4.5. Рассеянный склероз

Симптомы и признаки. Рассеянный склероз — прогрессирующее аутоиммунное заболевание нервной системы, которое может проявляться как расстройство чувствительности (покалывание и онемение рук и ног, болевые синдромы), зрительные нарушения, спастические параличи, усиление тонических мышечных рефлексов на растяжение, нарушения координации движений (атаксия).

Патогенез. Происходит демиелинизация аксонов в головном и спинном мозге. Из-за патологических изменений структуры миелиновой оболочки нарушается сальтаторное проведение возбуждения, так что снижаются скорость и эффективность передачи сигналов. Поскольку демиелинизация может происходить в различных отделах головного мозга, симптоматика заболевания разнообразна.

Коротко

Отросток нервной клетки можно рассматривать как «биологический кабель» — электрическая цепь из резистивных и емкостных элементов. Определяющая роль в интеграции и проведении синаптических потенциалов от дендритов к соме принадлежит постоянной времени и постоянной длины мембраны. Проведение ПД по аксонам представляет собой активный процесс (активация NаV-ка- налов).

От точки возникновения ПД распространяется с высокой скоростью вдоль всего аксона нервной клетки к синаптическим окончаниям. В немиелинизированных волокнах проведение осуществляется непрерывно (со скоростью ~1 м/с), а в миелинизированных волокнах это сальтаторный процесс, скорость которого может достигать 100 м/с.

Высокая скорость сальтаторного проведения обусловлена сосредоточением NаV-каналов в перехватах Ранвье, а также особыми электрическими свойствами межперехватных сегментов.

или суммации ВПСП? Инициация одиночного ПД составляет исключение. Обычно возникают серии импульсов (рис. 4.21). Максимальная их частота зависит от абсолютного рефрактерного периода.

Адаптация. Что касается частоты ПД, то она существенно зависит от типа нейрона. Например, в пирамидных клетках коры мозга максимальная частота ПД невелика. Кроме того, эти клетки проявляют выраженную адаптацию, т. е. в условиях постоянной стимуляции частота ПД постепенно снижается. Во время длительной стимуляции наблюдаются ритмические серии ПД, причем промежуток между двумя соседними ПД постепенно нарастает (рис. 4.21). Подобное явление объясняется присутствием Са2+-активируемых K+-каналов (КСа) SК-типа (рис. 4.8). Во время серии потенциалов действия SК-каналы все более интенсивно активируются входящим Са2+-током, так что амплитуда медленной следовой гиперполяризации, обусловленной SК-каналами, растет. Наряду с активацией SК-каналов существенную роль в адаптационном процессе играет кумулятивная инактивация NаV-каналов.

Высокочастотные разряды потенциалов действия. Для тормозных интернейронов определенного типа, так называемых быстроразряжающихся, или быстрых (fast-spiking) интерней-

4.8. Ритмическая активность и кодирование информации в нервной системе

Возникновение серии потенциалов действия в нервных клетках

Ритмическая активность и рефрактерный период. В ответ на кратковременное пропускание стимулирующего тока нервные клетки генерируют одиночный ПД. Что происходит в случае длительной стимуляции, например при поступлении тонических сенсорных потенциалов (разд. 13.3)

Рис. 4.21. Ритмические серии потенциалов действия, вызванные длительной стимуляцией. А. Деполяризующий ток (1 нА) вызывает в нейроне электротонический потенциал. Если амплитуда деполяризации не преодолевает порога генерации ПД (~20 мВ; см. отметку в виде короткой прерывистой линии), она может продолжаться до тех пор, пока не прекратится стимул. При этом генерируются низкочастотные ПД. Б. При повышении силы стимулирующего тока до 4 нА амплитуда электротонического потенциала достигает уровня ~0 мВ (короткая прерывистая кривая). В результате возникает высокочастотная серия ПД

Коротко

Как правило, длительные стимулы вызывают ритмическую активность нервных клеток. Причем между типами клеток существуют значительные различия. Для пирамидных клеток характерны низкочастотные ПД с выраженной адаптацией, для некоторых ГАМКергических интернейронов, наоборот, ПД с высокой частотой и минимальной адаптацией. Генерация высокочастотных разрядов обусловлена экспрессией КV3-каналов. Спонтанные разряды нейронов возможны даже в отсутствие входных синаптических сигналов. Механизмы такой спонтанной активности разнообразны, в том числе экспрессия NаV-, КV4-, HCN- и СаV3-каналов. Аналоговые сигналы (например, градуальные рецепторные потенциалы) перекодируются в нервной системе в цифровую форму (ПД, возникающие по принципу «все или ничего»). В кодировании информации играют роль средняя частота ПД (частотное кодирование) и время возникновения ПД (временно€е кодирование). Пример частотного кодирования — регуляция силы сокращения скелетной мышцы посредством изменений частоты ПД мотонейронов. Пример временно€го кодирования — детекция источников звука слуховой системой ствола мозга (направленный слух).

Литература

Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002) Molecular biology of the cell, 4th edn. Garland Science, New York

Ashetoft FM (2000) Ion channels and disease. Academic Press, London

David J, Aidley DJ, Stanfield PR (1996) Ion channels. Cambridge Univ Press, Cambridge

Häusser M, Raman IM, Otis T, Smith SL, Nelson A, du

Lac S, Loewenstein Y, Mahon S, Pennartz C, Cohen I, Yarom Y (2004) The beat goes on: spontaneous firing in mammalian neuronal microcircuits. J Neurosci 24: 9215– 9219

Hodgkin AL, Huxley AF (1952) Quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. J Physiol 117: 500–522

Hille B (2001) Ion channels of excitable membranes, 3rd ed. Sinauer, Sunderland

IUPHAR Compendium of voltage-gated ion channels 2005 (2005). Pharmacological Rev 57: 385–540

Jack JJB, Noble D, Tsien RW (1975) Electric current flow in excitable cells. Clarendon, Oxford

Kandel ER, Schwartz JH, Jessel TM (2002) Principles in neural science. McGraw-Hill, New York