2 курс / Нормальная физиология / Общий_курс_физиологии_человека_и_животных_Том_1_Ноздрачев_А_Д_,

(колхицином, винбластином).

Медленный аксонный транспорт имеет особое значение в процессах роста и регенерации аксонов (дендритов) и их разветвлений.

1.1.7. Физиология синапсов

Синапсами называют специализированные контакты между нервными клетками или между нервными и эффекторными клетками, используемые для передачи сигналов. Синапсы можно классифицировать: 1) по их местоположению и принадлежности соответствующим клеткам — нервно-мышечные, нейро-нейрональные, а среди последних

— аксосоматические, аксо-дендритические синапсы; 2) по знаку их действия — возбуждающие и тормозящие; 3) по способу передачи сигналов — электрические (в которых сигналы передаются электрическим током) и химические (в которых передатчиком, трансмиттером сигнала, или посредником, медиатором, является то или иное физиологически активное вещество). Существуют и смешанные — электрохимические — синапсы.

Во всех синапсах содержатся такие компоненты, как пресинаптическая мембрана, постсинаптическая мембрана и разделяющая их синаптическая щель.

Электрические синапсы возбуждающего действия. О существовании таких синапсов предполагали давно, но выявлены и изучены они были лишь в последнее время. Возбуждающие электрические синапсы имеются в нервной системе и беспозвоночных и позвоночных животных, но наиболее изучены они у беспозвоночных. Всем синапсам этого типа свойственны очень узкая синаптическая щель (около 5 нм) и очень низкое удельное сопротивление сближенных пре- и постсинаптическиу мембран для проходящего через них электрического тока.

Это низкое сопротивление, как правило, связано с наличием поперечных каналов, пересекающих обе мембраны, т. е. идущих из клетки в клетку {щелевой контакт). Диаметр каналов составляет около 1 нм. Каналы образуются белковыми молекулами (полуканалами) каждой из контактирующих мембран, которые соединяются комплементарно (рис. 1.23). Эта структура легко проходима для электрического тока.

Рис. 1.23. Строение и работа возбуждающего (электротонического) синапса септированного аксона. А

— раздражение постсинаптической клетки (ТУ) петлей тока ПД пресинаптической клетки (I); Б — участок близкого прилежания пре- (I) и постсинаптической (II) мембран с поперечным каналом, обеспечивающим протекание ионного тока; В— соотношение во времени (t) пре- (I) и постсинаптического (II) ПД Красной стрелкой показано направление тока

Схема передачи возбуждения в электрическом синапсе подобна схеме проведения ПД в гомогенном нервном проводнике. Здесь петля тока, порождаемого пресинаптическим ПД, раздражает постсинаптическую мембрану.

Важно заметить, что поперечные каналы объединяют клетки не только электрически, но и химически, так как они проходимы для многих низкомолекулярных метаболитов. Поэтому возбуждающие электрические синапсы с поперечными каналами формируются, как правило, между клетками (например, нейронами) одного вида специализации.

Электрические синапсы, передающие возбуждение, не вполне однородная группа. Они

различаются по значению коэффициента передачи (КП) электрического сигнала, т. е. по отношению получаемого изменения потенциала ( U) на постсинаптической мембране к задаваемому U на пресинаптической мембране, и по отсутствию или наличию выпрямляющих свойств, т. е. по тому, передается ли в них электрический сигнал двусторонне или односторонне. Рассмотрим конкретные примеры.

У кольчатых червей и раков есть так называемые септированные гигантские аксоны, состоящие из последовательно соединенных отростков нервных клеток. Эти отростки связаны между собой щелевыми контактами — электрическими синапсами с двусторонней передачей. Удельное сопротивление септ (т. е. пар мембран, пронизанных поперечными каналами) здесь очень низко и составляет примерно 1 Ом*см2 (при RM = 1000 Ом*см2). Однако септы имеют малую площадь и у каждой из них общее R ≈ 0,2 МОм. Поэтому в синапсе КП = 0,37, а передача ПД по той же причине происходит с некоторой задержкой

(0,05 мс).

Аналогичные электрические синапсы, но с меньшим КП (≈ 0,15+0,19) существуют между некоторыми нейронами (аксонами, дендритами) в нервной системе моллюсков, а также в мозгу рыб и млекопитающих. Через эти синапсы пресинаптические ПД не передаются, а проходят лишь порождаемые ими электротонические подпороговые сигналы. Такие синапсы способствуют синхронизации разрядов связанных клеток при их общем раздражении из других источников.

Электрический синапс может иметь высокий КП и обеспечивать распространение ПД лишь в тех случаях, когда постсинаптическая клетка меньше пресинаптической или хотя бы не слишком превосходит ее по размерам. Иначе происходит резкое падение плотности пресинаптического тока на постсинаптической мембране.

Пример электрического синапса с односторонней передачей возбуждения — синапс между латеральным гигантским волокном (Л-аксоном командного нейрона) и гигантским моторным волокном (М-аксоном мотонейрона) у рака. В этом синапсе КП в ортодромном направлении (Л → М) равен 0,25, а КП в антидромном направлении (М → Л) составляет 0,005. По-видимому, антидромный сигнал закрывает каналы. При амплитуде пресинаптического ПД, равной, например, 120 мВ, U на постсинаптической мембране (в моторном волокне) составит 30 мВ и этого достаточно для вызова ПД. При искусственном вызове постсинаптического ПД (в 120 мВ) на пресинаптической мембране возникает деполяризация, равная примерно 0,6 мВ и совершенно недостаточная для вызова пресинаптического ПД. Задержка при ортодромной передаче в этом синапсе равна 0,1 мс. Рассмотренный синапс таким образом обеспечивает управление мотонейроном со стороны латерального волокна.

Общими свойствами возбуждающих электрических синапсов являются:

быстродействие (оно превосходит таковое химических синапсов); слабость следовых эффектов при передаче (это свойство делает электрические синапсы непригодными для интегрирования, суммации последовательных сигналов); высокая надежность передачи возбуждения (при высоком КП).

Однако возбуждающие электрические синапсы не лишены некоторой пластичности, т. е. они могут возникать при благоприятных условиях и исчезать при неблагоприятных. Например, при повреждении одной из контактирующих клеток ее электрические синапсы с другими клетками ликвидируются.

Химические синапсы возбуждающего действия. В отличие от электрических химические синапсы имеют относительно широкую синаптическую щель, составляющую 20—50 нм, и высокое сопротивление синаптических мембран. Поперечных каналов, связывающих клетки, здесь нет. Другим характерным признаком химического синапса является наличие в пресинаптической нервной терминали большого числа пузырьков — пресинаптических везикул диаметром около 50 нм. Эти везикулы заполнены медиатором

—химическим передатчиком (раздражителем).

Классическим представителем группы химических синапсов является возбуждающий

нервно-мышечный синапс скелетной мускулатуры позвоночных, действующий с помощью медиатора ацетилхолина (Ах).

В нем, как и в любом химическом синапсе, пресинаптический ПД не может петлей своего тока возбудить постсинаптическую клетку; КП здесь не превышает 0,001. Ток, который выходит через пресинаптическую мембрану, здесь почти целиком уходит через широкую синаптическую щель мимо постсинаптической клетки, обладающей значительным входным сопротивлением. Небольшая же часть этого тока, которая все же входит в постсинаптическую клетку, вызывает лишь ничтожное изменение ее МП.

Суть работы химического синапса состоит в следующем. Пресинаптический ПД работает как инициатор нейросекреторного акта. При развитии ПД терминали (а также и при искусственной деполяризации) в нее из среды входят ионы Са2+. Это стимулирует практически синхронный выброс медиатора в синаптическую щель из 100—200 пресинаптических везикул, каждая из которых содержит порцию — квант Ах. Большинство исследователей полагают, что этот выброс медиатора осуществляется путем экзоцитоза — опорожнения везикулы в синаптическую щель. Существует и другая точка зрения: квант медиатора аккумулирован в особых участках пресинаптической мембраны

— операторах, которые и выбрасывают Ах в щель, а везикулы — это лишь депо Ах и других веществ.

Выход медиатора сильно зависит от величины деполяризации терминали. Эта крутая зависимость объясняет резкое снижение выхода медиатора при падении амплитуды ПД терминали. В нормальных условиях в ответ на нервный импульс высвобождается около миллиона молекул Ах (в каждом кванте — везикуле — их примерно 104). Медиатор диффундирует к постсинаптической мембране, где для него существуют рецепторы (холинорецепторы — Хр). При взаимодействии Ах и Хр в последних открываются проницаемые для Na+ и К+ ионные каналы с d ≈ 0,65 нм. Так как холинорецепторов и соответственно каналов много, сопротивление постсинаптической мембраны сильно падает, что приводит к ее частичной деполяризации, т. е. к развитию возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП).

Для нервно-мышечного синапса ВПСП называют потенциалом концевой пластинки (ПКП). Потенциал концевой пластинки, в свою очередь, создает ток, раздражающий соседнюю с постсинаптической электровозбудимую мембрану мышечного волокна, что и порождает в ней ПД.

Таким образом, химическое звено в синапсе выполняет функцию усилителя. Синаптическая задержка, т. е. время от прихода нервного импульса до развития

постсинаптического ответа, в химическом синапсе составляет около 0,2—0,5 мс, причем основная часть этого времени тратится на процесс секреции медиатора. Химический синапс — это «вентильный механизм», рабочий сигнал в нем передается односторонне (что не исключает обратных связей).

ВПСП (ПКП) — локальный потенциал, который электротонически распространяется по мембране. С помощью внутриклеточных микроэлектродов и методики фиксации потенциала можно изучить токи, проходящие через активируемую постсинаптическую мембрану. В подобных экспериментах, варьируя ионный состав среды, установили, что Ах открывает в постсинаптической мембране каналы, пропускающие катионы Na+, К+, но не пропускающие анионы Сl-.

Ток концевой пластинки (ТКП) и в клампе, и в обычных условиях представляет собой результат движения ионов Na+ и К+ по их электрохимическим градиентам. При обычных значениях МП (-80, -60 мВ) ток Na+ направлен внутрь, а ток К+ — наружу, причем первый больше второго и суммарный (здесь разностный) ток является входящим. При МП,

равном нулю, IК = INa и суммарный ток равен нулю. При МП = 10, 20 мВ и т. д. IК < INa и суммарный ток имеет выходящее направление.

Мембранный потенциал, при котором IК = INa и суммарный ток равен нулю, называют потенциалом реверсии ТКП (EРТКП). По тем же причинам ПКП на фоне нормальных МП

которой отходит множество конических дендритов и один аксон. Сома и дендриты густо покрыты нервными окончаниями — синаптическими бутонами и отростками глиальных клеток. Синаптических бутонов на одном мотонейроне может быть около 10 000. Нервные волокна, направляющиеся к мотонейрону, на расстоянии в 100—20 мкм от него теряют миелиновую оболочку и истончаются (до 0,5—2 мкм в диаметре). Синаптические бутоны содержат везикулы. Синаптические щели имеют ширину 20 нм; МПП мотонейрона —

60—80 мВ.

Возбуждающий постсинаптический потенциал, возникающий в соме при приходе одиночного залпа импульсов соответствующих афферентных волокон, развивается как деполяризация с временем возрастания (tB), равным 1,5—2 мс, и постоянной времени спада (τ), равной 4,7 мс. Амплитуда такого ВПСП, возникающего под одиночным (унитарным) синаптическим входом (т. е. входом от одного афферентного волокна), невелика (0,12—0,24 мВ) и стандартна. Она не зависит от силы раздражения волокна. Но если раздражается многоволоконный задний корешок или периферический нерв, то ответный ВПСП больше и его амплитуда увеличивается с усилением раздражения. Последнее объясняется увеличением количества синхронно активных синаптических входов на данном нейроне, т. е. количества синхронно возникающих элементарных ВПСП. Причины роста амплитуды здесь по существу те же, что и в случае роста ПД нервного ствола (см. разд. 1.1.4). Важно заметить, что ВПСП одиночных синаптических входов имеют очень низкий квантовый состав (один-два).

Возбуждающий постсинаптический потенциал мотонейрона определяется трансмембранным ионным током, по времени соответствующим восходящей фазе ВПСП. Этот ток возникает из-за того, что медиатор афферентов (глутамат или субстанция Р) открывает ионные каналы в постсинаптической мембране. Характер трансмембранного ионного тока был определен в опытах с электрофоретическими инъекциями различных ионов в мотонейрон через микроэлектроды (у кошки и лягушки) и в экспериментах с вариациями межклеточной ионной среды (у лягушки). Оказалось, что ток, порождающий ВПСП, и соответствующий ток при фиксации потенциала (в «клампе») — это пассивный (т. е. текущий по электрохимическому градиенту) натриевый ток, слабо шунтируемый калиевым током. Потенциал реверсии ВПСП составляет от 3 до 5 мВ. Падение Rвх (рост проводимости) в момент развития ВПСП невелико — всего 5 %.

Возбуждающие постсинаптические потенциалы соседних синаптических входов на мембране начального сегмента аксона и сомы нейрона суммируются между собой. Так же суммируются и последовательно возникающие ВПСП.

Когда общая деполяризация достигает определенной величины (КУД), возникает ПД нейрона. Однако существует особенность. Дело в том, что аксонный холмик (начальный сегмент аксона) имеет приблизительно в три раза более низкий относительно сомы порог электрического раздражения. Ток, порождаемый ВПСП, выходит через все внесинаптические участки мембраны нейрона, но в этих условиях именно в аксонном холмике он порождает ПД. Считают, что холмик играет роль триггера — «спускового крючка». Отсюда ПД распространяется в аксон, а также ретроградно в сому (рис. 1.25). Последнее, видимо, необходимо для согласования аксонального и соматического метаболизма.

Рис. 1.25. Регистрация (А) и временное течение ВПСП и ПД (B) в мотонейроне спинного мозга позвоночного при одиночной стимуляции группы возбуждающих (Iа) заднекорешковых волокон: 1 —

начальный сегмент аксона, 2 — сомадендритный комплекс, 3 — потенциал действия начального сегмента, 4 — потенциал действия сомадендритного комплекса, 5 — ВПСП

На электрограмме, которую записывают с помощью внутриклеточного электрода, введенного в сому, ПД начального сегмента аксона и ПД сома-дендритного комплекса слиты в общий ПД, хотя эти компоненты можно различить. Ступенька на переднем фронте ПД — по существу ПД начального сегмента, сниженный расстоянием (λ в сомадендритном комплексе составляет около 400 мкм). Интересна особенность ПД сомы мотонейрона: он содержит те же компоненты, что и аксональный ПД, только с более сильным следовым положительным потенциалом.

В интернейронах спинного мозга кошки картина синаптического возбуждения несколько иная. Например, в интернейронах — клетках Реншоу — в ответ на одиночный возбуждающий синаптический залп регистрируется длительный ВПСП, порождающий длинную серию ПД. По-видимому, в синапсах этих клеток имеются условия для существенного продления действия медиатора (Ах), а внесинаптическая мембрана этих нейронов обладает очень низкой аккомодационной способностью. В клетках Реншоу триггерной зоной является не аксонный холмик, а соматическая мембрана, прилежащая к синаптическим районам. Их очень краткий ПД (время пика — 0,5—1,0 мс) не имеет сильного следового положительного потенциала. Такими свойствами, вероятно, обладают многие вставочные нейроны (интернейроны) ЦНС.

Среди нейронов ЦНС у разных животных, особенно у насекомых (а также среди элементов сетчатки глаза позвоночных), существуют и такие клетки, которые никогда не генерируют ПД. У них либо очень короткие аксоны, либо их нет вовсе и роль выходного элемента выполняет дендрит. Их ВПСП, возникающие в соме, могут электротонически распространяться до окончания аксона (дендрита), побуждая его к секреции медиатора.

Таким образом, в отличие от электрических возбуждающие химические синапсы: 1) передают сигнал относительно медленно; 2) передают сигнал всегда односторонне; 3)

надежность резко падает при некоторых изменениях в межклеточной среде, особенно при снижении [Са2+]; 4) обнаруживают значительные следовые процессы, что делает их способными суммировать (интегрировать) последовательные сигналы.

Синапсы тормозного действия. Синаптическим торможением обозначают влияние пресинаптической нервной клетки, прекращающее или предотвращающее возбуждение постсинаптической нервной клетки (или иной клетки-мищени).

В тормозном синапсе происходит изменение знака действия: пресинаптическое возбуждение (ПД) порождает постсинаптический тормозный процесс или состояние.

Известны два варианта тормозных синапсов: электрические (встречающиеся очень редко) и химические (основной вариант).

Электрический тормозный синапс образуется, например, нервным окончанием на выходном сегменте маутнеровского нейрона у рыб. Два таких нейрона, расположенные симметрично в продолговатом мозгу, «командуют» противоположно направленными

изгибами хвоста. Когда один из них возбуждается, другой — заторможен. Отчасти это торможение обеспечивается терминалью аксона клетки-антагониста (или дополнительной вставочной клетки), формирующей тормозный электрический синапс. В рассматриваемом синапсе тормозящая терминаль обвивает выходной сегмент, и вся эта конструкция погружена в глиальную чашечку (рис. 1.26).

Рис. 1.26. Работа тормозного электрического синапса на начальном сегменте маутнеровского нейрона рыбы: 1 — тормозное нервное окончание, 2 — начальный сегмент аксона маутнеровского нейрона; 3 — глиальная чашечка; красными стрелками обозначены входящие (гиперполяризующие) токи высокой плотности

Между терминалью и постсинаптической клеткой здесь нет плотного соединения или щелевого контакта. Тормозящее влияние развивается за счет действия внешней петли тока, порождаемого пресинаптическим ПД. Пресинаптический ПД, видимо, останавливается перед глиальной чашечкой. При этом часть его тока, проходящего через терминаль, идет прямо в начальный сегмент аксона маутнеровской клетки и существенно гиперполяризует его. Выход тока из клетки при этом распределен по ее широкой сомадендритной части и не производит там существенной деполяризации (рис. 1.26). Гиперполяризующий ток мгновенно тормозит разряд ПД в начальном сегменте аксона (триггерной зоне) маутнеровской клетки, но это продолжается лишь во время действия пресинаптического ПД, т. е. на протяжении нескольких миллисекунд. Описанное электрическое торможение далее поддерживается тормозным действием более инертных химических синапсов. Структура химического синапса тормозного действия (ширина синаптической щели, наличие пресинаптических везикул) в общем, соответствует таковой для возбуждающих химических синапсов. Существует предположение, что тормозные пресинаптические окончания всегда снабжены особыми уплощенными везикулами, однако, видимо, это не является общим правилом.

Рассмотрим физиологию химических синапсов тормозящего действия, например, тормозный нервно-мышечный синапс рака, реализующий свое действие с помощью медиатора гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). Общая схема работы этого синапса (роль пресинаптического ПД и Са2+) совпадает с рассмотренной выше работой синапсов возбуждающего действия. Только ГАМК, взаимодействуя с рецептором, открывает в постсинаптической мембране селективные хлорные каналы. Это приводит к движению ионов Сl- по электрохимическому градиенту.

Так как в данном объекте EСl = —80 мВ, то при менее негативном МП (-70, -50) ионы Сl- входят в мышцу и тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП) имеет вид гиперполяризации. При более негативном МП (-90, -100) Сl- выходит из мышечного волокна. При этом ТПСП развивается как небольшая деполяризация. При МП = -80 мВ движения ионов Cl-, а значит, и ТПСП практически нет (Ер ТПСП) (рис. 1.27).

Рис. 1.27. Возбуждающий (А) и тормозный (Б) постсинаптические потенциалы мышечного волокна рака (ВПСП и ТПСП) при разных величинах МП мышечного волокна: Ер — потенциал реверсии ВПСП и ТПСП; стрелки, направленные вверх и вниз, обозначают ток, идущий наружу и внутрь соответственно

Торможение за счет хлорного механизма осуществляется следующим образом. Если МП мышечного волокна низок и ТПСП развивается как гиперполяризация, то это повышает порог раздражения. Если же МП = -80 мВ и изменения МП отсутствуют, то торможение все же осуществляется за счет действия «хлорного шунта», т. е. за счет компенсации входящего (при возбуждении) натриевого тока идущим через открытые хлорные каналы током ионов Сl-.

В тормозных синапсах, так же как и в возбуждающих, помимо вызванных имеются спонтанные миниатюрные ТПСП (МТПСП). Их рабочие ТПСП также формируются из массы МТПСП, возникающих одновременно в ответ на выброс 100—200 квантов ГАМК.

Рассмотрим химические тормозные синапсы в ЦНС позвоночных. При раздражении афферентов антагонистического нерва в спинальном мотонейроне (например, у кошки) возникает тормозный постсинаптический потенциал — ТПСП (рис. 1.28). Это происходит на 0,5 мс позже, чем появление ВПСП, что объясняется существованием дополнительного нейрона и синапса в тормозном пути. Этот специальный тормозный нейрон выбрасывает тормозный медиатор — глицин.

Рис. 1.28. Постсинаптическое и пресинаптическое торможение мотонейрона спинного мозга позвоночного. А — гиперполяризация начального сегмента аксона петлей тока ТПСП; Б — форма и полярность ТПСП на фоне сниженного МП: 1 — начальный сегмент аксона, 2 — сомадендритный комплекс, 3 — тормоэный синапс на возбуждающей пресинаптической термйнали (о механизме пресинаптического торможения см. в тексте), 4 — потенциал действия начального сегмента, 5 — потенциал действия сома-дендритного комплекса.

При нормальном исходном МПП (-70 мВ) ТПСП мотонейрона имеет вид слабой (1—5 мВ) гиперполяризации. Величина этого ТПСП зависит от числа одновременно активируемых тормозных синапсов. При активации одного синапса ТПСП (унитарный ТПСП) очень мал (≤220 мкВ). По-видимому, этот ТПСП соизмерим по амплитуде с МТПСП, и, следовательно, квантовый состав передачи в элементарных тормозных синапсах здесь невелик (единицы квантов). Если МПП естественно или искусственно смещается в сторону деполяризации, то амплитуда ТПСП растет, когда же МПП увеличивается, то ТПСП падает и далее меняет свой знак.

Развитие ТПСП связано со значительным увеличением ионной проводимости постсинаптической мембраны во время его восходящей (активной) фазы. В мотонейронах спинного мозга кошки RВХ при этом уменьшается с 1—2 до 0,5 МОм. Спад ТПСП мотонейрона пассивен и определяется перезарядкой мембранной емкости.

Ионный механизм восходящей фазы ТПСП был определен в опытах с электрофоретической инъекцией в мотонейрон ионов Сl-. Оказалось, что добавка Сl- в нейрон сразу же извращает знак ТПСП, а дальнейшее увеличение внутренней концентрации Сl- неуклонно увеличивает амплитуду инвертированного ТПСП.

Эти и другие данные позволяют заключить, что ТПСП в мотонейронах позвоночных определяются открытием в постсинаптической мембране главным образом хлорных каналов (по некоторым данным, также и селективных калиевых каналов).

При низком МПП и обычной внутренней концентрации Сl- открытие хлорных каналов приводит к току Сl- внутрь клетки и развитию гиперполяризационного ТПСП. При высоких МПП и обычной внутриклеточной концентрации Сl- то же открытие хлорных каналов приводит к току Сl- наружу и развитию деполяризационного ТПСП. В мембране мотонейрона, по-видимому, существует специальный ионный насос, поддерживающий [Сl-] на нормальном уровне.

Тормозный эффект ТПСП здесь (как и в сходном нервно-мышечном синапсе рака) основывается на двух механизмах. Во-первых, это электротоническое действие гиперполяризационного ТПСП на триггерную зону (холмик); ТПСП порождает ток, который входит в холмик и повышает его МП. Во-вторых (и это главное!), имеет значение действие хлорного шунта на ВПСП. Открытие хлорных каналов как бы закорачивает ток ВПСП и не дает ему подействовать на триггерную зону нейрона (холмик).

Хлорный механизм используют не только тормозные синапсы мотонейронов позвоночных. На этой же основе действуют многие тормозные синапсы ЦНС, например тормозные химические синапсы на маутнеровских клетках рыб и нейронах ЦНС улитки. Но это не единственный механизм постсинаптического торможения. В некоторых объектах, таких, как нейроны легочных моллюсков, аналогичный тормозный эффект возникает за счет открытия калиевых каналов и избирательного повышения калиевой проницаемости. В симпатических ганглиях, видимо, имеются также и синапсы, тормозящие постсинаптическую клетку посредством повышения МП за счет активации медиатором электрогенного транспорта ионов.

Рассмотренные выше варианты синаптического торможения могут быть названы постсинаптическими. Но существует особый вариант торможения, который называют

пресинаптическим.

Этим термином в отличие от постсинаптического торможения условно называют снижение или выключение активности данной клетки за счет синаптического торможения оканчивающейся на ней возбуждающей термйнали.

Такое торможение подробно описано для нервно-мышечного прибора ракообразных, моторные термйнали которого имеют на себе аксо-аксональные тормозящие синапсы. В этих синапсах торможение определяется действием ГАМК, открывающей хлорные каналы моторной терминали. Последний эффект шунтирует ее натриевые каналы и тем самым снижает амплитуду пресинаптического ПД. В результате синаптическая передача моторного импульса ослабляется или исключается. При одиночном импульсе тормозного аксона длительность пресинаптического торможения составляет 6—7 мс.

Максимальный тормозный эффект получается, если тормозный импульс достигает аксоаксонального синапса за несколько миллисекунд, до прихода сюда ПД возбуждающего аксона. Пресинаптическое торможение предупреждает или заранее исключает развитие постсинаптического возбуждения, но оно не может повлиять на уже развившееся постсинаптическое возбуждение, причем при пресинаптическом торможении в постсинаптической клетке не обнаруживается ни ТПСП, ни изменений электровозбудимости.

Аналогичное пресинаптическое торможение при раздражении антагонистических мышечных (и кожных) нервов обнаружено в области терминалей возбуждающих мотонейронов спинного мозга кошки. Найдено, что эти терминали в моменты торможения деполяризуются. Торможение (и деполяризация) даже после одиночного антагонистического

залпа весьма длительно (100—200 мс), что, возможно, связано с повторными активациями тормозящего синапса. Вероятно, медиатором в этом тормозном аксо-аксональном синапсе является ГАМК. Причины деполяризации терминалей сложны. Начальная деполяризация здесь может быть связана с увеличением хлорной проницаемости. Видимо, имеющийся на мембране терминали градиент ионов Сl- таков, что открытие хлорных каналов приводит к выходуСl- изтерминалиик ее частичной деполяризации.

Деполяризация терминали и открытие хлорного шунта снижают ее ПД и в силу этого уменьшают квантовый состав передачи в возбуждающем синапсе. Существуют, кроме того, данные о том, что при пресинаптическом торможении в среде вокруг тормозимой терминали растет концентрация ионов К+. Они могут выбрасываться из самой терминали, мотонейрона и других близлежащих клеток. Рост наружной концентрации К+ опять-таки снижает МП терминали и ослабляет ее ПД. Пресинаптическое торможение представлено в различных отделах ЦНС позвоночных и беспозвоночных.

В научной литературе используют понятие вторичное торможение, т. е. блокирование ПД постсинаптической клетки из-за избыточной активности возбуждающих синапсов. Возможность такого торможения обнаружил Н. Е. Введенский (1886) в опыте на нервномышечном препарате. Этот блок определяется развивающейся деполяризацией мембран, сопровождаемой инактивацией их натриевых каналов.

Изменение функции химических синапсов в ходе ритмической активности. В

химических синапсах при их частой ритмической активности наблюдается два рода явлений: сначала некоторое облегчение (усиление), а затем депрессия (ослабление) передачи, т. е. рост, а затем падение амплитуды постсинаптических потенциалов (ПСП). Оба феномена в основном определяются изменениями в пресинаптическом механизме передачи.

Работа этого механизма, как уже отмечалось, состоит в выбросе некоторого количества квантов медиатора в ответ на нервный импульс. Кванты медиатора — это его более или менее стандартные порции, состоящие из нескольких тысяч молекул (в нервно-мышечном синапсе, например, из 10 000 молекул Ах). Каждая такая порция содержится в синаптической везикуле, и ее выброс, видимо, соответствует опорожнению в синаптическую щель одной везикулы, находящейся на стартовой позиции вблизи пресинаптической мембраны.

Количество квантов медиатора, высвобождающихся вслед за одним нервным импульсом (квантовый состав передачи), зависит от двух факторов: от средней вероятности (р) выброса каждого кванта, готового к высвобождению (т. е. находящегося на стартовой позиции), и от числа квантов на стартовых позициях (n). Количество выбрасываемых при одиночной передаче квантов медиатора m = рп. При стандартности амплитуды пресинаптического ПД и прочих равных условиях р зависит от наружной концентрации Са2+ в синаптическом районе.

При развитии ПД нервного окончания через открывающиеся потенциалозависимые кальциевые каналы в нервное окончание снаружи поступает некоторое количество Са +. Это прямо показано в опыте на гигантском синапсе кальмара с помощью экворина (вещества светящихся медуз), реагирующего высвечиванием на малые дозы Са2+. При введении экворина в пресинаптическую терминаль можно зарегистрировать свечение при каждой синаптической передаче. Поступление Са2+ необходимо для выброса квантов медиатора. При снижении [Са2+] снижается и вероятность выброса. В бескальциевой среде р ≈ 0, выброс квантов медиатора в ответ на нервный импульс не происходит, однако ионофоретическая подача Са2+ к синапсу мгновенно восстанавливает передачу.

Начальный рост ПСП (облегчение) при ритмической активности определяется ростом квантового состава и связано с увеличением р вследствие нарастания фоновой внутритерминальной концентрации Са2+. Это нарастание происходит благодаря тому, что при каждой передаче наружный Са2+ поступает в терминаль и некоторое его количество (след) остается в рабочей зоне к моменту следующей передачи.

Феномен облегчения особенно отчетлив в синапсах с исходно низкой вероятностью