Procese zaviranja v centralnem živčnem sistemu (CNS) je leta 1962 predstavil kot znanstveno odkritje IM Sechenov. Raziskovalec je ta pojav opazil med preučevanjem upogibnih refleksov žab, katerih vzbujanje je bilo regulirano s kemičnimi reakcijami stimulacije v srednjih predelih možganov. Do danes je priznano, da je takšno vedenje živčnega sistema bistveno za zaščitne reakcije telesa. Hkrati sodobni znanstveniki identificirajo različne stopnje in značilnosti tega procesa. Posebna pozornost je namenjena presinaptičnim in pesimalnim inhibicijam, ki na različne načine vplivajo na koordinacijo refleksov in izvajanje zaščitnih funkcij v živčnih celicah.
Proces inhibicije v CNS kot biokemična reakcija
Sinapse, ki so odgovorne za uravnavanje vzbujanja in draženja, delujejo predvsem s kloridnimi kanali in jih odpirajo. V ozadju te reakcije lahko ioni prehajajo skozi nevronsko membrano. Pri tem procesu je pomembno razumeti pomen Nernstovega potenciala za ione. Enaka je -70 mV, medtem ko je naboj membranskega nevrona v mirnem stanju tudi negativen, vendar že ustreza -65 mV. Ta razlika povzročaodpiranje kanalov za zagotovitev gibanja negativnih ionov iz zunajcelične tekočine.
Med to reakcijo se spremeni tudi membranski potencial. Na primer, lahko naraste na -70 mV. Toda tudi odpiranje kalijevih kanalčkov lahko izzove pesimalno inhibicijo. Fiziologija s procesi regulacije vzbujanja se bo v tem primeru izrazila v gibanju pozitivnih ionov navzven. Postopoma povečujejo svoj negativni potencial, ko izgubljajo mir. Posledično oba procesa prispevata k povečanju negativnih potencialov, kar povzroča dražilne reakcije. Druga stvar je, da bodo v prihodnosti naboje lahko nadzorovali regulativni dejavniki tretjih oseb, zaradi katerih se včasih pojavi učinek zaustavitve novega vala vzbujanja živčnih celic.
presinaptični zaviralni procesi
Takšne reakcije izzovejo zaviranje živčnih impulzov v aksonskih končičih. Pravzaprav je kraj njihovega izvora določil ime te vrste zaviranja - pred kanali, ki sodelujejo s sinapsami. Kot aktivna povezava delujejo aksonski elementi. Tuj akson se pošlje v ekscitatorno celico, ki sprošča zaviralni nevrotransmiter. Slednji vpliva na postsinaptično membrano in izzove procese depolarizacije v njej. Posledično je vnos iz sinaptične špranje globoko v ekscitatorni akson inhibiran, sproščanje nevrotransmiterja se zmanjša in pride do kratkotrajne zaustavitve reakcije.
Prav na tej stopnji včasih pride do pesimalne inhibicije,kar je mogoče videti kot ponavljajoče se. Razvija se v primerih, ko se primarni proces vzbujanja v ozadju močne depolarizacije ne ustavi pod vplivom več impulzov. Kar zadeva zaključek presinaptične reakcije, doseže svoj vrh po 15-20 ms in traja približno 150 ms. Blokiranje takšne inhibicije zagotavljajo konvulzivna strupa - pikrotoksin in bikulin, ki nasprotujeta aksonskim mediatorjem.
Lokalizacija v oddelkih CNS se lahko prav tako razlikuje. Praviloma se presinaptični procesi pojavljajo v hrbtenjači in drugih strukturah možganskega debla. Stranski učinek reakcije je lahko povečanje sinaptičnih veziklov, ki jih sproščajo nevrotransmiterji v ekscitatornem okolju.
Vrste presinaptičnih procesov inhibicije
Praviloma se razlikujejo stranske in povratne reakcije te vrste. Poleg tega se strukturna organizacija obeh procesov v veliki meri zbliža s postsinaptično inhibicijo. Njihova temeljna razlika je posledica dejstva, da se vzbujanje ne ustavi pri samem nevronu, temveč pri pristopu k njegovemu telesu. Med lateralno inhibicijo je za reakcijsko verigo značilen vpliv ne le na tarčne nevrone, na katere vzbujanje vpliva, temveč tudi na sosednje celice, ki so lahko sprva šibke in ne vnete. Ta proces se imenuje lateralni, ker je mesto vzbujanja lokalizirano v stranskih delih glede na nevron. Podobni pojavi se pojavljajo v senzoričnih sistemih.
Kar zadeva reakcije obratnega tipa, je njihov primer še posebej opazna odvisnost vedenjaživčne celice iz virov impulzov. Na nek način lahko nasprotno tej reakciji imenujemo pesimalna inhibicija. Fiziologija osrednjega živčnega sistema v tem primeru določa odvisnost narave toka vzbujanja ne toliko od virov kot od pogostosti dražljajev. Povratna inhibicija predvideva, da bodo mediatorji aksonov usmerjeni na ciljne nevrone preko več kolateralnih kanalov. Ta postopek se izvaja na principu negativne povratne informacije. Mnogi raziskovalci ugotavljajo, da je to potrebno za možnost samoregulacije vzbujanja nevronov s preprečevanjem konvulzivnih reakcij.
Pessimal zavorni mehanizem
Če je zgoraj obravnavani presinaptični proces določen z interakcijo posameznih celic z drugimi viri draženja, potem bo v tem primeru ključni dejavnik odziv nevronov na vzbujanje. Na primer, s pogostimi ritmičnimi impulzi se lahko mišične celice odzovejo s povečanjem draženja. Ta mehanizem se imenuje tudi pesimalna inhibicija Vvedenskega po znanstveniku, ki je odkril in oblikoval to načelo interakcije med živčnimi celicami.
Za začetek velja poudariti, da ima vsak živčni sistem svoj optimalni prag vzbujanja, ki ga stimulira stimulacija določene frekvence. Ko se ritem impulzov poveča, se bo povečala tudi tetanično krčenje mišic. Poleg tega obstaja tudi stopnja povečanja frekvence, pri kateri se živci nehajo dražiti in preidejo v fazo sproščanja, kljub nadaljevanjuvznemirljivi procesi. Enako se zgodi, ko se intenzivnost delovanja mediatorjev zmanjša. Lahko rečemo, da gre za reverzni regenerativni mehanizem pesimalne inhibicije. V tem kontekstu je treba fiziologijo sinaps upoštevati glede na značilnosti labilnosti. V sinapsah je ta kazalnik nižji kot v mišičnih vlaknih. To je posledica dejstva, da prevajanje vzbujanja določajo procesi sproščanja in nadaljnjega cepljenja mediatorja. Glede na obnašanje določenega sistema se lahko takšne reakcije pojavljajo z različno hitrostjo.
Kaj je optimalno in kaj pesimum?
Na mehanizem prehoda iz stanja vzbujanja v inhibicijo vpliva veliko dejavnikov, od katerih je večina povezanih z lastnostmi dražljaja, njegovo močjo in frekvenco. Začetek vsakega vala lahko spremeni parametre labilnosti, ta popravek pa je določen tudi s trenutnim stanjem celice. Na primer, pesimalna inhibicija se lahko pojavi, ko je mišica v fazi povzdigovanja ali ognjevzdržnosti. Ti dve stanji sta opredeljeni s konceptoma optimuma in pesimuma. Kar zadeva prvo, v tem primeru značilnosti impulzov ustrezajo indikatorju labilnosti celic. Po drugi strani pesimum nakazuje, da bo labilnost živca manjša od labilnosti mišičnih vlaken.
V primeru pesimuma je lahko posledica vpliva prejšnjega draženja močno zmanjšanje ali popolna blokada prehoda ekscitatornih valov iz živčnih končičev v mišico. Posledično bo tetanus odsoten in pojavila se bo pesimalna inhibicija. Optimum in pesimum pri temkontekst se razlikujejo po tem, da bo pri enakih parametrih stimulacije vedenje mišice izraženo bodisi v krčenju ali sprostitvi.
Mimogrede, optimalna moč se imenuje največja kontrakcija vlaken pri optimalni frekvenci vzbujevalnih signalov. Vendar pa povečanje in celo podvojitev udarnega potenciala ne bo vodilo do nadaljnjega krčenja, temveč bo nasprotno zmanjšalo intenzivnost in čez nekaj časa umirilo mišice. Vendar pa obstajajo nasprotne ekscitatorne reakcije brez dražilnih nevrotransmiterjev.
Pogojna in brezpogojna inhibicija
Za popolnejše razumevanje odzivov na dražljaje je vredno razmisliti o dveh različnih oblikah zaviranja. V primeru pogojnega odziva se domneva, da se bo refleks pojavil z malo ali brez okrepitve brezpogojnih dražljajev.
Ločeno je vredno razmisliti o diferencialni pogojeni inhibiciji, pri kateri bo prišlo do sproščanja dražljaja, koristnega za telo. Izbira optimalnega vira vzbujanja je določena s predhodnimi izkušnjami interakcije z znanimi dražljaji. Če se spremeni narava pozitivnega delovanja, bodo tudi refleksne reakcije prenehale delovati. Po drugi strani pa brezpogojna pesimalna inhibicija zahteva, da celice takoj in nedvoumno reagirajo na dražljaje. Vendar pa se v pogojih intenzivnega in rednega vpliva istega dražljaja orientacijski refleks zmanjša in tudi prekočasa, ne bo reakcije zaviranja.
Izjeme so dražljaji, ki dosledno nosijo pomembne biološke informacije. V tem primeru bodo refleksi zagotovili tudi odzivne signale.
Pomen procesov zaviranja
Glavna vloga tega mehanizma je omogočiti sintezo in analizo živčnih impulzov v CŽS. Po obdelavi signalov se funkcije telesa uskladijo, tako med sabo kot z zunanjim okoljem. Tako je dosežen učinek koordinacije, vendar to ni edina naloga zaviranja. Zato je varnostna ali zaščitna vloga zelo pomembna. Lahko se izrazi v depresiji centralnega živčnega sistema z aferentnimi neznatnimi signali v ozadju pesimalne inhibicije. Mehanizem in pomen tega procesa se lahko izrazi v usklajenem delu antagonističnih centrov, ki izključujejo negativne dejavnike vzbujanja.
Povratna inhibicija pa lahko omeji frekvenco motonevronskih impulzov v hrbtenjači, pri čemer ima tako zaščitno kot usklajevalno vlogo. V enem primeru so impulzi motoričnih nevronov usklajeni s hitrostjo krčenja inerviranih mišic, v drugem primeru pa je preprečeno prekomerno vzbujanje živčnih celic.
Funkcionalni pomen presinaptičnih procesov
Najprej je treba poudariti, da značilnosti sinaps niso konstantne, zato posledic inhibicije ni mogoče šteti za neizogibne. Glede na pogoje se lahko njihovo delo nadaljuje z enim ali drugimstopnja aktivnosti. V optimalnem stanju je pojav pesimalne inhibicije verjeten s povečanjem frekvence dražilnih impulzov, vendar, kot kažejo analize vpliva prejšnjih signalov, lahko povečanje intenzivnosti povzroči tudi sprostitev mišičnih vlaken. Vse to kaže na nestabilnost funkcionalnega pomena inhibicijskih procesov na telesu, ki pa jih je glede na pogoje mogoče izraziti precej specifično.
Na primer, pri visokih frekvencah stimulacije je mogoče opaziti dolgoročno povečanje učinkovitosti interakcije med posameznimi nevroni. Tako se lahko manifestira funkcionalnost presinaptičnega vlakna in zlasti njegova hiperpolarizacija. Po drugi strani pa se v sinaptičnem aparatu pojavljajo tudi znaki postaktivacijske depresije, ki se bodo izrazili v zmanjšanju amplitude ekscitatornega potenciala. Ta pojav se lahko pojavi tudi v sinapsah med pesimalno inhibicijo v ozadju povečane občutljivosti na delovanje nevrotransmiterja. Tako se kaže učinek desenzibilizacije membrane. Plastičnost sinaptičnih procesov kot funkcionalna lastnost lahko določa tudi nastanek nevronskih povezav v CŽS in njihovo krepitev. Takšni procesi pozitivno vplivajo na mehanizme učenja in razvoja spomina.
Lastnosti postsinaptične inhibicije
Ta mehanizem se pojavi v fazi, ko se nevrotransmiter sprosti iz verige, kar se izraža kot zmanjšanje razdražljivosti membran živčnih celic. Po mnenju raziskovalcev je ta vrsta zaviranjase pojavijo v ozadju primarne hiperpolarizacije nevronske membrane. Ta reakcija izzove povečanje prepustnosti postsinaptične membrane. V prihodnosti hiperpolarizacija vpliva na membranski potencial in ga spravi v normalno uravnoteženo stanje - to pomeni, da se kritična raven razdražljivosti zmanjša. Hkrati lahko govorimo o prehodni povezavi v verigah post- in presinaptične inhibicije.
Pesimalne reakcije v takšni ali drugačni obliki so lahko prisotne v obeh procesih, vendar so zanje bolj značilni sekundarni valovi draženja. Po drugi strani pa se postsinaptični mehanizmi razvijajo postopoma in ne puščajo refraktornosti. To je že zadnja stopnja inhibicije, čeprav se ob vplivu dodatnih impulzov lahko pojavijo tudi procesi povratnega povečanja razdražljivosti. Praviloma se pridobivanje začetnega stanja nevronov in mišičnih vlaken zgodi skupaj z zmanjševanjem negativnih nabojev.
Sklep
Inhibicija je poseben proces v centralnem živčnem sistemu, tesno povezan z dejavniki draženja in vzbujanja. Z vso aktivnostjo interakcije nevronov, impulzov in mišičnih vlaken so takšne reakcije precej naravne in koristne za telo. Strokovnjaki zlasti opozarjajo na pomen inhibicije za ljudi in živali kot sredstva za uravnavanje vzbujanja, usklajevanje refleksov in izvajanje zaščitnih funkcij. Sam proces je precej zapleten in večplasten. Opisani tipi reakcij tvorijo njegovo osnovo in naravo interakcije med udeležencidoločeno z načeli pesimalne inhibicije.
Fiziologija takšnih procesov ni določena le z zgradbo centralnega živčnega sistema, temveč tudi z interakcijo celic z zunanjimi dejavniki. Na primer, glede na zaviralni mediator lahko sistem daje različne odzive, včasih pa tudi z nasprotno vrednostjo. Zaradi tega je zagotovljeno ravnovesje interakcije nevronov in mišičnih refleksov.
Študij v tej smeri še vedno pušča številna vprašanja, pa tudi na splošno delovanje človeških možganov. Toda danes je očitno, da so mehanizmi zaviranja pomembna funkcionalna komponenta pri delu osrednjega živčnega sistema. Dovolj je reči, da se brez naravne regulacije refleksnega sistema telo ne bo moglo v celoti zaščititi pred okoljem, saj je v tesnem stiku z njim.
