Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
1.1. Электротонические потенциалы и становление учения о физическом электротоне 10
1.1.1. Исторический очерк развития представлений о физическом электротоне 10
1.1.2. Физический электротон и его компоненты 13
1.1.3. Роль оболочек нерва в создании физического электротона 15
1.1.4. Действие одно- и двухвалентных ионов и фармакологических веществ на физический электротон 17
1.2. Физиологический электротон и его соотношение с физическим электротоном 22
1.3. Изменения ионных проницаемостей нервного волокна при пропускании через него постоянного тока 28
Глава 2. Объект и методы исследования 40
2.1. Морфология седалищного нерва и составляющих его волокон 40
2.2. Методика отведения электротонических потенциалов целого нерва 43
2.3. Используемые аппаратура и растворы 45
Глава 3. Экспериментальные и модельные исследования постэлектротонических изменений поляризации и возбудимости нервных волокон 46
3.1. Постэлектротонические изменения поляризации и возбудимости изолированного нерва при подпороговой поляризации различной силы и длительности 46
3.2. Описание изменений ионных проницаемостей во время электротонических и постэлектротонических потенциалов на математической модели нервного импульса 52
Глава 4. Исследование возможного участия Ыа+-переносящей системы в образовании постэлектротонической деполяризации нервных волокон 56
4.1. Влияние уменьшения и увеличения натриевого тока на постэлектротоническую деполяризацию изолированного нерва 56
4.2. Влияние блокирования натриевых каналов на постэлектротоническую деполяризацию изолированного нерва 60
Глава 5. Изучение возможного вклада К -переносящей системы в генерацию постэлектротонической деполяризации нервных волокон 65
5.1. Влияние уменьшения и увеличения калиевого тока на постэлектротоническую деполяризацию изолированного нерва 65
5.2. Влияние блокирования калиевых каналов ионами тетраэтиламмония и бария на постэлектротоническую деполяризацию изолированного нерва 70
5.3. Использование математической модели, описывающей примембранное пространство перехвата Ранвье, для воссоздания постэлектротонической деполяризации 75
Заключение 80
Выводы 85
Список литературы 86
- Исторический очерк развития представлений о физическом электротоне
- Морфология седалищного нерва и составляющих его волокон
- Постэлектротонические изменения поляризации и возбудимости изолированного нерва при подпороговой поляризации различной силы и длительности
- Влияние уменьшения и увеличения натриевого тока на постэлектротоническую деполяризацию изолированного нерва
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Физический электротон описан впервые в 1849 году Дюбуа Реймоном (Du Bois-Reymond Е., 1849), который обнаружил, что при пропускании через нерв постоянного тока в области приложения катода развивается катэлектротонический, а в области анода - ан-электротонический потенциалы. Спустя 10 лет Е. Пфлюгером установлено (Pfliiger Е., 1859), что под катодом возбудимость нерва повышается, а под анодом, наоборот, понижается. После выключения поляризующего тока возбудимость под полюсами постоянного тока меняет свой знак на противоположный (извращается): понижается под катодом и повышается под анодом. Б.Ф. Вериго (1883, 1888) установлено, что при сильной и продолжительной поляризации повышенная возбудимость под катодом переходит в противоположное состояние - понижение возбудимости, названное им католической депрессией, которая может быть рассмотрена как одно из возможных объяснений понижения возбудимости после катэлектротона. В опытах на одиночных миелинизированных нервных волокнах показано (Ходоров Б.И., 1962, 1975; Bergman С, 1969), что повышение возбудимости в области катэлектротона вызвано деполяризацией мембраны и уменьшением порогового потенциала, а последующее понижение возбудимости при длительной католической поляризации определяется увеличением критического уровня деполяризации. Это состояние пониженной возбудимости, исходя из концепции Б.Ф. Вериго, сохраняется и после выключения поляризующего тока. Как видно, все исследователи констатируют снижение возбудимости под катодом после выключения поляризующего тока. Однако, причина постэлектротонических изменений возбудимости остаётся не выясненной.
В нашей лаборатории в опытах на одиночных перехватах Ранвье изолированных нервных волокон (Каталымов Л.Л., 1976, 1995 а, б) после прекращения электротонического стимула длительностью 1 мс обнаружен продолжительный след деполяризации, названный в последующем нами (Ката-
лымов Л.Л., Евстигнеев Д.А., 2002) постэлектротонической деполяризацией (ПЭД), представляющей собой медленное возвращение поляризации к исходному уровню. Эти результаты оказались неожиданными, поскольку на фоне ПЭД следует ожидать не снижения, а повышения возбудимости, что находится в явном противоречии с классическими представлениями о постэ-лектротонических изменениях возбудимости. В связи с этим нами исследована природа ПЭД и сопровождающие её функциональные изменения нерва.
Цель исследования. Изучить феноменологию постэлектротонической деполяризации изолированного нерва и механизм её возникновения.
Задачи исследования:
Определить амплитудно-временные характеристики постэлектротонической деполяризации изолированного нерва в зависимости от силы и продолжительности поляризации.
Исследовать характер возбудимости нерва во время постэлектротонической деполяризации.
Исследовать вклад Na+- и К+- переносящих систем в генерацию постэлектротонической деполяризации нерва.
На математической модели нервного импульса Б. Франкенхёйзера, А. Хаксли (Frankenhaeuser В., Huxley A.F., 1964) и её модификации для интактных нервных волокон (Каталымов Л.Л., Глухова Н.В., 2002, 2003) исследовать условия, которые могут обусловить возникновение постэлектротонической деполяризации.
Научная новизна. 1. Впервые после завершения катэлектротона (область исчезающего катэлектротона) обнаружена и исследована постэлектро-тоническая деполяризация (ПЭД), представляющая собой медленное восстановление поляризации нерва к исходному уровню. 2. Установлено, что амплитудно-временные характеристики ПЭД не изменяются при блокировании
8 натриевых каналов и замене наружных ионов натрия на непроникающие ионы холина. 3. При воздействии на К+-переносящую систему ПЭД претерпевает значительные изменения: ПЭД в гиперкалиевом растворе устраняется, а при блокировании калиевых каналов увеличивается. 4. Высказано предположение, что возникновение ПЭД связано с аккумуляцией ионов калия, выходящих из нервных волокон во время деполяризации, в примембранном пространстве миелинизированных нервных волокон.
Положения, выносимые на защиту:
После приложения к нерву деполяризующего тока длительностью 1 - 50 мс развивается постэлектротоническая деполяризация (ПЭД), представляющая собой медленное восстановление поляризации к исходному уровню.
Во время ПЭД возбудимость нерва повышена. Фаза повышенной возбудимости по своей продолжительности совпадает с длительностью ПЭД.
Причиной возникновения ПЭД является аккумуляция ионов калия в примембранном пространстве перехватов Ранвье.
Научно-практическая значимость. Полученные нами данные о повышении возбудимости нерва после завершения катэлектротона длительностью от 1 до 50 мс коренным образом изменяют представления о изменениях возбудимости нерва после приложения к нему католических стимулов постоянного тока. Получение такого рода данных показывает, что изменения ионных проницаемостей мембраны не ограничиваются временем действия постоянного тока, а имеют место и после окончания катэлектротона, что особенно важно, так как поляризация нервной ткани постоянным током широко используется как в физиологической практике для определения потенциал-зависимости открывания и закрывания ионных каналов, так и медицинской
9
^ практике для электрофореза лекарственных средств и изменения тонуса мус-
кулатуры.
Апробация работы. Основные результаты доложены на ежегодных внутривузовских конференциях Ульяновского государственного педагогического университета им. И.Н. Ульянова (2000-2003 г.г.), а также на 18 съезде физиологического общества имени И.П. Павлова в г. Казани (25 - 28 сентября 2001 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 100 стра
ницах машинописного текста, включает 18 рисунков. Состоит из введения,
обзора литературы, результатов исследования и их обсуждения, заключения,
выводов и списка литературы, включающего 155 источников, из которых
^ 117 иностранных авторов.
Исторический очерк развития представлений о физическом электротоне
Под физическим электротоном понимают изменения величины мембранного потенциала (МП) в живой ткани, вызываемые пропусканием через неё постоянного электрического тока. Термин физический электротон был введён в 1849 году Е. Дюбуа Реймоном (Du Bois-Reymond Е, 1849). Он обнаружил, что при пропускании через участок изолированного нерва постоянного тока в нём возникают электротонические потенциалы: в области анода появляется анэлектротонический, а в области катода - катэлектротоническии потенциал. Данные электротонические потенциалы убывают от места их образования и на расстоянии более 3 см не обнаруживаются.
После открытия физического электротона стало появляться множество моделей, в которых дискутировались возможные механизмы возникновения электротона. Первая из таких моделей была предложена М. Маттеучи (Mateucci М.С., 1863). По М. Маттеучи, причиной физического электротона в нерве является более высокая электропроводность осевого цилиндра нервного волокна по сравнению с его оболочками. Основанием для такой точки зрения стали эксперименты М. Маттеучи, в которых он применял металлическую проволоку, завёрнутую в смоченную раствором какого-либо электролита фильтровальную бумагу. Если к такой проволоке приложить два электрода и пропустить через них постоянный электрический ток, то вблизи анода обнаружится положительный потенциал, а около катода - отрицательный по тенциал, как это и наблюдается в нерве при пропускании постоянного тока. В дальнейшем модели электротона усовершенствовались (Hermann L., 1879). Было установлено, что электротон на модели получался только в тех случаях, когда металлическая проволока модели поляризовалась под действием тока.
Кардинальным образом изменился подход к изучению электротона после того, как в 1887 году С. Аррениус (Arrhenius S.Z., 1887) сформулировал положения теории гидролитической диссоциации электролитов. В.Ю. Чаго-вец (1896) использовал эту теорию для объяснения возникновения потенциала покоя в живых тканях, развития физического электротона и раздражающего действия тока.
По мнению В.Ю. Чаговца (1896, 1957), образование физического электротона происходит следующим образом. Постоянный электрический ток, проходя через нерв, создаёт электрическое поле, которое способствует передвижению ионов. Это передвижение ионов происходит по направлению от одного к другому электроду. В силу того, что электрическое поле неоднородно, то скорость движения ионов будет разной во всех его частях. В более плотных частях поля движение ионов будет медленнее и поэтому на границе плотных участков будет происходить увеличение концентрации ионов: на стороне анода - анионов, а на стороне катода - катионов. Особенно большие изменения концентрации ионов произойдут на мембране нервных волокон и тем большие, чем меньше проницаемость мембраны для ионов.
В. Бидерман (Biedermann W., 1895) установил, что на нерве анэлектро-тон (АЭТ) оказывается больше по своей величине, чем катэлектротон (КЭТ), а также то, что под влиянием наркотиков это различие исчезает за счёт уменьшения АЭТ.
Продолжили изучение различий между АЭТ и КЭТ Г. Бишоп (Bishop G., 1928) и В. Шмитц, X. Шефер (Schmitz W., Schafer Н., 1933 а, Ь). Они обнаружили, что КЭТ при включении поляризующего тока круто нарастает и затем держится на одном уровне в течение всего времени прохождения тока. Сначала также быстро, как и КЭТ, увеличивается АЭТ, но затем его нараста 12 ниє замедляется, достигает при этом гораздо большей величины, чем КЭТ, вычерчивая таким образом взлёт. После этого он остаётся на одном уровне, который и теперь оказывается несколько больше, чем КЭТ при той же силе поляризующего тока. При выключении этого тока АЭТ сначала круто падает, но не достигает нулевой величины, а сохраняет некоторую остаточную положительность.
После В. Шмитца и X. Шефера (Schmitz W., Schafer Н., 1933 а, Ь), обнаруживших только быструю часть КЭТ, многие отмечали наличие двух частей электротона не только для АЭТ, но и для КЭТ (Bogue J., Rosenberg Н., 1934; Lorente de No R., 1947). Так, Дж. Богэ, X. Розенберг (Bogue J., Rosenberg H., 1934) нашли, что нарастание КЭТ несколько более быстрое, чем у АЭТ, а исчезновение электротонических потенциалов происходит несколько медленнее, чем их нарастание. Р. Лоренте де Но (Lorente de No R., 1947) не только выделил быстрый и медленный электротон, но и показал, что развитие электротона зависит от ряда факторов и прежде всего от состояния нерва.
Вплоть до 30-х годов 20 столетия считалось, что получаемые при исследовании кривые физического электротона определяются исключительно свойствами протоплазматических мембран нервных волокон. В 1930 году Т. Фын и Р. Джерард (Feng Т.Р., Gerard R.W., 1930) обнаружили, что соединительнотканные оболочки нерва оказывают значительное препятствие для прохождения через них не только молекул, но и ионов, что эти оболочки являются полупроницаемыми, а следовательно, способны поляризоваться под действием электрического тока. В связи с чем кривые физического электротона, полученные на целых нервах, нельзя рассматривать как выражение поляризационных свойств мембран нервных волокон.
Дальнейшие исследования (Cole K.S., Curtis H.J., 1936; Crescitelli F., 1951; Schoepfle G.M., Grant J.M., 1954; Krnjevic K., 1954; Lehmann H.J., 1957; Lorente de No R-, 1950; Lundberg A., 1951; Воронцов Д.С., 1961) подтвердили и расширили наблюдения Т. Фына и Р. Джерарда. Оказалось, что из всех оболочек нерва именно периневрий обладает полупроницаемыми свойствами. Удаление периневрия сильно изменяет электротон нерва: быстрая часть АЭТ почти полностью исчезает, КЭТ становится очень небольшим.
Морфология седалищного нерва и составляющих его волокон
Классические исследования физического и физиологического электротона проведены на нервных стволах (Du Bois-Reymond Е, 1849; Pfliiger Е., 1859; Werigo В., 1883, 1901; Вериго Б.Ф., 1883, 1888; Медвенский В.М., 1940; Scoglund C.R., 1945; Lorente de No R., 1947; Lundberg A., 1951; Ходоров Б.И., 1950 a, 6; Schoepfle G.M., Grant J.M., 1954; Чаговец В.Ю., 1957; Воронцов Д.С., 1962; Воронцов Д.С., Шуба М.Ф., 1966). В ходе этих исследований были получены данные, которые вступают в явное противоречие с обнаруженными нами постэлектротоническими изменениями поляризации и возбудимости. Для того, чтобы иметь возможность сопоставить получаемые нами экспериментальные данные с работами прошлых лет, в качестве объекта исследований избрали изолированные седалищные нервы, выделенные из организма озёрной лягушки.
Седалищный нерв покрыт тремя видами соединительнотканных оболочек. Первая из них - эпиневрий, окружает нерв снаружи. Вторая, более рыхлая, оболочка - периневрий, состоит из многочисленных коллагеновых волокон, окружающих отдельные пучки нервных волокон. Вокруг каждого нервного волокна в пучке располагается соединительнотканная оболочка, именуемая эндоневрием; она состоит из расположенных в разном направлении фибрилл и связывает между собой нервные волокна пучка.
Периферические нервы состоят из большого числа миелинизированных и немиелинизированных нервных волокон. Миелинизированные нервные волокна составляют около 47 % от общего числа нервных волокон ствола (Bergman J., 1973). Миелинизированное (мякотное) нервное волокно окружено цепочкой шванновских клеток, каждая из которых покрывает волокно спиральными слоями плазмалеммы - миелиновой оболочкой. Миелиновая оболочка представляет собой сложную структуру, образованную впячивани-ем нейрилеммы шванновской клетки с одновременным обтеканием аксона цитоплазмой шванновской клетки, в результате чего аксон окружается последней (Боровягин В.Л., 1960).
Миелиновая оболочка неравномерно распределена вдоль миелинизированного нервного волокна. Через равные промежутки она прерывается (истончается), в результате чего образуется перехват Ранвье (нодальная область). Области миелинизированного нервного волокна, непосредственно прилегающие к перехвату Ранвье, называются паранодальными. Участки миелинизированного нервного волокна между двумя перехватами получили название интернодиев.
Наиболее важными в функциональном отношении частями нервного волокна являются нодальная и паранодальная области (рис. 1), где располагается большая часть натриевых и калиевых каналов, участвующих в генерации потенциала действия (Rasband M.N. et al., 1998; Rasband M.N., Shrager P., 2000). В местах перехвата Ранвье волокно не покрыто миелиновой оболочкой. Ширина перехвата составляет около 0.5 мкм. Непосредственно в саму щель перехвата свешиваются многочисленные пальцеобразные выросты шванновских клеток и плотно соединяются друг с другом (Robertson J.D., 1957). Эти выросты представляют собой тонкие цитоплазматические тяжы диаметром 700 - 800 А, содержащие продольные филаменты и ограниченные снаружи продолжением мембраны шванновской клетки (Landon D.N., Williams P.L., 1963).
Нодальная мембрана содержит преимущественно быстрые (около 80 %) и в меньшей мере - медленные (около 20 %) калиевые каналы (Dubois J.M., 1981). Калиевые каналы также сосредоточены в паранодальных участках, в то время как натриевые каналы обнаруживаются преимущественно в перехватах Ранвье (Conti F. et al., 1976; Sigworth F.J., 1980) - плотность триевых каналов в интернодии в 500 раз меньше таковой в нодальнои мембране (Grissmer S., 1986).
Снаружи перехват окружён волокнами эндоневрия. Латеральнее выростов шванновских клеток перехват покрыт базальной мембраной, окружающей нервное волокно по всей его длине (Lehmann Н., 1959). Между пальцеобразными выростами цитоплазмы шванновскои клетки и нодальнои мембраной находится электронно плотное «щелевое пространство» (Landon D.N., Williams P.L, 1963).
Интернодальный участок, находящийся латеральнее паранодальной области, содержит так называемые насечки Шмидта-Лантермана. Интерно 43 дальная аксолемма, так же как и нодальная, содержит калиевые каналы (Grissmer S., 1986), которые в нормальных условиях скрыты слоями миелина и лишь при демиелинизации нервного волокна через них проходит значительный по силе калиевый ток (Chiu S.Y., Ritchie J.M., 1982). Эти каналы в нормальных условиях выполняют функцию поддержания потенциала покоя (ПП) интернодальной аксолеммы (Chiu S.Y., Ritchie J.M., 1984). Интересно, что существование интернодального ПП сказывается на величине ПП но-дальной мембраны: снижение ПП интернодия ведёт к уменьшению ПП перехвата Ранвье (Chiu S.Y., Ritchie J.M., 1984).
В немиелинизированных (безмякотных) нервных волокнах аксоны просто погружены в борозды на поверхности шванновских клеток (Gasser H.S., 1952, 1955; Робертсон Дж., 1964). Некоторые аксоны целиком погружаются в шванновскую клетку. При этом выступающие края цитоплазмы этой клетки смыкаются и образуется двойная мембранная структура, достигающая в поперечнике 200 - 300 А.
Постэлектротонические изменения поляризации и возбудимости изолированного нерва при подпороговой поляризации различной силы и длительности
Изменение наружной концентрации ионов Na+ в омывающем нервное волокно растворе Рингера приводит к известным изменениям концентрационного градиента для этого иона (Huxley A.F., Stampfli R., 1951). Снижение концентрации натрия в растворе Рингера уменьшает концентрационный градиент, а увеличение концентрации натрия приводит к его увеличению. Варьирование величины концентрационного градиента для Na+ использовалось нами как способ уменьшения и усиления натриевого тока (Ulbricht W., Flacke W., 1965; Каталымов Л.Л., 1974 а, б, 1980).
Первая серия опытов была направлена на изучение влияния уменьшения натриевого тока путём замены ионов Na+ на непроникающие ионы холи-на (Hodgkin A.L., Huxley A.F., 1952 а).
На рис. 8 представлена осциллограмма, иллюстрирующая типичный эксперимент из этой серии. Приложение к нерву катодического стимула длительностью 10 мс вызвало возникновение КЭТ. После завершения КЭТ наблюдается ПЭД амплитудой 0.032 мВ и длительностью 67.245 мс.
Замена ионов натрия ионами холина не привела к изменениям КЭТ и ПЭД. Характер суммации ПЭД в процессе ритмической стимуляции также не изменяется. Данный результат подтверждает точку зрения, что ПЭД не может быть объяснена за счёт натриевого тока.
В следующей серии опытов производили увеличение натриевого тока путём повышения концентрации ионов натрия в наружном растворе в 2 раза. В данной серии опытов амплитуда ПЭД, получаемой после КЭТ длительностью 10 мс, составила в среднем 0.20110.015 мВ; её продолжительность оказалась равной 163.241+7.893 мс.
Смена обычного раствора Рингера на гипернатриевый (рис. 9) привела к незначительному росту ПЭД. Амплитуда ПЭД возросла с 0.201±0.015 до 0.223±0.021 мВ, а её длительность с 163.241±7.893 до 179.745+9.013 мс. Куда большие изменения произошли с суммарной ПЭД. Величина деполяризаци-онного плато, полученного при раздражении нерва частотой 50 имп/с, увеличилась в среднем в 1.41 раза. Деполяризационное плато, зарегистрированное при частоте раздражения нерва 100 и 300 имп/с, увеличилось по своей амплитуде в 1.53 и 1.65 раза соответственно.
Каким же образом можно объяснить происходящие изменения ПЭД при воздействии на нерв гипернатриевого раствора. Как известно (Huxley A.F., Stampfli R., 1951; Flick H., 1965), увеличение концентрации натрия в наружном растворе Рингера приводит к деполяризации мембраны. В нашем случае, дополнительная деполяризация мембраны, вызванная избытком ионов Na+ в наружном растворе, вызовет возрастание натриевого и калиевого токов, аналогично тому, как это происходит при увеличении силы или длительности деполяризующего стимула. Натриевый ток во время КЭТ, хотя и будет по своей максимальной величине больше, чем в нормальных условиях, но ослабевать он будет, опять же, в пределах 1 - 2 мс со времени приложения деполяризации.
Итак, уменьшение натриевого тока не вызывает изменений в ПЭД и подтверждает идею о том, что натриевый ток не может участвовать в генерации ПЭД. Увеличение натриевого тока, напротив, увеличивает ПЭД вследствие вызванной гипернатриевым раствором деполяризации мембраны.
В настоящем параграфе работы мы изучали ПЭД в условиях уменьшения величины натриевого тока, а именно при полном подавлении INa блока-торами натриевых каналов. В качестве блокатора натриевых каналов использовали новокаин. Способность новокаина подавлять натриевый ток показана для нервных (Shanes A. et al., 1959; Беляев В.И., 1963, 1964) и мышечных (Ходоров Б.И., Ворновицкий Е.Г., 1967) волокон. Подробные исследования механизма действия новокаина на натриевые каналы (Ходоров Б.И., Ворновицкий Е.Г., 1967) позволили выяснить, что новокаин, в отличие от тетродо-токсина (ТДТ), подавляет натриевый ток не путём блокирования канала, а посредством инактивации механизма, обеспечивающего его открывание при деполяризации. Данное свойство новокаина выражается в том, что подавленный новокаином ПД восстанавливается гиперполяризующим током, в то время как гиперполяризация нервного волокна, обработанного тетродоток-сином, не может восстановить ПД.
Идея проведения экспериментов с блокированием натриевых каналов возникла после данных, полученных на изолированных нервных волокнах (Каталымов Л.Л., 1976, 1995 а, б). Автором при полностью заблокированных натриевых каналах зарегистрирован продолжительный след деполяризации после надпорогового электротонического стимула. Это позволило нам предположить, что натриевый ток не может быть определяющим фактором генерации постэлектротонических потенциалов. Чтобы выяснить, связана ли генерация ПЭД, зарегистрированной при подпороговой стимуляции, с активностью натриевых каналов, нами и было предпринято исследование ПЭД в условиях отсутствия натриевого тока.
Как видно на рис. 10, в ответ на приложение подпороговых католических стимулов длительностью 10 мс возникал КЭТ амплитудой 1.3 мВ. После выключения поляризующего стимула наблюдается ПЭД. Её амплитуда составила 0.050 мВ, а длительность 130.769 мс. При ритмической стимуляции ПЭД суммировалась при всех используемых частотах раздражения, образуя при частоте 50, 100 и 300 имп/с небольшое по амплитуде деполяризационное плато.
Добавление к нормальному раствору Рингера 0.2 % новокаина не вызвало изменений в КЭТ и ПЭД. То, что даже при полном подавлении натриевого тока ПЭД не изменяет своего течения и продолжает суммироваться при ритмической стимуляции нерва, вполне определённо свидетельствует о неучастии натриевого тока в создании ПЭД.
В следующей серии опытов мы наблюдали за ходом ПЭД в растворе Рингера, содержащем 0.2 % новокаина, при увеличении интенсивности католической поляризации. После подавления натриевого тока новокаином и увеличении интенсивности поляризации в 3.5 раза (рис. 11) происходит увеличение ПЭД после каждого КЭТ и её суммации при ритмической стимуляции. Амплитуда ПЭД увеличилась с 0.045 до 0.091 мВ, а её длительность с 64.285 до 278.571 мс. Рост ПЭД и её суммация при ритмической стимуляции при заблокированных натриевых каналах является серьёзным аргументом в пользу того, что другой, отличный от активации натриевого тока, механизм лежит в основе ПЭД.
Влияние уменьшения и увеличения натриевого тока на постэлектротоническую деполяризацию изолированного нерва
В 1976 году Л.Л. Каталымовым после приложения к нервному волокну с полностью заблокированными натриевыми каналами электротонического стимула примерно такой же амплитуды и длительности, как и потенциал действия, обнаружен продолжительный след деполяризации.
Для того, чтобы проверить наличие продолжительного следа деполяризации после электротона в условиях максимально приближенных к естественным, изучение постэлектротонических изменений поляризации и возбудимости проводили при небольших (подпороговых) силах раздражения и без какого-либо подавления ионных каналов.
В ответ на приложение к нерву одиночных подпороговых деполяризующих стимулов возникает катэлектротон амплитудой 2-3 мВ. После выключения поляризующего стимула происходит постепенное восстановление мембранного потенциала к исходному уровню - развивается постэлектрото-ническая деполяризация (ПЭД). Амплитудно-временные характеристики ПЭД изменяются в зависимости от силы и продолжительности поляризующего тока. После приложения катода продолжительностью 1 мс ПЭД составила 0.093±0.004 мВ. Снижение постэлектротонической деполяризации происходило по экспоненте в течение 7.123±0.576 мс. После поляризации нерва катодным током длительностью 5 мс амплитуда и длительность ПЭД увеличились и составили 0.189±0.005 мВ и 23.212±1 Л86 мс, а после катэлектрото-на длительностью 10 мс - 0.220±0.11 мВ и 68.721±3.389 мс соответственно. Аналогичным образом изменяются амплитуда и длительность ПЭД в зависимости от интенсивности поляризации: увеличение интенсивности католической поляризации в 2 раза вызывает 1.3-кратное увеличение амплитуды и 1.4-кратное увеличение длительности ПЭД.
Нанесение на нерв серии католических толчков приводит к суммации ПЭД. Деполяризующие стимулы, наносимые частотой 10 имп/с, приводят к незначительному росту ПЭД - наблюдается её суммация. Деполяризующие сти 81 мулы, наносимые частотой 100 и 300 имп/с, приводят к суммации ПЭД с образованием деполяризационного плато.
Для того, чтобы выяснить, какие изменения возбудимости сопровождают генерацию ПЭД и как они согласуются с классическими исследованиями, использовали методику нанесения парных стимулов: первого - поляризующего и второго - тестирующего, интервал между которыми произвольно изменяли от 1 до 200 мс. Обнаружено, что во время ПЭД возбудимость повышена - потенциал действия в ответ на субмаксимальный тестирующий стимул возрастает по своей амплитуде. Фаза повышенной возбудимости по своей продолжительности соответствует длительности ПЭД.
Это явно не согласуется с данными о понижении возбудимости после КЭТ (Pfltiger Е., 1859; Вериго Б.Ф., 1883, 1888; Erlanger J., Blair Е.Н., 1931). Получение столь противоположных данных возможно связано с тем, что после физического электротона у этих авторов не наблюдается следа деполяризации, аналогичного обнаруженной нами ПЭД. Отсутствие следа деполяризации и сопровождающего её повышения возбудимости нерва у этих авторов, вероятно, связано с тем, что опыты проводились ими на свежевыделенных нервах, у которых, как известно (Lorente de No R., 1947), обнаруживается только быстрый электротон, в точности повторяющий форму прямоугольного импульса.
Экспериментальная проверка возможного участия натриевого тока в генерации ПЭД выявила следующее. Уменьшение 1ма путём замены ионов натрия в растворе Рингера на непроникающие ионы холина не привело к изменениям ПЭД. Неизменность амплитудно-временных характеристик ПЭД при замене ионов натрия на холин говорит в пользу того, что генерация ПЭД не зависит от присутствия ионов натрия в наружном растворе. Сходные результаты были получены в экспериментах с подавлением натриевого тока блока-тором натриевых каналов новокаином: ПЭД после одиночного катэлектрото-на, также как и суммарная ПЭД при ритмической стимуляции нерва не меняют своего течения. Всё это, видимо, говорит о том, что натриевый ток не может быть причиной возникновения ПЭД.
Проверка возможного участия К+-переносящей системы в создании ПЭД выявила, что увеличение наружной концентрации ионов калия приводит к устранению ПЭД, а блокирование калиевых каналов тетраэтиламмонием и барием, напротив, приводит к росту ПЭД. Для объяснения изменений, происходящих с ПЭД в гиперкалиевом растворе и при блокировании калиевых каналов, обратились к гипотезе об аккумуляции ионов калия в примембранном пространстве перехватов Ранвье (Каталымов Л.Л., 1974 а, б).
Введение параметров примембранного пространства (Каталымов Л.Л., Глухова Н.В., 2002, 2003) в математическую модель Б. Франкенхёйзера, А. Хаксли (Frankenhaeuser В., Huxley A.F., 1964) позволило получить ПЭД после завершения КЭТ. Ионные токи, полученные на модифицированной математической модели отличались от таковых модели Б. Франкенхёйзера, А. Хаксли тем, что калиевый ток постепенно уменьшался в течение поляризующего стимула и к концу стимула составлял 80 % от аналогичного тока, полученного на модели Б. Франкенхёйзера, А. Хаксли. Аналогичное уменьшение калиевого тока при сильной деполяризации наблюдается в экспериментах с фиксацией потенциала (Hodgkin A.L., Huxley A.F., 1952 b; Frankenhaeuser В., Hodgkin A.L., 1956) и связывается с аккумуляцией ионов калия, происходящей в периаксональном пространстве гигантского аксона кальмара. Данный вывод вполне приложим и к миелинизированным нервным волокнам. Вполне естественно, что постепенное уменьшение калиевого тока во время деполяризации миелинизированных нервных волокон можно объяснить тем, что ионы калия, выходящие во время деполяризации, скапливаются в примембранном пространстве перехвата
Похожие диссертации на Механизм возникновения постэлектротонической деполяризации изолированного нерва
