6.6.5. Постсинаптическое торможение

 

Если процессы, происходящие в синапсе, увеличивают вероятность возникновения ПД в постсинаптической клетке, то их называют возбуждающими. Напротив, если эта вероятность снижается, то говорят о торможении. Значит, любой постсинаптический ток, потенциал реверсии для которого более положителен, чем пороговый потенциал, является возбуждающим (рис. 6–24, А и 6–25, А), а если этот потенциал реверсии более отрицателен, чем пороговая величина, то говорят о тормозном постсинаптическом токе. Возбуждающие токи текут через каналы, проницаемые для Na⁺ или Са²⁺, а часто – и для К⁺. Что же касается тормозных синаптических токов, то они текут через каналы, пропускающие К⁺ или Cl¯, поскольку равновесные потенциалы любого из этих ионов обычно близки к потенциалу покоя  и, следовательно, более отрицательны, чем пороговая величина.

В тех случаях, когда потенциал реверсии для медиаторного тока равен потенциалу покоя, при увеличении проводимости постсинаптической мембраны, обусловленном активацией тормозных каналов тормозным медиатором, синаптический ток не возникает и мембранный потенциал не изменяется.  Иными словами, даже несмотря на увеличение проницаемости для Cl¯ или К⁺, мембранный потенциал в этих случаях остается постоянным и равна потенциалу покоя. Однако медиатор в таких случаях все же оказывает тормозное действие, поскольку активация соответствующих каналов противодействует тому эффекту, который может оказывать одновременное открывание возбуждающих каналов. Если потенциал реверсии для тормозных каналов более отрицателен, чем потенциал покоя, то под действием тормозного медиатора потенциал клетки будет смещаться по направлению к потенциалу реверсии, т. е. наступит гиперполяризация (рис. 6–24). Напротив, если потенциал реверсии для каких–то каналов более положителен, чем потенциал покоя, но отрицательнее порогового уровня, то активация этих каналов приведет к деполяризации (рис. 6–25, Б).

В то же время, если одновременно с медиатором, активирующим каналы, действует возбуждающий медиатор, то деполяризующий потенциал, возникающий под действием последнего, будет уменьшаться (рис. 6–25, В). Таким образом, основной эффект активации тормозных постсинаптических каналов заключается в том, что возбуждающие токи как бы «закорачиваются» из–за того, что положительные заряды, входящие в клетку по возбуждающим каналам, будут выходить из нее по тормозным каналам, а не накапливаться в ней и не деполяризовывать клетку до порогового уровня.

 

Рис. 6.24. А. Деполяризующий и гиперполяризующий  синаптические потенциалы. Под действием медиатораD возникают такие изменения проницаемости постсинаптической мембраны, при которых через эту мембрану течет суммарный входящий ток (переносим преимущественно ионами Na⁺). В результате число  положительных зарядов внутри клетки возрастает,  и появляется деполяризующий постсинаптический потенциал. Что же касается медиатора Н, то он  увеличивает мембранную проницаемость преимущественно для ионов, электрохимические градиенты для которых таковы, что при переносе этих ионов (это могут быnm например, К⁺ или Cl¯) положительные заряды выходят из клетки. Поэтому под действием данного медиатора появляется гиперполяризующий синаптический потенциал. Б. Направления токов, возникающих в постсинаптической мембране под действием медиаторов D и Н, взаимно  противоположны.

 

 

Рис. 6.25. Взаимодействие тормозных и возбуждающих потенциалов. А. Если возбуждающий постсинаптический потенциал превышает пороговую величину, возникает ПД. Б. Постсинаптический потенциал может быть тормозным даже в том случае, если он деполяризующий; важно лишь, чтобы потенциал реверсии такого тормозного потенциала был выше порогового уровня возникновения ПД. В. Под действием тормозного медиатора (например, такого, эффект которого представлен на рис. Б) степень деполяризации, вызванной возбуждающим медиатором (рис. A), может уменьшаться настолько, что постсинаптический потенциал не достигнет уровня порога.

 

 

Разумеется, никакой медиатор не может быть сам по себе исключительно «возбуждающим» или «тормозным». Так, в двигательных концевых пластинках и симпатических ганглиях позвоночных животных АцХ выполняет функцию возбуждающего медиатора – под его действием преимущественно увеличивается натриевая и калиевая проводимости постсинаптической мембраны. Напротив, в парасимпатических окончаниях сердца и внутренних органов он активирует калиевые или хлорные каналы и играет уже роль тормозного медиатора. Именно ионная проницаемость каналов, активируемых медиатором, определяет, какой постсинаптический ток будет возникать в ответ на выделение этого медиатора из пресинаптических окончаний. Потенциал реверсии постсинаптического потенциала зависит от относительных ионных проницаемостей каналов и, разумеется, от электрохимических градиентов для проникающих ионов. Значит, именно эти факторы в каждом случае определяют, какое действие будет оказывать тот или иной медиатор –  возбуждающее или тормозное.

Из всего этого следует, что если в естественных условиях какой–либо медиатор оказывает на ту или иную клетку тормозный эффект, то этот эффект можно сделать возбуждающим, если в эксперименте вызвать перераспределение соответствующих ионных градиентов по разные стороны постсинаптической мембраны. Это было показано на нейронах улитки и спинного мозга позвоночных. В естественных условиях при действии АцХ на некоторые нейроны улитки увеличивается хлорная проницаемость постсинаптической мембраны. В одних таких нейронах (Н–клетки, или гиперполяризующиеся клетки) внутриклеточная концентрация Cl¯ сравнительно мала, и поэтому Е_Cl более отрицателен, чем потенциал покоя. При этом медиатор нервных окончаний АцХ, действуя на Н–клетки, вызывает открывание хлорных каналов, Cl¯ поступает в клетку и мембранный потенциал смещается к E_Cl. В результате возникает гиперполяризация (рис. 6–26, А). Если же заменить во внеклеточной среде ионы хлора на ионы сульфата, не проходящие через хлорные каналы, то под действием АцХ будет происходить уже выход Cl¯, поскольку электрохимический градиент для этого иона будет направлен наружу. Выход отрицательных зарядов приведет к деполяризации клетки, и частота ПД увеличится (рис. 6–26, Б). Иными словами, АцХ, являющийся в нормальных условиях для этих клеток тормозным медиатором, будет вызывать их возбуждение, если электрохимический градиент для ионов Cl¯ изменит свой знак на противоположный (интересно, что в других типах нейронов улитки (D–клетки, или деполяризующиеся клетки) в естественных условиях поддерживается высокая внутриклеточная концентрация Cl¯ путем активного транспорта этих ионов. В этих клетках АцХ также вызывает увеличение проницаемости для Cl¯, но, поскольку электрохимический градиент для этого иона у них направлен наружу, они в ответ на действие медиатора деполяризуются).

 

 

Рис. 6.26. Влияние ионных градиентов на характер ответа постсинаптической мембраны на действие медиатора. А. Аиетилхолин, апплицируемый на Н–клетки нервной системы улитки, активирует хлорные каналы. Ионы Cl¯ перемещаются по концентрационному градиенту в клетку, и возникает гиперполяризация. Б. Если заменить во внеклеточной среде Cl¯   наSO₄^2– , то направление тока, а следовательно, и изменение потенциала, станет противоположным: ионы Cl¯ будут уже выходить из клетки. Записи, приведенные справа, показывают, как влияет такая замена на импулъсацию нейрона. (Kerkut,Thomas, 1964.)