Физиология

Специфическим блокатором натриевых каналов является тетродотоксин,— соедине­ние, синтезируемое в тканях некоторых видов рыб и саламандр. Это соединение входит в наружное устье канала, связывается с какими-то пока неидентифицированными хими­ческими группами и «закупоривает» канал. Используя радиоактивно меченный тетродо­токсин, подсчитали плотность натриевых каналов в мембране. У различных клеток эта плотность варьирует от десятков до десятков тысяч натриевых каналов на квадратный микрон мембраны. Функциональная организация калиевых каналов сходна с таковой натриевых кана­лов, различия лишь в их селективности и кинетике процессов активации и инактивации. Селективность калиевых каналов выше селективности натриевых: для Na+ калиевые каналы практически непроницаемы; диаметр их селективного фильтра около 0,3 нм. Акти­вация калиевых каналов имеет примерно на порядок более медленную кинетику, чем активация натриевых каналов. На протяжении 10 мс деполяризации gK не об­наруживает тенденции к инактивации: калиевая инактивация развивается только при многосекундной деполяризации, мембраны.

При сигналах, вызывающих условный оборонительный рефлекс, наблюдают условно-рефлекторное учащение и усиление сердечных сокращений. Сочетание какого-либо ин­дифферентного раздражителя с надавливанием на глазные яблоки (что вызывает замед­ление сердечной деятельности — рефлекс Ашнера) приводит к тому, что применение только одного условного раздражителя замедляет сердечные сокращения. Возможность условнорефлекторных изменений дыхания как у животных, так и чело­века уже давно показана в лаборатории В. М. Бехтерева также при выработке условных оборонительных рефлексов. Условнорефлекторное увеличение легочной вентиляции и поглощения кислорода возникает в ответ на действие условного сигнала, который в тече­ние нескольких опытов предшествовал мышечной работе. Усиление газообмена и увеличе­ние легочной вентиляции, наблюдающееся еще до начала работы, способствуют боль­шей выносливости и лучшей работоспособности организма во время мышечной деятель­ности. При сочетании условного раздражителя с дачей собаке пищи образуются наряду с двигательными условные секреторные рефлексы. Лучше и подробнее всего изучены слюноотделительные условные рефлексы. Все важнейшие закономерности условных реф­лексов получены лабораторией И. П. Павлова при экспериментальном анализе реакции слюноотделения. Секреторные компоненты условных пищевых рефлексов зарегистрированы также при исследовании секреции желудка и поджелудочной железы. Слюноотделительные условные рефлексы являются компонентами и оборонитель­ного условного рефлекса, образующегося при сочетании условного сигнала с вливанием в рот собаке кислоты. Физиологическое значение этого условного рефлекса состоит в удалении (смывании) раздражителя из полости рта.

При постоянной силе безусловного раздражения величина условного рефлекса зави­сит от физической силы сигнального раздражителя. Чем она больше, тем условный рефлекс сильнее (так называемый закон силовых соотношений). «Закон силы», однако, действителен только в определенных пределах, для всякого условного агента существует предел силы, за которым дальнейшее усиление раздражи­теля ведет к ослаблению условной реакции.

В естественных условиях генерацию потенциала действия вызывают так называемые местные токи, возникающие между возбужденным (деполяризованным) и покоящимся участками клеточной мембраны. Поэтому электрический ток рассматривается как аде­кватный раздражитель для возбудимых мембран и успешно используется в эксперимен­тах при изучении закономерностей возникновения потенциалов действия. Минимальную силу тока, необходимую и достаточную для инициации потенциала действия, называют пороговой, соответственно раздражители большей и меньшей силы обозначают подпороговыми и сверхпороговыми. Пороговая сила тока (пороговый ток) в определенных пределах находится в обратной зависимости от длительности его дейст­вия. Существует также некоторая минимальная крутизна нарастания силы тока, ниже которой последний утрачивает способность вызывать потенциал действия. Существуют два способа подведения тока к тканям для измерения порога раздражения и, следовательно, для определения их возбудимости. При первом способе — внеклеточном — оба электрода располагают на поверхности раздражаемой ткани.

Структура и функция отдельных слоев сетчатки Сетчатка представляет собой внутреннюю оболочку глаза, имеющую сложную многослойную структуру ( 214). Здесь расположены два вида различных по своему функциональному значению фоторецепторов — палочки и колбочки и несколько видов нервных клеток с их многочисленными отростками. Под влиянием световых лучей в фоторецепторах происходят фотохимические реак­ции, состоящие в изменении светочувствительных зрительных пигментов. Это вызывает возбуждение фоторецепторов и затем синаптическое возбуждение связанных с палочка­ми и колбочками нервных клеток. Последние образуют собственно нервный аппарат глаза, который передает зрительную информацию в центры головного мозга и участвует в ее анализе и переработке. Таким образом, сетчатка является как бы частью мозга, вынесенной на периферию. Рассмотрим структуру и функцию слоев сетчатки, следуя от наружного (заднего, наиболее удаленного от зрачка) слоя сетчатки к внутреннему (расположенному ближе к зрачку) ее слою. Пигментный слой сетчатки. Наружный слой сетчатки образован пигментным эпите­лием, содержащим пигмент фусцин. Этот пигмент поглощает свет, препятствуя его отражению и рассеиванию, что способствует четкости зрительного восприятия. У некоторых ночных животньгх между фоторецепторами и пигментными клетками имеется отражающий свет слой, состоящий из особых кристаллов или нитей. Отражение от них света являет­ся причиной свечения глаз у ночных животных при внешнем освещении. Наличие слоя, отражающего свет, обусловливает действие на фоторецепторы не только прямых, но и отраженных лучей, что в условиях слабой освещенности повышает возможность восприятия света.

Вкусовые клетки — наиболее коротко живущие эпителиальные клетки организма; в среднем через каждые 250 ч каждая клетка сменяется молодой, движущейся к центру вкусовой почки от ее периферии. Каждая из рецепторных вкусовых клеток длиной 10—20 мкм (1—2- 10-5 м), шириной 3—4 мкм (3—4-10-6 м) имеет на конце, обращенном в просвет поры, 30—40 тончайших микроворсинок — 0,1—0,2 мкм (2*10-7 м) длиной 1—2 мкм (1—2 -10-6 м). Считают, что они играют важную роль в возбуждении рецеп-торной клетки, воспринимая те или иные химические вещества, адсорбированные в канале почки. Предполагают, что в области микроворсинок расположены активные центры — стереоспецифические участки рецептора, избирательно воспринимающие адсорбцию разных веществ. В настоящее время многие этапы первичного преобразова­ния химической энергии вкусовых веществ в энергию нервного возбуждения вкусовых рецепторов еще не известны. В опытах с введением микроэлектрода внутрь вкусовой почки животных показано, что суммарный потенциал рецепторных клеток изменяется при раздражении языка разными веществами (сахаром, солью, кислотой). Этот потенциал развивается довольно медленно: максимум его достигается к 10—15 с после воздействия, хотя электрическая активность в волокнах вкусового нерва начинается значительно раньше. Проводниками всех видов вкусовой чувствительности служат барабанная струна и языкоглоточный нерв, ядра которых в продолговатом мозге содержат первые нейроны вкусового анали­затора. Регистрация импульсации в отдельных волокнах данных нейронов показала, что многие из волокон отличаются определенной специфичностью, так как отвечают лишь на соль, кислоту и хинин. Есть волокна, чувствительные к сахарам. Однако наиболее убедительной сейчас считается гипотеза, согласно которой информация о 4 основных вкусовых ощущениях: горьком, сладком, кислом и соленом — кодируется не импульса-цией в одиночных волокнах, а разным распределением частоты разрядов в большой группе волокон, одновременно, но по-разному возбуждаемых вкусовым веществом.

Существует ряд фармакологических агентов, обладающих способностью резко угне­тать активность холинэстеразы. Их называют ингибиторами. К числу таких веществ относятся эзерин, простигмин, гулантамин. Если на нервно-мышечное соединение действует какое-либо из этих веществ, постсинаптический потенциал увеличивается по своей амплитуде и резко растягивается по времени. Иллюстрацией этого является приведенная на 54 запись ПКП, зарегистриро­ванного в нервно-мышечном соединении лягушки до (а) и после (б) воздействия на мышцу вещества, угнетающего активность холинэстеразы. При действии ингибитора холинэстеразы ритмическое раздражение нерва вызывает выраженную суммацию ПКП, что ведет к стойкой деполяризации постсинаптической мембраны и блоку проведения импульсов с нервного волокна на мышечное. При этом стойкая деполяризация постсинаптической мембраны приводит соседние участки мышечного волокна в состояние угнетения, обусловленное инактивацией натриевой и стойким повышением калиевой проводимости мембраны (состояние «катодической депрессии»). Следует отметить, что и в отсутствие ингибиторов холинэстеразы при условии очень частого раздражения нерва постсинаптические потенциалы (ПКП), вызываемые каждым нервным импульсом, суммируются, поскольку в межимпульсный интервал холинэстераза не успевает полностью расщепить выделяющийся в нервном окончании ацетилхолин. В результате суммации потенциалов портсинаптическая мембрана все более и более деполяризуется.

Взаимодействие нейронов анализаторов осуществляется с помощью двух основных механизмов — возбудительного и тормозного. Возбудительное взаимодействие представ­лено главным образом между элементами последовательных нервных слоев, в то время как тормозное — в основном между нейронами одного и того же слоя. Возбудительное взаимодействие организуется следующими способами. Во-первых, аксон каждого нейрона, приходя в вышележащий слой, делится на большее или меньшее число веточек, вступающих в синаптические контакты не с одним, а с несколькими нейронами. Во-вторых, «дендритное дерево», т. е. входы нейрона, имеют, как правило, синапти­ческие контакты с аксонами не одной, а нескольких клеток предыдущего слоя. Из-за этого практически все нейроны анализатора имеют проекционные поля, т. е. совокупность нейронов на следующем и более высоких уровнях анализатора, с которыми они взаимо­действуют. а б я 209. Схема проекционного (а) и рецептивного (б) полей нейрона. Нервная сеть (в). Направле­ние потока импульсов показано стрелкой. Возбужденные нейроны в последовательных слоях (I—5) выделены. Совокупность рецепторов, импульсы от которых поступают на данный нейрон, назы­вают его рецептивным полем. Следует иметь в виду, что рецептивные и проекционные поля существуют у всех нейронов системы одновременно. Более того, они частично перекрываются. Такое «сдви­нутое боковое перекрытие» связей заключается в том, что часть рецепторов, входящих в рецептивное поле данного нейрона, входит и в рецептивное поле соседней с ним клетки, а часть нейронов, входящих в проекционное поле какого-либо рецептора, может входить и в проекционное поле соседнего рецептора ( 209).

Каждая из ста триллионов клеток организма человека отличается чрезвычайно сложной структурой, способностью к самоорганизации и многостороннему взаимодей­ствию с другими клетками. Число процессов, осуществляемых каждой клеткой, и коли­чество перерабатываемой при этом информации намного превосходят то, что сегодня имеет место на каком-нибудь крупном производственном комбинате. Тем не менее клетка представляет собой лишь одну из сравнительно элементарных подсистем в сложной иерархии систем, формирующих живой организм. Все эти системы являются в высшей степени упорядоченными. Нормальная функ­циональная структура любой из них и нормальное существование каждого элемента системы (в том числе каждой клетки) возможны благодаря непрерывному обмену ин­формацией между элементами (и между клетками). Обмен информацией происходит посредством прямого (контактного) взаимодейст­вия между клетками, в результате транспорта веществ с тканевой жидкостью, лимфой и кровью (гуморальная связь — от лат. humor — жидкость), а также при передаче от клетки к клетке биоэлектрических потенциалов, что представляет самый быстрый способ передачи информации в организме. У многоклеточных организмов развилась специаль­ная система, обеспечивающая восприятие, передачу, хранение, переработку и воспроиз­ведение информации, закодированной в электрических сигналах. Это — нервная система, достигшая у человека наивысшего развития. Чтобы понять природу биоэлектрических явлений, т. е. сигналов, при помощи которых нервная система осуществляет передачу ин­формации, необходимо прежде всего рассмотреть некоторые стороны общей физиологии так называемых возбудимых тканей, к которым относятся нервная, мышечная и желези­стая ткани.

В естественных условиях существования организма по нервным волокнам проходят не одиночные потенциалы действия, а серии импульсов, следующих друг за другом с раз­личными интервалами. В двигательных нервных волокнах при произвольных движениях частота импульсации обычно не превышает 50 в секунду, т. е. межимпульсный интервал составляет около. 200 мс. При таком большом интервале все восстановительные процес­сы, развивающиеся после окончания потенциала действия (реактивация натриевых кана­лов, восстановление исходной натриевой проводимости, «откачка» из цитоплазмы ионов Na+ и возвращение внутрь волокна ионов К+ и т. д.), успевают полностью закончиться. Однако в чувствительных нервных волокнах (например, в слуховом или зрительном нерве) при сильном раздражении в начальный момент частота разряда может достигать 1000 и более импульсов в секунду при длительности абсолютной рефрактерной фазы 0,5—0,7 мс. Подобные высокочастотные разряды импульсов появляются при возбуждении и в некото­рых нервных клетках, например в клетках Реншоу спинного мозга. Н. Е. Введенский первый обратил внимание на разную способность возбудимых об­разований воспроизводить высокие ритмы раздражений. Максимальное число потен­циалов действия («максимальный ритм»), которое способно возбудимое образование генерировать в 1 с в соответствии и с ритмом раздражения, Н. Е. Введенский предложил в качестве показателя «лабильности» ткани. В настоящее время ясно, что максимальный