Потенциал реверсии тормозных потенциалов
Мотонейроны спинного мозга тормозятся сенсорными входами от мышц-антагонистов через тормозные интернейроны спинного мозга . Эффект активации тормозных входов может быть исследован в эксперименте, проиллюстрированном на рис. 9.14 А. В мотонейрон вводятся два микроэлекгрода: один из них регистрирует мембранный потенциал , через другой пропускается ток через клеточную мембрану. При потенциале покоя (около -75 мВ) стимуляция тормозных входов вызывает небольшую гиперполяризацию клетки - тормозной постсиннаптический потенциал (ТПСП , рис. 9.14 В). Если деполяризовать мембрану, пропуская положительный ток в клетку, амплитуда ТПСП увеличивается. При гиперполяризации клетки до -82 мВ тормозной потенциал становится очень маленьким и меняет свое направление (реверсирует). При мембранном потенциале -100 мВ амплитуда реверсированного тормозного потенциала увеличивается. Потенциал реверсии в данном эксперименте составляет около -80 мВ.
Тормозные каналы проводят анионы, причем проницаемость довольно хорошо коррелирует с радиусом гидратированного проникающего иона. В физиологических условиях единственном анионом маленького размера, присутствующим в значительных количествах, является ион хлора . Введение ионов хлоpa в мотонейроны спинного мозга из микропипетки сдвигает равновесный потенциал хлора , и, соответственно, потенциал реверсии ТПСП , в положительном направлении. Измменение внеклеточной концентрации ионов хлора вызывает также изменение равновесного потенциала хлора и потенциала реверсии ТПСП, однако результаты таких экспериментов не всегда однозначны. Это связано с тем, что изменение внеклеточной концентрации ионов хлора часто приводит к пропорциональному изменению внутриклеточной концентрации ионов хлора ( глава 5 ), и поэтому изменение равновесного потенциала хлора носит лишь кратковременный характер.
Подобное затруднение можно преодолеть, если полностью удалить ионы хлора из внеклеточной среды. На рис. 9.15 показан пример pегистрации от ретикулоспинальной клетки продолговатого мозга , в которой тормозная синаптическая передача опосредована глицином . Мембранный потенциал регистрировался внутриклеточным микроэлектродом. Второй электрод использовался для пропускания в клетку коротких толчков гиперполяризующего тока; вызываемое этими толчками изменение мембранного потенциала служило для оценки входного сопротивления клетки. Наконец, третья микропипетка применялась для аппликации глицина на клетку вблизи тормозного синапса кратковременными толчками давления. Аппликация глицина вызывала небольшую гиперполяризацию, coпровождаемую значительным уменьшением входного сопротивления ( рис. 9.15 А), что могло свидетельствовать об активации глицином большого количества хлорных каналов. Для проверки этой гипотезы ионы хлора были полностью удалены из наружного раствора и заменены на непроницаемый анион изотионат . Это привело также к вымыванию ионов хлора из клетки через хлорные каналы, которые открыты в состоянии покоя. Через 20 минут аппликация глицина не вызывала какого-либо заметного изменения мембранного потенциала или входного сопротивления ( рис. 9.15 В), что указывает на то, что помимо ионов хлора никакие другие ионы не проходят через тормозные каналы. Восстановление нормальной концентрации внеклеточных ионов хлора приводит к восстановлению ответов ( рис. 9.15 С).
Поскольку в основе тормозных ответов лежит увеличение хлорной проводимости, потенциал реверсии тормозного тока равен равновесному потенциалу ионов хлора , и амплитуда тока равна
дельта[i(inhibitory)] = дельта(iCl) = [дельта(gCl) ]( Vm - ECl ).
При мембранных потенциалах, более положительных, чем ECl, хлорный ток выходящий и приводит к гиперполяризации мембраны. В этом случае выходящий ток обусловлен входом отрицательно заряженных ионов хлора. При мембранных потенциалах, отрицательных по отношению к ЕCl, тормозный нейромедиатор вызывает выход ионов хлора и деполяризацию. Соответствующая электрическая схема изображена ни рис. 9.14 С.
На ранних этапах развития центральной нервной системы млекопитающих ГАМК и глицин вызывают парадоксальные деполяризующие и возбуждающие ответы в нейронах гиппокампа . Этот эффект связан не с особенностями каналов, открываемых ГАМК и глицином, а с различиями в регуляции внутриклеточной концентрации ионов хлора, приводящими к изменению потенциала равновесия ионов хлора.
