الدافع العصبي ومبدأ انتقاله. الخلايا العصبية الحركية. الدافع العصبي. تشابك عصبي يتم إنشاء نبضة كهربائية في الخلايا العصبية

جهد فعل أو نبضة عصبية ، رد فعل محدد يحدث في شكل موجة مثيرة ويتدفق على طول مسار العصب بأكمله. رد الفعل هذا هو استجابة لمحفز. وتتمثل المهمة الرئيسية في نقل البيانات من المستقبل إلى الجهاز العصبي ، ومن ثم توجيه هذه المعلومات إلى العضلات والغدد والأنسجة المرغوبة. بعد مرور النبض ، يصبح سطح الغشاء مشحونًا سالبًا ، بينما يظل الجزء الداخلي موجبًا. وبالتالي ، فإن التغييرات الكهربائية المرسلة بالتتابع تسمى نبضة عصبية.

يخضع التأثير المحفز وتوزيعه لطبيعة فيزيائية كيميائية. يتم توليد الطاقة لهذه العملية مباشرة في العصب نفسه. هذا يرجع إلى حقيقة أن مرور النبض يستلزم تكوين الحرارة. بمجرد أن يمر ، تبدأ حالة الاضمحلال أو المرجعية. حيث ، لجزء من الثانية فقط ، لا يستطيع العصب إجراء التحفيز. تتراوح السرعة التي يمكن أن يصل بها الدافع من 3 م / ث إلى 120 م / ث.

الألياف التي تمر من خلالها الإثارة لها غمد محدد. بشكل تقريبي ، يشبه هذا النظام كابلًا كهربائيًا. وفقًا لتكوينها ، يمكن أن تكون القشرة النخاعية وغير النخاعية. أهم مكون في غمد المايلين هو المايلين ، الذي يلعب دور العازل الكهربائي.

تعتمد سرعة انتشار النبض على عدة عوامل ، على سبيل المثال ، على سماكة الألياف ، وكلما كانت أكثر سمكًا ، كلما تطورت السرعة بشكل أسرع. عامل آخر في زيادة معدل التوصيل هو المايلين نفسه. لكن في الوقت نفسه ، لا يقع على السطح بالكامل ، ولكن في أقسام ، كما لو كان متشابكًا معًا. وعليه ، بين هذه المناطق هناك تلك التي تبقى "عارية". من خلالهم هناك تسرب للتيار من المحور العصبي.

يُطلق على المحور العصبي عملية ، يتم بمساعدتها نقل البيانات من خلية إلى أخرى. يتم تنظيم هذه العملية بمساعدة المشبك - وهو اتصال مباشر بين الخلايا العصبية أو الخلايا العصبية والخلية. هناك أيضًا ما يسمى بالفضاء المشبكي أو الشق. عندما تصل نبضة مهيجة إلى خلية عصبية ، يتم إطلاق النواقل العصبية (جزيئات التركيب الكيميائي) أثناء التفاعل. يمرون عبر الفتحة المشبكية ، ويصلون في النهاية إلى مستقبلات الخلايا العصبية أو الخلية التي يجب نقل البيانات إليها. لإجراء نبضة عصبية ، هناك حاجة إلى أيونات الكالسيوم ، لأنه بدون ذلك لا يحدث إطلاق الناقل العصبي.

يتم توفير النظام الخضري بشكل أساسي من خلال الأنسجة الخالية من المايلين. ينتشر الإثارة من خلالهم باستمرار وباستمرار.

يعتمد مبدأ النقل على ظهور مجال كهربائي ، وبالتالي ، ينشأ احتمال يهيج غشاء المنطقة المجاورة وما إلى ذلك في جميع أنحاء الألياف.

في هذه الحالة ، لا يتحرك جهد الفعل ، لكنه يظهر ويختفي في مكان واحد. سرعة نقل هذه الألياف هي 1-2 م / ث.

قوانين السلوك

هناك أربعة قوانين أساسية في الطب:

• القيمة التشريحية والفسيولوجية. يتم إجراء الإثارة فقط في حالة عدم وجود انتهاك لسلامة الألياف نفسها. إذا لم يتم ضمان الوحدة ، على سبيل المثال ، بسبب التعدي ، وتعاطي المخدرات ، فمن المستحيل إجراء دفعة عصبية.
• التوصيل المعزول للتهيج. يمكن أن ينتقل الإثارة عبر الألياف العصبية ، ولا تنتشر بأي حال من الأحوال إلى الألياف المجاورة.
• السلوك الثنائي. يمكن أن يكون مسار النبضة من نوعين فقط - الطرد المركزي والجذب. لكن في الواقع ، يحدث الاتجاه في أحد الخيارات.
• التوصيل غير التدريجي. لا تهدأ النبضات ، بمعنى آخر ، يتم إجراؤها بدون إنقاص.

كيمياء توصيل النبض

يتم التحكم في عملية التهيج أيضًا بواسطة الأيونات ، وخاصة البوتاسيوم والصوديوم وبعض المركبات العضوية. يختلف تركيز موقع هذه المواد ، فالخلية مشحونة سلبًا بداخلها وإيجابية على السطح. ستسمى هذه العملية بالفرق المحتمل. عندما تتقلب الشحنة السالبة ، على سبيل المثال ، فإنها تتناقص ، ويحدث فرق في الجهد وتسمى هذه العملية إزالة الاستقطاب.

يستلزم تهيج العصبون فتح قنوات الصوديوم في موقع التهيج. هذا يمكن أن يسهل دخول الجسيمات المشحونة إيجابيا إلى داخل الخلية. وفقًا لذلك ، تنخفض الشحنة السالبة ويحدث جهد فعل أو يحدث نبضة عصبية. بعد ذلك ، يتم إغلاق قنوات الصوديوم مرة أخرى.

غالبًا ما وجد أن ضعف الاستقطاب هو الذي يعزز فتح قنوات البوتاسيوم ، مما يؤدي إلى إطلاق أيونات البوتاسيوم موجبة الشحنة. يقلل هذا الإجراء الشحنة السالبة على سطح الخلية.

تتم استعادة حالة الراحة أو الحالة الكهروكيميائية عند تشغيل مضخات البوتاسيوم والصوديوم ، بمساعدة أيونات الصوديوم التي تغادر الخلية ، ويدخلها البوتاسيوم.

نتيجة لذلك ، يمكننا القول أنه عند استئناف العمليات الكهروكيميائية ، تحدث نبضات تميل على طول الألياف.

ارتبطت دراسة طبيعة الدافع العصبي بصعوبات خاصة ، حيث لا تحدث تغيرات مرئية أثناء مرور النبض على طول العصب. في الآونة الأخيرة فقط ، مع تطوير الأساليب الكيميائية الدقيقة ، كان من الممكن إظهار أنه أثناء توصيل النبض ، يستهلك العصب المزيد من الطاقة ، ويستهلك المزيد من الأكسجين وينبعث منه ثاني أكسيد الكربون أكثر مما هو عليه في حالة الراحة. يشير هذا إلى أن التفاعلات التأكسدية متورطة في توصيل النبض ، أو في استعادة الحالة الأولية بعد التوصيل ، أو في كلتا العمليتين.

عندما وجد قبل حوالي 100 عام أن النبضات العصبية مصحوبة بظواهر كهربائية معينة ، نشأ الرأي القائل بأن الدافع نفسه هو تيار كهربائي. في ذلك الوقت ، كان معروفًا أن التيار الكهربائي ينتقل بسرعة كبيرة ، وبالتالي كان يُعتقد أن سرعة انتشار النبضات العصبية عالية جدًا بحيث لا يمكن قياسها. بعد عشر سنوات ، قام هيلمهولتز بقياس معدل توصيل النبضة عن طريق تحفيز العصب للعضلة على مسافات مختلفة من العضلة وقياس الوقت المنقضي بين التحفيز والانكماش. بهذه الطريقة ، أظهر أن الدافع العصبي ينتشر بشكل أبطأ بكثير من النبضة الكهربائية - في أعصاب الضفدع بسرعة حوالي 30 م / ثانية. هذا ، بالطبع ، يشير إلى أن الدافع العصبي ليس تيارًا كهربائيًا ، مثل التيار في سلك نحاسي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن العصب الميت أو المكسر لا يزال يدير التيار ، لكنه لا يقوم بنبضات عصبية ، وسواء كنا نهيّج العصب بالتيار أو اللمس أو تطبيق الحرارة أو العوامل الكيميائية ، فإن النبضة الناتجة تنتشر "أنا" بمعدل نفس الترتيب من حيث الحجم.من هذا نستنتج أن الدافع العصبي ليس تيارًا كهربائيًا ، ولكنه اضطراب كهروكيميائي في الألياف العصبية. يتسبب الاضطراب الناجم عن التحفيز في قسم واحد من الألياف العصبية في نفس الاضطراب في القسم المجاور وهكذا حتى تصل النبضة إلى نهاية الألياف. وهكذا ، فإن انتقال النبضة يشبه احتراق سلك المصهر: من الحرارة المنبعثة أثناء احتراق جزء من السلك ، يشتعل القسم التالي ، إلخ. في العصب ، يتم لعب دور الحرارة من خلال الظواهر الكهربائية التي تنشأ في قسم واحد ، وتحفز القسم التالي.

يشبه انتقال النبضات العصبية حرق الحبل المصهر في عدة نواحٍ أخرى. لا يعتمد معدل احتراق السلك على مقدار الحرارة المستهلكة عند اشتعاله ، طالما أن هذه الحرارة كافية لإشعال السلك. طريقة الإشعال ليست ذات صلة أيضًا. نفس الشيء مع العصب. لن يستجيب العصب حتى يتم تحفيز حد أدنى معين من القوة عليه ، ولكن الزيادات الإضافية في قوة المنبه لن تتسبب في انتشار الدافع بشكل أسرع. هذا يرجع إلى حقيقة أن طاقة النبضة يتم توصيلها من خلال العصب نفسه ، وليس عن طريق المنبه. تنعكس الظاهرة الموصوفة في قانون "كل شيء أو لا شيء": لا يعتمد الدافع العصبي على طبيعة وقوة المنبه الذي تسبب فيه ، إذا كان للمحفز فقط قوة كافية لإحداث ظهور الدافع. على الرغم من أن سرعة التوصيل لا تعتمد على قوة المنبه ، إلا أنها تعتمد على حالة الألياف العصبية ، ويمكن للمواد المختلفة أن تبطئ من انتقال النبضات أو تجعلها مستحيلة.

لا يمكن إعادة استخدام الحبل المحروق ، في حين أن الألياف العصبية قادرة على استعادة حالتها الأصلية ونقل النبضات الأخرى. ومع ذلك ، لا يمكنها إجراء هذه النبضات بشكل مستمر: بعد إرسال نبضة واحدة ، ينقضي وقت معين قبل أن تتمكن الألياف من نقل النبضة الثانية. تدوم هذه الفترة الزمنية ، التي تسمى فترة المقاومة ، من 0.0005 إلى 0.002 ثانية. خلال هذا الوقت ، تحدث تغيرات كيميائية وفيزيائية ، ونتيجة لذلك تعود الألياف إلى حالتها الأصلية.

بقدر ما نعلم ، فإن النبضات التي تنتقل من جميع الأنواع - الحركية أو الحسية أو المقسمة - متشابهة في الأساس مع بعضها البعض. هذا

الدافع يسبب الإحساس بالضوء ، والآخر - الإحساس بالصوت ، والثالث - تقلص العضلات ، والرابع يحفز النشاط الإفرازي للغدة ، ويعتمد كليا على طبيعة تلك الهياكل التي تأتي إليها النبضات ، وليس على أي ملامح النبضات نفسها.

على الرغم من أنه يمكن تحفيز الألياف العصبية في أي نقطة فيها ، إلا أنه في ظل الظروف العادية ، تحدث الإثارة فقط في أحد طرفيها ، والذي ينتقل منه الدافع على طول الألياف إلى نهايته الأخرى 1. الاتصال بين الخلايا العصبية المتتالية يسمى. تنتقل النبضة العصبية من طرف المحور العصبي لأحد الخلايا العصبية إلى التغصنات التي تليها من خلال الاتصال المشبكي عن طريق إطلاق مادة معينة عند طرف المحور العصبي. تتسبب هذه المادة في ظهور نبضة عصبية في تغصن المحور العصبي التالي. يكون انتقال الإثارة عبر المشبك أبطأ بكثير من انتقاله على طول العصب. في ظل الظروف العادية ، تنتقل النبضات في اتجاه واحد فقط: في الخلايا العصبية الحسية ، تنتقل من الأعضاء الحسية إلى النخاع الشوكي والدماغ ، وفي الخلايا العصبية الحركية ، من الدماغ والحبل الشوكي إلى العضلات والغدد. يتم تحديد الاتجاه بواسطة المشبك ، حيث إن طرف المحور العصبي فقط هو القادر على إطلاق مادة تحفز خلية عصبية أخرى. يمكن لكل ليف عصبي فردي إجراء نبضات في كلا الاتجاهين ؛ مع التحفيز الكهربائي للألياف في مكان ما في الوسط ، تنشأ نبضتان ، أحدهما يذهب في اتجاه والآخر في الآخر (يمكن اكتشاف هذه النبضات بواسطة الأجهزة الكهربائية المناسبة). ولكن فقط الشخص الذي يتجه نحو طرف المحور العصبي يمكنه تحفيز الخلية العصبية التالية في السلسلة. الدافع الذهاب إلى التغصنات "يتوقف" عندما يصل إلى نهايته.

تتشابه العمليات الكيميائية والكهربائية المرتبطة بنقل النبضات العصبية من نواحٍ عديدة مع العمليات التي تحدث أثناء تقلص العضلات. لكن العصب الذي ينقل النبضات يستهلك طاقة قليلة جدًا مقارنةً بالعضلة المتقلصة ؛ الحرارة المتولدة أثناء تهيج العصب لمدة دقيقة واحدة ، محسوبة لكل 1 جرام من الأنسجة ، تعادل الطاقة المنبعثة أثناء أكسدة 0.000001 جرام من الجليكوجين. هذا "يعني أنه إذا احتوى العصب على 1٪ فقط من الجليكوجين كمصدر للطاقة ، فيمكن تحفيزه بشكل مستمر لمدة أسبوع ولن يتم استنفاد إمداد الجليكوجين. ومع وجود إمدادات كافية من الأكسجين ، تصبح الألياف العصبية غير قابلة للتعب عمليًا. مهما كانت الطبيعة . "التعب العقلي" ، لا يمكن أن يكون تعبًا حقيقيًا للألياف العصبية.

نتيجة لتطور الجهاز العصبي للإنسان والحيوانات الأخرى ، نشأت شبكات معلومات معقدة ، وهي عمليات تستند إلى تفاعلات كيميائية. أهم عنصر في الجهاز العصبي هو الخلايا المتخصصة الخلايا العصبية... تتكون الخلايا العصبية من جسم خلية مضغوط يحتوي على نواة وعضيات أخرى. تمتد العديد من العمليات المتفرعة من هذا الجسم. تسمى معظم هذه العمليات التشعبات، بمثابة نقاط اتصال لتلقي الإشارات من الخلايا العصبية الأخرى. عملية واحدة ، عادة الأطول ، تسمى محور عصبيوينقل الإشارات إلى الخلايا العصبية الأخرى. يمكن أن تتفرع نهاية المحور العصبي عدة مرات ، وكل فرع من هذه الفروع الصغيرة قادر على الاتصال بالخلايا العصبية التالية.

تحتوي الطبقة الخارجية للمحور العصبي على بنية معقدة تتكون من العديد من الجزيئات التي تعمل كقنوات يمكن للأيونات أن تتدفق من خلالها داخل الخلية وخارجها. أحد طرفي هذه الجزيئات ، المنحرف ، يلتصق بالذرة المستهدفة. ثم تُستخدم الطاقة من أجزاء أخرى من الخلية لدفع الذرة خارج الخلية ، بينما تُدخل العملية المعاكسة جزيئًا آخر في الخلية. أهمها المضخة الجزيئية ، التي تزيل أيونات الصوديوم من الخلية وتدخل فيها أيونات البوتاسيوم (مضخة الصوديوم والبوتاسيوم).

عندما تكون الخلية في حالة راحة ولا تنقل نبضات عصبية ، تقوم مضخة الصوديوم والبوتاسيوم بنقل أيونات البوتاسيوم إلى الخلية وتسحب أيونات الصوديوم إلى الخارج (تخيل خلية تحتوي على مياه عذبة ومحاطة بمياه مالحة). بسبب هذا الخلل ، يصل فرق الجهد عبر غشاء المحور العصبي إلى 70 مللي فولت (حوالي 5٪ من جهد بطارية AA التقليدية).

ومع ذلك ، عندما تتغير حالة الخلية ويتم تحفيز المحور العصبي بواسطة نبضة كهربائية ، يتم إزعاج التوازن على الغشاء ، وتبدأ مضخة الصوديوم والبوتاسيوم في العمل في الاتجاه المعاكس لفترة قصيرة. تخترق أيونات الصوديوم ذات الشحنة الإيجابية داخل المحور العصبي ، ويتم ضخ أيونات البوتاسيوم. للحظة ، تكتسب البيئة الداخلية للمحور شحنة موجبة. في هذه الحالة ، تتشوه قنوات مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ، مما يمنع التدفق الإضافي للصوديوم ، وتستمر أيونات البوتاسيوم في الخروج ، ويتم استعادة فرق الجهد الأولي. وفي الوقت نفسه ، يتم توزيع أيونات الصوديوم داخل المحور العصبي ، مما يؤدي إلى تغيير الغشاء الموجود في الجزء السفلي من المحور العصبي. في هذه الحالة ، تتغير حالة المضخات الموجودة أدناه ، مما يساهم في زيادة انتشار النبض. يسمى التغيير الحاد في الجهد الناجم عن الحركة السريعة لأيونات الصوديوم والبوتاسيوم إمكانات العمل... عندما يمر جهد الفعل عبر نقطة محددة من المحور العصبي ، يتم تشغيل المضخات واستعادة حالة الراحة.

ينتشر جهد الفعل ببطء نوعًا ما - ليس أكثر من جزء من البوصة في الثانية. من أجل زيادة سرعة انتقال النبضات (لأنه ، بعد كل شيء ، ليس من المناسب أن تصل الإشارة التي يرسلها الدماغ إلى اليد بعد دقيقة واحدة فقط) ، فإن المحاور محاطة بغلاف من المايلين ، مما يمنع التدفق وتدفق البوتاسيوم والصوديوم. غمد المايلين ليس مستمرًا - في فترات معينة توجد فواصل فيه ، ويقفز الدافع العصبي من "نافذة" إلى أخرى ، ونتيجة لذلك ، تزداد سرعة انتقال النبضات.

عندما يصل الدافع إلى نهاية الجسم الرئيسي للمحور العصبي ، يجب أن ينتقل إما إلى الخلية العصبية الكامنة التالية ، أو ، في حالة الخلايا العصبية في الدماغ ، على طول العديد من الفروع للعديد من الخلايا العصبية الأخرى. لمثل هذا النقل ، يتم استخدام عملية مختلفة تمامًا عن نقل النبض على طول المحور العصبي. يتم فصل كل خلية عصبية عن جارتها بواسطة فجوة صغيرة تسمى تشابك عصبى... لا يمكن لإمكانات الفعل القفز فوق هذه الفجوة ، لذا فأنت بحاجة إلى إيجاد طريقة أخرى لنقل النبضة إلى الخلية العصبية التالية. في نهاية كل عملية توجد أكياس صغيرة تسمى ( قبل المشبكي) فقاعات، كل منها يحتوي على مركبات خاصة - الناقلات العصبية... عندما يصل جهد الفعل ، يتم إطلاق جزيئات الناقل العصبي من هذه الحويصلات ، وتعبر المشبك وترتبط بمستقبلات جزيئية معينة على غشاء الخلايا العصبية الأساسية. عندما يتم توصيل ناقل عصبي ، ينزعج التوازن على غشاء الخلايا العصبية. سننظر الآن فيما إذا كانت هناك إمكانية عمل جديدة تنشأ مع هذا الخلل في التوازن (يواصل علماء الفسيولوجيا العصبية البحث عن إجابة لهذا السؤال المهم حتى يومنا هذا).

بعد أن تنقل الناقلات العصبية نبضة عصبية من خلية عصبية إلى أخرى ، يمكنها ببساطة الانتشار ، أو الخضوع للانقسام الكيميائي ، أو العودة مرة أخرى إلى حويصلاتها (تسمى هذه العملية بشكل محرج التقاط عكسي). في نهاية القرن العشرين ، تم اكتشاف اكتشاف علمي مذهل - اتضح أن الأدوية التي تؤثر على إطلاق وإعادة امتصاص الناقلات العصبية يمكن أن تغير الحالة العقلية للشخص بشكل جذري. يمنع بروزاك * ومضادات الاكتئاب المماثلة من امتصاص الناقل العصبي السيروتونين. يبدو أن مرض باركنسون مرتبط بنقص في الناقل العصبي الدوبامين في الدماغ. يحاول الباحثون الذين يدرسون الحالات الحدودية في الطب النفسي فهم كيفية تأثير هذه المركبات على العقل البشري.

لا يوجد حتى الآن إجابة على السؤال الأساسي حول ما الذي يجعل الخلايا العصبية تبدأ في إحداث جهد فعل - في اللغة المهنية لعلماء الفسيولوجيا العصبية ، فإن آلية "إثارة" الخلايا العصبية غير واضحة. في هذا الصدد ، تعتبر الخلايا العصبية في الدماغ مثيرة للاهتمام بشكل خاص ، حيث يمكنها استقبال الناقلات العصبية التي يرسلها الآلاف من الجيران. لا يُعرف أي شيء تقريبًا عن معالجة هذه البقول وتكاملها ، على الرغم من أن العديد من مجموعات البحث تعمل على حل هذه المشكلة. نحن نعلم فقط أن عملية تكامل النبضات الواردة تتم في الخلايا العصبية ويتم اتخاذ قرار بشأن بدء جهد الفعل أو عدمه ونقل النبضات بشكل أكبر. تتحكم هذه العملية الأساسية في عمل الدماغ بأكمله. ليس من المستغرب أن يظل هذا اللغز الأعظم للطبيعة ، على الأقل اليوم ، لغزًا للعلم!