Кіріспе
Нейроэффекторлық түйісу – моторлық нейронның нейротрансмиттерді мақсатты, нейрондық емес жасушаға әсер ету үшін босататын орны. Бұл түйісу синапс сияқты жұмыс істейді. Дегенмен, көптеген нейрондардан өзгеше, соматикалық эфферентті моторлық нейрондар қаңқа бұлшықеттерін иннервациялайды және әрқашан қоздырғыш болып табылады. Висцеральды эфферентті нейрондар тегіс бұлшық еттерді, жүрек бұлшықеттерін және бездерді иннервациялайды, олардың функциясы қоздырғыш немесе тежегіш болуы мүмкін. Мақсатты жасуша бұлшық ет талшығы болған жағдайда нейроэффекторлық түйісулер нейромышелік түйісулер деп аталады. Синаптикалық емес беріліс автономды нейроэффекторлық түйісулерге тән. Автономдық нейромышелік түйісудің құрылымы бірнеше маңызды ерекшеліктерден тұрады: автономдық жүйке талшықтарының соңғы бөліктері варикозды және жылдам, таратушылар эффекттік жасушалардан әртүрлі қашықтықта "өтпелі" түрде босатылады; эффекттік жасушаларда құрылымдық пост-түсіруші мамандану болмаған кезде, нейротрансмиттерлерге арналған рецепторлар жасуша мембраналарындағы жақын түйісулерде жиналады. Бұлшықет эффекттері – бұлшықет талшықтарының бір-бірімен байланысы, олар клеткааралық электротондық белсенділік таралуына мүмкіндік беретін аралық тұйықтамалар арқылы байланысты. Автономдық жүйкелер көптеген таратушыларды пайдаланады, ал ко-трансмиссия көбінесе ко-трансмиттерлердің синергиялық әрекеттерін қамтиды, бірақ нейротрансмиттерді босатудың пре- және пост-түсіруші нейромодуляциясы да жүреді. Иммундық, эпителийлік және эндотелийлік жасушалардың автономды нейрондық бақылауы да синаптикалық емес берілісті қамтиды деп есептеледі. Бұл тығыз түйісулер, бірақ автономдық және ішек жүйке жүйелерінде байланыс түйісулері айтарлықтай "бос", бұл оңай диффузияға мүмкіндік береді. Бұл бос жағдай сигналды кеңірек қабылдауға мүмкіндік береді, ал тығыз түйісулерде көбірек нейротрансмиттер метаболизмге ұшырайды немесе ыдырайды. Скелет бұлшық еттерінде түйісулер көбінесе бірдей қашықтықта және мөлшерде болады, себебі олар бұлшық ет талшықтарының нақты құрылымдарын иннервациялайды. Алайда, автономдық жүйке жүйесінде бұл нейромышелік түйісулер нашар анықталған. Жеке варикоздықтардағы немесе шиеленулердегі норадренергиялық емес/холинергиялық емес (NANC) берілістің талдауы, әр түрлі синапстардағы берілгіш секрециясының әртүрлі ықтималдықтарын, сондай-ақ авторецепторлардың әртүрлі жиынтығын және пост-түсіруші рецепторлардың қоспаларын көрсетеді. Осылайша, жеке синапстардың сандық қасиеттері жергілікті түрде анықталады. Нервтік түйіндер – аксонның нейротрансмиттерлермен толтырылған соңғы бөлігі және нейротрансмиттерлердің босатылатын орны. Нервтік түйіндер әртүрлі тіндерде әртүрлі формада болуы мүмкін. Орталық жүйке жүйесінде нервтік түйіндер түймедей көрінеді, жолақты бұлшық еттерде – ұштық пластиналар, ал көптеген тіндерде, соның ішінде ішекте – варикоздар. Түймелер, ұштық пластиналар немесе варикоздар нейротрансмиттерлерді сақтау және босату үшін жұмыс істейді. Көптеген шеткі тіндерде варикоз аксоны проксимальді бағытында тармақталады және Шванн қабығының жабындысын алып жүреді, ол үзіліп, соңғы бөлігінде жоғалады. Миелинсіз, претерминал аксондар ұзын варикоздық тармақтары бар шағын аксон буындарында кездеседі, ал варикоздық терминал аксондар жеке оқшауланған аксондар ретінде болады. Шағын аксон буындары бұлшықет буындарына параллель және олардың арасында жүреді, ал "өтпелі" варикоз аксондар ішек тегіс бұлшықет буындарына иннервацияның негізгі көзі болып табылады. Синаптикалық емес пост-түсіруші рецепторлар көбінесе G белоктарымен жұптасқан метаботроптық рецепторлар, олар баяу жауап береді. Олар классикалық нейротрансмиттерлерге, моноаминдерге, норадреналинге, пуриндерге және пептидтік трансляторларға арналған метаботроптық рецепторларды қамтиды. Пост-түсіруші рецепторларға орталық жүйке жүйесіндегі (ОЖЖ) және автономдық жүйке жүйесіндегі (АНЖ) никотин рецепторлары сияқты кейбір ионотроптық рецепторлар да кіреді. Синаптикалық емес түйісу – бұл нейрон емес нысанасы бар барлық дерлік жүйке түйіндерін қамтитын, синаптикалық байланыстар көрсетпейтін варикоздықтарды қамтитын жалғыз берілу тәсілі. Көптеген тегіс бұлшық еттерде әдетте әртүрлі кластағы метаботроптық рецепторлармен қамтамасыз етілген жылдам және баяу түйісу потенциалдары байқалады. Жақын түйісулі нейротрансмиссия – пре-түсіруші босату орны мен пост-түсіруші рецепторлар арасындағы синапсқа ұқсас жақын байланыспен сипатталады. Алайда, синапстан өзгеше, түйісу кеңістігі экстраваскулярлық кеңістікке ашық; пре-түсіруші босату орны пресинаптық белсенді аймақтың ерекше белгілерінен және ерітілген трансляторлардың босатылуынан айырылады; ал пост-түсіруші рецепторлар метаботроптық рецепторларды немесе баяу әрекет ететін ионотроптық рецепторларды қамтиды. Дерлік барлық тіндерде жақын түйісулі нейротрансмиссия кең түйісулі нейротрансмиссия да байқалады. Осылайша, кең түйісулі беріліс көптеген тегіс бұлшық еттерде, мысалы, семен қуысы, несеп қуығы, қан тамырлары, ішек, сондай-ақ нерв жүйелерінде, соның ішінде ішек жүйке жүйесінде, автономды ганглияларда және ОЖЖ-де сипатталған. Ішек қозғалыстарын энтерикалық мотонейрондардың бақылауы тағамды реттеуге, қоректік заттарды сіңіруге және қалдықтарды шығаруға маңызды. Бұлшық қабыршасындағы нейроэффекторлық түйісулер мамандандырылған жасушалармен синапсқа ұқсас байланыстардан және интеграцияланған пост-түсіруші жауаптарға бірнеше жасуша түрлерінің үлесінен тұруы мүмкін. Мезанхималық тектің бұлшық емес жасушалары – Кахаль интерстициалдық жасушалары (ICC) – моторлық нейротрансмиссиядағы потенциалды медиаторлар ретінде ұсынылған. Ішек тегіс бұлшықеттеріндегі нейромышелік түйісулер барлық үш кластағы пост-түсіруші жасушалардың иннервациясын және пост-түсіруші жауаптарын көрсетеді. ICC жасушаларымен нейротрансмиттер сигналдарын беру және иондық өткізгіштіктің белсендірілуі электронды түрде жақын жатқан тегіс бұлшықет жасушаларына клеткааралық түйісулер арқылы жүреді және тіндердің қозуын өзгертеді.
A neuroeffector junction is a site where a motor neuron releases a neurotransmitter to affect a target—non neuronal—cell. This junction functions like a synapse. However, unlike most neurons, somatic efferent motor neurons innervate skeletal muscle, and are always excitatory. Visceral efferent neurons innervate smooth muscle, cardiac muscle, and glands, and have the ability to be either excitatory or inhibitory in function. Neuroeffector junctions are known as neuromuscular junctions when the target cell is a muscle fiber. Non synaptic transmission is characteristic of autonomic neuroeffector junctions. The structure of the autonomic neuromuscular junction consists of several essential features including that: the terminal portions of autonomic nerve fibers are varicose and mobile, transmitters being released 'en passage' from varying distances from the effector cells; while there is no structural post junctional specialization on effector cells, receptors for neurotransmitters accumulate on cell membranes at close junctions. Muscle effectors are bundles rather than single smooth muscle cells that are connected by gap junctions which allow electrotonic spread of activity between cells. A multiplicity of transmitters are utilized by autonomic nerves, and co transmission occurs often involving synergistic actions of the co transmitters, although pre and post junctional neuromodulation of neurotransmitter release also take place. It is suggested that autonomic neural control of immune, epithelial and endothelial cells also involves non synaptic transmission. These are tight junctions, but in the autonomic nervous system and enteric nervous system the connecting junctions become much "looser", allowing for easier diffusion. This looseness allows for a wider signal receiving whereas in tighter junctions, more neurotransmitters get metabolized or broken down. In skeletal muscles, the junctions are mostly of the same distance and size because they innervate such definite structures of muscle fibers. In the Autonomic Nervous System however, these neuromuscular junctions are much less well defined. Analysis of non noradrenergic/non cholinergic (NANC) transmission at single varicosities or swellings indicates that individual synapses possess different probabilities for the secretion of transmitter as well as different complements of autoreceptors and mixtures of post junctional receptor subunits. There is then a local determination of the quantitative properties of single synapses. Nerve terminals are the terminal part of the axon filled with neurotransmitters and are the location from which neurotransmitters are released. Nerve terminals may take different forms in different tissues. Nerve terminals appear like a button in the CNS, end plates in striated muscle and varicosities in many tissues including the gut. Buttons, endplates or varicosities all function to store and release neurotransmitters. In many peripheral tissues, the varicose axon branches in its proximal course and carries a covering of Schwann sheath, which is interrupted and finally lost in its most terminal part. The unmyelinated, preterminal axons with very long varicose branches are present in small axon bundles and varicose terminal axons are present as single isolated axons. The small axon bundles run parallel to and between muscle bundles and the "en passage" varicose axons are the main sources of innervations to the gut smooth muscle bundles. Nonsynaptic post junctional receptors are mostly G protein coupled metabotropic receptors that produce a slower response. They include metabotropic receptors for the classical neurotransmitters, monoamines, norepinephrine, purines and peptide transmitters. Post junctional receptors also include some ionotropic receptors such as nicotinic receptors in the central nervous system (CNS) as well as the autonomic nervous system (ANS). Nonsynaptic junctional transmission is the only mode of transmission involving the varicosities that show no synaptic contacts that includes almost all nerve terminals whose target is not a neuron. Most smooth muscles exhibit both fast and slow junction potentials typically mediated by different classes of metabotropic receptors with different kinetics. The close junctional neurotransmission is characterized by synapse like close contact between the pre junctional release site and the post junctional receptors. However, unlike the synapse, the junctional space is open to the extravascular space; the pre junctional release site lacks the distinguishing features of the presynaptic active zone and release of the soluble transmitters; and the post junctional receptors include metabotropic receptors or slower acting ionotropic receptors. Almost all tissues that exhibit close junctional neurotransmission also show wide junctional neurotransmission. Thus, wide junctional transmission has been described in many smooth muscles such as vas deferens, urinary bladder, blood vessels, gut as well as the nervous systems including ENS, autonomic ganglia and the CNS. Control of gastrointestinal (GI) movements by enteric motoneurons is critical for orderly processing of food, absorption of nutrients and elimination of wastes. Neuroeffector junctions in the tunica muscularis might consist of synaptic like connectivity with specialized cells, and contributions from multiple cell types in integrated post junctional responses. Interstitial cells of Cajal (ICC) – non muscular cells of mesenchymal origin—were proposed as potential mediators in motor neurotransmission. Neuromuscular junctions in GI smooth muscles may reflect innervation of, and post junctional responses in, all three classes of post junctional cells. Transduction of neurotransmitter signals by ICC cells and activation of ionic conductances would be conducted electronically via gap junctions to surrounding smooth muscle cells and influence the excitability of tissues.
Ашылу
Шеткі жүйке жүйесіндегі жергілікті түйісу арқылы берілу 1960 жылдардың соңы мен 1970 жылдардың басында анықталды. Осыған дейін, барлық химиялық нейротрансмиссиялар синапстар арқылы жүзеге асырылады деп есептелді және тіндердің иннервациясы синапстың болуымен бірдей ұғым ретінде қарастырылды. Кейіннен, ішек-қарынның тегіс бұлшық еттеріндегі және басқа да шеткі автономды нейроэффекторлық түйісулерде нейротрансмиссия синапстардың қатысуынсыз жүредіні байқалды және осы жерлерде нейротрансмиссия синапстық емес берілуді қамтиды деген болжам жасалды. Сәйкесінше, жүйке ұштары өз нейротрансмиттерлерін жасушадан тыс кеңістікке паракриндік секрецияға ұқсас жолмен босатады. Жергілікті түрде босатылған берілгіш әсер ететін жасушалар, тіпті босату орнынан бірнеше жүзден мыңға дейін нанометр қашықтықта болса да, иннервацияланған деп саналады. Варикоздық аксондарды Фальк және әріптестері сипаттаған флуоресценттік гистохимия арқылы адренергиялық терминалдар үшін алғаш рет көрінді. Бұл варикоздық аксондар диаметрі 0,5–2,0 мкм, ұзындығы 1–3 мкм болатын, диаметрі 0,1–0,2 мкм болатын варикоздық аксонмен бөлінген буралар тізбегіне ұқсайды. Варикоздықтар 2–10 мкм интервалмен кездеседі және бір адренергиялық аксонның соңғы бөлігінде 25 000-нан астам варикоздықтар болуы мүмкін деп есептеледі. Екі түрлі контактілер бар: үлкен және кіші контактілер. Үлкен контактілерде жалаңаш варикоздықтар мен тегіс бұлшық еттер ~60 нм, ал кіші контактілерде екеуі ~400 нм қашықтықта орналасқан. Жалпы алғанда, нейрондық босату орны мен постсинапстық рецепторлар арасындағы синапстық емес түйісу кеңістігінде пресинапстық жүйке терминалындағы босату орны мен мақсатты жасушадағы постсинапстық рецепторлар арасындағы ажырымның әртүрлі деңгейлері болуы мүмкін. NO-ның K+ каналдарын белсендіруден басқа, кейбір авторлар базальдық жағдайда белсенді болатын Ca2+ белсендірілген Cl− каналдарының NO-ға постсинапстық жауаптың бір бөлігі ретінде басуға болатынын ұсынды. Бұл зерттеулер ICC DMP және тегіс бұлшық ет жасушаларына параллель қоздырғыштық нейротрансмиссия мүмкіндігін жоққа шығармайды. Әртүрлі жасушалар әртүрлі рецепторларды және сигнал молекулаларын пайдалана алады. Бұл нәтижелер ICC иннервацияланғанын және ICC-дегі постсинапстық сигналды беру жолдарына белсендіруге жететін жеткілікті жоғары концентрацияда берілгіштер жететінін көрсетеді. Нейрондардан және экзогенді берілгіштерден босатылатын нейротрансмиттерлерге жауаптардың бірдей жасушалар, рецепторлар немесе постсинапстық (трансдукциялық) сигналды беру жолдары арқылы жүзеге асырылады деп есептеуге ешқандай себеп жоқ. Варикоздықтардан босатылатын нейротрансмиттерлер рецепторлардың белгілі бір популяцияларымен шектелуі мүмкін, ал ағза ванналарына қосылған берілгіштер әртүрлі жасушалардағы рецепторларға байланысуы мүмкін. АТФ босату (сонымен қатар норадреналин босату, егер қатаң корелиз болса) бұл түйісулерде өте үзілісті (Brain et al. 2002), белгілі бір әрекет потенциалының белгілі бір варикоздықтан босатылуының ықтималдығы 0,019 ғана. Егер белгілі бір варикоздың диффузиялық диапазонында n варикоз болса, онда осы варикоздың саны, орташа есепте (P = 0,5 орташа мәнін беру үшін) нейротрансмиттердің жергілікті босатылуын қамтамасыз ету үшін қанша болуы керек екенін қарастыра аламыз. Бес импульстік тізбек кезінде, тізбектегі соңғы импульс тізбек кезінде Ca2+ ағынын автоингибициялай алмайды деп есептесек, n-нің күтілетін мәнін [(1 − 0,019)4n] =(1 − 0,5) теңдеуін шешу арқылы табуға болады, яғни диффузиялық диапазонында n варикоздықтарды ескере отырып, жергілікті босату болмайды деген ықтималдық. Бұл n = [ln(0.5)/ln(0.981)]/4, немесе n≈9. Егер варикоздықтардың тығыздығы шамамен 2,2 / 1000 мкм3 болса, онда бұл варикоздықтардың саны шамамен 10 мкм орташа радиуста (осындай радиуста 4200 мкм3 көлеміндегі тіндер бар екенін ескере отырып) болуы керек. Сондықтан, тіпті өте үзілісті норадреналин босату кезінде, осы органның орташа варикозы 5 импульстік стимул кезінде (соңғы импульсты қоспағанда) белгілі бір уақытта босатылған норадреналин пакетінің 10 мкм-ге дейін болатыны күтіледі. Түйісу арқылы берілу секундтан минутқа дейін өлшенеді. Түйісу потенциалының уақыт өте қалай өзгеретіні ең көп кездесетін екі уақыт өте қалай өзгеретінін көрсететін "жақын" және "кең" түйісу арқылы берілуге бөлінді. "Жақын" түйісу арқылы берілу жылдам түйісу потенциалымен байланысты, ал "кең" түйісу арқылы берілу баяу түйісу потенциалымен байланысты. Баяу электр потенциалдары шамамен 150 мс-де ең жоғары деңгейге жетеді, содан кейін 250-500 мс арасындағы уақыт константасымен төмендейді. Бұл жауаптар әдетте бірнеше секундтан минуттарға дейін созылады және деполяризациялық және қоздырғыштық немесе гиперполяризациялық және тежегіш болуы мүмкін, сәйкесінше баяу EJP немесе баяу IJP деп аталады.
Кахалдың интерстициалдық жасушалары
Соңғы 20 жылда көптеген зерттеулер Cajal-дің интерстициалдық жасушаларының (ICC) мыналарды көрсеткенін дәлелдеді: (i) асқазан-ішек бұлшықеттерінде электрлік баяу толқындарды тудыратын бірегей иондық тоқтармен жасуша-кардиостимуляторлар ретінде қызмет етеді; (ii) асқазан-ішек мүшелерінде белсенді баяу толқын таралуына жол ашады; (iii) рецепторларды, трансдукция механизмдерін және иондық өткізгіштерді экспресс етеді, бұл оларға ішек моторлық нейротрансмиссиясына постжункциялық жауаптарды беруге мүмкіндік береді; (iv) тынығу потенциалына үлес қосу және синцитиалдық өткізгіштікті әсер ету арқылы тегіс бұлшықеттің қозушылығын реттейді; және (v) қозушылықты және баяу толқын жиілігін реттейтін созылу рецепторларының функцияларын көрсетеді. Егер бұл канал ашық болса, жасушадағы өткізгіштік өзгерістері тегіс бұлшық етте көрінеді; нейроэффекторлық түйісулер мен интерстициалдық жасушалар арқылы постжункциялық интеграцияланған жауаптар туындайды. Анатомиялық орналасуы мен функциясына байланысты ICC-нің екі негізгі түрі сипатталған: миентериялық ICC (ICC MY) және бұлшықетішілік ICC (ICC IM). ICC MY миентериялық плексустың айналасында орналасқан және тегіс бұлшық ет жасушаларында баяу толқындар үшін жасуша-кардиостимуляторлар деп саналады. Ішектегі кальцийді бейнелеу зерттеулері ICC MY нитергикалық және холинергикалық жүйкелермен иннервацияланатынын көрсетті, бірақ байланыстардың сипаты толыққанды анықталған жоқ. ICC IM тегіс бұлшық ет жасушаларының арасында орналасқан. Ішек жүйкелері ICC IM-мен синаптық байланыс жасайтыны хабарланған. Бұл байланыстар ICC мембранасында постсинаптикалық тығыздықсыз варикоздық мембрананың ішкі жағындағы электронды тығыздығы бар аймақтарды қамтиды. Мұндай байланыстар жүйкелер мен тегіс бұлшықеттер арасында байқалған жоқ. Егер ICC моторлық нейротрансмиссияның маңызды аралық буыны болса, онда осы жасушалардың жоғалуы ішек жүйке жүйесі мен тегіс бұлшықет синцитисі арасындағы байланысты азайтуы мүмкін, нәтижесінде қозғалыстың жүйкелік реттелуі төмендеуі мүмкін. Классикалық қоздырғыш және тежегіш нейротрансмиттерлер ендік жүйкелерде немесе қозғалтқыш жүйкелердің варикоздық аймақтарында орналасқан нейровезикулалардан шоғырланып шығарылады, ал азот оксиді, жүйкелердегі кальций концентрациясының мембраналық деполяризация кезінде артуымен de novo синтезделеді. Энтерикалық жүйкелер ICC IM-мен жақын синапстар жасайды, ол жүйкелер мен көршілес тегіс бұлшықет жасушаларының арасында орналасқан. ICC IM холинергиялық қоздырғыш және нитергиялық тежегіш нейротрансмиссияны қабылдау және трандукциялауда маңызды рөл атқарады. ICC IM тегіс бұлшықет жасушаларымен аралық байланыстарды құрайды және ICC-де туындаған постжункциялық электрлік жауаптар тегіс бұлшықет синцитисіне беріледі. Осы байланыс арқылы ICC бүкіл асқазан-ішек жолында байқалатын нейромискулярлық жауаптарды реттей алады. Антероградты іздеу әдістерін қолдана отырып алынған соңғы морфологиялық дәлелдер асқазан қабырғасындағы вагус және омыртқалық афференттер мен ICC IM арасындағы жақын орналасуын көрсетті (сурет 5), ал ICC IM жоқ мутант жануарларда олардың болмауы осы органда сериялық созылуға тәуелді өзгерістерді интеграциялауда ICC IM-нің рөлін қолдайды.