Nervový impuls a princip jeho přenosu. Motorický neuron. Nervový impuls. Synapse Elektrický impuls v neuronech generuje

Akční potenciál nebo nervový impuls, specifická reakce, která probíhá ve formě vzrušující vlny a probíhá po celé nervové dráze. Tato reakce je reakcí na podnět. Hlavním úkolem je přenést data z receptoru do nervového systému a poté tyto informace nasměrovat do požadovaných svalů, žláz a tkání. Po průchodu pulzu se povrch membrány nabije záporně, zatímco vnitřní část zůstane kladná. Sekvenčně přenášené elektrické změny se tedy nazývají nervový impuls.

Stimulační účinek a jeho distribuce podléhají fyzikálně -chemické povaze. Energie pro tento proces je generována přímo v samotném nervu. To je způsobeno skutečností, že průchod pulsu znamená tvorbu tepla. Jakmile to pomine, začne rozklad nebo referenční stav. Ve kterém jen na zlomek sekundy nerv nemůže vést podnět. Rychlost, kterou může impuls dorazit, se pohybuje od 3 m / s do 120 m / s.

Vlákna, kterými prochází excitace, mají specifický obal. Zhruba řečeno, tento systém připomíná elektrický kabel. Podle svého složení může být skořápka myelinická a nemyelinizovaná. Nejdůležitější složkou myelinové pochvy je myelin, který hraje roli dielektrika.

Rychlost šíření pulsu závisí na několika faktorech, například na tloušťce vláken a čím je silnější, tím rychleji se rychlost vyvíjí. Dalším faktorem zvyšujícím rychlost vedení je samotný myelin. Ale zároveň se nenachází po celém povrchu, ale v částech, jako by byly spojeny dohromady. V souladu s tím mezi těmito oblastmi existují ty, které zůstávají „nahé“. Prostřednictvím nich dochází k úniku proudu z axonu.

Axon se nazývá proces, pomocí kterého je zajištěn přenos dat z jedné buňky do zbytku. Tento proces je regulován pomocí synapsí - přímého spojení mezi neurony nebo neuronem a buňkou. Existuje také takzvaný synaptický prostor nebo rozštěp. Když na neuron dorazí dráždivý impuls, během reakce se uvolní neurotransmitery (molekuly chemického složení). Procházejí synaptickým otvorem a nakonec se dostanou k receptorům neuronu nebo buňky, do kterých je třeba data přenést. K vedení nervového impulsu jsou zapotřebí ionty vápníku, protože bez toho nedochází k uvolňování neurotransmiteru.

Vegetativní systém zajišťují hlavně tkáně bez myelinu. Neustále a nerušeně se jimi šíří vzrušení.

Princip přenosu je založen na vzhledu elektrického pole, takže vzniká potenciál, který dráždí membránu sousední oblasti a tak dále v celém vlákně.

V tomto případě se akční potenciál nepohybuje, ale objevuje a mizí na jednom místě. Přenosová rychlost pro taková vlákna je 1-2 m / s.

Zákony chování

V medicíně existují čtyři základní zákony:

• Anatomická a fyziologická hodnota. Budení se provádí pouze v případě, že nedojde k porušení integrity samotného vlákna. Pokud není zajištěna jednota, například kvůli porušení pravidel, užívání drog, pak není možné provést nervový impuls.
• Izolované vedení podráždění. Vzrušení může být přenášeno podél nervového vlákna, v žádném případě se nerozšíří do sousedních.
• Dvoustranné jednání. Dráha impulsu může být pouze dvou typů - odstředivá a dostředivá. Ale ve skutečnosti se směr vyskytuje v jedné z možností.
• Non-přírůstkové vedení. Impulzy neklesají, jinými slovy, jsou prováděny bez snížení.

Chemie pulzního vedení

Proces podráždění je také řízen ionty, hlavně draslíkem, sodíkem a některými organickými sloučeninami. Koncentrace umístění těchto látek je odlišná, buňka je uvnitř sebe negativně nabitá a pozitivně na povrchu. Tento proces bude nazýván potenciálním rozdílem. Když například kolísá záporný náboj, je vyvolán potenciální rozdíl a tomuto procesu se říká depolarizace.

Podráždění neuronu zahrnuje otevření sodíkových kanálů v místě podráždění. To může usnadnit vstup kladně nabitých částic do vnitřku článku. V souladu s tím klesá negativní náboj a vzniká akční potenciál nebo nervový impuls. Poté se sodíkové kanály opět uzavřou.

Často se zjišťuje, že právě oslabení polarizace podporuje otevření draslíkových kanálů, což vyvolává uvolňování kladně nabitých iontů draslíku. Tato akce snižuje negativní náboj na povrchu buňky.

Klidový potenciál nebo elektrochemický stav se obnoví, když jsou zapnuty sodno-draselné pumpy, pomocí kterých sodíkové ionty opouštějí článek a draslík do něj vstupuje.

V důsledku toho můžeme říci, že při obnovení elektrochemických procesů dochází k impulzům, které mají tendenci podél vláken.

Studium povahy nervového impulsu bylo spojeno se zvláštními obtížemi, protože během průchodu impulsu podél nervu nedochází k žádným viditelným změnám. Teprve nedávno, s rozvojem mikrochemických metod, bylo možné ukázat, že během vedení impulsu nerv spotřebuje více energie, spotřebuje více kyslíku a emituje více oxidu uhličitého než v klidu. To naznačuje, že oxidační reakce se podílejí na vedení pulsu, na obnově počátečního stavu po vedení nebo na obou těchto procesech.

Když se asi před 100 lety zjistilo, že nervový impuls je doprovázen určitými elektrickými jevy, objevil se názor, že samotný impuls je elektrický proud. V té době bylo známo, že elektrický proud se šíří velmi rychle, a proto se věřilo, že rychlost šíření nervového impulsu je příliš vysoká na to, aby se dala změřit. O deset let později měřil Helmholtz rychlost vedení impulsu stimulací nervu do svalu v různých vzdálenostech od svalu a měřením času, který uplynul mezi stimulací a kontrakcí. Tímto způsobem ukázal, že nervový impuls se šíří mnohem pomaleji než elektrický impuls - v nervech žáby rychlostí asi 30 m / s. To samozřejmě naznačovalo, že nervový impuls není elektrický proud, jako proud v měděném drátu. Mrtvý nebo rozdrcený nerv navíc stále vede proud, ale nevede nervové impulsy, a ať už nerv dráždíme proudem, dotykem, působením tepla nebo chemických faktorů, výsledný impuls šíří „já“ rychlostí stejného řádu. Z toho usuzujeme, že nervový impuls není elektrický proud, ale elektrochemická porucha nervového vlákna. Porucha způsobená podnětem v jedné sekci nervového vlákna způsobuje stejnou poruchu v sousední sekci atd., dokud impuls nedosáhne konce vlákna. Přenos impulsu je tedy podobný spálení pojistkové šňůry: z tepla uvolněného během spalování jedné části kabelu se zapálí další část atd. V nervu hrají roli tepla elektrické jevy, které po vzniku v jedné sekci stimulují další.

Přenos nervového impulsu je podobný spálení pojistkové šňůry v několika dalších ohledech. Rychlost hoření kabelu nezávisí na množství tepla vynaloženého při jeho zapálení, pokud je toto teplo dostatečné k zapálení kabelu. Způsob zapalování je také irelevantní. Stejné je to s nervem. Nerv nebude reagovat, dokud na něj nebude aplikována stimulace určité minimální síly, ale další zvýšení síly stimulu nezpůsobí rychlejší šíření impulsu. To je způsobeno skutečností, že energii pro impuls dodává samotný nerv, a nikoli stimul. Popsaný jev se odráží v zákonu „všechno nebo nic“: nervový impuls nezávisí na povaze a síle podnětu, který jej způsobil, pokud má pouze podnět dostatečnou sílu, aby způsobil vzhled impulsu. Přestože rychlost vedení nezávisí na síle podnětu, závisí na stavu nervového vlákna a různé látky mohou přenos impulsů zpomalit nebo znemožnit.

Spálenou šňůru nelze znovu použít, zatímco nervové vlákno je schopné obnovit původní stav a přenášet další impulsy. Nemůže je však vést nepřetržitě: po provedení jednoho impulsu uplyne určitý čas, než vlákno může vyslat druhý impuls. Toto časové období, nazývané refrakterní období, trvá od 0,0005 do 0,002 sekundy. Během této doby dochází k chemickým a fyzikálním změnám, v důsledku kterých se vlákno vrací do původního stavu.

Pokud víme, impulsy přenášené všemi typy - motorickými, senzorickými nebo interkalárními - jsou si v zásadě podobné. Tento

impuls vyvolává pocit světla, další - pocit zvuku, třetí - svalové stahy a čtvrtý stimuluje sekreční aktivitu žlázy, zcela závisí na povaze struktur, do kterých impulsy přicházejí, a ne na žádných rysy samotných impulsů.

Přestože nervové vlákno lze stimulovat v jakémkoli bodě, za normálních podmínek je excitace způsobena pouze na jeho jednom konci, ze kterého impuls putuje podél vlákna na jeho druhý konec1. Nazývá se spojení mezi po sobě následujícími neurony. Nervový impuls se přenáší ze špičky axonu jednoho neuronu do dendritu dalšího prostřednictvím synaptického spojení uvolněním určité látky na špičce axonu. Tato látka způsobuje, že se v dendritu dalšího axonu objeví nervový impuls. Přenos vzruchu synapsí je mnohem pomalejší než přenos nervem. Za normálních podmínek putují impulsy pouze jedním směrem: ve smyslových neuronech jdou ze smyslových orgánů do míchy a mozku a v motorických neuronech - z mozku a míchy do svalů a žláz. Směr je určen synapsí, protože pouze špička axonu je schopna uvolnit látku, která stimuluje jiný neuron. Každé jednotlivé nervové vlákno může vést impulsy v obou směrech; při elektrické stimulaci vlákna někde uprostřed se objeví dva impulsy, z nichž jeden jde jedním směrem a druhý druhým (tyto impulzy lze detekovat příslušnými elektrickými zařízeními). ale pouze ten, který jde ke špičce axonu, může stimulovat další neuron v řetězci. Impuls směřující k dendritu se „zastaví“, když dosáhne svého konce.

Chemické a elektrické procesy spojené s přenosem nervového impulsu jsou v mnoha ohledech podobné procesům, ke kterým dochází během svalové kontrakce. Ale nerv, který vede impulsy, spotřebovává velmi málo energie ve srovnání se stahujícím se svalem; teplo generované při podráždění nervu po dobu 1 minuty, počítáno na 1 g tkáně, je ekvivalentní energii uvolněné při oxidaci 0,000001 g glykogenu. To "znamená, že pokud by nerv jako energetický zdroj obsahoval pouze 1% glykogenu, mohl by být stimulován nepřetržitě po dobu jednoho týdne a zásoba glykogenu by nebyla vyčerpána. Při dostatečném přísunu kyslíku jsou nervová vlákna prakticky neúnavná. Bez ohledu na povahu. „mentální únava“, to nemůže být skutečná únava nervových vláken.

V důsledku vývoje nervového systému lidí a dalších zvířat vznikly složité informační sítě, jejichž procesy jsou založeny na chemických reakcích. Nejdůležitějším prvkem nervového systému jsou specializované buňky neurony... Neurony se skládají z kompaktního buněčného těla obsahujícího jádro a další organely. Z tohoto těla se rozprostírá několik rozvětvených procesů. Většina těchto procesů, tzv dendrity, slouží jako kontaktní body pro příjem signálů z jiných neuronů. Je nazýván jeden proces, obvykle nejdelší axon a přenáší signály do jiných neuronů. Konec axonu se může větvit mnohokrát a každá z těchto menších větví se dokáže napojit na další neuron.

Vnější vrstva axonu obsahuje složitou strukturu tvořenou mnoha molekulami, které působí jako kanály, kterými mohou proudit ionty, uvnitř i vně buňky. Jeden konec těchto molekul se vychýlí a přichytí se k cílovému atomu. Energie z ostatních částí buňky je pak použita k vytlačení atomu z buňky, zatímco opačný proces zavádí do buňky další molekulu. Nejdůležitější je molekulární pumpa, která z buňky odebírá sodíkové ionty a zavádí do ní ionty draslíku (sodno-draselná pumpa).

Když je buňka v klidu a neprovádí nervové impulsy, pumpa sodíku a draslíku přesune ionty draslíku do buňky a natáhne ionty sodíku ven (představte si buňku obsahující sladkou vodu a obklopenou slanou vodou). Díky této nerovnováze dosahuje potenciální rozdíl napříč membránou axonu 70 milivoltů (přibližně 5% napětí konvenční baterie AA).

Když se však změní stav buňky a axon je stimulován elektrickým impulzem, rovnováha na membráně je narušena a sodno-draselná pumpa na krátkou dobu začne pracovat v opačném směru. Kladně nabité ionty sodíku pronikají do axonu a ionty draslíku jsou čerpány ven. Na okamžik získá vnitřní prostředí axonu kladný náboj. V tomto případě jsou kanály sodno-draselné pumpy deformovány, čímž se zablokuje další přítok sodíku, a ionty draslíku nadále zhasínají a obnoví se počáteční potenciální rozdíl. Mezitím jsou uvnitř axonu distribuovány sodné ionty, které mění membránu ve spodní části axonu. V tomto případě se stav čerpadel umístěných níže mění, což přispívá k dalšímu šíření impulsu. Nazývá se prudká změna napětí způsobená rychlým pohybem iontů sodíku a draslíku akční potenciál... Když akční potenciál prochází konkrétním bodem axonu, čerpadla se zapnou a obnoví klidový stav.

Akční potenciál se šíří poměrně pomalu - ne více než zlomek palce za sekundu. Aby se zvýšila rychlost přenosu impulzů (protože koneckonců není vhodné, aby signál vyslaný mozkem dosáhl ruky jen po minutě), jsou axony obklopeny pláštěm myelinu, který brání přílivu a odliv draslíku a sodíku. Myelinový obal není spojitý - v určitých intervalech jsou v něm přestávky a nervový impuls přeskakuje z jednoho „okna“ do druhého, kvůli tomu se zvyšuje rychlost přenosu impulzů.

Když impuls dosáhne konce hlavního těla axonu, musí být přenesen buď na další podkladový neuron, nebo v případě neuronů v mozku podél mnoha větví mnoha dalších neuronů. Pro takový přenos se používá úplně jiný proces než pro přenos impulsu podél axonu. Každý neuron je oddělen od svého souseda malou mezerou zvanou synapse... Akční potenciál nemůže tuto mezeru přeskočit, takže musíte najít jiný způsob, jak přenést impuls na další neuron. Na konci každého procesu jsou malé váčky zvané ( presynaptický) bubliny, z nichž každá obsahuje speciální sloučeniny - neurotransmitery... Když přijde akční potenciál, molekuly neurotransmiterů se z těchto vezikul uvolní, překročí synapsu a navážou se na specifické molekulární receptory na membráně podkladových neuronů. Když je připojen neurotransmiter, rovnováha na membráně neuronu je narušena. Nyní zvážíme, zda při takové nerovnováze v rovnováze vzniká nový akční potenciál (neurofyziologové nadále hledají odpověď na tuto důležitou otázku dodnes).

Poté, co neurotransmitery přenášejí nervový impuls z jednoho neuronu na druhý, mohou jednoduše difundovat nebo podstoupit chemické štěpení nebo se vrátit zpět do svých vezikul (tento proces se nešikovně nazývá zpětné zachycení). Na konci 20. století došlo k úžasnému vědeckému objevu - ukazuje se, že léky, které ovlivňují uvolňování a zpětné vychytávání neurotransmiterů, mohou radikálně změnit duševní stav člověka. Prozac * a podobná antidepresiva blokují zpětné vychytávání neurotransmiteru serotoninu. Zdá se, že Parkinsonova choroba je spojena s nedostatkem neurotransmiteru dopaminu v mozku. Vědci studující hraniční stavy v psychiatrii se snaží pochopit, jak tyto sloučeniny ovlivňují lidskou mysl.

Na základní otázku, co způsobí, že neuron zahájí akční potenciál, stále neexistuje odpověď - v odborném jazyce neurofyziologů je mechanismus „spouštění“ neuronu nejasný. V tomto ohledu jsou zajímavé zejména neurony v mozku, které mohou přijímat neurotransmitery vyslané tisíci sousedy. O zpracování a integraci těchto impulsů není známo téměř nic, ačkoli na tomto problému pracuje mnoho výzkumných skupin. Víme jen, že proces integrace příchozích impulsů se provádí v neuronu a rozhoduje se, zda inicializovat akční potenciál a dále přenášet impuls. Tento základní proces řídí fungování celého mozku. Není divu, že toto největší tajemství přírody zůstává, alespoň dnes, tajemstvím vědy!