Hogyan megy az idegimpulzus. Az idegimpulzus, átalakulási és átviteli mechanizmusa. Perifériás idegrendszer

IDEGI IMPULZUS(lat. nervus nerve; lat. impulzus ütés, lökés) - az idegrost mentén terjedő izgalomhullám; az izgalom terjedésének egysége.

N. és. biztosítja az információ átvitelét a receptoroktól az idegközpontokba és azokból a végrehajtó szervekbe - vázizmokba, belső szervek és erek simaizomzatába, belső és külső szekréciós mirigyekbe stb.

A testre ható ingerekre vonatkozó összetett információk N. és. - sorok külön csoportjaiba vannak kódolva. A "Mindent vagy semmit" törvény szerint (lásd) az egyes N. és. Ugyanazon a szálon áthaladó amplitúdója és időtartama állandó, az N. és a frekvenciája és száma pedig állandó. sorban az irritáció intenzitásától függ. Ez az információátviteli mód a leginkább zajálló, azaz széles tartományon belül nem függ a vezető szálak állapotától.

N. eloszlása ​​és. akciós potenciálok vezetésével azonosították (lásd. Bioelektromos potenciálok). Az izgalom megjelenése lehet irritáció eredménye (lásd például, a fény hatása a látóreceptorra, a hang a hallási receptorra, vagy a szövetekben fellépő folyamatok (N. és. spontán megjelenése). Ezekben az esetekben N. és. biztosítsa a szervek összehangolt munkáját bármely fiziol, folyamat során (például a légzés folyamatában N. és. a vázizmok és a rekeszizom összehúzódását okozza, ami be- és kilégzést stb.).

Élő szervezetekben az információátadás humorális úton is történhet, hormonok, közvetítők stb. véráramba juttatásával.. Az N. által továbbított információ előnye azonban, hogy céltudatosabb. , gyorsan és pontosabban kódolva továbbítják, mint a humorális rendszer által küldött jelek.

Az a tény, hogy az idegtörzsek jelentik azt az utat, amelyen keresztül a hatások az agyból az izmokba és ellenkező irányba továbbadnak, már az ókorban ismert volt. A középkorban és egészen a 17. század közepéig. azt hitték, hogy az anyag, mint a folyadék vagy a láng, az idegek mentén terjed. ötlete elektromos természet N. és. században keletkezett. Az élõ szövetekben a gerjesztés kialakulásával és terjedésével kapcsolatos elektromos jelenségek elsõ vizsgálatát L. Gal'vani végezte. G. Helmholtz kimutatta, hogy a korábban a fénysebességhez közelinek tekintett N. és. terjedési sebessége véges, és pontosan mérhető. L. Hermann bevezette az akciós potenciál fogalmát a fiziológiába. A gerjesztés keletkezési és vezetési mechanizmusának magyarázata azután vált lehetővé, hogy S. Arrhenius megalkotta az elektrolitikus disszociáció elméletét. Ezzel az elmélettel összhangban J. Bernstein azt javasolta, hogy N. megjelenése és végrehajtása ill. az idegrostok közötti ionok mozgása miatt és környezet... Angol. A. Hodgkin, B. Katz és E. Huxley kutatók részletesen tanulmányozták az akciós potenciál kialakulásának hátterében álló transzmembrán ionáramokat. Később elkezdték intenzíven vizsgálni az ioncsatornák működési mechanizmusait, amelyek mentén az axon és a környezet között ioncsere zajlik, illetve azokat a mechanizmusokat, amelyek biztosítják az idegrostok vezetőképességét az N.-sorok ill. eltérő ritmus és időtartam.

N. és. az idegrost gerjesztett és nem gerjesztett területei között fellépő helyi áramok hatására terjed. A szálat a pihenőterületen kívülre hagyó áram irritáló hatású. Az idegrost adott területén a gerjesztés után fellépő refrakteritás határozza meg N. előremozgását és.

Kvantitatívan az akciós potenciál különböző fejlődési fázisainak arányát amplitúdójuk és időbeli időtartamuk összehasonlításával jellemezhetjük. Így például az A csoportba tartozó emlős myelinizált idegrostok esetében a rost átmérője 1-22 mikron tartományba esik, a vezetési sebesség 5-120 m / s, a nagyfeszültségű rész időtartama és amplitúdója (csúcs). , vagy tüske) 0,4-0, 5 msec, illetve 100-120 mV, a nyom negatív potenciál - 12-20 ms (a tüske amplitúdójának 3-5%-a), a nyom pozitív potenciál - 40-60 ms (a 0,2%-a) a tüske amplitúdója).

A különféle információk átvitelének lehetőségei kibővülnek az akciós potenciál fejlődési sebességének, a terjedési sebességnek, valamint a labilitás növelésével (lásd) - vagyis egy gerjeszthető entitás azon képességét, hogy reprodukálja a magas gerjesztési ritmust. egységnyi idő alatt.

N. elterjedésének sajátosságai és. az idegrostok szerkezetével kapcsolatos (lásd). A rostmag (axoplazma) alacsony ellenállású és ennek megfelelően jó vezetőképességű, az axoplazmát körülvevő plazmamembrán pedig nagy ellenállású. Különösen nagyszerű elektromos ellenállás a myelinizált rostok külső rétege, amelyben csak Ranvier interceptionjei mentesek a vastag mielinhüvelytől. Nem myelin rostokban N. és. folyamatosan mozog, és myelineknél - ugrásszerűen (sózó vezetés).

Megkülönböztetni a gerjesztési hullám dekrementális és nem dekrementális terjedését. A myelinmentes rostokban dekrementális vezetés, azaz extinkcióval járó gerjesztés vezetése figyelhető meg. Az ilyen szálakban az N. sebességét végző és. kicsi, és ahogy az ember távolodik az irritáció helyétől, a helyi áramok irritáló hatása fokozatosan csökken, amíg teljesen el nem tűnik. A dekrementális vezetés a belső szerveket beidegző rostokra jellemző, amelyek funkcionalitása és mozgékonysága alacsony. A nem-dekrementális vezetés a myelinre és azokra a myelinmentes rostokra jellemző, amelyek a rozsba továbbítják a jeleket a magas reaktivitású szervekhez (pl. szívizom). Nem-dekrementális N.-nél végző és. egészen az irritáció helyétől az információ csillapítás nélküli megvalósulásának helyéig tart.

Az emlősök gyorsan vezető idegrostjaiban rögzített N. és. maximális sebessége 120 m/s. Magas impulzusvezetési sebesség érhető el az idegrost átmérőjének növelésével (a nem myelinizált rostokban), vagy a mielinizáció mértékének növelésével. Egyetlen N. eloszlása ​​és. önmagában nem igényel közvetlen energiaköltséget, hiszen a membránpolarizáció egy bizonyos szintjén az idegrost minden szakasza vezetési készenlétben van, és az irritáló inger a "trigger" szerepét tölti be. Azonban az idegrost kezdeti állapotának helyreállítása és készen tartása egy új N. és. energiafelhasználással kapcsolatos biochem, az idegrostokban fellépő reakciók. A helyreállítási folyamatok erősödnek nagyon fontos N. sorainak végrehajtása esetén ill. Ritmikus gerjesztés (impulzussorok) végrehajtása során az idegrostokban a hőtermelés és az oxigénfogyasztás megközelítőleg kétszeresére nő, nagy energiájú foszfátok fogynak, és megnő a Na, K-ATP-áz aktivitása, amelyet nátriumpumpával azonosítanak. A különböző fizikai és kémiai anyagok áramlásának intenzitásának változása. és biochem, a folyamatok a ritmikus gerjesztés jellegétől (az impulzussorok időtartamától és ismétlődésük gyakoriságától) és a fizioltól, az ideg állapotától függenek. Vezetéskor egy nagy szám N. és. magas ritmusnál "anyagcsere-adósság" halmozódhat fel az idegrostokban (ez a teljes nyompotenciálok növekedésében mutatkozik meg), majd a felépülési folyamatok késnek. De még ilyen körülmények között is képes az idegrostok N. és. hosszú ideig változatlan marad.

N. átadása és. az idegrostból az izomba vagy más effektorba szinapszisokon keresztül történik (lásd). Gerinceseknél az esetek túlnyomó többségében a gerjesztés az effektorba acetilkolin felszabadulásával (a vázizmok neuromuszkuláris szinapszisai, szinaptikus kapcsolatok a szívben stb.) keresztül jut el. Az ilyen szinapszisokat az impulzus szigorúan egyoldalú vezetése és a gerjesztés átvitelének késleltetése jellemzi.

A szinapszisokban, amelyek szinaptikus hasadékában az érintkező felületek nagy területe miatt kicsi az elektromos áram ellenállása, a gerjesztés elektromos átvitele történik. Nincs szinaptikus vezetési késleltetés, és lehetséges a kétoldali vezetés. Az ilyen szinapszisok a gerinctelen állatokra jellemzőek.

Regisztráció N. és. széleskörű alkalmazást talált a biol, kutatás és ék, gyakorlat. A regisztrációhoz használjon visszacsatolásos és gyakrabban katódos oszcilloszkópot (lásd: Oszcillográfia). Mikroelektródos technológia alkalmazásával (ld. Mikroelektródos kutatási módszer) N. és.. Regisztráltak. egyetlen gerjeszthető képződményekben - neuronokban és axonokban. A N. megjelenési és elterjedési mechanizmusának kutatásának lehetőségei és. jelentősen bővült a potenciális befogási módszer kidolgozása után. Ezzel a módszerrel szereztem be az ionáramokra vonatkozó alapadatokat (lásd Bioelektromos potenciálok).

N. megsértése végrehajtási és. akkor fordul elő, ha az idegtörzsek megsérülnek, például mechanikai sérülés, daganatnövekedés következtében kialakuló kompresszió vagy gyulladásos folyamatok során. Az ilyen jogsértések N. végrehajtó és. gyakran visszafordíthatatlanok. A beidegzés megszűnésének következménye súlyos funkcionális és trofikus zavarok lehetnek (pl. a végtagok vázizomzatának sorvadása N. szedésének abbahagyása után és. Az idegtörzs visszafordíthatatlan sérülése miatt). Reverzibilis megszüntetése N. végző és. szándékosan terápiás célokra hívhatók fel. Például érzéstelenítők segítségével blokkolják a fájdalomreceptorokból érkező impulzusokat c. n. Val vel. Reverzibilis megszüntetése N. végző és. novokain blokádot is okoz. N. áthelyezésének ideiglenes megszakítása és. az idegvezetők mentén általános érzéstelenítés során figyelhető meg.

Bibliográfia: Brezhe MA Az idegrendszer elektromos aktivitása, ford. angolból, M., 1979; Zhukov EK Esszék a neuromuszkuláris fiziológiáról, JI., 1969; Konn e l és K. Helyreállító folyamatok és anyagcsere az idegben, a könyvben: Sovr, probl. biofizika, ford. angolból, szerk. G. M. Frank és A. G. Pa-synsky, 2. kötet, p. 211, M., 1961;

P. G. Kostyuk A központi idegrendszer élettana, Kijev, 1977; L és m a-nizova JI. V. Esszé az izgalom fiziológiájáról, M., 1972; Az idegrendszer általános élettana, szerk. P. G. Kostyuk, JI., 1979; T and with and to and I. Ideges izgalom, a lane with. angolból, M., 1971; A. Ingerület, per. angolból, M., 1965; Khodorov B.I., Az ingerelhető membránok általános fiziológiája, M., 1975.

A neuronok "idegüzenetek" segítségével kommunikálnak egymással. Ezek az "üzenetek" olyanok, mint az elektromos áram, amely vezetékeken halad keresztül. Néha, amikor egyik neuronról a másikra továbbítják, ezek az impulzusok kémiai üzenetekké alakulnak.

Ideg impulzusok

Az információ az idegsejtek között, mint elektromos áram a vezetékekben. Ezek az üzenetek kódolva vannak: pontosan ugyanazon impulzusok sorozata. Maga a kód a frekvenciájukban, vagyis a másodpercenkénti impulzusok számában rejlik. Az impulzusok sejtről sejtre, a dendritről, amelyben keletkeznek, eljutnak az axonhoz, amelyen keresztül haladnak. De van különbség is elektromos hálózatok- az impulzusokat nem elektronok *, hanem összetettebb részecskék - ionok segítségével továbbítják.

A pulzusszámot befolyásoló gyógyszerek

Számos vegyszer létezik, amely megváltoztathatja az idegimpulzusok átviteli jellemzőit. Általában szinaptikus szinten hatnak. Az érzéstelenítők és a nyugtatók lelassítják, sőt néha elnyomják az impulzusok átvitelét. Az antidepresszánsok és stimulánsok, például a koffein viszont elősegítik a jobb átjutást.

Nagy sebességgel

Az idegimpulzusoknak gyorsan át kell haladniuk a testen. A környező gliasejtek segítenek a neuronoknak felgyorsítani az áthaladást. Az idegrost hüvelyét képezik, amelyet mielinhüvelynek neveznek. Ennek eredményeként az impulzusok lélegzetelállító sebességgel haladnak - több mint 400 km / h.

Kémiai kötések

A neuronról neuronra továbbított üzeneteknek elektromos formából kémiai formába kell átalakulniuk. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy sokféleségük ellenére a neuronok soha nem érintik egymást. De az elektromos impulzusokat nem lehet továbbítani, ha nincs fizikai érintkezés. Ezért a neuronok egy speciális szinapszis nevű rendszert használnak az egymással való kommunikációra. Ezeken a helyeken a neuronokat a szinaptikus hasadék szűk tere választja el. Amikor elektromos impulzus érkezik az első neuronhoz, az felszabadul a szinapszisból kémiai molekulák, az úgynevezett neurotranszmitterek. Ezek az idegsejtek által termelt anyagok a szinaptikus hasadékon áthaladva bejutnak egy másik, kifejezetten számukra kialakított neuron receptoraiba. Az eredmény egy újabb elektromos impulzus.

Az idegsejtek közötti impulzus a másodperc ezredrésze alatt halad át.

A neurotranszmitterek különbsége

Az agy körülbelül ötven neurotranszmittert termel, amelyek két csoportra oszthatók. Az első azokból áll, amelyek elindítják az idegimpulzus megjelenését - ezeket serkentőnek nevezik. Mások éppen ellenkezőleg, lassítják annak előfordulását - ezek gátló neurotranszmitterek. Meg kell jegyezni, hogy a legtöbb esetben egy neuron csak egyfajta neurotranszmittert bocsát ki. És attól függően, hogy serkentő vagy gátló, az idegsejt különböző módon hat a szomszédos idegsejtekre.

Mesterséges stimuláció

Egy-egy idegsejt vagy neuroncsoport mesterségesen stimulálható a beléjük helyezett elektródák segítségével, amelyek elektromos impulzusokat irányítanak az agy pontosan kijelölt területeire. Ezt a módszert időnként alkalmazzák az orvostudományban, különösen a Parkinson-kórban szenvedő betegek kezelésére, ezt az idős korban megnyilvánuló betegséget végtagremegés kíséri. Ez a remegés megállítható az agy egy bizonyos területének folyamatos stimulálásával.

Neuron - mikroszámítógép

Mindegyik neuron képes több száz üzenet fogadására másodpercenként. És hogy ne legyen túlterhelve információval, képesnek kell lennie annak jelentőségének megítélésére és előzetes elemzésére. Ez a számítási tevékenység a sejt belsejében zajlik. Ott hozzáadódnak a gerjesztő impulzusok, és kivonják a gátló impulzusokat. És ahhoz, hogy a neuron saját impulzust generáljon, szükséges, hogy az előzőek összege nagyobb legyen egy bizonyos értéknél. Ha a serkentő és gátló impulzusok hozzáadása nem haladja meg ezt a határt, az idegsejt „néma” lesz.

Információs utak

Gyönyörűen megjelölt útvonalak vannak ebben a bonyolult neuroncsoportban. Hasonló ötletek, hasonló emlékek múlnak el, mindig ugyanazokat a neuronokat és szinapszisokat aktiválják. Egyelőre nem ismert, hogy ezek az áramkörszerű elektronikus kommunikációs áramkörök hogyan jönnek létre és karbantartják, de egyértelmű, hogy léteznek, és minél erősebbek, annál hatékonyabbak. A gyakran használt szinapszisok gyorsabbak. Ez megmagyarázza, miért emlékszünk gyorsan olyan dolgokra, amelyeket többször láttunk vagy megismételtünk. Ezek a kapcsolatok azonban nem tartanak örökké. Némelyikük eltűnhet, ha nem használják eléggé, és újak jelennek meg a helyükön. Szükség esetén a neuronok mindig képesek új kapcsolatokat létrehozni.

A képen látható kis zöld pöttyök hormonok az erekben.

Vegyi dopping

Ha egy sportolóról azt állítják, hogy hormonális doppingot használt, az azt jelenti, hogy vagy tabletta formájában, vagy közvetlenül a véráramba fecskendezve szedett hormonokat. A hormonok lehetnek természetesek vagy mesterségesek. A legelterjedtebbek a növekedési hormonok és a szteroidok, amelyek hatására az izmok megnagyobbodnak és erősebbek, valamint az eritropoetin, a szülést gyorsító hormon tápanyagok az izmokhoz.

Az agy több millió műveletet képes végrehajtani a másodperc törtrésze alatt.

A hormonok az agyon dolgoznak

Egy másik eszközt használnak az agy információcseréjére - hormonok... Ezek kémiai vegyületek részben maga az agy termeli a hipotalamuszban elhelyezkedő neuronok egy csoportjában. Ezek a hormonok szabályozzák a belső elválasztású mirigyek által a szervezetben máshol termelt hormonok termelését. Másképpen hatnak, mint a neurotranszmitterek, amelyek közvetlenül az idegsejteken rögzülnek, és a vérrel az agytól távoli szervekbe, például a mellbe, a petefészkekbe, a hím herékbe és a vesékbe kerülnek. A receptoraikhoz kötődve a hormonok különféle élettani reakciókat váltanak ki. Elősegítik például a csontok és az izmok növekedését, szabályozzák az éhséget és a szomjúságot, és természetesen befolyásolják a szexuális teljesítményt.

Motoros neuron.

Az izom kontraktilis aktivitásának szabályozása nagy számmal történik motoneuronok- idegsejtek, amelyek teste a gerincvelőben fekszik, és hosszú ágak, axonok a mozgatóideg részeként megközelítik az izmot. Az izomba belépve az axon sok ágra ágazik, amelyek mindegyike külön szálhoz kapcsolódik, mint a házakhoz kapcsolódó elektromos vezetékek Így egy motoros neuron egy egész rostcsoportot (ún. neuromotoros egység), amely egészében működik.

Az izom sok neuromotoros egységből áll, és nem teljes tömegével, hanem részenként képes dolgozni, ami lehetővé teszi az összehúzódás erősségének és sebességének szabályozását.

Tekintsük egy idegsejt részletesebb felépítését.

Az idegrendszer szerkezeti és funkcionális egysége egy idegsejt - idegsejt.

Neuronok- speciális sejtek, amelyek képesek információt fogadni, feldolgozni, továbbítani és tárolni, megszervezni az ingerekre adott választ, kapcsolatot létesíteni más neuronokkal, szervsejtekkel.

A neuron egy 3-130 mikron átmérőjű testből áll, amely magot (nagyszámú nukleáris pórussal) és organellumokat (beleértve a magasan fejlett durva endoplazmatikus retikulumot aktív riboszómákkal, a Golgi-készüléket), valamint folyamatokat tartalmaz. . Kétféle folyamat létezik: dendritek és axonok. A neuron fejlett és összetett citoszkeletonnal rendelkezik, amely behatol a folyamataiba. A citoszkeleton megőrzi a sejt alakját, filamentumai "sínként" szolgálnak az organellumok és a membránvezikulákba csomagolt anyagok (például neurotranszmitterek) szállításához.

Dendritek- elágazó rövid folyamatok, amelyek más neuronoktól, receptorsejtektől vagy közvetlenül külső ingerektől kapnak jeleket. A dendrit idegimpulzusokat vezet a neuron testébe.

Axonok- hosszú folyamat, a neuron testéből történő gerjesztés levezetésére.

A neuron egyedi képességei a következők:

- elektromos töltések generálásának képessége
- információkat továbbít speciális végződésekkel,szinapszisok.

Idegimpulzus.

Tehát hogyan történik az idegimpulzus átvitele?
Ha egy idegsejt stimulációja meghalad egy bizonyos küszöbértéket, akkor a stimuláció pillanatában kémiai és elektromos változások sorozata következik be, amelyek az egész neuronban szétterjednek. Az átvitt elektromos változásokat ún ingerület.

Ellentétben az egyszerű elektromos kisüléssel, amely a neuron ellenállása miatt fokozatosan gyengül, és csak kis távolságot lesz képes leküzdeni, a sokkal lassabban "futó" idegimpulzus folyamatosan helyreáll (regenerálódik) terjedése során.
Az ionok (elektromos töltésű atomok) koncentrációja - elsősorban nátrium és kálium, ill szerves anyag- a neuronon kívül és azon belül nem azonos, ezért a nyugalmi idegsejt belülről negatívan, kívülről pozitívan töltődik; ennek eredményeként potenciálkülönbség jelenik meg a sejtmembránon (az ún. "nyugalmi potenciál" kb. –70 millivolt). Minden olyan változást, amely csökkenti a sejten belüli negatív töltést és ezáltal a membránon átívelő potenciálkülönbséget, nevezzük depolarizáció.
Az idegsejteket körülvevő plazmamembrán egy összetett képződmény, amely lipidekből (zsírokból), fehérjékből és szénhidrátokból áll. Gyakorlatilag áthatolhatatlan az ionokkal szemben. De a membrán egyes fehérjemolekulái csatornákat képeznek, amelyeken keresztül bizonyos ionok áthaladhatnak. Ezek az ionos csatornák azonban nem folyamatosan nyitva vannak, hanem a kapukhoz hasonlóan nyithatnak és zárhatnak.
Amikor egy neuront stimulálnak, a nátrium (Na +) csatornák egy része megnyílik a stimuláció helyén, lehetővé téve a nátriumionok bejutását a sejtbe. Ezeknek a pozitív töltésű ionoknak a beáramlása csökkenti a membrán belső felületének negatív töltését a csatorna régióban, ami depolarizációhoz vezet, ami a feszültség és a kisülés éles változásával jár - egy ún. „Akciópotenciál”, azaz. idegi impulzus. Ezután a nátriumcsatornák bezáródnak.
Sok neuronban a depolarizáció kálium (K +) csatornák megnyílását is okozza, aminek következtében a káliumionok elhagyják a sejtet. Ezen pozitív töltésű ionok elvesztése ismét megnöveli a negatív töltést a membrán belső felületén. Ezután a káliumcsatornák bezáródnak. Más membránfehérjék is működni kezdenek - az ún. kálium-nátrium pumpák, amelyek biztosítják a Na + sejtből, a K + sejtbe történő mozgását, ami a káliumcsatornák aktivitásával együtt visszaállítja a kezdeti elektrokémiai állapotot (nyugalmi potenciált) az ingerlés helyén.
Az ingerlés helyén bekövetkező elektrokémiai változások depolarizációt okoznak a membrán szomszédos pontjában, és abban is ugyanazt a változási ciklust váltják ki. Ez a folyamat folyamatosan ismétlődik, és minden új ponton, ahol a depolarizáció fellép, ugyanolyan nagyságú impulzus születik, mint az előző pontban. Így a megújult elektrokémiai ciklussal együtt az idegimpulzus az idegsejt mentén pontról pontra terjed.

Kitaláltuk, hogyan halad át az idegimpulzus egy neuronon, most pedig nézzük meg, hogyan jut el az impulzus az axontól az izomrostig.

Szinapszis.

Az axon az izomrostban egyfajta zsebekben helyezkedik el, amelyek az axon kiemelkedéseiből és a sejtrost citoplazmájából képződnek.
Közöttük neuromuszkuláris szinapszis képződik.

Neuromuszkuláris szinapszis- idegvégződés a motoros neuron axonja és egy izomrost között.

1. Axon.
2. Sejt membrán.
3. Egy axon szinaptikus vezikulumai.
4. Receptor fehérje.
5. Mitokondriumok.

A szinapszis három részből áll:
1) preszinaptikus (adó) elem, amely szinaptikus vezikulákat (vezikulákat) tartalmaz közvetítővel
2) szinaptikus rés (átviteli rés)
3) egy posztszinaptikus (észlelő) elem receptorfehérjékkel, amelyek biztosítják a mediátor kölcsönhatását a posztszinaptikus membránnal, és enzimfehérjékkel, amelyek elpusztítják vagy inaktiválják a mediátort.

Preszinaptikus elem- idegimpulzust kibocsátó elem.
Posztszinaptikus elem- idegimpulzust kapó elem.
Szinaptikus hasadék- az az intervallum, amelyben az idegimpulzus átvitele megtörténik.

Amikor akciós potenciál formájában (nátrium- és káliumionok által okozott transzmembrán áram) "jön" a szinapszisba idegimpulzus, a kalciumionok belépnek a preszinaptikus elembe.

Közvetítő– biológiailag aktív anyag, amelyet idegvégződések választanak ki, és idegimpulzust továbbít a szinapszisban. Egy közvetítőt használnak az impulzusok továbbítására az izomrostokhoz – acetilkolin.

A kalciumionok biztosítják a buborékok felszakadását és a jeladó kijutását a szinaptikus hasadékba. A szinaptikus hasadékon áthaladva a mediátor a posztszinaptikus membrán receptorfehérjéhez kötődik. Ennek a kölcsönhatásnak az eredményeképpen a posztszinaptikus membránon új idegimpulzus keletkezik, amely továbbadódik más sejteknek. A receptorokkal való kölcsönhatás után a mediátort az enzimfehérjék elpusztítják és eltávolítják. Az információt kódolt formában továbbítják más idegsejtekhez (a posztszinaptikus membránon fellépő potenciálok gyakorisági jellemzői; egy ilyen kód egyszerűsített analógja a termék csomagolásán található vonalkód). A "dekódolás" a megfelelő idegközpontokban történik.
A receptorhoz nem kötődő mediátort vagy speciális enzimek tönkreteszik, vagy visszafogják a preszinaptikus terminális vezikulákba.

Lenyűgöző videó arról, hogyan halad át az idegimpulzus:

Még szebb videó

Szinapszis

Hogyan zajlik az idegimpulzus (diavetítés)

8317 0

Neuronok

A magasabb rendű állatokban az idegsejtek alkotják a központi idegrendszer (CNS) szerveit - a fej és gerincvelő- és a perifériás idegrendszer (PNS), amely magában foglalja a központi idegrendszert az izmokkal, mirigyekkel és receptorokkal összekötő idegeket és folyamataikat.

Szerkezet

Az idegsejtek nem szaporodnak mitózissal (sejtosztódás). A neuronokat amitotikus sejteknek nevezik – ha elpusztulnak, többé nem állnak helyre. A ganglionok a központi idegrendszeren kívüli idegsejtek kötegei. Minden neuron a következő elemekből épül fel.

Sejt test... Ez a sejtmag és a citoplazma.

Axon. Ez egy hosszú, karcsú folyamat, amely szinapszisoknak nevezett kapcsolatokon keresztül információkat szállít a sejttestből más kajakokba. Egyes axonok egy centiméternél rövidebbek, míg mások 90 cm-nél hosszabbak.A legtöbb axon a mielinhüvelynek nevezett védőanyagban található, amely segít felgyorsítani az idegimpulzusok átvitelét. Az axonon egy bizonyos intervallumon belüli szűkületeket Ranvier-elfogásnak nevezzük.

Dendritek. Ez egy rövid rostok hálózata, amelyek az axonból vagy sejttestből nyúlnak ki, és összekötik az axonok végeit más neuronoktól. A dendritek jelek fogadásával és továbbításával kapnak információt a sejt számára. Minden neuronnak több száz dendritje lehet.

Neuron szerkezete

Funkciók

A neuronok elektrokémiai úton érintkeznek egymással, impulzusokat továbbítva az egész testben.

Mielinhüvely

... Schwann-sejtek egy vagy több axon köré tekeredtek (a) a mielinhüvely kialakítása.
... Több réteg (esetleg 50-100) plazmamembránból áll (b), amely között folyékony citoszol kering (hipochondriától és az endoplazmatikus retikulum egyéb elemeitől mentes citoplazma), a legfelső réteg kivételével (v).
... A hosszú axon körüli mielinhüvely szegmensekre oszlik, amelyek mindegyikét külön Schwann-sejt alkotja.
... A szomszédos szegmenseket Ranvier-elfogásnak nevezett szűkítések választják el (G) ahol az axonnak nincs mielinhüvelye.

Ideg impulzusok

Magasabbrendű állatoknál a jelek az egész testben és az agyból is eljutnak az idegeken keresztül továbbított elektromos impulzusok formájában. Az idegek impulzusokat hoznak létre, amikor fizikai, kémiai vagy elektromos változás következik be a sejtmembránban.

1 Nyugalmi idegsejt

A nyugvó neuronnak negatív töltése van a sejtmembránon belül (a), és pozitív töltése ezen a membránon kívül (b). Ezt membrán maradékpotenciálnak nevezik.

Két tényező támogatja:

A sejtmembrán eltérő permeabilitása az azonos pozitív töltésű nátrium- és káliumionok számára. A nátrium lassabban diffundál (áthalad) a sejtbe, mint a kálium.

Nátrium-kálium csere, melynek során több pozitív ion hagyja el a sejtet, mint amennyi bejut. Ennek eredményeként több pozitív ion halmozódik fel a sejtmembránon kívül, mint azon belül.

2 Stimulált neuron

Amikor egy neuront stimulálnak, a sejtmembrán bármely részének (c) permeabilitása megváltozik. A pozitív nátriumionok (g) gyorsabban kezdenek behatolni a sejtbe, mint nyugalmi helyzetben, ami a sejten belüli pozitív potenciál növekedéséhez vezet. Ezt a jelenséget depolarizációnak nevezik.

3 Idegimpulzus

A depolarizáció fokozatosan átterjed a teljes sejtmembránra (e). Fokozatosan megváltoznak a töltések a sejtmembrán oldalain (egy ideig nem). Ezt a jelenséget fordított polarizációnak nevezik. Ez valójában egy idegimpulzus, amely az idegsejt sejtmembránján keresztül továbbítódik.

4 Repolarizáció

A sejtmembrán permeabilitása ismét megváltozik. A pozitív nátriumionok (Na +) elkezdenek kiszökni az (e) sejtből. Végül a sejten kívül ismét pozitív töltés képződik, benne pedig pozitív töltés. Ezt a folyamatot repolarizációnak nevezik.

L. Chailakhyan, a biológiai tudományok kandidátusa, kutató, Biofizikai Intézet, Szovjetunió Tudományos Akadémia

A magazin egyik olvasója, L. Gorbunova (Tsybino falu, moszkvai régió) ezt írja nekünk: "Érdekel az idegsejteken keresztüli jelátvitel mechanizmusa."

A díjazottak Nóbel díj 1963 (balról jobbra): A. Hodgkin, E. Huxley, D. Eccles.

A tudósok elképzelései az idegimpulzus átvitelének mechanizmusáról Utóbbi időben jelentős változás. Egészen a közelmúltig Bernstein nézetei uralták a tudományt.

Az emberi agy kétségtelenül legmagasabb eredmény természet. Egy kilogramm idegszövet az egész ember kvintesszenciáját tartalmazza, kezdve a létfontosságú funkciók szabályozásával - a szív, a tüdő, az emésztőrendszer, a máj munkájával - és a lelki világáig. Itt vannak gondolkodási képességeink, minden világérzékelésünk, emlékezetünk, értelemünk, öntudatunk, „én”. Az agy működésének ismerete annyi, mint önmagad megismerése.

A cél nagyszerű és csábító, de a kutatás tárgya hihetetlenül nehéz. Vicc azt mondani, hogy ez a kilogramm szövet az a legbonyolultabb rendszer több tízmilliárd idegsejt kapcsolata.

Az első jelentős lépést azonban már megtették az agy munkájának megértése felé. Lehet, hogy az egyik legkönnyebb, de minden további szempontjából rendkívül fontos.

Az idegimpulzusok átviteli mechanizmusának tanulmányozására gondolok - olyan jelek, amelyek az idegek mentén futnak, mintha vezetékek mentén haladnának. Ezek a jelek jelentik az agy ábécéjét, amelyek segítségével az érzékszervek információt-küldést küldenek a központi idegrendszernek a külvilág eseményeiről. Az idegi impulzusokkal az agy az izmokba és a különféle belső szervek... Végül az egyes idegsejtek és idegközpontok beszélik e jelek nyelvét.

Az idegsejtek - az agy fő eleme - változatos méretűek és alakúak, de elvileg egyetlen szerkezettel rendelkeznek. Minden idegsejt három részből áll: egy testből, egy hosszú idegrostból - egy axonból (hossza emberben több millimétertől egy méterig terjed) és több rövid elágazó folyamatból - dendritekből. Az idegsejteket membránok választják el egymástól. Ennek ellenére a sejtek kölcsönhatásba lépnek egymással. Ez a sejtek találkozásánál történik; ezt a csomópontot "szinapszisnak" nevezik. A szinapszisban az egyik idegsejt axonja és egy másik sejt teste vagy dendritje találkozik. Sőt, érdekes, hogy a gerjesztés csak egy irányba továbbítható: az axonból a testbe vagy a dendritbe, de semmi esetre sem vissza. A szinapszis olyan, mint a kenotron: csak egy irányban továbbítja a jeleket.

Az idegimpulzus mechanizmusának és terjedésének vizsgálata során két fő kérdés különböztethető meg: az idegimpulzus vagy a gerjesztés vezetése egy sejten belül - a rost mentén, valamint az idegimpulzus átvitelének mechanizmusa sejtről sejtre – szinapszisokon keresztül.

Milyen természetűek az idegrostok mentén sejtről sejtre továbbított jelek?

Egy személyt már régóta érdekel ez a probléma, Descartes azt feltételezte, hogy a jel terjedése az idegek mentén, például csöveken keresztül történő folyadéktranszfúzióhoz kapcsolódik. Newton azt gondolta, hogy ez egy tisztán mechanikus folyamat. Amikor megjelent elektromágneses elmélet, a tudósok úgy döntöttek, hogy az idegimpulzus analóg az áramnak egy vezető mentén az elektromágneses hullámok terjedési sebességéhez közeli sebességgel. Végül a biokémia fejlődésével megjelent az az álláspont, hogy az idegimpulzus mozgása egy speciális biokémiai reakció továbbterjedése az idegrost mentén.

Ám ezek az ötletek egyike sem vált valóra.

Jelenleg az idegimpulzus természete derül ki: meglepően finom elektrokémiai folyamatról van szó, amely az ionok sejtmembránon keresztüli mozgásán alapul.

Ennek a természetnek a feltárásához nagyban hozzájárult három tudós munkája: Alan Hodgkin, a Cambridge-i Egyetem biofizika professzora; Andrew Huxley, a Londoni Egyetem fiziológiaprofesszora és John Eccles, az Ausztrál Canberrai Egyetem fiziológiaprofesszora. 1963-ban megkapták az orvosi Nobel-díjat.

A híres német fiziológus, Bernstein volt az első, aki a század elején felvetette az idegimpulzusok elektrokémiai természetét.

A huszadik század elejére már nagyon sokat tudtak róla ideges izgalom... A tudósok már tudták, hogy egy idegrost elektromos árammal gerjeszthető, és az izgalom mindig a katód alatt történik - mínusz alatt. Ismeretes, hogy az ideg gerjesztett területe negatívan töltődik a nem gerjesztett területhez képest. Megállapítást nyert, hogy az idegimpulzus minden ponton mindössze 0,001-0,002 másodpercig tart, az izgalom mértéke nem függ az irritáció erősségétől, ahogy a lakásunkban zajló hívás hangereje sem attól, hogy milyen erősen nyomjuk meg a gomb. Végül a tudósok azt találták, hogy a hordozók elektromos áram az ionok élő szövetekben vannak; Ezenkívül a sejt belsejében a fő elektrolit a káliumsók, a szöveti folyadékban pedig a nátriumsók. A legtöbb sejtben a káliumionok koncentrációja 30-50-szer magasabb, mint a vérben és a sejteket fürdő sejtközi folyadékban.

És mindezen adatok alapján Bernstein azt javasolta, hogy az ideg- és izomsejtek membránja egy speciális félig áteresztő membrán. Csak K+-ionok számára permeábilis; az összes többi ion esetében, beleértve a negatív töltésű anionokat a sejtben, az út zárva van. Nyilvánvaló, hogy a kálium a diffúzió törvényei szerint hajlamos elhagyni a sejtet, anionok feleslege jelenik meg a sejtben, és potenciálkülönbség jelenik meg a membrán mindkét oldalán: kívül - plusz (kationok feleslege) , belül - mínusz (anionok feleslege). Ezt a potenciálkülönbséget nyugalmi potenciálnak nevezzük. Így nyugalomban, gerjesztetlen állapotban a sejt belső része mindig negatív töltésű a külső oldathoz képest.

Bernstein azt javasolta, hogy az idegrost gerjesztésének pillanatában szerkezeti változások mennek végbe a felszíni membránban, pórusai megnövekednek, és minden ion számára átjárhatóvá válik. Ebben az esetben természetesen a potenciálkülönbség eltűnik. Ez váltja ki az idegi jelet.

Bernstein membránelmélete gyorsan ismertté vált, és több mint 40 évig létezett, egészen a század közepéig.

Bernstein elmélete azonban már a 30-as évek végén áthidalhatatlan ellentmondásokba ütközött. 1939-ben súlyosan érintette Hodgkin és Huxley finom kísérletei. Ezek a tudósok voltak az elsők, akik megmérték egy idegrost membránpotenciáljának abszolút értékét nyugalomban és izgalom közben. Kiderült, hogy gerjesztéskor a membránpotenciál nemcsak nullára csökkent, hanem több tíz millivolttal átlépte a nullát. Vagyis a rost belső része negatívból pozitív felé.

De nem elég felforgatni egy elméletet, fel kell váltani egy másikkal: a tudomány nem tűri a vákuumot. És Hodgkin, Huxley, Katz 1949-1953-ban javasolja új elmélet... A nátrium nevet kapja.

Itt az olvasónak joga van meglepődni: nátriumról eddig szó sem volt. Ez az egész lényeg. A tudósok jelölt atomok segítségével megállapították, hogy nemcsak a kálium- és anionok, hanem a nátrium- és klórionok is részt vesznek az idegimpulzus átvitelében.

A szervezetben elegendő nátrium- és klórion van, mindenki tudja, hogy a vér sós ízű. Ráadásul az intercelluláris folyadékban 5-10-szer több nátrium van, mint az idegrostokban.

Mit is jelent ez? A tudósok azt sugallták, hogy az első pillanatban felizgatva a membrán áteresztőképessége csak a nátrium esetében növekszik meg meredeken. Az áteresztőképesség tízszer nagyobb lesz, mint a káliumionoké. És mivel a nátrium kívül 5-10-szer több, mint belül, hajlamos bejutni az idegrostba. És akkor a rost belseje pozitív lesz.

És egy idő után - izgalom után - az egyensúly helyreáll: a membrán is elkezdi átadni a káliumionokat. És kimennek. Így kompenzálják a nátriumionok által a szálba bevitt pozitív töltést.

Egyáltalán nem volt könnyű ilyen gondolatokra jutni. És itt van miért: az oldatban lévő nátriumion átmérője másfélszer nagyobb, mint a kálium- és klórioné. És teljesen érthetetlen, hogy egy nagyobb ion hogyan jut át ​​oda, ahol a kisebb nem.

Határozottan meg kellett változtatni az ionok membránokon keresztüli átvitelének mechanizmusát. Nyilvánvaló, hogy nem lehet eltekinteni attól, hogy pusztán a membrán pórusairól okoskodjunk. És akkor elhangzott az a gondolat, hogy az ionok egészen más módon tudnak átjutni a membránon, egyelőre titkos szövetségesek segítségével - magában a membránban elrejtett speciális szerves hordozómolekulákkal. Egy ilyen molekula segítségével az ionok bárhol átjuthatnak a membránon, nem csak a pórusokon keresztül. Ráadásul ezek a taxi molekulák jól megkülönböztetik utasaikat, nem keverik össze a nátriumionokat a káliumionokkal.

Ekkor az idegimpulzus terjedésének általános képe a következő lesz. Nyugalomban a negatív töltésű hordozómolekulák a membránpotenciál hatására a membrán külső határához nyomódnak. Ezért a nátrium permeabilitása nagyon alacsony: 10-20-szor kisebb, mint a káliumionoké. A kálium a pórusokon keresztül átjuthat a membránon. Amikor a gerjesztési hullám közeledik, a nyomás csökken elektromos mező hordozó molekulákon; ledobják elektrosztatikus „bilincseiket”, és elkezdik a nátriumionokat a sejtbe szállítani. Ez tovább csökkenti a membránpotenciált. A membránok újratöltésének láncfolyamata van. És ez a folyamat folyamatosan terjed az idegrost mentén.

Érdekes, hogy az idegrostok naponta csak körülbelül 15 percet töltenek fő munkájukkal - az idegimpulzusok vezetésével. A rostok azonban bármikor készen állnak erre: az idegrost minden eleme megszakítás nélkül működik - a nap 24 órájában. Az idegrostok ebben az értelemben hasonlóak az elfogó repülőgépekhez, amelyekben a motorok folyamatosan futnak az azonnali induláshoz, de maga az indulás csak néhány havonta történhet meg.

Most találkoztunk az idegimpulzus áthaladásának titokzatos aktusának első felével - az egyik rost mentén. És hogyan továbbadódik az izgalom sejtről sejtre, az ízületeken - szinapszisokon keresztül. Ezt a kérdést vizsgálták a harmadik briliáns kísérletei Nobel díjas, John Eccles.

A gerjesztés nem juthat közvetlenül az egyik sejt idegvégződéseiből egy másik sejt testébe vagy dendritjeibe. Az áram szinte teljes egésze a szinaptikus hasadékon keresztül a külső folyadékba áramlik, és annak jelentéktelen része, nem tud gerjesztést okozni, a szinapszison keresztül a szomszédos sejtbe jut. Így a szinapszisok területén megszakad az elektromos folytonosság az idegimpulzus terjedésében. Itt, két sejt találkozásánál egy teljesen más mechanizmus lép működésbe.

Amikor az izgalom a sejt végére, a szinapszis helyére ér, fiziológiásan felszabadul az intercelluláris folyadékba hatóanyagok- közvetítők, vagy közvetítők. Összekötő láncszemekké válnak az információ sejtről sejtre történő átvitelében. A mediátor kémiai kölcsönhatásba lép a második idegsejttel, megváltoztatja membránjának ionpermeabilitását - mintha áttörne egy résen, amelybe sok ion, köztük nátriumionok rohannak be.

Tehát Hodgkin, Huxley és Eccles munkáinak köszönhetően az idegsejt legfontosabb állapotai - a gerjesztés és a gátlás - az ionfolyamatok, a felületi membránok szerkezeti és kémiai átrendeződései szempontjából írhatók le. Ezen vizsgálatok alapján már lehet feltételezéseket tenni a rövid- és hosszú távú memória lehetséges mechanizmusairól, az idegszövet plasztikus tulajdonságairól. Ez azonban egy vagy több sejten belüli mechanizmusokról szóló beszélgetés. Ez csak az agy ábécéje. Úgy tűnik, a következő, talán sokkal nehezebb szakasz azoknak a törvényszerűségeknek a megnyitása, amelyek által több ezer idegsejt koordináló tevékenysége felépül, az idegközpontok által beszélt nyelv felismerése.

Jelenleg az agy munkájának megismerésében vagyunk egy olyan gyermek szintjén, aki megtanulta az ábécé betűit, de nem tudja, hogyan kapcsolja össze őket szavakká. Nincs messze azonban az az idő, amikor a tudósok egy kód segítségével - elemi biokémiai aktusok végbemennek idegsejt, lenyűgöző párbeszédet fog olvasni az agy idegközpontjai között.

Az illusztrációk részletes leírása

A tudósok elképzelései az idegimpulzusok átvitelének mechanizmusáról a közelmúltban jelentős változáson mentek keresztül. Egészen a közelmúltig Bernstein nézetei uralták a tudományt. Véleménye szerint nyugalmi állapotban (1) az idegrost kívül pozitívan, belül negatívan töltődik. Ezt azzal magyarázták, hogy a rostfal pórusain csak pozitív töltésű káliumionok (K +) tudnak átjutni; nagy negatív töltésű anionok (A -) kénytelenek bent maradni, és többlet negatív töltést hoznak létre. A (3) gerjesztés Bernstein szerint a potenciálkülönbség eltűnésére redukálódik, amit az okoz, hogy a pórusok mérete megnő, az anionok kijönnek és kiegyenlítik az ionegyensúlyt: a pozitív ionok száma egyenlő lesz a pórusok számával. negatívak. Az 1963-as Nobel-díjas A. Hodgkin, E. Huxley és D. Eccles munkája megváltoztatta korábbi felfogásunkat. Bebizonyosodott, hogy a pozitív nátriumionok (Na +), a negatív klórionok (Cl -) és a negatív töltésű hordozómolekulák is részt vesznek az idegi izgalomban. A nyugalmi állapot (3) elvileg ugyanúgy alakul ki, mint korábban gondolták: az idegroston kívül a pozitív ionok többlete, belül a negatív ionok többlete. Megállapítást nyert azonban, hogy a (4) gerjesztéskor nem a töltések kiegyenlítődése, hanem újratöltés történik: kívül negatív, belül pozitív iontöbblet képződik. Ez azzal magyarázható, hogy gerjesztéskor a hordozómolekulák elkezdik a pozitív nátriumionokat a falon keresztül szállítani. Így az idegimpulzus (5) a szál mentén mozgó kettős elektromos réteg újratöltése. És sejtről sejtre az izgalmat egyfajta kémiai "kos" (6) - az acetilkolin molekula - közvetíti, amely segít az ionoknak áttörni a szomszédos idegrost falán.