Содержание
1. Потенциал действия
2. Функции продолговатого мозга и варолиевого моста
3. Основные болевые системы
Список литературы
Потенциал действия (ПД) - это электрический компонент возбуждения нервных и большинства мышечных клеток (волокон). ПД возникает в ответ на достаточное по силе раздражение. ПД - очень быстрый, кратковременный электрический процесс. Поэтому для его регистрации необходим катодный осциллограф с широкополосным усилителем.
Классическое исследование параметров и механизма ПД проделано в работах Ходжкина и Хаксли на гигантском аксоне кальмара с отведением внутриклеточного потенциала и внутриклеточным раздражением. В это нервное волокно (диаметр d волокна 0,5-1 мм) вводили два тончайших коаксиальных проволочных электрода, один из которых регистрировал электрический потенциал относительно внешнего электрода, другой - был раздражающим: через него в волокно подавались толчки тока того или иного направления. При подаче короткого и слабого толчка выходящего тока (направление его определяется для положительных зарядов) внутриклеточный электрод регистрировал кратковременное падение мембранного потенциала (МП), по форме и по силе соответствующего толчку тока, но со сглаженными передним и задним фронтами (сглаженность фронтов определяется емкостью мембраны). Это так называемый электротонический потенциал (ЭП) При подаче несколько более сильного толчка выходящего тока к электротоническому потенциалу присоединяется дополнительная деполяризация, называемая подпороговым или «локальным» ответом (ЛО). Локальным он называется потому, что и в этих и в естественных условиях не распространяется. А если стимул еще усиливается и достигается критический уровень деполяризации (КУД), то возникает потенциал действия. При толчке входящего тока любой силы получается только электротонический потенциал.
Пик ПД представляет собой кратковременную инверсию внутриклеточного потенциала. Он имеет очень быструю S-образную восходящую фазу и несколько более медленный спад. Общая длительность пика в данном объекте приблизительно равна 3 мс.
Вслед за пиком ПД регистрируются значительно более слабые и длительные отрицательный и далее положительный следовой потенциалы. ПД имеет стандартные параметры, не зависящие от силы вызвавшего ПД стимула.
При раздражении гигантского нервного волокна выходящим током через коаксиальный электрод все точки этого нервного проводника раздражаются практически равномерно, и в них одновременно возникает и развивается ПД. Такой ПД, по существу, не распространяется и называется «мембранным». В естественных условиях ПД лишь возникает локально, а затем распространяется (проводится) вдоль волокна. Это распространяющийся ПД. Мембранный ПД несколько проще распространяющегося, что делает его более удобным для анализа. Заметим, что в миелинизированных волокнах мембранный ПД получают при работе на изолированном одиночном перехвате Ранвье.
Какова природа потенциала действия?
Прежде всего ПД - это электрический феномен, возникающий на плазматической мембране и в связи с ее активностью. Бейкер, Шоу, Ходжкин показали, что практически нормальный ПД возникает и в перфузируемом гигантском аксоне, лишенном аксоплазмы, при электрической стимуляции его мембраны.
Причиной развития ПД является вызываемое электростимуляцией, точнее критической деполяризацией мембраны, открытие потенциалозависимых каналов в мембране.
Уже в 1939 г. Кол и Кэртис нашли, что при развитии ПД резко снижается поперечный импеданс аксона кальмара за счет падения его RM (с 1000 до 25 Ом/см2) при неизменной См. Как показали последующие исследования это связано с открытием потенциалозависимых натриевых и калиевых каналов. Заметим, что участвующие в формировании МПП каналы утечки потенциалонезависимы. Открытие потенциалозависимых каналов приводит к пассивному движению соответствующих ионов по их электрохимическим градиентам. Причем вход ионов натрия в волокно обеспечивает восходящую фазу пика ПД, деполяризацию и инверсию потенциала на мембране, а несколько запаздывающий выход ионов калия участвует в создании нисходящей фазы пика, реполяризации. При развитии пика ПД отношение Рк: PNА: PCI становится равным 1 : 20 : 0,45 (в покое оно = 1 : 0,04:0,45). Связь развития пика ПД с током Na+ доказывается следующими обстоятельствами: 1) прямой зависимостью амплитуды ПД от электрохимического градиента Na+ на мембране, 2) достоверным переходом меченого 24Na из среды в волокно при его возбуждении, причем в количестве, пропорциональном числу ПД.
Связь нисходящей фазы ПД с током К+ доказывается зависимостью хода этой фазы от электрохимического градиента К+ на мембране.
Подробный анализ изменений мембранной проницаемости для ионов Na+ и К+, основанный на измерениях токов этих ионов, стал возможным благодаря использованию методики фиксации («кламп») электрического потенциала мембраны, примененной впервые Колом, Мармонтом (1949). Заметим, что мембранные токи (при данных концентрационных градиентах) зависят и от ионной проницаемости) и от мембранного потенциала. Поэтому мембранные токи могут точно характеризовать изменения Р только при МП = const.
Методика фиксации мембранного потенциала состоит в следующем. Мембрана гигантского волокна (или какой-либо иной клетки) с помощью внутриклеточного и наружного электродов соединяется с электронной схемой. Основной частью этой схемы является дифференциальный усилитель, сравнивающий МП с задаваемым от постороннего источника потенциалом Е. Ток (I) на выходе усилителя определяется по направлению и по величине разностью Е-МП, подаваемой на вход. Этот ток протекает через мембрану и создает на ней дополнительный скачок потенциала, уменьшающий абсолютную величину разности Е-МП. При большом коэффициенте усиления дифференциального усилителя и малой величине R в цепи, подводящей ток, компенсирующий скачок потенциала на мембране может быть весьма приближен по величине к разности Е-МП и таким образом, в итоге МП может стать приблизительно равным Е.
В этой ситуации при достаточном быстродействии системы (при τ<20 мкс) любое, даже слабое, случайное смещение МП немедленно компенсируется. Таким образом, МП фиксируется на величине Е и вместе с тем управляется путем изменения этой величины Е.
Методика фиксации потенциала на мембране исключает любые смещения МП, в том числе потенциалы действия. Но она позволяет регистрировать и исследовать трансмембранные токи, возникающие при искусственном изменении МП (Е). Если фиксированный МП равен потенциалу покоя, то трансмембранного тока практически нет. Если МП скачкообразно повышают, то возникают только направленный внутрь очень краткий емкостный ток и за ним постоянный ток утечки полиионной, в основном калиевой природы. Но если МП скачком снижают, то вслед за током разряда мембранной емкости, на фоне тока утечки, направленного наружу, возникает дополнительно-краткий (так называемый «быстрый») ток внутрь и за ним более длительный (так называемый «медленный» ток) наружу. Последние два тока - это ионные токи, текущие через натриевые и калиевые каналы, открываемые деполяризацией. Если устранить натриевый градиент на мембране путем замены части Na+ на холин, или довести МП до величины, равной ENа, то картина преобразуется: исчезает быстрый, внутрь направленный ток, но зато выявляется в неосложненном виде медленный ток, направленный наружу. Того же можно добиться специфической блокадой натриевых каналов, применив тетродотоксин (ТТХ). Таким образом, быстрый внутрь направленный ток - это натриевый ток. Картина его развития может быть получена путем геометрического вычитания медленного ионного тока из суммарного. Медленный (иначе «задержанный») ионный ток - это калиевый ток, его сила пропорциональна калиевому электрохимическому градиенту и PK. Сейчас установлено, что этот ток устраняется блокадой калиевых каналов тетраэтиламмонием (ТЭА), прилагаемым снаружи, и ионами цезия (Cs+) изнутри.
Быстрый входящий INa и более медленный выходящий Iк начинаются в общем одновременно, но INa быстрее развивается, достигает своего «потолка». Заметим, что если Е (МП) возвращается к величине, характерной для покоя, то натриевый ток исчезает примерно в 10 раз быстрее, чем калиевый. Иначе говоря, в массе натриевые каналы мембраны и активируются (деполяризацией), и деактивируются (реполяризацией) быстрее, чем калиевые каналы. Заметим, что активация каналов определяется открытием их активационных ворот, а деактивизация закрытием этих же ворот.
Возвращаясь к картине развития INa и IK при длительной деполяризации в условиях клампа, обратим внимание на то, что INa уже через 5 мсек исчезает, несмотря на деполяризованное состояние мембраны (IK при этом сохраняется). Этот феномен называют инактивацией натриевых каналов. Его связывают с закрытием специальных инактивационных ворот в натриевых каналах.
Инактивация натриевых каналов развивается из-за деполяризации, т.е., по-видимому, по той же причине, что и активация, но позже, что и делает возможным INa (а значит, и ПД в естественных условиях). Инактивация РNа - это очень важный механизм, способствующий прекращению пика ПД, лежащий в основе невозбудимости - рефрактерности после возбуждения (рефрактерная фаза), катодической депрессии и парабиотического состояния нервной (мышечной) клетки, связанного с деполяризацией. Заметим, что инактивация Na-каналов после реполяризации мембраны проходит. Инактивация калиевых каналов в данном объекте развивается очень медленно[1].
Продолговатый мозг лежит на скате черепа, является продолжением спинного мозга, его границей служит перекрест пирамид, а от моста он отделен бульбарно-мостовой бороздой. Передняя срединная щель является продолжением одноименной борозды спинного мозга.