Учебный вопрос № 3 процесс торможения в цнс

Торможение – это активный нервный процесс, результатом ко­торого является прекращение или ослабление возбуждения. Тормо­жение вторично относительно процесса возбуждения, так как все­гда возникает как его следствие.

Торможение в ЦНС открыл И.М. Сеченов в 1863 г. В опыте на таламической лягушке он определял латентное время сгибательного рефлекса при погружении задней конечности в слабый ра­створ серной кислоты. Было показано, что латентное время реф­лекса значительно увеличивается, если на зрительный бугор пред­варительно положить кристаллик поваренной соли. Открытие И. М. Сеченова послужило толчком для дальнейших исследований торможения в ЦНС. По месту возникновения различают пост- и пресинаптическое раздражение.

Постсинаптическое торможение

Постсинаптическое торможение открыл Дж. Экклс (1952) при регистрации потенциалов мотонейронов спинного мозга у кошки во время раздражения мышечных афферентов. При этом оказалось, что в мотонейронах мышцы - антагониста регистрируется не де­поляризация, а гиперполяризационный постсинаптический потен­циал, уменьшающий возбудимость мотонейрона, угнетающий его способность реагировать на возбуждающие влияния. По этой причине вызванный гиперполяризационный потенциал был назван тормозным постсинаптическим потенциалом – ТПСП (рис. 4). Амплитуда ТПСП 1-5 мВ, он способен суммироваться, более мощный аф­ферентный залп вызывает возрастание амплитуды ТПСП.

Рис. 4. Возбуждающий (ВПСП) и тормозной (ТПСП)

постсинаптические потенциалы

Механизм постсинаптического торможения. ТПСП уменьшает возбудимость клетки, т.е. увеличивает пороговый потенциал (ДV), так как Е_кр (критический уровень деполяризации – КУД) остает­ся на прежнем уровне, а мембранный потенциал (Е₀) возрастает. ТПСП возникает под влиянием аминокислоты глицина, а также гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). В спинном мозге глицин выделяется особыми тормозными клетками (клетками Реншоу) в синапсах, образуемых этими клетками на мембране нейрона-ми­шени. Действуя на ионотропный рецептор постсинаптической мембраны, глицин увеличивает ее проницаемость для С1^-, при этом С1^- поступает в клетку согласно концентрационному гради­енту и вопреки электрическому градиенту, в результате чего раз­вивается гиперполяризация. В среде, обедненной хлором, тормоз­ная роль глицина не реализуется. Ареактивность нейрона к воз­буждающим импульсам является следствием алгебраической сум-мации ТПСП и ВПСП, в связи с чем в зоне аксонного холмика не происходит выведения, мембранный потенциал не достигает критического уровня. При действии ГАМК на постсинаптическую мембрану ТПСП развивается в результате входа С1^- в клетку или выхода К⁺ из клетки.

Концентрационные градиенты ионов К⁺ в процессе развития торможения нейронов поддерживаются №⁺/К⁺-помпой, ионов С1^- - С1^--помпой.

Разновидности постсинаптического торможения. Обычно выде­ляют возвратное, латеральное, параллельное и прямое (реципроктное) постсинаптическое торможение. Имеются и другие варианты классификаций. Некоторые авторы называют только два вида тор­можения: возвратное и прямое (трактуется по-разному). В реальности вариантов торможения больше: они определяются множе­ством связей различных нейронов, в частности их коллатералей.

Возвратное постсинаптическое торможение – это такое тор­можение, когда тормозные вставочные нейрону действуют на те же нервные клетки, которые их активируют. В этом случае разви­вающееся торможение бывает тем глубже, чем сильнее было пред­шествующее возбуждение. Типичным примером возвратного пост­синаптического торможения является торможение в мотонейронах спинного мозга. Как следует из рис. 5, (2), мотонейроны посыла­ют коллатерали к тормозным вставочным нейронам, аксоны кото­рых, в свою очередь, образуют синапсы на тех же мотонейронах, которые возбуждают тормозную клетку Реншоу. Такая тормозная цепь называется торможением Реншоу (в честь ученого, который ее открыл), а тормозные вставочные нейроны в этой цепи – клет­ками Реншоу. Это торможение обеспечивает, например, пооче­редное сокращение и расслабление скелетных мышц-сгибателей и разгибателей, что необходимо для координации движений ко­нечностей при ходьбе. Сама клетка Реншоу возбуждается под вли­янием ацетилхолина, воздействующего на Н-холинорецептор.

Рис. 5. Разновидности постсинаптического торможения:

2 — возвратное; 3 — латеральное; 4 — прямое;

н ейроны: О———< возбуждающие, ———< тормозные

Подобную роль может выполнять и параллельное торможение, когда возбуждение блокирует само себя за счет дивергенции по коллатерали с включением тормозной клетки на своем пути и возвратом импульсов к нейрону, который активировался этим же возбуждением.

Латеральное постсинаптическое торможение графически пред­ставлено на рис. 5 (3). Тормозные вставочные нейроны соедине­ны таким образом, что они активируются импульсами от возбуж­денного центра и влияют на соседние клетки с такими же функ­циями. В результате в этих соседних клетках развивается очень глу­бокое торможение, называемое латеральным, так как образую­щаяся зона торможения находится «сбоку» по отношению к воз­бужденному нейрону и инициируется им. Латеральное торможе­ние играет особенно важную роль в афферентных системах: оно может образовать тормозную зону, которая окружает возбуждаю­щие нейроны.

Примером прямого торможения может служить реципрокное торможение, вызывающее угнетение центра-антагониста. Напри­мер, при раздражении кожных рецепторов возникает защитный сгибательный рефлекс: центр сгибания возбужден, а центр разги­бания заторможен. В этом случае возбуждающие импульсы посту­пают к центру мышцы-сгибателя, а через тормозную клетку Реншоу – к центру мышцы-антагониста, т.е. разгибателю, что пре­дотвращает ее сокращение (рис. 5, (4). Если бы возбуждались одновременно центры мышц-сгибателей и мышц-разгибателей, сгибание конечности в суставе было бы невозможным.

Пресинаптическое торможение первоначально было выявлено также в спинном мозге в опыте с регистрацией активности мото­нейронов моносинаптической рефлекторной дуги при раздраже­нии антагонистических мышечных нервов (Фрэнк, Фоуртес). Так, известно, что раздражение первичных афферентов мышечных ве­ретен сопровождается возбуждением б-мотонейронов этой же мышцы. Однако опережающее раздражение афферентов сухожильных рецепторов мышц-антаго­нистов предотвращает возбуждение активируемых б-мотонейронов. Интересно, что мембранный потенциал и возбуди­мость исследуемых б-мотонейронов не изменялись либо регистриро­вался низкоамплитудный ВПСП, недостаточный для возникнове­ния ПД. Поскольку в опыте исследовались мотоней­роны в составе моносинаптической рефлекторной дуги, было оче­видно, что они не возбуждаются вследствие процессов, происхо­дящих в пресинаптическом окончании, что определяет название этого вида торможения.

Механизм пресинаптического торможения. Электрофизиологи­ческое изучение процессов на уровне пресинаптических оконча­ний в вышеописанном опыте показало, что здесь регистрирует­ся выраженная и продолжительная деполяризация, которая ведет к развитию торможения. В очаге деполяризации нарушается про­цесс распространения возбуждения, следовательно, поступающие импульсы, не имея возможности пройти зону деполяризации в обычном количестве и с обычной амплитудой, не обеспечивают выделение медиатора в синаптическую щель в достаточном ко­личестве, поскольку мало ионов Са²⁺ входит в нервное оконча­ние – постсинаптический нейрон не возбуждается, его функци­ональное состояние, естественно, остается неизменным. Депо­ляризацию пресинаптической терминали вызывают специальные тормозные вставочные клетки, аксоны которых образуют синапсы на пресинаптических окончаниях аксона-мишени. Торможение (де­поляризация) после одного афферентного залпа продолжается 300-400 мс, медиатором является ГАМК, которая действует на ГАМК₁-рецепторы.

Деполяризация является следствием повышения проницаемо­сти для Cl^-, в результате чего он выходит из клетки. Этот факт свидетельствует о том, что в составе мембран пресинаптических терминален имеется хлорный насос, обеспечивающий транспорт Cl^- внутрь клетки вопреки электрическому градиенту. Под дей­ствием ГАМК тормозных нейронов и последующего повышения проницаемости мембраны для Cl^- ионы Cl^- начинают выходить наружу согласно электрическому градиенту. Это приводит к депо­ляризации пресинаптических терминалей и ухудшению их спо­собности проводить импульсы.

Полагают также, что деполяризация пресинаптических терми­налей может возникнуть при накоплении К⁺ в межклеточной жид­кости в результате повышенной активности нервных окончаний и соседних нервных клеток. В этом случае также ухудшается прово­димость пресинаптических терминалей из-за устойчивого сниже­ния мембранного потенциала в связи с уменьшением концентра­ционного градиента для К⁺.

Разновидности пресинаптического торможения также изучены недостаточно. По-видимому, имеются те же варианты, что и для постсинаптического торможения. В частности, на рис. 6 пред­ставлено параллельное и латеральное пресинаптическое тормо­жение. Однако возвратное пресинаптическое торможение на уровне спинного мозга (по типу возвратного постсинаптического тормо­жения) у млекопитающих обнаружить не удалось, хотя у лягушек оно выявлено.

В реальной действительности взаимоотношения возбуждающих и тормозных нейронов значительно сложнее, чем представлено на рис.6, однако все варианты пре- и постсинаптическо­го торможения объединяют в две группы:

1) когда блоки­руется собственный путь самим распространяющимся возбужде­нием с помощью вставочных тормозных клеток (параллельное и возвратное торможение);

2) когда блокируются другие нервные элементы под влиянием импульсов к соседним возбуждающим нейронам с включением на пути тормозных клеток (латеральное и прямое торможение). Поскольку тормозные клетки сами могут быть заторможены другими тормозными нейронами (торможе­ние торможения), это может облегчить распространение возбуж­дения.

Рис. 6. Разновидности пресинаптического торможения:

нейроны: 1 — параллельные, 2 — латеральные;

О ———< возбуждающие, ———< тормозные