Nervalni impuls, njegov mehanizam transformacije i prijenosa

Ljudski živčani sustav djeluje kao vrsta koordinatora u našem tijelu. Ona prenosi naredbe iz mozga do mišića, organa, tkiva i procesa koji dolaze od njih. Kao vrsta prijenosnika podataka koristi se impuls živca. Što je to? Koliko brzo radi? Ova pitanja, kao i niz drugih pitanja, mogu se naći u ovom članku.

Što je živčani impuls?

Ovo je naziv uzbudnog vala koji propagira kroz vlakna kao odgovor na neuronsku stimulaciju. Zahvaljujući ovom mehanizmu, informacije se prenose iz različitih receptora u središnji živčani sustav. I od nje, zauzvrat, do različitih organa (mišića i žlijezda). A što je taj proces na fiziološkoj razini? Mehanizam prijenosa impulsa živaca je da membrane neurona mogu promijeniti njihov elektrokemijski potencijal. A proces koji nas zanima postignut je u području sinapsi. Brzina impulsa živaca može varirati u rasponu od 3 do 12 metara u sekundi. Više detalja o tome, kao i čimbenike koji utječu na to, više ćemo razgovarati.

Studija strukture i rada

Po prvi put je prolaz živčanog impulsa pokazao njemački znanstvenici E. Goering i H. Helmholtz na primjeru žabe. Istovremeno, ustanovljeno je da se bioelektrični signal širi s gore navedenom brzinom. Općenito, to je moguće zbog posebne konstrukcije živčana vlakna. Na neki način nalikuju električnom kabelu. Dakle, ako s njim crtimo paralele, dirigenti su aksoni, a izolatori su njihovi mijelinski omotači (oni su membrana Schwannove stanice, koja je rana u nekoliko slojeva). I brzina živčanog impulsa ovisi prije svega o promjeru vlakana. Druga važnost je kvaliteta električne izolacije. Usput, lipoproteinski mijelin se koristi kao materijal od strane tijela, koji ima svojstva dielektričnog. Druge stvari su jednake, što je veći sloj, brže će živčani impulsi proći. Čak i u ovom trenutku ne može se reći da je ovaj sustav u potpunosti istražen. Mnogo toga što se tiče živaca i impulsa, još uvijek ostaje zagonetka i predmet istraživanja.

Značajke strukture i funkcioniranja

Ako govorimo o putu živčanog impulsa, treba napomenuti da mijelinski omotač vlakno ne prekriva cijelu dužinu. Značajke dizajna su takve da se situacija najbolje uspoređuje s izradom izolacijskih keramičkih spojnica koje su gusto navijene na šipku električnog kabela (iako u ovom slučaju aksona). Kao rezultat toga, postoje mali neosvojeni električni dijelovi od kojih se struja iona može sigurno protjecati od aksona do okoline (ili obrnuto). To iritira membranu. To uzrokuje generaciju akcijski potencijal u područjima koja nisu izolirana. Taj se proces naziva Ranjierova presretanja. Prisutnost takvog mehanizma omogućuje da se impuls živaca širi mnogo brže. Razgovarajmo o tome s primjerima. Dakle, brzina živčanog impulsa u debelom mijeliniranom vlaknu, čiji promjer varira u rasponu od 10-20 mikrona, iznosi 70-120 metara u sekundi. Dok oni koji nemaju optimalnu strukturu, ta je brojka manja od 60 puta!

Gdje su stvoreni?

Nervni impulsi nastaju u neuronima. Mogućnost stvaranja takvih "poruka" jedna je od njihovih glavnih svojstava. Impuls živca osigurava brzu propagaciju istog tipa signala duž aksona tijekom velike udaljenosti. Stoga je to najvažnije sredstvo tijela za razmjenu informacija u njemu. Podaci o nadraženosti prenose se mijenjanjem učestalosti njihove pojave. Ovdje postoji složeni sustav časopisa koji u jednoj sekundi mogu brojati stotine živčanih impulsa. Po pomalo sličnom principu, iako znatno složeniji, rade računalne elektronike. Dakle, kada se živčani impulsi pojavljuju u neuronima, oni su kodirani na određeni način, i tek tada se prenose. Tako su informacije grupirane u posebnim "paketima", koje imaju različit broj i karakter sljedeće. Sve to, kombinirano, temelj je za ritmičku električnu aktivnost našeg mozga koji se može registrirati zahvaljujući elektroencefalogramu.

Vrste stanica

Govoreći o slijedu prolaza impulsa živaca, ne možemo zanemariti živčanih stanica (neuroni), preko kojih dolazi do prijenosa električnih signala. Dakle, zahvaljujući njima, različiti dijelovi našeg tijela razmjenjuju informacije. Ovisno o njihovoj strukturi i funkcionalnosti, razlikuju se tri vrste:

1. Receptor (osjetljiv). Oni su kodirani i pretvoreni u živčane impulse svih temperatura, kemijskih, zvuka, mehaničkih i svjetlosnih podražaja.
2. Umetak (koji se naziva i vodič ili zatvaranje). Oni služe za obradu i prebacivanje impulsa. Najveći broj njih nalazi se u ljudskom mozgu i leđnoj moždini.
3. Djelotvoran (motor). Primaju zapovijedi iz središnjeg živčanog sustava kako bi se osiguralo da se izvode određene radnje (na suncu, zatvaraju oči i tako dalje).

Svaki neuron ima stanično tijelo i rast. Put živčanog impulsa po tijelu počinje upravo s potonjem. Procesi su od dvije vrste:

1. Dendrita. Oni imaju funkciju percepcije iritacije receptora koji se nalaze na njima.
2. Aksona. Zahvaljujući njima, živčani impulsi prenose se iz stanica u radni organ.

Zanimljiv aspekt aktivnosti

Govoreći o provođenju živčanog impulsa od kaveza, teško je reći o jednom zanimljivom trenutku. Dakle, kad su na miru, recimo, natrij-kalij pumpa pomiče iona na takav način da postigne učinak svježe vode iznutra i slana prema van. Zbog nastale neravnoteže potencijalne razlike, na membrani se može vidjeti čak 70 milivolata. Za usporedbu, to je 5% od uobičajene AA baterije. Ali čim se stanja stanice promijeni, rezultirajuća ravnoteža se prekida, a ioni počinju mijenjati mjesta. To se događa kada prolazi kroz put živčanog impulsa. Zbog aktivnog djelovanja iona ova se akcija naziva akcijski potencijal. Kada dosegne određeni indeks, počinju se obrnuti procesi, a stanica dostiže stanje odmora.

Na akcijski potencijal

Govoreći o transformaciji živčanog impulsa i njegovom širenju, treba napomenuti da bi to moglo iznositi bijedno milimetar u sekundi. Tada će signali proći od ruku do mozga u nekoliko minuta, što očito nije dobro. Ovdje i igra ulogu u povećanju potencijala akcije koji se ranije smatrao mjehurom mijelina. I svi njezini "praznine" postavljeni su na takav način da imaju samo pozitivan učinak na brzinu prijenosa signala. Dakle, kada je kraj glavnog dijela jednog tijela aksona dostignut impulsom, prenijet će se ili na sljedeću ćeliju, ili (ako govorimo o mozgu) brojnim granama neurona. U posljednjim slučajevima djeluje malo drugačiji princip.

Kako to radi u mozgu?

Pričajmo, koji prijenosni slijed živčanog impulsa radi u najvažnijim dijelovima našeg CNS-a. Ovdje se neuroni sa svojih susjeda odvajaju malim prorezima, koji se nazivaju sinapsi. Snaga djelovanja ne može proći kroz njih pa traži drugačiji način da dođe do sljedeće živčane stanice. Na kraju svakog procesa nalaze se male vrećice, koje se nazivaju presinaptičke mjehuriće. U svakoj od njih postoje posebni spojevi - neurotransmiteri. Kada im dolazi akcijski potencijal, molekule se otpuštaju iz vrećica. Prešli su sinapsi i pridružili se posebnim molekularnim receptorima koji se nalaze na membrani. Istovremeno, poremećena je ravnoteža i vjerojatno se pojavljuje novi akcijski potencijal. Još nije sigurno, neurofiziolozi se bave proučavanjem pitanja do danas.

Rad neurotransmitera

Kada prenose živčane impulse, tada imamo nekoliko mogućnosti koje će im se dogoditi:

1. Oni će se raspršiti.
2. Podvrgnuti kemijskom cijepanju.
3. Vratite se na svoje mjehuriće (to se naziva preokrenuti hvatanje).

Krajem dvadesetog stoljeća došlo je do zapanjujućeg otkrića. Znanstvenici su saznali da lijekovi koji utječu na neurotransmitere (kao i njihovo izbacivanje i ponovno stjecanje) mogu temeljito promijeniti duševno stanje osobe. Tako, na primjer, veliki broj antidepresiva poput "Prozac" blokira ponovni napadaj serotonina. Postoje razlozi za vjerovanje da je Parkinsonova bolest odgovorna za nedostatak mozga neurotransmitera dopamina.

Sada istraživači koji proučavaju granične stanja ljudske psihe pokušavaju shvatiti kako to sve utječe na ljudski um. U međuvremenu, mi nemamo odgovor na takvo temeljno pitanje: što čini neurona stvoriti potencijal za djelovanje? Dok je mehanizam "pokretanja" ove stanice za nas tajna. Posebno zanimljivo s gledišta ove zagonetke je rad neurona mozga.

Ukratko, oni mogu raditi s tisućama neurotransmitera koje šalju susjedi. Pojedinosti o obradi i integraciji ove vrste impulsa gotovo su nam nepoznati. Iako postoje mnoge istraživačke skupine na tome. Trenutno se pokazalo da su svi primljeni impulsi integrirani, a neuron odlučuje je li potrebno održavati akcijski potencijal i prenijeti ih dalje. Na tom temeljnom procesu funkcionira ljudski mozak. Pa, onda nije čudo što ne znamo odgovor na ovu zagonetku.

Neke teorijske osobine

Članci "živčani impuls" i "akcijski potencijal" korišteni su kao sinonimi. Teoretski to je točno, iako je u nekim slučajevima potrebno uzeti u obzir neke značajke. Dakle, ako idemo u detalje, onda je akcijski potencijal samo dio impulsa živaca. Detaljnim pregledom znanstvenih knjiga može se znati da se to samo naziva promjena membranskog naboja od pozitivnog do negativnog, i obrnuto. Dok se živčani impuls shvaća kao složeni strukturno-elektrokemijski proces. Propagira se duž membrane neurona kao putujućeg vala promjena. Akcijski potencijal je samo električna komponenta u sastavu nervnog impulsa. Ono karakterizira promjene koje se javljaju s nabojem lokalnog dijela membrane.

Gdje su stvoreni živčani impulsi?

Gdje počinju svoj put? Odgovor na ovo pitanje može dati bilo koji student koji je marljivo proučavao fiziologiju uzbuđenja. Postoje četiri opcije:

1. Receptorski kraj dendrita. Ako je to (što nije činjenica), onda je moguće imati odgovarajući poticaj, koji će prvo stvoriti potencijal generatora, a potom i impuls živca. Receptori boli rade na sličan način.
2. Membrana ekscitatorske sinapsi. U pravilu to je moguće samo ako postoji jaka iritacija ili njihovo zbrajanje.
3. Pokretačka zona dentrida. U ovom slučaju, lokalni pobudni postsinaptički potencijali formirani su kao odgovor na poticaj. Ako je prvo presretanje Ranviera mijelinirano, onda su oni sumirani na nju. Zbog prisustva membranskog mjesta, koja ima visoku osjetljivost, pojavljuje se impuls živca.
4. Axonov humak. Ovo je mjesto gdje počinje axon. Najčešći je brežuljak koji stvara impulse na neuronu. Na svim drugim mjestima koja su ranije razmatrana, njihova je pojava mnogo manja. To je zbog činjenice da ovdje membrana ima povećanu osjetljivost, a također i spuštenu kritična razina depolarizacije. Stoga, kada započne sažimanje brojnih poticajnih pobudnih postsinaptičkih potencijala, konj reagira prije svega na njih.

Primjer širenja uzbude

Priča s medicinskim izrazima može uzrokovati nerazumijevanje određenih trenutaka. Kako bi se to uklonilo, vrijedno je kratko prijeći gore navedeno znanje. Kao primjer, uzmimo vatru.

Zapamtite sažetke vijesti prošlog ljeta (također će se uskoro ponovno čuti). Vatra se širi! U tom slučaju, stabla i grmlja koji gori, ostaju na svojim mjestima. Ali prednji dio požara ide dalje od mjesta gdje je vatra bila. Živčani sustav radi na sličan način.

Često je potrebno smiriti napad uzbuđenja živčanog sustava. Ali to nije tako lako učiniti, kao u slučaju vatre. U tu svrhu obavljaju umjetne smetnje u radu neurona (u terapijske svrhe) ili koriste razne fiziološke načine. To se može usporediti s poplavljanjem vatre vodom.