Нервен импулс и принципът на неговото предаване. Двигателен неврон. Нервен импулс. Синапс Електрически импулс в невроните се образува поради

Потенциал за действие или нервен импулс специфична реакция, протичаща под формата на вълнуваща вълна и протичаща по целия нервен път. Тази реакция е отговор на стимул. Основната задача е да предава данни от рецептора към нервната система, след което насочва тази информация към желаните мускули, жлези и тъкани. След преминаването на импулса повърхностната част на мембраната става отрицателно заредена, докато вътрешната й част остава положителна. По този начин нервният импулс е последователно предавана електрическа промяна.

Възбуждащият ефект и неговото разпространение са подчинени на физико-химичния характер. Енергията за този процес се генерира директно в самия нерв. Това се дължи на факта, че преминаването на импулс води до генериране на топлина. След като премине, започва затихването или референтното състояние. При което само за част от секундата нервът не може да проведе стимул. Скоростта, с която може да се достави импулсът, варира от 3 m/s до 120 m/s.

Влакната, през които преминава възбуждането, имат специфична обвивка. Грубо казано, тази система прилича на електрически кабел. Съставът на мембраната може да бъде миелинов или немиелинов. Най-важният компонент на миелиновата обвивка е миелинът, който играе ролята на диелектрик.

Скоростта на пулса зависи от няколко фактора, например от дебелината на влакната, толкова по-бързо се развива скоростта. Друг фактор за увеличаване на скоростта на проводимост е самият миелин. Но в същото време той не е разположен по цялата повърхност, а на части, сякаш нанизани заедно. Съответно между тези области има такива, които остават „голи“. Те причиняват изтичане на ток от аксона.

Аксонът е процес, който се използва за предаване на данни от една клетка към останалите. Този процес се регулира от синапс - директна връзка между неврони или неврон и клетка. Съществува и така нареченото синаптично пространство или цепнатина. Когато дразнещ импулс пристигне в неврон, невротрансмитери (молекули) се освобождават по време на реакционния процес. химичен състав). Те преминават през синаптичния отвор, като в крайна сметка достигат до рецепторите на неврона или клетката, до които данните трябва да бъдат предадени. Калциевите йони са необходими за провеждането на нервен импулс, тъй като без това невротрансмитерът не може да бъде освободен.

Вегетативната система се осигурява главно от немиелинизирани тъкани. Вълнението се разпространява през тях постоянно и непрекъснато.

Принципът на предаване се основава на възникването електрическо поле, следователно възниква потенциал, който дразни мембраната на съседния участък и така нататък през цялото влакно.

В този случай потенциалът за действие не се движи, а се появява и изчезва на едно място. Скоростта на предаване през такива влакна е 1-2 m/s.

Закони на поведение

В медицината има четири основни закона:

• Анатомична и физиологична стойност. Възбуждането се извършва само ако няма нарушение на целостта на самото влакно. Ако единството не е осигурено, например поради нарушение, употреба на наркотици, тогава провеждането на нервен импулс е невъзможно.
• Изолирано провеждане на дразнене. Възбуждането може да се предава по нервните влакна, без да се разпространява в съседните.
• Двустранно провеждане. Пътят на провеждане на импулса може да бъде само два вида - центробежен и центростремителен. Но в действителност посоката се среща в една от опциите.
• Недекрементно внедряване. Импулсите не стихват, с други думи, те се извършват без намаляване.

Химия на импулсната проводимост

Процесът на дразнене също се контролира от йони, главно калий, натрий и някои органични съединения. Концентрацията на тези вещества е различна, клетката е заредена отрицателно вътре в себе си и положително заредена на повърхността. Този процес ще се нарича потенциална разлика. Когато отрицателният заряд осцилира, например, когато намалява, се провокира потенциална разлика и този процес се нарича деполяризация.

Стимулирането на неврон води до отваряне на натриеви канали на мястото на стимулация. Това може да улесни навлизането на положително заредени частици в клетката. Съответно, отрицателният заряд намалява и възниква потенциал за действие или нервен импулс. След това натриевите канали отново се затварят.

Често се установява, че отслабването на поляризацията насърчава отварянето на калиеви канали, което провокира освобождаването на положително заредени калиеви йони. Това действие намалява отрицателния заряд на клетъчната повърхност.

Потенциалът на покой или електрохимичното състояние се възстановява, когато се активират калиево-натриевите помпи, с помощта на които натриевите йони напускат клетката, а калиевите йони влизат в нея.

В резултат на това можем да кажем, че когато електрохимичните процеси се възобновят, възникват импулси, които се движат по влакната.

Изследването на природата на нервния импулс беше свързано с особени трудности, тъй като не настъпват видими промени, когато импулсът преминава по нерва. Едва наскоро, с развитието на микрохимичните методи, беше възможно да се покаже, че по време на провеждането на импулс нервът изразходва повече енергия, консумира повече кислород и освобождава повече въглероден диоксид, отколкото в покой. Това показва, че окислителните реакции участват в провеждането на импулс, във възстановяването на първоначалното състояние след провеждането или в двата процеса.

Когато преди около 100 години беше установено, че нервният импулс е придружен от определени електрически явления, възникна мнението, че самият импулс е електричество. По това време се знае, че електрическият ток се движи много бързо и затова се смяташе, че скоростта на разпространение на нервния импулс е твърде висока, за да бъде измерена. Десет години по-късно Хелмхолц измерва скоростта на провеждане на импулса чрез стимулиране на нерва, водещ до мускула на различни разстояния от мускула, и измерване на времето, изминало между стимулацията и свиването. По този начин той показа, че нервният импулс се движи много по-бавно от електрическия – в нервите на жаба със скорост около 30 м/сек. Това, разбира се, показва, че нервният импулс не е електрически ток като тока в медна жица. Освен това мъртъв или смазан нерв все още провежда ток, но не провежда нервни импулси и независимо дали стимулираме нерва чрез ток, докосване, прилагане на топлина или химически фактори, полученият импулс се движи със скорост от същия порядък заключаваме, че нервният импулс не е електрически ток, а електрохимично смущение в нервно влакно. Смущението, причинено от стимул в един участък от нервно влакно, причинява същото смущение в друго. съседен парцели така докато пулсът достигне края на влакното. По този начин предаването на импулс е подобно на изгарянето на бикфордов шнур: от топлината, отделена при изгаряне на един участък от кабела, следващият участък светва и т.н. В нерва ролята на топлина се играе от електрически явления, които, възникнали в една област, стимулират следващата.

Предаването на нервен импулс е подобно на изгарянето на фитил в някои други отношения. Скоростта на горене на предпазителя не зависи от количеството топлина, изразходвана за запалването му, стига тази топлина да е достатъчна, за да предизвика запалването на предпазителя. Методът на запалване няма значение. Същото е и с нерва. Нервът няма да реагира, докато към него не бъде приложено определено минимално количество стимулация, но по-нататъшното увеличаване на силата на стимулацията няма да доведе до по-бързо движение на импулса. Това се дължи на факта, че енергията за провеждане на импулса се доставя от самия нерв, а не от стимула. Описаният феномен се отразява в закона "всичко или нищо": нервният импулс не зависи от естеството и силата на стимула, който го е причинил, освен ако стимулът е достатъчно силен, за да предизвика появата на импулса. Въпреки че скоростта на провеждане не зависи от силата на стимула, тя зависи от състоянието на нервното влакно и различни вещества могат да забавят предаването на импулса или да го направят невъзможно.

Изгорялата връв не може да се използва повторно, но нервното влакно е в състояние да възстанови първоначалното си състояние и да предаде други импулси. Той обаче не може да ги провежда непрекъснато: след провеждането на един импулс минава известно време, преди влакното да може да предаде втори импулс. Този период от време, наречен рефрактерен период, продължава от 0,0005 до 0,002 секунди. По това време настъпват химически и физични промени, в резултат на което влакното се връща в първоначалното си състояние.

Доколкото знаем, импулсите, предавани от всички видове - двигателни, сензорни или интеркаларни - са в основата си подобни. Онзи

един импулс предизвиква усещане за светлина, друг - усещане за звук, трети - мускулна контракция, а четвърти стимулира секреторната дейност на жлезата, изцяло зависи от естеството на структурите, до които идват импулсите, а не от някаква характеристики на самите импулси.

Въпреки че нервното влакно може да бъде стимулирано във всяка точка от него, при нормални условия се стимулира само единият край, от който импулсът преминава по влакното до другия край1. Връзката между последователни неврони се нарича. Нервен импулс се предава от върха на аксона на един неврон към дендрита на следващия чрез синаптична връзка чрез освобождаване на определено вещество на върха на аксона. Това вещество предизвиква появата на нервен импулс в дендрита на следващия аксон. Предаването на възбуждане през синапса става много по-бавно от предаването му по нерва. При нормални условия импулсите се движат само в една посока: в сензорните неврони те отиват от сетивните органи към гръбначния мозък и мозъка, а в двигателните неврони - от мозъка и гръбначен мозъккъм мускулите и жлезите. Посоката се определя от синапса, тъй като само върхът на аксона е способен да освободи вещество, което стимулира друг неврон. Всяко отделно нервно влакно може да провежда импулс и в двете посоки; когато влакното е електрически стимулирано, някъде по средата се появяват два импулса, единият от които отива в едната посока, а другият в другата (тези импулси могат да бъдат засечени от подходящи електрически устройства). но само този, който отива към върха на аксона, може да стимулира следващия неврон във веригата. Импулсът, отиващ към дендрита, ще „спре“, когато достигне своя край.

Химическите и електрическите процеси, участващи в предаването на нервните импулси, в много отношения са подобни на процесите, протичащи по време на мускулна контракция. Но нервът, провеждащ импулсите, изразходва много малко енергия в сравнение с контрахиращия се мускул; топлината, генерирана от нервно дразнене за 1 минута, на 1 g тъкан, е еквивалентна на енергията, освободена при окисляването на 0,000001 g гликоген. Това "означава, че ако един нерв съдържа само 1% гликоген като източник на енергия, той може да бъде стимулиран непрекъснато в продължение на една седмица и запасите от гликоген няма да бъдат изчерпани. При адекватно снабдяване с кислород нервните влакна са практически неуморими. природата." умствена умора", това не може да бъде истинска умора на нервните влакна.

В резултат на еволюцията на нервната система на хората и другите животни възникват сложни информационни мрежи, чиито процеси се основават на химична реакция. Най-важните елементи на нервната система са специализирани клетки неврони. Невроните се състоят от компактно клетъчно тяло, съдържащо ядро ​​и други органели. От това тяло се простират няколко разклонени процеса. Повечето от тези процеси, т.нар дендрити, служат като контактни точки за получаване на сигнали от други неврони. Извиква се един процес, обикновено най-дългият аксони предава сигнали към други неврони. Краят на един аксон може да се разклони многократно и всеки от тези по-малки клонове може да се свърже със следващия неврон.

Във външния слой на аксона има сложна структура, образуван от много молекули, които действат като канали, през които йоните могат да текат, както в клетката, така и извън нея. Единият край на тези молекули, отклонявайки се, се прикрепя към целевия атом. След това енергията от други части на клетката се използва за изтласкване на този атом извън клетката, докато процесът в обратната посока вкарва друга молекула в клетката. Най-висока стойностима молекулярна помпа, която премахва натриевите йони от клетката и вкарва в нея калиеви йони (натриево-калиева помпа).

Когато една клетка е в покой и не провежда нервни импулси, натриево-калиевата помпа премества калиевите йони в клетката и премахва натриевите йони навън (представете си клетка, съдържаща прясна водаи заобиколен от солена вода). Поради този дисбаланс, потенциалната разлика през мембраната на аксона достига 70 миливолта (приблизително 5% от напрежението на обикновена AA батерия).

Когато обаче състоянието на клетката се промени и аксонът се стимулира от електрически импулс, равновесието върху мембраната се нарушава и натриево-калиевата помпа започва да работи в обратна посока за кратко време. Положително заредените натриеви йони влизат в аксона, а калиевите йони се изпомпват навън. За момент вътрешна средааксонът придобива положителен заряд. В този случай каналите на натриево-калиевата помпа се деформират, блокирайки по-нататъшния приток на натрий, а калиевите йони продължават да изтичат и първоначалната потенциална разлика се възстановява. Междувременно натриевите йони се разпространяват вътре в аксона, променяйки мембраната в долната част на аксона. В същото време състоянието на помпите, разположени отдолу, се променя, насърчавайки по-нататъшното разпространение на импулса. Нарича се рязка промяна на напрежението, причинена от бързи движения на натриеви и калиеви йони потенциал за действие. Когато потенциалът за действие премине през определена точка на аксона, помпите се включват и възстановяват състоянието на покой.

Потенциалът за действие се движи доста бавно - не повече от част от инча в секунда. За да се увеличи скоростта на предаване на импулса (тъй като все пак не е добре сигналът, изпратен от мозъка, да достигне до ръката за минута), аксоните са заобиколени от миелинова обвивка, която предотвратява притока и изтичане на калий и натрий. Миелиновата обвивка не е непрекъсната - на определени интервали в нея има прекъсвания и нервният импулс прескача от един „прозорец“ в друг, поради което скоростта на предаване на импулса се увеличава.

Когато импулсът достигне края на основната част на тялото на аксона, той трябва да бъде предаден или към следващия подлежащ неврон, или ако ние говорим заза невроните на мозъка, чрез многобройни клонове към много други неврони. За такова предаване се използва напълно различен процес от този за предаване на импулс по аксона. Всеки неврон е отделен от съседния с малка празнина, наречена синапс. Потенциалът за действие не може да прескочи тази празнина, така че трябва да се намери друг начин за предаване на импулса към следващия неврон. В края на всеки процес има малки торбички, наречени ( пресинаптичен) мехурчета, всеки от които съдържа специални съединения - невротрансмитери. Когато възникне потенциал за действие, тези везикули освобождават невротрансмитерни молекули, които пресичат синапса и се свързват със специфични молекулни рецептори върху мембраната на подлежащите неврони. Когато невротрансмитерът се прикрепи, балансът на невронната мембрана се нарушава. Сега ще разгледаме дали възниква нов потенциал за действие при такъв дисбаланс (невролозите продължават да търсят отговор на това важен въпросвсе още).

След като невротрансмитерите предадат нервен импулс от един неврон към следващия, те могат просто да дифундират или да претърпят химичен разпад или да се върнат обратно в своите везикули (този процес се нарича неловко повторно улавяне). В края на 20-ти век беше направено невероятно нещо научно откритие- оказва се, че лекарствата, които влияят на освобождаването и обратното поемане на невротрансмитери, могат радикално да се променят психическо състояниечовек. Прозак* и подобни антидепресанти блокират обратното захващане на невротрансмитера серотонин. Изглежда, че болестта на Паркинсон е свързана с дефицит на невротрансмитера допамин в мозъка. Изследователи, изучаващи гранични състояния в психиатрията, се опитват да разберат как тези съединения влияят на човешкото мислене.

Все още няма отговор на фундаменталния въпрос какво кара един неврон да инициира потенциал за действие - на професионалния език на неврофизиолозите, механизмът на "задействане" на неврона е неясен. Особено интересни в това отношение са невроните в мозъка, които могат да приемат невротрансмитери, изпратени от хиляди съседи. Почти нищо не се знае за обработката и интегрирането на тези импулси, въпреки че много изследователски групи работят по този проблем. Знаем само, че невронът извършва процеса на интегриране на входящите импулси и взема решение дали да инициира или не потенциал за действие и да предаде импулса по-нататък. Този основен процес контролира функционирането на целия мозък. Не е изненадващо, че тази най-голяма мистерия на природата си остава, поне днес, мистерия за науката!