Фізіологія людини - Вільям Ф. Ґанонґ 2002

Фізіологія нервових і м'язових клітин
Синаптичне і контактне передавання
Синаптичне передавання - Синаптична пластичність і навчання

Унаслідок попередніх впливів на збудження, що надходить до синапса, в ньому можуть виникати тривалі функціональні зміни, тобто синаптична провідність може посилюватись або послаблюватись на підставі досвіду. Такого типу зміни становлять значний інтерес, оскільки вони, очевидно, є в основі певних форм навчання і пам’яті (див. Розділ 16). За локалізацією зміни поділяють на пресинаптичні і постсинаптичні.

Посттетанічна потенціація

Однією з форм пластичності є посттетанічна потенціація - збудження постсинаптичних потенціалів у відповідь на подразнення. Такий ефект триває до 60 с і виникає після короткочасного тетанічного стимулювання пресинаптичного нейрона. Тетанічне стимулювання зумовлює накопичення в пресинаптичному нейроні Са²⁺ до такого рівня, що внутрішньоклітинні сайти, завдяки яким утримується низький рівень цитоплазматичного Са²⁺, повністю заблоковані.

Звикання

У випадку подразника невисокого рівня, що раз за разом повторюється, відповідь на цей подразник поступово послаблюється (звикання). Це зумовлене зниженням рівня виділення пресинаптичними закінченнями нейротрансмітера, що настає внаслідок зменшення кількості внутрішньоклітинного Са²⁺, спричиненого поступовим інактивуванням Са²⁺-каналів. Цей процес може бути короткотривалим або ж пролонгованим, якщо такий, невисокого рівня, подразник діє багато разів.

Рис. 4-33. Утворення і дія CO in vivo.

Сенсибілізація

Сенсибілізація полягає у виникненні тривалих посилених постсинаптичних реакцій на подразник, до якого в тварини розвинулось звикання, за умови, що його поєднано один або декілька разів зі шкідливим подразником. Принаймні в морського слимака Aplysia шкідливий подразник зумовлює збудження в серотонінових нейронах, що мають кінці на пресинаптичних закінченнях чутливих нейронів (див. вище).

Сенсибілізація може виникати як тимчасове реагування, або ж, якщо її підтримують додатковим поєднанням шкідливого та ініціювального подразників, виявляти властивості короткотривалої чи довготривалої пам’яті. Короткотривалу сенсибілізацію зумовлює Са²⁺-залежна зміна активності аденілатциклази, що веде до збільшення утворень цАМФ. У разі довготривалої потенціації стимульовані процеси синтезу білків, ріст та кількість пре- і постсинаптичних нейронів та їхніх зв’язків, що беруть участь у цьому процесі.

Довготривала потенціація

Довготривала потенціація (ДТП) - це стійке, що швидко розвивається, підсилення постсинаптичних потенціалів, яке виникає у відповідь на пресинаптичне подразнення після короткого періоду частого стимулювання пресинаптичного нейрона. Це явище нагадує посттетанічну потенціацію, проте набагато пролонгованіше і може тривати навіть декілька днів. На відміну від посттетанічної потенціації, довготривала потенціація ініційована збільшенням внутрішньоклітинної концентрації Са²⁺ більше в постсинаптичному нейроні, ніж у пресинаптичному. Виникає ДТП в багатьох відділах нервової системи, проте найдетальніше її вивчено в гіпокампі. У колатеральних синапсах Шаффера (дендритах пірамідних клітин ділянки СА₁ гіпокампа) глютамат, що виділяють пресинаптичні терміналі, зумовлює деполяризацію в постсинаптичних нейронах, діючи переважно на АМПА-рецептори. Це сприяє блокуванню магнієм NMDA-рецепторів, проникненню Са²⁺ разом з Na⁺ у нейрон. Катіон Са²⁺ активує кальмодулін, який, відповідно, активує Са²⁺/ кальмодулінкіназу II. Кіназа фосфорилює суміжні АМПА- рецептори, внаслідок чого посилюється їхня провідність. Крім того, ймовірно, що Са²⁺/кальмодулінкіназа змушує якимось чином АМПА-рецептори пересуватись до клітинної мембрани в ділянці синаптичної щілини (рис. 4-34). Уважають, що хімічний сигнал надходить від синаптичного нейрона до пресинаптичного, зумовлюючи довготривале квантове виділення глютамату у відповідь на аферентне подразнення. Вірогідно, цим сигналом слугує арахідонова кислота або NО, однак походження і навіть наявність цього ретроградного сигналу детально не з’ясовані.

Описаний вище механізм досить добре вивчений стосовно синапсів дендритів СА1 клітин морського коника, проте й інші механізми можуть забезпечувати виникнення довготривалої потенціації в інших частинах ЦНС. Щодо цього цікаво, що в разі надходження до постсинаптичного нейрона Са²⁺ через АМПА-рецептори, в ГАМК-ергічних нейронах мигдалеподібного тіла може виникати NMDA - незалежна довготривала потенціація.

Довготривала депресія

Довготривала депресія (ДТД) - це явище, протилежне до довготривалої потенціації. Багато в чому ці явища подібні між собою, проте для ДТД характерне зниження синаптичної провідності. Довготривала депресія виникає у відповідь на повільне подразнення пресинаптичних нейронів і супроводжується меншим підвищенням внутрішньоклітинної концентрації Са²⁺, ніж у разі ДТП. Ймовірно, це зумовлене дефосфорилюванням АМПА-рецепторів, зменшенням їхньої провідності і переміщенням убік від синаптичної ділянки плазматичної мембрани.