Az idegimpulzus és átvitelének elve. Motoros neuron. Idegimpulzus. Szinapszis Az idegsejtekben elektromos impulzust generál az

Akciós potenciál vagy idegimpulzus, egy specifikus reakció, amely izgalmas hullám formájában jelentkezik, és végigfolyik a teljes idegpályán. Ez a reakció egy ingerre adott válasz. A fő feladat az adatok átvitele a receptortól az idegrendszer felé, majd ezt az információt a kívánt izmok, mirigyek és szövetek felé irányítja. Az impulzus áthaladása után a membrán felülete negatív töltésű lesz, míg a belső része pozitív marad. Így a szekvenciálisan átvitt elektromos változásokat idegimpulzusnak nevezzük.

A stimuláló hatás és annak eloszlása ​​fizikai-kémiai természetű. Az ehhez a folyamathoz szükséges energia közvetlenül az idegben keletkezik. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az impulzus áthaladása hőképződést von maga után. Miután ez elmúlt, megkezdődik a lecsengési vagy referenciaállapot. Amelyben csak a másodperc töredékéig az ideg nem tudja vezetni az ingert. Az impulzus érkezési sebessége 3 m/s és 120 m/s között változik.

Azoknak a szálaknak, amelyeken a gerjesztés áthalad, meghatározott burkolatuk van. Nagyjából ez a rendszer egy elektromos kábelre hasonlít. Összetétele szerint a membrán lehet myelinizált és nem myelinizált. A mielinhüvely legfontosabb alkotóeleme a mielin, amely dielektrikum szerepét tölti be.

Az impulzus terjedésének sebessége több tényezőtől függ, például a szálak vastagságától, és minél vastagabb, annál gyorsabban fejlődik a sebesség. Egy másik tényező a vezetési sebesség növelésében maga a mielin. De ugyanakkor nem a teljes felületen helyezkedik el, hanem szakaszokban, mintha össze lenne fűzve. Ennek megfelelően ezen területek között vannak olyanok, amelyek "meztelenül" maradnak. Rajtuk keresztül áram szivárog az axonból.

Az axont folyamatnak nevezzük, segítségével az egyik cellából a többibe adatátvitel történik. Ezt a folyamatot a szinapszis szabályozza, amely az idegsejtek vagy az idegsejt és a sejt közötti közvetlen kapcsolat. Létezik még az úgynevezett szinaptikus tér vagy hasadék. Amikor irritáló impulzus érkezik egy neuronhoz, a reakció során neurotranszmitterek (kémiai összetételű molekulák) szabadulnak fel. Áthaladnak a szinaptikus nyíláson, végül elérik annak a neuronnak vagy sejtnek a receptorait, amelyhez az adatokat továbbítani kell. Az idegimpulzus vezetéséhez kalciumionokra van szükség, mivel e nélkül a neurotranszmitter felszabadulása nem történik meg.

A vegetatív rendszert főként mielinmentes szövetek biztosítják. Az izgalom folyamatosan és megszakítás nélkül terjed rajtuk.

Az átvitel elve az elektromos tér megjelenésén alapul, így olyan potenciál keletkezik, amely irritálja a szomszédos terület membránját és így tovább az egész szálon.

Ilyenkor az akciós potenciál nem mozog, hanem egy helyen megjelenik és eltűnik. Az ilyen szálak átviteli sebessége 1-2 m / s.

Viselkedési törvények

Az orvostudományban négy alaptörvény létezik:

• Anatómiai és élettani értéke. A gerjesztést csak akkor hajtják végre, ha maga a szál integritását nem sérti. Ha az egység nem biztosított például jogsértés, droghasználat miatt, akkor az idegimpulzus vezetése lehetetlen.
• Az irritáció izolált átvezetése. A gerjesztés egy idegrost mentén továbbítható, semmiképpen, nem terjed át a szomszédokra.
• Kétoldalú magatartás. Az impulzus útja csak kétféle lehet - centrifugális és centripetális. De a valóságban az irány az egyik lehetőségben fordul elő.
• Nem növekményes vezetés. Az impulzusok nem csillapodnak, vagyis csökkenés nélkül hajtják végre.

Impulzusvezetési kémia

Az irritációs folyamatot ionok is szabályozzák, főleg kálium, nátrium és néhány szerves vegyület. Ezeknek az anyagoknak a koncentrációja eltérő, a sejt belül negatívan, a felszínén pedig pozitívan töltődik. Ezt a folyamatot potenciálkülönbségnek nevezzük. Ha például egy negatív töltés ingadozik, akkor potenciálkülönbség keletkezik, és ezt a folyamatot depolarizációnak nevezik.

A neuron irritációja azzal jár, hogy az irritáció helyén nátriumcsatornák nyílnak meg. Ez megkönnyítheti a pozitív töltésű részecskék bejutását a sejt belsejébe. Ennek megfelelően a negatív töltés csökken, és akciós potenciál lép fel, vagy idegimpulzus lép fel. Ezt követően a nátriumcsatornák ismét záródnak.

Gyakran kiderül, hogy a polarizáció gyengülése segíti elő a káliumcsatornák megnyitását, ami pozitív töltésű káliumionok felszabadulását idézi elő. Ez a művelet csökkenti a negatív töltést a sejtfelszínen.

A nyugalmi potenciál vagy elektrokémiai állapot a kálium-nátrium szivattyúk bekapcsolásával áll helyre, amelyek segítségével a nátriumionok elhagyják a sejtet, a kálium pedig bejut.

Ennek eredményeként azt mondhatjuk, hogy az elektrokémiai folyamatok újraindulásakor impulzusok lépnek fel a szálak mentén.

Az idegimpulzus természetének tanulmányozása különleges nehézségekkel járt, mivel az impulzus ideg mentén történő áthaladása során nem történik látható változás. Csak a közelmúltban, a mikrokémiai módszerek kifejlesztésével sikerült kimutatni, hogy egy impulzus vezetése során az ideg több energiát fogyaszt, több oxigént fogyaszt és több szén-dioxidot bocsát ki, mint nyugalmi állapotban. Ez azt jelzi, hogy az oxidatív reakciók részt vesznek az impulzus vezetésében, a vezetés utáni kezdeti állapot helyreállításában, vagy mindkét folyamatban.

Amikor körülbelül 100 évvel ezelőtt megállapították, hogy egy idegimpulzushoz bizonyos elektromos jelenségek társulnak, azt hitték, hogy maga az impulzus elektromos áram. Abban az időben ismerték, hogy az elektromos áram nagyon gyorsan halad, ezért azt hitték, hogy az idegimpulzus terjedési sebessége túl nagy ahhoz, hogy meg lehessen mérni. Tíz évvel később Helmholtz úgy mérte meg az impulzus vezetési sebességét, hogy egy ideget stimulált az izomhoz az izomtól különböző távolságokban, és megmérte a stimuláció és az összehúzódás között eltelt időt. Ily módon kimutatta, hogy az idegimpulzus sokkal lassabban terjed, mint az elektromos impulzus - a béka idegeiben körülbelül 30 m / s sebességgel. Ez természetesen azt jelezte, hogy az idegimpulzus nem elektromos áram, mint a rézhuzalban. Ezen túlmenően egy elhalt vagy összetört ideg továbbra is vezet áramot, de nem vezet idegimpulzusokat, és akár árammal, érintéssel, hő alkalmazásával, akár kémiai tényezőkkel irritáljuk az ideget, az így létrejövő impulzus az „én”-t a feszültség sebességével továbbítja. azonos nagyságrendű.Ebből arra a következtetésre jutunk, hogy az idegimpulzus nem elektromos áram, hanem elektrokémiai zavar az idegrostban.Az idegrost egyik szakaszán az inger által okozott zavar a szomszédos szakaszon is ugyanazt a zavart okozza. , és így tovább, amíg az impulzus el nem éri a szál végét, így az impulzus átadása hasonló a biztosítékzsinór égéséhez: a zsinór egyik szakaszának égése során felszabaduló hőből a következő szakasz meggyullad, stb. Az idegben a hő szerepét elektromos jelenségek játsszák, amelyek az egyik szakaszon fellépve stimulálják a következőt.

Az idegimpulzus átvitele több szempontból is hasonló a biztosítékzsinór elégetéséhez. A zsinór égési sebessége nem függ a gyújtáskor elhasznált hő mennyiségétől, mindaddig, amíg ez a hő elegendő a zsinór meggyulladásához. A gyújtási módszer sem lényeges. Ugyanez a helyzet az idegekkel. Az ideg addig nem reagál, amíg egy bizonyos minimális erősségű stimulációt nem alkalmaznak, de az inger erősségének további növelése nem okozza az impulzus gyorsabb terjedését. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy maga az ideg, és nem az inger szállítja az energiát az impulzushoz. A leírt jelenség tükröződik a „mindent vagy semmit” törvényben: az idegi impulzus nem függ az azt kiváltó inger természetétől és erősségétől, ha csak az ingernek van elegendő ereje az impulzus megjelenéséhez. A vezetés sebessége ugyan nem az inger erősségétől, hanem az idegrost állapotától függ, és különféle anyagok lassíthatják vagy ellehetetleníthetik az impulzusok átadását.

A megégett zsinór nem használható fel újra, az idegrost viszont képes eredeti állapotának helyreállítására és egyéb impulzusok továbbítására. Ezeket azonban nem tudja folyamatosan vezetni: egy impulzus leadása után egy bizonyos idő eltelik, mielőtt a szál továbbíthatja a második impulzust. Ez az időtartam, amelyet tűzálló periódusnak neveznek, 0,0005 és 0,002 másodperc között tart. Ez idő alatt kémiai és fizikai változások következnek be, amelyek hatására a szál visszaáll eredeti állapotába.

Amennyire tudjuk, minden típusú impulzus – motoros, szenzoros vagy interkaláris – által továbbított impulzusok alapvetően hasonlóak egymáshoz. Azt

egy impulzus fényérzést, egy másik hangérzetet, a harmadik izomösszehúzódást, a negyedik pedig a mirigy szekréciós aktivitását serkenti, teljes mértékben azon struktúrák természetétől függ, amelyekhez az impulzusok jönnek, és nem maguk az impulzusok jellemzői.

Bár egy idegrost bármely pontján stimulálható, normál körülmények között csak az egyik végén keletkezik gerjesztés, ahonnan az impulzus a rost mentén a másik végébe jut1. Az egymást követő neuronok közötti kapcsolatot ún. Az idegimpulzus az egyik idegsejt axonjának csúcsától a következő dendritjéhez jut a szinaptikus kapcsolaton keresztül úgy, hogy az axon csúcsán egy bizonyos anyagot felszabadít. Ez az anyag idegimpulzus megjelenését okozza a következő axon dendritjében. A gerjesztés átvitele a szinapszison keresztül sokkal lassabb, mint az ideg mentén. Normál körülmények között az impulzusok csak egy irányba haladnak: az érző idegsejtekben az érzékszervektől a gerincvelőbe és az agyba, a motoros neuronokban pedig az agyból és a gerincvelőből az izmokba és a mirigyekbe jutnak. Az irányt a szinapszis határozza meg, mivel csak az axon csúcsa képes olyan anyagot felszabadítani, amely egy másik neuront stimulál. Minden egyes idegrost mindkét irányba képes impulzusokat vezetni; a szál elektromos ingerlésével valahol középen két impulzus keletkezik, amelyek közül az egyik az egyik, a másik a másik irányba megy (ezek az impulzusok megfelelő elektromos eszközökkel érzékelhetők). de csak az, amelyik az axon csúcsa felé megy, stimulálja a lánc következő idegsejtjét. A dendrithez jutó impulzus "leáll", amikor a végéhez ér.

Az idegimpulzus átviteléhez kapcsolódó kémiai és elektromos folyamatok sok tekintetben hasonlóak az izomösszehúzódás során fellépő folyamatokhoz. De az impulzusokat vezető ideg nagyon kevés energiát fogyaszt az összehúzódó izomhoz képest; az ideg 1 perces irritációja során keletkező hő, 1 g szövetre számítva, megegyezik 0,000001 g glikogén oxidációja során felszabaduló energiával. Ez "azt jelenti, hogy ha az ideg csak 1% glikogént tartalmazna energiaforrásként, akkor egy hétig folyamatosan stimulálható lenne, és nem fogyna ki a glikogénellátás. Elegendő oxigénellátás mellett az idegrostok gyakorlatilag kimeríthetetlenek. Bármi is legyen a természet. "szellemi fáradtság", nem lehet valódi idegrostok fáradtsága.

Az emberek és más állatok idegrendszerének fejlődése következtében összetett információs hálózatok jöttek létre, amelyek folyamatai kémiai reakciókon alapulnak. Az idegrendszer legfontosabb eleme a speciális sejtek neuronok... A neuronok egy tömör sejttestből állnak, amely magot és más organellumokat tartalmaz. Ebből a testből több elágazó folyamat nyúlik ki. A legtöbb ilyen folyamat, ún dendritek, érintkezési pontként szolgálnak más neuronoktól érkező jelek fogadásához. Egy folyamat, általában a leghosszabb, az ún axonés jeleket továbbít más neuronoknak. Egy axon vége sokszor elágazhat, és ezek a kisebb ágak mindegyike képes kapcsolódni a következő neuronhoz.

Az axon külső rétege összetett szerkezetet tartalmaz, amelyet számos molekula alkot, amelyek csatornákként működnek, amelyeken keresztül ionok áramolhatnak, a sejten belül és kívül egyaránt. Ezeknek a molekuláknak az egyik vége eltérítve a célatomhoz kapcsolódik. Ezt követően a sejt többi részének energiáját arra használják fel, hogy az atomot kiszorítsák a sejtből, miközben az ellenkező irányú folyamat során újabb molekulát juttatnak a sejtbe. A legfontosabb a molekuláris pumpa, amely eltávolítja a nátriumionokat a sejtből, és káliumionokat visz be (nátrium-kálium pumpa).

Amikor a sejt nyugalomban van, és nem vezet idegi impulzusokat, a nátrium-kálium pumpa káliumionokat mozgat a sejtbe, és kiszívja a nátriumionokat kívülről (képzeljünk el egy édes vizet tartalmazó sejtet, amelyet sós víz vesz körül). Ennek az egyensúlytalanságnak köszönhetően az axon membránon átívelő potenciálkülönbség eléri a 70 millivoltot (a hagyományos AA elem feszültségének körülbelül 5%-a).

Amikor azonban a sejt állapota megváltozik, és az axont elektromos impulzus stimulálja, a membránon felbomlik az egyensúly, és a nátrium-kálium pumpa egy rövid időre az ellenkező irányba kezd működni. A pozitív töltésű nátriumionok behatolnak az axonba, és a káliumionok kiszivattyúzódnak. Az axon belső környezete egy pillanatra pozitív töltést kap. Ebben az esetben a nátrium-kálium pumpa csatornái deformálódnak, blokkolva a nátrium további beáramlását, és a káliumionok tovább távoznak, és a kezdeti potenciálkülönbség helyreáll. Eközben a nátriumionok eloszlanak az axonon belül, megváltoztatva az axon alján lévő membránt. Ebben az esetben az alatta elhelyezkedő szivattyúk állapota megváltozik, hozzájárulva az impulzus további terjedéséhez. A nátrium- és káliumionok gyors mozgása által okozott éles feszültségváltozást ún akciós potenciál... Amikor az akciós potenciál áthalad az axon egy meghatározott pontján, a szivattyúk bekapcsolnak, és visszaállítják a nyugalmi állapotot.

Az akciós potenciál meglehetősen lassan terjed - másodpercenként legfeljebb egy hüvelyk töredéke. Az impulzusátvitel sebességének növelése érdekében (hiszen nem jó, ha az agy által küldött jel egy perc múlva eljut a karhoz), az axonokat mielinhüvely veszi körül, amely megakadályozza a beáramlást, ill. a kálium és a nátrium kiáramlása. A mielinhüvely nem folyamatos - bizonyos időközönként megszakadnak benne, és az idegimpulzus egyik "ablakból" a másikba ugrik, emiatt megnő az impulzusátvitel sebessége.

Amikor az impulzus eléri az axon fő testének végét, azt vagy a következő mögöttes neuronhoz kell továbbítani, vagy az agyban lévő neuronok esetében sok más neuron számos ága mentén. Ehhez az átvitelhez teljesen más folyamatot alkalmaznak, mint az impulzus átviteléhez az axon mentén. Minden idegsejtet egy kis rés választ el szomszédjától, az úgynevezett Szinapszis... Az akciós potenciál nem tudja átugrani ezt a rést, ezért valami más módot kell találnia az impulzus átvitelére a következő neuronra. Minden folyamat végén apró zsákok vannak, amelyeket ( preszinaptikus) buborékok amelyek mindegyike speciális vegyületeket tartalmaz - neurotranszmitterek... Amikor az akciós potenciál megérkezik, ezekből a vezikulákból neurotranszmitter molekulák szabadulnak fel, áthaladva a szinapszison, és a mögöttes neuronok membránján lévő specifikus molekuláris receptorokhoz kapcsolódnak. Amikor egy neurotranszmitter kapcsolódik, az idegsejtek membránjának egyensúlya megbomlik. Most megvizsgáljuk, hogy felmerül-e új akciós potenciál egy ilyen egyensúlyhiány esetén (a neurofiziológusok a mai napig keresik a választ erre a fontos kérdésre).

Miután a neurotranszmitterek idegimpulzust továbbítanak egyik idegsejtről a másikra, egyszerűen diffundálhatnak, vagy kémiai hasításon esnek át, vagy visszatérhetnek a hólyagokba (ezt a folyamatot kínosan hívják fordított rögzítés). A 20. század végén elképesztő tudományos felfedezést tettek - kiderült, hogy azok a gyógyszerek, amelyek befolyásolják a neurotranszmitterek felszabadulását és újrafelvételét, gyökeresen megváltoztathatják az ember mentális állapotát. A Prozac * és hasonló antidepresszánsok blokkolják a szerotonin neurotranszmitter újrafelvételét. Úgy tűnik, hogy a Parkinson-kór a dopamin neurotranszmitter hiányával jár az agyban. A pszichiátria határállapotait tanulmányozó kutatók megpróbálják megérteni, hogyan hatnak ezek a vegyületek az emberi elmére.

Még mindig nincs válasz arra az alapvető kérdésre, hogy mi váltja ki az idegsejtben akciós potenciált – a neurofiziológusok szaknyelvén a neuron „kioldásának” mechanizmusa nem tisztázott. Ebből a szempontból különösen érdekesek az agy idegsejtjei, amelyek a szomszédok ezrei által küldött neurotranszmittereket képesek fogadni. Szinte semmit sem tudunk ezeknek az impulzusoknak a feldolgozásáról és integrációjáról, bár sok kutatócsoport dolgozik ezen a problémán. Csak azt tudjuk, hogy a bejövő impulzusok integrációja a neuronban megy végbe, és döntés születik arról, hogy elindítjuk-e az akciós potenciált és továbbadjuk az impulzust. Ez az alapvető folyamat szabályozza az egész agy működését. Nem meglepő, hogy a természetnek ez a legnagyobb titka, legalábbis ma, a tudomány számára rejtély marad!