Normalnaya_fiziologia_V_P_Degtyarev

вызывает гиперполяризацию мембран рецепторов, предупреждая тем самым возникновение импульсов, вызывающих болевое ощущение. Величина постоянного тока, необходимая для поляризации, равна 15—20 мкА. По данным экспериментальных клинических наблюдений, в 76 % случаев этот метод дает частичный или полный эффект обезболивания твердых тканей и пульпы зуба.

Преимущества электрообезболивания заключаются в безопасности метода как для больного, так и для врача, в быстром развитии обезболивающего эффекта при контакте электрода с тканями, в отсутствии необходимости нанесения дополнительной травмы, как при инъекционном обезболивании, и применении химических веществ, как при введении анестетиков.

2.4. Физиология нервов и нервных волокон

Нервные волокна представляют собой отростки нервных клеток. Они выполняют специализированную функцию — проведение нервных импульсов. Отдельное нервное волокно состоит из осевого цилиндра, окруженного мембраной. Часть нервных волокон покрыта миелиновой оболочкой, которую образуют шванновские клетки. Такие волокна называются миелиновыми. Миелиновая оболочка состоит из 80 % липидов и 20 % белков, что определяет ее высокое омическое сопротивление. Другая часть нервных волокон (безмиелиновые) миелиновой оболочки не имеет. Нервные волокна формируют нерв или нервный ствол, состоящий из большого числа нервных волокон, заключенных в общую соединительнотканную оболочку. Нервные волокна, проводящие возбуждение от рецепторов в ЦНС, называются афферентными, а волокна, проводящие возбуждение от ЦНС к исполнительным органам, — эфферентными. Нервы состоят из афферентных и эфферентных волокон. В состав большинства нервов входят миелиновые и безмиелиновые волокна.

Нервные волокна обладают физиологическими свойствами — возбудимостью, проводимостью, лабильностью.

2.4.1. Типы нервных волокон

Нервные волокна по диаметру и скорости проведения возбуждения подразделяют на три типа: А, В, С. Волокна типа А в свою очередь делят на подтипы А-альфа, А-бета, А-гамма, А-дельта. Основанием для такой дифференциации послужили исследования Дж. Эрлангера и X. Гассера (1937), подкрепленные результатами гистологических работ.

52

Было установлено, что волокна типа А покрыты миелиновой оболочкой. Наиболее толстые из них (А-альфа) имеют диаметр 12—22 мкм и наибольшую скорость проведения возбуждения — 70—120 м/с. Эти волокна проводят возбуждение от моторных нервных центров спинного мозга к скелетным мышцам (двигательные волокна) и от определенных рецепторов мышц к соответствующим нервным центрам (афферентные волокна). Три другие группы волокон типа А (бета, гамма, дельта) имеют меньший диаметр — от 8 до 1 мкм и меньшую скорость проведения возбуждения — от 5 до 70 м/с. Волокна этих групп относятся преимущественно к чувствительным, проводящим возбуждение от различных рецепторов — тактильных, температурных, некоторых болевых рецепторов и рецепторов внутренних органов в ЦНС. Исключение составляют лишь гамма-волокна, значительная часть которых проводит возбуждение от гамма-мотонейронов спинного мозга к интрафузальным мышечным волокнам.

Кволокнам типа В относятся миелиновые преганглионарные волокна автономной нервной системы (АНС). Их диаметр — 1—3,5 мкм, а скорость проведения возбуждения — 3— 18 м/с.

Кволокнам типа С относятся безмиелиновые нервные волокна малого диаметра — 0,5—2,0 мкм. Скорость проведения возбуждения по ним не более 3 м/с (0,5—3,0 м/с). Большинство волокон этого типа составляют постганглионарные волокна симпатического отдела АНС. Они также проводят возбуждение от болевых рецепторов, терморецепторов и рецепторов давления.

2.4.2. Механизм проведения возбуждения по нервным волокнам

Принципиально механизм проведения возбуждения у различных нервных волокон одинаков. По современным представлениям, он осуществляется на основе ионных механизмов генерации ПД. Вместе с тем имеются и некоторые различия в механизмах проведения возбуждения по миелиновым и безмиелиновым волокнам (рис. 2.7).

При распространении возбуждения по безмиелиновому нервному волокну местные электрические токи, которые возникают между его возбужденным участком (поверхность заряжена отрицательно) и невозбужденным (поверхность заряжена положительно), вызывают деполяризацию мембраны до ее критического уровня с последующей генерацией ПД (т.е. распространяющегося возбуждения) в ближайшей к возбужденному участку части невозбужденной мембраны. В следующий момент локальные токи возникают уже между только

53

что возбужденной частью мембраны и следующим ближайшим невозбужденным участком. Процесс генерации ПД в этой части невозбужденной мембраны многократно повторяется и обеспечивает распространение

возбуждения вдоль нервного волокна. Амплитуда ПД не изменяется, так как он каждый раз воспроизводится заново возбуждающимся участком мембраны. Поскольку при этом в процесс возбуждения последовательно вовлекаются участки всей без исключения мембраны волокна, то такой механизм проведения возбуждения называется последовательным, или

непрерывным.

Наличие у миелиновых волокон оболочки, обладающей высоким электрическим сопротивлением, а также участков волокна, лишенных такой оболочки (перехваты Ранвъе), создает условия для качественно иного типа проведения возбуждения. Здесь местные электрические токи возникают не между соседними участками мембраны, а между соседними перехватами Ранвье, разделенными участком волокна, покрытым миелиновой оболочкой (см. рис. 2.7). Следовательно, возбуждение как бы «перепрыгивает» через эти участки от одного перехвата к другому. Такой механизм распространения возбуждения называется сальтаторным (скачкообразным), или прерывистым. Скорость такого способа проведения возбуждения значительно выше и он более экономичен по сравнению с непрерывным, поскольку в состояние активности вовлекается не вся мембрана, а только ее небольшие участки в области перехватов.

«Перепрыгивание» потенциала действия через межперехватный участок возможно потому, что амплитуда ПД в 5— 6 раз превышает величину, необходимую для возбуждения соседнего перехвата. ПД может «перепрыгивать» не только через один, но и через два—четыре межперехватных промежутка. Это явление может наблюдаться, например, при снижении возбудимости соседнего перехвата под действием какого-либо фармакологического вещества (например, новокаина).

54

2.4.3. Законы проведения возбуждения по нервным волокнам и целым нервам

Функционирование любых нервных волокон или нервов независимо от их происхождения и функционального предназначения подчиняется нескольким общим законам.

Закон двустороннего проведения возбуждения. Возбуждение по нервному волокну распространяется в обе стороны от места его возникновения, т.е. центростремительно и центробежно. Это доказывает опыт, в котором на нервное волокно накладывают две пары регистрирующих электродов на некотором расстоянии друг от друга, а между ними наносят раздражение. Возбуждение фиксируют электроды, расположенные по обе стороны от места раздражения. Вместе с тем в естественных условиях возбуждение в афферентных нервах распространяется от рецепторных структур к нервным центрам (центростремительно), а от нервных центров — к эфферентным образованиям (центробежно). Причина заключается в том, что при возникновении каждого импульса возбуждения происходит резкое падение возбудимости (абсолютная рефрактерная фаза) в том участке мембраны, где возник процесс возбуждения. Поэтому местные токи могут вызвать деполяризацию мембраны только тех участков нервного волокна, которые еще не возбуждались и возбудимость которых еще не изменена. Но если нерв или отдельные нервные волокна вовлекаются в какой-ли- бо патологический процесс (воспаление, формирование рубца, развитие опухоли), способный вызвать деполяризацию мембраны до критического уровня, то возникшее возбуждение будет распространяться в обе стороны от места поражения.

Закон анатомической и физиологической целостности. Проведение возбуждения по нервному волокну возможно лишь в том случае, если сохранена его физиологическая и тем более анатомическая целостность. Различные факторы (наркотические вещества, охлаждение, перевязка, давление), действующие на нервное волокно или нерв, могут привести, несмотря на сохранение его анатомической целостности, к нарушению физиологической целостности, т.е. к нарушению механизмов генерации возбуждения и его проведения через участок нерва, на который подействовал повреждающий раздражитель. Так, в случае неудобной позы во время сна или во время спортивных соревнований нервные проводники могут испытывать некоторое давление со стороны окружающих тканей, что приводит к нарушению их двигательных и чувствительных функций и появлению своеобразных ощущений жжения, покалывания — «отсидел ногу», «отлежал руку».

Закон изолированного проведения возбуждения. В составе нерва возбуждение по нервным волокнам распространяется изолированно, т.е. не переходя с одного волокна на другое.

55

Изолированное проведение возбуждения обусловлено тем, что электрическое сопротивление межклеточной жидкости значительно ниже сопротивления мембран нервных волокон. Поэтому основная часть локального тока, возникающего между возбужденным и невозбужденными участками нервного волокна, проходит по межклеточным пространствам, не оказывая существенного влияния на рядом расположенные нервные волокна.

Изолированное проведение возбуждения имеет важное значение. Нерв содержит большое количество нервных волокон (чувствительных, двигательных, вегетативных), которые иннервируюг различные по структуре и функциям эффекторы (клетки, ткани, органы). Если бы возбуждение внутри нерва распространялось с одного нервного волокна на другое, то нормальное функционирование эффекторов было бы невозможным.

2.4.4. Лабильность и парабиоз нервных волокон

Нервные волокна, как и другие возбудимые структуры, обладают лабильностью — способностью воспроизводить определенное количество циклов возбуждения в единицу времени в соответствии с ритмом действующих раздражителей. Мерой лабильности является максимальное количество циклов возбуждения, которое способно воспроизвести возбудимое образование в единицу времени без трансформации ритма раздражения. Лабильность определяется длительностью спайка потенциала действия, т.е. длительностью фазы абсолютной рефрактерности. Так как она у спайкового потенциала нервного волокна самая короткая, то и лабильность его самая высокая. Нервное волокно способно воспроизводить до 1000 импульсов в 1 с.

Н.Е. Введенский обнаружил, что альтерация (повреждение) участка нерва посредством, например, отравления химическим веществом, приводит к снижению его лабильности. Лабильность снижается в результате замедления процессов восстановления исходного функционального состояния альтерированного участка волокна после каждого прохождения через него импульса возбуждения. В основе этого явления на первых этапах лежит процесс замедления восстановления натриевой проницаемости, а потом и инактивация натриевых каналов мембраны, к которым затем присоединяется и нарушение калиевой проницаемости. Состояние пониженной лабильности было названо Н.Е. Введенским парабиозом, а фактор, его вызвавший, — парабиотическим агентом. Парабиоз развивается в три фазы, последовательно сменяющих друг друга: уравнительную, парадоксальную, тормозную.

56

•В уравнительную фазу происходит уравнивание величины ответной реакции на действие частых и редких раздражителей. В нормальных условиях функционирования нервного волокна величина ответной реакции иннервируемых им мышечных волокон подчиняется закону силы: на редкие раздражители ответная реакция меньше, а на частые раздражители — больше. При действии парабиотического агента и при низкой частоте раздражения (например, 25 Гц) все импульсы возбуждения проводятся через парабиотический участок, так как его возбудимость после прохождения предыдущего импульса успевает восстановиться. При высокой частоте раздражений (100 Гц) последующие импульсы могут поступать к альтерированному участку в тот момент, когда он еще находится в состоянии относительной рефрактерности, вызванной предыдущим потенциалом действия, поэтому часть импульсов к мышце не проводится. Если проводится только каждое четвертое возбуждение (т. е. 25 импульсов из 100), то величина ответной реакции становится такой же, как и на редкие раздражители (25 Гц), происходит уравнивание их ответных реакций.

•В парадоксальную фазу происходит дальнейшее снижение лабильности. При этом на редкие и частые раздражители ответная реакция возникает, но на частые раздражители она значительно меньше, так как частые раздражители еще больше снижают лабильность, удлиняя фазу абсолютной рефрактерности. Следовательно, наблюдается парадокс — на редкие

раздражители ответная реакция больше, чем на частые.

• В тормозную фазу лабильность снижается до такой степени, что и редкие, и частые раздражители не вызывают ответной реакции. При этом мембрана нервного волокна находится в состоянии длительной деполяризации в результате потери способности к реполяризации, т.е. к восстановлению исходного функционального состояния.

Явление парабиоза лежит в основе метода медикаментозного местного обезболивания.

В стоматологической практике для обезболивания наиболее часто используют местную анестезию, одним из видов которой является проводниковое обезболивание. Влияние анестезирующих веществ связано с понижением лабильности нервных волокон и нарушением в них механизма проведения возбуждения.

Введение анестетика нарушает физиологическую целостность нерва, что предотвращает распространение возбуждения в зоне фармакологической блокады. Обезболивающий эффект возникает не сразу, так как при воздействии анестезирующего вещества наблюдаются последовательно сменяющиеся парабиотические фазы — уравнительная, парадоксальная и тормозная. Врач-стоматолог должен учитывать эти осо-

57

бенности при различных вмешательствах в полости рта, которые следует начинать не ранее чем разовьется тормозная стадия парабиоза.

Парабиоз — явление обратимое. Если парабиотический агент действует недолго, то после прекращения его действия нерв выходит из состояния парабиоза через те же фазы, но в обратной последовательности.

2.5. Физиология синапсов

Синапс — специализированная структура, обеспечивающая передачу сигналов от одной возбудимой структуры к другой. Термин «синапс», введенный Ч. Шсррингтоном в 1897 г., означает «сведение», «соединение», «застежка».

2.5.1. Классификация синапсов

Синапсы классифицируют по различным критериям.

А По местоположению и принадлежности к соответствующим структурам различают синапсы:

•периферические: нервно-мышечные, нервно-секретор- ные, синапсы ганглиев автономной нервной системы, рецепторно-нейрональные;

•центральные: аксосоматические, аксодендритные, аксоаксональные, дендросомэтические.

а По функциональному признаку различают синапсы возбуждающие и тормозящие.

АПо механизму передачи сигналов — химические, электрические, смешанные.

АПо виду медиатора, с помощью которого осуществляется передача сигналов: холинергические, адренергические, серотонинергические, глицинергические и т.д.

2.5.2. Строение синапсов с химическим механизмом передачи сигналов

Синапсы этой группы состоят из следующих основных элементов (рис. 2.8):

•синаптического расширения (синаптической бляшки) с синаптическими везикулами;

•пресинаптической мембраны;

•синаптической щели;

•субсинаптической мембраны;

•постсинаIггической мембраны.

58

Синаптическая бляшка — расширенное окончание аксонной терминали, в которой находятся синаптические везикулы — пузырьки, содержащие медиатор — химический посредник передачи сигнала, митохондрии, необходимые для синтеза медиатора, гранулы гликогена и др. Пресинаптическая мембрана — часть мембраны нервного окончания в области контакта его с иннервируемой структурой. Постсинаптическая мембрана — часть мембраны иннервируемой структуры. Часть постсинаптической мембраны, которая расположена напротив пресинаптической (или под ней), называется субсинаптической мембраной. Особенностью субсинаптической мембраны является наличие в ней специальных рецепторов, обладающих разными свойствами.

Часть рецепторов относят к ионотропным, так как их взаимодействие с медиатором приводит к открытию ионных каналов мембраны. К числу таких рецепторов относятся Н-хо- линорецепторы скелетных мышц, некоторые типы глутаматных рецепторов мозга, связанных с натриево-калиевыми каналами, обеспечивающие передачу возбуждающих сигналов, а также некоторые типы ГАМК-рецепторов мозга, открывающие хлорные каналы и опосредующие тормозные процессы в мозге.

Другие рецепторы считают метаботропными, так как их взаимодействие с медиатором приводит к изменению обменных процессов в клетке. К ним относятся, например, альфа- и бета-адренорецепторы гладких мышц сосудов, М-холино- рецепторы в автономной нервной системе. Рецепторы чувствительны к определенному медиатору.

59

В субсинаптической мембране находятся только хемозависимые ионные каналы, которые не реагируют на изменение трансмембранной разности потенциалов. В постсинаптической мембране, за пределами субсинаптической, локализуются только потенциалозависимые каналы, проводимость которых определяется трансмембранной разностью потенциалов.

Синаптическая щель — межклеточное пространство между пре- и постсинаптическими мембранами, равное 20—50 нм, заполненное межклеточными жидкостью и веществом.

2.5.3. Механизм передачи сигнала в химических возбуждающих синапсах

В синапсах с химической передачей возбуждение передается с помощью медиаторов — молекул химических веществ — передатчиков, посредников. Медиаторы в зависимости от их природы делят на несколько групп:

•моноамины: ацетилхолин, норадреналин, дофамин, серотонин, гнетами н;

•аминокислоты: гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), глутаминовая, аспарагиновая кислоты, глицин, АТФ;

•полипептиды, в том числе и нейропептиды: вещество П, энкефалины, эндорфины, нейротензин, АКТГ, ангиотензин, вазопрессин, соматостатин.

Медиатор находится в пузырьках пресинаптического утолщения (синаптической бляшки). Туда он поступает с помощью быстрого аксонного транспорта (аксоток) из околоядерной области нейрона, где он синтезируется. Кроме того, в синаптической бляшке медиатор может ресинтезироваться из продуктов его расщепления в синаптической щели или транспортироваться в нее из щели в неизмененном виде.

В пресинаптическом утолщении находятся также биологически активные вещества, которые выходят вместе с медиатором и могут модулировать (изменять) характеристики выброса медиатора в синаптическую щель.

Когда по аксону к его терминалям приходит возбуждение, мембрана синаптического утолщения деполяризуется, что сопровождается поступлением Са2+ из внеклеточной среды внутрь нервного окончания через открывшиеся потенциалозависимые кальцевые каналы. Вошедшие Са2+ взаимодействуют с белком кальмодулином, образуя комплекс кальцийкальмодулин, который активирует ферментные системы пресинаптического окончания. Это вызывает перемещение синаптических пузырьков к пресинаптической мембране, слия-

60

ние мембран с последующим выходом медиатора (экзоцитозом) в синаптическую щель. В ней медиатор диффундирует к субсинаптической мембране, на которой находятся рецепторы. Взаимодействие медиатора с ионотропными рецепторами вызывает открытие хемозависимых каналов преимущественно для Na+. Это приводит к деполяризации субсинаптической мембраны и возникновению так называемого возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП).

В нервно-мышечном синапсе медиатором является ацетилхолин, который взаимодействует с ионотропным Н-холиноре- цептором. Возникающий здесь ВПСП называется потенциалом концевой пластинки (ПКП).

Между деполяризованной субсинаптической мембраной и соседними с ней поляризованными участками постсинаптической мембраны, содержащей потенциалозависимые каналы, возникают местные токи, которые деполяризуют эту мембрану до критического уровня, с последующей генерацией ПД. Последний распространяется по мембранам мышечного волокна и вызывает его сокращение.

Взаимодействие медиатора с метаботропным рецептором приводит к активации мембранных белков, например G-бел- ка. Эти белки обладают способностью активировать мембранные ферменты, например аденилатциклазу, превращающую АТФ в циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). Последний стимулирует протеинкиназы клетки и таким образом влияет на клеточные обменные процессы. Циклический АМФ называют вторичным посредником между активацией синапса и метаболическим ответом постсинаптической структуры. Существуют и другие вторичные посредники, например циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), инозитолтрифосфат, диацилглицерол, кальций-кальмодулин, опосредующие различные стороны формирования физиологического ответа клетки на поступление гуморальных управляющих сигналов или сигналов из ЦНС (механизм работы метаботропных рецепторов подробно рассмотрен в разделе «Автономная нервная система»).

Выход медиатора из пресинаптического утолщения существенно зависит от величины ее деполяризации, так как последняя определяет, какое количество Са2+ пройдет внутрь синаптической бляшки. В нормальных условиях в нер- вно-мышечном синапсе в ответ на нервный импульс выделяется около 1 млн молекул медиатора ацетилхолина. Уменьшение деполяризации пресинаптического утолщения сопровождается уменьшением выброса медиатора — торможением синаптической передачи.

Выход медиатора в синаптическую щель зависит не только от Са2+, но и от взаимодействия медиатора, находящегося в синаптической щели, с тем или иным видом рецепторов, рас-

61