BioXplorer

Давайте решим такую задачу. Пусть есть два нейрона: первый—генератор ритма, а второй — стандартный, с обычной возбудимой мембраной. Соединим их электрическим синапсом. Как будет работать эта схема?

Легко понять, что как только МП первого нейрона достигнет порога возбуждения, второй нейрон выдаст импульс, обычный ПД, стандартной амплитуды и длительности. Но период работы клетки-генератора гораздо больше, чем длительность ПД. Кончится и рефрактерный период, а генератор будет продолжать передавать на второй нейрон потенциал, достаточный для его возбуждения,— возникнет новый импульс и т.д. Получается, что во время деполяризации клетки-генератора на мембране второй клетки успевает возникнуть целая серия ПД, а во время гиперполяризации получается пауза между сериями.

Оказывается, такая схема существует в действительности и в очень интересном воплощении: в одной и той же клетке. В мембране такой клетки есть и каналы, обеспечивающие возникновение ПД, и весь механизм для генерирования медленного ритма. Такой «гибрид» стандартного нейрона и пейсмекера называют «пачечным» нейроном, потому что он периодически выдает «пачки», т. е. серии импульсов, разделенные паузами.

Еще одна задача. В мембране пачечного нейрона соединены два набора каналов: от генератора ритма и от обычного нейрона. А теперь представим себе клетку-генератор, из мембраны которой удалены калиевые каналы, открывающиеся под действием кальция.

Легко понять, что такая клетка уже не будет генерировать колебания: если мембрану деполяризовать настолько, чтобы открылись Са-каналы, то они все время остаются открытыми на некотором новом равновесном уровне. Получается, что у клетки будут два устойчивых уровня МП: один — тот, к которому она приходит при закрытых Са-каналах, а другой — тот, который устанавливается при работе этих каналов. Такой нейрон можно перевести из одного состояния в другие, действуя на него либо возбуждающими, либо тормозными синапсами.

Оказывается, что и такие «бистабильные» клетки тоже встречаются в действительности.

Итак, в зависимости от того, какой набор ионных каналов есть в мембране, можно получить обычный нейрон, генерирующий ПД, можно получить безымпульсный нейрон, можно получить «пачечный» нейрон, «бистабильный» нейрон и другие варианты. Подобно тому, как ребенок выкладывает из мозаики разные картинки, природа с помощью разного набора ионных каналов обеспечивает разнообразие свойств нейронов, что и позволяет им выполнять разные функции.

Мы видели, что сами каналы состоят из частей: «трубка», «ворота», «реле». Видимо, как это предполагает П.Г. Костюк, они могут соединяться в разных сочетаниях, давая каналы с разными свойствами. Точно так же на следующем уровне каналы, собираясь в разных сочетаниях в мембране одного нейрона, могут определять его свойства. Наконец, из нейронов с разными свойствами образуются разные нейронные сети. Природа широко использует метод «блочного строительства».

А теперь вернемся еще раз к нейронам-генераторам. Мозаика ионных каналов — это один из способов создать колебания потенциала. Возможен и другой. Сейчас открыты колебательные химические реакции, во время которых компоненты реакции периодически меняют свою концентрацию. В открытии этих реакций и в том, что они получили широкое признание, важную роль играли советские ученые Б.П. Белоусов, А.М. Жаботинский и С.Э. Шноль. Представьте себе, что один из компонентов такой колебательной реакции умеет открывать ионные каналы и деполяризовать клетку. Это будет принципиально другой способ работы нейронов-генераторов, так как тут автоколебательная система находится не в мембране клетки, а в цитоплазме, и образована не совокупностью ионных каналов, а цепью химических реакций. Этот способ генерации колебаний интересен тем, что он связывает электрические мембранные процессы с биохимией клетки, с обменом веществ.

А теперь о сердце

Если вы спросите у биолога: «Что заставляет сердце биться?», то он ответит вам вопросом на вопрос: «У какого животного?», и неспроста. Оказывается, у разных животных сердечный ритм создается по-разному. Наиболее естественно предположить, что «водителями» сердечного ритма являются уже знакомые нам клетки-генераторы. И действительно, например, у краба или омара есть специальный нервный ганглий из 9 клеток, управляющий сокращениями сердца. Среди этих клеток есть клетки-генераторы, почти такие же, как те, о которых мы только что рассказывали. Особенность клеток сердечных ганглиев состоит в том, что в их аксонах есть каналы, т. е. мембрана их аксонов возбудима. Это похоже на выдуманную нами «гибридную схему», причем аксон играет роль клетки 2. Когда тело клетки сердечного ганглия деполяризовано, в аксоне возникает пачка импульсов, вызывающая сокращение сердечной мышцы. Без этих нервных клеток сердце краба останавливается.

Другие статьи:

Понятие "ксенобиотики", их классификация
Чужеродные вещества, поступающие в человеческий организм с пищевыми продуктами и имеющие высокую токсичность, называют ксенобиотиками, или загрязнителями. "Под токсичностью веществ понимается их способность наносить вред живому орга ...

Клеточный цикл, периоды
Клеточный цикл включает строго детерминированный ряд последовательных процессов, согласно позиции Hartwellа, 1995. Клетка должна между двумя последовательными делениями удвоить все свои компоненты и свою массу. Таким образом клеточный цик ...

Мышечная система человека
В организме человека насчитывается примерно 300–330 парных поперечнополосатых мышц, которые в совокупности со скелетом образуют опорно-двигательный аппарат. Скелетная мышца состоит из множества мышечных волокон, расположенных параллельно ...