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脊椎動物の有髄神経線維における興奮と伝導のプロセスは、不連続で塩分を含んだ特徴を持っています。 これらの特徴は、間違いなく、これらの神経線維の以下の組織学的および生理学的特性に由来しています。

• 神経線維の軸筒を覆っているミエリン鞘は、ランビエの各節でほぼ規則的に途切れている。
• これらの神経線維の内部および周囲での電流の流れは、軸筒をミエリン鞘で絶縁することによって制限される。
• ランヴィエの節の軸筒の皮質層は、外側に向けられた電流の通過に応じて、すべてまたは1つの方法で活動電位を生成することができる。
• ランビエルの1つの節で発生した活動電位は、隣接する節で外向きの強い電流のパルスを発生させます。

• 1 ミエリン鞘とランヴィエの節
• 2 ミエリン鞘による軸筒の電気的絶縁
• 3 ミエリン鞘を通る電流の静電的な流れ
• 4 ランヴィエの節の興奮に伴う内向きの電流
• 5 1つの節によるall-or-noneの活動電位の生成
• 5 1つの節によるall-or-noneの活動電位の生成。
• 6 神経伝導の安全マージン
• 7 塩基性伝導 – 歴史的な物語
• 8 参考文献
• 9 関連項目

ミエリン鞘とランビエの節

ミエリン鞘による軸索の電気的絶縁

ミエリン鞘とランビエの節。ミエリン鞘による円柱の電気絶縁

1934年。

1934年、G.加藤の研究室で、ヒキガエルの腓腹筋を支配する運動神経繊維を外科的に分離する技術が開発された直後のことです。

1934年、加藤の研究室でヒキガエルの腓腹筋を支配する運動神経線維を外科的に分離する技術が開発された直後に、久保満男と小野信男によって、ミエリン鞘が刺激電流の効果に強い影響を与えるという発見がなされました。

図1：運動神経線維を興奮させるための長い電流パルスの閾値強度をランビエの節からの距離に対してプロットしたもの。 Bは電池を表す。 刺激用の陰極（先端直径100 ㎜のピペット電極）を生理食塩水の浅いプールの中で神経線維に沿って段階的に移動させた。

生理食塩水の浅いプールに浮かべた神経線維に流す電流パルスの閾値をピペット電極で測定したところ、刺激陰極を節の一つに近づけると閾値が急激に小さくなり、電極の先端を隣り合う節の中間に置くと閾値が急激に大きくなることが分かりました。

• ミエリン鞘のオーム抵抗は非常に高い。
• 興奮プロセスは、ノードにおける外向きの電流の流れによって神経線維から誘発される。

ミエリン鞘を通る電流の静電容量式

第二次世界大戦の少し前に、周囲の生理食塩水を狭い空隙を利用して独立したプールに分割することで、神経線維の短いセグメントから得られる活動電流を記録できることがわかった（図2参照）。

図2：左：単離された神経線維の有髄の短い部分（長さ1mm）からの活動電流を記録するための装置と得られた記録の一例を示す模式図。 右図。 ランビエの節を含む短い神経線維からの活動電流の記録。

図の左側の記録は、神経線維の短い有髄領域を通過する電流の時間経過を示しています。 一過性の外向き電流の2つのピークの間隔が、節間伝導時間（～2mm/20mm/msec）と一致していることに注目。 この2つのピークは、上図のノード\{1}\とノード\{2}\で活動電位が発生したときに、ミエリン鞘を介して容量性の電流が流れることで生じることが明らかになった。

ランビエの節の興奮に伴う内向きの電流

図2（右）は、ランビエの節（N_{1}\）を含む神経線維の短い部分の表面を流れる活動電流の時間経過を示しています。 インパルスがその部分を通過している時に記録される。

この最初の上向きの変化は、近位の節（N_{0}\）で活動電位が発生したときの外向きの電流を表していることがわかります。

遠位プールと中間プールの生理食塩水に加えた麻酔液の効果を調べたところ、急激な下向きの偏向は、中間ノードでの活動電位の発生によって開始され、遠位ノードでの活動電位の発生によって終了する内向きの電流であることが示された。

単一のランビエル結節による all-or-none の活動電位の生成

単一のランビエル結節で発生した活動電位は、分離した神経線維の遠位部を高入力インピーダンスのアンプに接続した後、研究対象の結節の近位側のすべての結節を麻酔することで記録することができる（図3参照）。

ここで、生理食塩水のプール（N_{1}\）と神経線維の近位部（生理食塩水のプールとは狭いエアギャップで隔てられている）の間に短時間の電圧パルスを印加することで、ノード\から電気的な反応を引き出します。 観察された活動電位の振幅は約110mVで、急激な上昇局面と緩やかな下降局面を繰り返し、最後にやや加速して電位が下降した。

神経伝導の安全マージン

神経線維の1つの節で活動電位が発生すると、興奮した節と隣接する静止した節の間を局所的に循環する電流の流れが生じます。 隣接する節で発生する外向きの電流は、静止状態の節を興奮させるのに必要なレベルよりもはるかに強いことが繰り返し証明されている。 言い換えれば、局所電流によるノードの連続的な再刺激のプロセス（Strömchen, Hermann, 1879）は、かなりの安全性を持って進行する。 この関連で、ミエリン鞘を通る電流の容量性の流れが、1つのノードから次のノードに飛び移るための興奮プロセス(すなわち、e.m.f.の急激な変化)に必要な時間に厳しい下限を課していることを覚えておく必要があります。

saltatory conduction – a historical narrative

1938年の冬、筆者（田崎一）は東京の慶応義塾大学の生理学研究室で、孤立した単一の神経線維に対する麻酔薬の効果の研究を進めていました。 当時、神経線維はミエリン鞘で電気的に絶縁されており、ランビエ結節で軸筒の絶縁されていない面を電流が外向きに流れることで、伝播性神経インパルスが発生することを示す十分な証拠がありましたが、3極刺激法による単一神経線維の実験では、神経線維がミエリン鞘で電気的に絶縁されていることがわかりました。

ある日の夕方、著者は、運動神経線維-腓腹筋標本のランビエの単一節を含む短い部分に、3 mM コカイン-リンゲル液を適用して、その効果を調べることにしました。

単一の節にコカイン-リンゲル液を塗布した直後、使用したコカイン濃度は研究対象の節を完全に無興奮状態にするのに十分な高さであることが実証されました。 神経線維に刺激的なショックを与えたときの効果を調べたところ、驚くべきことに、麻酔液によって伝導が遮断されることはないことがわかり、非常に興奮しました。 つまり、神経線維の近位部で誘発された神経インパルスは、全く興奮しない1つの節を越えて、神経線維の遠位部に伝導されたのである。

当時は、神経線維の不活性領域を神経インパルスがどのようにして通過するのかという疑問がありました。

当時、ほとんどの生理学者は、神経インパルスは軸筒の内部を連続的に走行するという仮定を受け入れていました。

上記のような驚くべき実験事実が明らかになったとき、この古くから広く受け入れられていた仮定の妥当性が疑われなければならないことがすぐにわかりました。

さらに実験を進めると、次のような事実が判明しました。

• 麻酔部位に機械的または浸透圧的な損傷を与えると、その部位を横切る神経伝導が速やかに遮断される。
• 麻酔液を神経線維の有髄部分のみに塗布しても、神経線維の興奮性には大きな変化はない。
• 連続する2つの節を含む神経線維の一部に麻酔をかけると、伝導ブロックが時々起こる。
• 3つ以上のノードが重度の麻酔領域に含まれる場合、その領域を横切る神経インパルスの伝導は観察できません。

これらの実験結果を合理的に理解することは難しいことではありませんでした。 これらの実験が行われる少し前に、A L. Hodgkin (1937) は、カエルの坐骨神経（幹）を機械的に圧迫することで誘発される伝導遮断のメカニズムを調べ、得られた結果をHermannの局所電流理論に基づいて説明しました。 このことから、ヘルマンの理論は、上述の実験結果のすべてを完全に納得のいく形で説明できることがわかりました。 その説明とは次のようなものです。

「通常のリンゲル液に浸されたノードで発生した活動電位は、隣接するノードに外向きの電流の流れを発生させる。 この電流は非常に強く、1つまたは2つの節を含む麻酔領域で徐々に減衰した後でも、麻酔領域の遠位側にある最初の正常な節を興奮させることができる。 近位の正常なノードから生じる外向きの電流が、麻酔領域の遠位側のノードにとって閾値以下になると、伝導ブロックが起こります。”

実際、遠位結節に加えた試験電撃の閾値強度を測定することにより、伝導ブロックが実際に起こるときには、予想されるかろうじて閾値以下の電流が遠位結節を横断していることが決定的に証明されました。 さらに、神経線維の外側にある塩水が、連続する節の再刺激の過程で、電流の経路として直接関与していることを示す証拠が提示された。 このような塩類伝導に関する初期の観察結果をまとめた原稿はアメリカに送られ、1939年にAmerican Journal of Physiology誌に掲載されました。

その後、著者は、自分で製作した陰極線オシロスコープを使って、孤立した単一の神経線維の活動電流を記録することで、これらの初期の観察を繰り返し、確認し、拡張しました。 この成果を出版する際には、当時の世相からくる新たな困難を乗り越えなければならなかった。 ドイツ語で書かれた最初の2つの原稿は、アメリカでの出版が不可能になったため、シベリア鉄道を使ってドイツのフランクフルトに送らなければならなかった。 1941年にシベリア鉄道が使えなくなると、原稿は南アメリカ経由で潜水艦でフランクフルトに送られた。

図4：田崎一二博士。