Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Nikolls_-_Ot_neyrona_k_mozgu

.pdf
Скачиваний:
40
Добавлен:
13.03.2016
Размер:
16.96 Mб
Скачать

Глава 7. Нейроны кок проводники электричество

133

Рис. 7.4. Мембранный ток во время прохождения потенциала действия.

Fig. 7.4. Current Flow during an Action Potential at an instant in time. Rapid depolarization during the rising phase of the action potential is due to the influx of positively charged sodium ions. The positive current spreads ahead of the impulse to depolarize the adjacent segment of membrane toward threshold. Repolarization on the falling phase is due to the efflux of potassium ions.

в уменьшении расстояния, на которое потенциал распространяется вдоль волокна. Другими словами, эффективная постоянная длины для коротких сигналов меньше, чем для длительных. Кроме того, форма коротких сигналов искажается по мере их перемещения по волокну, а их амплитуда снижается за счет «закругления» пика, достигаемого все позднее и позднее.

§ 2. Распространение потенциала действия

Продвижение потенциала действия вдоль нервного волокна зависит от пассивного распространения тока в соседние участки мембраны, которое вызывает в них деполяризацию до порогового уровня. Для иллюстрации этого свойства представим себе потенциал действия, «замерший» во времени, и обрисуем общую картину распределения потенциала вдоль волокна, как показано на рис. 7.4. Размер участка мембраны, находящегося под влиянием потенциала действия, зависит от его длительности и скорости проведения. К примеру, если длительность потенциала действия равна 2 мс, а скорость его проведения 10 м/с (10 мм/мс), то потенциал распространится на участке мембраны с 2 см. В том месте, где мембранный потенциал достиг порога (т. е. на переднем фронте потенциала действия), происходит массивный вход натрия в направлении электрохимического градиента, приводящий к дальнейшей деполяризации мембраны. Как и в случае инъекции тока через микроэлектрод, входящий ток распространяется в продольном направлении от активного участка. Этот распространяющийся ток вызывает деполяризацию участка, соседнего с активным, до порогового уровня. Позади от пика потенциала действия, напротив, калиевая проводимость настолько высока, что ток через калиевые каналы вызывает реполяризацию мембраны до уровня покоя.

Импульсы обычно зарождаются в одном конце аксона и перемещаются к другому его концу. Однако, не существует предпочтительного направления распространения импульса. Импульсы, производимые в нейромышечном соединении, расположенном в середине мышечного волокна, распространяются в обоих направлениях от середины мышцы к сухожилию. Тем не менее, за редким исключением потенциал действия не способен изменить направления своего движения по волокну. Причина этого в рефрактерном периоде. В зоне рефрактерности, показанной на рис. 7.4,

134

Раздел II. Передача информации в нервной системе

натриевые каналы в основном инактивированы, а калиевая проводимость высока, поэтому распространение регенерирующего процесса в обратную сторону невозможно. После того, как потенциал действия ушел из данного участка волокна, мембранный потенциал возвращается к уровню покоя, инактивация натриевых каналов снимается, калиевая проводимость снижается до нормального уровня, и участок вновь становится возбудимым.

Скорость проведения

Скорость проведения потенциала действия зависит от того, насколько быстро и насколько далеко впереди от активного участка происходит, благодаря распространению положительного заряда, деполяризация мембраны до порогового уровня. Это, в свою очередь, зависит от величины тока, генерируемого в активном участке, а также от кабельных свойств волокна. Если постоянная времени мембраны, τт = RmCm, мала, то мембрана будет деполяризоваться быстро, что ускорит проведение. Если постоянная длины, А = (rm/ri)1/2, велика, то деполяризующий ток будет распространяться на большое расстояние от активного участка.что также увеличит скорость проведения.

Как эти факторы соотносятся с размером волокна? Как уже отмечалось выше, постоянная времени не зависит от размера. Постоянная длины, напротив, пропорциональна квадратному корню диаметра волокна. Следовательно, толстые волокна проводят быстрее, чем тонкие. Более детальное теоретическое рассмотрение показывает, что в немиелинизированных волокнах, таких как аксон кальмара, скорость проведения должна быть прямо пропорциональна корню квадратному диаметра волокна4).

Миелинизированные нервы и сальтаторная проводимость

В нервной системе позвоночных нервные волокна большего диаметра обычно миелинизированы. На периферии миелин образуют шванновские клетки, а в ЦНС — олигодендроциты (глава 8). Эти клетки плотно облегают нейроны, обвиваясь вокруг них. Мембраны так плотно соприкасаются друг с другом, что цитоплазма выдавливается из зазора между ними, в результате чего образуются тесно упакованные спиральные мембранные «обертки» (глава 8). Количество оберток (ламелей) варьирует от 10-20 до 160 5). Наличие 160 ламелей означает, что между плазматической мембраной аксона и внеклеточной жидкостью последовательно располагается 320 мембран. Таким образом, эффективное сопротивление мембраны возрастает в 320 раз, и во столько же раз снижается мембранная емкость. Миелин составляет обычно от 20 до 40 % общего диаметра волокна. Миелиновая оболочка прерывается через равные промежутки так называемыми перехватами Ранвье, в которых собственная мембрана аксона не покрыта миелином. Расстояние между перехватами обычно в 100 раз превосходит внешний диаметр волокна и составляет от 0,2 до 2 мм.

Функция миелиновой оболочки состоит в том, чтобы обеспечить протекание тока главным образом в перехватах, благодаря высокому сопротивлению и низкой емкости миелинизированных участков мембраны между ними. В результате возбуждение перемешается скачкообразно от перехвата к перехвату, и скорость проведения при этом значительно возрастает. Такое импульсное проведение получило название сальтаторного (от латинского saltare — прыгать). Сальтаторное проведение не означает, что потенциал действия может протекать лишь в одном перехвате Ранвье в каждый отдельно взятый момент. В то время как возбуждение распространяется на очередной перехват, многие предыдущие перехваты по-прежнему пребывают в активированном состоянии. Миелинизированные аксоны не только проводят возбуждение быстрее немиелинизированных, но и способны проводить импульсы более высокой частоты в течение более долгого времени. Эти преимущества следует отнести на счет еще одного последствия миелинизации, а именно того, что в процессе проведения импульса меньшее количество натрия и калия проникает через мембрану, поскольку регенеративные процессы протекают в основном в перехватах Ранвье. Следовательно, меньше метаболической энергии затрачивается на поддержание внутриклеточных ионных концентраций.

Сальтаторное проведение впервые продемонстрировали в 1941 году Тасаки 6) и, позднее, Хаксли и Штемпфли 7), которые регистрировали ток в перехватах и межперехватных участках. Подобный эксперимент на изолированном миелинизированном аксоне показан на рис. 7.5. Нерв помешен в три ванночки с растворами солей, средняя из которых

Глава 7. Нейроны как проводники электричества

135

Рис. 7.5. Ток, протекающий в миелинизированном волокне. (А) Перехват Ранвье расположен в средней ванночке (номер 2). (В) В средней ванночке находится межпе рехватный участок.

Fig. 7.5. Current Flow through a Myelinated Axon. A single myehnated axon passes through two air gaps that create three compartments not linked by extracellular fluid. During the propagated action potential currents into and out of the center compartment (2) flow through the resistor (R); the voltage drop across the resistor provides a measure of the current. (A) A node of Ranvier is in compartment 2. Initially, as the action potential approaches and the node is being depolarized, current flows through the resistor from compartment 2 to compartment 1 (upward deflection); when threshold is reached at the node, a large inward flux follows and the current is reversed. (B) An internode is in the center compartment and there is only outward current flow from the compartment, with no inward current, as the action potential first approaches and then leaves the internodal segment (After Tasaki, 1959.)

была более узкой и отделялась от остальных воздушными прослойками с высоким сопротивлением. Ванночки соединены между собой внешней электрической цепью, как показано на рисунке, благодаря чему ток не прерывается воздушными прослойками, но протекает из центральной ванночки через резистор (R). Падение напряжения на резисторе позволяет измерить величину и направление токов.

В первом опыте (рис. 7.5А) в центральной ванночке находился перехват Ранвье. В результате раздражения нерва ток сначала вытекает из перехвата наружу и обратно в сторону активного участка (восходящая часть кривой) по мере того, как перехват деполяризуется до порогового уровня. Затем следует входящий ток (нисходящая часть кривой), протекающий в ходе генерации потенциала действия. Если в средней ванночке располагался миелинизированный (межперехватный) участок аксона (рис. 7.5В), то входящий ток отсутствовал, и регистрировали лишь небольшие отклонения за счет емкостного и резистивного токов из средней ванночки в направлении возбужденных участков. Подобные опыты подтвердили, что входящего тока, а следовательно и регенеративного процесса в межперехватных участках нет.

Изощренные методы регистрации сальтаторного проведения в нерассеченных аксонах млекопитающих были разработаны Бостоком и Сирсом 8). Эти методы позволяют измерять как входящие токи в перехватах, так и продольные токи в межперехватных участках, давая возможность точно определить положение перехватов Ранвье и расстояния между ними.

Скорость проведения в миелинизированных волокнах

Диапазон возможных значений скорости проведения в миелинизированных волокнах широк: от нескольких метров в секунду до 100 м/с. Мировой рекорд принадлежит миелинизированным аксонам креветки, которые проводят возбуждение быстрее 200 м/с 9). В нервной системе позвоночных нервы разделяются на группы по скорости проведения 10) или по функции. В соответствии с теоретическими расчетами, скорость проведения в волокне должна быть пропорциональна его диаметру11). Бойд и коллеги показали, что у млекопитающих скорость проведения (в м/с) для толстых миелинизированных волокон приблизительно равняется их внешнему диаметру (в м), помноженному на 6. Для более тонких волокон коэффициент пропорциональности приблизительно равен 4,512).

136

Раздел П. Передача информации в нервной системе

Интересным с точки зрения теории представляется такой параметр, как оптимальная толщина миелиновой оболочки, обеспечивающая максимальную скорость проведения при данном внешнем диаметре волокна. Очевидно, что чем толше миелиновая оболочка, тем больше возрастет сопротивление мембраны аксона. С другой стороны, с увеличением толщины миелиновой оболочки уменьшается площадь поперечного сечения аксоплазмы и, следовательно, возрастет ее внутреннее продольное сопротивление. Первый из этих факторов влечет за собой ускорение проведения, второй — его замедление. Показано, что оптимальное значение толщины миелиновой оболочки достигается, когда диаметр аксона составляет приблизительно 0,7 от общего диаметра волокна. Как уже отмечалось, наблюдаемые соотношения в периферических нервах млекопитающих варьируют от 0,6 до 0,8.

Теоретически рассчитанное оптимальное расстояние между перехватами также совпадает с реально существующим: оно превосходит диаметр аксона приблизительно в 100 раз. Большее расстояние между перехватами повышает скорость проведения. С другой стороны, ток, достигающий следующего перехвата Ранвье через более длинный межперехватный отрезок, будет ослаблен за счет противодействия продольного сопротивления. В результате деполяризация в перехвате будет развиваться медленнее, и скорость проведения снизится. Благодаря этим двум противоборствующим факторам небольшие вариации межперехватного расстояния вокруг оптимального значения почти не влияют на скорость проведения. При слишком большом межперехватном расстоянии, очевидно, деполяризация от предыдущего перехвата не достигнет порога, и проведение прекратится.

Распределение каналов в миелинизированных волокнах

Натриевые каналы в миелинизированных волокнах сконцентрированы в перехватах Ранвье, в то время как калиевые каналы собраны в приперехватных областях оболочки 13). Впервые свойства приперехватных областей, обычно покрытых миелином, были изучены Ричи и коллегами14). Для этого миелиновую оболочку ослабили с помощью ферментов или осмотического шока. Отведения с фиксацией потенциала, сделанные на обработанном участке, сравнивали с результатами, полученными до его обработки. Эксперимент показал, что в норме, при возбуждении нерва кролика, в перехватах Ранвье возникает лишь входящий ток. Реполяризация обеспечивается не за счет увеличения калиевой проводимости, как во всех описанных выше типах клеток, а в результате быстрой инактивации натриевых каналов, а также утечки ионов через достаточно большую проводимость покоя. После очистки участка, соседнего с перехватом Ранвье, от миелина в нем был зарегистрирован выходящий калиевый ток при полном отсутствии натриевого тока. Эти наблюдения показали, что в свежеочишенной от миелина мембране содержатся калиевые каналы типа «выпрямитель с задержкой», но не натриевые каналы. Более поздние исследования с использованием иммуногистохимических методов подтвердили, что потенциалзависимые калиевые каналы в миелинизированном нерве крысы собраны в приперехватных участках (рис. 7.6А) 15, 16). Интересно отметить, что в самих перехватах аксона лягушки Xenopus содержится другой тип калиевых каналов — натрий- активируемые калиевые каналы 17). Эти каналы могут открываться в ответ на вход натрия на фазе роста потенциала действия и, тем самым, способствовать реполяризации мембраны.

Каналы в демиелинизированных аксонах

В аксонах млекопитающих, миелиновая оболочка которых была удалена при помощи хронической обработки токсином дифтерии, появляется постоянная проводимость в демиелинизированных областях 7). Эти данные указывают на то, что в областях, очищенных от миелина, появляются потенциалзависимые натриевые каналы. В опытах с использованием антител, способных метить натриевые каналы, было показано, что после демиелинизации аксона каналы исчезают из областей перехватов Ранвье, в то время как вновь появившиеся каналы распределяются вдоль ранее миелинизированных участков (рис. 7.6В) 18). Потенциалзависимые калиевые каналы также перераспределяются 14, 19). После восстановления миелиновой оболочки натриевые каналы вновь концентрируются на перехватах, а калиевые — в приперехватных областях.

Геометрическое строение и блок проводимости

Модель простого однородного кабеля хорошо описывает немиелинизированный аксон,

Глава 7. Нейроны как проводники электричества

137

Рис. 7.6. Распределение натриевых и калиевых ионных каналов в миелинизированных аксонах. (А) Натриевые

(1) и калиевые (2) каналы в седалищном нерве крысы. (В) Перераспределение натриевых каналов после демиелинизации бокового нерва золотой рыбки: (а) миелинизированный аксон, (b) 14 дней после демиелинизации, (с) 21 день после демиелинизации.

Fig. 7.6. Distribution of Sodium and Potassium Channels in myelinated axons. (A) In rat sciatic nerve, sodium channels

(2) are tightly clustered in the node of Ranvier, and potassium channels (1) are sequestered in the paranodal region. Note the sharp decrease in axon diameter within the node. (B) Disruption of sodium channel distribution after demyelination of goldfish lateral-line nerve. In the myelinated axon (a), sodium channels are concentrated at the node (arrow). Fourteen days after the beginning of demyelination (b), sodium channels appear in irregular patches. At 21 days (c), more patches have appeared, distributed along the length of the nerve. (A after Rasband et al. 1998, kindly provided by P. Shrager; В after England et al. 1996, kindly provided by S. R. Levinson.)

но отнюдь не целый нейрон с телом, развитыми дендритными разветвлениями и многочисленными ветвями аксона. Сложная пространственная организация нейронов предоставляет многочисленные варианты блока проведения импульсов. В частности, проведение прервется в любом расширяющимся участке дендрита, поскольку активированная потенциалом действия мембрана в тонком участке не сможет предоставить достаточного деполяризующего тока для надпороговой активации мембраны с большей площадью в соседнем участке. Такая ситуация может возникнуть в месте раздвоения дендрита, когда активная мембрана нераздвоенного участка должна предоставить достаточное количество тока, чтобы деполяризовать два последующих участка. В нормальных условиях один импульс проходит через такое разветвление, однако при повторном раздражении может возникнуть блок. К блоку могут привести и другие факторы: в сенсорных нейронах пиявки, например, к нарушению проводимости может привести повторная гиперполяризация за счет увеличения электрогенной активности натриевых насосов (глава 15), а также благодаря долговременному

увеличению калиевой проницаемости, которое также способно повысить порог возбуждения

20) - 22).

В миелинизированных периферических волокнах фактор надежности проведения приблизительно равен 5: это означает, что ток из активного перехвата Ранвье создает деполяризацию на следующем перехвате, которая в 5 раз превышает пороговый уровень. В местах разветвления дендритов фактор надежности снижается. Также, на тех участках, где заканчивается миелиновая оболочка (например, ближе к концу моторного нерва), ток из последнего перехвата распределяется на большую площадь немиелинизированной мембраны нервного окончания, и, следовательно, производит меньшую деполяризацию, чем в перехватах Ранвье. Возможно, именно по этой причине последние межперехватные участки перед немиелинизированным окончанием обычно бывают несколько короче: благодаря этому

большее количество перехватов сможет принять участие в деполяризации нервного окончания

23).

138

Раздел И. Передача информации в нервной системе

 

 

Рис. 7.7. Распространение потенциала

 

действия в дендритах. (А) Отведения от

 

клетки Пуркинье в мозжечке, полученные

 

внедрением электрода

в указанных

 

местах и инъекцией через него

 

деполяризующего тока. Ответы на

 

деполяризацию, созданную (а) ближе к

 

краю дендритного дерева, (b) и (с) в

 

средних положениях и (d) на соме клетки.

 

(В) Проведение в пирамидальной клетке

 

коры, (а) Небольшая деполяризация

 

пассивно распространяется к соме и

 

вызывает в ней потенциал действия. (b)

 

Более высокий уровень

деполяризации

 

вызывает кальциевый потенциал действия

 

в дендрите.

 

Fig. 7.7. Spread of Action Potentials in Dendrites. (A) Records from a cerebellar Purkinje cell obtained by impaling the cell at the indicated locations and passing a depolarizing current through the electrode. Near the end of the dendritic tree (a), depolarization produces long-duration calcium action potentials. In the cell soma (d), a steady depolarizing current produces high-frequency sodium action potentials, interrupted periodically by calcium action potentials. At intermediate locations (b and c), depolarization produces calcium action potentials in the dendrite. Accompanying sodium action potentials, generated in the soma, spread passively into the dendritic tree and die out after a short distance. (B) Conduction in a cortical pyramidal cell. The cortical cell dendrite is depolarized by activating distal excitatory synapses, (a) Moderate depolarization of the dendrite is attenuated as it spreads to the soma, where it initiates an action potential. The action potential then spreads back into the dendrite.

(b) Larger depolarization produces a calcium action potential in the dendrite that precedes action potential initiation in the soma. (A from

Llinàs and Sugimori, 1980; В after Stuart, Schiller, and Sakmann, 1997.)

§ 3. Проведение в дендритах

Независимо от геометрического строения, порог возбуждения некоторых участков мембраны нейрона ниже, чем у других. Впервые это было отмечено Экклсом24) и коллегами. Они обнаружили, что при деполяризации потенциал действия сначала зарождается в области аксона, расположенной между телом клетки и первым межперехватным участком, а затем распространяется по аксону, а также назад в тело клетки и в дендриты. Примерно в то же время Куффлер и Айзагир показали, что деполяризация мембраны дендритов рецепторов растяжения рака вызывает потенциал действия не в самих дендритах, а в теле клетки или около него25). Подобные наблюдения привели ученых к мысли о том, что дендриты не способны к возбуждению и служат лишь для пассивного проведения сигналов от дендритных синапсов до начального сегмента аксона. Гипотеза эта возникла вопреки большому количеству данных, противоречащих ей. Например, ранние опыты с внеклеточной регистрацией в моторной коре млекопитающих, проделанные Ли и Джаспером, убедительно продемонстрировали, что потенциал действия способен распространяться по ден-

Глава 7. Нейроны как проводники электричество

139

Рис. 7.8. Щелевые соединения между нейронами. (А) Соединение между двумя дендритами указано стрелкой. (В) Расколотая после заморозки пресинаптическая мембрана; скопления частиц, образующих щелевые соединения, показаны стрелками. (С) Одно из мест скопления частиц при большем увеличении. (D) Отдельные коннексоны, пронизывающие пространство между клетками.

Fig. 7.8. Gap Junctions between neurons. (A) Two dendrites (labeled D) in the inferior olivary nucleus of the cat are joined by a gap junction (arrow), shown at higher magnification in the inset. The usual space between the cells is almost obliterated in the contact area, which is traversed by cross-bridges. (B) Freeze-fracture through the presynaptic membrane of a nerve terminal that forms gap junctions with a neuron in the ciliary ganglion of a chicken. A broad area of the cytoplasmic fracture face is exposed, showing clusters of gap junction particles (arrows). (C) Higher magnification of one such cluster. Each particle in the cluster represents a single connexon. (0) Gap junction region, showing individual connexons bridging the gap between the lipid membranes of two apposed cells. (A from Sotelo, Llinâs, and Baker, 1974; В and С from Cantino and Mugnam, 1975; 0 after Makowski et al., 1977.)

дритам пирамидальных клеток, от тела клетки к поверхности коры со скоростью проведения около 3 м/с 26).

Дендритные потенциалы действия, обусловленные регенеративными натриевыми и кальциевыми токами, обнаружены во многих типах нервных клеток. В мозжечке клетки Пуркинье способны генерировать не только натриевые потенциалы действия в области сомы, но и кальциевые потенциалы действия в дендритах27). Как показано на рис. 7.7А, дендритный кальциевый потенциал действия успешно достигает тела клетки. Соматический потенциал действия, напротив, не распространяется по всему дендритному дереву, но пассивно проникает в него лишь на короткие дистанции.

Как и в клетках Пуркинье, в пирамидальных клетках коры наблюдаются натриевые потенциалы действия, обычно возникающие в начальных участках аксона. В удаленных дендритах этих клеток было показано наличие кальциевых потенциалов действия 28· 29). Ответ пирамидальной клетки на деполяризацию, вызванную активацией возбуждающих синапсов (глава 9) на удаленных дендритах, показан на рис. 7.7В. Небольшая синаптическая активация (рис. 7.7В, а) вызывает деполяризацию дендритов, которая пассивно распространяется к соме. Эта деполяризация вызывает в соме потенциал действия, который распространяется обратно в дендрит. Более сильная синаптическая активация (рис. 7.7В, b) приводит к генерации собственного потенциала действия в дендрите, возникающего раньше соматического.

Несмотря на обширные данные о регенеративной активности в дендритах, общее представление об аксонном холмике как о наиболее возбудимой части клетки по-- прежнему сохраняется30).

Очевидно, что распространение потенциала действия в дендрите представляет собой гораздо более сложный процесс, чем в

140

Раздел II. Передача информации в нервной системе

аксоне. Во-первых, в аксоне справедливо допущение, что подпороговые изменения потенциала не влияют на пассивные свойства мембраны. В дендритах, напротив, это допущение невозможно благодаря наличию целого ряда потенциалзависимых проводимостей, кроме тех, что обычно участвуют в генерации потенциала действия. Положение еше более усложняется тем, что в дендритном дереве потенциалы действия соседствуют с синаптическими потенциалами. Например, фактор надежности обратного распространения потенциала действия из сомы зависит от входного сопротивления различных ветвей; входное сопротивление, в свою очередь, зависит от степени активности возбуждающих и тормозных синапсов. Таким образом, обратное распространение возбуждения в дендриты зависит от синаптической активности31)-33). В то же время поведение потенциалзависимых синаптических токов будет меняться в зависимости от обратного распространения возбуждения 34). Процесс понимания этих сложных процессов синаптической интеграции и обработки сигналов находится еше в самом начале.

§4. Токи, протекающие между клетками

В большинстве случаев электрический ток не может течь напрямую с одной клетки на другую. Существуют, однако, электрически сопряженные клетки. Свойства и функции электрических синапсов описаны в главе 9. Здесь речь пойдет об особых межклеточных структурах, обеспечивающих электрическую непрерывность между ними.

Структуры, обеспечивающие электрическое сопряжение: щелевые соединения

В местах электрического сопряжения межклеточный ток протекает через щелевые соединения 35). Щелевым соединением называется участок тесного контакта мембран двух клеток, в каждой из которых имеется скопление особых частиц, собранных в гексагональные структуры (рис. 7.8). Каждая частица, именуемая коннексоном, состоит из шести белковых субъединиц, образующих круг с внешним диаметром около 10 нм и внутренним диаметром 2 нм36·37). На сопряженной клетке находится точно такая же структура. Совместно они пронизывают зазор между мембранами (2-3 нм). Полость в сердцевине соединенных коннексонов способствует перемещению ионов и мелких молекул между клетками. Проводимость одиночного канала, образованного двумя сопряженными молекулами коннексона, составляет около 100 пСм38'.

Целый ряд белковых субъединиц коннексона (коннексонов) массой 26-56 кД был изолирован и клонирован36·39'. Названия соответствуют массе: например, коннексон-32 (32 кД) найден в печени крысы, коннексон-43 — в сердечной мышце, и т.д. Гидропатический анализ (глава 3) указывает на то, что коннексоны состоят из четырех спиральных сегментов, пронизывающих мембрану. Исследования с применением антител подтвердили, что N-конец и С-конец коннексонов расположены в цитоплазме. В каждом типе ткани в формировании коннексона участвует один или, возможно, всего несколько типов коннексонов, однако функциональное сопряжение возможно: например, когда иРНК для коннексона-32 инъецирована в одну из клеток, а для коннексона-42 — в другую, сопряженную с первой40). Сформировать щелевое соединение можно искусственно, инъецировав иРНК в два соприкасающихся ооцита Xenopus**). Важнейшим неразрешенным вопросом остается то, каким образом коннексоны на двух сопряженных клетках находят друг друга, а затем подстраивают свое положение друг под друга, не формируя при этом поры между цитоплазмой и внеклеточной средой.

Выводы

·Распространение местных подпороговых потенциалов в нейронах, а также продвижение потенциала действия вдоль нервного волокна, зависит от электрических свойств цитоплазмы и мембраны клетки.

·При инъекции постоянного тока в цилиндрическое волокно величина местного потенциала определяется входным сопротивлением волокна (rinрut), а также расстоянием, на которое он

может распространиться, определяемым постоянной длины (λ).

Глава 7. Нейроны как проводники электричества

141

·Входное сопротивление и постоянная длины зависят, в свою очередь, от удельного сопротивления мембраны (Rm) и аксоплазмы (Ri), а также диаметра волокна.

·Кроме резисторных, мембрана облвдает емкостными свойствами. Емкость мембраны (Ст) проявляется в замедлении фаз роста и спада электрических сигналов. Величина этого эффекта

определяется выражением: τ = RmCm.

· Распространение потенциала действия вдоль волокна зависит от пассивного перемещения тока от активного участка мембраны к соседнему. Скорость проведения зависит от постоянной времени и постоянной длины мембраны.

· Крупные нервные волокна позвоночных завернуты в миелиновую оболочку, выработанную шванновскими клетками. Оболочка прерывается через равные промежутки, образуя перехваты Ранвье. Во время прохождения возбуждения потенциал

действия «перескакивает» с одного перехвата на другой (явление сальтаторного проведения).

·Распространение потенциала действия сильно зависит от геометрических факторов, связанных с изменением площади поверхности мембраны. Распространение может быть прерванным в точках ветвления нервного окончания, и перемещение возбуждения в разветвленных дендритах может иметь предпочтительные направления.

·Перенос электрического заряда с одной клетки на другую происходит в местах межклеточных контактов, обладающих низким сопротивлением и называемых щелевыми соединениями. Эти соединения образованы скоплениями коннексонов, белковых молекул, способных формировать водные поры между цитоплазмами смежных клеток.

Рекомендуемая литература

оArbuthnolt, Ε. R., Boyd, I.Α., and Kalu, K. U. 1980. Ultrastructural dimensions ofmyelinated peripheral nerve fibres in the cat and their relation to conduction velocity. J. Physiol. 308: 125-157.

оGoodenough, D.A., Goliger, J.A., and Paul, D.

1996. Connexins, connexons, and intercellular communication. Anna. Rev. Biochem. 65: 475—502. о Perkins, G., Goodenough, D., and Sosinsky, G.

1997. Three-dimensional structure of the gap junction connexon. Biophys. J. 72: 533-544.

оRushton, W. A. H. 1951. A theory of the effects of fibre size in medullated nerve. J. Physiol. 115: 101-122.

оVabnick, I., and Shrager, P. 1998. Ion channel redistribution and function during development of the myelinated axon. J. Neurobiol. 37: 80-96.

Цитированная литература

1.Rail, W. 1967. J. Neurophysiol. 30: 1138-1168.

2.Lev-Tov, A., et al. 1983. J. Neurophysiol. 50: 399-412.

3.Hodgkin, A. L., and Rushton, W. A. H. 1946. Proc. R. Soc. Land. В 133: 444-479.

4.Hodgkin, A.L. 1954. J. Physiol. 125: 221-224.

5.Arbuthnott, E. R., Boyd, 1. A., and Kalu, K. U. 1980. J. Physiol. 308: 125-157.

6 Tasaki, 1, 1959. In Handbook of Physiology, Section 1, Vol. 1, Chapter 3. American Physiological Society, Bethesda, MD, pp.75-121.

7.Huxley, A. E, and Stampfli, R. 1949. J. Physiol. 108: 315-339.

8.Bostock, H., and Sears, T. A. 1978. J. Physiol. 280: 273-301.

9.Xu, K., and Terakawa, S. 1999. J. Exp. Biol. 202: 1979-1989.

10.Casser, H. S., and Erlanger, J. 1927. Am. J. Physiol. 80: 522-547.

11.Rushton, W.A.H. 1951. J. Physiol. 115: 101-122.

12.Arbuthnotl, E. R., Boyd, I. A., and Kalu, K. U 1980. J. Physiot. 308: 125-157.

13.Vabnick, I., and Shrager, P. 1998. J. Neurobiol. 37: 80-96.

14.Chiu, S.Y., and Ritchie, J. M. 1981. J. Physiol. 313:415-437.

15.Wang, H., et al. 1993. Nature 365: 75-79.

16.Rasband, M. N., el al. 1998. J. Neurosci. 18: 36-47.

17.Koh, O.S., Jonas, P., and Vogel, W. 1994. J. Physiol. 479 (Pt.2): 183-197.

18.England, J. D.,Levinson, S. R., and Shrager, P. 1996. Microsc. Res. Tech. 34: 445-451.

19.Bostock, H., Sears, T.A., and Sherratt, R.M 1981. J. Physiol. 313: 301-315.

142

Раздел П. Передача информации в нервной системе

20.Yau, K.W. 1976. J. Physiot. 263: 513-538.

21.Gu, Χ. Ν., Macagno, Ε. R., and Muller, К. J. 1989. J. Neurobiol. 20: 422-434.

22.Baccus, S.A. 1998. Proc. Nail. Acad. Sci. USA 95: 8345-8350.

23.Quick, D. C, Kennedy, W. R., and Donaldson, L. 1979. Neuroscience 4: 1089-1096.

24.Coombs, J.S., Eccles, J.C., and Fatt, P. 1955. J. Physiol. 130: 291-325.

25.Kuffler, S.W., and Eyzaguirre, C. 1955. /. Gen. Physiol. 39: 87-119.

26.Li, C-L., and Jasper, H.H. 1953. /. Physiol. 121: 117-140.

27.Llinâs, R., and Sugimori, M. 1980. / Physiol. 305: 197-213.

28.Stuart, G., Schiller, J., and Sakmann, B. 1997. J.Physio/. 505:617-632.

29.Svoboda, K., et al. 1999. Nat. Neurosci. 1: 65-73.

30.Stuart, G., et al. 1997. Trends Neurosci. 20: 125-131.

31.Tsubokawa, H., and Ross, W. N. 1996. J. Neuro-physiol. 76: 2896-2906.

32.Sandier, V. M.. and Ross, W. N. 1999. J. Neuro-physiol. 81: 216-224.

33.Larkum, M. E., Zhu, J. J., and Sakmann, B. 1999. Nature 398: 338-341

34.Markram, H., et al. 1997. Science 275: 213-215.

35.Loewenstein, W. 1981. Physiol. Rev. 61: 829-913.

36.Goodenough, D. A., Goliger, J. A., and Paul, D.

1996. Anna. Rev. Biochem. 65: 475-502.

37.Perkins, G., Goodenough, D., and Sosinsky, G. 1997. Biophys. J. 72: 533-544.

38.Neyton, J., and Trautmann, A. 1985. Nature 317: 331-335.

39.Larsen, W.J., and Veenstra, R. D. 1998. In Cell Physiology Source Book, 2nd Ed. Academic Press, New York, pp. 467-480.

40.Swensen, K. I., et al. 1989. Cell 57: 145-155.

41.Werner, R., et al. 1985. J. Membr. ВЫ. 87:253-268.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]