Методологические аспекты биофизического исследования ритмического возбуждения

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].

1. Кольс О.Р., Максимов Г.В., Раденович Ч.Н. Биофизика ритмического возбуждения. МГУ, М., 1993, 206c.
2. Максимов Г.В., Орлов С.Н. Транспорт ионов кальция при функционировании нервного волокна: механизмы и регуляция. МГУ, М., 1994, 88c.
3. Ревин В.В., Максимов Г.В., Кольс О.Р. Физиология и биофизика мембранных процессов. Мордовский ГУ, Саранск, 1995, 96c.