Процеси гальмування. Гальмівні нейромедіатори

Гальмування – активний процес у ЦНС, який проявляється пригніченням збудження або повним його припиненням у відповідь на подразнення.

Довгий час існувала думка, що для нервової системи можливий тільки процес збудження, а пригнічення фізіологічної реакції пов’язане із зменшенням процесу збудження. Явище центрального гальмування відкрив І. М. Сєченов у 1863 р. Він довів, що подразнення таламусу (низхідний відділ ретикулярної формації) викликає пригнічення спинномозкових центрів жаби (рис. 3.8).

Гальмування на рівні центрів спинного мозку встановив Гольц. Відтоді починається вивчення гальмування як самостійного нервового процесу, який ви-

РИС. 3.8. Схема центрального гальмування за І.М. Сєченовим. На схемі показано розповсюдження нервових імпульсів від гальмівних нейронів стовбура мозку до спинного мозку при накладанні кристалика NaCl на ділянку зорових горбів

кликається збудженням і проявляється пригніченням іншого збудження.

На відміну від процесу збудження, який виявляється у двох головних формах – локальних потенціалів та ПД, здатного до розповсюдження, гальмування може виникати тільки у вигляді локального процесу і завжди пов’язане з існуванням специфічних гальмівних синапсів. Пресинаптичні закінчення гальмівних синапсів належать аксонам гальмівних нейронів, які пригнічують активність усіх нервових клітин, з котрими вступають у синаптичний контакт. Прикладом гальмівних нейронів у спинному мозку є нейрони Реншоу, у головному мозку – нейрони Пуркіньє кори мозочка.

За механізмами та місцем розвитку процесу у центральних синапсах виділяють два види гальмувань – постсинаптичне пряме (зниження збудливості соми і дендритів постсинаптичного нейрона) та пресинаптичне гальмування (зменшення чи припинення виділення медіатору пресинаптичним збуджувальним нервовим закінченням).

Постсинаптичне гальмування – це процес, що відбувається у центральних гальмівних синапсах і призводить до розвитку гіперполяризації на постсинаптичній мембрані та має назву гіперполяризаційного гальмування. Механізм його виникнення пов’язаний з іонами хлору (Сl+) і калію (К+).

Послідовність процесів, що призводять до розвитку постсинаптичного гальмування:

■ деполяризація пресинаптичної мембрани гальмівного нейрона:

■ відкриття потенціалозалежних воріт кальцієвих каналів у пресинаптичній мембрані та вхід іонів кальцію у кінцеву терміналь аксона:

■ збільшення концентрації іонів кальцію в термінальному закінченні, що призводить до з’єднання синаптичних везикул з пресинаптичною мембраною та виходу гальмівного нейромедіатору у синаптичну щілину (екзоцитоз);

■ дифузія гальмівного нейромедіатору до постсинаптичної мембрани і взаємодія з її циторецепторами;

■ відкриття хемозалежних воріт калієвих каналів і вихід іонів калію через постсинаптичну мембрану із клітини, або вхід у клітину іонів хлору, що призводить до гіперполяризації постсинаптичної мембрани;

■ розвиток гальмівного постсинаптичного потенціалу (ГПСП) (рис. 3.9).

Калієвий механізм. Іони К+ виходять через потенці+

алзалежні канали на зовнішню поверхню мембрани

нейрона, що підлягає гальмуванню, і зараджують її позитивним зарядом (+). При цьому величина потенціалу

РИС. 3.9. Механізм розвитку ГПСП на постсинаптичної мембрані збуджувального нейрона ЦНС. 1 – графік розвитку ГПСП на постсинаптичній мембрані: 2 – графік розвитку гіперполяризації на мембрані аксонного горбика

зміщується з -65 мВ до -70 мВ, що викликає гіперполяризацію, розвиток гальмівного постсинаптичного потенціалу (ГПСП). Виникнення місцевих постсинаптичних струмів анодного спрямування між постсинаптичною мембраною тіла нейрона і мембраною аксонного горбика призводить до зменшення його збудливості, припинення генерації ПД або зменшення їх частоти.

Хлорний механізм. Під впливом гальмівного медіатору у мембрані нейрона, що гальмується, відкриваються хлорні канали, через які з оточуючого середовища проникають негативно заряджені іони хлору, що призводить до збільшення внутрішньоклітинної негативності, зниження потенціалу спокою з -65 мВ до -70 мВ, тобто гіперполяризації, розвитку ГПСП. Гальмівним медіатором може бути гліцин. Його блокатором (конкурентом на субсинаптичній мембрані) є стрихнін. Прикладом розвитку постсинаптичного гальмування на спінальних мотонейронах можуть бути клітини Реншоу, які активуються при збільшенні активності мотонейронів і шляхом зворотного зв’язку викликають їх постсинаптичне гальмування і зменшення активності (рис. 3.10).

РИС. 3.10. Постсинаптичне гальмування за участю клітини Реншоу. Колатералі збуджувального аксона контактують із гальмівною клітиною Реншоу, яка виділяє гальмівний медіатор (ГАМК) на тіло збуджувального нейрона і гальмує його активність

Пресинаптичне гальмування – процес, що відбувається на аксонах нейронів ЦНС. Пстологічним субстратом такого гальмування є аксо-аксональні синапси, які утворюються аксонами гальмівних вставних нейронів з аксональними закінченнями збудливих нейронів. До збуджувального аксона, раніше ніж він досягне синапсу, підходить вставний гальмівний аксон, який виділяє гальмівний медіатор, котрий пригнічує проведення нервових імпульсів у збуджувальних аксональних закінченнях (рис. 3.11).

Послідовність процесів, що призводять до розвитку пресинаптичного гальмування:

■ Виділення гальмівного медіатору (гамма-аміномасляна кислота – ГАМК) аксоном гальмівного нейрона і його взаємодія з циторецепторами мембрани збуджувального аксона, яка в цій структурі є постсинаптичною мембраною гальмівного синапсу.

РИС. 3.11. Пресинаптичне гальмування. Пригнічується виділення медіатору в збуджувальних синапсах

■ Взаємодія гальмівного нейромедіатору ГАМК з рецепторами постсинаптичної мембрани може викликати такі зміни:

  • • відкриття аніонних каналів і збільшення виходу іонів хлору назовні, що призводить до стійкої деполяризації постсинаптичної мембрани аксоаксонального синапсу, яка викликає зниження амплітуди і кількості ПД, що надходять до збуджувальних закінчень. Це викликає зменшення надходження іонів Са2+ в терміналі і відповідно послаблює вивільнення збуджувального медіатору з його кінцевого закінчення:
  • • нейтралізація негативними зарядами іонів Сl- частини позитивно заряджених іонів Na+, що беруть участь у генерації ПД;
  • • крім того, також відкриваються потенціалозалежні калієві канали, що зменшує надходження іонів кальцію до кінцевої терміналі збуджувального нейрона.

Таким чином, описані фактори призводять до пригнічення вивільнення збуджувального медіатору у збуджувальному аксо-соматичному синапсі, завдяки чому інформація через цей синапс не передається.

Пресинаптичне гальмування пригнічує в ЦНС несуттєві аферентні сигнали, тобто впливає на висхідні та низхідні провідні шляхи спинного мозку, звільняючи від несуттєвої інформації, а в патологічному стані захищає мозок від зайвої інформації.

Пресинаптичне гальмування виникає у багатьох сенсорних шляхах нервової системи. Зокрема, пресинаптичне гальмування, яке розвивається на аферентних нейронах задніх рогів спинного мозку і здійснюється завдяки впливу низхідних шляхів структур головного мозку, забезпечує зменшення аферентної сигналізації до ЦНС, наприклад, больової сигналізації при збільшенні інтенсивності больового відчуття.

Типи гальмування

За типом гальмівних ланцюгів розрізняють:

1 Реципрокне гальмування – це коли подразнення аферентного нерва викликає збудження однієї групи нервових клітин і гальмування інших. Прикладом можуть бути антагоністичні рефлекси – скорочення м’язі в-розгиначів призводить до розслаблення м’язів-згиначів цієї ж кінцівки (рис. 3.12)

В основі механізму гальмування лежить розгалуження у спинному мозку аферентних нервових волокон, одне з яких збуджує мотонейрони, що іннервують м’язи-згиначі, а друге – м’язи-розгиначі. Таким чином, подразнення аферентного нерва викликає одночасне збудження центру м’язів-згиначів і гальмування центру м’язів-розгиначів. Значення гальмування: автоматична регуляція точних рухів згинання і розгинання.

2 Зворотне гальмування – це гальмування за допомогою клітин Реншоу. Аксони нейронів перед виходом із спинного мозку дають одну чи декілька колатералей. Останні закінчуються на клітинах Реншоу, аксони яких утворюють гальмівний синапс на мотонейронах цього сегменту спинного мозку (рис. 3.13).

Завдяки цьому, збудження, що направляється на периферію по колатералях, активує клітину, яка гальмує збуджувальний нейрон. Значення гальмування: забезпечення підтримки помірного м’язового тонусу. Недосконалість цього гальмування є одним із механізмів розвитку дитячого церебрального паралічу.

3 Латеральне гальмування – розвивається у двох паралельно задіяних нервових ланцюгах за допомогою однієї клітини Реншоу (рис. 3.14).

Колатераль першого збуджувального нейрона контактує з клітиною Реншоу, яка направляє аксонний відросток, що виділяє гальмівний медіатор як до тіла “рідного” нейрона (1), так і до сусіднього (латерального (2), викликаючи у них гальмування. Значення: обмежує іррадіацію збудження, виділяє суттєві сиг-

РИС. 3.12. Реципрокне гальмування

РИС. 3.13. Зворотне гальмування. 1 – збушкувальний нейрон; 2 – гальмівна клітина Реншоу

РИС. 3.14. Латеральне гальмування. Вставна гальмівна клітина (КР) між двома збуджувальними нейронами одночасно гальмує обидва нейрони (1-2)

нали із загального фону, наприклад, у сітківці ока для покращення контрасту предмету, що розглядаєтся. Гальмування гальмування (розгальмовування) – це процес загальмовування гальмівних нейронів за принципом постсинаптичною гальмування. Таким чином гальмівний вплив зменшується, тому цей ефект називається розгальмовуванням. Такий тип гальмування можна спостерігати в корі мозочка, а також в рухових системах спинного мозку. Так, гальмівні нейрони Реншоу гальмують клітини Уілсона, внаслідок чого гальмівний вплив клітин Уілсона на мотонейрони припиняється.

✅Види гальмування, взаємодії процесів збудження і гальмування в ЦНС

Гальмування – це активний процес, що виникає при дії подразників на тканину, проявляється у придушенні іншого збудження, функціонального відправлення тканини немає.

Гальмування може розвиватися тільки у формі локальної відповіді.

Виділяють два типи гальмування:

  • Первинне. Для його виникнення необхідна наявність спеціальних гальмівних нейронів. Гальмування виникає первинно без попереднього збудження під впливом гальмівного медіатора. Розрізняють 2 види первинного гальмування:
  1. пресинаптичне в аксо-аксональному синапсі;
  2. постсинаптичне в аксодендричному синапсі;
  • Вторинне – не вимагає спеціальних гальмівних структур, виникає в результаті зміни функціональної активності звичайних збудливих структур, завжди пов’язане з процесом порушення. Види вторинного гальмування:
  1. позамежне – виникає при великому потоці інформації, що надходить в клітку. Потік інформації лежить за межами працездатності нейрона;
  2. песимальне – виникає при високій частоті роздратування;
  3. парабіотичне – виникає при сильно і тривало діючому роздратуванні;
  4. гальмування слідом за збудженням – виникає внаслідок зниження функціонального стану нейронів після порушення;
  5. гальмування за принципом негативної індукції;
  6. гальмування умовних рефлексів.

Процеси збудження і гальмування тісно пов’язані між собою, протікають одночасно і є різними проявами єдиного процесу. Вогнища збудження і гальмування рухливі, охоплюють більші чи менші області нейронних популяцій і можуть бути більш-менш виражені.

Збудження неодмінно змінюється гальмуванням, і навпаки, тобто між гальмуванням і порушенням існують індукційні відносини.

Гальмування лежить в основі координації рухів, забезпечує захист центральних нейронів від перезбудження. Гальмування в ЦНС може виникати при одночасному надходженні в спинний мозок нервових імпульсів різної сили з декількох подразників. Більш сильне роздратування гальмує рефлекси, які мають наступити у відповідь на більш слабкі.

У 1862 р Сєченов відкрив явище центрального гальмування. Він довів у своєму досвіді, що роздратування кристалом хлориду натрію зорових горбів жаби (великі півкулі головного мозку видалені) викликає гальмування рефлексів спинного мозку.

Після усунення подразника рефлекторна діяльність спинного мозку відновлювалася. Результат цього досвіду дозволив І. М. Сеченову зробити висновок, що в ЦНС поряд з процесом порушення розвивається процес гальмування, який здатний пригнічувати рефлекторні акти організму.

Н. Е. Введенський висловив припущення, що в основі явища гальмування лежить принцип негативної індукції: більш збудливий ділянку в ЦНС гальмує активність менш збудливих ділянок.

Сучасне трактування досвіду І. М. Сеченова (І. М. Сєченов дратував ретикулярну формацію стовбура мозку): збудження формації підвищує активність гальмівних нейронів спинного мозку – клітин Реншоу, що призводить до гальмування α-мотонейронів спинного мозку і пригнічує рефлекторну діяльність спинного мозку.