Нервовы імпульс, яго пераўтварэнне і механізм перадачы

Нервовая сістэма чалавека выступае своеасаблівым каардынатарам ў нашым арганізме. Яна перадае каманды ад мозгу мускулатуры, органам, тканінам і апрацоўвае сігналы, якія ідуць ад іх. У якасці своеасаблівага носьбіта дадзеных выкарыстоўваецца нервовы імпульс. Што ён сабой уяўляе? З якой хуткасцю працуе? На гэтыя, а таксама на шэраг іншых пытанняў можна будзе знайсці адказ у гэтым артыкуле.

Чым з'яўляецца нервовы імпульс?

Так называюць хвалю ўзбуджэння, што распаўсюджваецца па валокнах як адказ на раздражненне нейронаў. Дзякуючы гэтаму механізму забяспечваецца перадача інфармацыі ад розных рэцэптараў да цэнтральнай нервовай сістэме. А ад яе, у сваю чаргу, да розных органам (мышцы і залозы). А што ж гэты працэс уяўляе сабой на фізіялагічным узроўні? Механізм перадачы нервовага імпульсу заключаецца ў тым, што мембраны нейронаў могуць мяняць свой электрахімічны патэнцыял. І які цікавіць нас працэс здзяйсняецца ў галіне сінапсаў. Хуткасць нервовага імпульсу можа мяняцца ў рамках ад 3 да 12 метраў за секунду. Больш дэталёва пра яе, а таксама пра фактары, што на яе ўплываюць, мы яшчэ пагаворым.

Даследаванне будовы і працы

Упершыню праходжанне нервовага імпульсу было прадэманстравана нямецкімі навукоўцамі Э. Герынгам і Г. Гельмгольца на прыкладзе жабы. Тады ж і было ўстаноўлена, што біяэлектрычныя сігнал распаўсюджваецца з паказанай раней хуткасцю. Наогул, такое з'яўляецца магчымым дзякуючы асабліваму пабудове нервовых валокнаў. У пэўным сэнсе яны нагадваюць электрычны кабель. Так, калі праводзіць паралелі з ім, то праваднікамі з'яўляюцца аксонов, а ізалятарамі - іх миелиновые абалонкі (яны ўяўляюць сабой мембрану шванновской клеткі, якая наматаная ў некалькі слаёў). Прычым хуткасць нервовага імпульсу залежыць у першую чаргу ад дыяметра валокнаў. Другім па важнасці лічыцца якасць электрычнай ізаляцыі. Дарэчы, у якасці матэрыялу арганізмам выкарыстоўваецца ліпопротеідов міэлін, які валодае ўласцівасцямі дыэлектрыка. Пры іншых роўных умовах, чым больш будзе яго пласт, тым хутчэй будуць праходзіць нервовыя імпульсы. Нават на дадзены момант нельга сказаць, што гэтая сістэма паўнавартасна даследавана. Многае, што ставіцца да нервах і за імпульсы, яшчэ застаецца загадкай і прадметам даследавання.

Асаблівасці будовы і функцыянавання

Калі казаць пра шлях нервовага імпульсу, то неабходна адзначыць, што миелиновой абалонкай валакно пакрываецца ня па ўсёй сваёй даўжыні. Асаблівасці пабудовы такія, што сітуацыю, якая склалася лепш за ўсё будзе параўнаць са стварэннем ізалявальных керамічных муфт, што шчыльна нанізваюцца на стрыжань электрычнага кабеля (хоць у дадзеным выпадку на аксон). Як вынік - ёсць невялікія неізаляваныя электрычныя ўчасткі, з якіх іённы ток можа спакойна выцячы з аксона ў навакольнае асяроддзе (ці наадварот). Пры гэтым раздражняецца мембрана. З прычыны гэтага выклікаецца генерацыя патэнцыялу дзеянні ў участках, што не ізаляваны. Гэты працэс называецца перахопам ранво. Наяўнасць такога механізму дазваляе зрабіць так, каб нервовы імпульс распаўсюджваўся значна хутчэй. Давайце пра гэта пагаворым на прыкладах. Так, хуткасць правядзення нервовага імпульсу ў тоўстым миелинизированном валакне, дыяметр якога вагаецца ў межах 10-20 мікрон, складае 70-120 метраў за секунду. Тады як у тых, у каго неаптымальнай структура, гэты паказчык меншы ў 60 разоў!

Дзе яны ствараюцца?

Нервовыя імпульсы ўзнікаюць у нейронных. Магчымасць стварэння такіх «пасланняў» з'яўляецца адным з асноўных іх уласцівасцяў. Нервовы імпульс забяспечвае хуткае распаўсюджванне аднатыпных сігналаў па Аксоны на вялікую адлегласць. Таму гэта самае важнае сродак арганізма для абмену інфармацыяй у ім. Дадзеныя аб раздражненні перадаюцца з дапамогай змены частоты іх накіравання. Тут працуе складаная сістэма перыёдыкі, якая можа налічваць сотні нервовых імпульсаў у адну секунду. Па некалькі падобнаму прынцыпе, хоць і значнае ўскладненне, працуе кампутарная электроніка. Так, калі нервовыя імпульсы ўзнікаюць у нейронных, то яны кадуюцца пэўным чынам, а толькі потым ужо перадаюцца. Пры гэтым інфармацыя групуецца ў адмысловыя «пачкі», якія маюць розны лік і характар накіравання. Усё гэта, складзенае разам, і складае аснову для рытмічнай электрычнай актыўнасці нашага мозгу, што можна зарэгістраваць дзякуючы электраэнцэфалаграме.

тыпы клетак

Кажучы пра паслядоўнасць праходжання нервовага імпульсу, нельга абыйсці ўвагай нервовыя клеткі (нейроны), па якіх і адбываецца перадача электрычных сігналаў. Так, дзякуючы ім абменьваюцца інфармацыяй розныя часткі нашага арганізма. У залежнасці ад іх структуры і функцыяналу вылучаюць тры тыпу:

1. Рэцэптарныя (адчувальныя). Імі кадуюцца і ператвараюцца ў нервовыя імпульсы ўсе тэмпературныя, хімічныя, гукавыя, механічныя і светлавыя раздражняльнікі.
2. Вставочных (таксама называюцца кондукторной або замыкательными). Яны служаць для таго, каб перапрацоўваць і перамыкаць імпульсы. Найбольшая іх колькасць знаходзіцца ў галаўным і спінным мозгу чалавека.
3. Эффекторные (рухальныя). Яны атрымліваюць каманды ад цэнтральнай нервовай сістэмы на тое, каб былі здзейснены пэўныя дзеянні (пры яркім сонцы зачыніць рукой вочы і так далей).

Кожны нейрон мае цела клеткі і адростак. Шлях нервовага імпульсу па целе пачынаецца менавіта з апошняга. Атожылкі бываюць двух тыпаў:

1. Дендрытаў. На іх ускладзена функцыя ўспрымання раздражнення размешчаных на іх рэцэптараў.
2. Аксоны. Дзякуючы ім нервовыя імпульсы перадаюцца ад клетак да працоўнага органу.

Цікавы аспект дзейнасці

Кажучы пра правядзенне нервовага імпульсу клеткамі, складана не расказаць аб адным цікавым моманце. Так, калі яны знаходзяцца ў спакоі, то, скажам так, натрыева-каліевы помпа займаецца перамяшчэннем іёнаў такім чынам, каб дасягнуць эфекту прэснай вады ўнутры і салёнай вонкава. Дзякуючы атрымоўванаму дысбалансу розніцы патэнцыялаў на мембране можна назіраць да 70 милливольт. Для параўнання - гэта 5% ад звычайных батарэек АА. Але як толькі змяняецца стан клеткі, то атрыманае раўнавагу парушаецца, і іёны пачынаюць мяняцца месцамі. Так адбываецца, калі праз яе праходзіць шлях нервовага імпульсу. Дзякуючы актыўнаму дзеянню іёнаў гэта дзеянне і называюць яшчэ патэнцыялам дзеянні. Калі ён дасягае пэўнага паказчыка, то пачынаюцца зваротныя працэсы, і клетка дасягае стану супакою.

Аб патэнцыяле дзеянні

Кажучы пра пераўтварэнне нервовага імпульсу і яго распаўсюд, варта адзначыць, што яно магло б складаць бездапаможныя міліметры ў секунду. Тады б сігналы ад рукі да мозгу даходзілі б за хвіліны, што відавочна нядобра. Вось тут і гуляе сваю ролю ва ўзмацненні патэнцыялу дзеянні разгледжаная раней абалонка з міэліну. А ўсе яе «пропускі» размешчаны такім чынам, каб яны толькі пазітыўна адбіваліся на хуткасці перадачы сігналаў. Так, калі імпульсам дасягаецца канец асноўнай часткі аднаго цела аксона, то ён перадаецца альбо наступнай клетцы, альбо (калі казаць пра мозг) шматлікім адгалінаванне нейронаў. Вось у апошніх выпадках працуе трохі іншы прынцып.

Як усё працуе ў мозгу?

Давайце пагаворым, якая перадаткавая паслядоўнасць нервовага імпульсу працуе ў найбольш важных частках нашай ЦНС. Тут нейроны ад сваіх суседзяў адлучаюцца невялікімі шчылінамі, што называюцца сінапсамі. Патэнцыял дзеяння не можа пераходзіць праз іх, таму ён шукае іншы спосаб, каб патрапіць да наступнай нервовай клетцы. На канцы кожнага атожылка ёсць невялікія мяшэчкі, што называюцца пресінаптіческой бурбалкамі. У кожным з іх маюцца асаблівыя злучэння - нейрамедыятара. Калі да іх паступае патэнцыял дзеяння, то вызваляюцца з мяшочкаў малекулы. Яны перасякаюць сінапс і далучаюцца да асаблівых малекулярнай рэцэптарам, што размешчаны на мембране. Пры гэтым парушаецца раўнавагі і, верагодна, з'яўляецца новы патэнцыял дзеяння. Пэўна гэта яшчэ не вядома, нейрафізіялогіі займаюцца вывучэннем пытання і па гэты дзень.

праца нейрамедыятараў

Калі яны перадаюць нервовыя імпульсы, то існуе некалькі варыянтаў, што адбудзецца з імі:

1. Яны будуць дыфундзіраваў.
2. Падвергнуцца хімічным расшчапленню.
3. Вернуцца назад у свае бурбалкі (гэта завецца зваротным захопам).

У канцы 20-га стагоддзя зрабілі дзіўнае адкрыццё. Навукоўцы даведаліся, што лекі, што ўплываюць на нейрамедыятара (а таксама іх выкід і зваротны захоп), могуць змяняць псіхічнае стан чалавека карэнным чынам. Так, да прыкладу, шэраг антыдэпрэсантаў накшталт "Прозак" блакуюць зваротны захоп серотоніна. Ёсць пэўныя прычыны лічыць, што ў хваробы Паркінсана вінаваты дэфіцыт у галаўным мозгу нейрамедыятара дофаміна.

Цяпер даследнікі, якія вывучаюць памежныя станы чалавечай псіхікі, спрабуюць разабрацца, як жа гэта ўсё ўплывае на розум чалавека. Ну а пакуль жа ў нас няма адказу на такое фундаментальны пытанне: што ж прымушае нейрон ствараць патэнцыял дзеянні? Пакуль механізм «запуску» гэтай клеткі для нас з'яўляецца сакрэтам. Асабліва цікавым з пункту гледжання дадзенай загадкі з'яўляецца праца нейронаў галоўнага мозгу.

Калі коратка, то яны могуць працаваць з тысячамі нейрамедыятараў, якія пасылаюцца іх суседзямі. Дэталі адносна апрацоўкі і інтэграцыі дадзенага тыпу імпульсаў нам амаль не вядомыя. Хоць над гэтым працуе шмат даследчых груп. На дадзены момант атрымалася даведацца, што ўсе атрыманыя імпульсы інтэгруюцца, а нейрон выносіць рашэнне - ці неабходна падтрымліваць патэнцыял дзеяння і перадаваць іх далей. На гэтым фундаментальным працэсе грунтуецца функцыянаванне галаўнога мозгу чалавека. Ну што ж, тады гэта нядзіўна, што мы не ведаем адказу на гэтую загадку.

Некаторыя тэарэтычныя асаблівасці

У артыкуле «нервовы імпульс» і «патэнцыял дзеяння» выкарыстоўваліся ў якасці сінонімаў. Тэарэтычна гэта дакладна, хоць у некаторых выпадках неабходна ўлічваць некаторыя асаблівасці. Так, калі ўдавацца ў дэталі, то патэнцыял дзеяння з'яўляецца толькі часткай нервовага імпульсу. Пры дэталізаваць разглядзе вучоных кніг можна даведацца, што так называюць толькі змена зарада мембраны з станоўчага на адмоўны, і наадварот. Тады як пад нервовым імпульсам разумеюць складаны структурна-электрахімічны працэс. Ён распаўсюджваецца па мембране нейрона як бягучы хваля змяненняў. Патэнцыял дзеяння - усяго толькі электрычны кампанент у складзе нервовага імпульсу. Ён характарызуе змены, што адбываюцца з зарадам лакальнага ўчастка мембраны.

Дзе ж ствараюцца нервовыя імпульсы?

Адкуль яны пачынаюць свой шлях? Адказ на гэтае пытанне можа даць любы студэнт, які рупліва вывучаў фізіялогію ўзбуджэння. Ёсць чатыры варыянты:

1. Рецепторное канчатак дендрытаў. Калі яно ёсць (што не факт), то магчымым з'яўляецца наяўнасць адэкватнага раздражняльніка, што створыць спачатку генератарны патэнцыял, а потым ужо і нервовы імпульс. Падобным чынам працуюць болевыя рэцэптары.
2. Мембрана узбуджальнага сінапсы. Як правіла, такое магчыма толькі пры наяўнасці моцнага раздражнення або іх сумавання.
3. Триггерная зона дентрида. У гэтым выпадку лакальныя ўзбуджаюць постсінаптычнай патэнцыялы фармуюцца як адказ на раздражняльнік. Калі першы перахоп ранво миелинизирован, то яны на ім сумуюцца. Дзякуючы наяўнасці там ўчастка мембраны, якая валодае падвышанай адчувальнасцю, тут узнікае нервовы імпульс.
4. Аксоны пагорак. Так называюць месца, дзе пачынаецца аксон. Пагорак - гэта найбольш часты стварыць імпульсаў на нейроны. Ва ўсіх астатніх месцах, якія разглядаліся раней, іх ўзнікненне значна менш верагоднае. Гэта адбываецца з-за таго, што тут мембрана мае павышаную адчувальнасць, а таксама паніжаны крытычны ўзровень дэпалярызацыі. Таму, калі пачынаецца сумаванне шматлікіх узбуджальных постсінаптычнай патэнцыялаў, то раней за ўсё на іх рэагуе пагорак.

Прыклад які распаўсюджваецца ўзбуджэння

Аповяд медыцынскімі тэрмінамі можа выклікаць неразуменне асобных момантаў. Каб ліквідаваць гэта, варта коратка прайсціся па выкладзеных ведаў. У якасці прыкладу возьмем пажар.

Ўспомніце зводкі з навін мінулага лета (таксама гэта хутка можна будзе пачуць зноў). Пажар распаўсюджваецца! Пры гэтым дрэвы і хмызнякі, якія гараць, застаюцца на сваіх месцах. А вось фронт агню ідзе ўсё далей ад месца, дзе быў ачаг узгарання. Аналагічным чынам працуе нервовая сістэма.

Часта бывае неабходна супакоіць распачатае ўзбуджэнне нервовай сістэмы. Але гэта не так лёгка зрабіць, як і ў выпадку з агнём. Для гэтага здзяйсняюць штучнае ўмяшальніцтва ў працу нейрона (у лячэбных мэтах) або выкарыстоўваюць розныя фізіялагічныя сродкі. Гэта можна параўнаць з заліваннем пажару вадой.