ЧАСТЬ I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ.

Рис.2.6. А и В. Мембранные токи в миелинизированных аксонах лягушки (перехваты Ранвье; 11—13°С) после ступенчатых сдвигов мембранного потенциала. Мембранный потенциал поддерживался с помощью фиксации потенциала на уровне потенциала покоя, равного — 95 мВ; в момент времени 0 мс мембранный потенциал скачком поднимали до значений, которые указаны справа около записей тока, от —60 до +60 мВ. Сопровождающие скачок потенциала кратковременные емкостные токи вычитались, поэтому регистрируемые токи являются ионными токами. При —60 мВ скачок потенциала остается подпороговым и не вызывает изменений тока. По мере увеличения скачков потенциала сначала возникают отрицательные токи, которые с увеличением потенциала становятся положительными. Б. То же, что на рис. А, но на фоне блокады калиевых токов ТЭА (6 мМ), в результате чего токи почти полностью обеспечиваются ионами Na+. Полярность Na+-токов меняется с отрицательной на положительную между значениями 4-30 и +60 м В; по мере увеличения деполяризации продолжительность Na+-токов уменьшается. Г. То же, что на рис. В, но на фоне блокады натриевых токов тетродотоксином (0,3 мкМ), так что записи соответствуют калиевым токам. При деполяризации К+-токи нарастают медленнее, чем Na+-токи, и продолжаются в течение всего периода деполяризации (по [3] с изменениями)

Рис.2.7. Мембранные проводимости во время потенциала действия в гигантском аксоне кальмара. gNa и gK рассчитывали, подавая серии деполяризующих скачков потенциала (см. рис. 2.6) (по [6] с изменениями)

Инактивация Na⁺-тока

Из рис. 2.6, Б видно, что Na⁺-TOK в нерве лягушки начинает убывать примерно через 0,5 мс, несмотря на продолжающуюся деполяризацию. У гомойотермных животных, имеющих более высокую температуру тела, этот промежуток времени еще короче. Характерная для Na⁺-токa инактивация становится более быстрой по мере увеличения деполяризации, так что ток раньше возвращается к нулю. Однако этот процесс не означает восстановления состояния покоя; если мембрана на короткое время реполяризуется и снова деполяризуется после полной инактивации, в ней практически невозможно снова вызвать Na⁺-ток. При таком состоянии мемб-

ГЛАВА 2. ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ ПОСРЕДСТВОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ 33

раны натриевая система не может быть активирована. Даже после того как на некоторое время восстановится потенциал покоя, Na⁺-ток можно активировать лишь частично. Только в случае предварительной гиперполяризации аксонной мембраны на 20-40 мВ последующая деполяризация от этого уровня потенциала способна вызвать максимальный Na⁺-TOK, I_{Na max} (рис. 2.8). Если мембранный потенциал на период 10 мс или дольше сместить на 20 мВ от потенциала покоя к более положительному значению, то деполяризация от этого исходного уровня приведет к возникновению только минимального Na⁺-тока. Следовательно, длительная деполяризация может предотвратить возбуждение; клетки, потенциал которых положительнее уровня от —60, до —50 мВ, утрачивают возбудимость [3, 23]. Продолжительная деполяризация может развиваться в результате метаболических нарушений, например при кислородной недостаточности, а также под влиянием фармакологических препаратов; такая деполяризация способна блокировать генерирование процесса возбуждения.

Рефрактерные периоды. Еще одним важным следствием инактивации Na⁺-системы является развитие рефрактерности мембраны. Это явление иллюстрирует рис. 2.9. Если мембрана деполяризуется сразу после развития потенциала действия, то возбуждение не возникает ни при значении потенциала, соответствующем порогу для предыдущего потенциала действия, ни при любой более сильной деполяризации. Такое состояние полной невозбудимости, которое в нервных клетках продолжается около 1 мс, называется абсолютным рефрактерным периодом. За ним следует относительный рефрактерный период,когда путем значительной деполяризации все же можно вызвать потенциал действия, хотя его амплитуда и снижена по сравнению с нормой. Потенциал действия обычной амплитуды при нормальной пороговой деполяризации можно вызвать только через несколько миллисекунд после предыдущего потенциала действия. Возвращение к нормальной ситуации соответствует окончанию относительного рефрактерного периода. Как отмечалось выше, рефрактерность обусловлена инактивацией Na⁺-системы во время предшествующего потенциала действия. Хотя при реполяризации мембраны состояние инактивации заканчивается, такое восстановление представляет собой постепенный процесс, продолжающийся несколько миллисекунд, в течение которых Na⁺-система еще не способна активироваться или же активируется только частично. Абсолютный рефрактерный период ограничивает максимальную частоту генерирования потенциалов действия. Если, как это показано на рис. 2.9, абсолютный рефрактерный период завершается через 2 мс после начала потенциала действия, то клетка может воз-

Рис. 2.8. Потенциалзависимая инактивация Na+-системы. По оси абсцисс отложены величины отклонения мембранного потенциала от потенциала покоя (—60 мВ). От каждого из этих исходных значений потенциала мембрану деполяризовали до —16 мВ и по оси ординат откладывали отношения возникающих максимальных Na+-TOKOB (lNa max) к величине lNa maxl, соответствующей полной активации Na+-системы (по [15] с изменениями)

Рис. 2.9. Рефрактерность после возбуждения. В нерве млекопитающего вызван потенциал действия (слева), после чего с различными интервалами наносили стимулы. Сплошной красной линией показан пороговый уровень потенциала, а черными прерывистыми линиями-деполяризация волокна до порогового уровня. В абсолютном рефрактерном периоде волокно невозбудимо, а в относительном рефрактерном периоде порог его возбуждения превышает нормальный уровень

буждаться с частотой максимум 500/с. Существуют клетки с еще более коротким рефрактерным периодом, в них частота возбуждения может доходить до 1000/с. Однако большинство клеток имеет максимальную частоту потенциалов действия ниже 500/с.

34 ЧАСТЬ I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ