Природа нервового імпульсу
Ви пам'ятаєте визначення нервового імпульсу (н. І.) З курсу 8 класу?
Нервовий імпульс - це електричний сигнал, що поширюється по нервовому волокну.
Найчіткіше сформулювати визначення наступним чином:
нервовий імпульс - це хвиля деполяризації, що розповсюджується по мембрані нервового волокна.
«Хвилю деполяризації» можна замінити «потенціалом дії». Що таке деполяризація. Якщо є потенціал дії. значить, існує і потенціал спокою. І чому саме по мембрані нервового волокна? Ось на ці питання ми і спробуємо відповісти.
Отже, мембрана аксона поляризована: з внутрішньої сторони вона заряджена негативно по відношенню до зовнішньої поверхні.
Різниця потенціалів через мембрану (трансмембранний потенціал) характерна для всіх живих клітин, але в сенсорних клітинах, нейронах і м'язових волокнах ця величина може змінюватися! Змінюватися під дією стимулу. Саме тому такі клітини називаються збудливими. Якщо стимулу немає, то підтримується потенціал спокою (ПП). Під дією стимулу виникає потенціал дії (ПД).
Різниця потенціалів створюється завдяки різниці концентрацій іонів по обидві сторони мембрани (згадайте, мембрана володіє виборчої проникністю): всередині клітини більше іонів калію (К +), а зовні - натрію (Na +). За рахунок чого? Звичайно, за рахунок роботи калієво-натрієвого насоса. До + -Na + -насос працює проти градієнта концентрації (а, значить, з витратою енергії у вигляді АТФ), закінчуючи в клітку До + і викачуючи Na +. Дії насоса протистоїть пасивна дифузія іонів: К + виходить з клітки, а Na + повертається в цитоплазму. Все б врівноважиться, але іони калію більш рухливі, тому виходять швидше, ніж заходять іони натрію. Спробуйте намалювати картинку J. Що виходить? У аксоні катіонів менше в порівнянні з зовнішнім середовищем. Отже, внутрішня сторона мембрани аксона заряджається негативно, а зовнішня - позитивно. Таким чином, потенціал спокою визначається. перш за все, іонами калію (електрохімічним градієнтом К +). Забігаючи вперед, можна сказати, що потенціал дії визначається, перш за все, іонами натрію.
Що відбувається при стимуляції аксона? Стимул викликає короткочасне зміна проникності мембрани для Na +. Na + у великій кількості проникає в аксон. Отже, кількість катіонів на внутрішній поверхні мембрани збільшується => заряд змінюється з «-» на «+» (ось вам і деполяризація!). Різниця потенціалів через мембрану змінюється з -70мВ (мілівольт) до + 40мВ. Зміна полярності називається потенціалом дії. Питання: чому дорівнює потенціал дії? Відповідь перевіримо трохи пізніше. Що відбувається при + 40мВ? Інактивація натрієвих каналів і збільшення проникності мембрани для іонів калію. В результаті До + йде з аксона => кількість катіонів на внутрішній поверхні мембрани зменшується => заряд змінюється з «+» на «-». Відбувається реполяризация. Вихідний трансмембранний потенціал відновлюється. Таким чином, потенціал дії залежить. перш за все, від іонів натрію.
Потенціал спокою відновлюється, але виникло «обурення» не проходить безслідно. Між активним і неактивним ділянками мембрани виникає місцевий струм. Деполяризація однієї ділянки мембрани призводить до деполяризації сусіднього. Послідовна деполяризация все нових і нових ділянок мембрани і є хвиля деполяризації. тобто нервовий імпульс.
Події, що відбуваються при виникненні потенціалу дії, можна побачити на графіку. Цифрами позначені: 1 - деполяризація, 2 - реполяризация, 3 - гиперполяризация.
Цікаво, що ПД підкоряється закону «все або нічого». ПД викликається, коли деполяризація досягає порогової величини. Якщо стимул недостатньо сильний, то потенціал дії не викликається. Виникає питання: якщо стимул досить сильний, то як наша нервова система розрізнить сильний, дуже сильний і дуже-дуже сильний стимули (амплітуда адже завжди однакова)? Але ж інформація може кодуватися різними способами! В даному випадку сила подразника буде кодуватися частотою: чим більше сила подразника, тим частіше виникають нервові імпульси. Отже, запам'ятаємо: частота нервових імпульсів пропорційна силі викликає їх стимулу. Амплітуда потенціалу дії постійна для кожного нейрона. Потенціал дії поширюється по аксону без зміни амплітуди, тобто носить незатухаючий характер (за рахунок локального запасу енергії у вигляді іонного градієнта).
У міелінізірованних нервових волокнахскорость проведення нервових імпульсів набагато більше, ніж в неміелінізірованних. Мієлін є ізолятором (як гумове або пластикове покриття електричного дроту). Опір зменшується в перехоплення Ранвей (саме тут замикаються місцеві ланцюга) => імпульс перескакує від одного перехоплення до іншого. Такий спосіб передачі нервового імпульсу отримав назву сальтаторного (від лат. Saltare - стрибати). В середньому швидкість проведення н. і. в таких волокнах складає 120м / с.
Швидкість проведення нервових імпульсів в неміелінізірованних волокнах залежить від їх товщини: чим більше товщина, тим вище швидкість (так як менше опір - згадайте формулу з курсу фізики!). Якщо у людини швидкість проведення н. і. в неміелінізірованних нервових волокнах складає в середньому 0,5 м / с. то в гігантських аксонах кальмара (товщина близько 1мм) - 100м / с! Гігантські аксони виявлені не тільки у молюсків, але також у черв'яків і членистоногих.
Отже, якщо ви все це прочитали, спробували намалювати картинку з каналами і переміщаються по ним іонами за відсутності стимулу і під його дією, розібралися з зображеним тут графіком, виписали всі незрозумілі слова і хотіли б глибше розібратися в цій темі, то Н. Грін, У. Стаут, Д. Тейлор чекають вас (том 2, глава 16).
І, звичайно, з усіма питаннями ви можете звертатися до мене. Ольга Фаритовна.