МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БИОФИЗИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ РИТМИЧЕСКОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Кольс О. Р., Максимов Г. В., Ревин В. В.
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики, 119899, Москва, Воробьёвы Горы, Россия;; Мордовский государственный университет, биологический факультет , 430019, Саранск,Ульянова, 26-б, Россия
Одна из актуальных проблем биофизики сложных систем - исследование взаимосвязи
физиологических функций органов и физико-химических процессов (структурно-метаболических
перестроек) в клетках и тканях. Вся жизнедеятельность связана в значительной
мере с ритмическими процессами нервной системы - спонтанной и вызванной
ритмической активностью (РА). В первом случае РА эндогенного происхождения
и обусловлена совокупностью множества внутриклеточных процессов, во втором
- РА связана с трансформацией рецепторного сигнала и проявляется в виде
рядов распространяющихся импульсов - потенциалов действия (ПД). С РА связан
важнейший биологический феномен - передача информации и координация функций
организма. Носителем информации служат ряды и пачки импульсов, распространяющихся
по нервам (ритмическое возбуждение - РВ). Как правило, расшифровка механизма
РВ осуществляется на стыке физиологии и биофизики, а методологический подход
такого исследования включает несколько этапов. Первый этап - феноменология
РВ: электрофизиологическая характеристика рядов импульсов, скорости их
распространения, временные параметры ПД, трансформация ритма раздражения,
усвоение ритма и т.п. [1]. Второй этап - электрохимическое исследование
механизмов генерации и распространиея одиночного ПД, работы ионных каналов,
”воротный механизм” и т.п. Эти два этапа создают основу для перехода к
третьему, комплексному, этапу - исследованию биофизических механизмов РВ.
При этом не следует упускать из виду, что при нормальном функционировании
возбудимых клеток используется широкий спектр частот РВ, а одиночный ПД
практически не встречается. В ходе третьего этапа на передний план выходят
исследования физико-химических и биохимических процессов, обеспечивающих
способность нервов проводить РВ различной частоты и длительности, т.е.
восстановления исходного состояния клетки по мере проведения РВ. При этом
существенная роль отводится различным компонентам нерва - аксонам, шванновским
клеткам, миелину и межклеточному пространству. В настоящее время в ходе
такого комплексного исследования уже выявлены не только специфические изменения
ионного транспорта и энергообеспечения нервного волокна, но и изменения
поверхностного заряда, вязкости и фосфолипидного состава клеточных мембран,
обусловленные запуском внутриклеточных ферментативных систем (фосфолипаза
С и Д, протеинкиназа С), генерализованными изменениями упорядоченности
мембранных фосфолипидов и кластеризацией мембранных белков [2,3].
- Кольс О.Р., Максимов Г.В., Раденович Ч.Н. Биофизика ритмического возбуждения.
МГУ, М., 1993, 206c.
- Максимов Г.В., Орлов С.Н. Транспорт ионов кальция при функционировании
нервного волокна: механизмы и регуляция. МГУ, М., 1994, 88c.
- Ревин В.В., Максимов Г.В., Кольс О.Р. Физиология и биофизика мембранных
процессов. Мордовский ГУ, Саранск, 1995, 96c.