Спр. материал / ОБЩАЯ ЦНС / 03. М-М ВОЗБ НЕЙР
.doc7.5. МЕХАНИЗМ ВОЗБУЖДЕНИЯ НЕЙРОНОВ
Механизм передачи возбуждения в химических синапсах ЦНС в общих чертах таков же, как и в нервно-мышечном синапсе. Однако имеется ряд отличительных особенностей.
1. В возникновении ПД в нейронах в отличие от нервных и мышечных волокон (ске-
летной мышцы) принимают участие ионы Со2*, ток которых в клетку более медленный, чем ток Na+. В частности, в дендритах клеток Пуркинье мозжечка выявлены не только быстрые натриевые потенциалы, но и медленные кальциевые, вход Са+ в преси-наптических окончаниях обеспечивает выброс медиатора, вход Са+ в дендриты нейрона примерно равен входу Na+ в тело нейрона при возбуждении. В телах некоторых нервных клеток ПД создается преимущественно за счет Са2+, а в аксоне — главным образом за счет Na+.
2. Для возбуждения нейрона (возникновения ПД) необходимы потоки афферентных импульсов и их взаимодействие. Это объясняется тем, что один пришедший к нейрону импульс вызывает небольшой возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) — всего 0,05 мВ (миниатюрный ВПСП). При этом необходимо учесть, что одновременно могут возникать не только возбуждающие, но и тормозный потенциалы. Один пузырек (квант медиатора) содержит 1 — 10 тыс. молекул медиатора. Один ПД, пришедший в пре-синаптическое окончание, обеспечивает выделение 200—300 квантов медиатора. Если учесть, что пороговый потенциал нейрона 5—10 мВ, ясно, что для возбуждения нейрона требуется некоторое множество импульсов. Выброс медиатора из нервного окончания обеспечивает входящий в деполяризованную терминаль ток Са2+, причем количество медиатора прямо пропорционально входу ионов Са2+. Действует Са2+ с помощью белка — кальмодулина, при этом четыре иона Са+ обеспечивают выброс одного кванта медиатора. При поступлении импульсов к нейрону-мишени в результате суммации ВПСП различных входов возникает деполяризация генераторного пункта, которая, достигнув критической величины, обеспечивает возникновение ПД нейрона-мишени. ВПСП возникает вследствие суммарного тока в клетку и из клетки различных ионов согласно электрохимическому градиенту через ионные каналы, функциональная активность которых определяется присутствием медиатора. Поступивший в пресинапти-ческое окончание Са2+ удаляется за его пределы с помощью Са-насоса. Прекращение действия выделившегося в синаптическую щель медиатора осуществляется частично посредством обратного захвата его преси-наптическим окончанием, частично — с помощью разрушения специальными ферментами. Норадреналин расщепляется моно-аминоксидазой и катехолметилтрансфера-
зой, ацетилхолин гидролизуется ацетилхо-линтрансферазой, имеющейся в синаптичес-кой щели и встроенной в постсинаптичес-кую мембрану. Прекращение действия избытков медиатора на постсинаптическую мембрану предотвращает десенситизацию — снижение чувствительности постсинаптиче-ской мембраны к действующему медиатору. Медиаторы, ферменты, белки, митохондрии транспортируются в пресинаптические окончания из тела клетки по аксону с помощью микротрубочек и микрофиламентов, тянущихся по всей длине аксона. Для этого транспорта необходимы Са2+ и энергия (АТФ непрерывно ресинтезируется в аксоне). Из синапса ретроградно транспортируются по аксону в тело клетки вещества, регулирующие в ней синтез белка (см. раздел 5.2.5).
3. Место возникновения генераторных ВПСП, вызывающих ПД нейрона. Подавляющее большинство нейрональных синапсов находится на дендритах нейронов, в частности в коре большого мозга, согласно расчетам, 98 % и только 2 % — на телах нейронов. Площадь мембраны тела нейронов на 40 % занята синапсами, дендритов — на 75 %. Отношение числа синапсов к нейронам в коре большого мозга составляет 40 000:1. Однако наиболее эффективно вызывают возбуждение нейрона синаптические контакты, расположенные на теле нейрона. Это связано с тем, что постси-наптические мембраны этих синапсов располагаются в непосредственной близости от места первичного возникновения ПД, располагающегося в аксонном холмике. Близость соматических синапсов к аксонному холмику обеспечивает участие их ВПСП в механизмах генерации ПД. В связи с этим некоторые авторы предлагают называть их генераторными синапсами.
4. Генераторный пункт нейрона, т.е. место возникновения ПД, — аксонный холмик. Синапсы на нем отсутствуют, отличительной особенностью мембраны аксонного холмика является высокая ее возбудимость, в 3—4 раза превосходящая возбудимость сомаденд-ритной мембраны нейрона, что объясняется более высокой концентрацией Na-каналов на аксонном холмике. ВПСП электротони-чески достигают аксонного холмика, обеспечивая здесь уменьшение мембранного потенциала до критического уровня. В этот момент возникает ПД. Возникший в аксонном холмике ПД, с одной стороны, ортодромно переходит на аксон, с другой — антидромно на тело нейрона (рис. 7.2). Поскольку постоянная длины (А.) мембраны нейрона состав-
ляет 1—2 мм (расстояние, на котором ВПСП уменьшается на 37 %), а диаметр тела нейрона в несколько десятков раз меньше, то величина ВПСП, достигающая аксонного холмика, достаточна для возникновения ПД на нем.
При возбуждении нейронов потребление О2 возрастает в 2 раза, уменьшается количество нуклеиновых кислот в цитоплазме (иногда в 5 раз). Источником энергии является в основном глюкоза крови, собственные небольшие запасы гликогена достаточны лишь на 3—5 мин работы нейрона.
5. Роль дендритов в возникновении возбуждения до сих пор дискутируется. Дендритные синапсы удалены на значительное расстояние от генераторного пункта нейрона. По этой причине их ВПСП не могут вызвать там должной деполяризации и обеспечить генерацию ПД. Считают, что синапти-ческий аппарат дендритов проявляет себя при одновременном поступлении возбуждения к значительному числу дендритных синапсов, при этом суммарный дендритный ВПСП, изменяя мембранный потенциал генераторного пункта на подпороговом уровне электротонически, вызывает лишь модуляцию его возбудимости, делая возбудимость большей или меньшей в зависимости от временных и амплитудных характеристик колебаний мембранного потенциала генераторного пункта относительно величины критического уровня деполяризации. Данное обстоятельство, как выяснилось, может отразиться на выраженности ответной реакции нейрона при поступлении к нему в этот момент возбуждений через синапсы тела нейрона. В связи с этим дендритные синапсы получили название модуляторных синапсов.