4. Физиологические свойства нервов. Мионевральный синапс.

Нерв и нервные стволы, которые можно видеть невооруженным глазом – есть совокупность аксонов, окруженные общей соединительно-тканной оболочкой.

В центральной нервной системе (ЦНС) аксон окружают клетки, в совокупности называемые нейроглией; за пределами ЦНС аксон заключен в оболочку из швановских клеток – неврилемма. Аксон оканчивается группой концевых разветвлений, которые служат для передачи сигналов другим нейронам или исполнительным органам. Вокруг некоторых аксонов швановские клетки откладывают спиральные слои изолирующего материала – миелин. Миелин имеет липидную природу и выполняет следующие основные функции: 1) является изолятором, в результате чего препятствует прохождению ионов и возникновению местных токов на участках нерва, покрытых миелином; 2) выполняет трофическую функцию: регулирует обмен веществ, регулирует рост осевого цилиндра, принимает участие в синтезе ацетилхолина. Нервы, в структуре которых имеется миелин, называются миелиновыми нервами. В этих нервах есть небольшие участки, которые не покрыты миелином – перехваты Ранвье (рис.). Вокруг аксонов, находящихя в ЦНС, миелин образуется не не швановскими клетками, а особыми клетками сателлитами – олигодендроцитами. Нервы, не имеющие миелин, называются безмиелиновыми. Таким образом, по своей структуре нервы бывают миелиновые и безмиелиновые. Каждый нерв обладает двумя физиологическими свойствами: возбудимостью и проводимостью

Механизм распространения возбуждения по нерву. Распространение возбуждения по нерву объясняется теорией местных токов. При любом раздражении нерва (электрическим током, прикосновением, каким-либо повреждающим фактором и т.д.) происходит изменение МПП. До раздражения нерв поляризован, а при стимуляции нерва он деполяризуется. Если при этом приложить к поверхности нерва два электрода, из которых один будет находиться в точке раздражения, а другой на участке, не подвергнутом раздражению, то прибор покажет, что первый электрод заряжен отрицательно по отношению ко второму. Такая местная деполяризация является начальным этапом возникновения нервного импульса. Этот местный процесс развивается медленно и, если он не достигнет критической величины, то , происходящие в нерве восстановительные процессы приводят к реполяризации мембраны нерва и изменения останутся чисто локальными (местными, не распространяющимися). Если деполяризация достаточно быстро достигает критического уровня, то она сама вызовет раздражение соседних участков нерва по обе стороны от себя. Таким образом, в результате местной стимуляции, возникает электрический ток, направленный от двух неактивных пока участков к деполяризованному участку (рис.). В результате этого местного тока происходит деполяризация двух новых участков нерва, находящихся по обе стороны от места раздражения. Эти два новых деполяризованных участка начнут стимулировать примыкающие к ним неактивные области и т.д., то есть возникает цепная реакция. Таким образом, это «самопроизводящееся» состояние деполяризации будет распространяться по нервному волокну. Такую распространяющуюся деполяризацию называют МПД нерва, который возникает быстро (его длительность около 2 мс). После каждого МПД должен пройти определенное время, прежде, чем сможет возникнуть второй МПД. Этот промежуток называется абсолютным рефрактерным периодом (от 0,2 до 2 мс). Механизм передачи возбуждения по нерву будет зависеть от его структуры. В безмиелиновом нервном волокне происходит непрерывное распространение возбуждения, поэтому местные токи проходят через большую поверхность мембраны. В миелиновых нервах участки, покрытые миелином обладают очень высоким сопротивлением (100000 – 160000 ом/см²). Таким образом, строение миелинового нерва создает предпосылки для качественно нового типа проведения возбуждения – сальтаторного (от латинского persaltum – прыжки). Местные токи, в одном из перехватов не проходят через всю мембрану (как это отмечалось в безмиелиновых нервах), а идут через соседние перехваты, то есть, возникший МПД в участке раздражения, как бы перескакивают («прыгают») от одного перехвата Ранвье к другому. При этом МПД может перескакивать через 2-3 и даже 5 перехватов Ранвье. Нетрудно убедиться в преимуществе сальтаторного типа проведения возбуждения по нерву: 1) при этом увеличивается скорость распространения возбуждения (до 120 м/с); 2) распространение возбуждения происходит с меньшими затратами энергии, то есть более экономно.

Скорость проведения импульсов возрастает с увеличением диаметра аксона, так как при этом снижается внутреннее сопротивление. Таким образом, толстые нервы проводят возбуждение быстрее, чем тонкие. Однако у позвоночных высокие скорости достигаются иным путем. Важную роль при этом играет миелиновая оболочка, которая служит хорошим изолятором, так что прохождение тока между жидкостью, окружающей эту оболочку, и внутренней средой аксона, невозможно. Местные токи могут проходить только в перехватах Ранвье. Миелинизированное нервное волокно толщиной всего лишь в несколько микрон способно проводить импульсы со скоростью до 100 м/с, тогда как у самых толстых волокон (1 мм в диаметре), не покрытых миелином, скорость проведения составляет лишь 20 – 50 м/с. Если же брать только миелиновые нервные волокна, то здесь отмечается четкая зависимость скорости проведения возбуждения от диаметра нервных волокон (табл.).

Законы проведения возбуждения по нерву (рис.). Различают три закона проведения возбуждения по нерву. Первый закон свидетельствует о том, что возбуждение распространяется по нерву только в случае его анатомической и физиологической целостности. Так, если перерезать нерв (нарушить анатомическую целостность), то возбуждение по нерву распространяться не будет. Если каким-либо повреждающим агентом (хлороформ, эфир, раствор KCl) подействовать на нерв, мы нарушаем временно физиологическую целостность нерва. В этом случае возбуждение также не будет распространяться по нерву. Второй закон свидетельствует о том, что возбуждение распространяется по нерву в обе стороны от места раздражения, то есть в нервах отмечается двухстороннее проведение возбуждения. Третий закон свидетельствует об изолированном проведении возбуждения по нерву, то есть возбуждение с одного нерва не передается на другой нерв как бы близко не находились нервные волокна. Следует отметить, что закон физиологической целостности нерва в какой-то мере относителен для миелиновых волокон, в которых возбуждение распространяется скачкообразно, поэтому при небольшом участке альтерации нерва возбуждение может перейти этот участок. Закон изолированного проведения возбуждения относителен для безмиелиновых нервов, так как при сильном возбуждении оно может перейти с одного безмиелинового нерва на другой безмиелиновый нерв.

Механизм передачи возбуждения через синапс. Нервная система состоит из отдельных нейронов, разделенных межклеточными промежутками, поэтому должен существовать механизм, который позволяет нервному импульсу «перескакивать» с аксона одного нейрона на дендриты или тела другого или, в случае нервно-мышечного соединения - на мышцу.

В истории изучения передачи возбуждения с нерва на мышцу почетное место принадлежит физиологу Александру Григорьевичу Геницинскому. Он отдал изучению этой проблемы 15 лет своей исключительно плодотворной жизни. В период 1935 – 1950 гг. был большой научный спор между сторонниками двух теорий синаптического проведения возбуждения в нервно-мышечном соединении – электрической и химической. И только в 1949 г на Пражском симпозиуме по свидетельству Экклса «почти всеми было признано, что передача импульсов в нервно-мышечном соединении и в ганглиях осуществляется посредством ацетилхолина».

В классическом эксперименте Отто Леви в 1921 г. с двумя сердцами, было наглядно продемонстрированно, что нервы при раздражении могут выделять какое-то, способное к диффузии, вещество. Когда два изолированных сердца соединяли таким образом, что кровь, выходившая из одного сердца, поступало в другое . при раздражении блуждающего нерва одного сердца останавливались оба сердца. Позже было установлено, что диффундирующее вещество представляет собой ацетилхолин.

Существующие межнейронные соединения Шеррингтон назвал синапсами. Синапс – это структурное образование, где происходит переход одного нервного волокна на другой, или переход нерва на нейрон и мышцу. Для синаптического участка аксона характерно скопление мелких округлых телец – синаптических пузырьков (везикул) диаметром от 10 до 20 нм. Эти пузырьки содержат специфическое вещество, которое освобождается при возбуждении аксона и называется медиатором. Окончание аксона с пузырьками называется пресинаптической мембраной. Участок нерва, нейрона или мышцы, куда непосредственно передается возбуждение называется постсинаптической мембраной. Между этими двумя структурами имеется небольшой промежуток (не более 50 нм), который называется синаптической щелью. Таким образом, любой синапс состоит из трех частей: пресинаптической мембраны, синаптической щели и постсинаптической мембраны (рис.). Из вышеизложенного следует, что в синапсах передача возбуждения осуществляется химическим способом и происходит это за счет трех процессов: 1) освобождения медиатора из пузырьков; 2) диффузии медиатора в синаптическую щель; 3) соединением этого медиатора со специфическими реактивными структурами постсинаптической мембраны, что приводит к образованию нового импульса.

При каждом нервном импульсе происходит освобождение медиатора из пузырьков, который диффундирует в синаптическую щель и соединяется с реактивными структурами (субстанциями, рецепторами) постсинаптической мембраны и при этом возникает усиление проницаемости для ионов натрия или ионов калия. В первом случае (при увеличении проницаемости для ионов натрия) происходит деполяризация постсинаптической мембраны с образованием возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП). Если ВПСП доходит до критического уровня (это зависит от количества медиатора), тогда во внесинаптической мембране возникает МПД (рис.). Во втором случае (при увеличении проницаемости для ионов калия) происходит гиперполяризация мембраны с образованием тормозного постсинаптического потенциала (ТПСП). Возникновение ВПСП или ТПСП на постсинаптической мембране зависит от медиатора, который выделяется в пресинаптической мембране: ацетилхолин и норадреналин вызывает возникновение ВПСП, а гамма аминомаслянная кислота – возникновение ТПСП. Синапс оказывает известное сопротивление потоку импульсов в нервной системе и не каждый импульс, достигший синапса, передается на следующий нейрон. Разные синапсы оказывают различное сопротивление, поэтому они играют важную роль в определении пути импульса по нервной системе и в реакции организма на тот или иной раздражитель. Лекарственное вещество стрихнин снижает синаптическое сопротивление; при отравлении стрихнином самый слабый раздражитель вызывает у человека секреторную активность всех желез и судорожное сокращение всех мышц тела.

Величина синаптического сопротивления может изменяться под влиянием нервных импульсов: в одном случае приходящий импульс может свести на нет действие другого, в другом случае импульс может усилить действие другого – происходит облегчение. Эти два процесса играют важную роль в интеграции активности различных органов и частей тела. Таким образом, торможение и усиление может происходить только в синапсе, поскольку после того, как импульс начал свой путь по нерву, распространение его не может быть ни остановлено, ни ускорено. В нервно-мышечном синапсе в пресинаптической мембране выделяется ацетилхолин, который диффундирует в синаптическую щель и соединяется с холинореактивными структурами (белки, чувствительные к ацетилхолину) постсинаптической мембраны и вызывает местную деполяризацию с образованием ВПСП. Если ВПСП доходит до критического уровня, тогда во внесинаптической мембране возникает распространяющийся потенциал действия (МПД). Передачу импульсов с пресинаптической мембраны можно блокировать, если ввести вещество, которое обладает сродством к холинреактивной структуре постсинаптической мембраны. Таким веществом является яд кураре, который соединяется с холинореактивными структурами постсинаптической мембраны и выделившийся ацетилхолин перестает действовать на постсинаптическую мембрану. Другой яд – ботулиновый токсин препятствует выделению ацетилхолина из пресинаптической мембраны.

Гистохимическое исследование обнаружило, что в области синапса высокая концентрация активного фермента ацетилхолинэстеразы, который гидролизует ацетилхолин на холин и уксусную кислоту. Часть холина захватывается пресинаптической мембраной из которого опять синтезируется ацетилхолин. Другая часть холина и уксусная кислота в виде ацетатов всасывается в кровь. Если ввести ингибитор холинэстеразы (эзерин, простигмин, галантамин), то удлиняется рефрактерный период и мышца не реагирует на новые раздражения (рис.). Таким образом, для возникновения нового сокращения, должно произойти разрушение ацетилхолина, который выделился от предыдущего импульса.