Главная >  Публикации 

 

3. Синаптическая передача.



Деполяризация мембраны дендритов и сомы, распространяясь, благодаря пассивным электрическим свойствам нейрона, вызывает ПД первоначально в одном участке клетке - аксонном холмике или начальном сегменте аксона (у начала миелинизации), которые являются триггерными зонами (рис. 5). Место возникновения ПД определяется типом нейронов: у сенсорных - начальный сегмент аксона, у мото- и интернейронов - аксонный холмик. Порог возникновения ПД в этих участках мембраны более низок по сравнению с телом и дендритами из-за более высокой плотности потенциалозависимых Na+-каналов.

Рис. 5. Схема функциональной организации нейрона 5:

А. Функциональные части нейрона. Б. Антеро- и ретроградный транспорт везикул, связанный с транслокацией медиатора.

1 - область входа (локальные потенциалы, амплитудное кодирование), 2 - подведение сигналов от других нейронов, 3- дендрит, 4- синапс, 5- аксонный холмик, 6 - начальный сегмент, 7 - аксон, 8 - синаптическая терминаль, 9 - область выхода (распространяющиеся ПД, частотное кодирование), 10 - антероградный транспорт везикул в аксоне вдоль микротрубочек с помощью кинезина, 11 - пресинаптическая мембрана, 12 - ретроградный (обратный) транспорт, 13 - эндосома, 14 - аппарат Гольджи.

Ионные токи возбуждения. ПД обусловлен временным повышением ионной проницаемости его мембраны для ионов натрия и калия, что создает соответствующие трансмембранные токи. Для регистрации трансмембранных токов применяется метод фиксации потенциала, при котором МП удерживается на определенном уровне. Суммарный ток состоит из раннего входящего и более позднего выходящего компонентов, что отражает различие в скоростях изменений проницаемости мембраны для ионов натрия и калия.

Развитие ПД обусловлено взаимоотношениями процессов повышения натриевой проводимости, повышения калиевой проводимости и натриевой инактивации. Между натриевой проводимостью и степенью деполяризации мембраны существует положительная обратная связь: при деполяризации натриевая проводимость возрастает, что увеличивает исходную деполяризацию; в результате натриевая проводимость еще больше увеличивается, т.к. ионная проницаемость мембраны зависит от ее потенциала. Количественное описание ионных токов возбудимой мембраны аксона, а также расчет изменений трансмембранного потенциала было выполнено А.Ходжкиным и А.Хаксли.

Молекулярные механизмы возбуждения. Проницаемость мембраны обусловлена существованием в ней сквозных пор - ионных каналов, диаметр которых около 0,3 - 0,5 нм. Предполагается существование молекулярных «ворот», обусловливающих открытие (активацию), закрытие и инактивацию каналов. Состояние каналов зависит от величины МП (потенциалозависимые, или потенциалоуправляемые, каналы). Как полагают, натриевый канал выстлан шестью отрицательно заряженными атомами кислорода, обеспечивающими прохождение через него положительно заряженного иона. Избирательность данного канала для ионов Na+ определяется его диаметром; способность других ионов (кальция, лития и т.д.) проходить через этот канал зависит от их размеров. Различные участки или компоненты ионных каналов служат местами воздействия ряда лекарственных препаратов, ядов и т.п. При изменениях МП возникают изменения конформации молекул канального белка, что сопровождается появлением воротных токов очень малой амплитуды. Плотность натриевых каналов может быть весьма высока: в мембране гигантского аксона кальмара от 100 до 600 на 1 мкм2 , в мембране перехвата Ранвье миелинизированного волокна кролика 12000 на 1 мкм2.

Многообразие ионных каналов обеспечивает соответствующее разнообразие ионных токов. Ниже перечислены некоторые из них (рис.6):

Входящие токи:



  1. INa -быстрый натриевый (классический канал Ходжкина-Хаксли). Обеспечивает быструю деполяризацию во время развития ПД. Обнаружен в мембране гигантского аксона кальмара, тел и аксонов многих нейронов, скелетных мышц. Блокируется тетродотоксином и сакситоксином.  



  2. ICa - кальциевый. Обеспечивает умеренно быструю деполяризацию и длительные ПД с «плато». Обнаружен в эмбриональных клетках, конусах роста, телах и дендритах многих нейронов, клетках желез и сердца. Блокируется ионами Co2+ и Ni3+. Вклад ионов кальция в создание ПД может иметь важное значение. Во-первых, этот ион участвует в работе целого ряда клеточных механизмов. Во-вторых, ионы Ca2+ регулируют проницаемость мембраны для других ионов, в частности для K+. В-третьих, Ca2+ играет важнейшую роль в модуляции проведения в электрических синапсах и в выделении медиатора в химических синапсах. 



  3. IB - медленный входящий (Na+ и/или Ca2+), пачечный. Обеспечивает медленную деполяризацию (до нескольких секунд), генерацию пачек импульсов, следовую деполяризацию. Обнаружен в нейронах пачечного типа у моллюсков и позвоночных (например, клетки Пуркинье). 



  4. IT (Ca) - кальциевый кратковременный, быстро инактивирующийся. Возможно, играет важную роль в усилении слабых сигналов в дендритах и, таким образом, в синаптической интеграции. 



Выходящие токи:



  1. IK(DR) - поздний выходящий ток (классический канал Ходжкина-Хаксли). Обеспечивает реполяризацию после пика ПД, а также регуляцию частоты импульсации. Присутствует в соматических и аксональных мембранах многих нейронов. Блокируется тетраэтиламмонием (ТЭА) и 4-аминопиридином (4-АМП). 



  2. IK(Ca) - Ca-зависимый калиевый канал. Активируется при деполяризации, повышении внутриклеточной концентрации, участвуя в ее регуляции и поддержании МП. Вызванная этим током гиперполяризация стабилизирует низкую частоту следования ПД. Распространен повсеместно (кроме аксона кальмара). Блокируется ионами Ba2+ , а также ТЭА, апамином и харибдотоксином.  



  3. IA - быстрый выходящий (кратковременный) калиевый ток. Активируется при незначительных изменениях МП и быстро инактивируется. Регистрируется в нейронах моллюсков. Блокируется ТЭА и 4-АМП. 



  4. IAR - аномальный выпрямляющий K+-ток. Инактивируется при деполяризации и активируется только при гиперполяризации ниже потенциала покоя. При этом ток K+ должен быть направлен внутрь, смещая МП в направлении EK. Выключение соответствующей проводимости при деполяризации приводит к появлению продленных ПД с "плато" (кардиомиоциты, клетки электрического органа). 



Рис. 6. Некоторые типы потенциалозависимых ионных каналов, создающих натриевые и кальциевые (А), а также калиевые (Б) токи 6:

Для каждого типа указано: 1 - диапазоны изменений МП, соответствующие периоду активного состояния каналов (горизонтальные линии); 2 - макроскопические ионные токи (суммированные токи отдельных каналов), которые вызывают это изменение потенциала и 3 - активность ионных каналов, которая лежит в основе макроскопических токов. На графиках 2 и 3 положительный знак тока соответствует его выходящему направлению, отрицательный - входящему. Подробности о свойствах каналов см. в тексте.

Кроме потенциалозависимых каналов (ответственных за ПД) выделяют каналы, состояние которых изменяется механическими деформациями мембраны, процессами фосфорилирования канальных белков или связывания с ними ионов Ca2+, а также каналы, активируемые лишь медиаторами (обусловливающие возникновение синаптических потенциалов). Сейчас, однако, установлено, что в некоторых участках нейрона потенциалозависимые каналы могут обладать рецепторами для медиаторов. И наоборот, во многих случаях синаптические потенциалы, возникающие в ответ на действие медиатора, зависят от уровня МП покоя. Наличие каналов со смешанными свойствами позволяет нервной системе более гибко, в зависимости от функционального состояния организма и уровня активности нейронных сетей, модифицировать ритм импульсации, с одной стороны, и интегрировать синаптические влияния - с другой.

Проведение потенциала действия. При возникновении в каком-либо участке клетки ПД к соседним участкам мембраны текут электротонические, или местные, токи, обусловленные электрическими (кабельными) свойствами нервных клеток. Под действием этих токов деполяризация мембраны, возникающая в момент ПД, распространяется на соседние участки; когда потенциал этих участков достигает критического уровня (порог возбуждения), в них возникает нервный импульс. Таким образом, местные токи распространяются пассивно, а нервный импульс проводится активно. Скорость этого распространения при прочих равных условиях тем выше, чем больше диаметр волокна.

Рис. 7. Распространяющийся вдоль гигантского аксона кальмара ПД (t° = 18,5° C) 3:

Рисунок можно рассматривать как моментальный снимок потенциала действия, т.е. как распределение разности потенциалов вдоль мембраны волокна (шкала абсцисс, мм) или временной отрезок изменения потенциала в области одной точки этой мембраны (шкала абсцисс, мс). Направление распространения ПД - справа налево. Возникающий во время восходящей фазы ПД входной ток выходит в еще не возбужденной области мембраны и деполяризует ее до порога возбуждения, благодаря чему ПД распространяется дальше. Обратному направлению распространения ПД препятствуют более низкая плотность локальных токов и состояние рефрактерности аксональной мембраны (инактивация Na+ - каналов, см. рис.4 Б). Оси ординат - МП (левая), плотность открытых каналов на мкм2 площади мембраны (правая).

В миелинизированных волокнах позвоночных потенциалозависимые каналы в основном сосредоточены в мембране перехватов Ранвье. Мембрана между перехватами имеет мало таких каналов и поэтому здесь возможно только электротоническое распространение. Последнее весьма эффективно, т.к. вследствие высокого сопротивления и низкой емкости миелиновой оболочки ток проводится вдоль волокна на далекие расстояния без утечки через мембрану. Нервный импульс «перепрыгивает» с одного с одного перехвата к другому - сальтаторный механизм проведения, - благодаря чему достигается максимальная скорость проведения при минимальном диаметре волокна и наименьшей интенсивности метаболических процессов.

Скорости проведения нервных импульсов в различных волокнах теплокровных (классификация по Эрлангеру и Гассеру):

Далее:

 

Физиологические аспекты вегетарианства.

VI. Болезнь педжета.

8.1 Йога - мудрость древних.

Программа действий.

Практический подход к диагностике тромбоза глубоких вен.

Глава I Марксизм и психологическая наука.

Глава 12. четыре столпа успешных родов.

 

Главная >  Публикации 


0.0007