanálů typu N, stejně jako k menšímu zvýšení v intervarikózních oblastech. Pravděpodobnost sekrece z varikozity může záviset na počtu sekretosomy že křečové žíly, kde je sekretosom komplex syntaxin, synaptotagmin, an Vápníkový kanál typu N. a synaptický vezikul.

Mnohočetnost vysílačů je využívána autonomními nervy a Přenos dochází často k synergickým účinkům kotransmiterů, i když také probíhá pre- a postjunkční neuromodulace uvolňování neurotransmiterů. K přenosu bez společného skladování dochází v parasympatických nervech, kde terminální barvení vezikulárního transportéru acetylcholinu může také obsahovat syntázu oxidu dusnatého, což naznačuje, že se uvolňují NE jako plynný neurotransmiter.

Neuroeffector Ca2+ přechodné látky (NCT) byly použity k detekci paketového uvolňování neurotransmiteru ATP působícího na postjunkční P2X receptory a způsobující Ca2+ příliv. ATP uvolňovaný z varikóz je modulován současným uvolňováním noradrenalin který působí na varikozity prostřednictvím α2-adrenoreceptorů, aby snížil příliv iontů vápníku, který doprovází nervový impuls.[9] NCT lze také použít k detekci lokálních účinků noradrenalinu prostřednictvím jeho pre-junkčních autoinhibičních účinků zprostředkovaných α2-adrenergními receptory na nervový terminál Ca2+ koncentrace a pravděpodobnost exocytózy (měřeno počítáním NCT). Existují důkazy o tom exocytóza od sympatických varikóz závisí na jejich historii a to, že uvolnění paketu ATP přechodně potlačuje (nebo předpovídá přechodné potlačení) následné uvolnění. Chudoba NCT vyskytující se do 5 s od sebe navzájem naznačuje, že exocytóza z varikozity přechodně potlačuje pravděpodobnost uvolnění z této varikozity. To může nastat autoinhibicí (pre-junkčním účinkem noradrenalinu nebo purinů) nebo v důsledku přechodného nedostatku vezikul snadno dostupných pro uvolnění.[10]

ATP Uvolňování (tedy uvolňování noradrenalinu, pokud existuje přísné uvolňování) je v těchto spojích vysoce přerušované (Brain et al. 2002), s pravděpodobností, že daný akční potenciál vyvolá uvolnění z dané varikózy pouze 0,019. Pokud v rozptylovém rozsahu konkrétní varikozity existuje n varikóz, můžeme uvažovat o počtu takových varikóz, které by mohly být potřeba, aby se průměrně (za použití střední hodnoty P = 0,5) uvolnil neurotransmiter lokálně. Během vlaku s pěti impulsy za předpokladu, že poslední impuls ve vlaku nemůže autoinhibovat Ca2+ příliv během vlaku lze očekávanou hodnotu n zjistit řešením [(1 - 0,019)4n] = (1 - 0,5), tj. Pravděpodobnost, že nedojde k lokálnímu uvolnění vzhledem k n varikozitám v rozptylovém rozsahu. To je n = [ln (0,5) / ln (0,981)] / 4 nebo n≈9. Pokud je hustota varikóz kolem 2,2 na 1000 μm3, tento počet varikóz by se měl vyskytovat v průměrném rozsahu (poloměru) asi 10 μm (s tím, že v takovém poloměru je objem tkáně asi 4200 μm3). I za přítomnosti vysoce přerušovaného uvolňování noradrenalinu by se tedy dalo očekávat, že průměrná varikozita v tomto orgánu bude v rozmezí 10 μm od uvolněného balíčku noradrenalinu v určitém čase během pětimpulzního stimulačního sledu (s výjimkou posledního impulzu).

Spojovací přenos se měří v sekundách až minutách. Časový průběh spojovacího potenciálu byl rozdělen do dvou nejčastěji pozorovaných časových průběhů představujících „blízké“ a „široké“ přenosy spojení. „Blízký“ spojovací přenos je spojen s potenciálem rychlého spojení a „široký“ spojovací přenos je spojen s pomalým spojovací potenciál. Pomalé elektrické potenciály dosáhnou vrcholu asi za 150 ms a poté klesají s časovou konstantou mezi 250 a 500 ms. Tyto reakce obvykle trvají několik sekund až minut a mohou být depolarizující a excitační, nebo hyperpolarizující a inhibiční a byly nazývány pomalým EJP nebo pomalým IJP.[5]

Intersticiální buňky Cajala

Za posledních 20 let to dokázalo mnoho studií Intersticiální buňky Cajala (ICC): (i) slouží jako kardiostimulátorové buňky s jedinečnými iontovými proudy, které generují elektrické pomalé vlny ve svalech GI; (ii) poskytnout cestu pro aktivní šíření pomalých vln v GI orgánech; (iii) exprimovat receptory, transdukční mechanismy a iontové vodivosti, které jim umožňují zprostředkovat postjunkční reakce na enterickou motorickou neurotransmisi; (iv) regulovat excitabilitu hladkého svalstva přispíváním k klidovému potenciálu a ovlivňováním syncyciální vodivosti; a (v) manifest strečový receptor funkce regulující excitabilitu a regulaci frekvence pomalých vln.[6]

Pokud je tento kanál otevřený, změny vodivosti v buňce se projeví v hladkém svalu; postjunkční integrované reakce jsou spouštěny neuroefektorovými spoji a intersticiálními buňkami.

Na základě anatomického umístění a funkce byly popsány dva hlavní typy ICC: myenterické ICC (ICC-MY) a intramuskulární ICC (ICC-IM). ICC-MY jsou přítomny kolem myenterického plexu a považují se za buňky kardiostimulátoru pro pomalé vlny v buňkách hladkého svalstva. Studie zobrazování vápníku v tlustém střevě ukázaly, že ICC-MY je inervován nitrergními a cholinergní nervové zakončení, i když povaha kontaktů nebyla dobře definována. ICC-IM se nachází mezi buňkami hladkého svalstva. Bylo hlášeno, že enterické nervy navazují synaptické kontakty s ICC-IM. Tyto kontakty zahrnují oblasti elektronově husté výstelky na vnitřním aspektu varikózní membrány bez postsynaptické hustoty na membráně ICC. Takové kontakty mezi nervy a hladkými svaly nebyly hlášeny. Pokud jsou ICC důležitými zprostředkovateli motorické neurotransmise, pak by ztráta těchto buněk mohla snížit komunikaci mezi enterickým nervovým systémem a syncytiem hladkého svalstva, což má za následek sníženou nervovou regulaci motility.[5]

Klasické excitační a inhibiční neurotransmitery jsou koncentrovány a uvolňovány z neurovezikul lokalizovaných v terminálních nervových zakončeních nebo v křečových oblastech motorických nervů, zatímco oxid dusnatý je pravděpodobně syntetizován de novo, protože koncentrace vápníku v nervových zakončeních roste na membráně depolarizace. Enterické nervové zakončení vytvářejí intimní synapse s ICC-IM, které se nacházejí mezi nervovými zakončeními a sousedními buňkami hladkého svalstva. ICC-IM hrají rozhodující roli při příjmu a transdukci cholinergní excitační a nitrergní inhibiční neurotransmise. ICC-IM tvoří mezerové spoje s buňkami hladkého svalstva a postjunkční elektrické reakce generované v ICC jsou vedeny k syncytiu hladkého svalstva. Tímto kontaktem může ICC regulovat neuromuskulární reakce pozorované v celém GI traktu. Nedávné morfologické důkazy využívající metody anterográdního sledování ukázaly úzkou apozici mezi vagálními a spinálními aferenty a ICC-IM ve stěně žaludku (obr. 5) a jejich absence u mutantních zvířat, kterým chybí ICC-IM, také podporuje roli ICC-IM jako možné integrátory pro sériové změny v tomto orgánu závislé na roztažení.[6]

Reference

  1. ^ A b Burnstock, Geoffrey (duben 2007). "Nesynaptický přenos na autonomních neuroefektových spojích". Neurochemistry International. 52 (1–2): 14–25. doi:10.1016 / j.neuint.2007.03.007. PMID  17493707.
  2. ^ A b Bennett, M. R. (2000). "Přenos NANC při varikozitě: individualita jednotlivých synapsí". Journal of the Autonomic Nervous System. 81 (1–3): 25–30. doi:10.1016 / S0165-1838 (00) 00149-1. ISSN  0165-1838. PMID  10869696.
  3. ^ Kandel, Eric; et al. (2000). „Principy neurální vědy“. McGraw Hill.
  4. ^ Bennett, MR (1972). „Autonomní neuromuskulární přenos“. Monografie fyziologické společnosti (30): 1 –279. PMID  4157197.
  5. ^ A b C d Goyal, RK; et al. (Červen 2013). "Vztah strukturní aktivity synaptické a junkční neurotransmise". Auton Neurosci. 176 (1–2): 11–31. doi:10.1016 / j.autneu.2013.02.012. PMC  3677731. PMID  23535140.
  6. ^ A b C d E F Sanders, KM; et al. (2010). „Neuroeffektorový aparát v orgánech hladkého svalstva gastrointestinálního traktu“. Fyziologický časopis. 588 (Pt 23): 4621–4639. doi:10.1113 / jphysiol.2010.196030. PMC  3010131. PMID  20921202.
  7. ^ Burnstock, Geoff (1986). "Měnící se tvář autonomní neurotransmise". Acta Physiol. Scand. 126 (1): 67–91. doi:10.1111 / j.1748-1716.1986.tb07790.x. PMID  2869645.
  8. ^ Falck, B (1962). "Nové důkazy o lokalizaci noradrenalinu v adrenergních nervových zakončeních". Med. Exp. Int. J. Exp. Med. 6 (3): 169–172. doi:10.1159/000135153. PMID  13891409.
  9. ^ A b Bennett, M.R .; Cheung, A .; Brain, K.L. (1998). "Sympatický neuromuskulární přenos při varikózitě v syncytiu". Mikroskopický výzkum a technika. 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.
  10. ^ Brain, KL (2009). „Neuroeffector Ca2 + transitions for the direct measurement of purine release and nepřímé měření kotransmiterů u hlodavců“. Experimentální fyziologie. 94 (1): 25–30. doi:10.1113 / expphysiol.2008.043679. PMC  2638112. PMID  18805863.

externí odkazy