Физиология

Используя тестирующие стимулы в различные фазы развития потенциала дей­ствия, можно проследить временной ход изменений возбудимости, сопровождающих возбуждение. На 21 видно, что во время развития локального ответа возбуди­мость повышается (мембранный потенциал приближается к критическому уровню деполяризации); во время пика потенциала действия мембрана утрачивает возбуди­мость, которая постепенно восстанавливается после окончания пика. Период полной невозбудимости получил название «фаза абсолютной рефрактерности». Она обуслов­лена практически полной инактивацией натриевых каналов и повышением калиевой проводимости. Реполяризация мембраны ведет к реактивации натриевых каналов и Для наглядности длительность первых двух фаз на каждой кривой несколько увеличена. Пунктирной линией на рисунке а обозначен потенциал покоя, а на рисунке б — исходный уровень возбудимости. снижению калиевой проводимости. Это период так называемой относительной рефрактерности. В данную фазу возбудимость постепенно возрастает. В нервных волокнах длительность фазы относительной рефрактерности состав­ляет 5—10 мс. При наличии следовой деполяризации фаза относительной рефрактер­ности сменяется фазой повышенной возбудимости («супернормальности»). В этот пе­риод пороговый потенциал AV и соответственно порог раздражения снижены по срав­нению с исходными значениями, поскольку мембранный потенциал ближе к критиче­ской величине, чем в состоянии покоя. В быстрых двигательных волокнах теплокров­ных животных фаза следового повышения возбудимости продолжается до 30 мс ( 22).

Воздействуя на пслстсинаптическую мембрану, тормозной медиатор взаимодейст­вует с хемовозбудимыми каналами, обладающими преимущественной проницаемостью для ионов К+- Выходящий поток калия через эти каналы вызывает гиперполяризацию постсинаптической мембраны, проявляющуюся в форме «тормозного постсинаптического потенциала», подобного тому, который наблюдается в тормозных синапсах нейронов в ЦНС. При ритмическом раздражении тормозных нервных волокон тормозные постсинап­тические потенциалы суммируются друг с другом, причем эта суммация оказывается наиболее эффективной в диапазоне частот 5—25 импс ( 58). Если раздражение тормозящего нерва несколько предшествует стимуляции акти­вирующего нерва, то возбуждающий постсинаптический потенциал, вызываемый по- следним, ослабляется и может оказаться недостаточным для критической деполяризации мембраны. Раздражение тормозного нерва на фоне спонтанной активности мышцы угнетает генерацию потенциалов действия и, следовательно, приводит к прекращению ее сокращений.

Скорость проведения возбуждения по нервным волокнам может быть определена у человека сравнительно несложным путем. Для определения скорости проведения по двигательным волокнам используется электрическая стимуляция нерва через кожу в тех местах, где он расположен неглу­боко. Используя электромиографическую методику, записывают электрический ответ мышцы на это раздражение. Латентный период ответа в основном зависит от скорости проведения по нерву. Измерив его, а также расстояние между стимулирующими и отводящими электродами, можно рассчитать скорость проведения. Более точно ее можно определить по разности латентного ответа при раздражении нерва в двух точках. Для определения скорости проведения по чувствительным волокнам наносят кожное электрическое раздражение, а ответ отводится от нерва. В связи с тем что высокая скорость проведения по нервным волокнам обусловлена миелиновой оболочкой, нарушения ее, наблюдающиеся при ряде заболеваний нервной системы, сопровождаются снижением скорости проведения возбуждения. Поэтому методика определения скорости проведения по нервным волокнам широко используется в неврологических клиниках для диагностических целей. .

Усиление работы насоса сопровождается значительным повышением интенсивности обменных процессов, поставляющих энергию для активного переноса ионов Na+ и К+ через мембрану. Это проявляется усилением процессов распада и синтеза АТФ и креатин-фосфата, увеличением потреблении клеткой кислорода, повышением теплопродукции и т. п. Благодаря работе насоса нарушенное при возбуждении неравенство концентраций подчеркнуть, что скорость выведения Na из цитоплазмы с помощью насоса относительно мала: она примерно в 200 раз ниже скорости движения этих ионов через мембрану по концентрационному градиенту.

ПКП обусловлен активацией ацетилхолином хемовозбудимых ионных каналов, имеющихся в постсинаптической мембране скелетного мышечного волокна. Так же как электровозбудимые, хемовозбудимые каналы образованы макромолекулами белка, про­низывающими липидный бислой мембраны. Функциональная структура хемовозбуди-мого канала схематически показана на 53. Канал состоит из транспортной системы, воротного механизма и участка связывания — «холинорецептора», обладающего высоким сродством к медиатору ацетилхолину. В отсутствие ацетилхолина канал закрыт.

Ионы С1 в нервных волокнах не играют существенной роли в генезе потенциала покоя, поскольку проницаемость для них покоящейся мембраны относительно мала. В от­личие от этого в скелетных мышечных волокнах проницаемость покоящейся мембраны для ионов хлора сравнима с калиевой, и потому диффузия С1 внутрь клетки увеличи­вает значение потенциала покоя. Рассчитанный хлорный равновесный потенциал (Ес1). Таким образом, величина потенциала покоя клетки определяется двумя основными факторами: а) соотношением концентраций проникающих через покоящуюся поверхно­стную мембрану катионов и анионов; б) соотношением проницаемостей мембраны для этих ионов.

Гладкие мышцы в организме высших животных и человека находятся во внутренних органах, сосудах и коже. Они способны осуществлять относительно медленные движения и длительные тонические сокращения. Относительно медленные, часто имеющие ритмический характер сокращения глад­ких мышц стенок полых органов: желудка, кишок, протоков пищеварительных желез, мочевого пузыря, желчного пузыря и др., обеспечивают перемещение содержимого этих органов. Примером являются маятникообразные и перистальтические движения ки­шечника. Длительные тонические сокращения гладких мышц особенно резко выражены в сфинктерах полых органов; их тоническое сокращение препятствует выходу содержи­мого. Этим обеспечивается накопление желчи в желчном пузыре и мочи в мочевом пу­зыре, оформление каловых масс в толстой кишке и т. д. В состоянии постоянного тонического сокращения находятся также гладкие мышцы стенок кровеносных сосудов, особенно артерий и артериол. Тонус мышечного слоя стенок артерий регулирует величину их просвета и тем самым уровень кровяного давления и кровоснабжения органов. Тонус и двигательная функция гладких мышц регулируются импульсами, поступа­ющими по вегетативным нервам, и гуморальными влияниями.

Нервные волокна не могут существовать вне связи с телом нервной клетки: перерезка нерва ведет к гибели тех волокон, которые оказались отделенными от тела клеток. У теплокровных живот­ных уже через 2—3 сут после перерезки нерва периферический его отросток утрачивает способность к проведению нервных импульсов. Вслед за этим начинается дегенерация нервных волокон, причем миелиновая оболочка претерпевает жировое перерождение, Это выражается в том, что мякотная оболочка теряет миелин, который скапливается в виде капель; распавшиеся волокна и их миелин рассасываются и на месте нервных волокон остаются тяжи, образованные леммоцитом (шванновской клеткой). Все эти изменения впервые были описаны английским врачом Валлером и названы по его имени валлеровским перерождением.

На показаны изменения натриевой (gNa) и калиевой (gg) проницаемости мембраны нервного волокна во время фиксированной деполяризации. Как отмечалось, величины gNa и gK отражают число одновременно открытых натриевых или калиевых каналов. Как видно, gNa быстро, за доли миллисекунды, достигла максимума, а затем медленно начала снижаться до исходного уровня. После окончания деполяризации способность натриевых каналов вновь открываться постепенно восстанавливается в течение десятков миллисекунд. Для объяснения такого поведения натриевых каналов высказано предположение о суще­ствовании в каждом канале двух типов «ворот» — быстрых активационных и медленных инактивационных. Как следует из названия, на­чальный подъем gNa связан с открыванием активационных ворот («процесс активации»), последующее падение gNa, во время продолжа­ющейся деполяризации мембраны, --с закры­ванием инактивационных ворот («процесс инактивации»).

Энергетические траты при возбуждении нервных волокон связаны главным образом с работой натрий-калиевого насоса, который активируется поступлением внутрь цито­плазмы Na+. В условиях нормального кровоснабжения нерва натрий-калиевый насос обеспечивает устойчивое поддержание ионного состава цитоплазмы, так как число ионов Na+, поступающих внутрь волокна, и К+, покидающих волокно при каждом импульсе, очень мало по сравнению с общим их содержанием в цитоплазме и межкле­точной жидкости. Если принять, что число ионов, пересекающих единицу площади мембраны, в различных волокнах одинаково, то в этом случае изменение концентрации этих ионов в цитоплазме должна быть обратно пропорционально диаметру волокна. Поэтому волокно диаметром 0,5 мкм при каждом импульсе должно терять 1000содер-жания К+ вместо 1 000000, как это наблюдается в гигантских аксонах кальмара. Этим, по-видимому, и объясняется тот факт, что тонкие нервные волокна утомляются значительно быстрее, чем толстые. Электронно-микроскопические исследования выявили, что так же как в ЦНС, на периферии синапсы состоят из трех основных элементов: пресинаптической мембраны, постсинаптической мембраны и синаптической щели ( 52). Пресинаптической называется мембрана, покрывающая нервное окончание, которое представляет собой своеобразный нейросекреторный аппарат. Здесь содержится и выделяется медиатор, оказывающий возбуждающее или тормозящее действие на иннервируемую клетку.