действия. При снижении крутизны до некоторого минимального уровня («минимальный градиент», или «критический наклон») потенциал действия не возникает. Величина этого «минимального градиента», выраженного в единицах реобаза в секунду, принята в качестве меры скорости аккомодации.
В основе аккомодации лежат инактивация натриевой и повышение калиевой проводимостей, развивающиеся во время медленно нарастающей деполяризации мембраны. Аккомодация различных нервных волокон варьирует в широких пределах, но у двигательных нервных волокон скорость аккомодации, как правило, значительно выше, чем у чувствительных волокон.
Повторные ответы
Многие нервные волокна обладают способностью отвечать несколькими потенциалами действия на включение постоянного деполяризующего тока. Эта способность к повторным ответам особенно хорошо выражена у сенсорных волокон, для которых длительная деполяризация мембраны рецептора является естественным раздражителем. Примеры повторных ответов на постоянный ток представлены на рис. 17,6. Как правило, пороговая сила тока, необходимая для возникновения повторных ответов, выше, чем для инициации одиночного потенциала действия. На рисунке видно, что увеличение силы деполяризующего тока до определенной величины обусловливает возрастание частоты импульсов и увеличение их числа (1—4). Однако при дальнейшем повышении силы тока частота импульсов уменьшается и в конечном итоге 'возникает только одиночный потенциал действия (5—8).
При постоянной силе тока длина межимпульсных интервалов в повторном ответе постепенно увеличивается. Это явление получило название адаптации. В его основе лежит медленное повышение калиевой проводимости мембраны, связанное с активацией особых медленных калиевых каналов. Эти каналы найдены как в нервных волокнах, так и в нервных клетках, у которых способность к повторным ответам и явление адаптации, как правило, хорошо выражены.
Изменение критического уровня деполяризации
Было показано, что условием возникновения потенциала действия является критическая деполяризация мембраны. Если исходный потенциал мембраны перед нанесением раздражающего стимула обозначить Ео, а критическую величину мембранного потенциала EK, то указанное условие порогового раздражения можно записать так:
Eo+V=Eк, где V—пороговый потенциал, т.е. величина, на которую необходимо повысить внутренний потенциал мембраны для возникновения импульса.
Эта простая зависимость помогла понять причину известных со времени классических исследований Пфлюгера (1859) изменений возбудимости нервного волокна в области катода и анода постоянного тока. В области катода мембрана деполяризуется, т. е. значение Ео приближается к величине Ек, соответственно V уменьшается и, следовательно, возбудимость возрастает. В области анода, напротив, Ео уменьшается (внутренний потенциал мембраны становится более отрицательным); теперь для критической деполяризации мембраны необходимо ее потенциал сместить на большую величину V—возбудимость снижается (рис. 18).
При длительной деполяризации мембраны развиваются процессы, повышающие критический уровень деполяризации. Такими процессами являются инактивация натриевых каналов и активация калиевых. Рост Ек при данном значении Ео ведет к увеличению порогового потенциала, т.е. снижению возбудимости (рис. 19). Одновременно с увеличением порога происходит снижение потенциала действия — крутизна его нарастания и амплитуда падают. Такое снижение возбудимости нервного волокна при длительной и сильной деполяризации мембраны было впервые описано Вериго (1889) и получило название катодической депрессии.
Рис. 18. Соотношения между исходным уровнем потенциала покоя (Ео), критическим уровнем деполяризации (Ек) и пороговым потенциалом (V), в норме (А) и при электротоне (Б, В).
Б — катэлектротоническое снижение порога v1 наступает в результате приближения потенциала покоя Ео к критическому уровню деполяризации Ек; В — анэлектротоническое повышение порога V2 является следствием удаления исходного уровня потенциала покоя Ео от Ек. Нижняя линия — раздражающий и поляризующий токи: катодный ток — вверх, анодный ток — вниз.
Описанные явления демонстрируют наблюдающиеся в естественных условиях изменения возбудимости нервных клеток и пресинаптических нервных терминалей при действии на них медиаторов, вызывающих кратковременную или длительную деполяризацию мембраны. В частности, предполагают, что явление католической депрессии лежит в основе так называемого пресинаптического торможения, наблюдающегося в
цнс.
Рис. 19. Католическая депрессия Вериго.
1 — ответ нормального нервного волокна на пороговый раздражающий ток; 2 — ответ того же воло'кна через 10 с после начала действия катода подпорогового постоянного тока. Ео, Ек и AV — исходные величины потенциала покоя, критического уровня деполяризации и порогового потенциала. E'o, Е'* и AVi — величины тех же параметров во время католической депрессии.
Рис. 20. Возникновение анодно-размыкатель-ного возбуждения.
а — потенциал действия, возникающий под катодом при замыкании тока; б — потенциал действия, возникший под анодом при размыкании сильного тока. Стрелкой вниз показано включение анодного тока, стрелкой вверх — его выключение.
В заключение необходимо рассмотреть изменения возбудимости, наблюдающиеся при длительной гиперполяризации мембраны. Такая гиперполяризация (в нервном волокне она появляется в области приложения анода) приводит к снижению калиевой проницаемости и ослаблению исходной натриевой инактивации. Эти изменения ведут к снижению AV возросшего в начальный момент гиперполяризации мембраны, и увеличению амплитуды и крутизны нарастания потенциала действия. Если гиперполяризующий ток прикладывается к мембране, которая предварительно была подвергнута воздействию избытка ионов K+ или действию анестетиков, усиливающих исходную натриевую инактивацию (т. е. увеличивающих долю каналов, у которых инактивационные «ворота» закрыты), то во время длительной гиперполяризации AV может снизиться настолько, что при выключении тока, т. е. при возвращении мембранного потенциала к его исходной величине, возникает потенциал действия (рис. 20). Такое явление получило название анодно-размыкательного возбуждения. Предполагают, что в некоторых нервных клетках на подобном механизме основано возникновение потенциала действия после окончания тормозного гиперполяризационного потенциала в естественных условиях. По-видимому, у таких клеток инактивация натриевых каналов и активация калиевых сильно выражены при потенциале покоя в нормальной солевой среде.
Изложенные данные о влиянии деполяризации и гиперполяризации мембраны на ее возбудимость представлены в табл. 2.
Таблица 2
Изменения физиологических параметров мембраны при де- и гиперполяризации
Физиологические параметры |
Деполяризация мембраны (катэлектротон) |
Гиперполяризация мембраны (анэлектротон) |
Возбудимость |
Вначале повышение, затем пони жение |
Сначала понижение, затем относи |
|
|
тельное повышение |
Потенциал действия |
Понижение, прогрессирующее во |
Повышение, прогрессирующее во |
|
времени вплоть до полного |
времени |
Скорость проведения |
угнетения Вначале повышение, затем понижение вплоть до полного блока |
Вначале понижение вплоть до блока (при сильном токе), затем |
|
|
постепенное восстановление |
Натриевая проницае |
Вначале повышение, приводящее |
Постепенное ослабление инактива |
мость |
к возникновению при подпорого- |
ции, если она имела место |
|
вом токе локального ответа, |
|
|
а при пороговом — потенциала |
|
|
действия, затем постепенная |
|
|
инактивация |
|
Калиевая проницаемость |
Постепенное повышение |
Понижение, если она была по |
|
|
вышена |