Центральная нервная система координирует деятельность всех органов и систем, обеспечивает эффективное приспособление организма к изменениям окружающей среды, формирует целенаправленное поведение. Эти сложнейшие и жизненно важные задачи решаются с помощью нервных клеток (нейронов), специализированных на восприятии, обработке, хранении и передаче информации и объединенных в специфически организованные нейронные цепи и центры, составляющие различные функциональные системы мозга.
Объединение нервных клеток осуществляется с помощью синоптических соединений, важнейшей функцией которых является обеспечение перехода электрических сигналов с одного нейрона на другой.
Число нервных элементов, будучи очень ограниченным у примитивных организмов, в процессе эволюционного развития нервной системы достигает многих миллиардов у приматов и человека. При этом количество синаптических контактов между нейронами приближается к астрономической цифре — 10 15 —10 16 . Сложность организации ЦНС проявляется также в том, что структура и функция нейронов различных отделов мозга значительно варьируют. Тем не менее результаты исследования различных отделов мозга или клеток нервной системы животных, стоящих на разных уровнях эволюционного развития, позволяют выделить ряд общих закономерностей, определяющих течение основных нервных процессов: возбуждения и торможения в нейронах и синапсах ЦНС. Необходимым условием анализа деятельности мозга является выделение общих фундаментальных принципов, лежащих в основе функционирования нейронов и синапсов.
В основе современного представления о структуре и функции ЦНС лежит нейронная теория, которая представляет собой частный случай клеточной теории. Однако, если клеточная теория была сформулирована еще в первой половине XIX столетия, то нейронная теория, рассматривающая мозг как результат функционального объединения отдельных клеточных элементов — нейронов, получила признание только на рубеже нынешнего века. До этого существовала тенденция рассматривать ЦНС как непрерывный синцитий, все элементы которого соединены прямой цитоплазматической связью.
Большую роль в признании нейронной теории сыграли исследования испанского нейрогистолога Р. Кахала и английского физиолога Ч. Шеррингтона. Окончательные доказательства полной структурной обособленности нервных клеток были получены с помощью электронного микроскопа, высокая разрешающая способность которого позволила установить, что каждая нервная клетка на всем своем протяжении окружена пограничной мембраной и что между мембранами разных нейронов имеются свободные пространства.
Нервная система построена из двух типов клеток: нервных и глиальных, причем число последних в 8—9 раз превышает число нервных. Однако именно нейроны обеспечивают все многообразие процессов, связанных с передачей и обработкой информации.
Рис. 59. Нервная клетка (схема).
1 — дендриты; 2 — тело клетки; 3 — аксон-ный холмик, 4 — аксон; 5 — коллатераль аксона; 6—пресинаптические окончания аксона.
Основные структурно-функциональные элементы нервной клетки. В каждой нервной клетке можно выделить четыре основных элемента (рис. 59): тело, или сому, дендриты, аксон и пре-синаптическое окончание аксона. Каждый из этих элементов выполняет определенную функцию. Тело нейрона содержит различные внутриклеточные органеллы, необходимые для обеспечения жизнедеятельности всей клетки: ядро, рибосомы, эндо-плазматический ретикулум, пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи), митохондрии. Здесь происходит основной синтез макромолекул, которые затем могут транспортироваться в дендриты и аксон. Мембрана тела большинства нейронов покрыта синапсами и, таким образом, играет важную роль в восприятии и интеграции сигналов, поступающих от других нейронов.
От тела клетки берут начало дендриты и аксон. В большинстве случаев дендриты сильно разветвляются. Вследствие этого их суммарная поверхность значительно превосходит поверхность тела клетки. Это создает условия для размещения на дендритах большого числа синапсов. Таким образом, именно дендритам принадлежит ведущая роль в восприятии нейроном информации. Мембрана дендритов, как и мембрана тела нейронов, содержит значительное число белковых молекул, выполняющих функцию химических рецепторов, обладающих специфической чувствительностью к определенным химическим веществам. Эти вещества участвуют в передаче сигналов с клетки на клетки и являются медиаторами синаптического возбуждения и торможения.
Основной функцией аксона является проведение нервного импульса — потенциала действия. Способность потенциала действия распространяться без ослабления обеспечивает эффективное проведение сигнала по всей длине аксона, которая у некоторых нервных клеток достигает многих десятков сантиметров. Таким образом, основная задача аксона — проводить сигналы на большие расстояния, связывая нервные клетки друг с другом и с исполнительными органами.
Окончание аксона специализировано на передаче сигнала на другие нейроны (или клетки исполнительных органов). Поэтому в нем содержатся специальные органеллы:
синоптические пузырьки, или везикулы, содержащие химические медиаторы. Мембрана пресинаптических окончаний аксона в отличие от самого аксона снабжена специфическими рецепторами, способными реагировать на различные медиаторы или нейромодуляторы. Благодаря указанному взаимодействию процесс выделения медиатора пресинаптическим окончанием может эффективно регулироваться другими нейронами. Кроме того, в отличие от остальной части аксона мембрана окончаний содержит значительное число кальциевых каналов, активация которых обеспечивает поступление внутрь окончания Ca 2+ .
Типы нейронов. Количество отростков, выходящих из тела нервной клетки, может значительно варьировать. В соответствии с этим различают уни-, би- и мультиполярные нейроны. Униполярные нейроны характерны главным образом для нервной системы беспозвоночных. В нервной системе позвоночных имеются преимущественно би- и
Рис. 60. Типы нервных клеток. 1 — сенсорные нейроны; 2 — вставочные нейроны; 3 — эфферентные нейроны.
мультиполярные нейроны. Последние особенно характерны для ЦНС. Тела биполярных нейронов обычно расположены на периферии, но их центральные отростки вступают в ЦНС (рис. 60). Это так называемые первичные афферентные нейроны.
Различают 3 основных типа нейронов: афферентные, вставочные и эфферентные. Первичные афферентные нейроны воспринимают сигналы, возникающие в рецепторных образованиях органов чувств, и проводят их в ЦНС. Вступая в пределы ЦНС, окончания отростков первичных афферентных нейронов устанавливают синаптические контакты со вставочными, а иногда и непосредственно с эфферентными нейронами. Вставочные нейроны локализуются, как правило, в пределах ЦНС. Они обеспечивают связь между различными афферентными и эфферентными нейронами. Аксоны эфферентных нейронов, например мотонейронов, выходят за пределы ЦНС и иннервируют волокна скелетной мускулатуры. Многие нейроны, которые можно отнести к эфферентным, передают сигналы не прямо на периферию, а через посредство других нервных клеток. К таким эфферентным нейронам можно отнести нейроны различных отделов мозга, посылающие аксоны, идущие в составе длинных нисходящих трактов к спинному мозгу. Это пирамидные нейроны моторной зоны коры, руброспинальные, ретикулоспинальные и вестибулоспинальные нейроны, импульсы от которых поступают к двигательным клеткам спинальных моторных центров. Эфферентные нейроны вегетативной нервной системы расположены вне центральной нервной системы, в вегетативных ганглиях, находящихся на периферии. Их преганглионарные нейроны, локализованные в сером веществе мозгового ствола и спинного мозга, также относятся к эфферентным нейронам.
Кабельные свойства мембраны. Все многообразие электрических сигналов, генерируемых, перерабатываемых и посылаемых любой нервной клеткой, может быть сведено всего лишь к двум типам: локальным (градуальным) потенциалам и потенциалам дей
Рис. 61. Потенциал действия, регистрируемый микроэлектродом, введенным в тело мотонейрона.
а — форма потенциала действия, вызываемого антидромно (1), синаптически (2) и прямым приложением тока через микроэлектрод (3); б— следовая гиперполяризация после потенциала действия мотонейрона котенка (1) и ее устранение после замены ионов кальция на ионы марганца (2) и восстановление в нормальном растворе (3).
ствия (импульсным). Локальные потенциалы распространяются пассивно по кабельным структурам нейрона. Поэтому по мере удаления от места своего возникновения они затухают и могут служить только для проведения сигналов на сравнительно небольшие расстояния, например от тела или дендритов нервной клетки к области начального сегмента аксона, где обычно происходит процесс возникновения потенциала действия. Будучи значительно менее эффективным, чем потенциал действия, средством для передачи сигнала на расстояние, локальные потенциалы способны к суммации, и именно это свойство обеспечивает нейрону способность интегрировать все многочисленные поступающие к нему сигналы. Ввиду того что основным участком возникновения локальных потенциалов в нейронах ЦНС являются синапсы, которые расположены на мембране нейрона достаточно близко друг от друга, пространственное взаимодействие создаваемых синаптическими влияниями локальных процессов является достаточно эффективным.
Потенциал действия, служащий для проведения сигналов на большие расстояния, благодаря наличию регенеративного механизма распространяется без ослабления. Здесь же следует подчеркнуть, что в целой нервной клетке благодаря ее сложному геометрическому строению и неодинаковым свойствам мембраны в различных участках процесс возникновения и распространения потенциала действия отличается рядом особенностей.
Особенности возникновения и проведения потенциалов действия и локальных потенциалов. В большинстве нервных клеток порог возбудимости разных ее участков неодинаков. Он ниже всего в области аксонного холмика и начального сегмента аксона и выше в области сомы. Дендриты, как правило, имеют еще более высокий порог. Поэтому потенциал действия обычно возникает в области начального сегмента аксона и уже оттуда распространяется по аксону (ортодромно) и на тело клетки (антидромно). Если ввести в тело клетки микроэлектрод, позволяющий регистрировать потенциал действия, то можно видеть, что последний имеет характерную форму (рис. 61), демонстрирующую наличие двух основных компонентов. Первый компонент обусловлен активацией зоны начального сегмента и аксонного холмика, второй — тела и дендритов нейрона. Задержка между первым и вторым компонентами обусловлена тем, что более высокий порог возбудимости тела нейрона и значительное увеличение поверхности мембраны при переходе из аксонного холмика в тело нейрона затрудняют распространение потенциала действия на сомато-дендритическую мембрану.
После окончания потенциала действия во многих нейронах ЦНС наблюдается длительная следовая гиперполяризация. Она особенно хорошо выражена в мотонейронах спинного мозга.
Следовая гиперполяризация обусловлена тем, что соматическая мембрана в отличие от мембраны аксонов имеет значительное число кальциевых каналов. Деполяризация мембраны, развивающаяся во время потенциала действия, активирует кальциевые каналы соматической мембраны (П. Г. Костюк). Входящие внутрь клетки ионы кальция в свою очередь активируют калиевую проводимость мембраны.
Активация калиевой проводимости выражается в развитии следовой гиперполяризации, наблюдаемой после окончания потенциала действия. Если заменить ионы кальция в окружающей нейроны среде на ионы марганца, для чего необходимо осуществлять изоляцию и перфузию участка мозга, следовая гиперполяризация обратимо блокируется (рис. 61, б).
Следовая гиперполяризация играет важную роль в регуляции частоты потенциалов действия, генерируемых нервной клеткой. Способность нейрона отвечать ритмическими разрядами импульсов на длительную деполяризацию, создаваемую потоком импульсов, поступающих на его синапсы, представляет собой одну из важнейших характеристик его активности. В тех нейронах, где следовая гиперполяризация выражена значительно, частота импульсации не может быть очень высокой, так как ее верхние пределы ограничиваются фактически рефракторным периодом. Некоторые вставочные нейроны могут выдавать вспышки разрядов с частотой порядка 1000 в секунду. В мотонейронах спинного мозга длительность следовой гиперполяризации достигает 100—150 мс, что значительно увеличивает интервал между последующими потенциалами действия. Поэтому в обычных условиях частота ритмики мотонейронов не превышает 40—50 в секунду. Большинство двигательных актов осуществляется при еще более низкой частоте разрядов мотонейронов. Тонические мотонейроны имеют более длительную следовую гиперполяризацию и разряжаются с более редкой частотой, чем фазические мотонейроны, у которых следовая гиперполяризация короче.
источник
В пресинаптическом нервном окончании в синаптических везикулах аккумулируются медиаторы (трансмиттеры). Потенциал действия, достигая нервного окончания, деполяризует его мембрану. Деполяризация вызывает открытие кальциевых каналов, по которым в окончание входит ток ионов Са 2+ . Ионы Са 2+ вызывают процесс слияния везикул с пресинаптической мембраной с последующим открытием их и выбрасыванием своего содержимого в синаптическую щель.
Для более полного описания процесса синаптической передачи рассмотрим холинергический синапс, в котором в качестве медиатора освобождается ацетилхолин (Ach) (рис. 1.5, 1.6).
Синаптические везикулы фиксируются большей частью посредством протеина синапсина, который локализован на цитоплазматической поверхности каждой везикулы, к протеину спектрину, расположенному на волокнах F-актина цитоскелета, образуя тем самым трансмиттерный резервуар. Меньшая часть везикул связана специфическими протеинами с внутренней стороной пресинаптической мебраны. Это взаимодействие осуществляется посредством белка мембраны везикулы синаптобревина и белка пресинаптической мембраны синтаксина. Именно эти везикулы непосредственно поставляют медиатор для очередного выброса.
Рис. 1.5. Механизм освобождения трансмиттера из пресинаптического окончания.
Потенциал действия, пришедший по аксону в пресинаптическую область, деполяризует мембрану. Открываются потенциалуправляемые Са + -каналы. Повышенная концентрация интратерминального Са + открывает везикулы, лежащие на пресинаптической мембране клетки, что приводит к экзоцитозу их содержимого в синаптическую щель
(рисунок взят из книги: Фундаментальная и клиническая физиология / под ред. А. Камкина и А. Каменского. М., 2004)
Рис. 1.6. Взаимодействие трансмиттерных молекул с их специфическими рецепторами.
В правой части рисунка представлена постсинаптическая мембрана, имеющая никотиновый рецептор, ионный канал которого открывается сам при помощи лиганда; в левой части показана постсинаптическая мембрана, обладающая мускариновым рецептором. В этом случае ионный канал открывается только при помощи каскада химических реакций (рисунок взят из книги: Фундаментальная и клиническая физиология / под ред.
А. Камкина и А. Каменского. М., 2004)
Если потенциал действия достиг пресинаптической области и в пресинаптическом окончании концентрация Са 2+ поднялась до необходимого уровня, то происходят следующие процессы. Са +2 связывается с протеином, входящим в состав мембран везикулов, – синаптотагмином. Это приводит к тому, что мембрана везикулы раскрывается. Одновременно комплекс полипептида синаптофизина сливается с неиндефицированными протеинами пресинаптической мембраны. При этом возникает пора, через которую осуществляется регулируемый экзоцитоз, т.е. выход трансмиттера в синаптическую щель. Протеин везикулы rab3A регулирует этот процесс. В одной везикуле сосредоточено примерно 6000-8000 молекул трансмиттера. Это наименьшее количество трансмиттера, освобожденного в синаптическую щель, называется «один квант трансмиттера». В совокупности локальная концентрация медиатора в синаптической щели после его освобождения относительно высока и находится в миллимолярном диапазоне.
Повышенный уровень ионов Ca 2+ в пресинаптическом окончании активирует Са 2+ -кальмодулинзависимую протеинкиназу П. В пресинаптическом окончании этот фермент фосфорилирует синапсин. После этого нагруженные трансмиттером везикулы освобождаются от цитоскелета и перемещаются на пресинаптическую мембрану для осуществления дальнейшего цикла, описанного выше. Главную роль для процесса выбрасывания медиатора в синаптическую щель играет входящий ток Са 2+ . Деполяризация окончания лишь открывает кальциевые каналы. Ионы Са 2+ служат здесь в качестве вещества-посредника (вторичного мессенджера), которое запускает механизм слияния везикул с пресинаптической мембраной.
Повышение концентрации экстрацеллюлярного Са 2+ повышает входящий ток ионов Са 2+ , что увеличивает освобождение медиатора. Искусственное повышение концентрации экстрацеллюлярного Mg 2+ посредством замещения им ионов Са 2+ ведет к снижению входящего тока Са 2+ и тем самым уменьшению освобождения трансмиттера. G-белки, вероятно, также участвуют в управлении везикулярным экзоцитозом. После прекращения пресинаптического потенциала действия ионы Са 2+ удаляются из пресинаптической области посредством активного ионного транспорта с участием Са 2+ -АТФазы и 3Na + /Ca 2+ -обменника.
Многоразовое сильное возбуждение пресинаптического нейрона ведет к увеличению концентрации ионов Са 2+ и тем самым к повышению освобождения трансмиттера. Этот процесс называется синаптическим или посттетаническим потенцированием (после тетанического раздражения). Предполагают, что механизм посттетанического потенцирования лежит в основе памяти. Подобный процесс широко представлен в гиппокампе. Механизмы синаптического потенцирования повышают эффективность синапса. Входящим током ионов Са 2+ можно управлять, влияя на Са 2+ -каналы. Они могут быть более или менее частыми, закрытыми или открытыми. Возможно фармакологическое воздействие на каналы. Например, конотоксин – яд улитки – блокирует каналы Са 2+ . Кроме того, ионы Mg 2+ , вытесняя ионы Са 2+ , уменьшают освобождение медиатора. Опорожнение везикул также может блокироваться посредством ядов. Так, ботулинический токсин при мясном отравлении действует на пресинаптическую мембрану, препятствуя скоплению везикул на ней за счет уменьшения необходимого для этого процесса протеина. Подобным образом действует тетанустоксин, который в переднем роге спинного мозга прекращает торможение мотонейрона клетки Реншоу, что приводит к судорогам.
Дата добавления: 2016-07-27 ; просмотров: 2990 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
источник
Фактор, выполняющий медиаторную функцию, вырабатывается в теле нейрона и оттуда транспортируется в окончания его аксона, где в основном происходит его депонирование. Содержащийся в пресинаптических окончаниях медиатор должен выделиться в синоптическую щель, чтобы воздействовать на рецепторы постсинаптической мембраны, обеспечивая транссинаптическую передачу сигналов.
Еще до того, как были выяснены многие существенные особенности процесса высвобождения медиатора, было установлено, что пресинаптические окончания могут изменять состояние спонтанной секреторной активности. Выделяемые постоянно небольшие порции медиатора вызывают в постсинаптической клетке так называемые спонтанные миниатюрные пост синоптические потенциалы. Открытие спонтанного, т. е. не связанного с приходом нервного импульса, выделения медиатора помогло установить важнейшую особенность механизма его высвобождения — дискретный, квантовый характер. Дискретность процесса высвобождения выражается в том, что медиатор выходит из окончания не диффузно, не в виде отдельных молекул, а в форме многомолекулярных порций (или квантов), в каждой из которых содержится несколько тысяч молекул.
Постсинаптические эффекты, вызываемые в нервных клетках спонтанно выделяющимися квантами медиатора, наблюдаются особенно отчетливо в условиях, когда импульсная активность пресинаптических волокон искусственно подавлена, например, с помощью тетродотоксина — яда, избирательно блокирующего потенциалзависимые натриевые каналы мембраны, что устраняет возможность генерации потенциала действия. На рис. 64 показано, что после устранения импульсной активности спонтанные миниатюрные Постсинаптические потенциалы продолжают возникать через нерегулярные интервалы времени.
Приходящий в пресинаптическое окончание нервный импульс резко увеличивает высвобождение квантов медиатора. Возникающий в результате одновременного высвобождения многих квантов постсинаптический ответ, таким образом, представляет собой вызванный постсинаптический потенциал. Деполяризация пресинаптической мембраны является необходимым условием для высвобождения медиатора. Установлено, что такая деполяризация будет неэффективной, если в окружающей нейроны среде отсутствуют ионы кальция.
Действительно, если изолировать участок мозга и перфузировать его искусственным раствором, то при сохранении обычного ионного состава перфузирующей жидкости синаптическая передача в изолированном мозге не будет отличаться от передачи в условиях целого мозга и нор
Рис. 64. Спонтанные миниатюрные постсинаптические потенциалы, зарегистрированные при помощи внутриклеточного микроэлектрода в мотонейроне изолированного спинного мозга котенка.
а — при перфузии изотоническим раствором хлорида натрия; б — после выключения импульсной активности тетро до токсином.
мального кровообращения. Удаление из перфузата ионов Са + и особенно замена этих ионов на ионы Mg + или Mn + , не влияя на спонтанное высвобождение квантов медиатора, прекращает высвобождение квантов медиатора нервными импульсами. Это особенно наглядно демонстрируют опыты на изолированном спинном мозге лягушки, поскольку здесь первичные афферентные волокна образуют смешанные синапсы со спинальными мотонейронами и возбуждающие постсинаптические потенциалы, возникающие в мотонейроне при раздражении одного такого афферентного волокна, содержат электрический и химический компоненты (рис. 65). Электрический компонент, отражающий возникновение потенциала действия в пресинаптическом окончании, не изменяется после удаления кальция из раствора. Напротив, медиаторный компонент полностью утрачивается. Таким образом, Са 2+ является необходимым для процесса высвобождения медиатора нервным импульсом. При отсутствии Са 2+ связь между деполяризацией пресинаптической мембраны и высвобождением медиатора (электросекреторная связь) нарушается. Роль кальция в этом процессе связана с тем, что деполяризация, создаваемая нервными импульсами, приводит к активации потенциалзависимых кальциевых каналов пресинаптической мембраны. Ионы Са, поступая внутрь пресинаптического окончания, обеспечивают выход квантов медиатора в синаптическую щель. Ионы Mg и Mn, блокируя потенциалзависимые кальциевые каналы мембраны, нарушают процесс высвобождения медиатора даже при наличии ионов Са в среде, окружающей клетки.
Ионы Са также участвуют и в спонтанном выбросе квантов медиатора, так как факторы, способствующие увеличению концентрации Са 2+ внутри нервных окончаний, например некоторые метаболические ингибиторы, вызывают повышение частоты спонтанных миниатюрных потенциалов.
Дискретный, квантовый характер высвобождения медиатора нервным импульсом в синапсах ЦНС подтверждается результатами статистического анализа распределения амплитуд постсинаптических потенциалов, вызываемых раздражением одиночного пресинаптического волокна.
В разных синапсах ЦНС эффекты, вызываемые в постсинаптической мембране одиночным квантом медиатора, и средний квантовый состав, т. е. число квантов медиатора, освобождаемых в среднем нервным импульсом, значительно варьируют. Так, в синапсах между окончаниями первичных афферентных волокон и мотонейронами спинного мозга величина деполяризации, вызываемая одним квантом медиатора, обычно составляет 50—100 мкВ, а число квантов, высвобождаемых окончаниями одного волокна на данном мотонейроне, обычно не превышает 5—10, а часто бывает значительно меньше. В синапсах между некоторыми клетками коры мозжечка средний квантовый состав может достигать нескольких сотен.
Рис. 65. Схема опыта, позволяющего регистрировать постсинап-тические ответы в мотонейроне изолированного спинного мозга лягушки при раздражении одиночного пресинаптического волокна (а). Кривые (1, 2) иллюстрируют влияние удаления кальция на химический компонент такого элементарного постсинапти-ческого ответа.
Электросекреторная связь. Электронно-микроскопические исследования показали, что пресинаптические окончания всегда содержат синаптические пузырьки или везикулы, каждая из которых содержит один квант медиатора. Действительно, имеются убедительные биохимические данные, что вещества, рассматриваемые в качестве химических медиаторов, содержатся в синаптических пузырьках. Более того, расчеты количества медиатора, содержащегося в одном пузырьке, и количество молекул медиатора, необходимых для создания постсинаптического эффекта, аналогичного действию одного кванта, совпадают. Таким образом, совокупность имеющихся данных свидетельствует о том, что как спонтанные миниатюрные постсинаптические потенциалы, так и постсинаптические потенциалы обусловлены выходом в синаптическую щель медиатора, содержащегося в синаптических пузырьках. Этот процесс (экзоцитоз) заключается в том, что пузырек, подойдя к внутренней поверхности мембраны пресинаптического окончания при наличии Са 2+ , сливается с пресинаптической мембраной. В результате происходит опорожнение пузырька в синаптическую щель. После спадения пузырька окружающая его мембрана включается в мембрану пресинаптического окончания, увеличивая его поверхность. В дальнейшем (в результате ‘процесса эндоцитоза> небольшие участки пресинаптической’ мембраны впячиваются внутрь, вновь образуя пузырьки, которые впоследствии снова способны включать медиатор и вступать в цикл его высвобождения.
Участие Са 2+ в процессе высвобождения медиатора нервным импульсом определяет ряд важных специфических особенностей работы синапсов с химическим механизмом передачи. Такое характерное свойство химических синапсов, как синоптическая задержка, определяется главным образом временем, необходимым для вхождения Са 2+ внутрь пресинаптического окончания. Накопление Са 2+ внутри пресинаптического окончания в результате предшествующего поступления улучшает эффективность работы химического синапса. Если интервал между последовательным возникновением потенциалов действия в пресинапсе невелик, каждый последующий потенциал вызывает высвобождение большего числа квантов медиатора, что проявляется увеличением амплитуды постсинаптических потенциалов. Это явление временного облегчения или потенциации можно связать с накоплением Са 2+ в пресинаптическом окончании. Такую же природу имеет и посттетаническая или постактивационная потенциация: увеличение числа квантов медиатора, высвобождаемых нервным импульсом, после предшествующего ритмического раздражения. Посттетаническая потенциация может длиться от нескольких минут до многих часов (в синапсах гиппокампа) и играть важную роль в пластических изменениях функции синапсов.
источник
Серотонин в мембранном пузырьке путешествует по аксону.
Комикс на конкурс «био/мол/текст»: Что происходит с момента синтеза нейромедиатора до связывания его с рецепторами на постсинаптической мембране? Комикс по мотивам Нобелевской лекции Томаса Зюдофа: молекулярный механизм выделения нейромедиатора в картинках. Конечно, это лишь малый фрагмент полной картины распространения импульсов в нервной системе, но зато посмотрите, как он красив!
Эта работа заслужила приз зрительских симпатий конкурса «био/мол/текст»-2015.
Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.
Спонсоры конкурса: лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.
Синапсы — области контакта между нейронами — бывают химическими и электрическими. Химический синапс представляет собой непрямой контакт двух клеток: между их мембранами остается узкое пространство — синаптическая щель. Эффекторная клетка (та, от которой идет импульс), возбуждаясь, выделяет в синаптическую щель молекулы нейромедиатора , которые связываются с рецепторами на мембране воспринимающей клетки и вызывают ее ответ.
Любознательный читатель приглашается к ознакомлению с эпической сагой о нейромедиаторах, написанной для «биомолекулы» Виктором Лебедевым. В сериал входят: дофамин, серотонин, норадреналин, ацетилхолин, γ-аминомасляная кислота и глутаминовая кислота [1–6]. Не счесть алмазов пламенных в лабазах каменных. — Ред.
На картинке изображен самый распространенный вид синапса — аксо-дендритический. (А бывают еще аксо-соматические синапсы, когда аксон подходит к телу воспринимающей клетки, аксо-аксональные, и даже дендро-дендритические — их образуют таинственные безаксонные нейроны где-то в глубине обонятельной луковицы, но это совсем редкий и маргинальный случай.) Еще на картинке виднеются олигодендроциты — глиальные клетки, которые в центральной нервной системе обматывают аксоны слоями миелина — изолирующей липидной мембраны, что препятствует рассеиванию импульса и ускоряет его проведение. (Олигодендроциты подрисованы просто для приличия; предполагается, что вся рассказанная ниже история происходит где-то в мозге: выбранный мной нейромедиатор выделяется в центральной нервной системе.) Начало аксона — место, где он отходит от тела клетки — называется «аксонный холмик». Именно там возникает потенциал действия, который потом распространяется дальше по аксону в сторону воспринимающей клетки.
Аксон ближе к концу может разделяться на несколько веточек, идущих к разным клеткам. Каждая такая веточка оканчивается аксонной терминалью — зарубежные ученые ласково называют эту структуру «пуговкой» (button) или «бутончиком» (bouton). В аксонной терминали есть митохондрии, чтобы обеспечивать энергией многочисленные происходящие здесь процессы; почти всегда обнаруживается довольно много везикул — мембранных пузырьков, в которых транспортируются медиаторы и разные другие вещества — например, ферменты. Так же там есть довольно правильным образом организованный цитоскелет: микротрубочки цитоскелета образуют «рельсы», которые протягиваются в цитоплазме аксона от тела нейрона до самого окончания. Везикулы перемещаются по этим самым «рельсам». Еще в аксонной терминали есть эндосома — мембранная структура, похожая на аппарат Гольджи [7]. Надо сказать, что научное сообщество не пришло к единому мнению, постоянное это образование или временное, которое получается в результате слияния пузырьков; но, так или иначе, от эндосомы могут отпочковываться везикулы, которые используются для транспорта нейромедиаторов.
В электрических синапсах не задействованы нейромедиаторы, а синаптическая щель очень узкая. Цитоплазма двух клеток связана напрямую через специальные белковые каналы — коннексоны. Сигнал в таком синапсе передается путем перехода ионов из одной клетки в другую. Такие синапсы почти не встречаются в нашей нервной системе; они характерны главным образом для беспозвоночных.
Дальше речь пойдет о событиях, происходящих в химическом синапсе, а именно о том, как выделяется медиатор в синаптическую щель.
Маленькие и просто устроенные нейромедиаторы — например, ацетилхолин [4] — образуются из молекул-предшественников прямо в цитоплазме аксонной терминали. Там же они упаковываются в везикулы — мембранные пузырьки, которые могут отделяться от эндосомы или приходить от синаптической щели после высвобождения своего прошлого содержимого.
Медиаторы сложного строения — такие как пептиды — синтезируются в теле нейрона и, уже будучи упакованными в везикулы, транспортируются оттуда до аксонной терминали по микротрубочкам. Здесь в качестве медиатора, вместе с которым читателю предлагается пройти путь до синаптической щели, выбран серотонин [2]. Правда, хороший? Он — маленькая молекула, а значит, синтезируется в цитоплазме недалеко от окончания. Вот он попадает в везикулу, отпочкованную от эндосомы, и к мембране везикулы прикрепляется транспортный белок кинезин, который начинает тащить пузырек за собой, «шагая» по микротрубочке в сторону пресинаптической мембраны. (У кинезина есть две субъединицы — «ножки», которые по очереди прикрепляются и открепляются от микротрубочки, с каждым разом немного дальше, продвигая его вперед.) В одной везикуле могут быть тысячи молекул нейромедиатора. Раньше считалось, что один нейрон может выделять только один нейромедиатор (принцип Дейла [8]), но сейчас известно, что это не так. Более того, оказалось, что в везикуле одновременно могут находиться разные нейромедиаторы.
Не вся пресинаптическая мембрана подходит для того, чтобы медиатор выделился, а только области, которые называются «активными зонами». Только там есть специальные белки, нужные для прикрепления везикулы, а также локализованы потенциал-зависимые кальциевые каналы. Активные зоны располагаются ровно напротив рецепторных полей на постсинаптической мембране. Вот туда, к одной из активных зон, и держит путь кинезин.
Над активными зонами обычно собирается множество пузырьков, которые ждут своей очереди слиться с пресинаптической мембраной и освободиться от содержимого. У наших героев чудом получается проникнуть к самой активной зоне, и — .
И дальше начинается вот что.
Первый этап прикрепления везикулы к пресинаптической мембране называется «docking», или «tethering» — «заякоривание». В мембране везикулы есть такой белок — Rab 3/27, принадлежащий к семейству Rab-ГТФаз, которые занимаются адресованием везикул в мембраны-реципиенты. (Rab — от «rat brain». В первый раз такие белки были найдены в мозгу крысы.) Rab 3/27 заякорен в липидном бислое мембраны; он включается туда на стадии образования везикулы. Будучи связанным с ГДФ, он неактивен и не может ничего присоединять, а при замене ГДФ на ГТФ активируется и становится способным к формированию связей. Когда везикула образуется, Rab 3/27 прикрепляется к ней уже в активированной форме.
Когда везикула оказывается в достаточной близости от активной зоны, Rab 3/27 связывается с белками RIM (Rab 3-interacting molecules), которые, в свою очередь, через RIM-BP (RIM-binding proteins) прикрепляются к кальциевым каналам в пресинаптической мембране. Это очень важный момент, потому что ключевым сигналом для выделения нейромедиатора служит поступление ионов кальция в цитоплазму. Кальциевые каналы открываются, когда потенциал действия доходит до аксонной терминали.
И вот, чтобы везикула могла как можно более оперативно выбросить медиатор, когда придет ПД, она прикрепляется к кальциевому каналу такой белковой «веревочкой». Формирование этой «веревочки» и называется докингом. Везикула «причаливает» к пресинаптической мембране, бросая «якорь» около кальциевого канала.
К белковой цепочке из RIM присоединяется еще белок Munc-13 — запомните его, он сыграет свою роль на следующей стадии.
Следующий этап — это прайминг (priming; подготовка везикулы к слиянию). Подготовка заключается в образовании плотного белкового комплекса между мембраной везикулы и пресинаптической мембраной, в результате чего мембранный пузырек крепко прижимается к мембране аксона и становится способным реагировать на увеличение концентрации кальция.
Этот комплекс получил название SNARE — soluble NSF attachment receptor proteins, по названию АТФазы NSF, с которой он может реагировать. Как именно он реагирует и что при этом происходит — парой картинок ниже. Основные три компонента SNARE — синаптобревин, синтаксин и SNAP-25.
Синтаксин заякорен в пресинаптической мембране. В неактивном состоянии его концевой N-пептид связан с другим участком этой же молекулы — H-abc доменом, то есть неактивный синтаксин как бы замкнут сам на себя. Еще он на протяжении всей истории остается связанным с белком Munc 18-1. Сначала думали, что Munc 18-1 препятствует сборке комплекса, а потом оказалось, что он необходим для открытия поры в везикуле.
В неактивном состоянии синтаксин связан с Munc 18-1 через SNARE-мотив — участок, которым он потом связывается с белками SNARE. Поэтому это состояние и неактивное — синтаксин не может войти в состав комплекса, потому что нужный для этого участок занят.
Munc-13 — тот самый, который висел в белковой цепочке, — инициирует переход синтаксина в активное состояние: синтаксин отделяет N-пептид от самого себя и связывается им с Munc 18-1, а SNARE-мотив при этом освобождается. После этого он становится способным к образованию комплекса SNARE, что и происходит дальше: он плотно связывается с синаптобревином, который торчит из мембраны везикулы, и с белком SNAP-25. Munc 18-1 тоже входит в состав комплекса, будучи связанным с синтаксином, поэтому целый комплекс называется SNARE/SM.
Белок, который не входит в состав комплекса, но играет ключевую роль в процессе выделения — это синаптотагмин. Он заякорен в мембране везикулы неподалеку от синаптобревина. Синаптотагмин выполняет роль кальциевого сенсора: у него есть специальные сайты связывания Ca 2+ , то есть именно синаптотагмин делает возможным выделение нейромедиатора, когда приходит потенциал действия.
Для того, чтобы окончательно собрать комплекс, нужен еще белок комплексин. Он присоединяется в желобок между синаптобревином и синтаксином, а функция его заключается в активации синаптотагмина. Когда комплексин присоединяется к комплексу, синтаптотагмин становится способным связывать кальций. Вот теперь комплекс окончательно собран, все готово, и остается только ждать потенциала действия.
И вот — нейрон возбуждается! В аксонном холмике лавинообразно открываются натриевые каналы, мембрана деполяризуется, ПД бежит по аксону — и в пресинаптической мембране открываются кальциевые каналы. В цитоплазму заходят ионы Ca 2+ , синаптотагмин связывает пять штук — одним сайтом три, другим два — и взаимодействует с липидами мембраны так, что открывается пора — сквозная дырочка из везикулы в синаптическую щель. Также важным фактором при слиянии является давление, создаваемое белковым комплексом — он прижимает везикулу к пресинаптической мембране.
И — ура, нейромедиатор в синаптической щели!
Но что же происходит с SNARE/SM комплексом потом? Когда пора расширяется, белки меняют расположение, поворачиваясь как бы перпендикулярно плоскости мембраны. А вскоре NSF — такая АТФаза — приходит из цитоплазмы вместе со своим кофактором SNAP, и они вызывают распад SNARE/SM комплекса. После этого везикула может отделиться от пресинаптической мембраны, но тут может происходить по-разному:
Описанный выше механизм выброса медиаторов в синапсах, а также роль ионов кальция в этом процессе были установлены Томасом Зюдофом, который тем самым внес решающий вклад в нейробиологию и клеточную биологию. За данные открытия ему вместе с Джеймсом Ротманом и Рэнди Шекманом присуждена в 2013 году Нобелевская премия по физиологии и медицине — «за открытие системы везикулярного транспорта — основной транспортной системы в наших клетках» [9].
источник
Фактор, выполняющий медиаторную функцию, вырабатывается в теле нейрона и оттуда транспортируется в окончания его аксона, где в основном происходит его депонирование. Содержащийся в пресинаптических окончаниях медиатор должен выделиться в синаптическую щель,чтобы воздействовать на рецепторы постсинаптической мембраны, обеспечивая транссинаптическую передачу сигналов.
Еще до того, как были выяснены многие существенные особенности процесса высвобождения медиатора, было установлено, что пресинаптические окончания могут изменять состояние спонтанной секреторной активности. Выделяемые постоянно небольшие порции медиатора вызывают в постсинаптической клетке так называемые спонтанные миниатюрные постсинаптические потенциалы. Открытие спонтанного, т. е. не связанного с приходом нервного импульса, выделения медиатора помогло установить важнейшую особенность механизма его высвобождения — дискретный, квантовый характер. Дискретность процесса высвобождения выражается в том, что медиатор выходит из окончания не диффузно, не в виде отдельных молекул, а в форме многомолекулярных порций (или квантов), в каждой из которых содержится несколько тысяч молекул.
Постсинаптические эффекты, вызываемые в нервных клетках спонтанно выделяющимися квантами медиатора, наблюдаются особенно отчетливо в условиях, когда импульсная активность пресинаптических волокон искусственно подавлена, например, с помощью тетродотоксина — яда, избирательно блокирующего потенциалзависимые натриевые каналы мембраны, что устраняет возможность генерации потенциала действия. На рис. 64 показано, что после устранения импульсной активности спонтанные миниатюрные постсинаптические потенциалы продолжают возникать через нерегулярные интервалы времени.
Приходящий в пресинаптическое окончание нервный импульс резко увеличивает высвобождение квантов медиатора. Возникающий в результате одновременного высвобождения многих квантов постсинаптический ответ, таким образом, представляет собой вызванный постсинаптический потенциал. Деполяризация пресинаптической мембраны является необходимым условием для высвобождения медиатора. Установлено, что такая деполяризация будет неэффективной, если в окружающей нейроны среде отсутствуют ионы кальция.
Действительно, если изолировать участок мозга и перфузировать его искусственным раствором, то,при сохранении обычного ионного состава перфузирующей жидкости синаптическая передача в изолированном мозге не будет отличаться от передачи в условиях целого мозга и нор-
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| 500 мс |
Рис.64. Спонтанные миниатюрные постси на л ти чес кие потенциалы, зарегистрированные при помощи
источник
Микроморфология концевой пластинки.Существующие представления о структуре концевой пластинки отражены на рис. 3.13. Характерная особенность пресинаптического окончания мотонейронаскопления в нем (кластеры) «синаптических» пузырьков.Напротив них постсинаптическая мембрана образует глубокие складки. Каждой из них соответствует активная зона пресинаптической мембраны-желобок на ее внутренней поверхности, вдоль обеих сторон которого располагаются в ряд синаптические пузырьки. Некоторые из них открыты наружу, в синаптическую щель. Очевидно, активные зоны и ассоциированные с ними пузырьки следует рассматривать как аппарат, специализированный для экзоцитоза (с. 17), т.е. для выброса содержимого этих пузырьков в синаптическую щель. Биохимическими методами показано, что они содержат высокие концентрации ацетилхолина, а также белки и нуклеотиды. Таким образом, в активных зонах
 |
| Рис. 3.13. Ультраструктура нервно-мышечного синапса. Вверху слева: нервные окончания на мышечном волокне; на схеме рядом пресинаптическое окончание (красный цвет) вместе с лежащей под ним складчатой мышечной мембраной при большем увеличении. Внизу: еще большее увеличение: мембрана пресинаптического нейрона <красный цвет) с частично разъединенными внутренним и внешним слоями, а под ней (черный цвет) соответствующие слои субсинаптической мембраны мышцы. «Частицы»-это ацетилхолиновые рецепторы и молекулы холинзстеразы в мембране (по [6] с изменениями) |
ацетилхолин высвобождается из окончания мотонейрона в виде накопленных пузырьками порций.
«Квантовая» природа потенциала концевой пластинки.Поскольку ацетилхолин высвобождается приблизительно одинаковыми порциями, соответствующими объему пузырька, постсинаптический ток (ВПСТ) должен состоять из мелких «субъединиц». Их можно наблюдать, регистрируя с помощью метода локальной фиксации потенциала «пэтч-кламп» (см. рис. 2.11); синаптические токи в микроучастке концевой пластинки длиной несколько микрометров. Во время стимуляции мотонейрона амплитуда ВПСТ явно представляет собой кратное количество этих субъединиц; на рис. 3.14 показаны последовательно 2, 1, 3, 0 . его «квантов». В отсутствие стимуляции нейрона они могут появляться спонтанно. Количество квантов на один стимул варьирует стохастически, биномиально рас-
62 ЧАСТЬ I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ
пределяясь около некоторого среднего значения. Практически нет сомнений, что каждый такой «квант» тока соответствует порции ацетилхолина из одного пузырька, достигающей путем диффузии постсинаптических рецепторов и вызывающей открывание ионных каналов. Пузырек содержит несколько десятков тысяч молекул ацетилхолина.
Длина пресинаптического окончания концевой пластинки составляет более I мм; из него в ответ на один потенциал действия двигательного аксона высвобождается несколько сот «квантов», неразличимых индивидуально в суммарной реакции. Однако между потенциалами концевой пластинки, достигающими примерно 40 мВ (рис. 3.2), можно зарегистрировать спонтанные сдвиги потенциала амплитудой менее 1 мВ, обусловленные спонтанным высвобождением «квантов» медиатора из открывающихся наружу синаптических пузырьков.
Медиаторы запасаются в пузырьках и высвобождаются из них не только в нервно-мышечном, но и во всех других известных химических синапсах. Например, «квантовые» токи на рис. 3.12 вызваны таким высвобождением глутамата. Пузырьки могут содержать различные медиаторы, перечисленные на рис. 3.7, но обычно только по одному в каждом синапсе. Впрочем, иногда наряду с классическим медиатором (например, ГАМК) в пузырьках находится и пептид с модулирующим действием (с. 54).
Высвобождение квантов медиатора.Потенциал действия пресинаптического окончания ведет к почти синхронному (с небольшой синаптической задержкой) высвобождению квантов медиатора, которое приводит к генерированию потенциала (например. ВПСП) в постсинаптической мембране. Временные соотношения этих процессов показаны на рис. 3.15 для гигантского синапса кальмара, где можно зарегистрировать как пре-, так и постсинаптические изменения потенциала и токи. Кроме потенциала действия, постсинаптических токов и потенциалов на рисунке представлено поступление Са 2+ в пресинаптическое окончание, сопровождающее Na + — и К + -токи во время деполяризации (см. с. 38). Этот входящий Ca 2 + -токиграет ключевую роль в квантовом высвобождении. Уже давно было известно, что химическая синаптическая передача нарушается при значительном снижении внеклеточной концентрации Cα 2 + , [Са 2 + ]0. Этот эффект примерно пропорпионален четвертой степени [Са 2 + ]0 [12], следовательно, для высвобождения одного кванта медиатора требуется реакция четырех ионов Ca с активатором на внутренней стороне пресинаптической мембраны. Однако действие активатора зависит, по-видимому, еше и от потенциала, т.е. даже при достаточно высокой внутриклеточной концентрации Са 2+ ,[Са 2+ ]i синхронное высвобождение медиатора требует деполяризации мембраны [31]. Можно предполагать, что она влияет на акти-
 |
| Рис. 3.14. Высвобождение квантов медиатора проявляется в квантовом характере ВПСТ. Каждая стрелка указывает момент кратковременной деполяризации нервного окончания. Возникающие ВПСТ состоят из 2, 1, 3, . и т.д. квантов, что отмечено цифрами под кривой. Между ВПСТ, «вызванными» деполяризацией, заметен спонтанный ВСПТ такой же квантовой амплитуды |
 |
| Рис.3.15. Синаптическая передача в гигантском синапсе кальмара. А. Пресинаптическая запись: временной ход потенциала действия и ассоциированное поступление Са 2+ в нервное окончание (/Са). Б. Постсинаптическая запись: ток (ВПСТ), потенциал (ВПСП) и запускаемый им потенциал действия (по [24] с изменениями) |
ГЛАВА 3. МЕЖКЛЕТОЧНАЯ ПЕРЕДАЧА ВОЗБУЖДЕНИЯ 63
ватор примерно таким же образом, как и на молекулу ионного канала (рис. 2.12-2.15). Следовательно, пресинаптические активные зоны с их участками связывания пузырьков и мембранными белками («частицами») (рис. 3.13) должны представлять собой аппарат для быстрого регулирования экзоцитоза посредством деполяризации мембраны и повышения [Са 2+ ];. Рост [Ca 2+ ]j, возможно, влияет на сократительные элементы цитоскелета (см. с. 20, рис. 1.13) или инициирует фосфорилирование функциональных белков (рис. 1.16).
Синаптическое облегчение. Всвете представлений о квантовом высвобождении рассмотрим теперь синаптический механизм, сравнимый по своему значению с суммацией и торможением,— синаптическое облегчение.Этот процесс иллюстрирует рис. 3.16, А Когда окончание нейрона начинают раздражать с частотой 20 Гц, ВПСП, генерируемый в ответ на первый стимул, едва различим, но по мере продолжения стимуляции его амплитуда постепенно нарастает. Таким образом, ритмическая активация повышает эффективность синаптической передачи. Если частоту стимулов увеличить вдвое (рис. 3.16,^4, нижняя запись), эффект облегчения усиливается. Более того, благодаря значительному сближению ВПСП между собой происходит и их суммация (рис. 3.10) с повышением фонового уровня деполяризации, от которого начинается каждый ВПСП.
Регистрация синаптических токов показывает, что при облегчении амплитуда ВПСТ’ возрастает. Как иллюстрирует рис. 3.16, Б, во время торможения увеличивается среднее число квантов, высвобождаемых в ответ на каждый стимул. Наибольшее облегчение наблюдается, когда очередной стимул поступает через несколько миллисекунд после предыдущего; оно затухает с постоянной времени порядка 50 мс.
Такое облегчение -пре синоптический процесс, поскольку при нем увеличивается вероятность высвобождения квантов медиатора. Большинство авторов полагают, что это обусловлено «остаточным кальцием».Во время деполяризации окончания в него входят ионы кальция и [Ca 2 + ]j возрастает (рис. 3.15). Затем [Са 2 + ]; возвращается к уровню покоя за счет процессов транспорта и обмена. Однако пока [Ca 2+ ]j превышает этот уровень, при каждой следующей деполяризации повышение [Са 2 + ]; начинается от более высокого значения, чем предыдущее, и в результате [Са 2 + ]; постоянно нарастает. Так как высвобождение медиатора пропорционально, скажем, четвертой степени [Ca 2 + ]i , даже относительно небольшой прирост этой концентрации обеспечивает существенное облегчение [20, 30].
Разным синапсам свойственна неодинаковая его степень. Ярко выраженное облегчение, как, например, на рис. 3.16, особенно характерно для цент-
 |
| Рис. 3.16. Синаптическое облегчение. А. Активация пресинаптического нервного волокна с частотой 20 или 40 Гц вызывает постепенное повышение ВПСП и частичную временную суммацию при 40 Гц. Облегчение во время серии стимулов называется также «тетанической потенциацией». Б. При подаче двух стимулов с разными интервалами между ними [ось абсцисс) происходит облегчение второго ВПСТ. Если первый В Π CT состоит в среднем из одного кванта, второй после короткого интервала — из трех (см. также вверху слева). а после более длительного из двух (например, через 50 мс-вверху справа) |
ральных синапсов; здесь одиночный пресинаптический потенциал действия едва ли вызовет высвобождение даже одного кванта, тогда как несколько импульсов, быстро следующих друг за другом, гораздо более эффективны. Облегчение составляет своего рода «память» нервного окончания: в течение нескольких сотен миллисекунд в нем сохраняется след от предыдущего события. Известны и синапсы, в которых облегчение сохраняется минутами. Вполне вероятно, что синаптическое облегчение — первый этап формирования краткосрочной памяти, на основе которой может затем развиваться долгосрочная (см. гл. 6).
64 ЧАСТЬ I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ
Облегчение, вызываемое относительно длинными сериями потенциалов действия, называют также синаптической потенциацией.Нарастание ВПСП, иллюстрируемое рис. 3.16, А, относится к тетанической потенциации.Сильное облегчение, сохраняющееся после стимуляции, а если она очень продолжительная, не исчезающее в течение нескольких часов, представляет собой посттетаническую потенциацию.Вероятно, во время таких длинных серий стимулов в пресинаптическом окончании одновременно с [Са 2+ ]| повышаются концентрации и других ионов, в частности Na + . Еще один возможный эффект активации окончания, требующий участия внутриклеточного посредника,-подготовка пузырьков к высвобождению медиатора, т. е. их мобилизация [27].
Длительное высокочастотное возбуждение пресинаптических окончаний может в конечном итоге привести к состоянию, противоположному облегчению, — депрессии,когда количество квантов медиатора, высвобождаемых в ответ на потенциал действия, снижается. Истинные механизмы этого неясны. Одна из возможных причин — истощение запаса синаптических пузырьков с медиатором. Кроме того, следует иметь в виду, что нервные окончания, перед тем как образовать синапсы, обычно разветвляются, а точки ветвления — слабое звено в распространении потенциала действия. То же самое количество тока, которое при возбуждении входит в волокно перед точкой ветвления, должно за ней деполяризовать уже два волокна. Поэтому во время высокочастотного разряда проведение возбуждения в аксонные ветви часто блокируется. Это также проявляется как депрессия синаптической передачи. Возможно, депрессия, вызываемая ритмической активацией синаптического пути, в виде «привыкания»(термин, заимствованный из физиологии поведения) составляет основу процессов научения и памяти.
Дата добавления: 2015-10-01 ; просмотров: 307 . Нарушение авторских прав
источник