Ранее мы описывали принципы появления и действия биологического электричества, благодаря которому возможна активность нашей нервной системы. Однако поток заряженных частиц эффективен лишь на протяжении одного нервного волокна, но оно рано или поздно прерывается, оканчиваясь значительным расстоянием до следующего нейрона. Как же передать процесс возбуждения дальше и на каком языке общаются друг с другом наши нейроны? Об этом сегодня и поговорим
Место прилегания двух способных к активации клеток в медицине называется синапсом. Его можно представить в виде щели между клетками той или иной ширины, через которую происходит процесс передачи нервного импульса. В зависимости от расстояния между соседями, процесс передачи возбуждения может отличаться. Так, при наличии дистанции около 3,5 нанометров, нервный импульс может перепрыгнуть на другую клетку посредством уже упомянутого биологического электричества, представляющего собою поток ионов (заряженных частиц). Как уже говорилось, подобный процесс сопровождается появлением электрического поля, способного активировать участки отдаленные от места первичного возникновения стимула, и ширины этого поля достаточно для активации соседней клетки при плотном ее прилегании к другой. Но даже в таком случае клетки обзаводятся особыми структурами - коннексами. По своей структуре это простые ионные каналы, имеющиеся в каждой клетке, но главной их особенностью является их принадлежность к обоим соседним клеткам. То есть соседи соединены между собою одним общим туннелем, поэтому активация этого прохода с одной стороны непременно приведет к изменениям с другой. Запускается известный нам процесс деполяризации и нервный импульс распространяется дальше уже по новой клетке.
Но что делать, если расстояние между клетками большое, а передать возбуждение все же необходимо? Общий ионный канал в таком случае окажется очень нестабильной структурой, как мост без опоры, а размера электрического поля будет недоставать, чтобы возбудить столь далекий участок клеточной мембраны. В таком случае природа предусмотрела переход энергии из одной в другую, и передача сигнала переключается с электрической на химическую. Говоря о химическом синапсе, мы всегда предполагаем наличие трех главных компонентов: пресинаптической мембраны (это клетка, дающая сигнал), синаптической щели (непосредственное расстояние между клетками) и постсинаптической мембраны (клетка, воспринимающая сигнал).
В цитоплазме первой клетки содержатся особые везикулы (пузырьки), содержащие в себе вещества, способные вызвать возбуждение второй клетки. Они называются нейротрансмиттерами или, их более популярное наименование, нейромедиаторы. Под действием электрического сигнала везикулы с нейромедиаторами с помощью специальных белков подходят все ближе к пресинаптической мембране, сливаются с ней и открываются в синаптическую щель, высвобождая свое содержимое. В этом пространстве начинается настоящая борьба за выживание, в результате которой часть данного вещества возвращается к первой клетке, часть разрушается ферментами, но оставшаяся часть доходит до второй клетки, к постсинаптической мембране, где взаимодействует с особыми рецепторами. Образуется так называемый комплекс "лиганд-рецептор", который с помощью различных механизмов может вызывать возбуждение новой клетки. Эти механизмы требуют более глубокого рассмотрения, поэтому мы лишь упомянем их в этой теме и обязательно подробно обсудим в одной из будущих статей. В любом случае, данный химический сигнал приводит к активации ионных каналов уже в новом нейроне, что сопровождается образованием электрического поля и дальнейшему распространением сигнала по длинному нервному волокну. Конечно, процесс перехода одного типа передачи возбуждения в другой и обратно требует определенных временных затрат, поэтому нельзя говорить о скорости передачи нервного импульса только по скорости распространения возбуждения по нервному волокну. Но это и логично, как людям требуется время, чтобы начать разговор и понять друг друга, так и нашим клеткам требуются определенные усилия, чтобы пообщаться и поработать на благо организма, хоть для них это и занимает лишь доли миллисекунд.
Природа придумала интересный способ, как совместить казалось бы несовместимое. Порою наши нейроны выходят из под контроля, и тогда их следует притормозить, и, как бы это странным ни казалось, их угнетение также происходит через передачу сигнала посредством нейромедиаторов, только в этом случае они называются тормозными. Среди них наиболее известный гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) и глицин (да, да, тот самый глицин, что пьют студенты и школьники перед экзаменами в надежде улучшить свои мыслительные способности). Механизм их действия состоит в том, что они вызывают не деполяризацию, а гиперполяризацию - процесс более сильный, в результате которого клетка как бы истощается и долгое время (применительно к клеткам) не может отвечать на поступающие стимулы. И казалось бы, как торможение нервной системы может помочь перед экзаменом, но дело тут не столько в неведомом повышении умственных способностей, сколько в простом успокоении. Чем меньше страхов и тревог, тем больше ресурсов наша нервная система может выделить на более важные задачи.