4.5. Роль различных элементов нейрона в возникновении возбуждения

1. В возникновении ПД в нейронах в отличие от нервных и мы­ шечных волокон (скелетные мышцы) принимают участие ионы Са²⁺, ток которых в клетку более медленный, чем ток ионов Na⁺. В частности, в дендритах клеток Пуркинье мозжечка выявлены не только быстрые натриевые потенциалы, но и медленные кальцие­ вые, вход ионов Са⁺ в пресинаптических окончаниях обеспечива­ ет выброс медиатора. В телах_некоторых нервных клеток ПД соз­ дается преимущественно за счет ионов Са²⁺, а в аксоне -главным образом за_счет ионов Nai.

2. Для возбуждения нейрона (возникновение ПД) необходимы поток афферентных импульсов и их взаимодействие. Это объясня­ ется тем, что один пришедший к нейрону импульс обеспечивает выделение не более одного кванта медиатора (порция одного пу­ зырька), что вызывает небольшой возбуждающий постсинаптиче- ский потенциал (ВПСП) - всего 0,05 мВ (миниатюрный ВПСП). Один пузырек содержит до десяти тысяч молекул медиатора, на­ пример ацетилхолина. Если учесть, что пороговый потенциал нейрона 5-10 мВ, то становится ясно, что для возбуждения ней­ рона требуется некоторое множество импульсов. Выброс медиа­ тора из нервного окончания обеспечивает входящий в деполяри­ зованную терминаль ток Са²⁺. Действует Са²⁺ с помощью белка кальмодулина, при этом 4 иона Са⁺ обеспечивают выброс одного кванта медиатора. При поступлении импульсов к нейрону- мишени в результате суммации ВПСП различных входов возни­ кает деполяризация генераторного пункта, которая, достигнув критической величины, обеспечивает возникновение ПД нейро­ на-мишени. ВПСП возникает вследствие суммарного тока со­ гласно электрохимическому градиенту в клетку и из клетки раз­ личных ионов через ионные каналы, функциональная актив­ ность которых определяется присутствием медиатора. Посту­ пивший в пресинаптическое окончание Са²⁺ удаляется за его пределы с помощью Са-насоса. Действие выделившегося в си- наптическую щель медиатора прекращается частично посредст­ вом обратного захвата его пресинаптическим окончанием, час- тично с помощью разрушения специальными ферментами. Но- радреналин расщепляется моноаминоксидазой и катехолметил- трансферазой, ацетилхолин гидролизуется ацетилхолинтранс- феразой, имеющейся в синаптической щели и встроенной в пост­ синаптическую мембрану. Прекращение действия избытков ме­ диатора на постсинаптическую мембрану предотвращает десенситизацию - снижение чувствительности постсинаптическои 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 ионы Са²⁺ и энергия (АТФ непрерывно ресинтезируется в аксоне). Из синапса ретро­градно транспортируются по аксону в тело клетки вещества, ре­гулирующие в ней синтез белка.

3. Место возникновения ВПСП. Подавляющее большинство нейрональных синапсов находится на дендритах нейрона. Наибо­ лее эффективно вызывают возбуждение нейрона синаптические контакты, расположенные на теле нейрона. Это связано с тем, что постсинаптические мембраны этих синапсов локализуются в не­ посредственной близости от места первичного возникновения ПД, в аксоном холмике. Близость соматических синапсов к аксонному холмику предполагает абсолютное участие их ВПСП в механиз­ мах генерации ПД. В этой связи некоторые авторы предлагают называть их генераторными синапсами.

4. Место возникновения ПД. Генераторный пункт нейрона - ак- сонный холмик. Синапсы на нем отсутствуют. Отличительной особенностью аксонного холмика является высокая возбуди- мость, в 3-4 раза превосходящая возбудимость мембраны тела нейрона, что объясняется более высокой концентрацией Na- каналов на аксонном холмике. ВПСП электротонически достига­ ют аксонного холмика, ооеспечивая здесь уменьшение мембран­ ного потенциала до критического уровня. В этот момент возника­ ет ПД. Возникший в аксонном холмике ПД, с одной стороны, ор- тодромно переходит на аксон, с другой - антидромно на тело нейрона (рис. 4.3). Как отмечалось, постоянная длины мембраны нейрона составляет 1 мм (расстояние, на котором ВПСП умень­ шается на 37%), а диаметр тела нейрона в несколько десятков раз меньше, поэтому величина ВПСП, достигающая аксонного хол­ мика, достаточна для возникновения на нем ПД.

При возбуждении нейронов потребление О2 возрастает в 2 раза, в цитоплазме уменьшается количество нуклеиновых кислот (иногда в 5 раз). Источником энергии является в основном глюко­за крови, собственные небольшие запасы гликогена достаточны лишь на 3-5 мин работы нейрона.

5. Ролъ дендритов в возникновении возбуждения до сих пор дис-­ кутируется. Дендритные синапсы удалены на значительное рас­- стояние от генераторного пункта нейрона. По этой причине их ВПСП не могут вызвать там должную деполяризацию и обеспе­чить генерацию ПД. Считают, что синаптический 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, 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 возбуждения через синапсы тела нейрона. Поэтому дендритные синапсы получили название модуляторных синапсов.

Рис. 4.3. Регистрация (я) и временное течение ВПСП и ПД (б) в мотонейроне спинного мозга позвоночного при одиночной стимуляции

заднекорешковых волокон. I - начальный сегмент аксона; 2 - сомадендритный комплекс; 3 - ПД; 4 - ВПСП