Impulso nervoso e principio della sua trasmissione. Motoneurone. Impulso nervoso. Sinapsi Un impulso elettrico nei neuroni si forma a causa di

Un potenziale d'azione o impulso nervoso, una reazione specifica che procede sotto forma di un'onda eccitante e procede lungo l'intero percorso nervoso. Questa reazione è una risposta a uno stimolo. Il compito principale è trasferire i dati dal recettore al sistema nervoso, quindi dirigere queste informazioni ai muscoli, alle ghiandole e ai tessuti desiderati. Dopo il passaggio dell'impulso, la superficie della membrana si carica negativamente, mentre la parte interna rimane positiva. Pertanto, i cambiamenti elettrici trasmessi in sequenza sono chiamati impulso nervoso.

L'effetto stimolante e la sua distribuzione sono soggetti a natura fisico-chimica. L'energia per questo processo viene generata direttamente nel nervo stesso. Ciò è dovuto al fatto che il passaggio dell'impulso comporta la formazione di calore. Una volta superato, inizia lo stato di decadimento o riferimento. In cui, solo per una frazione di secondo, il nervo non riesce a condurre lo stimolo. La velocità alla quale può arrivare l'impulso varia da 3 m/sa 120 m/s.

Le fibre attraverso le quali passa l'eccitazione hanno una guaina specifica. In parole povere, questo sistema assomiglia a un cavo elettrico. A seconda della sua composizione, la membrana può essere mielinizzata e non mielinizzata. Il componente più importante della guaina mielinica è la mielina, che svolge il ruolo di dielettrico.

La velocità di propagazione dell'impulso dipende da diversi fattori, ad esempio dallo spessore delle fibre, e più è spessa, più velocemente si sviluppa la velocità. Un altro fattore che aumenta la velocità di conduzione è la mielina stessa. Ma allo stesso tempo si trova non su tutta la superficie, ma in sezioni, per così dire, legate insieme. Di conseguenza, tra queste aree ci sono quelle che rimangono "nude". Attraverso di loro c'è una perdita di corrente dall'assone.

Un assone è chiamato processo, con l'aiuto di esso viene fornito il trasferimento di dati da una cella al resto. Questo processo è regolato con l'aiuto della sinapsi, una connessione diretta tra neuroni o neurone e cellula. C'è anche il cosiddetto spazio sinaptico o fessura. Quando un impulso irritante arriva a un neurone, durante la reazione vengono rilasciati neurotrasmettitori (molecole di composizione chimica). Passano attraverso l'apertura sinaptica, raggiungendo infine i recettori del neurone o della cellula a cui devono essere trasmessi i dati. Per condurre un impulso nervoso, sono necessari ioni calcio, poiché senza questo non si verifica il rilascio del neurotrasmettitore.

Il sistema vegetativo è fornito principalmente da tessuti privi di mielina. L'eccitazione si diffonde attraverso di loro costantemente e continuamente.

Il principio di trasmissione si basa sulla comparsa di un campo elettrico, quindi sorge un potenziale che irrita la membrana dell'area vicina e così via per tutta la fibra.

In questo caso, il potenziale d'azione non si muove, ma appare e scompare in un punto. La velocità di trasmissione per tali fibre è di 1-2 m / s.

Leggi di condotta

Ci sono quattro leggi fondamentali in medicina:

• Valore anatomico e fisiologico. L'eccitazione viene eseguita solo se non vi è violazione dell'integrità della fibra stessa. Se l'unità non è garantita, ad esempio a causa di violazione, uso di droghe, è impossibile condurre un impulso nervoso.
• Conduzione isolata di irritazione. L'eccitazione può essere trasmessa lungo una fibra nervosa, in nessun modo, non diffondendosi a quelle vicine.
• Condotta bilaterale. Il percorso dell'impulso può essere di solo due tipi: centrifugo e centripeto. Ma in realtà, la direzione si verifica in una delle opzioni.
• Conduzione non incrementale. Gli impulsi non diminuiscono, in altre parole, vengono eseguiti senza decremento.

Chimica della conduzione degli impulsi

Il processo di irritazione è controllato anche da ioni, principalmente potassio, sodio e alcuni composti organici. La concentrazione della posizione di queste sostanze è diversa, la cellula è caricata negativamente al suo interno e positivamente sulla superficie. Questo processo sarà chiamato differenza potenziale. Quando una carica negativa fluttua, ad esempio, viene provocata una differenza di potenziale e questo processo è chiamato depolarizzazione.

L'irritazione del neurone comporta l'apertura di canali del sodio nel sito di irritazione. Ciò può facilitare l'ingresso di particelle cariche positivamente all'interno della cellula. Di conseguenza, la carica negativa diminuisce e si verifica un potenziale d'azione o si verifica un impulso nervoso. Successivamente, i canali del sodio vengono nuovamente chiusi.

Si scopre spesso che è l'indebolimento della polarizzazione che favorisce l'apertura dei canali del potassio, che provoca il rilascio di ioni potassio carichi positivamente. Questa azione riduce la carica negativa sulla superficie cellulare.

Il potenziale di riposo o lo stato elettrochimico viene ripristinato quando vengono accese le pompe potassio-sodio, con l'aiuto delle quali gli ioni sodio lasciano la cellula e il potassio vi entra.

Di conseguenza, possiamo dire che quando riprendono i processi elettrochimici, si verificano impulsi che tendono lungo le fibre.

Lo studio della natura dell'impulso nervoso è stato associato a particolari difficoltà, poiché non si verificano cambiamenti visibili durante il passaggio dell'impulso lungo il nervo. Solo di recente, con lo sviluppo di metodi microchimici, è stato possibile dimostrare che durante la conduzione di un impulso, il nervo consuma più energia, consuma più ossigeno ed emette più anidride carbonica che a riposo. Ciò indica che le reazioni ossidative sono coinvolte nella conduzione dell'impulso, nel ripristino dello stato iniziale dopo la conduzione o in entrambi questi processi.

Quando fu stabilito circa 100 anni fa che un impulso nervoso è accompagnato da certi fenomeni elettrici, sorse l'opinione che l'impulso stesso fosse una corrente elettrica. A quel tempo si sapeva che la corrente elettrica viaggia molto velocemente, e quindi si credeva che la velocità di propagazione di un impulso nervoso fosse troppo alta per essere misurata. Dieci anni dopo, Helmholtz misurò la velocità di conduzione di un impulso stimolando un nervo al muscolo a varie distanze dal muscolo e misurando il tempo che intercorreva tra la stimolazione e la contrazione. In questo modo, ha mostrato che l'impulso nervoso si propaga molto più lentamente dell'impulso elettrico - nei nervi della rana ad una velocità di circa 30 m / sec. Questo, ovviamente, indicava che l'impulso nervoso non è una corrente elettrica, come la corrente in un filo di rame. Inoltre, un nervo morto o schiacciato conduce ancora corrente, ma non conduce impulsi nervosi, e se irritiamo il nervo con una corrente, tocco, applicazione di calore o fattori chimici, l'impulso risultante si propaga "I" a una velocità del stesso ordine di grandezza.Da questo, concludiamo che l'impulso nervoso non è una corrente elettrica, ma un disturbo elettrochimico nella fibra nervosa.Il disturbo causato dallo stimolo in una sezione della fibra nervosa provoca lo stesso disturbo nella sezione adiacente , e così via fino a quando l'impulso raggiunge l'estremità della fibra.Quindi, la trasmissione di un impulso è simile alla combustione di una miccia: dal calore rilasciato durante la combustione di una sezione della corda, la sezione successiva si accende , ecc. Nel nervo, il ruolo del calore è svolto da fenomeni elettrici che, essendo sorti in una sezione, stimolano la successiva.

La trasmissione di un impulso nervoso è simile alla combustione di una miccia sotto molti altri aspetti. La velocità di combustione di un cavo non dipende dalla quantità di calore consumata quando viene acceso, purché questo calore sia sufficiente a provocare l'accensione del cavo. Anche il metodo di accensione è irrilevante. È lo stesso con il nervo. Il nervo non risponderà fino a quando non gli verrà applicata una stimolazione di una certa forza minima, ma ulteriori aumenti della forza dello stimolo non faranno sì che l'impulso si diffonda più velocemente. Ciò è dovuto al fatto che l'energia per l'impulso viene fornita dal nervo stesso e non dallo stimolo. Il fenomeno descritto si riflette nella legge "tutto o niente": un impulso nervoso non dipende dalla natura e dalla forza dello stimolo che lo ha causato, se solo lo stimolo ha una forza sufficiente per provocare la comparsa dell'impulso. Sebbene la velocità di conduzione non dipenda dalla forza dello stimolo, dipende dallo stato della fibra nervosa e varie sostanze possono rallentare la trasmissione degli impulsi o renderla impossibile.

Il cordone bruciato non può essere riutilizzato, mentre la fibra nervosa è in grado di ripristinare il suo stato originale e trasmettere altri impulsi. Tuttavia, non può condurli in modo continuo: dopo che è stato eseguito un impulso, trascorre un certo tempo prima che la fibra possa trasmettere il secondo impulso. Questo periodo di tempo, chiamato periodo refrattario, dura da 0,0005 a 0,002 secondi. Durante questo periodo si verificano cambiamenti chimici e fisici, a seguito dei quali la fibra ritorna al suo stato originale.

Per quanto ne sappiamo, gli impulsi trasmessi da tutti i tipi - motori, sensoriali o intercalari, sono sostanzialmente simili tra loro. Quella

l'impulso provoca la sensazione della luce, l'altro - la sensazione del suono, il terzo - la contrazione muscolare, e il quarto stimola l'attività secretoria della ghiandola, dipende interamente dalla natura di quelle strutture a cui provengono gli impulsi, e non da qualsiasi caratteristica degli impulsi stessi.

Sebbene una fibra nervosa possa essere stimolata in qualsiasi punto di essa, in condizioni normali, l'eccitazione è provocata solo da un'estremità di essa, dalla quale l'impulso viaggia lungo la fibra fino all'altra estremità1. Viene chiamata la connessione tra neuroni successivi. Un impulso nervoso viene trasmesso dalla punta dell'assone di un neurone al dendrite del successivo attraverso la connessione sinaptica rilasciando una certa sostanza sulla punta dell'assone. Questa sostanza fa apparire un impulso nervoso nel dendrite dell'assone successivo. La trasmissione dell'eccitazione attraverso la sinapsi è molto più lenta della sua trasmissione lungo il nervo. In condizioni normali, gli impulsi viaggiano in una sola direzione: nei neuroni sensoriali, vanno dagli organi sensoriali al midollo spinale e al cervello e nei motoneuroni - dal cervello e dal midollo spinale ai muscoli e alle ghiandole. La direzione è determinata dalla sinapsi, poiché solo la punta di un assone è in grado di rilasciare una sostanza che stimola un altro neurone. Ogni singola fibra nervosa può condurre impulsi in entrambe le direzioni; con la stimolazione elettrica della fibra da qualche parte nel mezzo, compaiono due impulsi, uno dei quali va in una direzione e l'altro nell'altra (questi impulsi possono essere rilevati da opportuni dispositivi elettrici). ma solo quello che va verso la punta dell'assone può stimolare il neurone successivo nella catena. L'impulso che va al dendrite "si ferma" quando raggiunge la sua fine.

I processi chimici ed elettrici associati alla trasmissione di un impulso nervoso sono per molti versi simili ai processi che si verificano durante la contrazione muscolare. Ma il nervo che conduce gli impulsi consuma pochissima energia rispetto al muscolo che si contrae; il calore generato durante l'irritazione del nervo per 1 min, calcolato per 1 g di tessuto, è equivalente all'energia rilasciata durante l'ossidazione di 0.000001 g di glicogeno. Ciò "significa che se il nervo contenesse solo l'1% di glicogeno come fonte di energia, potrebbe essere stimolato continuamente per una settimana e l'apporto di glicogeno non si esaurirebbe. Con un apporto di ossigeno sufficiente, le fibre nervose sono praticamente infaticabili. Qualunque sia la natura. "stanchezza mentale", non può essere una vera stanchezza delle fibre nervose.

Come risultato dell'evoluzione del sistema nervoso dell'uomo e di altri animali, sono sorte complesse reti di informazione, i cui processi si basano su reazioni chimiche. L'elemento più importante del sistema nervoso sono le cellule specializzate neuroni... I neuroni sono composti da un corpo cellulare compatto contenente un nucleo e altri organelli. Diversi processi ramificati si estendono da questo corpo. La maggior parte di questi processi, chiamati dendriti, servono come punti di contatto per ricevere segnali da altri neuroni. Un processo, di solito il più lungo, è chiamato assone e trasmette segnali ad altri neuroni. L'estremità di un assone può ramificarsi molte volte e ciascuno di questi rami più piccoli è in grado di connettersi al neurone successivo.

Lo strato esterno dell'assone contiene una struttura complessa formata da molte molecole che fungono da canali attraverso i quali gli ioni possono fluire, sia all'interno che all'esterno della cellula. Un'estremità di queste molecole, deviando, si attacca all'atomo bersaglio. L'energia proveniente da altre parti della cellula viene quindi utilizzata per spingere l'atomo fuori dalla cellula, mentre il processo opposto introduce un'altra molecola nella cellula. La più importante è la pompa molecolare, che rimuove gli ioni sodio dalla cellula e introduce in essa ioni potassio (pompa sodio-potassio).

Quando la cellula è a riposo e non conduce impulsi nervosi, la pompa sodio-potassio sposta gli ioni potassio nella cellula e attira gli ioni sodio all'esterno (immagina una cellula contenente acqua dolce e circondata da acqua salata). A causa di questo squilibrio, la differenza di potenziale attraverso la membrana dell'assone raggiunge i 70 millivolt (circa il 5% della tensione di una batteria AA convenzionale).

Tuttavia, quando lo stato della cellula cambia e l'assone viene stimolato da un impulso elettrico, l'equilibrio sulla membrana viene disturbato e la pompa sodio-potassio per un breve periodo inizia a lavorare nella direzione opposta. Gli ioni di sodio caricati positivamente penetrano nell'assone e gli ioni di potassio vengono pompati fuori. Per un momento, l'ambiente interno dell'assone acquisisce una carica positiva. In questo caso, i canali della pompa sodio-potassio vengono deformati, bloccando l'ulteriore afflusso di sodio, e gli ioni potassio continuano a uscire e viene ripristinata la differenza di potenziale iniziale. Nel frattempo, gli ioni sodio sono distribuiti all'interno dell'assone, cambiando la membrana alla base dell'assone. In questo caso, lo stato delle pompe poste sotto cambia, contribuendo all'ulteriore propagazione dell'impulso. Viene chiamato un brusco cambiamento di tensione causato dal rapido movimento degli ioni sodio e potassio potenziale d'azione... Quando il potenziale d'azione passa attraverso un punto specifico dell'assone, le pompe vengono accese e ripristinano uno stato di riposo.

Il potenziale d'azione si diffonde piuttosto lentamente, non più di una frazione di pollice al secondo. Per aumentare la velocità di trasmissione dell'impulso (dato che, in fondo, non è adatto che il segnale inviato dal cervello raggiunga la mano dopo solo un minuto), gli assoni sono circondati da una guaina di mielina, che impedisce l'afflusso e deflusso di potassio e sodio. La guaina mielinica non è continua - a determinati intervalli ci sono delle interruzioni e l'impulso nervoso salta da una "finestra" all'altra, a causa di ciò, aumenta la velocità di trasmissione dell'impulso.

Quando l'impulso raggiunge l'estremità del corpo principale dell'assone, deve essere trasmesso al successivo neurone sottostante o, nel caso dei neuroni del cervello, lungo numerosi rami di molti altri neuroni. Per tale trasmissione viene utilizzato un processo completamente diverso rispetto alla trasmissione dell'impulso lungo l'assone. Ogni neurone è separato dal suo vicino da un piccolo spazio chiamato sinapsi... Il potenziale d'azione non può saltare questo divario, quindi è necessario trovare un altro modo per trasferire l'impulso al neurone successivo. Alla fine di ogni processo ci sono piccole sacche chiamate ( presinaptico) bolle, ognuno dei quali contiene composti speciali - neurotrasmettitori... Quando arriva il potenziale d'azione, le molecole di neurotrasmettitore vengono rilasciate da queste vescicole, attraversando la sinapsi e legandosi a specifici recettori molecolari sulla membrana dei neuroni sottostanti. Quando un neurotrasmettitore è attaccato, l'equilibrio sulla membrana del neurone è disturbato. Ora valuteremo se un nuovo potenziale d'azione sorge con un tale squilibrio nell'equilibrio (i neurofisiologi continuano a cercare una risposta a questa importante domanda fino ad oggi).

Dopo che i neurotrasmettitori trasmettono un impulso nervoso da un neurone all'altro, possono semplicemente diffondere, o subire una scissione chimica, o tornare alle loro vescicole (questo processo è chiamato goffamente cattura inversa). Alla fine del 20 ° secolo, è stata fatta un'incredibile scoperta scientifica: si scopre che i farmaci che influenzano il rilascio e la ricaptazione dei neurotrasmettitori possono cambiare radicalmente lo stato mentale di una persona. Prozac * e antidepressivi simili bloccano la ricaptazione del neurotrasmettitore serotonina. Sembra che la malattia di Parkinson sia associata a una carenza del neurotrasmettitore dopamina nel cervello. I ricercatori che studiano gli stati limite in psichiatria stanno cercando di capire come questi composti influenzano la mente umana.

Non c'è ancora una risposta alla domanda fondamentale su cosa induca un neurone ad avviare un potenziale d'azione - nel linguaggio professionale dei neurofisiologi, il meccanismo di "attivazione" di un neurone non è chiaro. A questo proposito, sono particolarmente interessanti i neuroni nel cervello, che possono ricevere neurotrasmettitori inviati da migliaia di vicini. Non si sa quasi nulla dell'elaborazione e dell'integrazione di questi impulsi, sebbene molti gruppi di ricerca stiano lavorando su questo problema. Sappiamo solo che il processo di integrazione degli impulsi in arrivo viene eseguito nel neurone e viene presa la decisione se avviare o meno il potenziale d'azione e trasmettere ulteriormente l'impulso. Questo processo fondamentale governa il funzionamento dell'intero cervello. Non sorprende che questo più grande mistero della natura rimanga, almeno oggi, un mistero per la scienza!