Тормозящий постсинаптический потенциал

Убедительное доказательство наличия на двигательных нейронах спинного мозга специальных тормозящих синапсов было получено американскими исследователями Д. Ллойдом и Б. Реншоу в 1941—1942 годах. Они показали, что рефлекторный разряд в моносинаптической рефлекторной дуге может быть заторможен волной возбуждения, поступающей по афферентам мышцы-антагониста без предварительного облегчения.

Сотрудники Дж. Экклса (1952 г.) провели такой же эксперимент, но при этом ввели микроэлектрод внутрь мотонейрона и подтвердили, что прямое торможение связано с первичной гиперполяризацией мембраны его сомы, а не с деполяризацией, как при возбуждающем синаптическом действии. Течение гиперполяризации совпало с временным течением торможения моносинаптического разряда мотонеронов, описанного Ллойдом и Реншоу. Поэтому гиперполяризация была принята в качестве основы синаптического торможения и обозначена как тормозящий постсинаптический потенциал (ТПСП).

ТПСП можно вызвать стимуляцией определенных проводящих путей в центральной нервной системе, после которой в ряде нейронов можно зарегистрировать кратковременное увеличение мембранного потенциала, в течение которого возбудимость нейрона понижается. С увеличением интенсивности стимуляции этих путей амплитуда ТПСП будет расти, но временные параметры меняться не будут, что свидетельствует о синхронности срабатывания тормозных синапсов и плотности их расположения на соме. По форме ТПСП является зеркальным отражением ВПСП (рис. 12, нижняя волна). Этот процесс тоже характеризуется быстрым развитием (1,5—2,0 мс) и относительно медленным спадом с постоянной времени около 3 мс. И только латентный период ТПСП всегда больше, чем латентный период ВПСП, как минимум на одну синаптическую задержку.

После открытия постсинаптического торможения были получены данные о том, что первичное торможение синаптической передачи может быть связано с механизмами принципиально иной природы, не основывающимися на изменениях свойств постсинаптической мембраны. Торможение в этом случае вызывается ослаблением деятельности самих возбуждающих синаптических окончаний под действием расположенных на них аксо-аксональных синапсов. Поэтому наряду с постсинаптическим торможением было выделено пресинаптическое торможение, имеющее особую природу и особенный нейронный механизм.

Однако вернемся к постсинаптическому торможению. Как и в случае ВПСП, генерация ТПСП происходит по принципу движения ионов по электрохимическому градиенту. Какими же ионами может создаваться трансмембранный ток, который лежит в основе ТПСП? Наиболее распространенной в последнее время является гипотеза, согласно которой тормозные медиаторы превращают субсинаптическую мембрану в ситоподобную структуру с диаметром отверстий, достаточным для прохождения анионов хлора, которые, двигаясь по своему электрохимическому градиенту (то есть в клетку), сдвигают потенциал мембраны в сторону гиперполяризации, в результате чего для достижения порога срабатывания нейрона требуется большая амплитуда деполяризации.

Сведения о химической структуре тормозящих медиаторов и о механизме их образования и выделения пресинаптическими окончаниями являются пока ограниченными. Проще всего дело обстоит с периферическими синапсами. Еще задолго до того, как были получены первые точные данные о природе постсинаптических процессов при торможении, О. Леви указал, что тормозящим медиатором в сердце является ацетилхолин. В тормозящих синапсах нервно-мышечных соединений ракообразных медиатор тоже точно идентифицирован — это гаммаминомаслянная кислота (ГАМК). Природа тормозящего медиатора в межнейронных синапсах выяснена не полностью; по-видимому, в синапсах различных нервных структур эту функцию могут выполнять различные вещества, такие, например, как аминокислота глицин, оказывающая на мотонейроны гиперполяризующее действие, и др.

Очень важным, в связи с вопросом о действии медиаторов, кажется следующий факт. В нервной системе брюхоногих моллюсков многие нейроны гиперполяризуются при действии на них ацетилхолина. Однако другие нейроны в нервной системе этих же животных деполяризуются ацетилхолином, что совпадает с физиологическими данными о том, что коллатерали одних и тех же пресинаптических волокон могут при своем возбуждении создавать в одних постсинаптических нейронах ВПСП, а в других ТПСП. Эти данные свидетельствуют о том, что химическое строение медиатора само по себе не определяет характер вызываемого им постсинаптического эффекта. Этот эффект зависит от того, с каким типом рецепторов на постсинаптической мембране взаимодействует медиатор.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Что такое синапс? Объясните, почему механизм межнейронной передачи потенциала действия невозможен без синапса.
• 2. В чем заключаются особенности передачи возбуждения через электрические синапсы? Перечислите основные свойства электрических синапсов.
• 3. Чем химические синапсы отличаются от других форм соединений в ЦНС? Опишите механизм передачи возбуждения в химическом синапсе.
• 4. Каковы основные свойства химических синапсов? Что постулирует правило Дейла? Расскажите, как рассчитать синаптическую задержку.
• 5. Что такое возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП)? Опишите механизм его генерации.
• 6. Какую роль в процессе возникновения ВПСП играет суммация волн возбуждения? Перечислите медиаторы, способные вызвать деполяризацию синаптической поверхности нейронов.
• 7. Что дало для понимания процессов передачи возбуждения открытие миниатюрных постсинаптических потенциалов?
• 8. Что такое торможение в ЦНС? Перечислите и объясните его главные особенности.
• 9. Торможение как первичный и как вторичный процесс. В чем их различия?
• 10. Почему гиперполяризация была принята в качестве основы синаптического торможения? Опишите механизм возникновения тормозящего постсинаптического потенциала.
• 11. Какими ионами может создаваться трансмембранный ток, который лежит в основе ТПСП? Перечислите известные вам тормозящие медиаторы.