Нервовий імпульс і принцип його передачі. Мотонейрони. Нервовий імпульс. Синапс Електричний імпульс в нейронах утворюється за рахунок

Потенціал дії або нервовий імпульс, специфічна реакція, що протікає у вигляді збудливою хвилі і протікає по всьому нервового шляху. Ця реакція є відповіддю на подразник. Головним завданням є передача даних від рецептора до нервової системи, а після цього вона направляє цю інформацію до потрібних м'язам, залозам і тканинам. Після проходження імпульсу, поверхнева частина мембрани стає негативно зарядженою, а внутрішня її частина залишається позитивною. Таким чином, нервовим імпульсом називають послідовно передаються електричні зміни.

Збудливу дію і його поширення піддається фізико-хімічну природу. Енергія для проведення цього процесу утворюється безпосередньо в самому нерві. Відбувається це через те, що проходження імпульсу спричиняє утворення тепла. Як тільки він пройшов, починається затихання або референтное стан. В якою всього лише частку секунди нерв не може проводити стимул. Швидкість, з якою може надходити імпульс коливається в межах від 3 м / с до 120 м / с.

Волокна, за якими проходить збудження, мають специфічну оболонку. Грубо кажучи, ця система нагадує електричний кабель. За своїм складом оболонка може бути миелиновая і безмиелиновом. Самий головною складовою мієлінової оболонки є - мієлін, який грає роль діелектрика.

Швидкість проходження імпульсу залежить від декількох факторів, наприклад, від товщини волокон, при чому воно товщі, тим швидкість розвивається швидше. Ще один фактором у підвищенні швидкості проведення, є сам мієлін. Але при цьому він розташовується не по всій поверхні, а ділянками, як би нанизується. Відповідно між цими ділянками є ті, які залишаються «голими». За ним відбувається витік струму з аксона.

Аксонів називається відросток, за допомогою нього забезпечується передача даних від однієї клітини до решти. Регулюється цей процес за допомогою синапсу - безпосереднього зв'язку між нейронами або нейроном і кліткою. Ще існує, так зване синаптическое простір або щілину. Коли надходить дратівливий імпульс до нейрона, то в процесі реакції вивільняються нейромедіатори (молекули хімічного складу). Вони проходять через синаптическое отвір, в результаті потрапляючи на рецептори нейрона або клітини, якій потрібно донести дані. Для проведення нервового імпульсу необхідні іони кальцію, так як без цього не відбувається вивільнення нейромедіатора.

Вегетативна система забезпечується в основному безміеліновимі тканинами. За ним порушення поширюється постійно і безперервно.

Принцип передачі заснований на виникненні електричного поля, тому виникає потенціал, дратівливий мембрану сусідньої ділянки і так по всьому волокна.

При цьому потенціал дії не пересувається, а з'являється і зникає в одному місці. Швидкість передачі по таким волокнам становить 1-2 м / с.

закони проведення

У медицині присутні чотири основних закони:

• Анатомо-фізіологічна цінність. Проводиться збудження тільки в тому випадку, якщо немає порушення в цілісності самого волокна. Якщо не забезпечувати єдність, наприклад, через обмеження, прийняття наркотиків, то і проведення нервового імпульсу неможливо.
• Ізольоване проведення роздратування. Порушення може передаватися уздовж нервового волокна, ніяким чином, не поширюючись на сусідні.
• Двостороння проведення. Шлях проведення імпульсу може бути тільки двох видів - відцентрово і доцентровий. Але в дійсності напрямок відбувається в одному з варіантів.
• Бездекрементное проведення. Імпульси не вщухають, іншими словами, проводяться без декремента.

Хімія проведення імпульсу

Процес роздратування так само контролюється іонами, в основному калієм, натрієм і деякими органічними сполуками. Концентрація розташування цих речовин різна, клітина заряджена всередині себе негативно, а на поверхні позитивно. Цей процес буде називатися різницею потенціалів. При коливанні негативного заряду, наприклад, його зменшенні провокується різниця потенціалів і цей процес називається деполяризацією.

Роздратування нейрона тягне за собою відкриття каналів натрію в місці подразнення. Це може сприяти входженню позитивно заряджених частинок всередину клітини. Відповідно негативний заряд знижується і відбувається потенціал дії або відбувається нервовий імпульс. Після цього натрієві канали знову прикриваються.

Часто зустрічається, що саме ослаблення поляризації сприяє відкриттю калієвих каналів, що провокує вивільнення позитивно заряджених іонів калію. Цією дією зменшується негативний заряд на поверхні клітини.

Потенціал спокою або електрохімічне стан відновлюється тоді, коли в роботу включаються калій-натрієві насоси, за допомогою яких іони натрію виходять із клітини, а калію заходять в неї.

В результаті можна сказати - при поновленні електрохімічних процесів і відбуваються імпульси, які прагнуть по волокнам.

Вивчення природи нервового імпульсу було пов'язано з особливими труднощами, так як при проходженні імпульсу по нерву ніяких видимих ​​змін не відбувається. Лише недавно, з розвитком Мікрохімічний методів, вдалося показати, що під час проведення імпульсу нерв витрачає більше енергії, споживає більше кисню і виділяє більше вуглекислоти, ніж в стані спокою. Це вказує на те, що в проведенні імпульсу, у відновленні вихідного стану після проведення або в обох цих процесах беруть участь окислювальні реакції.

Коли приблизно 100 років тому було встановлено, що нервовий імпульс супроводжується певними електричними явищами, виникла думка, що сам імпульс являє собою електричний струм. У той час було відомо, що електричний струм поширюється дуже швидко, і тому висловлювалася думка, що швидкість поширення нервового імпульсу занадто велика, щоб її можна було виміряти. Десять років по тому Гельмгольц виміряв швидкість проведення імпульсу, дратуючи нерв, що йде до м'яза, на різних відстанях від м'язи і вимірюючи час, що протікало між роздратуванням і скороченням. Таким способом він показав, що нервовий імпульс поширюється набагато повільніше електричного - в нервах жаби зі швидкістю близько 30 м / сек. Це, звичайно, свідчило про те, що нервовий імпульс не їсти електричний струм, подібний току в мідному дроті. Крім того, мертвий або роздавлений нерв все ще проводить струм, але не проводить нервових імпульсів, і, огидним Мені ми нерв струмом, дотиком, додатком тепла або хімічними чинниками, що виникає при цьому імпульс поширюється "я зі швидкістю одного і того ж порядку. З цього ми робимо висновок, що нервовий імпульс являє собою не електричний струм, а електрохімічне обурення в нервовому волокні. Викликане подразником обурення в одній ділянці нервового волокна викликає таке ж обурення в сусідній ділянці і так далі до тих пір, поки імпульс не дійде до кінця волокна. Таким чином, передача імпульсу подібна горіння бікфордова шнура: від теплоти, що виділяється при горінні однієї ділянки шнура, загоряється наступну ділянку і т. д. у нерві роль теплоти виконують електричні явища, які, виникнувши в одній ділянці, стимулюють наступний.

Передача нервового імпульсу схожа з горінням бікфордова шнура і в деяких інших відносинах. Швидкість горіння шнура не залежить від кількості тепла, витраченого при його запаленні, якщо тільки цього тепла достатньо, щоб шнур загорівся. Не має значення і метод запалювання. Так само йде справа і з нервом. Нерв не реагуватиме, поки до нього не буде докладено роздратування певної мінімальної сили, але подальше збільшення сили роздратування не змусить імпульс поширюватися швидше. Це обумовлено тим, що енергію для проведення імпульсу доставляє сам нерв, а не подразник. Описане явище відображено в законі «все або нічого»: нервовий імпульс не залежить від природи і сили викликав його подразника, якщо тільки подразник володіє достатньою силою, щоб викликати появу імпульсу. Хоча швидкість проведення не залежить від сили подразника, вона залежить від стану нервового волокна, і різні речовини можуть уповільнювати передачу імпульсу або робити її неможливою.

Згорілий шнур не можна використовувати повторно, нервове ж волокно здатне відновлювати свій початковий стан і передавати інші імпульси. Воно, однак, не може проводити їх безперервно: після проведення одного імпульсу проходить певний час, перш ніж волокно зможе передавати другий імпульс. Цей проміжок часу, званий рефрактерний періодом, триває від 0,0005 до 0,002 сек. У цей час відбуваються хімічні і фізичні зміни, в результаті яких волокно повертається в первісний стан.

Наскільки нам відомо, імпульси, що передаються всіх типів - руховими, чутливими або вставними, в основному подібні між собою. Те, що один

імпульс викликає відчуття світла, інший - відчуття звуку, третій - м'язове скорочення, а четвертий стимулює секреторну діяльність залози, цілком залежить від природи тих структур, до яких приходять імпульси, а не від будь-яких особливостей самих імпульсів.

Хоча нервове волокно можна стимулювати в будь-який його точці, в нормальних умовах збудження викликається тільки на одному його кінці, від якого імпульс йде уздовж волокна до його іншого конца1. З'єднання між послідовними нейронами називається. Нервовий імпульс передається з кінчика аксона одного нейрона на дендрит наступного через синаптическое з'єднання шляхом виділення у кінчика аксона певної речовини. Ця речовина викликає поява нервового імпульсу в дендрит наступного аксона. Передача збудження через синапс відбувається значно повільніше, ніж передача його по нерву. У нормальних умовах імпульси проходять тільки в одному напрямку: в чутливих нейронах вони йдуть від органів почуттів до спинного і головного мозку, а в рухових - від головного і спинного мозку до м'язів і залоз. Напрямок визначається синапсом, так як тільки кінчик аксона здатний виділяти речовину, що стимулює інший нейрон. Кожне окреме нервове волокно може проводити імпульс в обох напрямках; при електричному подразненні волокна де-небудь в середині виникають два імпульсу, один з яких йде в одному напрямку, а інший - в іншому (ці імпульси можна виявити відповідними електричними приладами) ,. але лише той з них, який йде у напрямку до кінчика аксона, може стимулювати наступний нейрон в ланцюзі. Імпульс, що йде до дендритів, «зупиниться», досягнувши його кінця.

Хімічні та електричні процеси, з якими пов'язана передача нервового імпульсу, багато в чому схожі з процесами, що відбуваються при м'язовому скороченні. Але який проводить імпульси нерв витрачає дуже мало енергії в порівнянні з скорочується м'язом; теплота, що утворюється при подразненні нерва протягом 1 хв, в розрахунку на 1 г тканини еквівалентна енергії, що виділяється при окисленні 0,000001 г глікогену. Це "означає, що якби нерв містив в якості джерела енергії лише 1% глікогену, його можна було б стимулювати безперервно протягом тижня і запас глікогену не був би вичерпаний. При достатньому постачанні киснем нервові волокна практично неутомляемость. Яка б не була природа« розумового стомлення », це не може бути справжнім втомою нервових волокон. Посилання по темі

В результаті еволюції нервової системи людини та інших тварин виникли складні інформаційні мережі, процеси в яких засновані на хімічних реакціях. Найважливішим елементом нервової системи є спеціалізовані клітини нейрони. Нейрони складаються з компактного тіла клітини, що містить ядро ​​і інші органели. Від цього тіла відходить кілька розгалужених відростків. Більшість таких відростків, званих дендритами, Служать точками контакту для прийому сигналів від інших нейронів. Один відросток, як правило найдовший, називається аксономі передає сигнали на інші нейрони. Кінець аксона може багаторазово галузитися, і кожна з цих більш дрібних гілок здатна з'єднатися з наступним нейроном.

У зовнішньому шарі аксона знаходиться складна структура, утворена безліччю молекул, які виступають в ролі каналів, за якими можуть надходити іони - як всередину, так і назовні клітини. Один кінець цих молекул, відхиляючись, приєднується до атому-мішені. Після цього енергія інших частин клітини використовується на те, щоб виштовхнути цей атом за межі клітини, тоді як процес, що діє в зворотному напрямку, вводить усередину клітини іншу молекулу. Найбільше значення має молекулярну насос, який виводить з клітки іони натрію і вводить в неї іони калію (натрій-калієвий насос).

Коли клітина знаходиться в спокої і не проводить нервових імпульсів, натрій-калієвий насос переміщує іони калію всередину клітини і виводить іони натрію назовні (уявіть собі клітку, що містить прісну воду і оточену солоною водою). Через такого дисбалансу різниця потенціалів на мембрані аксона досягає 70 мілівольт (приблизно 5% від напруги звичайної батарейки АА).

Однак при зміні стану клітини і стимуляції аксона електричним імпульсом рівновагу на мембрані порушується, і натрій-калієвий насос на короткий час починає працювати у зворотному напрямку. Позитивно заряджені іони натрію проникають всередину аксона, а іони калію відкачуються назовні. На мить внутрішнє середовище аксона здобуває позитивний заряд. При цьому канали натрій-калієвого насоса деформуються, блокуючи подальший приплив натрію, а іони калію продовжують виходити назовні, і вихідна різниця потенціалів відновлюється. Тим часом іони натрію поширюються всередині аксона, змінюючи мембрану в нижній частині аксона. При цьому стан розташованих нижче насосів змінюється, сприяючи подальшому поширенню імпульсу. Різка зміна напруги, викликане стрімкими переміщення іонів натрію і калію, називають потенціалом дії. При проходженні потенціалу дії через певну точку аксона, насоси включаються і відновлюють стан спокою.

Потенціал дії поширюється досить повільно - не більше частки дюйма за секунду. Для того щоб збільшити швидкість передачі імпульсу (оскільки, врешті-решт, не годиться, щоб сигнал, посланий мозком, досягав руки лише через хвилину), аксони оточені оболонкою з мієліну, що перешкоджає притоку і відтоку калію і натрію. Мієлінова оболонка не безперервна - через певні інтервали в ній є розриви, і нервовий імпульс перескакує з одного «вікна» в інше, за рахунок цього швидкість передачі імпульсу зростає.

Коли імпульс досягає кінця основної частини тіла аксона, його необхідно передати або наступного нижчого рівня нейрону, або, якщо мова йде про нейронах головного мозку, по численним відгалуженням багатьох інших нейронів. Для такої передачі використовується абсолютно інший процес, ніж для передачі імпульсу вздовж аксона. Кожен нейрон відділений від свого сусіда невеликий щілиною, званої синапсом. Потенціал дії не може перескочити через цю щілину, тому потрібно знайти якийсь інший спосіб для передачі імпульсу наступного нейрону. В кінці кожного відростка є крихітні мішечки, які називають ( пресинаптичними) бульбашками, В кожному з яких знаходяться особливі з'єднання - нейромедіатори. При надходженні потенціалу дії з цих бульбашок вивільняються молекули нейромедіаторів, що перетинають синапс і приєднуються до специфічних молекулярних рецепторів на мембрані нижележащих нейронів. При приєднанні нейромедіатора рівновагу на мембрані нейрона порушується. Зараз ми розглянемо, чи виникає при такому порушенні рівноваги новий потенціал дії (нейрофізіологи продовжують шукати відповідь на це важливе питання до цих пір).

Після того як нейромедіатори передадуть нервовий імпульс від одного нейрона на наступний, вони можуть просто дифундувати, і піддатися хімічному розщеплення, або повернутися назад в свої бульбашки (цей процес нескладно називається зворотним захопленням). В кінці XX століття було зроблено разючу наукове відкриття - виявляється, ліки, що впливають на викид і зворотне захоплення нейромедіаторів, можуть докорінно змінювати психічний стан людини. Прозак (Prozac *) і подібні до них антидепресанти блокують зворотне захоплення нейромедіатора серотоніна. Складається враження, що хвороба Паркінсона взаємопов'язана з дефіцитом нейромедіатора допаміну в головному мозку. Дослідники, які вивчають прикордонні стану в психіатрії, намагаються зрозуміти, як ці сполуки впливають на людський розум.

Як і раніше немає відповіді на фундаментальне питання про те, що ж змушує нейрон ініціювати потенціал дії - висловлюючись професійною мовою нейрофізіологів, незрозумілий механізм «запуску» нейрона. В цьому відношенні особливо цікаві нейрони головного мозку, які можуть приймати нейромедіатори, послані тисячею сусідів. Про обробку та інтеграції цих імпульсів майже нічого не відомо, хоча над цією проблемою працюють багато дослідні групи. Нам відомо лише, що в нейроні здійснюється процес інтеграції вступників імпульсів і виноситься рішення, слід чи ні ініціювати потенціал дії і передавати імпульс далі. Цей фундаментальний процес керує функціонуванням всього головного мозку. Не дивно, що ця найбільша загадка природи залишається, принаймні сьогодні, загадкою і для науки!