stringtranslate.com

Потенциал действия

Когда потенциал действия (нервный импульс) перемещается по аксону, происходит изменение электрической полярности через мембрану аксона . В ответ на сигнал от другого нейрона натрий- (Na + ) и калий- (K + )-зависимые ионные каналы открываются и закрываются, когда мембрана достигает своего порогового потенциала . Каналы Na + открываются в начале потенциала действия, и Na + перемещается в аксон, вызывая деполяризацию . Реполяризация происходит, когда открываются каналы K + и K + перемещается из аксона, создавая изменение электрической полярности между внешней частью клетки и внутренней. Импульс перемещается по аксону только в одном направлении, к окончанию аксона , где он сигнализирует другим нейронам.

Потенциал действия возникает, когда мембранный потенциал определенной клетки быстро повышается и понижается. [1] Затем эта деполяризация приводит к тому, что соседние участки деполяризуются аналогичным образом. Потенциалы действия возникают в нескольких типах возбудимых клеток , включая клетки животных , такие как нейроны и мышечные клетки , а также некоторые растительные клетки . Некоторые эндокринные клетки, такие как бета-клетки поджелудочной железы , и некоторые клетки передней доли гипофиза также являются возбудимыми клетками. [2]

В нейронах потенциалы действия играют центральную роль в межклеточной коммуникации , обеспечивая — или в отношении скачкообразной проводимости , помогая — распространению сигналов по аксону нейрона к синаптическим бутонам , расположенным на концах аксона; эти сигналы затем могут соединяться с другими нейронами в синапсах или с двигательными клетками или железами. В других типах клеток их основная функция — активировать внутриклеточные процессы. Например, в мышечных клетках потенциал действия является первым шагом в цепочке событий, приводящих к сокращению. В бета-клетках поджелудочной железы они вызывают выброс инсулина . [a] Потенциалы действия в нейронах также известны как « нервные импульсы » или « шипы », а временная последовательность потенциалов действия, генерируемых нейроном, называется его « цепью спайков ». Нейрон, который испускает потенциал действия или нервный импульс, часто говорят, что он «срабатывает».

Потенциалы действия генерируются особыми типами потенциалзависимых ионных каналов, встроенных в плазматическую мембрану клетки . [b] Эти каналы закрываются, когда мембранный потенциал близок к (отрицательному) потенциалу покоя клетки, но они быстро начинают открываться, если мембранный потенциал увеличивается до точно определенного порогового напряжения, деполяризуя трансмембранный потенциал. [b] Когда каналы открываются, они пропускают внутрь поток ионов натрия , что изменяет электрохимический градиент, который, в свою очередь, вызывает дальнейшее повышение мембранного потенциала до нуля. Затем это заставляет открываться больше каналов, создавая больший электрический ток через клеточную мембрану и так далее. Процесс продолжается взрывообразно, пока все доступные ионные каналы не откроются, что приводит к большому подъему мембранного потенциала. Быстрый приток ионов натрия вызывает изменение полярности плазматической мембраны, и ионные каналы затем быстро инактивируются. Когда натриевые каналы закрываются, ионы натрия больше не могут проникать в нейрон, и затем они активно транспортируются обратно из плазматической мембраны. Затем активируются калиевые каналы, и происходит выходящий ток ионов калия, возвращающий электрохимический градиент в состояние покоя. После возникновения потенциала действия происходит кратковременный отрицательный сдвиг, называемый постгиперполяризацией .

В клетках животных существует два основных типа потенциалов действия. Один тип генерируется потенциалзависимыми натриевыми каналами , другой — потенциалзависимыми кальциевыми каналами . Натриевые потенциалы действия обычно длятся менее одной миллисекунды, но кальциевые потенциалы действия могут длиться 100 миллисекунд и дольше. [ необходима цитата ] В некоторых типах нейронов медленные кальциевые спайки обеспечивают движущую силу для длительного всплеска быстро испускаемых натриевых спайков. С другой стороны, в клетках сердечной мышцы начальный быстрый натриевый спайк обеспечивает «праймер», чтобы спровоцировать быстрое начало кальциевого спайка, который затем вызывает сокращение мышцы. [3]

Обзор

Форма типичного потенциала действия. Мембранный потенциал остается около базового уровня, пока в какой-то момент времени он резко не подскакивает вверх, а затем быстро падает.

Почти все клеточные мембраны животных, растений и грибов поддерживают разницу потенциалов между внешней и внутренней частью клетки, называемую мембранным потенциалом . Типичное напряжение на мембране животной клетки составляет -70 мВ. Это означает, что внутренняя часть клетки имеет отрицательное напряжение относительно внешней части. В большинстве типов клеток мембранный потенциал обычно остается довольно постоянным. Однако некоторые типы клеток электрически активны в том смысле, что их напряжение колеблется с течением времени. В некоторых типах электрически активных клеток, включая нейроны и мышечные клетки, колебания напряжения часто принимают форму быстрого восходящего (положительного) скачка, за которым следует быстрое падение. Эти циклы подъема и спада известны как потенциалы действия . В некоторых типах нейронов весь цикл подъема и спада происходит за несколько тысячных секунды. В мышечных клетках типичный потенциал действия длится около одной пятой секунды. В растительных клетках потенциал действия может длиться три секунды или более. [4]

Электрические свойства клетки определяются структурой ее мембраны. Клеточная мембрана состоит из липидного бислоя молекул, в который встроены более крупные молекулы белка. Липидный бислой обладает высокой устойчивостью к движению электрически заряженных ионов, поэтому он функционирует как изолятор. Большие встроенные в мембрану белки, напротив, обеспечивают каналы, по которым ионы могут проходить через мембрану. Потенциалы действия приводятся в действие канальными белками, конфигурация которых переключается между закрытым и открытым состояниями в зависимости от разности потенциалов между внутренней и внешней частью клетки. Эти чувствительные к напряжению белки известны как потенциалзависимые ионные каналы . [ необходима цитата ]

Процесс в типичном нейроне

Приблизительный график типичного потенциала действия показывает его различные фазы, когда потенциал действия проходит точку на клеточной мембране . Мембранный потенциал начинается примерно с −70 мВ в нулевой момент времени. Стимул применяется в момент времени = 1 мс, что повышает мембранный потенциал выше −55 мВ (пороговый потенциал). После применения стимула мембранный потенциал быстро возрастает до пикового потенциала +40 мВ в момент времени = 2 мс. Так же быстро потенциал затем падает и достигает −90 мВ в момент времени = 3 мс, и, наконец, потенциал покоя −70 мВ восстанавливается в момент времени = 5 мс.

Все клетки в тканях тела животных электрически поляризованы – другими словами, они поддерживают разность потенциалов на плазматической мембране клетки , известную как мембранный потенциал . Эта электрическая поляризация является результатом сложного взаимодействия между белковыми структурами, встроенными в мембрану, называемыми ионными насосами и ионными каналами . В нейронах типы ионных каналов в мембране обычно различаются в разных частях клетки, что придает дендритам , аксону и телу клетки разные электрические свойства. В результате некоторые части мембраны нейрона могут быть возбудимыми (способными генерировать потенциалы действия), тогда как другие – нет. Недавние исследования показали, что наиболее возбудимой частью нейрона является часть после аксонного холмика (точка, где аксон покидает тело клетки), которая называется начальным сегментом аксона , но аксон и тело клетки также возбудимы в большинстве случаев. [5]

Каждый возбудимый участок мембраны имеет два важных уровня мембранного потенциала: потенциал покоя , который является значением, которое мембранный потенциал сохраняет до тех пор, пока ничто не возмущает клетку, и более высокое значение, называемое пороговым потенциалом . В аксонном холмике типичного нейрона потенциал покоя составляет около –70 милливольт (мВ), а пороговый потенциал составляет около –55 мВ. Синаптические входы в нейрон вызывают деполяризацию или гиперполяризацию мембраны ; то есть они вызывают повышение или понижение мембранного потенциала. Потенциалы действия запускаются, когда накапливается достаточно деполяризации, чтобы поднять мембранный потенциал до порогового значения. Когда запускается потенциал действия, мембранный потенциал резко подскакивает вверх, а затем столь же резко падает вниз, часто заканчиваясь ниже уровня покоя, где он остается в течение некоторого периода времени. Форма потенциала действия стереотипна; это означает, что подъем и падение обычно имеют примерно одинаковую амплитуду и временной ход для всех потенциалов действия в данной клетке. (Исключения обсуждаются далее в статье). В большинстве нейронов весь процесс происходит примерно за тысячную долю секунды. Многие типы нейронов постоянно испускают потенциалы действия со скоростью до 10–100 в секунду. Однако некоторые типы гораздо тише и могут в течение минут и дольше не испускать никаких потенциалов действия.

Биофизическая основа

Потенциалы действия возникают в результате присутствия в клеточной мембране особых типов потенциалзависимых ионных каналов . [6] Потенциалзависимый ионный канал — это трансмембранный белок, обладающий тремя ключевыми свойствами:

  1. Он способен принимать более одной конформации.
  2. По крайней мере одна из конформаций создает канал в мембране, проницаемый для определенных типов ионов.
  3. Переход между конформациями происходит под влиянием мембранного потенциала.

Таким образом, потенциал-зависимый ионный канал имеет тенденцию быть открытым для некоторых значений мембранного потенциала и закрытым для других. Однако в большинстве случаев связь между мембранным потенциалом и состоянием канала является вероятностной и включает временную задержку. Ионные каналы переключаются между конформациями в непредсказуемые моменты времени: мембранный потенциал определяет скорость переходов и вероятность каждого типа перехода за единицу времени.

Распространение потенциала действия по аксону

Потенциалзависимые ионные каналы способны производить потенциалы действия, поскольку они могут вызывать положительные обратные связи : мембранный потенциал контролирует состояние ионных каналов, но состояние ионных каналов контролирует мембранный потенциал. Таким образом, в некоторых ситуациях повышение мембранного потенциала может привести к открытию ионных каналов, тем самым вызывая дальнейшее повышение мембранного потенциала. Потенциал действия возникает, когда этот цикл положительной обратной связи ( цикл Ходжкина ) протекает взрывообразно. Временная и амплитудная траектория потенциала действия определяются биофизическими свойствами потенциалзависимых ионных каналов, которые его производят. Существует несколько типов каналов, способных производить положительную обратную связь, необходимую для генерации потенциала действия. Потенциалзависимые натриевые каналы отвечают за быстрые потенциалы действия, участвующие в нервной проводимости. Более медленные потенциалы действия в мышечных клетках и некоторых типах нейронов генерируются потенциалзависимыми кальциевыми каналами. Каждый из этих типов существует в нескольких вариантах с различной чувствительностью к напряжению и различной временной динамикой.

Наиболее интенсивно изучаемый тип потенциал-зависимых ионных каналов включает натриевые каналы, участвующие в быстрой нервной проводимости. Иногда их называют натриевыми каналами Ходжкина-Хаксли, поскольку они были впервые охарактеризованы Аланом Ходжкиным и Эндрю Хаксли в их удостоенных Нобелевской премии исследованиях биофизики потенциала действия, но их удобнее называть каналами Na V. («V» означает «напряжение».) Канал Na V имеет три возможных состояния: деактивированный , активированный и инактивированный . Канал проницаем только для ионов натрия, когда он находится в активированном состоянии. Когда мембранный потенциал низкий, канал проводит большую часть времени в деактивированном (закрытом) состоянии. Если мембранный потенциал повышается выше определенного уровня, канал показывает повышенную вероятность перехода в активированное (открытое) состояние. Чем выше мембранный потенциал, тем больше вероятность активации. После активации канала он в конечном итоге перейдет в инактивированное (закрытое) состояние. Затем он имеет тенденцию оставаться инактивированным в течение некоторого времени, но если мембранный потенциал снова становится низким, канал в конечном итоге перейдет обратно в деактивированное состояние. Во время потенциала действия большинство каналов этого типа проходят через цикл деактивированныйактивированныйинактивированныйдеактивированный . Однако это только среднее поведение популяции — отдельный канал в принципе может совершить любой переход в любое время. Однако вероятность перехода канала из инактивированного состояния непосредственно в активированное очень мала: канал в инактивированном состоянии является рефрактерным, пока он не перейдет обратно в деактивированное состояние.

Результатом всего этого является то, что кинетика каналов Na V регулируется матрицей перехода, скорости которой сложным образом зависят от напряжения. Поскольку сами эти каналы играют важную роль в определении напряжения, глобальную динамику системы может быть довольно сложно рассчитать. Ходжкин и Хаксли подошли к проблеме, разработав набор дифференциальных уравнений для параметров, которые управляют состояниями ионных каналов, известных как уравнения Ходжкина-Хаксли . Эти уравнения были значительно изменены более поздними исследованиями, но являются отправной точкой для большинства теоретических исследований биофизики потенциала действия.

Движение ионов во время потенциала действия.
Обозначения: a) Ион натрия (Na + ). b) Ион калия (K + ). c) Натриевый канал. d) Калиевый канал. e) Натрий-калиевый насос.
На стадиях потенциала действия проницаемость мембраны нейрона изменяется. В состоянии покоя (1) ионы натрия и калия имеют ограниченную способность проходить через мембрану, и нейрон имеет чистый отрицательный заряд внутри. После запуска потенциала действия деполяризация ( 2) нейрона активирует натриевые каналы, позволяя ионам натрия проходить через клеточную мембрану в клетку, что приводит к чистому положительному заряду в нейроне относительно внеклеточной жидкости. После достижения пика потенциала действия нейрон начинает реполяризацию (3), при которой натриевые каналы закрываются, а калиевые каналы открываются, позволяя ионам калия пересекать мембрану во внеклеточную жидкость, возвращая мембранный потенциал к отрицательному значению. Наконец, наступает рефрактерный период (4), в течение которого потенциал-зависимые ионные каналы инактивируются , в то время как ионы Na + и K + возвращаются к своему состоянию покоя и распределению по мембране (1), и нейрон готов повторить процесс для следующего потенциала действия.

При увеличении мембранного потенциала открываются каналы ионов натрия , что позволяет ионам натрия проникать в клетку. За этим следует открытие каналов ионов калия , которые позволяют ионам калия выходить из клетки. Входящий поток ионов натрия увеличивает концентрацию положительно заряженных катионов в клетке и вызывает деполяризацию, при которой потенциал клетки выше, чем потенциал покоя клетки . Натриевые каналы закрываются на пике потенциала действия, в то время как калий продолжает покидать клетку. Отток ионов калия снижает мембранный потенциал или гиперполяризует клетку. При небольшом увеличении напряжения от покоя калиевый ток превышает натриевый ток, и напряжение возвращается к своему нормальному значению покоя, обычно -70 мВ. [7] [8] [9] Однако, если напряжение увеличивается сверх критического порога, обычно на 15 мВ выше значения покоя, доминирует натриевый ток. Это приводит к состоянию неуправляемости, при котором положительная обратная связь от натриевого тока активирует еще больше натриевых каналов. Таким образом, клетка активируется , создавая потенциал действия. [7] [10] [11] [примечание 1] Частоту, с которой нейрон вызывает потенциалы действия, часто называют частотой активации или частотой активации нейронов .

Токи, создаваемые открытием потенциалзависимых каналов в ходе потенциала действия, как правило, значительно больше, чем начальный стимулирующий ток. Таким образом, амплитуда, длительность и форма потенциала действия в значительной степени определяются свойствами возбудимой мембраны, а не амплитудой или длительностью стимула. Это свойство потенциала действия «все или ничего» отличает его от градуированных потенциалов, таких как рецепторные потенциалы , электротонические потенциалы , колебания подпорогового мембранного потенциала и синаптические потенциалы , которые масштабируются с величиной стимула. Разнообразие типов потенциала действия существует во многих типах клеток и клеточных компартментах, что определяется типами потенциалзависимых каналов, каналов утечки , распределениями каналов, ионными концентрациями, емкостью мембраны, температурой и другими факторами.

Основными ионами, участвующими в потенциале действия, являются катионы натрия и калия; ионы натрия входят в клетку, а ионы калия выходят, восстанавливая равновесие. Для того чтобы мембранное напряжение резко изменилось, через мембрану должно пройти относительно немного ионов. Таким образом, ионы, обмениваемые во время потенциала действия, вносят незначительное изменение во внутреннюю и внешнюю концентрацию ионов. Те немногие ионы, которые действительно пересекают, снова выкачиваются непрерывным действием натрий-калиевого насоса , который вместе с другими ионными транспортерами поддерживает нормальное соотношение концентраций ионов через мембрану. Катионы кальция и анионы хлора участвуют в нескольких типах потенциалов действия, таких как сердечный потенциал действия и потенциал действия в одноклеточной водоросли Acetabularia соответственно.

Хотя потенциалы действия генерируются локально на участках возбудимой мембраны, результирующие токи могут вызывать потенциалы действия на соседних участках мембраны, вызывая распространение, подобное домино. В отличие от пассивного распространения электрических потенциалов ( электротонического потенциала ), потенциалы действия генерируются заново вдоль возбудимых участков мембраны и распространяются без затухания. [12] Миелинизированные участки аксонов невозбудимы и не производят потенциалы действия, и сигнал распространяется пассивно как электротонический потенциал . Регулярно расположенные немиелинизированные участки, называемые перехватами Ранвье , генерируют потенциалы действия для усиления сигнала. Известный как скачкообразное проведение , этот тип распространения сигнала обеспечивает благоприятный компромисс между скоростью сигнала и диаметром аксона. Деполяризация окончаний аксонов , в целом, запускает высвобождение нейротрансмиттера в синаптическую щель . Кроме того, обратно распространяющиеся потенциалы действия были зарегистрированы в дендритах пирамидальных нейронов , которые повсеместно встречаются в неокортексе. [c] Считается, что они играют роль в пластичности, зависящей от времени спайков .

В модели емкости мембраны Ходжкина-Хаксли скорость передачи потенциала действия была неопределенной, и предполагалось, что соседние области деполяризуются из-за интерференции освобожденных ионов с соседними каналами. Измерения диффузии ионов и радиусов с тех пор показали, что это невозможно. [ необходима цитата ] Более того, противоречивые измерения изменений энтропии и времени оспаривали модель емкости как действующую в одиночку. [ необходима цитата ] В качестве альтернативы, гипотеза адсорбции Гилберта Линга утверждает, что мембранный потенциал и потенциал действия живой клетки обусловлены адсорбцией подвижных ионов на адсорбционных участках клеток. [13]

Созревание электрических свойств потенциала действия

Способность нейрона генерировать и распространять потенциал действия изменяется в процессе развития . То, насколько сильно мембранный потенциал нейрона изменяется в результате импульса тока, является функцией входного сопротивления мембраны . По мере роста клетки к мембране добавляется больше каналов , что приводит к снижению входного сопротивления. Зрелый нейрон также претерпевает более короткие изменения мембранного потенциала в ответ на синаптические токи. Нейроны из латерального коленчатого ядра хорька имеют более длительную постоянную времени и большее отклонение напряжения в P0, чем в P30. [14] Одним из следствий уменьшения длительности потенциала действия является то, что точность сигнала может быть сохранена в ответ на высокочастотную стимуляцию. Незрелые нейроны более склонны к синаптической депрессии, чем к потенциации после высокочастотной стимуляции. [14]

На раннем этапе развития многих организмов потенциал действия на самом деле изначально переносится кальциевым током, а не натриевым током . Кинетика открытия и закрытия кальциевых каналов во время развития медленнее, чем у потенциалзависимых натриевых каналов, которые будут переносить потенциал действия в зрелых нейронах. Более длительное время открытия кальциевых каналов может привести к потенциалам действия, которые значительно медленнее, чем у зрелых нейронов. [14] Нейроны Xenopus изначально имеют потенциалы действия, которые занимают 60–90 мс. Во время развития это время уменьшается до 1 мс. Есть две причины этого резкого снижения. Во-первых, входящий ток в основном переносится натриевыми каналами. [15] Во-вторых, задержанный выпрямитель , ток калиевого канала , увеличивается в 3,5 раза от его первоначальной силы. [14]

Для того чтобы переход от кальций-зависимого потенциала действия к натрий-зависимому потенциалу действия мог произойти, необходимо добавить новые каналы к мембране. Если нейроны Xenopus выращиваются в среде с ингибиторами синтеза РНК или синтеза белка , этот переход предотвращается. [16] Даже электрическая активность самой клетки может играть роль в экспрессии каналов. Если потенциалы действия в миоцитах Xenopus блокируются, типичное увеличение плотности тока натрия и калия предотвращается или задерживается. [17]

Это созревание электрических свойств наблюдается у разных видов. Натриевые и калиевые токи Xenopus резко увеличиваются после того, как нейрон проходит через финальную фазу митоза . Плотность натриевого тока кортикальных нейронов крысы увеличивается на 600% в течение первых двух постнатальных недель. [14]

Нейротрансмиссия

Анатомия нейрона

Несколько типов клеток поддерживают потенциал действия, такие как растительные клетки, мышечные клетки и специализированные клетки сердца (в которых происходит сердечный потенциал действия ). Однако, основной возбудимой клеткой является нейрон , который также имеет самый простой механизм для потенциала действия. [ необходима цитата ]

Нейроны — это электрически возбудимые клетки, состоящие, как правило, из одного или нескольких дендритов, одной сомы , одного аксона и одного или нескольких аксонных окончаний . Дендриты — это клеточные отростки, чья основная функция заключается в получении синаптических сигналов. Их выступы, известные как дендритные шипики , предназначены для захвата нейротрансмиттеров, высвобождаемых пресинаптическим нейроном. Они имеют высокую концентрацию лиганд-управляемых ионных каналов . Эти шипики имеют тонкую шейку, соединяющую луковицеобразный выступ с дендритом. Это гарантирует, что изменения, происходящие внутри шипика, с меньшей вероятностью повлияют на соседние шипики. Дендритный шипик может, за редким исключением (см. LTP ), действовать как независимая единица. Дендриты отходят от сомы, в которой находится ядро , и многие из «нормальных» эукариотических органелл. В отличие от шипиков, поверхность сомы заполнена ионными каналами, активируемыми напряжением. Эти каналы помогают передавать сигналы, генерируемые дендритами. Из сомы выходит аксонный холмик . Эта область характеризуется очень высокой концентрацией натриевых каналов, активируемых напряжением. В целом, она считается зоной инициации спайков для потенциалов действия, [18] т. е. триггерной зоной . Множественные сигналы, генерируемые шипиками и передаваемые сомой, сходятся здесь. Сразу за аксонным холмиком находится аксон. Это тонкий трубчатый выступ, отходящий от сомы. Аксон изолирован миелиновой оболочкой. Миелин состоит либо из шванновских клеток (в периферической нервной системе), либо из олигодендроцитов (в центральной нервной системе), которые являются типами глиальных клеток . Хотя глиальные клетки не участвуют в передаче электрических сигналов, они взаимодействуют и оказывают важную биохимическую поддержку нейронам. [19] Если говорить конкретно, миелин многократно обертывает аксональный сегмент, образуя толстый жировой слой, который предотвращает попадание ионов в аксон или выход из него. Эта изоляция предотвращает значительное затухание сигнала, а также обеспечивает более высокую скорость сигнала. Однако эта изоляция имеет ограничение, заключающееся в том, что на поверхности аксона не может быть каналов. Поэтому существуют регулярно расположенные участки мембраны, которые не имеют изоляции. Эти перехваты Ранвье можно считать «мини-аксонными холмиками», поскольку их цель — усилить сигнал, чтобы предотвратить значительное затухание сигнала. На самом дальнем конце аксон теряет изоляцию и начинает разветвляться на несколько аксонных терминалов. Эти пресинаптические терминали, или синаптические бутоны, представляют собой специализированную область внутри аксона пресинаптической клетки, которая содержит нейротрансмиттеры , заключенные в небольшие мембранные сферы, называемые синаптическими пузырьками . [ необходима цитата ]

Инициация

Прежде чем рассматривать распространение потенциалов действия по аксонам и их окончание в синаптических узлах, полезно рассмотреть методы, с помощью которых потенциалы действия могут быть инициированы в аксонном холмике . Основное требование заключается в том, чтобы мембранное напряжение в холмике было выше порога для срабатывания. [7] [8] [20] [21] Существует несколько способов, с помощью которых может произойти эта деполяризация.

Пре- и постсинаптические аксоны разделены коротким расстоянием, известным как синаптическая щель. Нейротрансмиттер, высвобождаемый пресинаптическими аксонами, диффундирует через синаптическую щель, чтобы связаться с ионными каналами и открыть их в постсинаптических аксонах.
Когда потенциал действия достигает конца пресинаптического аксона (вверху), он вызывает высвобождение молекул нейротрансмиттера , которые открывают ионные каналы в постсинаптическом нейроне (внизу). Объединенные возбуждающие и тормозные постсинаптические потенциалы таких входов могут начать новый потенциал действия в постсинаптическом нейроне.

Динамика

Потенциалы действия чаще всего инициируются возбуждающими постсинаптическими потенциалами от пресинаптического нейрона. [22] Обычно молекулы нейротрансмиттера высвобождаются пресинаптическим нейроном . Затем эти нейротрансмиттеры связываются с рецепторами на постсинаптической клетке. Это связывание открывает различные типы ионных каналов . Это открытие имеет дальнейший эффект изменения локальной проницаемости клеточной мембраны и, таким образом, мембранного потенциала. Если связывание увеличивает напряжение (деполяризует мембрану), синапс является возбуждающим. Если, однако, связывание уменьшает напряжение (гиперполяризует мембрану), он является ингибирующим. Независимо от того, увеличивается или уменьшается напряжение, изменение пассивно распространяется на близлежащие области мембраны (как описано уравнением кабеля и его уточнениями). Обычно стимул напряжения экспоненциально затухает с расстоянием от синапса и со временем от связывания нейротрансмиттера. Некоторая часть возбуждающего напряжения может достичь аксонного холмика и может (в редких случаях) деполяризовать мембрану достаточно, чтобы спровоцировать новый потенциал действия. Чаще всего возбуждающие потенциалы от нескольких синапсов должны работать вместе почти в одно и то же время , чтобы спровоцировать новый потенциал действия. Однако их совместные усилия могут быть сорваны противодействующими ингибирующими постсинаптическими потенциалами . [ необходима цитата ]

Нейротрансмиссия может также происходить через электрические синапсы . [23] Благодаря прямой связи между возбудимыми клетками в форме щелевых контактов , потенциал действия может передаваться напрямую от одной клетки к другой в любом направлении. Свободный поток ионов между клетками обеспечивает быструю нехимическую передачу. Выпрямительные каналы гарантируют, что потенциалы действия движутся только в одном направлении через электрический синапс. [ необходима цитата ] Электрические синапсы встречаются во всех нервных системах, включая человеческий мозг, хотя они составляют явное меньшинство. [24]

Принцип «все или ничего»

Амплитуда потенциала действия часто считается независимой от величины тока, который его произвел. Другими словами, более сильные токи не создают более сильные потенциалы действия. Поэтому говорят, что потенциалы действия являются сигналами типа « все или ничего» , поскольку они либо возникают полностью, либо не возникают вообще. [d] [e] [f] Это контрастирует с рецепторными потенциалами , амплитуды которых зависят от интенсивности стимула. [25] В обоих случаях частота потенциалов действия коррелирует с интенсивностью стимула.

Несмотря на классический взгляд на потенциал действия как на стереотипный, однородный сигнал, доминировавший в области нейронауки на протяжении многих десятилетий, новые данные свидетельствуют о том, что потенциалы действия — это более сложные события, которые действительно способны передавать информацию не только посредством своей амплитуды, но также своей продолжительности и фазы, иногда даже на расстояния, которые изначально считались невозможными. [26] [27] [28] [29]

Сенсорные нейроны

В сенсорных нейронах внешний сигнал, такой как давление, температура, свет или звук, сочетается с открытием и закрытием ионных каналов , которые, в свою очередь, изменяют ионную проницаемость мембраны и ее напряжение. [30] Эти изменения напряжения снова могут быть возбуждающими (деполяризующими) или ингибирующими (гиперполяризующими), и в некоторых сенсорных нейронах их комбинированные эффекты могут деполяризовать аксонный холмик достаточно, чтобы спровоцировать потенциалы действия. Некоторые примеры у людей включают обонятельный рецепторный нейрон и тельце Мейсснера , которые имеют решающее значение для обоняния и осязания соответственно. Однако не все сенсорные нейроны преобразуют свои внешние сигналы в потенциалы действия; у некоторых даже нет аксона. [31] Вместо этого они могут преобразовывать сигнал в высвобождение нейротрансмиттера или в непрерывные градуированные потенциалы , любой из которых может стимулировать последующий нейрон(ы) к запуску потенциала действия. Например, в человеческом ухе волосковые клетки преобразуют входящий звук в открытие и закрытие механически управляемых ионных каналов , что может привести к высвобождению молекул нейротрансмиттера . Аналогичным образом, в сетчатке человека начальные фоторецепторные клетки и следующий слой клеток (состоящий из биполярных клеток и горизонтальных клеток ) не производят потенциалы действия; только некоторые амакриновые клетки и третий слой, ганглиозные клетки , производят потенциалы действия, которые затем перемещаются вверх по зрительному нерву . [ необходима цитата ]

Потенциалы кардиостимулятора

График зависимости потенциала действия (мВ) от времени. Мембранный потенциал изначально равен −60 мВ, относительно медленно повышается до порогового потенциала −40 мВ, а затем быстро достигает потенциала +10 мВ, после чего быстро возвращается к исходному потенциалу −60 мВ. Затем цикл повторяется.
При пейсмекерных потенциалах клетка спонтанно деполяризуется (прямая линия с восходящим наклоном) до тех пор, пока не возникнет потенциал действия.

В сенсорных нейронах потенциалы действия возникают в результате внешнего стимула. Однако некоторым возбудимым клеткам такой стимул для активации не требуется: они спонтанно деполяризуют свой аксональный холмик и активируют потенциалы действия с постоянной скоростью, как внутренние часы. [32] Следы напряжения таких клеток известны как потенциалы водителя ритма . [33] Клетки водителя ритма сердца синоатриального узла в сердце являются хорошим примером. [g] Хотя такие потенциалы водителя ритма имеют естественный ритм , его можно регулировать внешними стимулами; например, частота сердечных сокращений может быть изменена фармацевтическими препаратами, а также сигналами от симпатических и парасимпатических нервов. [34] Внешние стимулы не вызывают повторную активацию клетки, а просто изменяют ее синхронизацию. [33] В некоторых случаях регуляция частоты может быть более сложной, что приводит к моделям потенциалов действия, таким как разрыв . [ необходима ссылка ]

Фазы

Ход потенциала действия можно разделить на пять частей: фаза роста, пиковая фаза, падающая фаза, фаза недоразряда и рефрактерный период. Во время фазы роста мембранный потенциал деполяризуется (становится более положительным). Точка, в которой деполяризация прекращается, называется пиковой фазой. На этой стадии мембранный потенциал достигает максимума. После этого наступает падающая фаза. На этой стадии мембранный потенциал становится более отрицательным, возвращаясь к потенциалу покоя. Фаза недоразряда, или постгиперполяризации , — это период, в течение которого мембранный потенциал временно становится более отрицательно заряженным, чем в состоянии покоя (гиперполяризованным). Наконец, время, в течение которого последующий потенциал действия невозможен или затруднен, называется рефрактерным периодом , который может перекрываться с другими фазами. [35]

Ход потенциала действия определяется двумя сопряженными эффектами. [36] Во-первых, потенциал-чувствительные ионные каналы открываются и закрываются в ответ на изменения мембранного напряжения V m . Это изменяет проницаемость мембраны для этих ионов. [37] Во-вторых, согласно уравнению Голдмана , это изменение проницаемости изменяет равновесный потенциал E m , и, таким образом, мембранное напряжение V m . [h] Таким образом, мембранный потенциал влияет на проницаемость, которая затем дополнительно влияет на мембранный потенциал. Это создает возможность для положительной обратной связи , которая является ключевой частью восходящей фазы потенциала действия. [7] [10] Осложняющим фактором является то, что один ионный канал может иметь несколько внутренних «ворот», которые реагируют на изменения V m противоположным образом или с разной скоростью. [38] [i] Например, хотя повышение V m открывает большинство ворот в чувствительном к напряжению натриевом канале, оно также закрывает «ворота инактивации» канала, хотя и медленнее. [39] Следовательно, когда V m резко повышается, натриевые каналы сначала открываются, но затем закрываются из-за более медленной инактивации.

Напряжения и токи потенциала действия во всех его фазах были точно смоделированы Аланом Ллойдом Ходжкиным и Эндрю Хаксли в 1952 году, [i] за что они были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1963 году. [lower-Greek 2] Однако их модель рассматривает только два типа чувствительных к напряжению ионных каналов и делает несколько предположений о них, например, что их внутренние ворота открываются и закрываются независимо друг от друга. В действительности существует много типов ионных каналов, [40] и они не всегда открываются и закрываются независимо. [j]

Фаза стимуляции и подъема

Типичный потенциал действия начинается в аксонном холмике [41] с достаточно сильной деполяризацией, например, стимулом, который увеличивает V m . Эта деполяризация часто вызывается инъекцией дополнительных катионов натрия в клетку; эти катионы могут поступать из самых разных источников, таких как химические синапсы , сенсорные нейроны или потенциалы водителя ритма . [ необходима цитата ]

Для нейрона в состоянии покоя существует высокая концентрация ионов натрия и хлора во внеклеточной жидкости по сравнению с внутриклеточной жидкостью , в то время как во внутриклеточной жидкости существует высокая концентрация ионов калия по сравнению с внеклеточной жидкостью. Разница в концентрациях, которая заставляет ионы перемещаться от высокой к низкой концентрации , и электростатические эффекты (притяжение противоположных зарядов) отвечают за движение ионов в нейрон и из него. Внутренняя часть нейрона имеет отрицательный заряд относительно внешней части клетки из-за движения K + из клетки. Мембрана нейрона более проницаема для K + , чем для других ионов, что позволяет этому иону избирательно перемещаться из клетки по ее градиенту концентрации. Этот градиент концентрации вместе с каналами утечки калия, присутствующими на мембране нейрона, вызывает отток ионов калия, делая потенциал покоя близким к E K  ≈ –75 мВ. [42] Поскольку ионы Na + находятся в более высоких концентрациях вне клетки, разница в концентрации и напряжении заставляет их попадать в клетку, когда открываются каналы Na + . Деполяризация открывает как натриевые, так и калиевые каналы в мембране, позволяя ионам втекать и вытекать из аксона соответственно. Если деполяризация невелика (например, увеличение Vm с −70 мВ до −60 мВ), внешний калиевый ток подавляет внутренний натриевый ток, и мембрана реполяризуется обратно к своему нормальному потенциалу покоя около −70 мВ. [7] [8] [9] Однако, если деполяризация достаточно велика, внутренний натриевый ток увеличивается больше, чем внешний калиевый ток, и возникает состояние неуправляемости ( положительная обратная связь ): чем больше входящий ток, тем больше увеличивается Vm , что, в свою очередь, еще больше увеличивает входящий ток. [7] [10] Достаточно сильная деполяризация (увеличение Vm ) вызывает открытие чувствительных к напряжению натриевых каналов ; увеличение проницаемости для натрия приближает V m к напряжению равновесия натрия E Na ≈ +55 мВ. Увеличение напряжения в свою очередь приводит к открытию еще большего количества натриевых каналов, что толкает V m еще дальше к E Na . Эта положительная обратная связь продолжается до тех пор, пока натриевые каналы не откроются полностью и V m не приблизится к E Na . [7] [8] [20][21] Резкий рост V m и проницаемости натрия соответствует восходящей фазе потенциала действия. [7] [8] [20] [21]

Критическое пороговое напряжение для этого состояния разгона обычно составляет около −45 мВ, но оно зависит от недавней активности аксона. Клетка, которая только что запустила потенциал действия, не может немедленно запустить другой, поскольку каналы Na + не восстановились из инактивированного состояния. Период, в течение которого новый потенциал действия не может быть запущен, называется абсолютным рефрактерным периодом . [43] [44] [45] В более длительные периоды времени, после того как некоторые, но не все ионные каналы восстановились, аксон может быть стимулирован для создания другого потенциала действия, но с более высоким порогом, требующим гораздо более сильной деполяризации, например, до −30 мВ. Период, в течение которого потенциалы действия необычно трудно вызвать, называется относительным рефрактерным периодом . [43] [44] [45]

Пиковая фаза

Положительная обратная связь восходящей фазы замедляется и останавливается, когда каналы ионов натрия становятся максимально открытыми. На пике потенциала действия проницаемость натрия максимальна, а мембранное напряжение V m почти равно равновесному напряжению натрия E Na . Однако то же самое повышенное напряжение, которое изначально открыло натриевые каналы, также медленно их закрывает, закрывая их поры; натриевые каналы становятся инактивированными . [39] Это снижает проницаемость мембраны для натрия относительно калия, возвращая мембранное напряжение к значению покоя. В то же время повышенное напряжение открывает чувствительные к напряжению калиевые каналы; увеличение проницаемости мембраны для калия перемещает V m к E K . [39] В совокупности эти изменения проницаемости натрия и калия вызывают быстрое падение V m , реполяризуя мембрану и создавая «падающую фазу» потенциала действия. [43] [46] [21] [47]

Послегиперполяризации

Деполяризованное напряжение открывает дополнительные потенциал-зависимые калиевые каналы, и некоторые из них не закрываются сразу, когда мембрана возвращается к своему нормальному напряжению покоя. Кроме того, дополнительные калиевые каналы открываются в ответ на приток ионов кальция во время потенциала действия. Внутриклеточная концентрация ионов калия временно необычно низка, делая мембранное напряжение V m еще ближе к равновесному напряжению калия E K . Мембранный потенциал опускается ниже мембранного потенциала покоя. Следовательно, происходит недобор или гиперполяризация , называемая постгиперполяризацией , которая сохраняется до тех пор, пока проницаемость мембраны для калия не вернется к своему обычному значению, восстанавливая мембранный потенциал до состояния покоя. [48] [46]

Рефрактерный период

За каждым потенциалом действия следует рефрактерный период , который можно разделить на абсолютный рефрактерный период , в течение которого невозможно вызвать другой потенциал действия, и затем относительный рефрактерный период , в течение которого требуется более сильный, чем обычно, стимул. [43] [44] [45] Эти два рефрактерных периода вызваны изменениями в состоянии молекул натриевых и калиевых каналов. При закрытии после потенциала действия натриевые каналы переходят в «инактивированное» состояние , в котором их невозможно открыть независимо от мембранного потенциала — это приводит к абсолютному рефрактерному периоду. Даже после того, как достаточное количество натриевых каналов перешло обратно в состояние покоя, часто случается, что часть калиевых каналов остается открытой, что затрудняет деполяризацию мембранного потенциала и, таким образом, приводит к относительному рефрактерному периоду. Поскольку плотность и подтипы калиевых каналов могут сильно различаться у разных типов нейронов, продолжительность относительного рефрактерного периода сильно варьируется. [ необходима цитата ]

Абсолютный рефрактерный период в значительной степени отвечает за однонаправленное распространение потенциалов действия вдоль аксонов. [49] В любой момент времени участок аксона позади активно спайковой части является рефрактерным, но участок перед ним, не будучи недавно активированным, способен стимулироваться деполяризацией от потенциала действия.

Распространение

Потенциал действия, генерируемый на аксонном холмике, распространяется как волна вдоль аксона. [50] Токи, текущие внутрь в точке аксона во время потенциала действия, распространяются вдоль аксона и деполяризуют соседние участки его мембраны. Если эта деполяризация достаточно сильна, она вызывает аналогичный потенциал действия на соседних участках мембраны. Этот базовый механизм был продемонстрирован Аланом Ллойдом Ходжкиным в 1937 году. После раздавливания или охлаждения нервных сегментов и, таким образом, блокирования потенциалов действия он показал, что потенциал действия, прибывающий с одной стороны блока, может спровоцировать другой потенциал действия с другой стороны, при условии, что заблокированный сегмент был достаточно коротким. [k]

После того, как потенциал действия возник на участке мембраны, участку мембраны нужно время, чтобы восстановиться, прежде чем он сможет снова активироваться. На молекулярном уровне этот абсолютный рефрактерный период соответствует времени, необходимому для того, чтобы активируемые напряжением натриевые каналы восстановились после инактивации, т. е. вернулись в закрытое состояние. [44] В нейронах существует много типов активируемых напряжением калиевых каналов. Некоторые из них инактивируются быстро (токи типа А), а некоторые инактивируются медленно или не инактивируются вообще; эта изменчивость гарантирует, что всегда будет доступный источник тока для реполяризации, даже если некоторые из калиевых каналов инактивируются из-за предшествующей деполяризации. С другой стороны, все активируемые напряжением нейронные натриевые каналы инактивируются в течение нескольких миллисекунд во время сильной деполяризации, что делает последующую деполяризацию невозможной до тех пор, пока значительная часть натриевых каналов не вернется в закрытое состояние. Хотя это ограничивает частоту активации, [51] абсолютный рефрактерный период гарантирует, что потенциал действия движется только в одном направлении вдоль аксона. [49] Токи, протекающие из-за потенциала действия, распространяются в обоих направлениях вдоль аксона. [52] Однако только неактивированная часть аксона может реагировать потенциалом действия; часть, которая только что активировалась, не реагирует до тех пор, пока потенциал действия не выйдет из зоны действия и не сможет повторно стимулировать эту часть. При обычной ортодромной проводимости потенциал действия распространяется от аксонного холмика к синаптическим выступам (аксональным окончаниям); распространение в противоположном направлении — известное как антидромная проводимость — встречается очень редко. [53] Однако, если лабораторный аксон стимулируется в его середине, обе половины аксона являются «свежими», т. е. неактивированными; тогда будут сгенерированы два потенциала действия, один из которых будет направлен к аксонному холмику, а другой — к синаптическим выступам.

Миелин и скачкообразное проведение

Аксоны нейронов окутаны несколькими миелиновыми оболочками, которые защищают аксон от внеклеточной жидкости. Между миелиновыми оболочками есть короткие промежутки, известные как перехваты Ранвье, где аксон напрямую подвергается воздействию окружающей внеклеточной жидкости.
При скачкообразной проводимости потенциал действия в одном узле Ранвье вызывает внутренние токи, которые деполяризуют мембрану в следующем узле, вызывая там новый потенциал действия; потенциал действия как бы «скачет» от узла к узлу.

Для обеспечения быстрой и эффективной передачи электрических сигналов в нервной системе некоторые нейронные аксоны покрыты миелиновыми оболочками. Миелин представляет собой многослойную мембрану, которая окутывает аксон в сегментах, разделенных интервалами, известными как перехваты Ранвье . Он вырабатывается специализированными клетками: шванновскими клетками исключительно в периферической нервной системе и олигодендроцитами исключительно в центральной нервной системе . Миелиновая оболочка снижает емкость мембраны и увеличивает сопротивление мембраны в межузловых интервалах, тем самым обеспечивая быстрое, скачкообразное перемещение потенциалов действия от узла к узлу. [l] [m] [n] Миелинизация встречается в основном у позвоночных , но аналогичная система была обнаружена у нескольких беспозвоночных, таких как некоторые виды креветок . [o] Не все нейроны позвоночных миелинизированы; например, аксоны нейронов, составляющих автономную нервную систему, в целом не миелинизированы.

Миелин предотвращает вход и выход ионов из аксона вдоль миелинизированных сегментов. Как правило, миелинизация увеличивает скорость проведения потенциалов действия и делает их более энергоэффективными. Независимо от того, скачущий он или нет, средняя скорость проведения потенциала действия колеблется от 1  метра в секунду (м/с) до более чем 100 м/с и, в общем, увеличивается с диаметром аксона. [p]

Потенциалы действия не могут распространяться через мембрану в миелинизированных сегментах аксона. Однако ток переносится цитоплазмой, что достаточно для деполяризации первого или второго последующего перехвата Ранвье . Вместо этого ионный ток от потенциала действия в одном узле Ранвье вызывает другой потенциал действия в следующем узле; это кажущееся «перескакивание» потенциала действия от узла к узлу известно как скачкообразное проведение . Хотя механизм скачкообразного проведения был предложен в 1925 году Ральфом Лилли [q] , первые экспериментальные доказательства скачкообразного проведения были получены Ичиджи Тасаки [r] и Тайджи Такеучи [s] [54] , а также Эндрю Хаксли и Робертом Стэмпфли. [t] Напротив, в немиелинизированных аксонах потенциал действия вызывает другой в мембране, непосредственно прилегающей к нему, и непрерывно движется вниз по аксону, как волна.

График зависимости скорости проводимости (м/с) от диаметра аксона (мкм) в двойном логарифмическом масштабе.
Сравнение скоростей проводимости миелинизированных и немиелинизированных аксонов у кошки . [55] Скорость проводимости v миелинизированных нейронов изменяется примерно линейно с диаметром аксона d (то есть vd ), [p] тогда как скорость немиелинизированных нейронов изменяется примерно как квадратный корень ( vd ). [u] Красные и синие кривые соответствуют экспериментальным данным, тогда как пунктирные линии являются их теоретическими экстраполяциями.

Миелин имеет два важных преимущества: высокая скорость проводимости и энергетическая эффективность. Для аксонов, диаметр которых больше минимального (примерно 1 микрометр ), миелинизация увеличивает скорость проводимости потенциала действия, как правило, в десять раз. [v] И наоборот, для заданной скорости проводимости миелинизированные волокна меньше, чем их немиелинизированные аналоги. Например, потенциалы действия движутся примерно с одинаковой скоростью (25 м/с) в миелинизированном аксоне лягушки и немиелинизированном гигантском аксоне кальмара , но аксон лягушки имеет примерно в 30 раз меньший диаметр и в 1000 раз меньшую площадь поперечного сечения. Кроме того, поскольку ионные токи ограничены перехватами Ранвье, гораздо меньше ионов «просачиваются» через мембрану, экономя метаболическую энергию. Эта экономия является значительным селективным преимуществом , поскольку нервная система человека использует примерно 20% метаболической энергии организма. [v]

Длина миелинизированных сегментов аксонов важна для успеха скачкообразной проводимости. Они должны быть как можно длиннее, чтобы максимизировать скорость проводимости, но не настолько длинными, чтобы поступающий сигнал был слишком слабым, чтобы спровоцировать потенциал действия в следующем узле Ранвье. В природе миелинизированные сегменты обычно достаточно длинны для того, чтобы пассивно распространяемый сигнал прошел по крайней мере два узла, сохраняя при этом достаточную амплитуду, чтобы запустить потенциал действия во втором или третьем узле. Таким образом, фактор безопасности скачкообразной проводимости высок, что позволяет передаче обходить узлы в случае травмы. Однако потенциалы действия могут преждевременно заканчиваться в определенных местах, где фактор безопасности низок, даже в немиелинизированных нейронах; распространенным примером является точка разветвления аксона, где он разделяется на два аксона. [56]

Некоторые заболевания разрушают миелин и нарушают скачкообразное проведение, снижая скорость проведения потенциалов действия. [w] Наиболее известным из них является рассеянный склероз , при котором разрушение миелина нарушает координацию движений. [57]

Теория кабеля

Диаграмма, показывающая сопротивление и емкость на клеточной мембране аксона. Клеточная мембрана разделена на смежные области, каждая из которых имеет свое собственное сопротивление и емкость между цитозолем и внеклеточной жидкостью через мембрану. Каждая из этих областей, в свою очередь, соединена внутриклеточной цепью с сопротивлением.
Упрощенный вид нейронного волокна в теории кабеля. Подключенные RC-цепи соответствуют соседним сегментам пассивного нейрита . Внеклеточные сопротивления r e (аналоги внутриклеточных сопротивлений r i ) не показаны, поскольку они обычно пренебрежимо малы; можно предположить, что внеклеточная среда имеет одинаковое напряжение везде.

Течение токов внутри аксона можно количественно описать с помощью кабельной теории [58] и ее разработок, таких как компартментальная модель. [59] Кабельная теория была разработана в 1855 году лордом Кельвином для моделирования трансатлантического телеграфного кабеля [x] и была показана как имеющая отношение к нейронам Ходжкиным и Раштоном в 1946 году. [y] В простой кабельной теории нейрон рассматривается как электрически пассивный, идеально цилиндрический кабель передачи, который можно описать с помощью частного дифференциального уравнения [58]

где V ( x , t ) — напряжение на мембране в момент времени t и положение x вдоль длины нейрона, а λ и τ — характерные шкалы длины и времени, на которых эти напряжения затухают в ответ на стимул. Ссылаясь на схему цепи справа, эти шкалы можно определить из сопротивлений и емкостей на единицу длины. [60]

Эти временные и длиновые масштабы можно использовать для понимания зависимости скорости проводимости от диаметра нейрона в немиелинизированных волокнах. Например, временной масштаб τ увеличивается как с сопротивлением мембраны r m , так и с емкостью c m . По мере увеличения емкости для создания заданного трансмембранного напряжения необходимо передать больше заряда (по уравнению Q  =  CV ); по мере увеличения сопротивления за единицу времени передается меньше заряда, что замедляет уравновешивание. Аналогичным образом, если внутреннее сопротивление на единицу длины r i в одном аксоне ниже, чем в другом (например, потому что радиус первого больше), длина пространственного затухания λ становится больше, а скорость проводимости потенциала действия должна увеличиваться. Если трансмембранное сопротивление r m увеличивается, это снижает средний ток «утечки» через мембрану, аналогично заставляя λ становиться длиннее, увеличивая скорость проводимости.

Прекращение

Химические синапсы

В целом, потенциалы действия, достигающие синаптических выступов, вызывают высвобождение нейротрансмиттера в синаптическую щель. [z] Нейротрансмиттеры — это небольшие молекулы, которые могут открывать ионные каналы в постсинаптической клетке; большинство аксонов имеют один и тот же нейротрансмиттер на всех своих окончаниях. Поступление потенциала действия открывает чувствительные к напряжению кальциевые каналы в пресинаптической мембране; приток кальция заставляет везикулы, заполненные нейротрансмиттером, мигрировать к поверхности клетки и высвобождать свое содержимое в синаптическую щель . [aa] Этот сложный процесс ингибируется нейротоксинами тетаноспазмином и ботулиническим токсином , которые ответственны за столбняк и ботулизм соответственно. [ab]

Электрические синапазы состоят из белковых комплексов, которые встроены в обе мембраны соседних нейронов и тем самым обеспечивают прямой канал для потока ионов из цитоплазмы одной клетки в соседнюю клетку.
Электрические синапсы между возбудимыми клетками позволяют ионам напрямую переходить от одной клетки к другой и работают намного быстрее, чем химические синапсы .

Электрические синапсы

Некоторые синапсы обходятся без «посредника» нейротрансмиттера и соединяют пресинаптические и постсинаптические клетки вместе. [ac] Когда потенциал действия достигает такого синапса, ионные токи, текущие в пресинаптическую клетку, могут пересекать барьер двух клеточных мембран и попадать в постсинаптическую клетку через поры, известные как коннексоны . [ad] Таким образом, ионные токи пресинаптического потенциала действия могут напрямую стимулировать постсинаптическую клетку. Электрические синапсы обеспечивают более быструю передачу, поскольку они не требуют медленной диффузии нейротрансмиттеров через синаптическую щель. Следовательно, электрические синапсы используются всякий раз , когда быстрая реакция и координация времени имеют решающее значение, как в рефлексах побега , сетчатке позвоночных и сердце .

Нервно-мышечные соединения

Особым случаем химического синапса является нервно-мышечное соединение , в котором аксон двигательного нейрона заканчивается на мышечном волокне . [ae] В таких случаях высвобождаемым нейротрансмиттером является ацетилхолин , который связывается с ацетилхолиновым рецептором, интегральным мембранным белком в мембране ( сарколемме ) мышечного волокна. [af] Однако ацетилхолин не остается связанным; скорее, он диссоциирует и гидролизуется ферментом ацетилхолинэстеразой , расположенным в синапсе. Этот фермент быстро снижает стимул к мышце, что позволяет деликатно регулировать степень и время мышечного сокращения. Некоторые яды инактивируют ацетилхолинэстеразу, чтобы предотвратить этот контроль, например, нервно-паралитические агенты зарин и табун , [ag] и инсектициды диазинон и малатион . [ah]

Другие типы клеток

Потенциалы действия сердца

График зависимости мембранного потенциала от времени. Начальная фаза покоя (область 4) отрицательна и постоянна, протекает резким подъемом (0) к пику (1). Фаза плато (2) немного ниже пика. За фазой плато следует довольно быстрый возврат (3) обратно к потенциалу покоя (4).
Фазы сердечного потенциала действия. Резкий подъем напряжения («0») соответствует притоку ионов натрия, тогда как два спада («1» и «3» соответственно) соответствуют инактивации натриевых каналов и реполяризующему оттоку ионов калия. Характерное плато («2») возникает в результате открытия чувствительных к напряжению кальциевых каналов.

Потенциал действия сердца отличается от потенциала действия нейронов наличием расширенного плато, при котором мембрана удерживается под высоким напряжением в течение нескольких сотен миллисекунд, прежде чем она будет реполяризована током калия, как обычно. [ai] Это плато обусловлено действием более медленных кальциевых каналов, открывающихся и удерживающих мембранное напряжение вблизи своего равновесного потенциала даже после того, как натриевые каналы инактивированы.

Потенциал действия сердца играет важную роль в координации сокращения сердца. [ai] Сердечные клетки синоатриального узла обеспечивают потенциал водителя ритма , который синхронизирует сердце. Потенциалы действия этих клеток распространяются к атриовентрикулярному узлу (АВ-узлу) и через него, который обычно является единственным проводящим путем между предсердиями и желудочками . Потенциалы действия от АВ-узла проходят через пучок Гиса и оттуда к волокнам Пуркинье . [примечание 2] И наоборот, аномалии в сердечном потенциале действия — будь то из-за врожденной мутации или травмы — могут приводить к патологиям человека, особенно к аритмиям . [ai] Несколько антиаритмических препаратов действуют на сердечный потенциал действия, такие как хинидин , лидокаин , бета-блокаторы и верапамил . [aj]

Мышечные потенциалы действия

Потенциал действия в нормальной клетке скелетной мышцы аналогичен потенциалу действия в нейронах. [61] Потенциалы действия возникают в результате деполяризации клеточной мембраны ( сарколеммы ), которая открывает потенциалозависимые натриевые каналы; они инактивируются, и мембрана реполяризуется посредством внешнего тока ионов калия. Потенциал покоя до потенциала действия обычно составляет -90 мВ, что несколько более отрицательно, чем у типичных нейронов. Потенциал действия мышцы длится примерно 2–4 мс, абсолютный рефрактерный период составляет примерно 1–3 мс, а скорость проведения вдоль мышцы составляет примерно 5 м/с. Потенциал действия высвобождает ионы кальция , которые освобождают тропомиозин и позволяют мышце сокращаться. Потенциалы действия мышцы провоцируются прибытием пресинаптического нейронального потенциала действия в нервно-мышечное соединение , которое является обычной мишенью для нейротоксинов . [ag]

Потенциалы действия растений

Клетки растений и грибов [ak] также электрически возбудимы. Фундаментальное отличие от потенциалов действия животных заключается в том, что деполяризация в растительных клетках достигается не поглощением положительных ионов натрия, а высвобождением отрицательных ионов хлора . [al] [am] [an] В 1906 году Дж. К. Бозе опубликовал первые измерения потенциалов действия в растениях, которые ранее были обнаружены Бердоном-Сандерсоном и Дарвином. [62] Увеличение цитоплазматических ионов кальция может быть причиной высвобождения анионов в клетку. Это делает кальций предшественником ионных движений, таких как приток отрицательных ионов хлора и отток положительных ионов калия, как это наблюдается в листьях ячменя. [63]

Первоначальный приток ионов кальция также вызывает небольшую деполяризацию клеток, вызывая открытие потенциалзависимых ионных каналов и позволяя ионам хлора распространять полную деполяризацию.

Некоторые растения (например, Dionaea muscipula ) используют натриевые каналы для управления движениями растений и «подсчета» событий стимуляции, чтобы определить, достигнут ли порог движения. Dionaea muscipula , также известная как венерина мухоловка, встречается в субтропических водно-болотных угодьях Северной и Южной Каролины. [64] Когда почва бедна питательными веществами, мухоловка полагается на рацион из насекомых и животных. [65] Несмотря на исследования этого растения, отсутствует понимание молекулярной основы венерины мухоловки и плотоядных растений в целом. [66]

Тем не менее, было проведено множество исследований потенциалов действия и того, как они влияют на движение и часовой механизм венериной мухоловки. Для начала, потенциал покоя мембраны венериной мухоловки (−120 мВ) ниже, чем у клеток животных (обычно от −90 мВ до −40 мВ). [66] [67] Более низкий потенциал покоя облегчает активацию потенциала действия. Таким образом, когда насекомое приземляется на ловушку растения, оно активирует волоскообразный механорецептор. [66] Затем этот рецептор активирует потенциал действия, который длится около 1,5 мс. [68] Это вызывает увеличение положительных ионов кальция в клетке, слегка деполяризуя ее. Однако мухоловка не закрывается после одного срабатывания. Вместо этого она требует активации двух или более волосков. [65] [66] Если срабатывает только один волосок, он игнорирует активацию как ложноположительный. Далее, второй волосок должен быть активирован в течение определенного временного интервала (0,75–40 с), чтобы он зарегистрировал первую активацию. [66] Таким образом, начинается накопление кальция, а затем медленно падает после первого триггера. Когда второй потенциал действия запускается в течение временного интервала, он достигает порога кальция, чтобы деполяризовать клетку, закрывая ловушку на добыче в течение доли секунды. [66]

Вместе с последующим высвобождением положительных ионов калия потенциал действия в растениях включает осмотическую потерю соли (KCl). В то время как потенциал действия животных осмотически нейтрален, поскольку равные количества входящего натрия и выходящего калия осмотически компенсируют друг друга. Взаимодействие электрических и осмотических отношений в растительных клетках [ao] , по-видимому, возникло из осмотической функции электрической возбудимости у общих одноклеточных предков растений и животных в условиях изменяющейся солености. Кроме того, существующая функция быстрой передачи сигнала рассматривается как более новое достижение клеток метазоа в более стабильной осмотической среде. [69] Вероятно, что знакомая сигнальная функция потенциалов действия в некоторых сосудистых растениях (например, Mimosa pudica ) возникла независимо от таковой в возбудимых клетках метазоа.

В отличие от фазы роста и пика, фаза падения и после гиперполяризации, по-видимому, зависят в первую очередь от катионов, которые не являются кальцием. Для инициирования реполяризации клетке требуется перемещение калия из клетки посредством пассивного транспорта на мембране. Это отличается от нейронов, поскольку перемещение калия не доминирует над снижением мембранного потенциала. Для полной реполяризации растительной клетке требуется энергия в форме АТФ, чтобы помочь высвобождению водорода из клетки — используя транспортер, называемый протонной АТФазой . [70] [66]

Таксономическое распределение и эволюционные преимущества

Потенциалы действия встречаются во всех многоклеточных организмах , включая растения , беспозвоночных, таких как насекомые , и позвоночных, таких как рептилии и млекопитающие . [ap] Губки, по-видимому, являются основным типом многоклеточных эукариот , которые не передают потенциалы действия, хотя некоторые исследования предполагают, что эти организмы также имеют форму электрической сигнализации. [aq] Потенциал покоя, а также размер и продолжительность потенциала действия не сильно изменились в ходе эволюции, хотя скорость проведения существенно меняется в зависимости от диаметра аксона и миелинизации.

Учитывая его сохранение на протяжении эволюции, потенциал действия, по-видимому, дает эволюционные преимущества. Одной из функций потенциалов действия является быстрая передача сигналов на большие расстояния внутри организма; скорость проводимости может превышать 110 м/с, что составляет одну треть скорости звука . Для сравнения, молекула гормона, переносимая кровотоком, движется со скоростью примерно 8 м/с в крупных артериях. Частью этой функции является тесная координация механических событий, таких как сокращение сердца. Вторая функция — вычисления, связанные с его генерацией. Будучи сигналом «все или ничего», который не затухает с расстоянием передачи, потенциал действия имеет аналогичные преимущества для цифровой электроники . Интеграция различных дендритных сигналов в аксонном холмике и его пороговое значение для формирования сложной последовательности потенциалов действия — это еще одна форма вычислений, которая использовалась биологически для формирования центральных генераторов паттернов и имитировалась в искусственных нейронных сетях .

Считается, что общий прокариотический/эукариотический предок, живший, возможно, четыре миллиарда лет назад, имел потенциалзависимые каналы. Эта функциональность, вероятно, в какой-то более поздний момент была перекрестно направлена ​​на обеспечение механизма коммуникации. Даже современные одноклеточные бактерии могут использовать потенциалы действия для коммуникации с другими бактериями в той же биопленке . [72]

Экспериментальные методы

Иллюстрация длинноперого прибрежного кальмара.
Гигантские аксоны длинноперого прибрежного кальмара ( Doryteuthis pealeii ) сыграли решающую роль в понимании учеными потенциала действия. [73]

Изучение потенциалов действия потребовало разработки новых экспериментальных методов. Первоначальная работа, до 1955 года, была выполнена в основном Аланом Ллойдом Ходжкиным и Эндрю Филдингом Хаксли , которые вместе с Джоном Кэрью Эклсом были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 1963 года за вклад в описание ионной основы нервной проводимости. Она была сосредоточена на трех целях: изоляция сигналов от отдельных нейронов или аксонов, разработка быстрой, чувствительной электроники и уменьшение электродов настолько, чтобы можно было регистрировать напряжение внутри одной клетки.

Первая проблема была решена путем изучения гигантских аксонов , обнаруженных в нейронах кальмара ( Loligo forbesii и Doryteuthis pealeii , в то время классифицированного как Loligo pealeii ). [ar] Эти аксоны настолько велики в диаметре (примерно 1 мм, или в 100 раз больше, чем типичный нейрон), что их можно увидеть невооруженным глазом, что позволяет легко их извлекать и манипулировать ими. [i] [as] Однако они не являются репрезентативными для всех возбудимых клеток, и были изучены многочисленные другие системы с потенциалами действия.

Вторая проблема была решена с помощью решающей разработки зажима напряжения , [at] , который позволил экспериментаторам изучать ионные токи, лежащие в основе потенциала действия в изоляции, и устранил ключевой источник электронного шума , ток I C, связанный с емкостью C мембраны. [74] Поскольку ток равен C, умноженному на скорость изменения трансмембранного напряжения V m , решение состояло в том, чтобы разработать схему, которая поддерживала V m фиксированным (нулевая скорость изменения) независимо от токов, протекающих через мембрану. Таким образом, ток, необходимый для поддержания V m на фиксированном значении, является прямым отражением тока, протекающего через мембрану. Другие электронные достижения включали использование клеток Фарадея и электроники с высоким входным импедансом , так что само измерение не влияло на измеряемое напряжение. [75]

Третья проблема, заключающаяся в получении электродов, достаточно малых для регистрации напряжений в пределах одного аксона, не нарушая его, была решена в 1949 году с изобретением стеклянного микропипеточного электрода, [au] который был быстро принят другими исследователями. [av] [aw] Усовершенствования этого метода позволяют производить кончики электродов, которые имеют размер до 100 Å (10 нм ), что также обеспечивает высокое входное сопротивление. [76] Потенциалы действия также могут быть зарегистрированы с помощью небольших металлических электродов, размещенных непосредственно рядом с нейроном, с помощью нейрочипов, содержащих EOSFET , или оптически с помощью красителей, которые чувствительны к Ca 2+ или к напряжению. [ax]

График зависимости мембранного потенциала от времени. Канал в основном находится в состоянии высокой проводимости, прерываемом случайными и относительно короткими переходами в состояния низкой проводимости
Как показало исследование с помощью патч-кламп- электрода, ионный канал имеет два состояния: открытое (высокая проводимость) и закрытое (низкая проводимость).

В то время как стеклянные микропипеточные электроды измеряют сумму токов, проходящих через множество ионных каналов, изучение электрических свойств одного ионного канала стало возможным в 1970-х годах с разработкой метода патч-кламп Эрвином Неером и Бертом Сакманном . За это открытие они были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1991 году . [нижний-греческий 3] Метод патч-кламп подтвердил, что ионные каналы имеют дискретные состояния проводимости, такие как открытый, закрытый и инактивированный.

В последние годы были разработаны технологии оптической визуализации для измерения потенциалов действия, либо посредством одновременной многосайтовой записи, либо с ультрапространственным разрешением. Используя чувствительные к напряжению красители , потенциалы действия были оптически зарегистрированы с крошечного участка мембраны кардиомиоцита . [ay]

Нейротоксины

Фотография рыбы-собаки.
Тетродотоксин — смертельный токсин, обнаруженный в рыбе-собаке , который подавляет потенциалочувствительный натриевый канал , останавливая потенциалы действия.

Несколько нейротоксинов , как природных, так и синтетических, действуют, блокируя потенциал действия. Тетродотоксин из рыбы-собаки и сакситоксин из Gonyaulax ( род динофлагеллятов, ответственный за « красные приливы ») блокируют потенциалы действия, ингибируя чувствительный к напряжению натриевый канал; [az] аналогично, дендротоксин из черной мамбы ингибирует чувствительный к напряжению калиевый канал. Такие ингибиторы ионных каналов служат важной исследовательской цели, позволяя ученым «отключать» определенные каналы по желанию, тем самым изолируя вклады других каналов; они также могут быть полезны при очистке ионных каналов с помощью аффинной хроматографии или при анализе их концентрации. Однако такие ингибиторы также являются эффективными нейротоксинами и рассматривались для использования в качестве химического оружия . Нейротоксины, нацеленные на ионные каналы насекомых, были эффективными инсектицидами ; одним из примеров является синтетический перметрин , который продлевает активацию натриевых каналов, участвующих в потенциалах действия. Ионные каналы насекомых настолько отличаются от человеческих, что вызывают мало побочных эффектов у людей.

История

Нарисованное от руки изображение двух расположенных рядом клеток Пуркинье с выступающими вверх дендритами, напоминающими ветви дерева, и несколькими выступающими вниз аксонами, которые соединяются с несколькими зернистыми клетками в нижней части рисунка.
Изображение двух клеток Пуркинье (обозначенных как A ), нарисованное Сантьяго Рамон-и-Кахалем в 1899 году. Большие деревья дендритов входят в сому , из которой выходит один аксон и движется в основном вниз с несколькими точками разветвления. Меньшие клетки, обозначенные как B , являются гранулярными клетками .

Роль электричества в нервной системе животных впервые наблюдал на препарированных лягушках Луиджи Гальвани , который изучал ее с 1791 по 1797 год. [ba] Результаты Гальвани вдохновили Алессандро Вольту на разработку вольтова столба — самой ранней известной электрической батареи , — с помощью которой он изучал животное электричество (например, электрических угрей ) и физиологические реакции на приложенное постоянное напряжение тока . [bb]

В 19 веке ученые изучали распространение электрических сигналов в целых нервах (то есть пучках нейронов ) и продемонстрировали, что нервная ткань состоит из клеток , а не из взаимосвязанной сети трубок ( ретикулума ). [77] Карло Маттеуччи продолжил исследования Гальвани и продемонстрировал, что поврежденные нервы и мышцы лягушек могут производить постоянный ток . Работа Маттеуччи вдохновила немецкого физиолога Эмиля дю Буа-Реймона , который в 1843 году обнаружил, что стимуляция этих мышечных и нервных препаратов приводит к заметному уменьшению их токов покоя, что сделало его первым исследователем, определившим электрическую природу потенциала действия. [78] Скорость проводимости потенциалов действия была затем измерена в 1850 году другом дю Буа-Реймона, Германом фон Гельмгольцем . [79] После этого прогресс в электрофизиологии застопорился из-за ограничений химической теории и экспериментальной практики. Чтобы установить, что нервная ткань состоит из отдельных клеток, испанский врач Сантьяго Рамон-и-Кахаль и его ученики использовали краситель, разработанный Камилло Гольджи, чтобы выявить бесчисленные формы нейронов, которые они кропотливо визуализировали. За свои открытия Гольджи и Рамон-и-Кахаль были удостоены Нобелевской премии по физиологии 1906 года . [нижний греческий 4] Их работа разрешила давний спор в нейроанатомии 19-го века; сам Гольджи выступал за сетевую модель нервной системы.

Карикатурная диаграмма натрий-калиевого насоса, нарисованного вертикально, встроенного в схематическую диаграмму липидного бислоя, представленного двумя параллельными горизонтальными линиями. Часть белка, встроенная в липидный бислой, в основном состоит из антипараллельных бета-слоев. Также имеется большой внутриклеточный домен белка со смешанной структурой альфа-спирали/бета-слоя.
Ленточная диаграмма натрий-калиевого насоса в состоянии E2-Pi. Предполагаемые границы липидного бислоя показаны синими (внутриклеточными) и красными (внеклеточными) плоскостями.

В 20 веке произошли значительные прорывы в электрофизиологии. В 1902 и 1912 годах Юлиус Бернштейн выдвинул гипотезу о том, что потенциал действия возникает в результате изменения проницаемости аксональной мембраны для ионов. [bc] [80] Гипотеза Бернштейна была подтверждена Кеном Коулом и Говардом Кертисом, которые показали, что проводимость мембраны увеличивается во время потенциала действия. [bd] В 1907 году Луи Лапик предположил, что потенциал действия генерируется при пересечении порога, [be] что позже будет показано как продукт динамических систем ионных проводимостей. В 1949 году Алан Ходжкин и Бернард Кац усовершенствовали гипотезу Бернштейна, рассмотрев, что аксональная мембрана может иметь различную проницаемость для разных ионов; в частности, они продемонстрировали решающую роль проницаемости натрия для потенциала действия. [bf] Они сделали первую фактическую запись электрических изменений через нейронную мембрану, которые опосредуют потенциал действия. [lower-Greek 5] Это направление исследований достигло кульминации в пяти работах 1952 года Ходжкина, Каца и Эндрю Хаксли , в которых они применили технику фиксации напряжения для определения зависимости проницаемости аксональной мембраны для ионов натрия и калия от напряжения и времени, из чего они смогли количественно реконструировать потенциал действия. [i] Ходжкин и Хаксли сопоставили свойства своей математической модели с дискретными ионными каналами , которые могли существовать в нескольких различных состояниях, включая «открытые», «закрытые» и «инактивированные». Их гипотезы были подтверждены в середине 1970-х и 1980-х годов Эрвином Неером и Бертом Сакманном , которые разработали технику фиксации напряжения для изучения состояний проводимости отдельных ионных каналов. [bg] В 21 веке исследователи начинают понимать структурную основу этих состояний проводимости и селективность каналов для их видов ионов [bh] с помощью кристаллических структур с атомным разрешением , [bi] измерений расстояния флуоресценции [bj] и исследований с помощью криоэлектронной микроскопии . [bk]

Юлиус Бернштейн также был первым, кто ввел уравнение Нернста для потенциала покоя через мембрану; оно было обобщено Дэвидом Э. Голдманом в одноименное уравнение Голдмана в 1943 году. [h] Натрий -калиевый насос был идентифицирован в 1957 году [bl] [нижн.-греч. 6] , и его свойства постепенно были выяснены, [bm] [bn] [bo] достигнув кульминации в определении его структуры с атомным разрешением с помощью рентгеновской кристаллографии . [bp] Кристаллические структуры связанных ионных насосов также были решены, что дало более широкое представление о том, как работают эти молекулярные машины . [bq]

Количественные модели

Принципиальная схема, изображающая пять параллельных цепей, соединенных вверху с внеклеточным раствором, а внизу с внутриклеточным раствором.
Эквивалентная электрическая схема для модели Ходжкина-Хаксли потенциала действия. I m и V m представляют ток через небольшой участок мембраны и напряжение на нем соответственно. C m представляет емкость участка мембраны, тогда как четыре g представляют проводимости четырех типов ионов. Две проводимости слева, для калия (K) и натрия (Na), показаны стрелками, чтобы указать, что они могут меняться в зависимости от приложенного напряжения, что соответствует чувствительным к напряжению ионным каналам . Две проводимости справа помогают определить мембранный потенциал покоя .

Математические и вычислительные модели необходимы для понимания потенциала действия и предлагают прогнозы, которые могут быть проверены с помощью экспериментальных данных, обеспечивая строгую проверку теории. Наиболее важной и точной из ранних нейронных моделей является модель Ходжкина–Хаксли , которая описывает потенциал действия с помощью связанного набора из четырех обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ). [i] Хотя модель Ходжкина–Хаксли может быть упрощением с небольшими ограничениями [81] по сравнению с реалистичной нервной мембраной, какой она существует в природе, ее сложность вдохновила несколько еще более упрощенных моделей, [82] [br] таких как модель Морриса–Лекара [bs] и модель ФицХью–Нагумо , [bt] обе из которых имеют только два связанных ОДУ. Свойства моделей Ходжкина-Хаксли и Фицхью-Нагумо и их родственников, таких как модель Бонхёффера-Ван дер Поля, [bu] были хорошо изучены в математике, [83] [bv] вычислениях [84] и электронике. [bw] Однако простые модели потенциала генератора и потенциала действия не могут точно воспроизвести околопороговую скорость и форму нейронных спайков, особенно для механорецепторов, таких как тельца Пачини . [85] Более современные исследования были сосредоточены на более крупных и более интегрированных системах; объединяя модели потенциала действия с моделями других частей нервной системы (таких как дендриты и синапсы), исследователи могут изучать нейронные вычисления [86] и простые рефлексы , такие как рефлексы избегания и другие, контролируемые центральными генераторами паттернов . [87] [bx]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ В целом, хотя это простое описание инициации потенциала действия является точным, оно не объясняет такие явления, как блок возбуждения (способность не допускать нейронов к возникновению потенциалов действия путем стимуляции их большими шагами тока) и способность вызывать потенциалы действия путем кратковременной гиперполяризации мембраны. Однако, анализируя динамику системы натриевых и калиевых каналов в мембранном участке с использованием вычислительных моделей , эти явления легко объясняются. [нижний греческий 1]
  2. ^ Эти волокна Пуркинье являются мышечными волокнами и не связаны с клетками Пуркинье , которые представляют собой нейроны, обнаруженные в мозжечке .

Ссылки

Сноски

  1. ^ Hodgkin AL, Huxley AF (август 1952 г.). «Количественное описание мембранного тока и его применение к проводимости и возбуждению в нерве». Журнал физиологии . 117 (4): 500–44. doi :10.1113/jphysiol.1952.sp004764. PMC  1392413. PMID  12991237 .
  2. ^ Williams JA (февраль 1981). «Электрические корреляты секреции в эндокринных и экзокринных клетках». Fed Proc . 40 (2): 128–34. PMID  6257554.
  3. ^ "Сокращение сердечной мышцы" . Получено 28 мая 2021 г.
  4. ^ Пикард Б. (июнь 1973 г.). «Потенциалы действия у высших растений» (PDF) . The Botanical Review . 39 (2): 188. Bibcode : 1973BotRv..39..172P. doi : 10.1007/BF02859299. S2CID  5026557.
  5. ^ Летерье С (февраль 2018 г.). «Начальный сегмент аксона: обновленная точка зрения». Журнал нейронауки . 38 (9): 2135–2145. doi :10.1523/JNEUROSCI.1922-17.2018. PMC 6596274. PMID  29378864 . 
  6. ^ Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, et al., eds. (2001). "Потенциал-управляемые ионные каналы". Neuroscience (2nd ed.). Sunderland, MA: Sinauer Associates. Архивировано из оригинала 5 июня 2018 года . Получено 29 августа 2017 года .
  7. ^ abcdefgh Bullock, Orkand & Grinnell 1977, стр. 150–151.
  8. ^ abcde Junge 1981, стр. 89–90.
  9. ^ аб Шмидт-Нильсен 1997, с. 484.
  10. ^ abc Purves et al. 2008, стр. 48–49; Баллок, Орканд и Гриннелл, 1977, с. 141; Шмидт-Нильсен 1997, с. 483; Юнге 1981, с. 89.
  11. Стивенс 1966, стр. 127.
  12. ^ Шмидт-Нильсен , стр. 484.
  13. ^ Tamagawa H, Funatani M, Ikeda K (январь 2016 г.). «Теория адсорбции Линга как механизм генерации мембранного потенциала, наблюдаемый как в живых, так и в неживых системах». Мембраны . 6 (1): 11. doi : 10.3390/membranes6010011 . PMC 4812417. PMID  26821050 . 
  14. ^ abcde Sanes DH, Reh TA (1 января 2012 г.). Развитие нервной системы (третье изд.). Elsevier Academic Press. стр. 211–214. ISBN 9780080923208. OCLC  762720374.
  15. ^ Партридж Д. (1991). Кальциевые каналы: их свойства, функции, регуляция и клиническая значимость . CRC Press. стр. 138–142. ISBN 9780849388071.
  16. ^ Black I (1984). Клеточная и молекулярная биология развития нейронов | Ira Black | Springer. Springer. стр. 103. ISBN 978-1-4613-2717-2. Архивировано из оригинала 17 июля 2017 года.
  17. ^ Педерсен Р. (1998). Текущие темы в биологии развития, том 39. Elsevier Academic Press. ISBN 9780080584621.
  18. ^ Буллок, Орканд и Гриннелл 1977, стр. 11.
  19. ^ Сильверторн 2010, стр. 253.
  20. ^ abc Purves et al. 2008, стр. 49–50; Баллок, Орканд и Гриннелл, 1977, стр. 140–141; Шмидт-Нильсен 1997, стр. 480–481.
  21. ^ abcd Шмидт-Нильсен 1997, стр. 483–484.
  22. ^ Баллок, Орканд и Гриннелл, 1977, стр. 177–240; Шмидт-Нильсен 1997, стр. 490–499; Стивенс 1966, с. 47–68.
  23. ^ Буллок, Орканд и Гриннелл 1977, стр. 178–180; Шмидт-Нильсен 1997, стр. 490–491.
  24. ^ Первес и др. 2001.
  25. ^ Первес и др. 2008, стр. 26–28.
  26. ^ «Миелинизация увеличивает пространственную протяженность аналоговой модуляции синаптической передачи: модельное исследование». Frontiers in Cellular Neuroscience .
  27. ^ Zbili, M.; Debanne, D. (2019 ) . «Прошлое и будущее аналого-цифровой модуляции синаптической передачи». Frontiers in Cellular Neuroscience . 13 : 160. doi : 10.3389/fncel.2019.00160 . PMC 6492051. PMID  31105529. 
  28. ^ Кларк, Беверли; Хауссер, Майкл (8 августа 2006 г.). «Нейронное кодирование: аналоговая передача сигналов в аксонах». Current Biology . 16 (15): R585–R588. doi : 10.1016/j.cub.2006.07.007 . PMID  16890514. S2CID  8295969.
  29. ^ Лю, Вэньке; Лю, Цин; Крозье, Роберт А.; Дэвис, Робин Л. (2021). «Аналоговая передача тонкой структуры потенциала действия в аксонах спирального ганглия». Журнал нейрофизиологии . 126 (3): 888–905. doi : 10.1152 /jn.00237.2021. PMC 8461829. PMID  34346782. 
  30. ^ Шмидт-Нильсен 1997, стр. 535–580; Баллок, Орканд и Гриннелл, 1977, стр. 49–56, 76–93, 247–255; Стивенс 1966, стр. 69–79.
  31. ^ Баллок, Орканд и Гриннелл, 1977, стр. 53; Баллок, Орканд и Гриннелл, 1977, стр. 122–124.
  32. Юнге 1981, стр. 115–132.
  33. ^ ab Bullock, Orkand & Grinnell 1977, стр. 152–153.
  34. ^ Буллок, Орканд и Гриннелл 1977, стр. 444–445.
  35. ^ Первес и др. 2008, стр. 38.
  36. Стивенс 1966, стр. 127–128.
  37. ^ Первес и др. 2008, стр. 61–65.
  38. ^ Первес и др. 2008, стр. 64–74; Баллок, Орканд и Гриннелл, 1977, стр. 149–150; Юнге 1981, стр. 84–85; Стивенс 1966, стр. 152–158.
  39. ^ abc Purves et al. 2008, с. 47; Пурвес и др. 2008, с. 65; Баллок, Орканд и Гриннелл, 1977, стр. 147–148; Стивенс 1966, с. 128.
  40. ^ Голдин, АЛ в Ваксмане 2007, Нейрональные каналы и рецепторы , стр. 43–58.
  41. Стивенс 1966, стр. 49.
  42. ^ Первес и др. 2008, с. 34; Баллок, Орканд и Гриннелл, 1977, с. 134; Шмидт-Нильсен 1997, стр. 478–480.
  43. ^ abcd Первес и др. 2008, стр. 49.
  44. ^ abcd Стивенс 1966, стр. 19–20.
  45. ^ abc Bullock, Orkand & Grinnell 1977, стр. 151; Юнге 1981, стр. 4–5.
  46. ^ аб Буллок, Орканд и Гриннелл 1977, стр. 152.
  47. ^ Баллок, Орканд и Гриннелл, 1977, стр. 147–149; Стивенс 1966, стр. 126–127.
  48. ^ Первес и др. 2008, стр. 37.
  49. ^ ab Purves et al. 2008, стр. 56.
  50. ^ Баллок, Орканд и Гриннелл 1977, стр. 160–164.
  51. Стивенс 1966, стр. 21–23.
  52. ^ Буллок, Орканд и Гриннелл 1977, стр. 161–164.
  53. ^ Баллок, Орканд и Гриннелл 1977, стр. 509.
  54. ^ Тасаки, I в Field 1959, стр. 75–121
  55. ^ Шмидт-Нильсен 1997, рисунок 12.13.
  56. ^ Баллок, Орканд и Гриннелл 1977, стр. 163.
  57. ^ Ваксман, СГ в Ваксмане 2007, Рассеянный склероз как нейродегенеративное заболевание , стр. 333–346.
  58. ^ ab Rall, W в Koch & Segev 1989, Теория кабелей для дендритных нейронов , стр. 9–62.
  59. ^ Segev I, Fleshman JW, Burke RE (1989). «Компартментные модели сложных нейронов». В Koch C , Segev I (ред.). Методы нейронного моделирования: от синапсов к сетям . Кембридж, Массачусетс: The MIT Press. стр. 63–96. ISBN 978-0-262-11133-1. LCCN  88008279. OCLC  18384545.
  60. ^ Первес и др. 2008, стр. 52–53.
  61. ^ Ганонг 1991, стр. 59–60.
  62. ^ Тандон, Пракаш Н. (1 июля 2019 г.). «Джагдиш Чандра Бозе и нейробиология растений: часть I» (PDF) . Индийский журнал истории науки . 54 (2). doi : 10.16943/ijhs/2019/v54i2/49660 . ISSN  0019-5235.
  63. ^ Felle HH, Zimmermann MR (июнь 2007 г.). «Системная передача сигналов в ячмене через потенциалы действия». Planta . 226 (1): 203–14. Bibcode :2007Plant.226..203F. doi :10.1007/s00425-006-0458-y. PMID  17226028. S2CID  5059716.
  64. ^ Luken JO (декабрь 2005 г.). «Местообитания Dionaea muscipula (Венериной мухоловки), Droseraceae, связанные с заливами Каролины». Southeastern Naturalist . 4 (4): 573–584. doi :10.1656/1528-7092(2005)004[0573:HODMVF]2.0.CO;2. ISSN  1528-7092. S2CID  9246114.
  65. ^ ab Böhm J, Scherzer S, Krol E, Kreuzer I, von Meyer K, Lorey C и др. (февраль 2016 г.). «Венерина мухоловка Dionaea muscipula подсчитывает вызванные добычей потенциалы действия для индукции поглощения натрия». Current Biology . 26 (3): 286–95. Bibcode :2016CBio...26..286B. doi :10.1016/j.cub.2015.11.057. PMC 4751343 . PMID  26804557. 
  66. ^ abcdefg Хедрич Р., Неер Э. (март 2018 г.). «Венерина мухоловка: как работает возбудимое плотоядное растение». Тенденции в науке о растениях . 23 (3): 220–234. Bibcode : 2018TPS....23..220H. doi : 10.1016/j.tplants.2017.12.004. PMID  29336976.
  67. ^ Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, et al., редакторы. Neuroscience. 2-е издание. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2001. Электрические потенциалы через мембраны нервных клеток. Доступно с: [1]
  68. ^ Волков АГ, Адесина Т, Йованов Е (май 2007). «Закрытие венерины мухоловки электрической стимуляцией двигательных клеток». Plant Signaling & Behavior . 2 (3): 139–45. Bibcode : 2007PlSiB...2..139V. doi : 10.4161/psb.2.3.4217. PMC 2634039. PMID  19516982. 
  69. ^ Градманн, Д.; Маммерт, Х. в Спэнсвик, Лукас и Дейнти 1980, Потенциалы действия растений , стр. 333–344.
  70. ^ Опритов, В. А. и др. «Прямая связь генерации потенциала действия в клетках высшего растения (Cucurbita Pepo) с работой электрогенного насоса». Российский журнал физиологии растений , т. 49, № 1, 2002, стр. 142–147.
  71. Буллок и Хорридж 1965.
  72. ^ Kristan WB (октябрь 2016 г.). «Ранняя эволюция нейронов». Current Biology . 26 (20): R949–R954. Bibcode : 2016CBio...26.R949K. doi : 10.1016/j.cub.2016.05.030 . PMID  27780067.
  73. ^ Хеллиер Дж. Л. (2014). Мозг, нервная система и их заболевания. ABC-Clio. стр. 532. ISBN 9781610693387.
  74. Юнге 1981, стр. 63–82.
  75. ^ Кеттенманн и Грантин 1992.
  76. ^ Снелл, Ф. М. в Lavallée, Schanne & Hébert 1969, Некоторые электрические свойства тонкоконечных пипеточных микроэлектродов .
  77. ^ Мангал 1961; МакГенри и Гаррисон, 1969; Уорден, Свази и Адельман 1975.
  78. ^ Finkelstein GW (2013). Эмиль дю Буа-Реймон: нейронаука, личность и общество в Германии девятнадцатого века . Кембридж, Массачусетс. ISBN 9781461950325. OCLC  864592470.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  79. ^ Олеско, Кэтрин М. и Фредерик Л. Холмс. «Эксперимент, количественная оценка и открытие: ранние физиологические исследования Гельмгольца, 1843-50». В Hermann von Helmholtz and the Foundations of Nineteenth Century Science , ed. David Cahan, 50-108. Беркли; Лос-Анджелес; Лондон: Калифорнийский университет, 1994.
  80. Бернштейн 1912.
  81. ^ Баранаускас Г, Мартина М (январь 2006 г.). «Натриевые токи активируются без задержки типа Ходжкина и Хаксли в центральных нейронах млекопитающих». Журнал нейронауки . 26 (2): 671–84. doi :10.1523/jneurosci.2283-05.2006. PMC 6674426. PMID  16407565 . 
  82. ^ Хоппенстедт 1986.
  83. ^ Сато, С.; Фукаи, Х.; Номура, Т.; Дои, С. в Reeke et al. 2005, Бифуркационный анализ уравнений Ходжкина-Хаксли , стр. 459–478.
    * ФицХью, Р. в Schwann 1969, Математические модели возбуждения и распространения в нерве , стр. 12–16.
    * Гукенхаймер и Холмс 1986, стр. 12–16
  84. ^ Нельсон, ME; Ринцель, J в Bower & Beeman 1995, Модель Ходжкина-Хаксли , стр. 29–49.
    * Ринцель, J и Эрментроут, GB; в Koch & Segev 1989, Анализ нервной возбудимости и колебаний , стр. 135–169.
  85. ^ Biswas A, Manivannan M, Srinivasan MA (2015). «Порог вибротактильной чувствительности: нелинейная стохастическая механотрансдукционная модель тельца Пачини». IEEE Transactions on Haptics . 8 (1): 102–13. doi :10.1109/TOH.2014.2369422. PMID  25398183. S2CID  15326972.
  86. ^ Маккалок 1988, стр. 19–39, 46–66, 72–141; Андерсон и Розенфельд 1988, стр. 15–41.
  87. ^ Getting, PA в Koch & Segev 1989, Реконструкция малых нейронных сетей , стр. 171–194.

Журнальные статьи

  1. ^ MacDonald PE, Rorsman P (февраль 2006 г.). «Осцилляции, межклеточное взаимодействие и секреция инсулина в бета-клетках поджелудочной железы». PLOS Biology . 4 (2): e49. doi : 10.1371/journal.pbio.0040049 . PMC 1363709. PMID  16464129 .  Значок открытого доступа
  2. ^ ab Barnett MW, Larkman PM (июнь 2007 г.). «Потенциал действия». Practical Neurology . 7 (3): 192–7. PMID  17515599. Архивировано из оригинала 8 июля 2011 г.
  3. ^ Golding NL, Kath WL, Spruston N (декабрь 2001 г.). «Дихотомия обратного распространения потенциала действия в пирамидальных нейронных дендритах CA1». Журнал нейрофизиологии . 86 (6): 2998–3010. doi :10.1152/jn.2001.86.6.2998. PMID  11731556. S2CID  2915815.
  4. ^ Сасаки, Т., Мацуки, Н., Икегая, Ю. 2011 Модуляция потенциала действия во время аксональной проводимости Science 331 (6017), стр. 599–601
  5. ^ Aur D, Connolly CI, Jog MS (ноябрь 2005 г.). «Вычисление направленности спайка с помощью тетродов». Journal of Neuroscience Methods . 149 (1): 57–63. doi :10.1016/j.jneumeth.2005.05.006. PMID  15978667. S2CID  34131910.
  6. ^ Аур Д., Джог, М.С., 2010 Нейроэлектродинамика: понимание языка мозга, IOS Press, 2010. doi :10.3233/978-1-60750-473-3-i
  7. ^ Noble D (ноябрь 1960 г.). «Сердечная деятельность и потенциалы водителя ритма на основе уравнений Ходжкина-Хаксли». Nature . 188 (4749): 495–7. Bibcode :1960Natur.188..495N. doi :10.1038/188495b0. PMID  13729365. S2CID  4147174.
  8. ^ ab Goldman DE (сентябрь 1943 г.). «Потенциал, импеданс и выпрямление в мембранах». Журнал общей физиологии . 27 (1): 37–60. doi :10.1085/jgp.27.1.37. PMC 2142582. PMID 19873371  . 
  9. ^ abcde Hodgkin AL , Huxley AF, Katz B (апрель 1952 г.). «Измерение отношений тока и напряжения в мембране гигантского аксона Лолиго». Журнал физиологии . 116 (4): 424–48. doi :10.1113/jphysiol.1952.sp004716. PMC 1392219. PMID  14946712 . 
    * Hodgkin AL , Huxley AF (апрель 1952 г.). «Токи, переносимые ионами натрия и калия через мембрану гигантского аксона Loligo». Журнал физиологии . 116 (4): 449–72. doi :10.1113/jphysiol.1952.sp004717. PMC 1392213. PMID  14946713 . 
    * Hodgkin AL , Huxley AF (апрель 1952 г.). «Компоненты мембранной проводимости в гигантском аксоне Loligo». Журнал физиологии . 116 (4): 473–96. doi :10.1113/jphysiol.1952.sp004718. PMC 1392209. PMID 14946714  . 
    * Hodgkin AL , Huxley AF (апрель 1952 г.). «Двойной эффект мембранного потенциала на проводимость натрия в гигантском аксоне Loligo». The Journal of Physiology . 116 (4): 497–506. doi :10.1113/jphysiol.1952.sp004719. PMC 1392212. PMID  14946715 . 
    * Hodgkin AL , Huxley AF (август 1952 г.). «Количественное описание мембранного тока и его применение к проводимости и возбуждению в нерве». The Journal of Physiology . 117 (4): 500–44. doi :10.1113/jphysiol.1952.sp004764. PMC 1392413. PMID  12991237 . 
  10. ^ Naundorf B, Wolf F, Volgushev M (апрель 2006 г.). «Уникальные особенности инициации потенциала действия в корковых нейронах» (PDF) . Nature . 440 (7087): 1060–3. Bibcode :2006Natur.440.1060N. doi :10.1038/nature04610. PMID  16625198. S2CID  1328840. Архивировано из оригинала (PDF) 20 декабря 2018 г. . Получено 24 сентября 2019 г. .
  11. ^ Hodgkin AL (июль 1937 г.). «Доказательства электрической передачи в нерве: Часть I». Журнал физиологии . 90 (2): 183–210. doi :10.1113/jphysiol.1937.sp003507. PMC 1395060. PMID  16994885 . 
    * Hodgkin AL (июль 1937 г.). «Доказательства электрической передачи в нерве: Часть II». Журнал физиологии . 90 (2): 211–32. doi :10.1113/jphysiol.1937.sp003508. PMC 1395062. PMID  16994886 . 
  12. ^ Zalc B (2006). "The Acquisition of Myelin: A Success Story". Purinergic Signalling in Neuron–Glia Interactions . Novartis Foundation Symposia. Vol. 276. pp. 15–21, discussion 21–5, 54–7, 275–81. doi :10.1002/9780470032244.ch3. ISBN 978-0-470-03224-4. PMID  16805421. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  13. ^ Poliak S, Peles E (декабрь 2003 г.). «Локальная дифференциация миелинизированных аксонов в узлах Ранвье». Nature Reviews. Neuroscience . 4 (12): 968–80. doi :10.1038/nrn1253. PMID  14682359. S2CID  14720760.
  14. ^ Simons M, Trotter J (октябрь 2007 г.). «Подводя итоги: клеточная биология миелинизации». Current Opinion in Neurobiology . 17 (5): 533–40. doi :10.1016/j.conb.2007.08.003. PMID  17923405. S2CID  45470194.
  15. ^ Xu K, Terakawa S (август 1999). «Фенестрационные узлы и широкое субмиелиновое пространство формируют основу для необычно быстрой импульсной проводимости миелинизированных аксонов креветок». Журнал экспериментальной биологии . 202 (Pt 15): 1979–89. doi :10.1242/jeb.202.15.1979. PMID  10395528.
  16. ^ ab Hursh JB (1939). «Скорость проведения и диаметр нервных волокон». American Journal of Physiology . 127 : 131–39. doi :10.1152/ajplegacy.1939.127.1.131.
  17. ^ Lillie RS (март 1925 г.). «Факторы, влияющие на передачу и восстановление в пассивной модели железного нерва». Журнал общей физиологии . 7 (4): 473–507. doi :10.1085/jgp.7.4.473. PMC 2140733. PMID  19872151 . См. также Keynes & Aidley 1991, стр. 78.
  18. ^ Тасаки I (1939). «Электросальтаторная передача нервного импульса и влияние наркоза на нервное волокно». Am. J. Physiol . 127 : 211–27. doi :10.1152/ajplegacy.1939.127.2.211.
  19. ^ Тасаки I, Такеучи Т (1941). «Der am Ranvierschen Knoten entstehende Aktionsstrom und seine Bedeutung für die Erregungsleitung». Pflügers Archiv für die Gesamte Physiologie . 244 (6): 696–711. дои : 10.1007/BF01755414. S2CID  8628858.
    * Тасаки И, Такеучи Т (1942). «Weitere Studien über den Aktionsstrom der markhaltigen Nervenfaser und über die elektrosaltatorische Übertragung des нервных импульсов». Pflügers Archiv für die Gesamte Physiologie . 245 (5): 764–82. дои : 10.1007/BF01755237. S2CID  44315437.
  20. ^ Хаксли А.Ф. , Стэмпфли Р. (май 1949). «Доказательства скачкообразной проводимости в периферических миелинизированных нервных волокнах». Журнал физиологии . 108 (3): 315–39. doi :10.1113/jphysiol.1949.sp004335. PMC 1392492. PMID  16991863 . 
    * Хаксли А.Ф. , Стампфли Р. (февраль 1951 г.). «Прямое определение мембранного потенциала покоя и потенциала действия в одиночных миелинизированных нервных волокнах». Журнал физиологии . 112 (3–4): 476–95. doi :10.1113/jphysiol.1951.sp004545. PMC 1393015. PMID  14825228 . 
  21. ^ Rushton WA (сентябрь 1951 г.). «Теория эффектов размера волокон в продолговатом нерве». Журнал физиологии . 115 (1): 101–22. doi :10.1113/jphysiol.1951.sp004655. PMC 1392008. PMID 14889433  . 
  22. ^ ab Hartline DK, Colman DR (январь 2007 г.). "Быстрая проводимость и эволюция гигантских аксонов и миелиновых волокон". Current Biology . 17 (1): R29-35. Bibcode : 2007CBio...17R..29H. doi : 10.1016/j.cub.2006.11.042 . PMID  17208176. S2CID  10033356.
  23. ^ Miller RH, Mi S (ноябрь 2007 г.). «Рассечение демиелинизации». Nature Neuroscience . 10 (11): 1351–4. doi :10.1038/nn1995. PMID  17965654. S2CID  12441377.
  24. ^ Кельвин У. Т. (1855). «О теории электрического телеграфа». Труды Королевского общества . 7 : 382–99. doi :10.1098/rspl.1854.0093. S2CID  178547827.
  25. ^ Hodgkin AL , Rushton WA (декабрь 1946 г.). «Электрические константы нервного волокна ракообразных». Труды Королевского медицинского общества . 134 (873): 444–79. Bibcode : 1946RSPSB.133..444H. doi : 10.1098/rspb.1946.0024 . PMID  20281590.
  26. ^ Süudhof TC (2008). "Высвобождение нейротрансмиттера". Фармакология высвобождения нейротрансмиттера . Справочник по экспериментальной фармакологии. Том 184. С. 1–21. doi :10.1007/978-3-540-74805-2_1. ISBN 978-3-540-74804-5. PMID  18064409.
  27. ^ Русаков ДА (август 2006). «Ca2+-зависимые механизмы пресинаптического контроля в центральных синапсах». The Neuroscientist . 12 (4): 317–26. doi :10.1177/1073858405284672. PMC 2684670 . PMID  16840708. 
  28. ^ Humeau Y, Doussau F, Grant NJ, Poulain B (май 2000 г.). «Как нейротоксины ботулизма и столбняка блокируют высвобождение нейротрансмиттеров». Biochimie . 82 (5): 427–46. doi :10.1016/S0300-9084(00)00216-9. PMID  10865130.
  29. ^ Zoidl G, Dermietzel R (ноябрь 2002 г.). «О поисках электрического синапса: взгляд в будущее». Cell and Tissue Research . 310 (2): 137–42. doi :10.1007/s00441-002-0632-x. PMID  12397368. S2CID  22414506.
  30. ^ Brink PR, Cronin K, Ramanan SV (август 1996). «Щелевые контакты в возбудимых клетках». Журнал биоэнергетики и биомембран . 28 (4): 351–8. doi :10.1007/BF02110111. PMID  8844332. S2CID  46371790.
  31. ^ Hirsch NP (июль 2007 г.). «Нервно-мышечное соединение в норме и патологии». British Journal of Anaesthesia . 99 (1): 132–8. doi : 10.1093/bja/aem144 . PMID  17573397.
  32. ^ Hughes BW, Kusner LL, Kaminski HJ (апрель 2006 г.). «Молекулярная архитектура нервно-мышечного соединения». Muscle & Nerve . 33 (4): 445–61. doi :10.1002/mus.20440. PMID  16228970. S2CID  1888352.
  33. ^ ab Newmark J (январь 2007 г.). «Нервно-паралитические агенты». The Neurologist . 13 (1): 20–32. doi :10.1097/01.nrl.0000252923.04894.53. PMID  17215724. S2CID  211234081.
  34. ^ Costa LG (апрель 2006 г.). «Актуальные вопросы токсикологии фосфорорганических соединений». Clinica Chimica Acta; Международный журнал клинической химии . 366 (1–2): 1–13. doi :10.1016/j.cca.2005.10.008. PMID  16337171.
  35. ^ abc Kléber AG, Rudy Y (апрель 2004 г.). «Основные механизмы распространения сердечного импульса и связанные с ним аритмии». Physiological Reviews . 84 (2): 431–88. doi :10.1152/physrev.00025.2003. PMID  15044680. S2CID  21823003.
  36. ^ Tamargo J, Caballero R, Delpón E (январь 2004 г.). «Фармакологические подходы к лечению фибрилляции предсердий». Current Medicinal Chemistry . 11 (1): 13–28. doi :10.2174/0929867043456241. PMID  14754423.
  37. ^ Slayman CL, Long WS, Gradmann D (апрель 1976 г.). "«Потенциалы действия» у Neurospora crassa, мицелиального гриба». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 426 (4): 732–44. doi :10.1016/0005-2736(76)90138-3. PMID  130926.
  38. ^ Mummert H, Gradmann D (декабрь 1991 г.). «Потенциалы действия в Acetabularia: измерение и моделирование потенциалзависимых потоков». Журнал мембранной биологии . 124 (3): 265–73. doi :10.1007/BF01994359. PMID  1664861. S2CID  22063907.
  39. ^ Gradmann D (2001). «Модели колебаний в растениях». Aust. J. Plant Physiol . 28 (7): 577–590. doi :10.1071/pp01017.
  40. ^ Beilby MJ (2007). Потенциал действия у харофитов . Международный обзор цитологии. Т. 257. С. 43–82. doi :10.1016/S0074-7696(07)57002-6. ISBN 978-0-12-373701-4. PMID  17280895.
  41. ^ Gradmann D, Hoffstadt J (ноябрь 1998 г.). «Электросвязывание ионных транспортеров в растениях: взаимодействие с внутренними концентрациями ионов». Журнал мембранной биологии . 166 (1): 51–9. doi :10.1007/s002329900446. PMID  9784585. S2CID  24190001.
  42. ^ Фромм Дж., Лотнер С. (март 2007 г.). «Электрические сигналы и их физиологическое значение в растениях». Plant, Cell & Environment . 30 (3): 249–257. doi : 10.1111/j.1365-3040.2006.01614.x . PMID  17263772.
  43. ^ Leys SP, Mackie GO, Meech RW (май 1999). «Проведение импульса в губке». Журнал экспериментальной биологии . 202 (Pt 9) (9): 1139–50. doi :10.1242/jeb.202.9.1139. PMID  10101111.
  44. ^ Кейнс РД (1989). «Роль гигантских аксонов в исследованиях нервного импульса». BioEssays . 10 (2–3): 90–3. doi :10.1002/bies.950100213. PMID  2541698.
  45. ^ Meunier C, Segev I (ноябрь 2002 г.). «Игра в адвоката дьявола: полезна ли модель Ходжкина-Хаксли?». Trends in Neurosciences . 25 (11): 558–63. doi :10.1016/S0166-2236(02)02278-6. PMID  12392930. S2CID  1355280.
  46. ^ Коул КС (1949). «Динамические электрические характеристики мембраны аксона кальмара». Arch. Sci. Physiol . 3 : 253–8.
  47. ^ Ling G, Gerard RW (декабрь 1949). «Нормальный мембранный потенциал портняжных волокон лягушки». Журнал клеточной и сравнительной физиологии . 34 (3): 383–96. doi :10.1002/jcp.1030340304. PMID  15410483.
  48. ^ Nastuk WL, Hodgkin A (1950). «Электрическая активность отдельных мышечных волокон». Журнал клеточной и сравнительной физиологии . 35 : 39–73. doi :10.1002/jcp.1030350105.
  49. ^ Брок LG, Кумбс JS, Экклс JC (август 1952). «Запись потенциалов мотонейронов с помощью внутриклеточного электрода». Журнал физиологии . 117 (4): 431–60. doi :10.1113/jphysiol.1952.sp004759. PMC 1392415. PMID  12991232 . 
  50. ^ Ross WN, Salzberg BM, Cohen LB, Davila HV (декабрь 1974 г.). «Большое изменение в поглощении красителя во время потенциала действия». Biophysical Journal . 14 (12): 983–6. Bibcode :1974BpJ....14..983R. doi :10.1016/S0006-3495(74)85963-1. PMC 1334592 . PMID  4429774. 
    * Grynkiewicz G, Poenie M, Tsien RY (март 1985). «Новое поколение индикаторов Ca2+ со значительно улучшенными флуоресцентными свойствами». Журнал биологической химии . 260 (6): 3440–50. doi : 10.1016/S0021-9258(19)83641-4 . PMID  3838314.
  51. ^ Bu G, Adams H, Berbari EJ, Rubart M (март 2009). «Равномерная реполяризация потенциала действия в сарколемме желудочковых кардиомиоцитов in situ». Biophysical Journal . 96 (6): 2532–46. Bibcode :2009BpJ....96.2532B. doi :10.1016/j.bpj.2008.12.3896. PMC 2907679 . PMID  19289075. 
  52. ^ Milligan JV, Edwards C (июль 1965). «Некоторые факторы, влияющие на ход восстановления контрактурной способности после калиевой контрактуры в поперечно-полосатой мышце лягушки». Журнал общей физиологии . 48 (6): 975–83. doi :10.1085/jgp.48.6.975. PMC 2195447. PMID 5855511  . 
    * Ritchie JM, Rogart RB (1977). "Связывание сакситоксина и тетродотоксина с возбудимой тканью". Reviews of Physiology, Biochemistry and Pharmacology, Volume 79. Vol. 79. pp. 1–50. doi :10.1007/BFb0037088. ISBN 0-387-08326-X. PMID  335473.
    * Keynes RD, Ritchie JM (август 1984). «О связывании меченого сакситоксина с гигантским аксоном кальмара». Труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки . 222 (1227): 147–53. Bibcode : 1984RSPSB.222..147K. doi : 10.1098/rspb.1984.0055. PMID  6148754. S2CID  11465181.
  53. ^ Piccolino M (октябрь 1997 г.). «Луиджи Гальвани и животное электричество: два столетия после основания электрофизиологии». Trends in Neurosciences . 20 (10): 443–8. doi :10.1016/S0166-2236(97)01101-6. PMID  9347609. S2CID  23394494.
  54. ^ Piccolino M (апрель 2000 г.). «Двухсотлетие вольтовой батареи (1800-2000 гг.): искусственный электрический орган». Trends in Neurosciences . 23 (4): 147–51. doi :10.1016/S0166-2236(99)01544-1. PMID  10717671. S2CID  393323.
  55. ^ Бернштейн Дж (1902). «Untersuchungen zur Thermodynamik der bioelektrischen Ströme». Pflügers Archiv für die Gesamte Physiologie . 92 (10–12): 521–562. дои : 10.1007/BF01790181. S2CID  33229139.
  56. ^ Cole KS , Curtis HJ (май 1939). «Электрическое сопротивление гигантского аксона кальмара во время активности». Журнал общей физиологии . 22 (5): 649–70. doi :10.1085/jgp.22.5.649. PMC 2142006. PMID 19873125  . 
  57. ^ Лапик Л (1907). «Количественные исследования по электрическому возбуждению, вызванному поляризацией». Дж. Физиол. Патол. Ген . 9 : 620–635.
  58. ^ Hodgkin AL , Katz B (март 1949). «Влияние ионов натрия на электрическую активность гигантского аксона кальмара». Журнал физиологии . 108 (1): 37–77. doi :10.1113/jphysiol.1949.sp004310. PMC 1392331. PMID  18128147 . 
  59. ^ Neher E , Sakmann B (апрель 1976 г.). «Одноканальные токи, зарегистрированные с мембраны денервированных мышечных волокон лягушки». Nature . 260 (5554): 799–802. Bibcode :1976Natur.260..799N. doi :10.1038/260799a0. PMID  1083489. S2CID  4204985.
    * Hamill OP, Marty A, Neher E, Sakmann B, Sigworth FJ (август 1981 г.). «Улучшенные методы фиксации потенциала для записи тока с высоким разрешением из клеток и бесклеточных мембранных участков». Pflügers Archiv . 391 (2): 85–100. doi :10.1007/BF00656997. PMID  6270629. S2CID  12014433.
    * Neher E , Sakmann B (март 1992). "Метод патч-кламп". Scientific American . 266 (3): 44–51. Bibcode :1992SciAm.266c..44N. doi :10.1038/scientificamerican0392-44. PMID  1374932.
  60. ^ Йеллен Г. (сентябрь 2002 г.). «Потенциал-зависимые калиевые каналы и их родственники». Nature . 419 (6902): 35–42. Bibcode :2002Natur.419...35Y. doi :10.1038/nature00978. PMID  12214225. S2CID  4420877.
  61. ^ Doyle DA, Morais Cabral J, Pfuetzner RA, Kuo A, Gulbis JM, Cohen SL и др. (апрель 1998 г.). «Структура калиевого канала: молекулярная основа проводимости и селективности K+». Science . 280 (5360): 69–77. Bibcode :1998Sci...280...69D. doi :10.1126/science.280.5360.69. PMID  9525859.
    * Zhou Y, Morais-Cabral JH, Kaufman A, MacKinnon R (ноябрь 2001 г.). «Химия координации ионов и гидратации, выявленная с помощью комплекса K+-канал-Fab при разрешении 2,0 А». Nature . 414 (6859): 43–8. Bibcode :2001Natur.414...43Z. doi :10.1038/35102009. PMID  11689936. S2CID  205022645.
    * Jiang Y, Lee A, Chen J, Ruta V, Cadene M, Chait BT, MacKinnon R (май 2003 г.). "Рентгеновская структура зависимого от напряжения канала K+". Nature . 423 (6935): 33–41. Bibcode :2003Natur.423...33J. doi :10.1038/nature01580. PMID  12721618. S2CID  4347957.
  62. ^ Cha A, Snyder GE, Selvin PR, Bezanilla F (декабрь 1999 г.). «Атомное движение области измерения напряжения в калиевом канале, измеренное с помощью спектроскопии». Nature . 402 (6763): 809–13. Bibcode :1999Natur.402..809C. doi : 10.1038/45552 . PMID  10617201. S2CID  4353978.
    * Glauner KS, Mannuzzu LM, Gandhi CS, Isacoff EY (декабрь 1999 г.). "Спектроскопическое картирование движения датчика напряжения в калиевом канале Шейкера". Nature . 402 (6763): 813–7. Bibcode :1999Natur.402..813G. doi :10.1038/45561. PMID  10617202. S2CID  4417476.
    * Bezanilla F (апрель 2000 г.). «Датчик напряжения в ионных каналах, зависящих от напряжения». Physiological Reviews . 80 (2): 555–92. doi :10.1152/physrev.2000.80.2.555. PMID  10747201. S2CID  18629998.
  63. ^ Catterall WA (февраль 2001 г.). "Трехмерное изображение натриевых каналов". Nature . 409 (6823): 988–9, 991. Bibcode :2001Natur.409..988C. doi : 10.1038/35059188 . PMID  11234048. S2CID  4371677.
    * Sato C, Ueno Y, Asai K, Takahashi K, Sato M, Engel A, Fujiyoshi Y (февраль 2001 г.). «Натриевый канал, чувствительный к напряжению, представляет собой колоколообразную молекулу с несколькими полостями». Nature . 409 (6823): 1047–51. Bibcode :2001Natur.409.1047S. doi :10.1038/35059098. PMID  11234014. S2CID  4430165.
  64. ^ Skou JC (февраль 1957). «Влияние некоторых катионов на аденозинтрифосфатазу из периферических нервов». Biochimica et Biophysica Acta . 23 (2): 394–401. doi :10.1016/0006-3002(57)90343-8. PMID  13412736. S2CID  32516710.
  65. ^ Hodgkin AL , Keynes RD (апрель 1955 г.). «Активный транспорт катионов в гигантских аксонах Sepia и Loligo». Журнал физиологии . 128 (1): 28–60. doi :10.1113/jphysiol.1955.sp005290. PMC 1365754. PMID  14368574 . 
  66. ^ Колдуэлл PC, Ходжкин AL, Кейнс RD, Шоу TL (июль 1960). «Влияние инъекции „богатых энергией“ фосфатных соединений на активный транспорт ионов в гигантских аксонах Лолиго». Журнал физиологии . 152 (3): 561–90. doi :10.1113/jphysiol.1960.sp006509. PMC 1363339. PMID  13806926 . 
  67. ^ Колдуэлл П.К., Кейнс Р.Д. (июнь 1957 г.). «Использование энергии фосфатной связи для вытеснения натрия из гигантских аксонов». Журнал физиологии . 137 (1): 12–3P. doi :10.1113/jphysiol.1957.sp005830. PMID  13439598. S2CID  222188054.
  68. ^ Морт Дж. П., Педерсен Б. П., Тоуструп-Йенсен М. С., Соренсен Т. Л., Петерсен Дж., Андерсен Дж. П. и др. (декабрь 2007 г.). «Кристаллическая структура натриево-калиевого насоса». Природа . 450 (7172): 1043–9. Бибкод : 2007Natur.450.1043M. дои : 10.1038/nature06419. PMID  18075585. S2CID  4344526.
  69. ^ Lee AG, East JM (июнь 2001 г.). «Что структура кальциевого насоса говорит нам о его механизме». The Biochemical Journal . 356 (Pt 3): 665–83. doi :10.1042/0264-6021:3560665. PMC 1221895. PMID  11389676 . 
  70. ^ * Фицхью Р. (май 1960 г.). «Пороги и плато в уравнениях нервов Ходжкина-Хаксли». Журнал общей физиологии . 43 (5): 867–96. doi : 10.1085/jgp.43.5.867. PMC 2195039. PMID  13823315. 
    * Kepler TB, Abbott LF, Marder E (1992). «Снижение моделей нейронов, основанных на проводимости». Биологическая кибернетика . 66 (5): 381–7. doi :10.1007/BF00197717. PMID  1562643. S2CID  6789007.
  71. ^ Моррис С, Лекар Х (июль 1981). «Осцилляции напряжения в гигантском мышечном волокне усоногих рачков». Biophysical Journal . 35 (1): 193–213. Bibcode :1981BpJ....35..193M. doi :10.1016/S0006-3495(81)84782-0. PMC 1327511 . PMID  7260316. 
  72. ^ Фицхью Р. (июль 1961 г.). «Импульсы и физиологические состояния в теоретических моделях нервной мембраны». Biophysical Journal . 1 (6): 445–66. Bibcode : 1961BpJ.....1..445F. doi : 10.1016/S0006-3495(61)86902-6. PMC 1366333. PMID  19431309 . 
    * Нагумо Дж., Аримото С., Ёсидзава С. (1962). «Активная линия передачи импульсов, имитирующая нервный аксон». Труды IRE . 50 (10): 2061–2070. doi :10.1109/JRPROC.1962.288235. S2CID  51648050.
  73. ^ Bonhoeffer KF (сентябрь 1948). «Активация пассивного железа как модель возбуждения нерва». Журнал общей физиологии . 32 (1): 69–91. doi :10.1085/jgp.32.1.69. PMC 2213747. PMID  18885679 . 
    * Бонхеффер К.Ф. (1953). «Модель нервного регулирования». Naturwissenschaften . 40 (11): 301–311. Бибкод : 1953NW.....40..301B. дои : 10.1007/BF00632438. S2CID  19149460.
    * Ван дер Поль Б. (1926). «О релаксационных колебаниях». Философский журнал . 2 : 977–992.
    * Ван дер Пол Б. , Ван дер Марк Дж. (1928). «Сердечное биение, рассматриваемое как релаксационное колебание, и электрическая модель сердца». Philosophical Magazine . 6 : 763–775. doi :10.1080/14786441108564652.
    * Ван дер Пол Б. , Ван дер Марк Дж. (1929). «Сердечное сокращение, рассматриваемое как релаксационное колебание, и электрическая модель сердца». Arch. Neerl. Physiol . 14 : 418–443.
  74. ^ Эванс Дж. В. (1972). «Уравнения нервного аксона. I. Линейные приближения». Indiana Univ. Math. J . 21 (9): 877–885. doi : 10.1512/iumj.1972.21.21071 .
    * Эванс Дж. В., Феро Дж. (1977). «Теория локальной устойчивости нервного импульса». Math. Biosci . 37 : 23–50. doi :10.1016/0025-5564(77)90076-1.
  75. ^ Кинер Дж. П. (1983). «Аналоговая схема для уравнений Ван дер Поля и Фицхью-Нагумо». Труды IEEE по системам, человеку и кибернетике . 13 (5): 1010–1014. doi :10.1109/TSMC.1983.6313098. S2CID  20077648.
  76. ^ Hooper SL (март 2000 г.). «Центральные генераторы паттернов». Current Biology . 10 (5): R176–R179. Bibcode : 2000CBio...10.R176H. CiteSeerX 10.1.1.133.3378 . doi : 10.1016/S0960-9822(00)00367-5. PMID  10713861. S2CID  11388348. 

Книги

Веб-страницы

  1. ^ Фицхью Р., Ижикевич Э. (2006). "Модель Фицхью-Нагумо". Scholarpedia . 1 (9): 1349. Bibcode :2006SchpJ...1.1349I. doi : 10.4249/scholarpedia.1349 .
  2. ^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 1963 года" (пресс-релиз). Королевская шведская академия наук. 1963. Архивировано из оригинала 16 июля 2007 года . Получено 21 февраля 2010 года .
  3. ^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 1991 года" (пресс-релиз). Королевская шведская академия наук. 1991. Архивировано из оригинала 24 марта 2010 года . Получено 21 февраля 2010 года .
  4. ^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 1906 года" (пресс-релиз). Королевская шведская академия наук. 1906. Архивировано из оригинала 4 декабря 2008 года . Получено 21 февраля 2010 года .
  5. ^ Warlow C (июнь 2007 г.). «Недавняя эволюция симбиотического ионного канала в семействе бобовых изменила ионную проводимость и улучшила функциональность кальциевой сигнализации». Practical Neurology . 7 (3). BMJ Publishing Group: 192–197. Архивировано из оригинала 14 марта 2012 г. . Получено 23 марта 2013 г. .
  6. ^ "Нобелевская премия по химии 1997 года" (пресс-релиз). Королевская шведская академия наук. 1997. Архивировано из оригинала 23 октября 2009 года . Получено 21 февраля 2010 года .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Послушайте эту статью ( 10 минут )
Разговорный значок Википедии
Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 22 июня 2005 года и не отражает последующие правки. (2005-06-22)