Вы здесь

Общая патофизиология нервной клетки

Расстройства функции нервной системы под влиянием болезнетворных воздействий выражаются в нарушении:

  • 1) процессов возбуждения в нервных клетках;
  • 2) проведения возбуждения в нервных волокнах;
  • 3) передачи возбуждения с одного нейрона на другой;
  • 4) процессов торможения в нервных клетках и тормозных синапсах.

Нарушение процессов возбуждения в нервной клетке

Нарушения процессов возбуждения в нервной клетке тесно связаны с изменениями ее возбудимости и других параметров ее функционального состояния. К ним относятся мембранный потенциал, потенциал действия, ток действия (импульс), функциональная подвижность (лабильность), хронаксия. Изменяются также свойства мембраны клеток и аксонов (поляризация, импеданс, проницаемость для ионов).

Известно, что возбуждение нервной ткани (например, гигантского аксона кальмара) сопровождается вхождением ионов натрия внутрь аксона и выхождением ионов калия наружу в количестве 3—4•10-13 на см2 поверхности нерва с каждым импульсом (ток действия). Процесс сопровождается выделением тепла в количестве 8•10-6 кал/г/см. При этом поглощается дополнительно кислород в количестве 1,5-9 моль на 1 г ткани.

Различные патогенные воздействия на нервную клетку, нарушающие в ней окислительные процессы, вызывают понижение возбудимости этой клетки, удлинение ее хронаксии и снижение лабильности. Так, возбудимость нервной клетки падает при охлаждении, помещении ее в гипотоническую среду, под влиянием ионизирующей радиации или повреждающих окислительные процессы ядов — цианида (NaCSN), сульфида (Na2S), азида (NaN3). Резко снижают возбудимость нервной клетки наркотики. Наоборот, нагревание, оксигенация до определенных пределов, некоторые ионы (см. ниже) повышают возбудимость нервных клеток. Сильное нагревание, высокое содержание О2 (чистый кислород) вновь действуют угнетающе — снижают и совсем прекращают возбудимость нервной клетки. Особое значение имеют процессы, нарушающие работу натрий-калиевого насоса.



Любое повреждение клетки сопровождается расстройством функции этого насоса и выхождением ионов калия во внешнюю среду из клетки в количествах, в миллион раз больших, чем при нормальном возбуждении нервной клетки.

Нарушение возбудимости при повреждении нервной клетки наглядно проявляется при изучении влияния соотношения силы раздражения (например, электрического тока) и продолжительности его действия. Так называемая кривая «сила — время» раздражающего электрического тока при повреждении (например, при уоллерровской дегенерации нерва) существенно отличается от таковой для неповрежденного нерва (рис. 124). Для возбуждения поврежденного нерва требуется раздражать его более длительно по сравнению с нормальным при одной и той же силе раздражения. С другой стороны, при раздражении одной и той же длительности возбуждение поврежденного нерва возникает от раздражения большей силы.

Кривая «сила — время». Сплошная линия — нормальный нервный ствол, пунктир — поврежденный нервный ствол

Повреждение нервной клетки и ее аксона сопровождается удлинением хронаксии. Это выражается в том, что время, необходимое для возникновения возбуждения от тока силы удвоенной реобазы, увеличивается. Соответственно изменяется кривая «сила — время» для нервной клетки как возбудимой ткани.

При повреждении снижается функциональная подвижность нервной клетки (см. «Парабиоз»). Это выражается в том, что она не может воспроизводить токи действия большой частоты и воспроизводит их реже, чем в нормальных условиях при одной и той же частоте раздражающих стимулов электрического тока.

Влияние ионов на возбудимость. Угнетение возбудимости нервной клетки и соответственно изменение связанных с состоянием возбудимости параметров ее функционального состояния возникает при нарушениях ионного состава окружающей клетку среды (крови, тканевой жидкости, ликвора) и механизмов активного обмена ионов (прежде всего калия и натрия) между клеткой и средой.

Так, помещение нервной клетки или ее аксона в среду, лишенную натрия (например, в изотонический раствор сахарозы), полностью снимает ее возбудимость к электрическому раздражению.

Различные метаболические яды, угнетающие дыхание нервной клетки и блокирующие действие натриевого насоса, также снижают возбудимость нервных клеток и волокон. Так, например, отравление нервной клетки клюпеином вызывает резкое замедление восстановления мембранного потенциала после возникновения тока действия. Оуабаин (г-стро-фантин) задерживает передвижение как натрия, так и калия и блокирует появление тока действия при раздражении нерва.

Функцию натрий-калиевого насоса угнетают люминал, аминазин и другие ингибиторы этого процесса. Угнетение возбудимости в этих случаях возникает потому, что без ионов натрия невозможно образование тока действия, для которого необходимо вхождение натрия внутрь нервной клетки при ее возбуждении. Однако ионы натрия во внешней среде, окружающей клетку, можно заменить другими ионами (например, SО4), и возбудимость клетки становится опять возможной.

Возбудимость нервной клетки и ее аксона исчезает также, если заменить натрий в окружающей клетку среде холином или тетраэтиламмонием или поместить нерв в изотонический раствор СаCl2 или MgCl2. Сравнительная способность различных моновалентных катионов во внешней среде влиять на возбудимость нерва выражается в виде следующего ряда:

Na < CS < Rb < К

Таким образом, ион К+ является наиболее ядовитым, с точки зрения' влияния его на возбудимость нерва.

Ионы аммония в слабых концентрациях еще способны заменить ионы натрия во внешней среде. В больших концентрациях они полностью подавляют возбудимость нерва.

Большое значение имеет соотношение одно- и двухвалентных катионов в среде, омывающей нервно-мышечный аппарат или изолированное сердце. Оптимальное соотношение ионов К+ и Са++ должно быть равно примерно 2. Это соотношение определяется свойствами одно- и двухвалентных катионов, влияющих на деполяризацию мембран аксона.

Влияние на возбудимость нервной клетки различных анионов изучалось в связи со способностью их в виде калиевых солей вызывать разрядку (перезарядку и осаждение) молекул белка. Установлено, что возбудимость подавляют больше всего цианиды и йодиды и меньше всего фосфаты и фториды.

Влияние ферментов на возбудимость. Многие протеазы (трипсины, химотрипсин, карбоксипептидазы) при введении внутрь гигантского аксона кальмара подавляют его возбудимость. Это свидетельствует об участии белков и пептидов в процессе переноса ионов через мембрану аксона при возбуждении.

Возбудимость поврежденного и дегенерирующего нервного ствола. Возбудимость поврежденного нервного ствола к любому электрическому раздражению резко падает. Сначала понижается возбудимость к переменному (фарадическому) току, потом к постоянному (гальваническому) току. Последнее явление имеет ряд особенностей, используемых в клинике для определения степени повреждения нерва. Электроды прикладывают к коже по ходу исследуемого нервного ствола. Эффект раздражения регистрируется по сокращению соответствующей мышцы. Раздражение постоянным током неповрежденного нерва возникает раньше при замыкании тока на катоде — КЗС (катод — замыкание — сокращение). Для сокращения мышцы при раздражении нерва путем замыкания тока на аноде требуется большая сила, чем при замыкании на катоде,— АЗС (анод — замыкание — сокращение). Еще большая сила тока нужна для получения сокращения мышцы при размыкании тока на аноде — АРС (анод — размыкание — сокращение) и еще большая — на катоде (КРС).

Таким образом, для нормального здорового нерва и мышцы:

КЗС > АЗС > АРС > КРС

Повреждение и дегенерация нервного ствола вызывают изменение в соотношении указанных эффектов от замыкания и размыкания постоянного тока на катоде и аноде. Важнейшее из них заключается в том, что АЗС возникает раньше и при меньшей силе тока, чем КЗС. Таким образом, АЗС > КЗС.

Меняется также возбудимость нерва к размыкательным раздражениям постоянного электрического тока. Аналогичные явления наблюдаются и при определении возбудимости скелетной мышцы при ее прямом раздражении. Под влиянием дистрофических процессов в скелетной мышце, возникающих после денервации, возбудимость мышцы к раздражению постоянным током изменяется, подобно указанным выше отношениям для нервного ствола. Изменения возбудимости нерва и мышцы при дегенерации (дистрофии) к раздражению постоянным током носят название изменений полярной формулы.

Механизм извращения возбудимости нерва и мышцы к постоянному току при дегенерации не вполне ясен. Предполагают, что в поврежденном нерве возникает разрыхление мембран и субклеточных структур областей перехватов Ранвье, которые являются главными объектами действия раздражающего тока (миелиновые оболочки имеют очень большое сопротивление). Раздражение нерва на катоде в этих условиях еще больше разрыхляет мембраны, повреждает натрий-калиевый насос и снижает возбудимость. Раздражение на аноде уплотняет мембраны нерва, нормализует функцию упомянутого насоса и способствует в этих условиях повышению возбудимости поврежденного нерва.

Имеют также значение условия прохождения электрического тока через ткани кожи, подкожной клетчатки и мышц до попадания его в раздражаемый нервный ствол.

Нарушение проведения возбуждения по нервным волокнам (аксонам)

Проведение возбуждения по аксонам. Из физиологии известно, что распространение возбуждения по нерву с миелиновой оболочкой (волокна А) совершается так, что в участках между перехватами Ранвье оно происходит по «кабельному типу», подобно течению электрического тока по проводникам второго рода (за счет передвижения ионов по аксону). В каждом перехвате Ранвье поток ионов (натрий внутрь, а калий наружу) вызывает ток действия, который становится источником кабельного тока в следующем отрезке нервного волокна до очередного перехвата Ранвье. Такой процесс обеспечивает наиболее быстрое (до 100 м/сек) проведение возбуждения. В безмякотных нервных волокнах токи действия возникают в местах наименьшего сопротивления поверхности аксона, например между шванновскими клетками. Отсутствие строгого порядка (интервалов) в возникновении токов действия в безмякотных нервах делает скорость проведения возбуждения в них более малой (30 м/сек и меньше).

Дегенерация и регенерация нервов. Если перерезать нерв и отделить таким образом периферическую часть аксона от тела нервной клетки, в отрезанной части нерва возникает дегенерация (уоллеровская дегенерация). У человека и теплокровных животных процесс возникает очень быстро (через сутки) и в течение нескольких дней достигает нервных окончаний. В мякотных (миелинизированных) нервных стволах дегенерация выражается в набухании и последующем распаде миелина на кефалин и лецитин (рис. 125). Потом эти капли рассасываются. Нейрофибриллы становятся извилистыми, а затем распадаются на части (фрагменты). Шванновские клетки разрастаются и от нерва остается как бы трубка из оболочки пролиферирующих шванновских клеток. Они фагоцитируют и резорбируют продукты распада миелина. В безмякотных нервных волокнах дегенерация выражается в повреждении и распаде нервных волокон. Дегенерация захватывает и нервные окончания — перицеллюлярные аппараты. В вегетативной нервной системе перерезка преганглионарного волокна вызывает дегенерацию этого волокна и его окончания на следующем периферическом нейроне. Функция поврежденного дегенерирующего нейрона полностью прекращается. Возможны явления дегенерации и в центральном отрезке перерезанного нерва (ретроградная дегенерация). Однако эти процессы там выражены значительно слабее.



Стадия распада миелина при дегенерации нерва

Если сшить перерезанный периферический отрезок нерва с его центральным концом, он врастает (регенерирует) по каналу из шванновских клеток перерезанного нерва вплоть до его окончания, и функция поврежденного нерва восстанавливается. Внутренняя среда этого канала является стимулятором и регулятором роста волокон. Нервные волокна из центрального конца перерезанного нерва врастают в периферический его отрезок со скоростью 0,5—2,5 мм в сутки. Если растущие нервные волокна не попадают в канал периферического отрезка нерва, на конце растущего нерва образуется утолщение — неврома. Повреждение (распад) миелина при дегенерации мякотного нервного волокна или при демиелинизации его при болезнях (рассеянный склероз, вакцинальный процесс, аллергический полиомиелит и др.) приводит к замедлению проведения возбуждения и к дальнейшему нарушению этого процесса вплоть до полного прекращения проводимости.

Проведение возбуждения по нерву замедляется при охлаждении, гипоксии, под влиянием ультрафиолетовой и ионизирующей радиации, при отравлении бактериальными токсинами (дифтерия, брюшной тиф), при вирусных инфекциях (грипп, полиомиелит и др.), а также при сдавлении нервов рубцами, опухолями.

Полностью прекращает проведение возбуждения по нерву отравление его ядом тетродотоксином, который получают из печени морских скало-зубых рыб. Этот яд парализует действие натриевого насоса, функционирующего в мякотных волокнах в области перехватов Ранвье. В результате токи действия в этих перехватах не возникают и проведение возбуждения прекращается (рис. 126).

При добавлении тетродотоксина в раствор, омывающий нерв, распостранение импульсов, возникающих при раздражении, превышается. В участке нерва, расположенном вне ванны с тетродотоксином, изменений потенциала не происходит

Нарушение передачи возбуждения с одного нейрона на другой

Различные повреждения нервных клеток (механические, электрические, химические, инфекционные) нарушают передачу возбуждения с одного нейрона на другой или с нервного окончания на эффектор (мышцы, железы) . Нарушения передачи возбуждения с нервных клеток или в нервно-эффекторных соединениях возникают в специальных аппаратах связи нервных клеток друг с другом или с эффекторными клетками (синапсах).

Передача возбуждения в возбуждающих и тормозных синапсах происходит с помощью различных химических медиаторов. Этот механизм передачи возбуждения заключается в образовании мельчайших гранул (диаметром около 100 А), содержащих медиатор (например, ацетилхолин). Ацетилхолин поступает в синаптическую щель и деполяризует постсинаптическую мембрану, что вызывает поток ионов натрия внутрь нервной клетки и выход ионов калия наружу в синаптическую щель. Возникает ток действия или возбуждающий постсинаптический потенциал (рис. 127).

Линии тока в возбуждающем и тормозном синапсах.

При нанесении частых раздражающих стимулов на преганглионарное волокно синапса в нем наступает состояние парабиоза и передача возбуждения блокируется.

Различные повреждения синапсов (гипоксия, бактериальные токсины, нервные яды) вызывают нарушения образования медиатора или поступления его в синаптическую щель, в результате чего нарушается процесс передачи возбуждения с нейрона на нейрон или с нейрона на эффектор (рис. 128).

Стадии повреждения синапса в электронном микроскопе

Нарушение передачи возбуждения в адренергических синапсах. Передача возбуждения в синапсах симпатической нервной системы блокируется при многих инфекциях и интоксикациях. Этим объясняются падение мышечного тонуса и расстройства кровообращения (коллапс) при многих инфекциях. Экспериментально показано, что передача возбуждения блокируется в верхнем шейном симпатическом узле при гриппе. Передачу возбуждения с инотропных волокон симпатикуса на сердце блокирует дифтерийный токсин.

В адренергических синапсах, медиатором которых является норадреналин, на регуляцию передачи возбуждения влияют ферменты, разрушающие этот медиатор, например, моноаминоксидаза. Ингибиторы моно-аминоксидазы вызывают накопление в нервных клетках норадреналина и других биогенных аминов (серотонин и др.). Накопление норадреналина в синапсах адренергических нервов приводит к повышению их возбудимости и облегчает передачу возбуждения в адренергических синапсах. К ингибиторам моноаминоксидазы относятся производные гидразина ( β- фенилизопропилгидразин), пропиниламина (N-бензил-N-метилпропиниламин) и др. Ингибиторы моноаминоксидазы дают эффект, противоположный резерпину и другим седативным средствам.

Нарушение передачи возбуждения в холинергических синапсах. Особое влияние на передачу возбуждения в холинергических синапсах оказывают вещества, тормозящие действие фермента холинэстеразы. К ним относятся эзерин и большая группа фосфорорганических соединений (тетраэтилфлюэрофосфат, тиофос, хлорофос, и др.). Эти вещества блокируют разрушение ацетилхолина, образующегося в синапсах при передаче возбуждения. Ацетилхолин накапливается в нервной системе и оказывает сначала возбуждающее, а потом тормозящее и отравляющее действие. Известно, что большие концентрации ацетилхолина действуют как тормозной медиатор и вследствие этого как яд для нервной системы, который подавляет ее возбудимость, резко снижает функциональную подвижность и вызывает паралич мышц и смерть от паралича дыхательного центра. На этом действии фосфорорганических соединений основано применение их как ядов для борьбы с насекомыми (инсектициды).

При отравлении спинного мозга токсином палочки ботулизма нарушается передача возбуждения в мотонейронах спинного мозга и возникает паралич. Угнетается также передача возбуждения с окончания двигательного нерва на мышцу через мионевральный синапс (мышечная пластинка).

Передачу возбуждения в нервных и нервно-мышечных синапсах блокирует кураре (д-тубокурарин).

Нарушение функций тормозных синапсов

Тормозные синапсы отличаются от возбуждающих. Тормозной медиатор (например, глицин) выделяется в синаптическую щель при возбуждении пресинаптического окончания из его гранул. Медиатор действует на постсинаптическую мембрану и способствует проведению ионов калия через эту мембрану в синаптическую щель, а ионов хлора — из щели внутрь нервной клетки. Передвижение ионов приводит к гиперполяризации постсинаптической мембраны, которая противодействует ее деполяризации, вызываемой возбуждающими импульсами. В этом заключается механизм торможения нервной клетки.

Нарушение функции тормозных синапсов и соответственно процессов торможения в нервных клетках возникает вследствие повреждения пре-или постсинаптических окончаний бактериальными токсинами, вирусами, растормаживающими ядами (стрихнин, столбнячный токсин и др.). При этом возможны различные формы повреждений. Могут нарушаться процесс выработки тормозного медиатора, поступление его в синаптическую щель, процессы передвижения ионов калия и хлора через постсинаптическую мембрану. Это в свою очередь влияет на гиперполяризацию постсинаптической мембраны, которая определяет постсинаптическое торможение. Примером является нарушение процессов торможения в спинном мозге при столбняке. Столбнячный токсин блокирует выход тормозного медиатора из окончаний тормозных нейронов в синаптическую щель, в результате чего торможение мотонейронов при раздражении чувствительных нервов снижается. Стрихнин блокирует рецепторы тормозного передатчика (глицина). Любое слабое раздражение (например, шлепок) может вызвать приступ судорог у животного, отравленного столбнячным токсином или стрихнином.

Патологический парабиоз

Парабиоз — реакция, занимающая промежуточное положение между нормальной деятельностью нервного субстрата и его смертью. Это наглядно выражено в следующей схеме Н. Е. Введенского:

Парабиоз

По отношению к любой части нервной системы (нервный ствол, нервное окончание, нервная клетка) физиологическим парабиозом будет обратимая реакция, при которой данный нервный субстрат может возвратиться к нормальному деятельному состоянию. Патологический парабиоз — это необратимая реакция, приводящая данный нервный субстрат к смерти.



В целом организме, однако, оценка парабиотической реакции как реакции патологической более сложна. Патологической может оказаться и обратимая парабиотическая реакция, если она приведет только к ограничению приспособительной- деятельности нервной системы. Таким образом, в одних условиях существования организма парабиотическая реакция одной и той же длительности и интенсивности может быть физиологической, в других условиях — патологической. Например, патологическим следует считать парабиотическое состояние чувствительных нервных окончаний кожи во время зуда при экземе или старческом зуде. Зуд резко нарушает состояние больного, снижает работоспособность, вызывает невроз.

Патологический парабиоз имеет те же стадии развития, что и парабиоз физиологический. Наиболее общим отличием всех стадий парабиоза патологического от парабиоза физиологического является их относительно большая длительность и в некоторых случаях необратимость развития.

Задержка развития парабиоза в той или иной стадии является основой для развития патологических очагов застойного возбуждения, различных следовых реакций, изолированных больных пунктов коры головного мозга и прочих патологических состояний нервной системы. Особое значение для характеристики патологических форм парабиоза Н. Е. Введенский придавал парадоксальной стадии этой реакции, так как она извращает реакцию на раздражитель.

Патологический парабиоз наблюдается при заболеваниях скелетных мышц, называемых миастенией, миотонией, а также при интоксикационных (алкогольных) невритах и некоторых других отравлениях. Состояние патологического парабиоза концевой пластинки отличается в этих случаях от парабиоза физиологического тем, что переход от оптимума к пессимуму появляется при более низких частотах электрических стимулов при раздражении соответствующего двигательного нерва и при меньшей их силе, чем в нормальных условиях.

При миастении концевые пластинки (мионевральные синапсы) находятся в состоянии резко сниженной лабильности, соответствующей тормозящей стадии парабиоза. В результате уже обычные ритмы раздражения, например 60—80 в секунду, получаемые мышцей из коры головного мозга при произвольном ее сокращении или раздражении фарадическим током двигательного нерва, очень быстро приводят больную мышцу в состояние пессимума и расслабления. Мышца становится слабой и малоработоспособной.

При миотонии возникает парабиотическое состояние пластинки в стадии экзальтации (парадоксальной). В этом случае возбуждение мышцы импульсами или электрическими стимулами вследствие накопления ацетилхолина вызывает длительное тоническое сокращение. Мышца долго не может расслабиться, например сжатый кулак не разжимается.

Причина этого явления заключается в том, что в парадоксальной стадии возникает наклонность к образованию в мионевральном синапсе длительных ритмических импульсов, приводящих мышцы в состояние тонического (медленного, червеобразного) сокращения.