Ludzki układ nerwowy działa jako rodzaj koordynatora w naszym ciele. Przekazuje polecenia z mózgu do mięśni, narządów, tkanek i przetwarza sygnały z nich pochodzące. Jako rodzaj nośnika danych wykorzystywany jest impuls nerwowy. Co on reprezentuje? Z jaką prędkością to działa? Na te i wiele innych pytań można odpowiedzieć w tym artykule.
Co to jest impuls nerwowy?
To jest nazwa fali wzbudzenia, która rozprzestrzenia się przez włókna w odpowiedzi na stymulację neuronów. Dzięki temu mechanizmowi informacje przekazywane są z różnych receptorów do ośrodkowego układu nerwowego. A z tego z kolei do różnych narządów (mięśni i gruczołów). Ale czym jest ten proces na poziomie fizjologicznym? Mechanizm przekazywania impulsu nerwowego polega na tym, że błony neuronów mogą zmieniać swój potencjał elektrochemiczny. A interesujący nas proces odbywa się w obszarze synaps. Prędkość impulsu nerwowego może wynosić od 3 do 12 metrów na sekundę. Porozmawiamy o tym więcej, a także o czynnikach, które na to wpływają.
Badania struktury i pracy
Po raz pierwszy przejście impulsu nerwowego zostało zademonstrowane przez Niemcanaukowcy E. Goering i G. Helmholtz na przykładzie żaby. Jednocześnie stwierdzono, że sygnał bioelektryczny rozchodzi się ze wskazaną wcześniej prędkością. Generalnie jest to możliwe dzięki specjalnej budowie włókien nerwowych. Pod pewnymi względami przypominają kabel elektryczny. Jeśli więc narysujemy z nim paralele, to przewodnikami są aksony, a izolatory ich osłonkami mielinowymi (są błoną komórki Schwanna, która jest nawinięta w kilku warstwach). Ponadto prędkość impulsu nerwowego zależy przede wszystkim od średnicy włókien. Druga najważniejsza to jakość izolacji elektrycznej. Nawiasem mówiąc, organizm wykorzystuje jako materiał lipoproteinę mieliny, która ma właściwości dielektryka. Ceteris paribus, im większa jest jego warstwa, tym szybciej przejdą impulsy nerwowe. Nawet w tej chwili nie można powiedzieć, że system ten został w pełni zbadany. Wiele z tego, co dotyczy nerwów i impulsów, wciąż pozostaje tajemnicą i przedmiotem badań.
Cechy struktury i funkcjonowania
Jeżeli mówimy o drodze impulsu nerwowego, należy zauważyć, że osłonka mielinowa nie pokrywa włókna na całej jego długości. Cechy konstrukcyjne są takie, że obecną sytuację można najlepiej porównać z tworzeniem izolacyjnych tulei ceramicznych, które są ciasno naciągnięte na pręt kabla elektrycznego (choć w tym przypadku na aksonie). W rezultacie istnieją małe nieizolowane obszary elektryczne, z których prąd jonów może łatwo wypłynąćakson do środowiska (lub odwrotnie). To podrażnia błonę. W rezultacie generowanie potencjału czynnościowego następuje na obszarach, które nie są odizolowane. Ten proces nazywa się przechwytywaniem Ranviera. Obecność takiego mechanizmu pozwala znacznie przyspieszyć propagację impulsu nerwowego. Porozmawiajmy o tym na przykładach. Tak więc prędkość przewodzenia impulsów nerwowych w grubym zmielinizowanym włóknie, którego średnica waha się w granicach 10-20 mikronów, wynosi 70-120 metrów na sekundę. Natomiast w przypadku osób o nieoptymalnej strukturze liczba ta jest 60 razy mniejsza!
Gdzie są produkowane?
Impulsy nerwowe powstają w neuronach. Możliwość tworzenia takich „wiadomości” to jedna z ich głównych właściwości. Impuls nerwowy zapewnia szybką propagację tego samego rodzaju sygnałów wzdłuż aksonów na dużą odległość. Dlatego jest najważniejszym środkiem organizmu do wymiany informacji w nim. Dane o podrażnieniach przekazywane są poprzez zmianę częstotliwości ich powtarzania. Działa tu złożony system periodyków, który w ciągu jednej sekundy może zliczyć setki impulsów nerwowych. Na nieco podobnej zasadzie, choć znacznie bardziej skomplikowanej, działa elektronika komputerowa. Tak więc impulsy nerwowe powstające w neuronach są kodowane w określony sposób i dopiero wtedy są przekazywane. W tym przypadku informacje są grupowane w specjalne „paczki”, które mają różną liczbę i charakter sekwencji. Wszystko to razem wzięte stanowi podstawę rytmicznej aktywności elektrycznej naszego mózgu, którą można zarejestrować dzięki:elektroencefalogram.
Typy komórek
Mówiąc o kolejności przejścia impulsu nerwowego, nie można pominąć komórek nerwowych (neuronów), przez które następuje transmisja sygnałów elektrycznych. Dzięki nim różne części naszego ciała wymieniają się informacjami. W zależności od ich budowy i funkcjonalności rozróżnia się trzy typy:
- Receptor (wrażliwy). Kodują i zamieniają w impulsy nerwowe wszelkie bodźce temperaturowe, chemiczne, dźwiękowe, mechaniczne i świetlne.
- Wkładanie (nazywane również przewodem lub zamykaniem). Służą do przetwarzania i przełączania impulsów. Największa ich liczba znajduje się w ludzkim mózgu i rdzeniu kręgowym.
- Skuteczny (silnik). Otrzymują polecenia z centralnego układu nerwowego, aby wykonać określone czynności (w jasnym słońcu, zamknij oczy ręką itd.).
Każdy neuron ma ciało komórkowe i proces. Droga impulsu nerwowego przez ciało zaczyna się właśnie od tego ostatniego. Procesy są dwojakiego rodzaju:
- Dendryty. Powierzono im funkcję postrzegania podrażnień znajdujących się na nich receptorów.
- Aksony. Dzięki nim impulsy nerwowe są przekazywane z komórek do narządu pracy.
Ciekawy aspekt działalności
Mówiąc o przewodzeniu impulsu nerwowego przez komórki, trudno nie wspomnieć o jednym interesującym momencie. Więc kiedy odpoczywają, powiedzmyw ten sposób pompa sodowo-potasowa zaangażowana jest w ruch jonów w taki sposób, aby uzyskać efekt wody słodkiej wewnątrz i słonej na zewnątrz. Ze względu na powstałą nierównowagę różnicy potencjałów na membranie można zaobserwować do 70 miliwoltów. Dla porównania jest to 5% konwencjonalnych baterii AA. Ale gdy tylko stan komórki się zmieni, wynikająca z tego równowaga zostaje zakłócona, a jony zaczynają zmieniać miejsca. Dzieje się tak, gdy przechodzi przez nią ścieżka impulsu nerwowego. Ze względu na aktywne działanie jonów działanie to nazywane jest również potencjałem czynnościowym. Gdy osiągnie określoną wartość, rozpoczynają się procesy odwrotne, a komórka osiąga stan spoczynku.
O potencjale działania
Mówiąc o konwersji i propagacji impulsów nerwowych, należy zauważyć, że może to być marne milimetry na sekundę. Wtedy sygnały z ręki do mózgu docierałyby w ciągu kilku minut, co wyraźnie nie jest dobre. To tutaj omówiona wcześniej osłonka mielinowa odgrywa swoją rolę we wzmacnianiu potencjału czynnościowego. A wszystkie jego „przejścia” są umieszczone w taki sposób, aby wpływały tylko pozytywnie na szybkość transmisji sygnału. Tak więc, gdy impuls dociera do końca głównej części jednego ciała aksonu, jest przekazywany albo do następnej komórki, albo (jeśli mówimy o mózgu) do wielu gałęzi neuronów. W tych ostatnich przypadkach działa nieco inna zasada.
Jak wszystko działa w mózgu?
Porozmawiajmy o tym, jaka sekwencja transmisji impulsów nerwowych działa w najważniejszych częściach naszego ośrodkowego układu nerwowego. Tutaj neurony są oddzielone od swoich sąsiadów małymi szczelinami, które nazywane są synapsami. Potencjał czynnościowy nie może ich przekroczyć, więc szuka innej drogi dostania się do następnej komórki nerwowej. Na końcu każdego procesu znajdują się małe pęcherzyki zwane pęcherzykami presynaptycznymi. Każdy z nich zawiera specjalne związki – neuroprzekaźniki. Kiedy dociera do nich potencjał czynnościowy, z woreczków uwalniane są cząsteczki. Przechodzą przez synapsę i przyczepiają się do specjalnych receptorów molekularnych znajdujących się na błonie. W tym przypadku równowaga zostaje zachwiana i prawdopodobnie pojawia się nowy potencjał czynnościowy. Nie jest to jeszcze pewne, neurofizjolodzy badają ten problem do dziś.
Praca neuroprzekaźników
Kiedy przekazują impulsy nerwowe, istnieje kilka opcji, co się z nimi stanie:
- Rozproszą się.
- Ulegnie rozpadowi chemicznemu.
- Wróć do swoich baniek (to się nazywa odzyskanie).
Pod koniec XX wieku dokonano zaskakującego odkrycia. Naukowcy dowiedzieli się, że leki wpływające na neuroprzekaźniki (a także ich uwalnianie i wychwyt zwrotny) mogą w fundamentalny sposób zmienić stan psychiczny człowieka. Na przykład wiele leków przeciwdepresyjnych, takich jak Prozac, blokuje wychwyt zwrotny serotoniny. Istnieją powody, by sądzić, że niedobór neuroprzekaźnika mózgowego dopaminy jest odpowiedzialny za chorobę Parkinsona.
Teraz naukowcy, którzy badają stany graniczne ludzkiej psychiki, próbują dowiedzieć się, jak to się dziejeWszystko wpływa na umysł człowieka. Tymczasem nie mamy odpowiedzi na tak fundamentalne pytanie: co powoduje, że neuron tworzy potencjał czynnościowy? Jak dotąd mechanizm „uruchamiania” tej komórki jest dla nas tajemnicą. Szczególnie interesująca z punktu widzenia tej zagadki jest praca neuronów w głównym mózgu.
W skrócie, mogą pracować z tysiącami neuroprzekaźników wysyłanych przez ich sąsiadów. Szczegóły dotyczące przetwarzania i integracji tego typu impulsów są nam prawie nieznane. Chociaż pracuje nad tym wiele grup badawczych. W tej chwili okazało się, że wszystkie odbierane impulsy są integrowane, a neuron podejmuje decyzję - czy konieczne jest utrzymanie potencjału czynnościowego i przekazywanie ich dalej. Funkcjonowanie ludzkiego mózgu opiera się na tym fundamentalnym procesie. Cóż, więc nic dziwnego, że nie znamy odpowiedzi na tę zagadkę.
Niektóre cechy teoretyczne
W artykule terminy „impuls nerwowy” i „potencjał czynnościowy” zostały użyte jako synonimy. Teoretycznie jest to prawda, choć w niektórych przypadkach konieczne jest uwzględnienie pewnych cech. Jeśli więc zagłębisz się w szczegóły, potencjał czynnościowy jest tylko częścią impulsu nerwowego. Po dokładnym zbadaniu książek naukowych można dowiedzieć się, że jest to tylko zmiana ładunku membrany z dodatniego na ujemny i odwrotnie. Natomiast impuls nerwowy rozumiany jest jako złożony proces strukturalny i elektrochemiczny. Rozchodzi się po błonie neuronu jak wędrująca fala zmian. Potencjałdziałania są tylko elektrycznym elementem składowym impulsu nerwowego. Charakteryzuje zmiany zachodzące wraz z ładunkiem lokalnego odcinka błony.
Gdzie generowane są impulsy nerwowe?
Gdzie rozpoczynają swoją podróż? Odpowiedź na to pytanie może udzielić każdy student, który pilnie studiował fizjologię pobudzenia. Dostępne są cztery opcje:
- Końcówka receptora dendrytu. Jeśli istnieje (co nie jest faktem), to możliwa jest obecność odpowiedniego bodźca, który najpierw wytworzy potencjał generatora, a następnie impuls nerwowy. Receptory bólu działają w podobny sposób.
- Błona synapsy pobudzającej. Z reguły jest to możliwe tylko w przypadku silnej irytacji lub ich sumowania.
- Strefa wyzwalająca Dentrid. W tym przypadku lokalne pobudzające potencjały postsynaptyczne powstają w odpowiedzi na bodziec. Jeśli pierwszy węzeł Ranviera jest mielinowany, to są one na nim sumowane. Ze względu na obecność tam odcinka błony, który ma zwiększoną wrażliwość, pojawia się tu impuls nerwowy.
- Axon pagórek. To jest nazwa miejsca, w którym zaczyna się akson. Kopiec najczęściej wytwarza impulsy na neuronie. We wszystkich innych miejscach, które były rozważane wcześniej, ich występowanie jest znacznie mniej prawdopodobne. Wynika to z faktu, że tutaj membrana ma zwiększoną czułość, a także niższy krytyczny poziom depolaryzacji. Dlatego też, gdy zaczyna się sumowanie licznych pobudzających potencjałów postsynaptycznych, pagórek reaguje przede wszystkim na nie.
Przykład wzbudzenia rozprzestrzeniania
Opowiadanie w kategoriach medycznych może spowodować niezrozumienie niektórych kwestii. Aby to wyeliminować, warto pokrótce przejrzeć podaną wiedzę. Weźmy jako przykład ogień.
Pamiętaj o biuletynach informacyjnych z zeszłego lata (również wkrótce ponownie usłyszymy). Ogień się rozprzestrzenia! Jednocześnie płonące drzewa i krzewy pozostają na swoich miejscach. Ale front ognia odchodzi coraz dalej od miejsca, w którym był pożar. W podobny sposób działa układ nerwowy.
Często konieczne jest uspokojenie układu nerwowego, który zaczął się ekscytować. Ale nie jest to takie proste, jak w przypadku pożaru. Aby to zrobić, dokonują sztucznej interwencji w pracę neuronu (w celach leczniczych) lub używają różnych środków fizjologicznych. Można to porównać do polewania ognia wodą.
