2-5. Действие постоянного тока на ткань: полярный закон, электротон, катодическая депрессия
Полярный закон действия тока. При раздражении нерва или мышцы постоянным током возбуждение возникает в момент замыкания постоянного тока только под катодом, а в момент размыкания - только под анодом, причем порог замыкательного удара меньше, чем размыкательного. В области приложения к поверхности ткани анода (+) положительный потенциал на наружной поверхности мембраны возрастает, т.е. в этом участке происходит гиперполяризация мембраны, что не способствует возбуждению, а, наоборот, ему препятствует. В том же участке, где к мембране приложен катод (-), положительный потенциал наружной поверхности снижается, происходит деполяризация, и если она достигает критической величины - в этом месте возникает ПД.
Изменение МП возникают не только непосредственно в точках приложения к нервному волокну катода и анода, но и на некотором расстоянии от них, но величина этих сдвигов убывает по мере удаления от электродов. Изменения МП под электродами носят название электротонических (соответственно катэлектротон и анэлектротон), а за электродами - периэлектротонических (кат- и ан-периэлектротон).
Увеличение МП под анодом (пассивная гиперполяризация) не сопровождается изменением ионной проницаемости мембраны даже при большой силе приложенного тока. Поэтому при замыкании постоянного тока возбуждение под анодом не возникает. В отличие от этого, уменьшение МП под катодом (пассивная деполяризация) влечет за собой кратковременное повышение проницаемости для Na, и если она достигает критического уровня, возникает возбуждение.
Механизм возникновения возбуждения под анодом при размыкании. В момент включения тока под анодом мембранный потенциал возрастает - происходит гиперполяризация. При этом разница между Ео и Ек растет, и для того, чтобы сдвинуть МП до критического уровня, нужна большая сила. При выключении тока (размыкание) исходный уровень Ео восстанавливается. Казалось бы, в это время нет условий для возникновения возбуждения. Но это справедливо только для того случая, если действие тока продолжалось очень короткое время (менее 100 мсек.). При длительном действии тока начинает меняться сам критический уровень деполяризации - он растет. И, наконец, возникает момент, когда новый Ек становится равным старому уровню Ео. Теперь при выключении тока возникают условия для возбуждения, ибо мембранный потенциал становится равным новому критическому уровню деполяризации. Величина ПД при размыкании всегда больше, чем при замыкании.
Лекция 3. Механизмы проведения возбуждения 3-1. Нервное волокно: классификация, механизм проведения возбуждения по мякотным и безмякотным волокнам, законы проведения возбуждения по нерву.
Законы проведения возбуждения по нервам.
1. Закон физиологической непрерывности. Перерезка, перевязка, а также любое другое воздействие, нарушающее целость мембраны (физиологическую, а не только анатомическую), создают непроводимость. То же возникает при тепловых и химических воздействиях.
2. Закон двустороннего проведения. При нанесении раздражения на нервное волокно возбуждение распространяется по нему в обеих направлениях ( по поверхности мембраны - во все стороны) с одинаковой скоростью. Это доказывается опытом Бабухина и подобными ему.
3. Закон изолированного проведения. В нерве импульсы распространяются по каждому волокну изолированно, т.е. не переходят с одного волокна на другое. Это очень важно, так как обеспечивает точную адресовку импульса. Связано это с тем, что электрическое сопротивление миелиновых и швановской оболочек, а также межклеточной жидкости значительно больше, чем сопротивление мембраны нервных волокон.
Классификация нервных волокон. Как только в какой-либо точке нервного или мышечного волокна возникает ПД и этот участок приобретает отрицательный заряд, между возбужденными и соседними покоящимися участками волокна возникает электрический ток. В данном случае возбужденный участок мембраны действует на соседние участки как катод постоянного тока, вызывая их деполяризацию и генерируя локальный ответ. Если величина локального ответа превысит Ек мембраны, возникает ПД. В результате наружная поверхность мембраны заряжается отрицательно на новом участке. Таким способом волна возбуждения распространяется вдоль всего волокна со скоростью около 0,5-3 м/сек.
Скорость распространения волны возбуждения – нервного импульса – неодинакова у разных нейронов. Для нервных волокон она определяется главным образом диаметром волокна – чем больше диаметр волокна, тем скорость проведения выше.
Кроме того, скорость проведения возбуждения зависит от того, принадлежит ли нервное волокно к мякотным (миелинизированным) или является безмякотным (немиелинизированным) волокном. Оболочка жироподобного вещества миелина служит хорошим изолятором, поэтому распространение волны возбуждения имеет разную скорость в этих типах волокон.
Оболочка миелина в продольном направлении примерно через 1 мм имеет разрывы, называемые перехватами Ранвье. Вследствие электроизолирующих свойств миелина, в тех участках волокна, где он имеется, катионы Na+ в нервное волокно не поступают. Следовательно, возбуждение вдоль миелинизированного участка распространяется особым электротоническим образом – почти без задержки, скачком. Такой способ получил название сальтаторного. Задержка происходит только в области перехвата Ранвье, где электротонический потенциал вначале должен достичь пороговой величины и только затем может вызвать перезарядку мембраны, т.е. вызвать возбуждение.
Скорость проведения возбуждения в нервных волокнах разного диаметра
Группа
|
Функция (выборочно)
|
Средний
диаметр, мкм
|
Средняя скорость
проведения, м/с
|
I
|
Первичные афференты мышечных веретен и афференты от сухожильных органов
|
13
|
75
|
II
|
Кожные механорецепторы
|
9
|
55
|
III
|
Мышечные сенсоры глубокого давления
|
3
|
11
|
IV
|
Немиелинизированные афференты боли
|
|
1
|
Мембрана в области перехвата специализирована для генерации возбуждения: количество Na+-каналов на единицу площади здесь примерно в 100 раз выше, чем в безмякотном волокне.
Обычно все волокна со скоростью проведения больше 3 м/с являются миелинизированными, скорость распространения нервного импульса в таких волокнах позвоночных достигает 100 м/с, тогда как в немиелинизированных она не превышает 3 м/с.
Механизмы и скорость проведения возбуждения в безмякотных и мякотных нервных волокнах различны. В безмякотных возбуждение распространяется непрерывно вдоль всей мембраны от одного возбужденного участка к другому, расположенному рядом, так, как мы уже обсуждали.
В миэлиновых волокнах возбуждение распространяется только скачкообразно, перепрыгивая через участки, покрытые миелиновой оболочкой (сальтаторно). Потенциалы действия в этих волокнах возникают только в перехватах Ранвье. В состоянии покоя наружная поверхность возбудимой мембраны всех перехватов Ранвье заряжена положительно. В момент возбуждения поверхность первого перехвата становится отрицательно заряженной по отношению к соседнему второму перехвату. Это приводит к возникновению местного (локального) электротока, который идет через окружающую волокно межклеточную жидкость, мембрану и аксоплазму от перехвата 2 к 1. Выходящий через перехват 2 ток возбуждает его, вызывая перезарядку мембраны. Теперь этот участок может возбудить следующий и т.д.
Перепрыгивание ПД через межперехватный участок возможно потому, что амплитуда ПД в 5-6 раз больше порога, необходимого для возбуждения не только следующего, но и 3-5 перехватов. Поэтому микроповреждения волокна в межперехватных участках или не одном перехвате не прекращают работы нервного волокна до тех пор, пока регенеративный явления не захватят 3 и более лежащих рядом швановские клетки.
Время, необходимое для передачи возбуждения от одного перехвата к другому, одинаково у волокон различного диаметра, и составляют 0,07 мсек. Однако поскольку длина межперехватных участков различна и пропорциональна диаметру волокна, в миэлинизированных нервах скорость проведения нервных импульсов прямо пропорциональная их диаметру.
Классификация нервных волокон. Электрический ответ целого нерва является алгебраической суммой ПД отдельных его нервных волокон. Поэтому, с одной стороны, амплитуда электрических импульсов целого нерва зависит от силы раздражителя (с ее ростом вовлекаются все новые волокна), а во-вторых, суммарный потенциал действия нерва может быть расчленен на несколько отдельных колебаний, причиной чего является неодинаковая скорость проведения импульсов по разным волокнам, составляющим целый нерв.
В настоящее время нервные волокна по скорости проведения возбуждения, длительности различных фаз ПД и строении принято разделять на три основных типа.
Волокна типа А делятся на подгруппы (альфа, бета, гамма, дельта). Они покрыты миелиновой оболочкой. Скорость проведения у них самая большая - 70-120 м/сек. Это - двигательные волокна, от моторных нейронов спинного мозга. Остальные волокна типа А - чувствительные.
Волокна типа В - миелиновые, преимущественно преганглионарные. Скорость проведения - 3-18 м/сек.
Волокна типа С - безмякотные, очень малого диаметра (2 мк). Скорость проведения не больше 3 м/сек. Это постганглионарные волокна симпатической нервной системы чаще всего.
|
