Медиатор, находящийся в пузырьках, выделяется в синаптическую щель с помощью экзоцитоза. (пузырьки подходят к мембране, сливаются с ней и разрываются, выпуская медиатор). Его выделение происходит небольшими порциями - квантами. Каждый квант содержит от 1.000 до 10.000 молекул нейромедиатора. Небольшое количество квантов выходит из окончания и в состоянии покоя. Когда нервный импульс, т.е. ПД, достигает пресинаптического окончания, происходит деполяризация его пресинаптической мембраны. Открываются ее кальциевые каналы и ионы кальция входят в синаптическую бляшку. Начинается выделение большого количества квантов нейромедиатора. Молекулы медиатора диффундируют через синаптическую щель к постсинаптической мембране и взаимодействуют с ее хеморецепторами. В результате образования комплексов медиатор-рецептор, в субсинаптической мембране начинается синтез так называемых вторичных посредников. В частности цАМФ. Эти посредники активируют ионные каналы постсинаптической мембраны. Поэтому такие каналы называют хемозависимыми или рецепторуправляемыми. Т.е. они открываются при действии ФАВ на хеморецепторы. В результате открывания каналов изменяется потенциал субсинаптической мембраны. Такое изменение называется постсинаптическим потенциалом.
В ЦНС возбуждающими являются холин-, адрен-, дофамин-, серотонинергические синапсы и некоторые другие. При взаимодействии их медиаторов с соответствующими рецепторами, открываются хемозависимые натриевые каналы. Ионы натрия входят в клетку через субсинаптическую мембрану. Происходит ее местная или распространяющаяся деполяризация. Эта деполяризация называется возбуждающим постсинаптическим потенциалом (ВПСП).
Тормозными являются глицин- и ГАМКергические синапсы. При связывании медиатора с хеморецепторами, активируются калиевые или хлорные хемозависимые каналы. В результате ионы калия выходят из клетки через мембрану. Ионы хлора входят через нее. Возникает только местная гиперполяризация субсинаптической мембраны. Она называется тормозным постсинаптическим потенциалом (ТПСП).
Величина ВПСП и ТПСП определяется количеством квантов медиатора, выделившихся из терминали, а следовательно частотой нервных импульсов. Т.е. синаптическая передача не подчиняется закону "все или ничего". Если количество выделившегося возбуждающего медиатора достаточно велико, то в субсинаптической мембране может генерироваться распространяющийся ПД. ТПСП, независимо от количества медиатора не распространяется за пределы субсинаптической мембране.
После прекращения поступления нервных импульсов, выделившийся медиатор удаляется из синаптической щели тремя путями:
1.Разрушается специальными ферментами, фиксированными на поверхности субсинаптической мембраны. В холинергических синапсах это ацетилхолинэстераза (АХЭ). В адренергических, дофаминергических, серотонинергических - моноаминоксидаза (МАО) и катехол-о-метилтрансфераза (КОМТ).
2.Часть медиатора возвращается в пресинаптическое окончание с помощью процесса обратного захвата (значение в том, что синтез нового нейромедиатора длительный процесс).
3.Небольшое количество уносится межклеточной жидкостью.
Особенности передачи возбуждения через химические синапсы:
1.Возбуждение передается только в одном направлении, что способствует его точному распространению в ЦНС.
2.Они обладают синаптической задержкой. Это время необходимое на выделения медиатора, его диффузию и процессы в субсинаптической мембране.
3.В синапсах происходит трансформация, т.е. изменение частоты нервных импульсов.
4.Для них характерно явление суммации. Т.е. чем больше частота импульсов, тем выше амплитуда ВПСП и ТПСП.
5.Синапсы обладают низкой лабильностью.
Периферические синапсы образованы терминалями эфферентных нервов и участками мембран исполнительных органов. Например, нервно-мышечные синапсы образуются окончаниями аксонов двигательных нейронов и мышечными волокнами. Благодаря своеобразной форме они называются нервно-мышечными концевыми пластинками. Их общий план строения такой же, как у всех химических синапсов, но субсинаптическая мембрана толще и образует многочисленные субсинаптические складки. Они увеличивают площадь синаптического контакта. Медиатором этих синапсов является ацетилхолин. В субсинаптическую мембрану встроены Н-холинорецепторы, т.е. холинорецепторы, которые помимо АХ могут связываться и с никотином. Взаимодействие ацетилхолина с холинорецепторами приводит к открыванию хемозависимых натриевых каналов и развитию деполяризации. В связи с тем, что отдельные кванты ацетилхолина выделяется и в состоянии покоя, в постсинаптической мембране нервно-мышечных синапсов постоянно возникают слабые кратковременные всплески деполяризации - миниатюрные потенциалы концевой пластинки (МПКП). При поступлении нервного импульса, выделяется большое количество АХ и развивается выраженная деполяризация, называемая потенциалом концевой пластинки (ПКП). В отличие от центральных, в нервно-мышечных синапсах ПКП всегда значительно выше критического уровня деполяризации. Поэтому он всегда сопровождается генерацией ПД и сокращением мышечного волокна. Т.е. для распространяющегося возбуждения и сокращения суммации эффектов квантов нейромедиатора не требуется. Яд кураре и курареподобные препараты фармакологические препараты резко снижают ПКП и блокируют нервно-мышечную передачу. В результате выключается вся скелетная мускулатура, в том числе и дыхательная. Это используется для операций с искусственной вентиляцией легких. Разрушение АХ осуществляется ферментом ацетилхолинестеразой. Некоторые фосфороорганические вещества (хлорофос, зарин) инактивируют холинэстеразу. Поэтому АХ накапливается в синапсах и возникают мышечные судороги.
Потенциал действия, приходящий в пресинаптическое окончание, вызывает выделение медиатора в синаптическую щель. Когда медиатор достигает постсинаптического окончания, он связывается с рецепторами на постсинаптической мембране возникает миниатюрный возбуждающий постсинаптической потенциал (ВПСП) – около 0,05 мВ. Такой местный потенциал недостаточен для изменения состояния клетки. Однако возникает сразу много возбуждающих постсинаптических потенциалов, они, в отличие от потенциала действия, суммируются, для того чтобы был достигнут критической уровень деполяризации. Когда достигнут КУД, начинается генерация потенциала действия. Возбуждающие постсинаптические потенциалы могут суммироваться только в том случае, если они возникают одновременно, синхронно (в этом случае не успевает восстановиться потенциал покоя и деполяризация мембраны нарастает).
Иногда происходят спонтанные выбросы медиатора из пресинаптического окончания вследствие случайных столкновений везикул и мембраны. Однако потенциал действия в этом случае не возникает из-за небольшой величины возбуждающего постсинаптического потенциала.
Помимо процессов возбуждения на мембране могут происходить и обратные процессы торможения. Торможение в НС – это не пассивный процесс отсутствия деятельности, а активная блокирующая деятельность. В случае торможения на мембране возникают не возбуждающие постсинаптические потенциалы, а тормозные постсинаптические потенциалы , ТПСП. При возникновении тормозных постсинаптических потенциалов происходит гиперполяризация мембраны. ТПСП вызывает не снижение, а увеличение разности потенциалов на мембране, которое препятствует формированию потенциала действия. На мембране образуются сходящиеся токи, то есть, гиперполяризация «стекается» к аксону со всех мест, где произошло тормозное воздействие. ТПСП возникают при поступлении в клетку анионов, которые легко проходят через каналы. Чаще всего это Cl-.
Раньше считалось, что за возникновение ВПСП и ТПСП отвечают различные медиаторы. К основным тормозным медиаторам относят ГАМК (в корковых и подкорковых отделах) и глицин (на периферии и СМ). Однако сейчас считается, что за генерацию ВПСП либо ТПСП отвечает не собственно медиатор (ГАМК может вызывать и активирующее влияние). Медиатор, попадая на постсинаптическую мембрану, связывается с рецептором, который, в свою очередь, влияет на особый G-белок, активирующий белки ионного канала. G-белок связывается с посредником-мессенджером, который оказывает влияние на работу ионного канала. В зависимости от деятельности этого G-белка происходит открытие либо анионных, либо катионных каналов, и, соответственно, генерируется либо ВПСП, либо ТПСП.
Свойства постсинаптического потенциала :
- Возникают только конкретно в том месте, где произошло воздействие медиатора. Обычно, это дендрит или сома.
- Величина = 0,05 мВ
- В отличие от ПД, суммируются.
Открытие неспецифических каналов для катионов при взаимодействии ACh с ACh-рецептором приводит к сильному входящему току ионов Na+ и более слабому выходящему току ионов К+ на постсинаптической мембране. В конечном счете, в клетку течет больше положительных зарядов. Возникает локальная деполяризация мембраны, которая называется возбуждающим постсинаптическим потенциалом (ВПСП).
Взаимодействуя с рецептором, молекулы ACh открывают неспецифические ионные каналы в постсинаптической мембране клетки так, что повышается их способность к проводимости для одновалентных катионов. Какие катионы проходят через каналы, зависит от электрохимических градиентов. Равновесный потенциал для натрия равен +55 мВ, а потенциал мембраны постсинаптической клетки лежит в диапазоне от -60 до -80 мВ. Таким образом, существует сильная движущая сила для натрия, и его ионы устремляются внутрь клетки и деполяризуют ее мембрану (рис. 21.5 , рис. 21.7). С другой стороны, канал проходим и для ионов К+, для которых сохраняется незначительный электрохимический градиент, направленный из внутриклеточной области к внеклеточной среде. Так как равновесный потенциал ионов К+ равен примерно -90 мВ, через постсинаптическую мембрану проходят и они, тем самым слегка противодействуя деполяризации, обусловленной входящим током ионов Na+. Работа данных каналов ведет к базовому входящему току положительных ионов и, следовательно, к деполяризации постсинаптической мембраны (ВПСП). На концевой пластинке нервно-мышечного синапса ВПСП называют также потенциалом концевой пластинки (ПКП) . Так как участвующие ионные токи зависят от разности равновесного потенциала и потенциала мембраны, то при уменьшенном потенциале покоя мембраны ток ионов Na+ ослабевает, а ток ионов К+ увеличивается, поэтому амплитуда ВПСП уменьшается.
Ионные токи, участвующие в возникновении ВПСП, ведут себя иначе нежели токи Na+ и К+ во время генерации потенциала действия. Причина в том, что в этом механизме участвуют другие ионные каналы с другими свойствами. В то время как при потенциале действия активируются потенциалуправляемые ионные каналы и с увеличивающейся деполяризацией открываются следующие каналы, так что процесс деполяризации усиливает сам себя, проводимость трансмиттеруправляемых (лигандуправляемых) каналов зависит только от количества молекул трансмиттера, связавшихся с молекулами рецептора (в результате чего открываются трансмиттеруправляемые ионные каналы), и, следовательно, от числа открытых ионных каналов. Амплитуда ВПСП лежит в диапазоне от 100 мкВ до 10 мВ. В зависимости от вида синапса общая продолжительность ВПСП находится в диапазоне от 5 до 100 мс.
Прежде всего, в зоне синапса локально образовавшийся ВПСП пассивно электротонически распространяется по всей постсинаптической мембране клетки. Это распространение не подчиняется закону "все или ничего". Если большое число синапсов возбуждается одновременно или почти одновременно, то возникает явление так называемой суммации, которое проявляется в виде возникновения ВПСП существенно большей амплитуды, что может деполяризовать мембрану всей постсинаптической клетки. Если величина этой деполяризации достигает в области постсинаптической мембраны определенного порогового значения (10 мВ или больше), то на аксонном холмике нервной клетки молниеносно открываются потенциалуправляемые Na+-каналы и она генерирует потенциал действия, проводящийся вдоль ее аксона. В случае моторной концевой пластинки это приводит к мышечному сокращению. От начала ВПСП до образования потенциала действия проходит еще около 0,3 мс, так что при обильном освобождении трансмиттера постсинаптический потенциал может появиться уже через 0,5-0,6 мс после пришедшего в пресинаптическую область потенциала действия.
В общих чертах, время "синаптической задержки", подразумевающее необходимое время между возникновением пре- и постсинаптического потенциала действия, всегда зависит от типа синапса.
Генерация потенциалов действия происходит в ближайшем к рецепторам перехвате Ранвье миелинизированных волокон или ближайшей к рецепторам части мембраны безмиелинового волокна. Минимальная сила адекватного стимула, достаточная для генерации потенциалов действия в первичном сенсорном нейроне, определяется как его абсолютный порог. Минимальный прирост силы стимула, сопровождающийся значимым изменением реакции сенсорного нейрона, представляет собой дифференциальный порог его чувствительности.
Информация о силе действующего на рецепторы стимула кодируется двумя способами: частотой потенциалов действия, возникающих в сенсорном нейроне (частотное кодирование), и числом сенсорных нейронов, возбудившихся в ответ на действие стимула. При увеличении силы действующего на рецепторы раздражителя повышается амплитуда рецепторного потенциала, что, как правило, сопровождается увеличением частоты потенциалов действия в сенсорном нейроне первого порядка. Чем шире имеющийся частотный диапазон потенциалов действия у сенсорных нейронов, тем большее число промежуточных значений силы раздражителя способна различать сенсорная система. Первичные сенсорные нейроны одинаковой модальности различаются порогом возбуждения, поэтому при действии слабых стимулов возбуждаются только наиболее чувствительные нейроны, но с увеличением силы раздражителя на него реагируют и менее чувствительные нейроны, имеющие более высокий порог раздражения. Чем больше первичных сенсорных нейронов возбудится одновременно, тем сильнее будет их совместное действие на общий нейрон второго порядка, что в итоге отразится на субъективной оценке интенсивности действующего раздражителя.
Длительность ощущения зависит от реального времени между началом и прекращением воздействия на рецепторы, а также от их способности уменьшать или даже прекращать генерацию нервных импульсов при продолжительном действии адекватного стимула. При длительном действии стимула порог чувствительности рецепторов к нему может повышаться, что определяется как адаптация рецепторов. Механизмы адаптации не одинаковы в рецепторах разных модальностей, среди них различают быстро адаптирующиеся (например, тактильные рецепторы кожи) и медленно адаптирующиеся рецепторы (например, проприоцепторы мышц и сухожилий). Быстро адаптирующиеся рецепторы сильнее возбуждаются в ответ на быстрое нарастание интенсивности стимула (фазический ответ), а их быстрая адаптация способствует освобождению восприятия от биологически незначительной информации (например, контакт между кожей и одеждой). Возбуждение медленно адаптирующихся рецепторов мало зависит от скорости изменения стимула и сохраняется при его длительном действии (тонический ответ), поэтому, например, медленная адаптация проприоцепторов позволяет человеку получать нужную ему для сохранения позы информацию в течение всего необходимого времени.
Существуют сенсорные нейроны, генерирующие потенциалы действия спонтанно, т. е. при отсутствии раздражения (например, сенсорные нейроны вестибулярной системы), такая активность называется фоновой. Частота нервных импульсов в этих нейронах может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от интенсивности действующего на вторичные рецепторы стимула, кроме того, она может определяться направлением, в котором отклоняются чувствительные волоски механорецепторов. Например, отклонение волосков вторичных механорецепторов в одну сторону сопровождается повышением фоновой активности сенсорного нейрона, которому они принадлежат, а в противоположную сторону - понижением его фоновой активности. Указанный способ рецепции позволяет получать информацию и об интенсивности стимула, и о направлении, в котором он действует.
4 Торможение в ЦНС
Торможение в центральной нервной системе впервые открыто в 1862 г. И. М. Сеченовым в опыте раздражения мозга лягушки на уровне зрительных чертогов, где расположена узкая полоска серого вещества стволовой части мозга, - гомолог подбугорной области мозга высших животных и человека. Наложение на поперечный разрез мозга в области зрительных чертогов кристаллика хлористого натрия вызывает увеличение времени (торможение) спинномозгового двигательного рефлекса, вызываемого погружением лапки лягушки в слабый раствор кислоты. Несколько позже И. М. Сеченов установил, что при одновременном раздражении двух афферентных нервов, несущих возбуждение в спинной мозг, более сильное раздражение тормозит рефлекс на более слабое, например, ущемление пинцетом правой лапки лягушки вызывает удлинение времени рефлекса на кислоту (вплоть до полного его выпадения) левой лапки.
В опытах И. М. Сеченова торможение одних нервных центров возникает как результат возбуждения центров других, - как явление, сопутствующее возбуждению в центральной нервной системе. Первоначальное предположение И. М. Сеченова о наличии специально тормозящих нервных центров отпало, так как оказалось (в опытах его ученика В. В. Пашутина - одного из основоположников патологической физиологии в России), что при раздражении зрительных чертогов лягушки в ряде опытов наступает не замедление спинальных двигательных рефлексов, а их ускорение. Механизмы возникновения торможения в опытах И. М. Сеченова различные. Раздражение в области зрительных чертогов - центра вегетативной нервной системы - вызывает сеченовское торможение только при сохраненной симпатической цепочке и потому рассматривается как результат трофических сдвигов, передающихся по симпатическим нервным волокнам на спинной мозг (А. В. Тонких, лаборатория Л. А. Орбели). Торможение кислотного двигательного рефлекса, возникающее в результате одновременного механического раздражения кожных рецепторов другой конечности, является результатом индукционных отношений, обусловливающих подавление конкурирующих нервных центров.
Торможение - особый нервный процесс, который обусловливается возбуждением и внешне проявляется угнетением другого возбуждения. Оно способно активно распространяться нервной клеткой и ее отростками. Основал учение о центральноv торможение И. М. Сеченов (1863), который заметил, что изгибающий рефлекс лягушки тормозится при химическом раздражении среднего мозга. Торможение играет важную роль в деятельности ЦНС, а именно: в координации рефлексов; в поведении человека и животных; в регуляции деятельности внутренних органов и систем; в осуществлении защитной функции нервных клеток.
Типы торможения в ЦНС
Центральное торможение распределяется по локализации на пре- и постсинаптическое;
по характеру поляризации (зарядом мембраны) - на гипер-и деполяризации; по строению тормозных нейронных цепей - на реципрокное, или соединенное, обратное и латеральное.
Пресинаптическое торможение , как свидетельствует название, локализуется в пресинаптических элементах и связано с угнетением проведения нервных импульсов в аксональных (пресинаптических) окончаниях. Гистологическим субстратом такого торможения является аксональные синапсы. К возбуждающему аксону подходит вставной тормозной аксон, который выделяет тормозной медиатор ГАМК. Этот медиатор действует на постсинаптическую мембрану, которая является мембраной возбуждающего аксона, и вызывает в ней деполяризацию. Возникшая деполяризация тормозит вход Са2 + из синаптической щели в заключение возбуждающего аксона и таким образом приводит к снижению выброса возбуждающего медиатора в синаптическую щель, торможение реакции. Пресинаптическое торможение достигает максимума через 15-20 мс и длится около 150 мс, то есть гораздо дольше, чем постсинаптическое торможение. Пресинаптическое торможение блокируется судорожными ядами - бикулином и пикротоксин, которые являются конкурентными антагонистами ГАМК.
Постсинаптическое торможение
(ГПСП) обусловлено выделением пресинаптическим окончанием аксона тормозного медиатора, который снижает или тормозит возбудимость мембран сомы и дендритов нервной клетки, с которой он контактирует. Оно связано с существованием тормозных нейронов, аксоны которых образуют на соме и дендритах клеток нервных окончаний, выделяя тормозные медиаторы - ГАМК и глицин. Под влиянием этих медиаторов возникает торможение возбуждающих нейронов. Примерами тормозных нейронов являются клетки Реншоу в спинном мозге, нейроны грушевидные (клетки Пуркинье мозжечка), звездчатые клетки коры большого, мозга и др..
Исследованием П. Г. Костюка (1977) доказано, что постсинаптического торможения связано с первичной гиперполяризацией мембраны сомы нейрона, в основе которой лежит повышение проницаемости постсинаптической мембраны для К +. Вследствие гиперполяризации уровень мембранного потенциала удаляется от критического (порогового) уровня. То есть происходит его увеличение - гиперполяризация. Это приводит к торможению нейрона. Такой вид торможения называется гиперполяризационным.
Амплитуда и полярность ГПСП зависят от исходного уровня мембранного потенциала самого нейрона. Механизм этого явления связан с Сl + . С началом развития ТПСП Сl - входит в клетку. Когда в клетке становится его больше, чем снаружи, глицин конформирует мембрану и через открытые ее отверстия Сl + выходит из клетки. В ней уменьшается количество отрицательных зарядов, развивается деполяризация. Такой вид торможения называется деполяризационным.
Постсинаптическое торможение локальное.
Развивается оно градуально, способное к суммации, не оставляет после себя рефрактерности. Является более оперативным, четко адресованным и универсальным тормозным механизмом. По своей сути это «центральное торможение», которое было описано в свое время Ch. S. Sherrington (1906).
В зависимости от структуры тормозного нейронного цепочки, различают следующие формы постсинаптического торможения: реципрокное, обратное и латеральное, которое является собственно разновидностью обратного.
Реципрокное (сочетанное) торможение характеризуется тем, что в том случае, когда при активизации афферентов возбуждаются, например, мотонейроны мышц-сгибателей, то одновременно (на этой стороне) тормозятся мотонейроны мышц-разгибателей, действующие на этот же сустав. Происходит это потому, что афференты от мышечных веретен образуют возбуждающие синапсы на мотонейронах мышц-агонистов, а через посредство вставного тормозного нейрона - тормозные синапсы на мотонейронах мышц-антагонистов. С физиологической точки зрения такое торможение очень выгодно, поскольку облегчает движение сустава «автоматически», без дополнительного произвольного или непроизвольного контроля.
Обратное торможение . В этом случае от аксонов мотонейрона отходит одна или несколько коллатералей, которые направляются в вставных тормозных нейронов, например, клеток Реншоу. В свою очередь, клетки Реншоу образуют тормозные синапсы на мотонейроны. В случае возбуждения мотонейрона активизируются и клетки Реншоу, вследствие чего происходит гиперполяризация мембраны мотонейрона и тормозится его деятельность. Чем больше возбуждается мотонейрон, тем больше ощутимые тормозные влияния через клетки Реншоу. Таким образом, обратное постсинаптическое торможение функционирует по принципу отрицательной обратной связи. Есть предположение, что этот вид торможения требуется для саморегуляции возбуждения нейронов, а также для предотвращения их перевозбуждению и судорожным реакциям.
Латеральное торможение. Тормозная цепь нейронов характеризуется тем, что вставные тормозные нейроны влияют не только на воспаленную клетку, но и на соседние нейроны, в которых возбуждение является слабым или вовсе отсутствует. Такое торможение называется латеральным, поскольку участок торможения, который образуется, содержится сбоку (латерально) от возбужденного нейрона. Оно играет особенно важную роль в сенсорных системах, создавая явление контраста.
Постсинаптическое торможения
преимущественно легко снимается при введении стрихнина, который конкурирует с тормозным медиатором (глицином) на постсинаптической мембране. Столбнячный токсин также подавляет постсинаптическое торможение, нарушая высвобождение медиатора из тормозных пресинаптических окончаний. Поэтому введение стрихнина или столбнячного токсина сопровождается судорогами, которые возникают вследствии резкого усиления процесса возбуждения в ЦНС, в частности, мотонейронов.
В связи с раскрытием ионных механизмов постсинаптического торможения появилась возможность и для объяснения механизма действия Вr. Натриq бромид в оптимальных дозах широко применяется в клинической практике как седативное (успокоительное) средство. Доказано, что такой эффект натрия бромида связан с усилением постсинаптического торможения в ЦНС.
Роль различных видов центрального торможения
Главная роль центрального торможения заключается в том, чтобы во взаимодействии с центральным возбуждением обеспечивать возможность анализа и синтеза в ЦНС нервных сигналов, а следовательно, возможность согласования всех функций организма между собой и с окружающей средой. Эту роль центрального торможения называют координационной. Некоторые виды центрального торможения выполняют не только координационную, а и защитную (охранную) роль. Предполагают, что основная координационная роль пресинаптического торможения заключается в угнетении в ЦНС малосущественными афферентными сигналами. За счет прямого постсинаптического торможения согласуется деятельность антагонистических центров. Обратное торможение, ограничивая максимально возможную частоту разрядов мотонейронов спинного мозга, выполняет и координационную роль (согласовывает максимальную частоту разрядов мотонейронов со скоростью сокращения мышечных волокон, которые они иннервируют) и защитную (предотвращает возбуждению мотонейронов). У млекопитающих этот вид торможения распространен в основном в спинномозговых афферентных системах. В высших отделах мозга, а именно в корковом веществе большого мозга, доминирует постсинаптическое торможение.
Пресинаптическое торможение (лат. praе -впереди чего-либо + греч. sunapsis соприкосновение, соединение) - частный случай синаптических тормозных процессов, проявляющихся в подавлении активности нейрона в результате уменьшения эффективности действия возбуждающих синапсов еще на пресинаптическом звене путем угнетения процесса высвобождения медиатора возбуждающими нервными окончаниями. В этом случае свойства постсинаптической мембраны не подвергаются каким-либо изменениям.
6Пресинаптическое торможение осуществляется посредством специальных тормозных интернейронов. Его структурной основой являются аксо-аксональные синапсы, образованные терминалиями аксонов тормозных интернейронов и аксональными окончаниями возбуждающих нейронов.Деполяризация вызывает уменьшение амплитуды потенциала действия, приходящего в возбуждающее окончание аксона. В результате происходит угнетение процесса высвобождения медиатора возбуждающими нервными окончаниями и снижение амплитуды возбуждающего постсинаптического потенциала.
При этом окончание аксона тормозного нейрона является пресимпатическим по отношению к терминали возбуждающего нейрона, которая оказывается постсинаптической по отношению к тормозному окончанию и пресинаптической по отношению к активируемой им нервной клетки. В окончаниях пресинаптического тормозного аксона освобождается медиатор, который вызывает деполяризацию возбуждающих окончаний за счет увеличения проницаемости их мембраны для CI.
Характерной особенностью пресинаптической деполяризации является замедленное развитие и большая длительность (несколько сотен миллисекунд), даже после одиночного афферентного импульса.
Какое функциональное значение пресинаптического торможения?
За его счет осуществляется воздействие не только на собственный рефлекторный аппарат спинного мозга, но и на синаптические переключения ряда восходящих по головному мозгу трактов. Известно также о нисходящем пресинаптическом торможении первичных афферентных волокон группы Аа и кожных афферентов. В этом случае пресинаптическое торможение является, очевидно, первым «ярусом» активного ограничения информации, поступающей извне. В ЦНС, особенно в спинном мозге, пресинаптическое торможение часто выступает в роли своеобразной отрицательной обратной связи, которая ограничивает афферентную импульсацию при сильных (например, патологических) раздражениях и таким образом отчасти выполняет защитную функцию по отношению спинномозговых и выше расположенных центров.
Функциональные свойства синапсов не являются постоянными. В некоторых условиях эффективность их деятельности может расти или уменьшаться. Обычно при высоких частотах раздражения (несколько сот за 1 с) в течение нескольких секунд или даже минут облегчается синаптическая передача. Это явление получило название синаптической потенциации. Такая синаптическая потенциация может наблюдаться и по окончании тетанической стимуляции. Тогда она будет называться посттетанической потенциацией (ПТП). В основе ПТП (долговременного увеличения эффективности связи между нейронами), вполне вероятно, лежат изменения функциональных возможностей пресинаптического волокна, а именно его гиперполяризация. В свою очередь, это сопровождается повышением выхода медиатора в синаптическую щель и появлением увеличенного ВПСП в постсинаптической структуре. Есть данные и о структурных изменениях при ПТП (набухание и рост пресинаптических окончаний, сужение синаптической щели т.д.).
ПТП гораздо лучше выражена в высших отделах ЦНС (например, в гиппокампе, пирамидных нейронах коры большого мозга) по сравнению с спинномозговыми нейронами. Наряду с ПТП в синаптическом аппарате может возникать постактивационная депрессия, выражающаяся уменьшением амплитуды ВПСП. Эту депрессию многие исследователи связывают с ослаблением чувствительности к действию медиатора (десенсибилизации) постсинаптической мембраны или различным соотношением затрат и мобилизации медиатора.
С пластичностью синаптических процессов, в частности с ПТП, возможно, связаны формирования новых межнейронных связей в ЦНС и их закрепление, т.е. механизмы обучения и памяти. Вместе с тем следует признать, что пластические свойства центральных синапсов изучены пока недостаточно.
n1.doc
постсинаптическое торможение .
пресинаптическое торможение .
Функции таламуса.
Таламус представляет собой массивное парное образование, содержащее около 120 ядер серого вещества.
Деятельность таламуса тесно связана с анализом афферентных сигналов, с регуляцией функционального состояния организма. Он взаимодействует с корой б.п.
Таламус включает в себя собственно зрительный бугор, затем метаталамус (медиальные и латеральные коленчатые тела) и подушку.
По морфологическим критериям все ядра таламуса объединяют в 6 групп:
передняя группа;
ядра средней линии (паравентрикулярное ядро, центральное серое вещество);
медиальная группа;
латеральная группа (ретикулярное ядро);
задняя группа (латеральное и медиальное коленчатые тела, подушка);
претектальная группа.
специфические;
неспецифические;
ассоциативные.
В каждом ядре выражена топическая организация, т.е. каждому участку кожи, сетчатки и т.д. соответствует определенная зона таламуса.
Слуховая система проецируется в медиальные коленчатые тела, которые являются предкорковым уровнем анализа слуховых сигналов. На одни и те же нейроны медиального коленчатого тела могут конвергировать возбуждения от многих нейронов заднего двухолмия среднего мозга.
Зрительная сенсорная система на уровне таламуса представлена латеральными коленчатыми телами. Они считаются наиболее сложно организованными из специфических ядер таламуса. От них волокна идут в 17-е и 18-е поля коры (затылочная область).
Помимо сенсорных, к релейным ядрам таламуса относятся еще моторные ядра и ядра передней группы. Это единый комплекс. В моторных ядрах переключается афферентация, идущая от ядер мозжечка, бледного шара, вестибулярных и проприорецепторов к моторной коре.
Релейная функция ядер передней группы заключается в переключении импульсов от маммилярных тел гипоталамуса к лимбической системе. Иногда ядра передней группы относят к лимбической системе (круг Папеца).
Таким образом, специфические ядра представляют собой важнейшую часть основных сенсорных и моторных систем, а разрушение релейных ядер приводит к полной и необратимой потере соответствующей чувствительности или нарушениям движений (Физиология центральной…, 2000).
Неспецифические ядра таламуса. Они не относятся к определенной сенсорной или моторной системе, морфологически и функционально они связаны со многими системами и участвуют вместе с РФ в осуществлении неспецифических функций. Нейронные сети этих ядер имеют ретикулярное строение: густая сеть нейронов с длинными слабо ветвящимися дендритами.
Связь у неспецифических ядер с корой в основном полисинаптическая, волокна идут ко всем слоям коры. Проецируются они в кору более диффузно, чем специфические. Афферентная информация поступает к ним в основном из РФ, а также из гипоталамуса, лимбической системы, базальных ганглиев, специфических ядер таламуса. Неспецифические ядра получают сигналы и от специфических ядер.
Как правило, одиночное электрическое раздражение этих ядер не вызывает одиночной ответной реакции коры. Ритмическая низкочастотная стимуляция приводит к реакции синхронизации биоэлектрической активности головного мозга, а высокочастотная – к десинхронизации (реакция активации коры). Эта реакция регистрируется в неспецифических зонах коры, т.к. в специфических она подавляется специфической импульсацией.
Неспецифические ядра таламуса оказывают на кору модулирующее влияние, т.е. регулируют ее функциональное состояние. Они меняют ее реактивность к специфическим сигналам. Так же как и в случае с РФ, деятельность неспецифической таламической системы тесно связана с механизмами развития сна, саморегуляции функционального состояния и ВНД.
Специфическая и неспецифическая системы таламуса находятся во взаимодействии друг с другом. Так оказалось, что если неспецифическая система усиливает специфическую, то специфическая подавляет неспецифическую (Физиология центральной…, 2000).
Ассоциативные ядра таламуса. Это наиболее поздно дифференцирующиеся в эволюции отделы таламуса, но и наиболее активно развивающиеся.
Волокна от этих ядер направляются в основном к ассоциативным областям коры и, частично, к специфическим проекционным областям. Связи с корой в основном моносинаптические. Основные афферентные сигналы поступают от других ядер таламуса, а не с периферии.
Электрическое раздражение ассоциативных ядер таламуса вызывает ответные реакции в ассоциативных областях коры. Многие из этих ядер способны реагировать на раздражение разных сенсорных входов, некоторые вообще реагируют только на комплексные раздражения. В них могут взаимодействовать возбуждения разных сенсорных систем, т.е. они осуществляют интеграцию импульсации от всех сенсорных систем.
Кроме передачи проекционных влияний на кору, нейроны таламуса сами могут осуществлять замыкание рефлекторных путей без участия коры и таким образом осуществлять самостоятельно сложные рефлекторные функции (Физиология центральной…, 2000).
Другие особенности таламуса . В нейронах таламуса зарегистрированы довольно длительные (около 100 мс) ТПСП. Торможение способствует созданию пространственного контраста вокруг возбужденного очага, а также обеспечивает синхронизацию нейронной активности за счет того, что на возбудимость многих нейронов сразу влияют тормозные процессы.
Таламус является высшим центром болевой чувствительности. Он осуществляет анализ болевых сигналов и организует болевые ответные реакции. Импульсы, идущие к нейронам таламуса от поврежденных участков тела, активируют эти нейроны и вызывают болевые ощущения. Таким образом, болевые ощущения связаны с возбуждением неспецифических нейронов таламуса, для этого не обязательно участие коры. В коре формируется уже субъективное отношение к болевому стимулу (Физиология человека, 1996) (Хрестомат. 10.1).
Функции гипоталамуса.
Это довольно древняя структура, поэтому у всех наземных позвоночных его строение примерно одинаково. Четких границ он не имеет. Является центральным отделом промежуточного мозга. В гипоталамусе различают три зоны: перивентрикулярную (тонкая полоска, прилежащая к третьему желудочку), медиальную (в ней расположена гипофизотропная область, преоптическая область), латеральную (нет четких ядерных образований).
Гипоталамус регулирует все процессы, необходимые для поддержания гомеостаза. Он служит важным интегративным центром для соматических, вегетативных и эндокринных функций.
Латеральный гипоталамус образует двусторонние связи с таламусом, лимбической системой и лимбической областью среднего мозга. Сигналы от рецепторов и поверхности тела попадают в гипоталамус через спиноретикулярные пути, которые идут к нему через таламус или лимбическую область среднего мозга. Нисходящие (эфферентные) пути гипоталамуса образованы полисинаптическими путями, идущими в составе ретикулярной формации.
Медиальный гипоталамус связан с латеральным, а также получает сигналы от многих других частей головного мозга, от крови и спинномозговой жидкости и передает сигналы к гипофизу.
В медиальной части гипоталамуса располагаются особые нейроны, которые реагируют на состав крови и спинномозговой жидкости и образуют несколько важнейших центров (Физиология человека, 1996).
Центр голода и насыщения. Эта область (наружные и средние ядра) регулирует сложное пищевое поведение. Нейроны центра голода представляют собой глюкорецепторы, которые активизируются при снижении в крови концентрации глюкозы и других питательных веществ (аминокислот, жирных кислот), а нейроны центра насыщения – наоборот, активируются при повышении содержания этих веществ в крови.
Центр жажды и ее удовлетворения. Центр питьевого поведения организован аналогичным образом. Стимуляция структур, расположенных кнаружи от супраоптического ядра, ведет к резкому увеличению потребления жидкости, а разрушение этих структур – к полному отказу от воды. Нейроны центра жажды реагируют на изменение осмотического давления (при недостатке воды осмотическое давление крови повышается, что вызывает активацию нейронов гипоталамуса). Этот процесс запускает целый ряд сложных поведенческих реакций, направленных на поиск воды, снижение выведения жидкости из организма, что должно привести к снижению осмотического давления.
Центр терморегуляции. Нейроны этого центра гипоталамуса являются терморецепторами, реагирующими на температуру омывающей их крови. Раздражение задней группы ядер приводит к повышению температуры тела в результате повышения теплопродукции за счет усиления обменных процессов и дрожания скелетной мускулатуры (дрожательный термогенез). Стимуляция паравентрикулярных ядер приводит к снижению температуры за счет усиления потоотделения, расширения просвета кожных сосудов, а также торможения дрожания мускулатуры.
Центр полового поведения. Этот центр участвует в регуляции комплекса функций, связанных с размножением. Изолированное разрушение области серого бугра ведет к атрофии половых желез, а при опухоли этой зоны часто наблюдается ускоренное половое созревание. Описаны случаи превращения мужских половых признаков в женские при повреждениях средних областей гипоталамуса. Примерно у половины больных с патологией гипоталамуса наблюдались нарушения функций половой системы. В экспериментах показано, что структуры передних отделов гипоталамуса оказывают ускоряющее действие на половое развитие, а задних – тормозящее.
Центр агрессии, ярости и центр удовольствия. Опыты с животными на самораздражение, когда им предоставлялась возможность самим посылать электрические импульсы в определенные участки гипоталамуса, показали, что там имеются центры, раздражение которых вызывало приятные ощущения. Центр удовольствия, локализованный в заднем гипоталамусе, взаимодействуя с другими структурами лимбической системы, участвует в организации эмоциональной сферы и полового поведения.
Центр регуляции цикла сон-бодрствование. В гипоталамусе имеются структуры, принимающие участие в регуляции чередования бодрствования и сна. Так, раздражение латеральной части базальной преоптической области у животных вызывает сон и сопутствующие ему изменения биоэлектрической активности головного мозга. У людей поражения гипоталамуса часто сопровождается нарушениями сна и изменениями ЭЭГ, характерными для сна. Супрахиазматическое ядро гипоталамуса – важнейшее звено в организации биоритмов, центрального механизма «биологических часов», организующих суточные циклы (Физиология центральной..., 2000).
Посредством нервных механизмов медиальная часть гипоталамуса управляет нейрогипофизом, а при помощи гуморальных – аденогипофизом. Таким образом, эта область является промежуточным звеном между нервной и эндокринной системами, играющий важнейшую роль в нейрогуморальной регуляции всех функций организма
Серотонин: места синтеза и функции.
Постсинаптическое и пресинаптическое торможение.
Действие медиатора на постсинаптическую мембрану химического синапса приводит к возникновению в ней постсинаптического потенциала. Постсинаптические потенциалы могут быть двух типов:
деполяризующие (возбуждающие);
гиперполяризующие (тормозные).
В результате мембранный потенциал смещается по направлению к нулю (становится менее отрицательным). Фактически величина ВПСП зависит от того, какие ионы переместились через мембрану и каково соотношение проницаемостей для этих ионов. Перемещения различных ионов происходят одновременно, и их интенсивность зависит от количества выделившегося медиатора.
Таким образом, постсинаптические потенциалы представляют собой градуальные реакции (их амплитуда зависит от количества выделившегося медиатора или силы стимула). Этим они отличаются от потенциала действия, который подчиняется закону «все или ничего».
ВПСП необходим для генерации нервного импульса (ПД). Это происходит в том случае, если ВПСП достигнет порового значения. После этого процессы становятся необратимыми, и возникает ПД.
Если в мембране открываются каналы, обеспечивающие суммарный выходящий ток положительных зарядов (ионов калия) или входящий ток отрицательных зарядов (ионов хлора), то в клетке развивается тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП) . Такие токи приведут к удержанию мембранного потенциала на уровне потенциала покоя или к некоторой гиперполяризации (Шеперд Г., 1987).
Прямое химическое синаптическое торможение происходит при активации каналов для отрицательно заряженных ионов хлора. Стимуляция тормозных входов вызывает небольшую гиперполяризацию клетки – тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП). В качестве медиаторов, вызывающих ТПСП, обнаружены глицин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК); их рецепторы связаны с каналами для хлора, и при взаимодействии этих медиаторов со своими рецепторами происходит движение ионов хлора внутрь клетки и увеличение мембранного потенциала (до -90 или -100 мВ). Этот процесс называется постсинаптическое торможение .
Однако в ряде случаев торможение не может быть объяснено только в рамках постсинаптического изменения проводимости. Дж. Экклсом и его сотрудниками был открыт дополнительный механизм торможения в спинном мозге млекопитающих – пресинаптическое торможение . В результате пресинаптического торможения происходит уменьшение высвобождения медиатора из возбуждающих окончаний. При пресинаптическом торможении тормозные аксоны устанавливают синаптический контакт с окончаниями возбуждающих аксонов. В качестве медиатора пресинаптического торможения чаще всего встречается ГАМК. В результате действия ГАМК на пресинаптическое окончание также происходит значительное увеличение проводимости для хлора и в результате снижение амплитуды ПД в пресинаптическом окончании.
Функциональное значение этих двух видов торможений в ЦНС сильно различается. Постсинаптическое торможение уменьшает возбудимость всей клетки в целом, делая ее менее чувствительной ко всем возбуждающим входам. Пресинаптическое торможение гораздо более специфично и избирательно. Оно направлено на определенный вход, давая возможность клетке интегрировать информацию из других входов (Физиология человека, 1996).
Критерии (признаки) медиатора.
1. Критерии медиатора:
вещество должно присутствовать в теле нейрона и в более высокой концентрации – в синаптическом окончании;
в теле или в синаптическом окончании должна существовать система синтеза и распада этого вещества;
это вещество должно выделяться из синаптического окончания в синаптическую щель при естественном возбуждении или при искусственной стимуляции;
при введении в синаптическую щель это вещество должно оказывать точно такие же эффекты, как и при естественном высвобождении из окончания;
на постсинаптической мембране должны существовать специфические рецепторы для данного вещества.
2. Особенности нейромодуляторов :
нейромодуляторы не обладают самостоятельным физиологическим эффектом, они только модифицируют эффект медиатора;
действие модулятора развивается медленнее, чем действие медиатора, но сохраняется дольше;
нейромодуляторы образуются не только в нейроне, но могут также освобождаться из глиальных клеток;
действие модулятора не обязательно приурочено к появлению нервного стимула;
мишенью модулятора могут быть не только постсинаптические рецепторы, он может действовать на различные участки нейрона, а также влиять на внутриклеточные процессы (Хрестомат. 5.1).
Функции спинного мозга.
Спинной мозг – наиболее просто организованный отдел центральной нервной системы, осуществляющий рефлекторную и проводниковую функции. Проводниковая функция заключается в проведении сигналов от рецепторов и мышц вверх, к высшим отделам головного мозга, а рефлекторная – в осуществлении рефлексов. Помимо этих двух функций, в спинном мозге расположены центры вегетативной (автономной) нервной системы. В грудном, верхнепоясничном и крестцовом отделах спинного мозга серое вещество образует боковые рога, в которых располагаются тела первых (преганглионарных) вегетативных нейронов.
Рефлекс – это стереотипная ответная реакция организма на любое (внешнее или внутреннее) воздействие. Анатомическим субстратом рефлекса является рефлекторная дуга. Общая схема строения рефлекторной дуги: рецепторы?афферентный путь?ЦНС?эфферентный путь?эффектор (скелетная мускулатура, гладкомышечные клетки, железистые клетки).
Рефлекс характеризуется временем рефлекса – время от момента действия стимула до появления ответной реакции, которое складывается из следующих процессов:
время проведения по афферентным и эфферентным волокнам;
время преобразования стимула в рецепторе;
время передачи информации в синапсах в ЦНС (синаптическая задержка);
время передачи сигнала от эфферентных путей к эффектору (генерация ПКП);
активация эффектора (электромеханическое сопряжение).
По особенностям строения рефлекторной дуги рефлексы бывают моносинаптические и полисинаптические (несколько вставочных нейронов в ЦНС) (Физиология человека, 1996).
Примеры моносинаптических и полисинаптических рефлексов
| Моносинаптические рефлексы | Полисинаптические рефлексы |
| Коленный | Сосательный |
| Закрывания рта | Глотательный |
| Растяжения двуглавой мышцы плеча (локтевой сустав) | Чихательный |
| Рефлекс ахиллова сухожилия | Чесательный |
| Рефлекс Хвостека (щека) | Зрачковый |
| Брюшной (штриховое раздражение кожи живота) | Отдергивания руки |
| Подошвенный (раздражение подошвы) |
Внутрь постсинаптической клетки, в результате открытия лиганд-зависимых ионных каналов . Это противоположность тормозным постсинаптическим потенциалам (ТПСП ), которые обычно возникают в результате тока отрицательных ионов в клетку или положительных ионов из клетки. ВПСП могут быть результатом уменьшения выходящего тока положительных зарядов, в то время как ТПСП иногда вызываются увеличением выходящего тока положительных зарядов.
ВПСП , так же как и ТПСП , градуальны (т. е. имеют аддитивный эффект). Когда несколько ВПСП образуются на одном участке постсинаптической мембраны , их совместный эффект будет являться суммой отдельных ВПСП . ВПСП с большей амплитудой приводят к большей деполяризации мембраны, что увеличивает вероятность достижения критического уровня деполяризации мембраны, необходимого для генерации потенциала действия .
Энциклопедичный YouTube
1 / 1
Neuronal synapses (chemical) | Human anatomy and physiology | Health & Medicine | Khan Academy
Субтитры
Я думаю, мы уже имеем правильное представление о том, как сигнал передается вдоль отростка нейрона. Мы видели, что несколько дендритов, может быть этот и этот, и еще один, были возбуждены, в них, вероятно, возник потенциал действия. Когда мы говорим, что дендрит возбужден, мы имеем в виду, что при этом открываются некоторые виды каналов. Это является пусковым сигналом. Открытый канал позволяет ионам войти внутрь клетки или, в некоторых случаях, ионы, наоборот, выходят из клетки наружу. В таких случаях запускается торможение. Но давайте рассмотрим случай, когда ионы входят внутрь клетки электротоническим способом. Вход ионов в клетку изменяет заряд или разность потенциала на мембране клетки. Если благодаря этим совместным эффектам изменение разности потенциала мембраны около аксонального бугорка достаточно велико и достигает порога, то натриевые каналы, расположенные здесь, откроются, и натрий войдет внутрь клетки. В этой ситуации потенциал становится более положительным. Калиевые каналы открываются для того, чтобы вернуть потенциал к исходному значению, но в данный момент потенциал более положительный, что электротонически влияет на соседний натриевый канал. И опять возникает ситуация, когда натриевые ионы входят в клетку, и таким образом сигнал распространяется по отростку нейрона. Теперь возникает естественный вопрос, что происходит в местах контакта нейронов? Мы говорили, что этот дендрит получил пусковой сигнал или был возбужден. В большинстве случаев он получает пусковой сигнал или бывает возбужден другим нейроном. Иногда это может быть что-то еще. В нашем примере, когда аксон возбуждается, он возбуждает другую клетку. Это может быть мышечная клетка или, в большинстве случаев, аксон возбуждает другой нейрон. Как он это делает? Итак, это терминаль аксона. Недалеко от него может находиться дендрит другого нейрона. Это другой нейрон имеет собственный аксон и сому. Аксон должен каким-то образом передать пусковой сигнал на дендрит. Как это происходит? Каким образом сигнал переходит с одного нейронального аксона на дендрит соседнего нейрона? На самом деле сигнал не всегда переходит с аксона на дендрит, но такой вариант наиболее типичен. Также сигнал может передаваться с аксона на аксон, с дендрита на дендрит, с аксона на сому нейрона, но давайте сосредоточимся на передаче сигнала с аксона на дендрит, так как это наиболее традиционный способ, с помощью которого нейроны передают информацию от одной клетки к другой. Теперь давайте увеличим эту часть рисунка. Я увеличу во много раз этот кусочек, обведенный квадратиком. Это терминаль аксона. И теперь давайте увеличим всю эту область. Теперь мы увеличим область дендрита соседнего нейрона, и я поверну весь рисунок. Хотя, на самом деле, мне даже не надо ничего поворачивать. Сейчас я нарисую терминаль аксона. Допустим терминаль выглядит примерно так. Я во много раз ее увеличиваю. Это терминаль аксона данного нейрона. Это внутренняя часть нейрона. А здесь находится дендрит. Я рисую дендрит рядом с терминалью аксона. Теперь мы увеличим всю эту область. Это дендрит соседнего нейрона. Это внутренняя часть первого нейрона. Возникший в первом нейроне потенциал действия распространяется по аксону. Постепенно, возможно, здесь (я не знаю, сможем ли мы увеличить эту область) или здесь, потенциал действия повлияет на электрический потенциал мембраны и сделает его достаточно положительным для того, чтобы открыть натриевый канал. Возможно, я очень близок к тому, что происходит в действительности. Этот канал находится здесь. Он открывается, и ионы натрия входят в клетку. Затем все и начинается. В клетке есть калий, который может выйти из нее, но в настоящий момент натрий находится внутри, и возникший положительный заряд запускает другой канал, а тот может запустить другой натриевый канал, если дальше есть еще один натриевый канал. Но на конце аксона находятся кальциевые каналы. Я нарисую их розовым цветом. Это кальциевый канал, который обычно закрыт. Это кальциевый ионный канал. Кальций имеет заряд +2. Кальциевый канал обычно закрыт, но он управляется потенциалом. Когда потенциал становится достаточно большим, то канал открывается и ионы кальция входят в клетку. Это очень напоминает работу потенциал-управляемого натриевого канала в том смысле, что когда потенциал становится положительным в области ворот, канал открывается. Таким образом, кальциевые ионы с зарядом +2 входят в клетку. Сейчас вы можете у меня спросить, почему ионы кальция входят в клетку? У них положительный заряд. Вы можете напомнить мне, что я только что сказал, что потенциал клетки стал положительным в результате вхождения внутрь клетки ионов натрия. Почему ионы кальция будут входить в клетку? Причина, по которой кальций будет входить в клетку, состоит в том, что у клетки есть ионные кальциевые насосы, аналогичные тем насосам, которые откачивают натрий из клетки и накачивают калий внутрь клетки. Кальциевые насосы почти идентичны натрий-калиевым насосам, о которых я вам рассказывал, но они имеют дело с ионами кальция. В мембране есть специальные белки. Это фософолипидный слой мембраны. Я нарисую два слоя, чтобы вы понимали, что мембрана - двухслойная. Я нарисую это таким образом. Так это будет выглядеть ближе к действительности, хотя все вместе это выглядит не очень реалистично. Это билипидный слой мембраны. Вы уже, наверно, поняли, но я хочу нарисовать, чтобы прояснить этот момент. В мембране находятся кальциевые ионные насосы, которые являются разновидностью АТФаз, так же, как и натрий-калиевые насосы. Одна молекула АТФ связывается с белком, ион кальция связывается с этим же белком в другом месте. Фосфат отщепляется от АТФ, и энергии, освобожденной благодаря этому, достаточно для изменения конформации белка, что приводит к выталкиванию ионов кальция наружу. Существенно то, с каким участком связывается кальций, и в зависимости от этого при открытии канала кальций может только войти в клетку. Все это очень похоже на работу натрий-калиевого насоса, но неплохо знать, что в состоянии покоя концентрация ионов кальция снаружи очень высока, и движение ионов кальция управляется АТФ. Концентрация кальция снаружи значительно больше, чем внутри, и перемещение ионов кальция осуществляется этими ионными насосами. Таким образом, потенциал действия, достигший терминали, запускает не другой натриевый канал, а открывает ворота кальциевого канала, и ионы кальция входят в терминаль аксона. Теперь ионы кальция связываются с другими белками. Но перед тем, как я перейду к другим белкам, мы должны получить представление о том, что происходит в месте контакта. Я, кажется, уже использовал слово "синапс", а, может быть, и нет. Место, где этот аксон встречается с дендритом, называется синапсом. Вы можете представить это как место соединения, контакта или касания. Этот нейрон называется пресинаптическим. Я напишу это название. Всегда хорошо иметь небольшой запас терминов под рукой. А это постсинаптический нейрон. Пространство между двумя нейронами, между этим аксоном и этим дендритом, называется синаптической щелью. Это очень небольшое пространство. Мы сейчас говорим о химическом синапсе. Обычно, когда люди говорят о синапсе, они говорят о химическом синапсе. Существуют также электрические синапсы, но я не буду останавливаться на них. Химический синапс - это наиболее распространенный вариант синапса. Синаптическая щель в химических синапсах равна примерно 20 нанометрам, что очень мало. Диаметр клетки в среднем обычно колеблется от 10 до 100 микрон. Микрон равен 10 в минус 6 степени метра. Нанометр соответственно равен 10 в минус 9 степени метра. То есть это очень маленькое расстрояние. В этом есть смысл, посмотрите, какими большими выглядят клетки по сравнению с небольшой щелью между ними. Итак, это очень узкая щель. У пресинаптического нейрона в терминале находятся везикулы. Помните, что такое везикулы? Это пузырьки, окруженные мембраной, которые находятся внутри клетки. У нас есть везикулы в терминале. Мембраны везикул также состоят из фосфолипидных слоев. Вы можете рассматривать везикулы как контейнеры. Я нарисую один такой пузырек. Они могут содержать в себе молекулы, которые называют нейротрансмиттерами. Я нарисую нейротрансмиттеры зеленым цветом. В везикулах содержатся молекулы нейротрансмиттеров. Возможно, вы слышали это слово раньше. На самом деле, множество веществ, которые люди используют для лечения депрессии или других состояний, относящихся к состоянию мозга, влияют на синтез или на действие трансмиттеров. Я не буду вдаваться в детали, но везикулы содержат нейротрансмиттеры. Когда кальциевые каналы открываются (они потенциал- управляемые и открываются при изменении потенциала в положительную сторону), ионы кальция входят внутрь. Затем кальций связывается с белками, которые удерживают везикулы у мембраны. Эти маленькие везикулы прикреплены к пресинаптической мембране или к мембране аксональной терминали, вот здесь. Эти белки называют якорными белками. SNARE - английская аббревиатура, но это слово также означает "удерживать", что хорошо подходит в данном случае, так как эти белки в буквальном смысле "заякоривают" везикулы к мембране. В этом заключается функция этих белков. Когда ионы кальция входят в клетку, они связываются с этими белками, прикрепляются к белкам и изменяют их конформацию таким образом, что белки подтаскивают везикулы ближе к мембране и раздвигают обе мембраны, что приводит к их слиянию. Я увеличу эту часть рисунка, чтобы было понятнее, что на самом деле происходит. После того, как ионы кальция связались с белками (так все выглядело до того, как ионы кальция вошли в клетку), якорные белки подтягивают везикулы близко-близко к пресинаптической мембране. После этого везикула и пресинаптическая мембрана выглядит таким образом. Здесь находятся якорные белки. Я рисую не совсем точно так, как это выглядит в клетке, но эта картинка дает представление о том, как это происходит. Якорные белки подтягивают мембраны друг к другу, затем раздвигают их так, чтобы они могли соединиться. Самое главное последствие этого события - причина, по которой все и происходит - освобождение нейротрасмиттеров из везикул прямо в синаптическую щель. Нейротрансмиттеры, находившиеся внутри везикулы, попадают в синаптическую щель. Этот процесс называется экзоцитозом. Можно сказать, что это процесс выхода веществ из цитоплазмы пресинаптического нейрона. Возможно, вы слышали какие-то из названий нейротрансмиттеров, например, серотонин, дофамин, эпинефрин (или адреналин). Адреналин является также и гормоном, но он действует и как нейротрансмиттер. Норэпинефрин (или норадреналин) - тоже одновременно и гормон, и нейротрансмиттер. .Возможно, вы слышали эти слова раньше. Как бы то ни было, эти вещества освобождаются в синаптическую щель и связываются с мембраной постсинаптического нейрона или этого дендрита. Допустим, они связываются здесь, здесь и здесь. Они связываются со специальными белками на поверхности этой мембраны, но главным результатом этого связывания является открытие ионных каналов. Таким образом этот нейрон возбуждает этот дендрит. Когда эти нейротрансмиттеры связываются с этой мембраной, возможно, открываются натриевые каналы. Возможно, это вызовет открытие натриевого канала. В этом случае натриевый канал не потенциал-управляемый, а лиганд-управляемый. Нейротрансмиттер открывает натриевый канал, затем ионы натрия входят в клетку, что мы уже обсуждали ранее, когда говорили об исходном сигнале. Вход ионов натрия соответствует возникновению возбуждения. Клетка становится более положительно заряженной. Если она достаточно положительно заряжена, то в этой точке аксонального бугорка электротонически увеличивается потенциал. Если рядом находится другой нейрон (как в рассмотренном случае), этот нейрон тоже возбуждается. Вот как это происходит. Сигнал может быть также тормозным. Можно представить, что вместо запуска натриевого ионного канала, происходит открытие калиевого ионного канала. Если происходит открытие калиевого ионного канала, то концентрационный градиент ионов калия заставит калий выходить из клетки. Таким образом, в случае калия положительный заряд уходит из клетки. Помните, я использовал для обозначения ионов калия треугольники. Если положительный заряд выходит из клетки, то содержимое нейрона становится менее положительным. Таким образом, достичь порог возникновения потенциала действия станет труднее, так как для этого понадобится большее изменение потенциала в положительную сторону. Надеюсь, я не запутал вас этими объяснениями. Этот контакт, если следовать первому описанию, которое я дал, возбуждающий. Когда терминаль нейрона возбуждается потенциалом действия, ионы кальция входят внутрь. В результате, везикулы изливают свое содержимое в синаптическую щель, а затем освобожденные нейротрансмиттеры открывают натриевые каналы и стимулируют нейрон. Если нейротрансмиттер открывает калиевые каналы, то он тормозит нейрон. Так работают синапсы. Я хотел было сказать, что существуют миллионы синапсов, но это было бы неправильно. Синапсов триллионы. По самым точным оценкам в коре головного мозга от 100 до 500 триллионов синапсов. Это только в коре головного мозга. Причина, почему у нас так много синапсов, заключается в том, что один нейрон может образовывать множество синапсов. Вы можете представить, что у этой нарисованной клетки синапс может быть здесь, и здесь, и здесь. Даже один нейрон может образовывать сотни и тысячи синапсов. Этот нейрон может иметь синапс с этим нейроном, и с этим, и с этим. Итак, у нас много много контактов. Именно синапсы делают нас сложными существами, именно они заставляют нас действовать характерным для человеческого разума образом. Надеюсь, что вам этот видеоурок показался полезным.
