Тормозный постсинаптический потенциал (ТГТСП)

Торможение в ЦНС — это процесс, порождаемый одним возбуждением для того, чтобы подавить другое возбуждение. Торможение не способно к активному распространению по нервной клетке и ее отросткам. Впервые эффект торможения в ЦНС обнаружили братья Эр. и Эл. Вебер в 1840 г. при изучении эффекта раздражения блуждающего нерва на сокращение сердечной мышцы. Началом развития учения о центральном торможении стала работа И. М. Сеченова о торможении сгибательного рефлекса лягушки при химическом раздражении спинного мозга (1865). Детальное изучение характера физиологических процессов, протекающих в нервной клетке при ее торможении, стало возможно благодаря внутриклеточной регистрации ее потенциалов.

Центральное торможение по локализации подразделяется на преи постсинаптическое; по характеру поляризации (заряда мембраны) — на гиперполяризационное и деполяризационное.

Пресинаптическое торможение локализуется в пресинаптических окончаниях и связано с угнетением проведения нервных импульсов в пресинаптических окончаниях. К возбуждающему аксону подходит вставочный тормозный аксон, который выделяет тормозный медиатор ГАМК. Этот медиатор действует на постсинаптическую мембрану и вызывает в ней деполяризацию. Возникшая деполяризация тормозит вход Са²⁺ из синаптической щели в пресинаптическое окончание аксона и таким образом приводит к снижению выброса возбуждающего медиатора в синаптическую щель и торможению реакции. Пресинаптическое торможение достигает максимума через 15−20 мс и длится около 150 мс, т. е. гораздо дольше, чем постсинаптическое торможение. Пресинаптическое торможение блокируется судорожными ядами — бикулином и пикрогоксином, которые являются конкурентными антагонистами ГАМК (табл. 3.1).

Постсинаптическое торможение обусловлено выделением пресинаптическим окончанием аксона тормозного медиатора, который снижает или тормозит возбудимость мембран сомы и дендритов нервной клетки, с которой он контактирует. Оно связано с существованием тормозных нейронов, аксоны которых образуют на соме и дендритах клеток нервные окончания, выделяя тормозные медиаторы — ГАМК и глицин. Под влиянием этих медиаторов возникает торможение возбуждающих нейронов. Примерами тормозных нейронов являются клетки Реншоу в спинном мозге, грушевидные нейроны (клетки Пуркинье мозжечка), звездчатые клетки коры большого мозга и др. Постсинаптическое торможение связано с первичной гиперполяризацией мембраны сомы нейрона, в основе которой лежит повышение проницаемости постсинаптической мембраны для К⁺. Вследствие гиперполяризации уровень мембранного потенциала удаляется от критического (порогового) уровня, т. е. происходит его увеличение — гиперполяризация. Это приводит к торможению нейрона. Такой вид торможения называется гиперполяризационным. Механизм этого явления связан с ионами СГ. С началом развития постсинаптического торможения СГ входит в клетку. Когда в клетке становится его больше, чем снаружи, глицин конформирует мембрану, и через открытые ее отверстия СГ выходит из клетки. В ней уменьшается количество отрицательных зарядов, развивается деполяризация (табл. 3.1). Такой вид торможения называется деполяризационным. В тормозных синапсах обычно действуют тормозные медиаторы. Среди них хорошо изученными являются аминокислота глицин (тормозные синапсы спинного мозга), гамма-аминомасляная кислота — тормозной медиатор в нейронах головного мозга.

Таблица 3.1

Характеристики мембранных потенциалов нейронов

Вместе с тем тормозной синапс может иметь тот же медиатор, что и возбуждающий, но иную природу рецепторов постсинаптической мембраны. Так, для ацетилхолина, биогенных аминов и аминокислот на постсинаптической мембране разных синапсов могут существовать как минимум два типа рецепторов, и, следовательно, разные медиатор-рецепгорные комплексы способны вызывать различную реакцию хемочувствительных рецептор-управляемых каналов.

Постсинаптическое торможение легко снимается при введении стрихнина, который конкурирует с тормозным медиатором (глицином) на постсинаптической мембране. Столбнячный токсин также подавляет постсинаптическое торможение, нарушая высвобождение медиатора из тормозных пресинаптических окончаний. Поэтому введение стрихнина или столбнячного токсина сопровождается судорогами, которые возникают вследствие резкого усиления процесса возбуждения в ЦНС, в частности мотонейронов.

Главная роль центрального торможения заключается в том, чтобы во взаимодействии с центральным возбуждением обеспечивать возможность анализа и синтеза в ЦНС нервных сигналов, а следовательно, координации нервных процессов. Некоторые виды центрального торможения выполняют не только координационную, но и защитную (охранную) роль. Предполагают, что основная координационная роль пресинаптического торможения заключается в угнетении в ЦНС малосущественных афферентных сигналов. Постсинаптическое торможение регулирует деятельность антагонистических центров, ограничивая максимально возможную частоту разрядов мотонейронов спинного мозга, выполняет и координационную роль (согласовывает максимальную частоту разрядов мотонейронов со скоростью сокращения мышечных волокон, которые они иннервируют), и защитную (предотвращает возбуждение мотонейронов). В высших отделах мозга, а именно в корковом веществе большого мозга, доминирует постсинаптическое торможение.

За счет пресинаптического торможения осуществляется воздействие не только на собственный рефлекторный аппарат спинного мозга, но и на синаптические переключения ряда восходящих по головному мозгу трактов. В ЦНС, особенно в спинном мозге, пресинаптическое торможение часто выступает в роли своеобразной отрицательной обратной связи, которая ограничивает афферентную импульсацию при сильных (например, патологических) раздражениях и таким образом отчасти выполняет защитную функцию по отношению спинномозговых и вышерасположенных центров.

Функциональные свойства синапсов не являются постоянными. В некоторых условиях эффективность их деятельности может расти или уменьшаться.

Выделено два принципиально различных способа торможения клеточной активности:

• • торможение как результат активации особых тормозящих структур, примыкающих к клетке, которая должна быть заторможена (в этом случае торможение для клетки — это первичный процесс, не связанный с ее возбуждением);
• • торможение активности нервной клетки как следствие ее возбуждения (это вторичный процесс, он может наступить в результате поступления к клетке импульсов высокой частоты). Вторичное торможение имеет меньшее значение в процессах интегративной деятельности мозга.

Пресинаптическое торможение — это уменьшение или прекращение высвобождения медиатора из пресинаптических нервных окончаний. При этом не происходит генерации тормозного постсинаптического потенциала.

Преимущество пресинаптического торможения состоит в его избирательности, т. к. происходит торможение отдельных входов нервной клетки, в то время как при постсинаптическом торможении снижается возбудимость всего нейрона. Снижение количества высвобождающегося медиатора в случае пресинаптического торможения связано с активацией аксо-аксональных синапсов и, вероятно, обусловлено снижением амплитуды пресинаптического потенциала действия в результате инактивации.