Ljudski nervni sistem djeluje kao neka vrsta koordinatora u našem tijelu. Prenosi komande iz mozga do mišića, organa, tkiva i obrađuje signale koji dolaze iz njih. Nervni impuls se koristi kao vrsta nosača podataka. Šta on predstavlja? Kojom brzinom radi? Na ova i brojna druga pitanja možete odgovoriti u ovom članku.
Šta je nervni impuls?
Ovo je naziv talasa ekscitacije koji se širi kroz vlakna kao odgovor na stimulaciju neurona. Zahvaljujući ovom mehanizmu, informacije se sa različitih receptora prenose do centralnog nervnog sistema. A od nje, zauzvrat, u različite organe (mišiće i žlijezde). Ali kakav je to proces na fiziološkom nivou? Mehanizam prijenosa nervnog impulsa je da membrane neurona mogu promijeniti svoj elektrohemijski potencijal. A proces koji nas zanima odvija se u oblasti sinapsi. Brzina nervnog impulsa može varirati od 3 do 12 metara u sekundi. Pričaćemo više o tome, kao io faktorima koji na to utiču.
Istraživanje strukture i rada
Prvi put je Nemac demonstrirao prolaz nervnog impulsanaučnici E. Goering i G. Helmholtz na primjeru žabe. Istovremeno je utvrđeno da se bioelektrični signal širi prethodno naznačenom brzinom. Općenito, to je moguće zbog posebne konstrukcije nervnih vlakana. Na neki način podsjećaju na električni kabel. Dakle, ako s njim povučemo paralele, onda su provodnici aksoni, a izolatori su njihove mijelinske ovojnice (oni su membrana Schwannove ćelije koja je namotana u nekoliko slojeva). Štoviše, brzina nervnog impulsa ovisi prvenstveno o promjeru vlakana. Druga po važnosti je kvaliteta električne izolacije. Inače, tijelo koristi mijelinski lipoprotein, koji ima svojstva dielektrika, kao materijal. Ceteris paribus, što je njegov sloj veći, to će brže prolaziti nervni impulsi. Ni u ovom trenutku se ne može reći da je ovaj sistem u potpunosti istražen. Mnogo toga što se odnosi na živce i impulse je još uvijek misterija i predmet istraživanja.
Karakteristike strukture i funkcionisanja
Ako govorimo o putu nervnog impulsa, treba napomenuti da mijelinska ovojnica ne pokriva vlakno cijelom dužinom. Karakteristike dizajna su takve da se trenutna situacija najbolje može usporediti sa stvaranjem izolacijskih keramičkih rukava koji su čvrsto nanizani na šipku električnog kabela (iako u ovom slučaju na aksonu). Kao rezultat, postoje male neizolovane električne oblasti iz kojih ionska struja može lako tećiaksona u okolinu (ili obrnuto). Ovo iritira membranu. Kao rezultat toga, dolazi do stvaranja akcionog potencijala u područjima koja nisu izolirana. Ovaj proces se zove Ranvierovo presretanje. Prisutnost takvog mehanizma omogućava da se nervni impuls širi mnogo brže. Razgovarajmo o tome s primjerima. Dakle, brzina provođenja nervnog impulsa u debelom mijeliniziranom vlaknu, čiji promjer fluktuira unutar 10-20 mikrona, iznosi 70-120 metara u sekundi. Dok za one koji imaju suboptimalnu strukturu, ova brojka je 60 puta manja!
Gdje se prave?
Nervni impulsi potiču iz neurona. Mogućnost kreiranja takvih "poruka" jedno je od njihovih glavnih svojstava. Nervni impuls osigurava brzo širenje istog tipa signala duž aksona na velikoj udaljenosti. Stoga je ono najvažnije sredstvo tijela za razmjenu informacija u njemu. Podaci o iritaciji se prenose promjenom učestalosti njihovog ponavljanja. Ovdje radi složen sistem periodike, koji može izbrojati stotine nervnih impulsa u jednoj sekundi. Po donekle sličnom principu, iako mnogo kompliciranijem, radi i kompjuterska elektronika. Dakle, kada se nervni impulsi pojave u neuronima, oni se kodiraju na određeni način, a tek onda se prenose. U ovom slučaju, informacije se grupišu u posebne "pakete", koji imaju drugačiji broj i prirodu niza. Sve ovo, zajedno, osnova je ritmičke električne aktivnosti našeg mozga, koja se može registrovati zahvaljujućielektroencefalogram.
Tipovi ćelija
Govoreći o redosledu prolaska nervnog impulsa, ne mogu se zanemariti nervne ćelije (neuroni) kroz koje se odvija prenos električnih signala. Dakle, zahvaljujući njima, različiti dijelovi našeg tijela razmjenjuju informacije. U zavisnosti od strukture i funkcionalnosti razlikuju se tri tipa:
- Receptor (osjetljiv). Oni kodiraju i pretvaraju u nervne impulse sve temperaturne, hemijske, zvučne, mehaničke i svjetlosne podražaje.
- Umetanje (takođe se naziva provodnik ili zatvaranje). Oni služe za obradu i prebacivanje impulsa. Najveći broj ih je u ljudskom mozgu i kičmenoj moždini.
- Efektivno (motor). Oni primaju komande od centralnog nervnog sistema da izvrše određene radnje (na jakom suncu zatvorite oči rukom i tako dalje).
Svaki neuron ima tijelo ćelije i proces. Put nervnog impulsa kroz tijelo počinje upravo s ovim drugim. Procesi su dva tipa:
- Dendriti. Njima je poverena funkcija uočavanja iritacije receptora koji se nalaze na njima.
- Axons. Zahvaljujući njima, nervni impulsi se prenose od ćelija do radnog organa.
Zanimljiv aspekt aktivnosti
Kada govorimo o provođenju nervnog impulsa ćelijama, teško je ne reći o jednom zanimljivom trenutku. Dakle, kada miruju, onda, recimotako se natrijum-kalijum pumpa angažuje u kretanju jona na način da se postigne efekat slatke vode unutra i slane spolja. Zbog nastale neravnoteže razlike potencijala na membrani, može se uočiti i do 70 milivolti. Poređenja radi, ovo je 5% konvencionalnih AA baterija. Ali čim se stanje ćelije promijeni, rezultirajuća ravnoteža se poremeti i ioni počinju mijenjati mjesta. To se dešava kada put nervnog impulsa prolazi kroz njega. Zbog aktivnog djelovanja jona, ovo djelovanje se naziva i akcionim potencijalom. Kada dostigne određenu vrijednost, tada počinju obrnuti procesi i ćelija dostiže stanje mirovanja.
O akcionom potencijalu
Kad govorimo o konverziji i širenju nervnog impulsa, treba napomenuti da bi to moglo biti mizernih milimetara u sekundi. Tada bi signali od ruke do mozga stigli za nekoliko minuta, što očito nije dobro. Ovdje prethodno razmatrana mijelinska ovojnica igra svoju ulogu u jačanju akcionog potencijala. I svi njegovi "prolazi" postavljeni su tako da samo pozitivno utiču na brzinu prenosa signala. Dakle, kada impuls dođe do kraja glavnog dijela tijela jednog aksona, on se prenosi ili na sljedeću ćeliju, ili (ako govorimo o mozgu) na brojne grane neurona. U potonjim slučajevima radi malo drugačiji princip.
Kako sve funkcioniše u mozgu?
Hajde da razgovaramo o tome koja sekvenca prenosa nervnih impulsa funkcioniše u najvažnijim delovima našeg centralnog nervnog sistema. Ovdje su neuroni odvojeni od svojih susjeda malim prazninama, koje se nazivaju sinapse. Akcioni potencijal ih ne može preći, pa traži drugi način da dođe do sljedeće nervne ćelije. Na kraju svakog procesa nalaze se male vrećice koje se nazivaju presinaptički vezikuli. Svaki od njih sadrži posebne spojeve - neurotransmitere. Kada im stigne akcijski potencijal, molekuli se oslobađaju iz vrećica. Oni prelaze sinapsu i vezuju se za posebne molekularne receptore koji se nalaze na membrani. U tom slučaju dolazi do poremećaja ravnoteže i vjerovatno se javlja novi akcioni potencijal. Ovo se još ne zna sa sigurnošću, neurofiziolozi proučavaju ovo pitanje do danas.
Rad neurotransmitera
Kada prenose nervne impulse, postoji nekoliko opcija šta će im se dogoditi:
- Oni će se raspršiti.
- Biće podvrgnuti hemijskom razgradnji.
- Vrati se u njihove mehuriće (ovo se zove ponovno hvatanje).
Zapanjujuće otkriće napravljeno je krajem 20. stoljeća. Naučnici su naučili da lijekovi koji utiču na neurotransmitere (kao i njihovo oslobađanje i ponovno preuzimanje) mogu promijeniti mentalno stanje osobe na fundamentalan način. Tako, na primjer, brojni antidepresivi poput Prozaca blokiraju ponovni unos serotonina. Postoje neki razlozi za vjerovanje da je nedostatak neurotransmitera dopamina u mozgu kriv za Parkinsonovu bolest.
Sada istraživači koji proučavaju granična stanja ljudske psihe pokušavaju otkriti kako se toSve utiče na um čoveka. U međuvremenu, nemamo odgovor na tako fundamentalno pitanje: šta uzrokuje da neuron stvara akcioni potencijal? Do sada je mehanizam "lansiranja" ove ćelije za nas tajna. Posebno je zanimljiv sa stanovišta ove zagonetke rad neurona u glavnom mozgu.
Ukratko, mogu raditi sa hiljadama neurotransmitera koje šalju njihovi susjedi. Detalji u vezi obrade i integracije ove vrste impulsa su nam gotovo nepoznati. Iako mnoge istraživačke grupe rade na tome. U ovom trenutku se pokazalo da su svi primljeni impulsi integrirani, a neuron donosi odluku - da li je potrebno održavati akcioni potencijal i dalje ih prenositi. Funkcionisanje ljudskog mozga zasniva se na ovom fundamentalnom procesu. Pa onda, nije ni čudo što ne znamo odgovor na ovu zagonetku.
Neke teorijske karakteristike
U članku su "nervni impuls" i "akcioni potencijal" korišteni kao sinonimi. Teoretski, to je tačno, iako je u nekim slučajevima potrebno uzeti u obzir neke karakteristike. Dakle, ako idete u detalje, onda je akcioni potencijal samo dio nervnog impulsa. Detaljnim pregledom naučnih knjiga možete saznati da je to samo promjena naboja membrane iz pozitivnog u negativan, i obrnuto. Dok se nervni impuls shvata kao složen strukturni i elektrohemijski proces. Širi se preko neuronske membrane poput putujućeg vala promjena. Potencijalakcije su samo električna komponenta u sastavu nervnog impulsa. Karakterizira promjene koje se javljaju s nabojem lokalnog dijela membrane.
Gdje se generiraju nervni impulsi?
Gdje počinju svoje putovanje? Odgovor na ovo pitanje može dati svaki student koji je marljivo proučavao fiziologiju uzbuđenja. Postoje četiri opcije:
- Receptorski završetak dendrita. Ako postoji (što nije činjenica), onda je moguće prisustvo adekvatnog stimulusa koji će prvo stvoriti generatorski potencijal, a potom i nervni impuls. Receptori za bol rade na sličan način.
- Membrana ekscitatorne sinapse. Po pravilu, to je moguće samo ako postoji jaka iritacija ili njihovo zbrajanje.
- Dentrid trigger zona. U ovom slučaju, lokalni ekscitatorni postsinaptički potencijali nastaju kao odgovor na stimulus. Ako je prvi Ranvierov čvor mijeliniziran, onda se oni sumiraju na njemu. Zbog prisustva tamo dijela membrane, koji ima povećanu osjetljivost, ovdje se javlja nervni impuls.
- Axon hilllock. Ovo je naziv mjesta gdje počinje akson. Nasip je najčešći za stvaranje impulsa na neuronu. Na svim ostalim mjestima koja su ranije razmatrana, njihova pojava je mnogo manje vjerovatna. To je zbog činjenice da ovdje membrana ima povećanu osjetljivost, kao i niži kritični nivo depolarizacije. Stoga, kada započne sumiranje brojnih ekscitatornih postsinaptičkih potencijala, brežuljak prije svega reagira na njih.
Primjer ekscitacije širenja
Govoriti medicinskim terminima može uzrokovati nerazumijevanje određenih stvari. Da biste to otklonili, vrijedi ukratko proći kroz navedena saznanja. Uzmimo vatru kao primjer.
Zapamtite prošloljetne vijesti (također ćemo uskoro ponovo čuti). Vatra se širi! U isto vrijeme, drveće i grmlje koje gori ostaje na svojim mjestima. Ali front vatre ide sve dalje i dalje od mjesta gdje je bio požar. Nervni sistem radi na sličan način.
Često je potrebno smiriti nervni sistem koji je počeo da se uzbuđuje. Ali to nije tako lako učiniti, kao u slučaju požara. Da bi to učinili, vrše umjetnu intervenciju u radu neurona (u medicinske svrhe) ili koriste različita fiziološka sredstva. To se može uporediti sa polivanjem vode na vatru.
