Аксонный холмик — это специализированная часть тела клетки (или сомы ) нейрона , которая соединяется с аксоном . Его можно идентифицировать с помощью световой микроскопии по его внешнему виду и расположению в нейроне, а также по его редкому распределению вещества Ниссля . [1]
Аксонный холмик — это последнее место в соме, где мембранные потенциалы , распространяющиеся от синаптических входов, суммируются перед передачей в аксон. [2] В течение многих лет считалось, что аксонный холмик был обычным местом инициации потенциалов действия — триггерной зоной . В настоящее время считается, что самое раннее место инициации потенциала действия находится в начальном сегменте аксона : как раз между вершиной аксонного холмика и начальным (немиелинизированным) сегментом аксона . [ 3] Однако положительная точка, в которой начинается потенциал действия, различается между клетками. [ необходима цитата ] Она также может быть изменена гормональной стимуляцией нейрона или вторичными мессенджерными эффектами нейротрансмиттеров. [ необходима цитата ]
Аксонный холмик также разграничивает отдельные мембранные домены между телом клетки и аксоном. [4] Это позволяет локализовать мембранные белки либо на аксональной, либо на сомальной стороне клетки.
Аксонный холмик и начальный сегмент обладают рядом специализированных свойств, которые делают их способными генерировать потенциал действия, включая соседство с аксоном и гораздо более высокую плотность потенциалзависимых ионных каналов, чем в остальной части тела клетки. [5] В клетках ганглия задних корешков тело клетки, как полагают, имеет приблизительно 1 потенциалзависимый натриевый канал на квадратный микрометр, в то время как аксонный холмик и начальный сегмент аксона имеют около ~100–200 потенциалзависимых натриевых каналов на квадратный микрометр; для сравнения, перехваты Ранвье вдоль аксона, как полагают, имеют ~1000–2000 таких каналов на квадратный микрометр. [6] Эта кластеризация потенциалзависимых ионных каналов является следствием плазматической мембраны и цитоскелетных ассоциированных белков, таких как анкирин . [7]
В электрофизиологических моделях аксонный холмик включен в начальный сегмент аксона, где суммируются мембранные потенциалы , распространяющиеся от синаптических входов к дендритам или телу клетки . [ необходима ссылка ]
Как тормозные постсинаптические потенциалы ( ИПСП ), так и возбуждающие постсинаптические потенциалы ( ВПСП ) суммируются в аксонном холмике, и как только порог срабатывания превышен, потенциал действия распространяется по остальной части аксона (и «назад» к дендритам, как это видно при нейронном обратном распространении ). Срабатывание происходит из-за положительной обратной связи между переполненными потенциалзависимыми натриевыми каналами , которые присутствуют в критической плотности в аксонном холмике (и перехватах Ранвье), но не в соме.
В состоянии покоя нейрон поляризован, и его внутренняя часть находится на уровне около -70 мВ относительно окружающей среды. Когда возбуждающий нейротрансмиттер высвобождается пресинаптическим нейроном и связывается с постсинаптическими дендритными шипиками, лиганд-зависимые ионные каналы открываются, позволяя ионам натрия проникать в клетку. Это может сделать постсинаптическую мембрану деполяризованной (менее отрицательной). Эта деполяризация будет распространяться по направлению к аксонному холмику, уменьшаясь экспоненциально со временем и расстоянием. Если несколько таких событий происходят за короткое время, аксонный холмик может стать достаточно деполяризованным для открытия потенциал-зависимых натриевых каналов . Это инициирует потенциал действия, который затем распространяется вниз по аксону.
Когда натрий поступает в клетку, потенциал клеточной мембраны становится более положительным, что активирует еще больше натриевых каналов в мембране. Приток натрия в конечном итоге обгоняет отток калия (через двухпоровые доменные калиевые каналы или каналы утечки , инициируя положительную обратную связь (фаза подъема). При уровне около +40 мВ потенциалзависимые натриевые каналы начинают закрываться (пиковая фаза), а потенциалзависимые калиевые каналы начинают открываться, перемещая калий по его электрохимическому градиенту и из клетки (фаза спада).
Калиевые каналы проявляют замедленную реакцию на реполяризацию мембраны, и даже после достижения потенциала покоя некоторое количество калия продолжает вытекать, в результате чего внутриклеточная жидкость становится более отрицательной, чем потенциал покоя, и в течение которой потенциал действия не может начаться (фаза недонапряжения/ рефрактерный период ). Эта фаза недонапряжения гарантирует, что потенциал действия распространяется вниз по аксону, а не обратно.
Как только этот начальный потенциал действия инициируется, в основном на аксонном холмике, он распространяется по всей длине аксона. В нормальных условиях потенциал действия очень быстро затухает из-за пористой природы клеточной мембраны. Чтобы обеспечить более быстрое и эффективное распространение потенциалов действия, аксон миелинизируется . Миелин, производное холестерина, действует как изолирующая оболочка и гарантирует, что сигнал не может выйти через ионные или каналы утечки. Тем не менее, в изоляции есть щели ( перехваты Ранвье ), которые увеличивают силу сигнала. Когда потенциал действия достигает перехвата Ранвье, он деполяризует клеточную мембрану. Когда клеточная мембрана деполяризуется, потенциалзависимые натриевые каналы открываются, и натрий устремляется внутрь, вызывая новый свежий потенциал действия.