Сумація збудження і гальмування нейронами ЦНС
Оскільки, поріг деполяризації мембрани аксонного горбика складає 10-15 мВ, а амплітуда одиночного ЗПСП дорівнює 1 мВ, для виникнення ПД на мембрані аксонного горбика необхідне додавання (сумація) 10-15 ЗПСП: лише тоді деполяризація мембрани дійде до критичного рівня (Екр). В залежності від умов винекнення розрізняють розрізняють два вида сумацій: просторову та часову. Механізм їх розвитку наступний:
1. Просторова сумація – виникає, якщо на тілі одного нейрона одночасно функціонує декілька збудливих синапсів: в кожному із них виникають ЗПСП, які за допомогою місцевих струмів поширюються на мембрану аксонного горбика і там відбувається їх додавання (сумація). Якщо в результаті сумації ЗПСП на мембрані аксонного горбика її деполяризація доходить до критичного рівня, виникає серія ПД – ритмічний розряд нейрона (РРН). Частота ПД тим більша, чим швидше деполяризація дійде до критичного рівня, тобто від інтенсивності сумації ЗПСП.
2. Часова сумація – відбувається на постсинаптичній мембрані кожного збудливого синапса, якщо частота, з якою поширюються ПД по постсинаптичній мембрані (та виникають ЗПСП на постсинаптичній) така, що кожен наступний ЗПСП починається тоді, коли ще не скінчився попередній (частота ПД має бути не менше 66 Гц, так як тривалість ЗПСП 15 мс). Відповідна сумація ЗПСП відбувається й на мембрані аксонного горбика якщо вона доходить до Екр серія ПД. Частоту ПД тут також визначає інтенсивність сумації.
До сумацій здатні не тільки ЗПСП, а й ГПСП ГПСП також додається на тілі нейрона за допомогою часової та просторової сумації. В один і той самий час на тілі нейрона функціонують тисячі збуджуючих та гальмівних синапсів. Взаємодія збудження та гальмування на тілі кожного окремого нейрона відбувається шляхом сумації (просторової та часової). В залежності від переважання сумації ЗПСП чи ГПСП нейрон може перебувати в трьох станах:
- збудження – характеризується генерацією ПД на мембрані аксонного горбика в результаті переважання сумації ЗПСП, деполяризація мембрани дійшла до критичного рівня: чим інтенсивніше протікає сумація ЗПСП, тим швидше деполяризація доходить до Екр, тим частіше ПД в РРН (тобто, тим сильніше збудження нейрона).
- полегшення – характеризується переважанням сумації ЗПСП над ГПСП, але деполяризація мембрани аксонного горбика не доходить до Екр., ΔЕ зменшується, тобто, збудливість нейрона підвищується і наступає стан полегшення.
- гальмування - характеризується переважанням сумації ГПСП над ЗПСП, внаслідок чого величина мембранного потенціалу аксонного горбика підвищується (гіперполяризація мембрани) збільшення порогу деполяризації зменшення збудливості нейрона (гальмування).
Таким чином, за допомогою сумації збудження та гальмування (ЗПСП та ГПСП), кожен нейрон ЦНС здійснює обробку інформації – аналіз аферентних сигналів і синтез РРН (еферентного сигнала). В цьому і полягає фізіологічна роль процесів сумації.
Збудження і гальмування в ЦНС можуть поширюватись по таким нейронним ланцюгам:
1. Лінійні – кожен попередній нейрон передає інформацію наступному. При цьому передача інформації здійснюється:
а) по аксонах нейронів (швидко, точно, без змін);
б) через центральні синапси (тут проходить не тільки передача, а й переробка інформації шляхом сумації ЗПСП і ГПСП).
2. Дивергентні (ті що розходяться) – кожен попередній нейрон передає інформацію багатьом наступним внаслідок дивергенції (розгалуження) аксона. За участю ланцюгів такого роду в ЦНС проходить іррадіація (широке поширення) збудження, що має значення для посилення біологічно важливих сигналів.
3. Конвергентні (ті що сходяться) – такі ланцюги утворюються, коли один нейрон отримує інформацію від багатьох попередніх. За участю таких ланцюгів здійснюються процеси просторової сумації на тілі нейрона.
4. Кільцеві – утворюються, якщо аксон нейрона дає коллатераль, яка передає інформацію вставному нейрону, який, в свою чергу, утворює кільце, передаючи інформацію "першому" нейрону. Якщо вставний нейрон є гальмівним, то розвивається зворотнє гальмування (наприклад, мотонейронів за участю клітин Реншоу); якщо ж вставний нейрон є збуджуючим, то такі ланцюги забезпечують розвиток рефлекторної післядії – за рахунок рециркуляції імпульсів збудження по кільцевому ланцюзі, адекватна рефлекторна реакція продовжується протягом деякого часу після закінчення дії подразника. Таким чином проходить подовження біологічно важливих сигналів в ЦНС.