Тормозной постсинаптический потенциал. Пресинаптическое торможение. Возбуждающий постсинаптический потенциал (впсп) Основное свойство возбуждающего постсинаптического потенциала

Потенциал действия, приходящий в пресинаптическое окончание, вызывает выделение медиатора в синаптическую щель. Когда медиатор достигает постсинаптического окончания, он связывается с рецепторами на постсинаптической мембране возникает миниатюрный возбуждающий постсинаптической потенциал (ВПСП) – около 0,05 мВ. Такой местный потенциал недостаточен для изменения состояния клетки. Однако возникает сразу много возбуждающих постсинаптических потенциалов, они, в отличие от потенциала действия, суммируются, для того чтобы был достигнут критической уровень деполяризации. Когда достигнут КУД, начинается генерация потенциала действия. Возбуждающие постсинаптические потенциалы могут суммироваться только в том случае, если они возникают одновременно, синхронно (в этом случае не успевает восстановиться потенциал покоя и деполяризация мембраны нарастает).

Иногда происходят спонтанные выбросы медиатора из пресинаптического окончания вследствие случайных столкновений везикул и мембраны. Однако потенциал действия в этом случае не возникает из-за небольшой величины возбуждающего постсинаптического потенциала.

Помимо процессов возбуждения на мембране могут происходить и обратные процессы торможения. Торможение в НС – это не пассивный процесс отсутствия деятельности, а активная блокирующая деятельность. В случае торможения на мембране возникают не возбуждающие постсинаптические потенциалы, а тормозные постсинаптические потенциалы , ТПСП. При возникновении тормозных постсинаптических потенциалов происходит гиперполяризация мембраны. ТПСП вызывает не снижение, а увеличение разности потенциалов на мембране, которое препятствует формированию потенциала действия. На мембране образуются сходящиеся токи, то есть, гиперполяризация «стекается» к аксону со всех мест, где произошло тормозное воздействие. ТПСП возникают при поступлении в клетку анионов, которые легко проходят через каналы. Чаще всего это Cl-.

Раньше считалось, что за возникновение ВПСП и ТПСП отвечают различные медиаторы. К основным тормозным медиаторам относят ГАМК (в корковых и подкорковых отделах) и глицин (на периферии и СМ). Однако сейчас считается, что за генерацию ВПСП либо ТПСП отвечает не собственно медиатор (ГАМК может вызывать и активирующее влияние). Медиатор, попадая на постсинаптическую мембрану, связывается с рецептором, который, в свою очередь, влияет на особый G-белок, активирующий белки ионного канала. G-белок связывается с посредником-мессенджером, который оказывает влияние на работу ионного канала. В зависимости от деятельности этого G-белка происходит открытие либо анионных, либо катионных каналов, и, соответственно, генерируется либо ВПСП, либо ТПСП.

Свойства постсинаптического потенциала :

Возникают только конкретно в том месте, где произошло воздействие медиатора. Обычно, это дендрит или сома.
Величина = 0,05 мВ
В отличие от ПД, суммируются.

(межклеточной передачи сигнала).

Тормозящие (ингибирующие) пресинаптические нейроны выделяют в синапс тормозные нейромедиаторы (например, такие, как ГАМК , глицин , серотонин , в зависимости от типа нейрона). Эти тормозные нейромедиаторы затем связываются с соответствующими специфическими «тормозными» постсинаптическими рецепторами. В результате активации этих тормозных рецепторов происходят изменения в активности постсинаптического нейрона, в частности открываются или закрываются ионные каналы (например, каналы ионов хлора в случае ГАМК-А рецептора или каналы ионов калия в случае 5-HT 1A -рецептора). Это приводит к изменению электрической проводимости мембраны постсинаптического нейрона. Генерируется электрический ток, который изменяет постсинаптический потенциал - постсинаптическая мембрана становится более электроотрицательной (более отрицательно заряженной). Если исходный потенциал мембраны находится между порогом покоя и порогом возникновения потенциала действия, то в результате воздействия этого ингибирующего потенциала может произойти деполяризация клетки. Тормозные постсинаптические потенциалы также приводят к изменению проницаемости мембраны для ионов хлора, поскольку в результате изменения потенциала мембраны изменяется электростатическая сила, воздействующая на хлорные каналы. Для измерения постстинаптических потенциалов в возбуждающих и тормозных синапсах могут использоваться микроэлектроды.

В целом, результирующий постсинаптический потенциал клетки зависит от комбинации факторов: типы и комбинации рецепторов и ионных каналов клетки, одновременно подвергающихся воздействию, характер воздействий (агонистический или антагонистический), исходный постсинаптический потенциал клетки, реверсный потенциал, порог возниковения потенциала действия, проницаемость ионных каналов клетки для тех или иных ионов, а также градиент концентрации ионов внутри и снаружи клетки. Вся эта совокупность факторов в конечном счёте и определяет, будет ли клетка в состоянии возбуждения или в состоянии покоя либо даже угнетения. Тормозные постсинаптические потенциалы всегда направлены на то, чтобы снизить (сделать более электроотрицательным) мембранный потенциал клетки и удержать его ниже порога возникновения потенциала действия. Таким образом, тормозный постсинаптический потенциал может рассматриваться как своего рода «временная гиперполяризация» клетки. Тормозные и возбуждающие постсинаптические потенциалы конкурируют друг с другом на множестве синаптических терминалей нейрона. Их суммация и предопределяет то, будет или не будет потенциал действия, сгенерированный пресинаптической клеткой в конкретном синапсе, повторен (регенерирован) подобным же потенциалом действия на постсинаптической мембране. Эта же суммация всех имеющихся потенциалов предопределяет и то, какой будет реакция постсинаптической клетки на очередной, «ещё один», тормозный или возбуждающий сигнал, не достигающий сам по себе величины потенциала действия. Некоторые типичные нейромедиаторы, вовлечённые в генерацию тормозных постсинаптических потенциалов - это ГАМК и глицин, и - во многих, но не во всех, случаях (в зависимости от типа рецептора) - серотонин.

Энциклопедичный YouTube

1 / 1

✪ Neuronal synapses (chemical) | Human anatomy and physiology | Health & Medicine | Khan Academy

Субтитры

Я думаю, мы уже имеем правильное представление о том, как сигнал передается вдоль отростка нейрона. Мы видели, что несколько дендритов, может быть этот и этот, и еще один, были возбуждены, в них, вероятно, возник потенциал действия. Когда мы говорим, что дендрит возбужден, мы имеем в виду, что при этом открываются некоторые виды каналов. Это является пусковым сигналом. Открытый канал позволяет ионам войти внутрь клетки или, в некоторых случаях, ионы, наоборот, выходят из клетки наружу. В таких случаях запускается торможение. Но давайте рассмотрим случай, когда ионы входят внутрь клетки электротоническим способом. Вход ионов в клетку изменяет заряд или разность потенциала на мембране клетки. Если благодаря этим совместным эффектам изменение разности потенциала мембраны около аксонального бугорка достаточно велико и достигает порога, то натриевые каналы, расположенные здесь, откроются, и натрий войдет внутрь клетки. В этой ситуации потенциал становится более положительным. Калиевые каналы открываются для того, чтобы вернуть потенциал к исходному значению, но в данный момент потенциал более положительный, что электротонически влияет на соседний натриевый канал. И опять возникает ситуация, когда натриевые ионы входят в клетку, и таким образом сигнал распространяется по отростку нейрона. Теперь возникает естественный вопрос, что происходит в местах контакта нейронов? Мы говорили, что этот дендрит получил пусковой сигнал или был возбужден. В большинстве случаев он получает пусковой сигнал или бывает возбужден другим нейроном. Иногда это может быть что-то еще. В нашем примере, когда аксон возбуждается, он возбуждает другую клетку. Это может быть мышечная клетка или, в большинстве случаев, аксон возбуждает другой нейрон. Как он это делает? Итак, это терминаль аксона. Недалеко от него может находиться дендрит другого нейрона. Это другой нейрон имеет собственный аксон и сому. Аксон должен каким-то образом передать пусковой сигнал на дендрит. Как это происходит? Каким образом сигнал переходит с одного нейронального аксона на дендрит соседнего нейрона? На самом деле сигнал не всегда переходит с аксона на дендрит, но такой вариант наиболее типичен. Также сигнал может передаваться с аксона на аксон, с дендрита на дендрит, с аксона на сому нейрона, но давайте сосредоточимся на передаче сигнала с аксона на дендрит, так как это наиболее традиционный способ, с помощью которого нейроны передают информацию от одной клетки к другой. Теперь давайте увеличим эту часть рисунка. Я увеличу во много раз этот кусочек, обведенный квадратиком. Это терминаль аксона. И теперь давайте увеличим всю эту область. Теперь мы увеличим область дендрита соседнего нейрона, и я поверну весь рисунок. Хотя, на самом деле, мне даже не надо ничего поворачивать. Сейчас я нарисую терминаль аксона. Допустим терминаль выглядит примерно так. Я во много раз ее увеличиваю. Это терминаль аксона данного нейрона. Это внутренняя часть нейрона. А здесь находится дендрит. Я рисую дендрит рядом с терминалью аксона. Теперь мы увеличим всю эту область. Это дендрит соседнего нейрона. Это внутренняя часть первого нейрона. Возникший в первом нейроне потенциал действия распространяется по аксону. Постепенно, возможно, здесь (я не знаю, сможем ли мы увеличить эту область) или здесь, потенциал действия повлияет на электрический потенциал мембраны и сделает его достаточно положительным для того, чтобы открыть натриевый канал. Возможно, я очень близок к тому, что происходит в действительности. Этот канал находится здесь. Он открывается, и ионы натрия входят в клетку. Затем все и начинается. В клетке есть калий, который может выйти из нее, но в настоящий момент натрий находится внутри, и возникший положительный заряд запускает другой канал, а тот может запустить другой натриевый канал, если дальше есть еще один натриевый канал. Но на конце аксона находятся кальциевые каналы. Я нарисую их розовым цветом. Это кальциевый канал, который обычно закрыт. Это кальциевый ионный канал. Кальций имеет заряд +2. Кальциевый канал обычно закрыт, но он управляется потенциалом. Когда потенциал становится достаточно большим, то канал открывается и ионы кальция входят в клетку. Это очень напоминает работу потенциал-управляемого натриевого канала в том смысле, что когда потенциал становится положительным в области ворот, канал открывается. Таким образом, кальциевые ионы с зарядом +2 входят в клетку. Сейчас вы можете у меня спросить, почему ионы кальция входят в клетку? У них положительный заряд. Вы можете напомнить мне, что я только что сказал, что потенциал клетки стал положительным в результате вхождения внутрь клетки ионов натрия. Почему ионы кальция будут входить в клетку? Причина, по которой кальций будет входить в клетку, состоит в том, что у клетки есть ионные кальциевые насосы, аналогичные тем насосам, которые откачивают натрий из клетки и накачивают калий внутрь клетки. Кальциевые насосы почти идентичны натрий-калиевым насосам, о которых я вам рассказывал, но они имеют дело с ионами кальция. В мембране есть специальные белки. Это фософолипидный слой мембраны. Я нарисую два слоя, чтобы вы понимали, что мембрана - двухслойная. Я нарисую это таким образом. Так это будет выглядеть ближе к действительности, хотя все вместе это выглядит не очень реалистично. Это билипидный слой мембраны. Вы уже, наверно, поняли, но я хочу нарисовать, чтобы прояснить этот момент. В мембране находятся кальциевые ионные насосы, которые являются разновидностью АТФаз, так же, как и натрий-калиевые насосы. Одна молекула АТФ связывается с белком, ион кальция связывается с этим же белком в другом месте. Фосфат отщепляется от АТФ, и энергии, освобожденной благодаря этому, достаточно для изменения конформации белка, что приводит к выталкиванию ионов кальция наружу. Существенно то, с каким участком связывается кальций, и в зависимости от этого при открытии канала кальций может только войти в клетку. Все это очень похоже на работу натрий-калиевого насоса, но неплохо знать, что в состоянии покоя концентрация ионов кальция снаружи очень высока, и движение ионов кальция управляется АТФ. Концентрация кальция снаружи значительно больше, чем внутри, и перемещение ионов кальция осуществляется этими ионными насосами. Таким образом, потенциал действия, достигший терминали, запускает не другой натриевый канал, а открывает ворота кальциевого канала, и ионы кальция входят в терминаль аксона. Теперь ионы кальция связываются с другими белками. Но перед тем, как я перейду к другим белкам, мы должны получить представление о том, что происходит в месте контакта. Я, кажется, уже использовал слово "синапс", а, может быть, и нет. Место, где этот аксон встречается с дендритом, называется синапсом. Вы можете представить это как место соединения, контакта или касания. Этот нейрон называется пресинаптическим. Я напишу это название. Всегда хорошо иметь небольшой запас терминов под рукой. А это постсинаптический нейрон. Пространство между двумя нейронами, между этим аксоном и этим дендритом, называется синаптической щелью. Это очень небольшое пространство. Мы сейчас говорим о химическом синапсе. Обычно, когда люди говорят о синапсе, они говорят о химическом синапсе. Существуют также электрические синапсы, но я не буду останавливаться на них. Химический синапс - это наиболее распространенный вариант синапса. Синаптическая щель в химических синапсах равна примерно 20 нанометрам, что очень мало. Диаметр клетки в среднем обычно колеблется от 10 до 100 микрон. Микрон равен 10 в минус 6 степени метра. Нанометр соответственно равен 10 в минус 9 степени метра. То есть это очень маленькое расстрояние. В этом есть смысл, посмотрите, какими большими выглядят клетки по сравнению с небольшой щелью между ними. Итак, это очень узкая щель. У пресинаптического нейрона в терминале находятся везикулы. Помните, что такое везикулы? Это пузырьки, окруженные мембраной, которые находятся внутри клетки. У нас есть везикулы в терминале. Мембраны везикул также состоят из фосфолипидных слоев. Вы можете рассматривать везикулы как контейнеры. Я нарисую один такой пузырек. Они могут содержать в себе молекулы, которые называют нейротрансмиттерами. Я нарисую нейротрансмиттеры зеленым цветом. В везикулах содержатся молекулы нейротрансмиттеров. Возможно, вы слышали это слово раньше. На самом деле, множество веществ, которые люди используют для лечения депрессии или других состояний, относящихся к состоянию мозга, влияют на синтез или на действие трансмиттеров. Я не буду вдаваться в детали, но везикулы содержат нейротрансмиттеры. Когда кальциевые каналы открываются (они потенциал- управляемые и открываются при изменении потенциала в положительную сторону), ионы кальция входят внутрь. Затем кальций связывается с белками, которые удерживают везикулы у мембраны. Эти маленькие везикулы прикреплены к пресинаптической мембране или к мембране аксональной терминали, вот здесь. Эти белки называют якорными белками. SNARE - английская аббревиатура, но это слово также означает "удерживать", что хорошо подходит в данном случае, так как эти белки в буквальном смысле "заякоривают" везикулы к мембране. В этом заключается функция этих белков. Когда ионы кальция входят в клетку, они связываются с этими белками, прикрепляются к белкам и изменяют их конформацию таким образом, что белки подтаскивают везикулы ближе к мембране и раздвигают обе мембраны, что приводит к их слиянию. Я увеличу эту часть рисунка, чтобы было понятнее, что на самом деле происходит. После того, как ионы кальция связались с белками (так все выглядело до того, как ионы кальция вошли в клетку), якорные белки подтягивают везикулы близко-близко к пресинаптической мембране. После этого везикула и пресинаптическая мембрана выглядит таким образом. Здесь находятся якорные белки. Я рисую не совсем точно так, как это выглядит в клетке, но эта картинка дает представление о том, как это происходит. Якорные белки подтягивают мембраны друг к другу, затем раздвигают их так, чтобы они могли соединиться. Самое главное последствие этого события - причина, по которой все и происходит - освобождение нейротрасмиттеров из везикул прямо в синаптическую щель. Нейротрансмиттеры, находившиеся внутри везикулы, попадают в синаптическую щель. Этот процесс называется экзоцитозом. Можно сказать, что это процесс выхода веществ из цитоплазмы пресинаптического нейрона. Возможно, вы слышали какие-то из названий нейротрансмиттеров, например, серотонин, дофамин, эпинефрин (или адреналин). Адреналин является также и гормоном, но он действует и как нейротрансмиттер. Норэпинефрин (или норадреналин) - тоже одновременно и гормон, и нейротрансмиттер. .Возможно, вы слышали эти слова раньше. Как бы то ни было, эти вещества освобождаются в синаптическую щель и связываются с мембраной постсинаптического нейрона или этого дендрита. Допустим, они связываются здесь, здесь и здесь. Они связываются со специальными белками на поверхности этой мембраны, но главным результатом этого связывания является открытие ионных каналов. Таким образом этот нейрон возбуждает этот дендрит. Когда эти нейротрансмиттеры связываются с этой мембраной, возможно, открываются натриевые каналы. Возможно, это вызовет открытие натриевого канала. В этом случае натриевый канал не потенциал-управляемый, а лиганд-управляемый. Нейротрансмиттер открывает натриевый канал, затем ионы натрия входят в клетку, что мы уже обсуждали ранее, когда говорили об исходном сигнале. Вход ионов натрия соответствует возникновению возбуждения. Клетка становится более положительно заряженной. Если она достаточно положительно заряжена, то в этой точке аксонального бугорка электротонически увеличивается потенциал. Если рядом находится другой нейрон (как в рассмотренном случае), этот нейрон тоже возбуждается. Вот как это происходит. Сигнал может быть также тормозным. Можно представить, что вместо запуска натриевого ионного канала, происходит открытие калиевого ионного канала. Если происходит открытие калиевого ионного канала, то концентрационный градиент ионов калия заставит калий выходить из клетки. Таким образом, в случае калия положительный заряд уходит из клетки. Помните, я использовал для обозначения ионов калия треугольники. Если положительный заряд выходит из клетки, то содержимое нейрона становится менее положительным. Таким образом, достичь порог возникновения потенциала действия станет труднее, так как для этого понадобится большее изменение потенциала в положительную сторону. Надеюсь, я не запутал вас этими объяснениями. Этот контакт, если следовать первому описанию, которое я дал, возбуждающий. Когда терминаль нейрона возбуждается потенциалом действия, ионы кальция входят внутрь. В результате, везикулы изливают свое содержимое в синаптическую щель, а затем освобожденные нейротрансмиттеры открывают натриевые каналы и стимулируют нейрон. Если нейротрансмиттер открывает калиевые каналы, то он тормозит нейрон. Так работают синапсы. Я хотел было сказать, что существуют миллионы синапсов, но это было бы неправильно. Синапсов триллионы. По самым точным оценкам в коре головного мозга от 100 до 500 триллионов синапсов. Это только в коре головного мозга. Причина, почему у нас так много синапсов, заключается в том, что один нейрон может образовывать множество синапсов. Вы можете представить, что у этой нарисованной клетки синапс может быть здесь, и здесь, и здесь. Даже один нейрон может образовывать сотни и тысячи синапсов. Этот нейрон может иметь синапс с этим нейроном, и с этим, и с этим. Итак, у нас много много контактов. Именно синапсы делают нас сложными существами, именно они заставляют нас действовать характерным для человеческого разума образом. Надеюсь, что вам этот видеоурок показался полезным.

Компоненты

Типы

Эта система работает таким образом, что тормозные постсинаптические потенциалы суммируются во времени с подпороговыми или надпороговыми возбуждающими потенциалами, в результате чего уменьшается результирующий постсинаптический потенциал. Эквивалентные по модулю возбуждающие (положительные) и тормозные (отрицательные) постсинаптические потенциалы дают в сумме нейтральное состояние, взаимно отменяя действие друг друга на клетку. Баланс между возбуждающими и тормозными постсинаптическими потенциалами очень важен для интеграции клеткой всей поступающей от различных возбуждающих и тормозных синапсов электрической и химической информации.

Дополнительные факторы

Размер нейрона также может влиять на эффект, который оказывает на клетку тормозной постсинаптический потенциал. Простое и мгновенное временное суммирование постсинаптических потенциалов имеет место быть в нейронах сравнительно небольшого размера, тогда как в крупных нейронах большее количество синапсов, метаботропных и ионотропных рецепторов, а также наличие длинных аксонов и большее расстояние от синапсов до тела нейрона позволяет нейронам ещё некоторое время продолжать электрическое и химическое общение с другими нейронами (то есть пребывать в состоянии возбуждения), несмотря на наличие тормозных потенциалов на удалённых от тела синапсах, пока тормозящий сигнал «путешествует» до тела клетки.

Ингибиторные молекулы

ГАМК является весьма распространённым тормозным нейромедиатором (нейромедиатором, воздействие которого приводит к генерации тормозного постсинаптического потенциала) в нервной системе и сетчатке млекопитающих. ГАМК-рецепторы являются пентамерами, наиболее часто состоящими из трёх разных субъединиц (α, β, γ), хотя существуют и несколько других субъединиц (δ,ε, θ, π, ρ) и возможных конфигураций ГАМК-рецептора. Открытые каналы селективно проницаемы для ионов хлора или калия (в зависимости от типа рецептора) и позволяют этим ионам проходить через мембрану. Если электрохимический потенциал возникающего при этом ионного тока более отрицателен, чем порог возникновения потенциала действия, то возникающее как следствие этого ионного тока (который сам есть следствие активации ГАМК-рецептора) изменение электрического заряда (потенциала) мембраны и её проводимости приводит к тому, что результирующий постсинаптический потенциал становится ниже (более электроотрицательным), чем порог возникновения потенциала действия, и это снижает вероятность постсинаптического нейрона сгенерировать потенциал действия. Молекулы и рецепторы глицина действуют во многом сходным образом и в нервной системе, и в сетчатке.

Ингибирующие рецепторы

Существует два типа ингибирующих рецепторов:

Ионотропные рецепторы

Ионотропные рецепторы (также известные как открываемые лигандом ионные каналы) играют важную роль в быстрой генерации тормозных постсинаптических потенциалов. Нейромедиатор связывается со специфическим доменом рецептора - так называемым сайтом или доменом связывания лиганда (ligand-binding site or domain ) рецептора, расположенным на наружной стороне поверхностной мембраны клетки (обращённым в синаптическую щель). Это приводит к изменению пространственной конфигурации рецептора и к открытию в нём ионного канала, который образуется внутри эндомебранного (проходящего сквозь мембрану) домена рецептора. В результате возникает быстрый входящий или исходящий ток ионов - внутрь или наружу клетки. Ионотропные рецепторы способны продуцировать очень быстрые изменения постсинаптического потенциала - в течение миллисекунд после генерации потенциала пресинаптической клеткой. Ионные каналы способны влиять на амплитуду и временные характеристики потенциала действия клетки в целом. Ионотропные ГАМК-рецепторы, сопряженные с каналами ионов хлора, являются мишенью действия многих лекарств, в частности барбитуратов, бензодиазепинов, ГАМК-аналогов и агонистов, ГАМК-антагонистов, таких, как пикротоксин. Алкоголь также модулирует ионотропные ГАМК-рецепторы.

Метаботропные рецепторы

Метаботропные рецепторы, большинство из которых относятся к семейству G-белок-связанных рецепторов, не содержат встроенных в их структуру ионных каналов. Вместо этого они содержат внеклеточный домен связывания лиганда (ligand-binding domain ) и внутриклеточный домен связывания с первичным эффекторным белком, которым наиболее часто бывает G-белок . Связывание агониста с метаботропным рецептором приводит к такому изменению конфигурации рецептора, при котором активируется первичный эффекторный белок. Так, например, в случае G-белка активация связанного с ним рецептора приводит к диссоциации β- и γ- субъединиц G-белка в виде βγ-димера и к активации ими ряда «добавочных» внутриклеточных сигнальных путей (в частности en:GIRK - вторичного эффектора. Повышение или снижение активности протеинкиназы А запускает нисходящий эффекторный каскад вплоть до эффекторов N-го порядка. В частности, открываются или закрываются ионные каналы.

Ингибирующие метаботропные рецепторы связаны всегда с ингибирующим подтипом G-белка, то есть с G i . Таким образом, они угнетают активность аденилатциклазы и снижают концентрацию циклического АМФ, эффективно угнетая тем самым активность протеинкиназы А. Помимо этого, они активируют входящий поток ионов калия через GIRK , активированный βγ-димером G-белка, и угнетают активность кальциевых каналов, что вызывает гиперполяризацию клетки. Именно таким образом устроены метаботропные ГАМК-рецепторы (гетеродимеры R1 и R2 субъединиц). Сходным образом устроен и 5-HT1A-рецептор .

Метаботропные ингибирующие рецепторы генерируют медленные тормозные постсинаптические потенциалы (длительностью от миллисекунд до минут). Они могут активироваться одновременно с ионотропными (с некоторыми типами ионотропных рецепторов они могут формировать «рецепторный дуплет» - гетеродимер) в одном и том же синапсе, что позволяет одному и тому же синапсу генерировать как быстрые, так и медленные тормозные потенциалы.

Эффект трансмиттера определяется тем, какой вид ионных каналов откроется. Если эти каналы селективно проницаемы только для К+ или Сl-, то возникающий ионный ток может сдвинуть имеющийся потенциал покоя мембраны в более отрицательную область и тем самым противодействовать возбуждению. Этот потенциал тормозит возбуждение клетки и называется тормозным постсинаптическим потенциалом (ТПСП).

Решающими для возникновения ионного тока в мембране являются величина ее потенциала и количество открытых ионных каналов. Например, если бы соединение, представляющее собой трансмиттер, не открыло ионный канал никотинового ACh-рецептора , а открыло канал, специфический для других ионов, то возникли бы другие токи с другим конечным эффектом. Определяющим является тип белка канала, на который действует трансмиттер. Так, на одних синапсах есть каналы для К+, тогда как на других - для Сl-. Последние распространены много чаще. Рассмотрим в виде примера рецептор метаботропного синапса , повышающий в результате связывания с трансмиттером проводимость для ионов К+. При нормальной величине потенциала мембраны это приводит к дальнейшему выходящему току ионов К+ в соответствии с уравнением Гольдмана и гиперполяризации потенциала мембраны вследствие повышения проницаемости для ионов К+ ( рис. 21.7). Возникает ТПСП. Этот потенциал назван так, потому что наступающая гиперполяризация противодействует деполяризации и, следовательно, возбуждению, так что клетка тормозит свою активность. Принципиально похожая ситуация складывается, если гиперполяризующий мембрану ток связан с ионами Сl-. Так как потенциал равновесия для ионов Сl- лежит между -70 и -75 мВ, Сl- течет в клетку и гиперполяризует ее, если имеющийся потенциал мембраны менее негативен, чем эта величина.

Подобная картина характерна для очень многих клеток.

Действие медиатора на постсинаптическую мембрану химического синапса приводит к возникновению в ней постсинаптического потенциала. Постсинаптические потенциалы могут быть двух типов: деполяризующие (возбуждающие) и гиперполяризующие (тормозные) (рис. 5.5).

Возбуждающие постсинаптические потенциалы (ВПСП) обусловлены суммарным входящим током положительных зарядов внутрь клетки. Такой ток может возникнуть в результате повышения проводимости мембраны для натрия, калия и, возможно, других ионов (например, кальция).

Рис. 5.5.

а - активация только возбуждающего синапса; б - активация только тормозного синапса; в - активация и возбуждающего, и тормозного синапсов

В результате мембранный потенциал смещается по направлению к нулю (становится менее отрицательным). Фактически величина ВИСИ зависит от того, какие ионы переместились через мембрану и каково соотношение проницаемостей для этих ионов. Перемещения различных ионов происходят одновременно, и их интенсивность зависит от количества выделившегося медиатора.

Таким образом, постсинаптические потенциалы представляют собой градуальные реакции (их амплитуда зависит от количества выделившегося медиатора или силы стимула). Этим они отличаются от потенциала действия, который подчиняется закону «все или ничего».

ВИСИ необходим для генерации нервного импульса (ИД). Это происходит в том случае, если ВИСИ достигнет порового значения. После этого процессы становятся необратимыми, и возникает ПД. Итак, возбуждение в клетках может возникать по разным причинам (рис. 5.6), но в любом случае для его развития должно произойти изменение проницаемости мембраны для ионов. По аналогичным механизмам развивается и торможение.

Рис. 5.6.

Если в мембране открываются каналы, обеспечивающие суммарный выходящий ток положительных зарядов (ионов калия) или входящий ток отрицательных зарядов (ионов хлора), то в клетке развивается тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП). Такие токи приведут к удержанию мембранного потенциала на уровне потенциала покоя или к некоторой гиперполяризации.

Прямое химическое синаптическое торможение происходит при активации каналов для отрицательно заряженных ионов хлора. Стимуляция тормозных входов вызывает небольшую гиперполяризацию клетки - тормозный постсинаптический потенциал. В качестве медиаторов, вызывающих ТГТСП, обнаружены глицин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК); их рецепторы связаны с каналами для хлора, и при взаимодействии этих медиаторов со своими рецепторами происходит движение ионов хлора внутрь клетки и увеличение мембранного потенциала (до -90 или -100 мВ). Этот процесс называется постсинаптическое торможение.

Однако в ряде случаев торможение не может быть объяснено только в рамках постсинаптического изменения проводимости. Дж. Экклсом и его сотрудниками был открыт дополнительный механизм торможения в спинном мозге млекопитающих: пресинаптическое торможение. В результате пресинаптического торможения происходит уменьшение высвобождения медиатора из возбуждающих окончаний. При пресинаитическом торможении тормозные аксоны устанавливают синаптический контакт с окончаниями возбуждающих аксонов. В качестве медиатора пресинаптического торможения чаще всего встречается ГАМК. В результате действия ГАМК на пресинаптическое окончание также происходит значительное увеличение проводимости для хлора и в результате - снижение амплитуды ПД в пресинаптическом окончании.

Функциональное значение этих двух видов торможений в ЦНС сильно различается. Постсинаптическое торможение уменьшает возбудимость всей клетки в целом, делая ее менее чувствительной ко всем возбуждающим входам. Пресинаптическое торможение гораздо более специфично и избирательно. Оно направлено на определенный вход, давая возможность клетке интегрировать информацию из других входов.

Моисеева Л.А. Программа курса - Физиология центральной нервной системы и высшей нервной деятельности (Документ)

Реферат - Физиология боли и антиноцицептивная система (Реферат)

Смирнов В.М. Нейрофизиология и высшая нервная деятельность детей и подростков (Документ)

Курсовой проект - Физиология ЦНС (Курсовая)

Кузнецов В.И., Божко А.П., Городецкая И.В. Нормальная физиология (Документ)

Ответы на билеты по Физиологии ЦНС (Шпаргалка)

Ответы к экзамену Анатомия ЦНС (Шпаргалка)

Шпоры - Физиология ЦНС. (МОСА) (Шпаргалка)

Контрольная - Краткая характеристика основных отделов ЦНС (Лабораторная работа)

n1.doc

постсинаптическое торможение .

пресинаптическое торможение .

Функции таламуса.

Таламус представляет собой массивное парное образование, содержащее около 120 ядер серого вещества.

Деятельность таламуса тесно связана с анализом афферентных сигналов, с регуляцией функционального состояния организма. Он взаимодействует с корой б.п.

Таламус включает в себя собственно зрительный бугор, затем метаталамус (медиальные и латеральные коленчатые тела) и подушку.

По морфологическим критериям все ядра таламуса объединяют в 6 групп:

передняя группа;
ядра средней линии (паравентрикулярное ядро, центральное серое вещество);
медиальная группа;
латеральная группа (ретикулярное ядро);
задняя группа (латеральное и медиальное коленчатые тела, подушка);
претектальная группа.

По функциональной роли в деятельности нервной системы в таламусе выделяют следующие ядра:

специфические;
неспецифические;
ассоциативные.

Специфические ядра таламуса. Для специфических ядер таламуса характерны следующие особенности. Эти ядра имеют локальную проекцию в строго определенные зоны коры. Они моносинаптически связаны с нейронами 3-го и 4-го слоя коры. В специфических ядрах переключается афферентная импульсация от сенсорных ядер нижележащих структур. Основную массу клеток составляют т.н. релейные (переключательные) клетки. Раздражение какой-либо рецепторной области сначала вызывает в соответствующем специфическом ядре ответную реакцию в виде потенциала. А затем раздражение самого ядра вызывает ответную реакцию уже в определенной корковой зоне.

В каждом ядре выражена топическая организация, т.е. каждому участку кожи, сетчатки и т.д. соответствует определенная зона таламуса.

Слуховая система проецируется в медиальные коленчатые тела, которые являются предкорковым уровнем анализа слуховых сигналов. На одни и те же нейроны медиального коленчатого тела могут конвергировать возбуждения от многих нейронов заднего двухолмия среднего мозга.

Зрительная сенсорная система на уровне таламуса представлена латеральными коленчатыми телами. Они считаются наиболее сложно организованными из специфических ядер таламуса. От них волокна идут в 17-е и 18-е поля коры (затылочная область).

Помимо сенсорных, к релейным ядрам таламуса относятся еще моторные ядра и ядра передней группы. Это единый комплекс. В моторных ядрах переключается афферентация, идущая от ядер мозжечка, бледного шара, вестибулярных и проприорецепторов к моторной коре.

Релейная функция ядер передней группы заключается в переключении импульсов от маммилярных тел гипоталамуса к лимбической системе. Иногда ядра передней группы относят к лимбической системе (круг Папеца).

Таким образом, специфические ядра представляют собой важнейшую часть основных сенсорных и моторных систем, а разрушение релейных ядер приводит к полной и необратимой потере соответствующей чувствительности или нарушениям движений (Физиология центральной…, 2000).

Неспецифические ядра таламуса. Они не относятся к определенной сенсорной или моторной системе, морфологически и функционально они связаны со многими системами и участвуют вместе с РФ в осуществлении неспецифических функций. Нейронные сети этих ядер имеют ретикулярное строение: густая сеть нейронов с длинными слабо ветвящимися дендритами.

Связь у неспецифических ядер с корой в основном полисинаптическая, волокна идут ко всем слоям коры. Проецируются они в кору более диффузно, чем специфические. Афферентная информация поступает к ним в основном из РФ, а также из гипоталамуса, лимбической системы, базальных ганглиев, специфических ядер таламуса. Неспецифические ядра получают сигналы и от специфических ядер.

Как правило, одиночное электрическое раздражение этих ядер не вызывает одиночной ответной реакции коры. Ритмическая низкочастотная стимуляция приводит к реакции синхронизации биоэлектрической активности головного мозга, а высокочастотная – к десинхронизации (реакция активации коры). Эта реакция регистрируется в неспецифических зонах коры, т.к. в специфических она подавляется специфической импульсацией.

Неспецифические ядра таламуса оказывают на кору модулирующее влияние, т.е. регулируют ее функциональное состояние. Они меняют ее реактивность к специфическим сигналам. Так же как и в случае с РФ, деятельность неспецифической таламической системы тесно связана с механизмами развития сна, саморегуляции функционального состояния и ВНД.

Специфическая и неспецифическая системы таламуса находятся во взаимодействии друг с другом. Так оказалось, что если неспецифическая система усиливает специфическую, то специфическая подавляет неспецифическую (Физиология центральной…, 2000).

Ассоциативные ядра таламуса. Это наиболее поздно дифференцирующиеся в эволюции отделы таламуса, но и наиболее активно развивающиеся.

Волокна от этих ядер направляются в основном к ассоциативным областям коры и, частично, к специфическим проекционным областям. Связи с корой в основном моносинаптические. Основные афферентные сигналы поступают от других ядер таламуса, а не с периферии.

Электрическое раздражение ассоциативных ядер таламуса вызывает ответные реакции в ассоциативных областях коры. Многие из этих ядер способны реагировать на раздражение разных сенсорных входов, некоторые вообще реагируют только на комплексные раздражения. В них могут взаимодействовать возбуждения разных сенсорных систем, т.е. они осуществляют интеграцию импульсации от всех сенсорных систем.

Кроме передачи проекционных влияний на кору, нейроны таламуса сами могут осуществлять замыкание рефлекторных путей без участия коры и таким образом осуществлять самостоятельно сложные рефлекторные функции (Физиология центральной…, 2000).

Другие особенности таламуса . В нейронах таламуса зарегистрированы довольно длительные (около 100 мс) ТПСП. Торможение способствует созданию пространственного контраста вокруг возбужденного очага, а также обеспечивает синхронизацию нейронной активности за счет того, что на возбудимость многих нейронов сразу влияют тормозные процессы.

Таламус является высшим центром болевой чувствительности. Он осуществляет анализ болевых сигналов и организует болевые ответные реакции. Импульсы, идущие к нейронам таламуса от поврежденных участков тела, активируют эти нейроны и вызывают болевые ощущения. Таким образом, болевые ощущения связаны с возбуждением неспецифических нейронов таламуса, для этого не обязательно участие коры. В коре формируется уже субъективное отношение к болевому стимулу (Физиология человека, 1996) (Хрестомат. 10.1).

Функции гипоталамуса.

Это довольно древняя структура, поэтому у всех наземных позвоночных его строение примерно одинаково. Четких границ он не имеет. Является центральным отделом промежуточного мозга. В гипоталамусе различают три зоны: перивентрикулярную (тонкая полоска, прилежащая к третьему желудочку), медиальную (в ней расположена гипофизотропная область, преоптическая область), латеральную (нет четких ядерных образований).

Гипоталамус регулирует все процессы, необходимые для поддержания гомеостаза. Он служит важным интегративным центром для соматических, вегетативных и эндокринных функций.

Латеральный гипоталамус образует двусторонние связи с таламусом, лимбической системой и лимбической областью среднего мозга. Сигналы от рецепторов и поверхности тела попадают в гипоталамус через спиноретикулярные пути, которые идут к нему через таламус или лимбическую область среднего мозга. Нисходящие (эфферентные) пути гипоталамуса образованы полисинаптическими путями, идущими в составе ретикулярной формации.

Медиальный гипоталамус связан с латеральным, а также получает сигналы от многих других частей головного мозга, от крови и спинномозговой жидкости и передает сигналы к гипофизу.

В медиальной части гипоталамуса располагаются особые нейроны, которые реагируют на состав крови и спинномозговой жидкости и образуют несколько важнейших центров (Физиология человека, 1996).

Центр голода и насыщения. Эта область (наружные и средние ядра) регулирует сложное пищевое поведение. Нейроны центра голода представляют собой глюкорецепторы, которые активизируются при снижении в крови концентрации глюкозы и других питательных веществ (аминокислот, жирных кислот), а нейроны центра насыщения – наоборот, активируются при повышении содержания этих веществ в крови.
Центр жажды и ее удовлетворения. Центр питьевого поведения организован аналогичным образом. Стимуляция структур, расположенных кнаружи от супраоптического ядра, ведет к резкому увеличению потребления жидкости, а разрушение этих структур – к полному отказу от воды. Нейроны центра жажды реагируют на изменение осмотического давления (при недостатке воды осмотическое давление крови повышается, что вызывает активацию нейронов гипоталамуса). Этот процесс запускает целый ряд сложных поведенческих реакций, направленных на поиск воды, снижение выведения жидкости из организма, что должно привести к снижению осмотического давления.
Центр терморегуляции. Нейроны этого центра гипоталамуса являются терморецепторами, реагирующими на температуру омывающей их крови. Раздражение задней группы ядер приводит к повышению температуры тела в результате повышения теплопродукции за счет усиления обменных процессов и дрожания скелетной мускулатуры (дрожательный термогенез). Стимуляция паравентрикулярных ядер приводит к снижению температуры за счет усиления потоотделения, расширения просвета кожных сосудов, а также торможения дрожания мускулатуры.
Центр полового поведения. Этот центр участвует в регуляции комплекса функций, связанных с размножением. Изолированное разрушение области серого бугра ведет к атрофии половых желез, а при опухоли этой зоны часто наблюдается ускоренное половое созревание. Описаны случаи превращения мужских половых признаков в женские при повреждениях средних областей гипоталамуса. Примерно у половины больных с патологией гипоталамуса наблюдались нарушения функций половой системы. В экспериментах показано, что структуры передних отделов гипоталамуса оказывают ускоряющее действие на половое развитие, а задних – тормозящее.
Центр агрессии, ярости и центр удовольствия. Опыты с животными на самораздражение, когда им предоставлялась возможность самим посылать электрические импульсы в определенные участки гипоталамуса, показали, что там имеются центры, раздражение которых вызывало приятные ощущения. Центр удовольствия, локализованный в заднем гипоталамусе, взаимодействуя с другими структурами лимбической системы, участвует в организации эмоциональной сферы и полового поведения.

При раздражении же структур переднего гипоталамуса у животных возникают реакции страха и ярости, что свидетельствует о существовании соответствующего центра, связанного с включением отрицательных эмоций.

Центр регуляции цикла сон-бодрствование. В гипоталамусе имеются структуры, принимающие участие в регуляции чередования бодрствования и сна. Так, раздражение латеральной части базальной преоптической области у животных вызывает сон и сопутствующие ему изменения биоэлектрической активности головного мозга. У людей поражения гипоталамуса часто сопровождается нарушениями сна и изменениями ЭЭГ, характерными для сна. Супрахиазматическое ядро гипоталамуса – важнейшее звено в организации биоритмов, центрального механизма «биологических часов», организующих суточные циклы (Физиология центральной..., 2000).

Области гипоталамуса, раздражение которых приводит к поведенческим реакциям, существенно перекрываются, т.е. это не четко очерченные структуры (Хрестомат. 10.2).

Посредством нервных механизмов медиальная часть гипоталамуса управляет нейрогипофизом, а при помощи гуморальных – аденогипофизом. Таким образом, эта область является промежуточным звеном между нервной и эндокринной системами, играющий важнейшую роль в нейрогуморальной регуляции всех функций организма

Серотонин: места синтеза и функции.

Постсинаптическое и пресинаптическое торможение.

деполяризующие (возбуждающие);
гиперполяризующие (тормозные).

Возбуждающие постсинаптические потенциалы (ВПСП) обусловлены суммарным входящим током положительных зарядов внутрь клетки. Такой ток может возникнуть в результате повышения проводимости мембраны для натрия, калия и, возможно, других ионов, например, кальция.

В результате мембранный потенциал смещается по направлению к нулю (становится менее отрицательным). Фактически величина ВПСП зависит от того, какие ионы переместились через мембрану и каково соотношение проницаемостей для этих ионов. Перемещения различных ионов происходят одновременно, и их интенсивность зависит от количества выделившегося медиатора.

ВПСП необходим для генерации нервного импульса (ПД). Это происходит в том случае, если ВПСП достигнет порового значения. После этого процессы становятся необратимыми, и возникает ПД.

Если в мембране открываются каналы, обеспечивающие суммарный выходящий ток положительных зарядов (ионов калия) или входящий ток отрицательных зарядов (ионов хлора), то в клетке развивается тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП) . Такие токи приведут к удержанию мембранного потенциала на уровне потенциала покоя или к некоторой гиперполяризации (Шеперд Г., 1987).

Прямое химическое синаптическое торможение происходит при активации каналов для отрицательно заряженных ионов хлора. Стимуляция тормозных входов вызывает небольшую гиперполяризацию клетки – тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП). В качестве медиаторов, вызывающих ТПСП, обнаружены глицин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК); их рецепторы связаны с каналами для хлора, и при взаимодействии этих медиаторов со своими рецепторами происходит движение ионов хлора внутрь клетки и увеличение мембранного потенциала (до -90 или -100 мВ). Этот процесс называется постсинаптическое торможение .

Однако в ряде случаев торможение не может быть объяснено только в рамках постсинаптического изменения проводимости. Дж. Экклсом и его сотрудниками был открыт дополнительный механизм торможения в спинном мозге млекопитающих – пресинаптическое торможение . В результате пресинаптического торможения происходит уменьшение высвобождения медиатора из возбуждающих окончаний. При пресинаптическом торможении тормозные аксоны устанавливают синаптический контакт с окончаниями возбуждающих аксонов. В качестве медиатора пресинаптического торможения чаще всего встречается ГАМК. В результате действия ГАМК на пресинаптическое окончание также происходит значительное увеличение проводимости для хлора и в результате снижение амплитуды ПД в пресинаптическом окончании.

Критерии (признаки) медиатора.

1. Критерии медиатора:

вещество должно присутствовать в теле нейрона и в более высокой концентрации – в синаптическом окончании;
в теле или в синаптическом окончании должна существовать система синтеза и распада этого вещества;
это вещество должно выделяться из синаптического окончания в синаптическую щель при естественном возбуждении или при искусственной стимуляции;
при введении в синаптическую щель это вещество должно оказывать точно такие же эффекты, как и при естественном высвобождении из окончания;
на постсинаптической мембране должны существовать специфические рецепторы для данного вещества.

Дж. Экклс сформулировал концепцию функциональной специфичности : характер синаптического действия определяется не самим медиатором (не его химической природой), а свойствами рецепторов постсинаптической мембраны. Один и тот же медиатор может оказывать различное действие в зависимости от того, на какие рецепторы он действует.

2. Особенности нейромодуляторов :

нейромодуляторы не обладают самостоятельным физиологическим эффектом, они только модифицируют эффект медиатора;
действие модулятора развивается медленнее, чем действие медиатора, но сохраняется дольше;
нейромодуляторы образуются не только в нейроне, но могут также освобождаться из глиальных клеток;
действие модулятора не обязательно приурочено к появлению нервного стимула;
мишенью модулятора могут быть не только постсинаптические рецепторы, он может действовать на различные участки нейрона, а также влиять на внутриклеточные процессы (Хрестомат. 5.1).

Функции спинного мозга.

Спинной мозг – наиболее просто организованный отдел центральной нервной системы, осуществляющий рефлекторную и проводниковую функции. Проводниковая функция заключается в проведении сигналов от рецепторов и мышц вверх, к высшим отделам головного мозга, а рефлекторная – в осуществлении рефлексов. Помимо этих двух функций, в спинном мозге расположены центры вегетативной (автономной) нервной системы. В грудном, верхнепоясничном и крестцовом отделах спинного мозга серое вещество образует боковые рога, в которых располагаются тела первых (преганглионарных) вегетативных нейронов.

Рефлекс – это стереотипная ответная реакция организма на любое (внешнее или внутреннее) воздействие. Анатомическим субстратом рефлекса является рефлекторная дуга. Общая схема строения рефлекторной дуги: рецепторы?афферентный путь?ЦНС?эфферентный путь?эффектор (скелетная мускулатура, гладкомышечные клетки, железистые клетки).

Рефлекс характеризуется временем рефлекса – время от момента действия стимула до появления ответной реакции, которое складывается из следующих процессов:

время проведения по афферентным и эфферентным волокнам;
время преобразования стимула в рецепторе;
время передачи информации в синапсах в ЦНС (синаптическая задержка);
время передачи сигнала от эфферентных путей к эффектору (генерация ПКП);
активация эффектора (электромеханическое сопряжение).

По эффекторному звену рефлексы бывают двигательные (проявляются в виде сокращения скелетной мускулатуры, т.е. движением) и вегетативные (выражаются в виде сокращения гладких мышц внутренних органов).

По особенностям строения рефлекторной дуги рефлексы бывают моносинаптические и полисинаптические (несколько вставочных нейронов в ЦНС) (Физиология человека, 1996).

Примеры моносинаптических и полисинаптических рефлексов

Моносинаптические рефлексы	Полисинаптические рефлексы
Коленный	Сосательный
Закрывания рта	Глотательный
Растяжения двуглавой мышцы плеча (локтевой сустав)	Чихательный
Рефлекс ахиллова сухожилия	Чесательный
Рефлекс Хвостека (щека)	Зрачковый
Брюшной (штриховое раздражение кожи живота)	Отдергивания руки
Подошвенный (раздражение подошвы)