Sistemul nervos uman acționează ca un fel de coordonator în corpul nostru. Transmite comenzi de la creier către mușchi, organe, țesuturi și procesează semnalele care vin de la acestea. Un impuls nervos este folosit ca un fel de purtător de date. Ce reprezintă el? Cu ce viteza functioneaza? La acestea și la o serie de alte întrebări se poate răspunde în acest articol.
Ce este un impuls nervos?
Acesta este numele valului de excitație care se răspândește prin fibre ca răspuns la stimularea neuronilor. Datorită acestui mecanism, informațiile sunt transmise de la diverși receptori către sistemul nervos central. Și de la ea, la rândul său, la diferite organe (mușchi și glande). Dar ce este acest proces la nivel fiziologic? Mecanismul de transmitere a unui impuls nervos este că membranele neuronilor își pot modifica potențialul electrochimic. Iar procesul care ne interesează are loc în zona sinapselor. Viteza unui impuls nervos poate varia de la 3 la 12 metri pe secundă. Vom vorbi mai multe despre el, precum și despre factorii care o influențează.
Cercetarea structurii și a muncii
Pentru prima dată, trecerea unui impuls nervos a fost demonstrată de germanăoamenii de știință E. Goering și G. Helmholtz pe exemplul unei broaște. Totodată, s-a constatat că semnalul bioelectric se propagă la viteza indicată anterior. În general, acest lucru este posibil datorită construcției speciale a fibrelor nervoase. În unele privințe, seamănă cu un cablu electric. Deci, dacă facem paralele cu acesta, atunci conductorii sunt axonii, iar izolatorii sunt învelișurile lor de mielină (sunt membrana celulei Schwann, care este înfășurată în mai multe straturi). Mai mult, viteza impulsului nervos depinde în primul rând de diametrul fibrelor. A doua cea mai importantă este calitatea izolației electrice. Apropo, organismul folosește ca material lipoproteina mielină, care are proprietățile unui dielectric. Ceteris paribus, cu cât stratul său este mai mare, cu atât vor trece mai repede impulsurile nervoase. Nici în acest moment nu se poate spune că acest sistem a fost investigat pe deplin. Multe dintre cele legate de nervi și impulsuri sunt încă un mister și un subiect de cercetare.
Caracteristici ale structurii și funcționării
Dacă vorbim despre calea unui impuls nervos, trebuie remarcat faptul că teaca de mielină nu acoperă fibra pe toată lungimea ei. Caracteristicile de proiectare sunt astfel încât situația actuală poate fi cel mai bine comparată cu crearea de manșoane ceramice izolatoare care sunt strâns înșirate pe tija unui cablu electric (deși în acest caz pe axon). Ca rezultat, există mici zone electrice neizolate din care curentul ionic poate curge cu ușurințăaxon la mediu (sau invers). Acest lucru irită membrana. Ca urmare, generarea unui potențial de acțiune este cauzată în zone care nu sunt izolate. Acest proces se numește interceptarea lui Ranvier. Prezența unui astfel de mecanism face posibilă propagarea mult mai rapidă a impulsului nervos. Să vorbim despre asta cu exemple. Astfel, viteza de conducere a impulsului nervos într-o fibră mielinică groasă, al cărei diametru fluctuează în 10-20 de microni, este de 70-120 de metri pe secundă. În timp ce pentru cei care au o structură suboptimă, această cifră este de 60 de ori mai mică!
Unde sunt făcute?
Impulsurile nervoase își au originea în neuroni. Capacitatea de a crea astfel de „mesaje” este una dintre principalele lor proprietăți. Impulsul nervos asigură propagarea rapidă a aceluiași tip de semnale de-a lungul axonilor pe o distanță lungă. Prin urmare, este cel mai important mijloc al organismului pentru schimbul de informații în el. Datele despre iritație sunt transmise prin modificarea frecvenței de repetare a acestora. Aici funcționează un sistem complex de periodice, care poate număra sute de impulsuri nervoase într-o secundă. Conform unui principiu oarecum similar, deși mult mai complicat, electronica computerului funcționează. Deci, atunci când impulsurile nervoase apar în neuroni, ele sunt codificate într-un anumit fel și numai atunci sunt transmise. În acest caz, informațiile sunt grupate în „pachete” speciale, care au un număr și o natură diferită a secvenței. Toate acestea, reunite, stau la baza activității electrice ritmice a creierului nostru, care poate fi înregistrată datorităelectroencefalogramă.
Tipuri de celule
Vorbind despre succesiunea trecerii unui impuls nervos, nu se pot ignora celulele nervoase (neuroni) prin care are loc transmiterea semnalelor electrice. Deci, datorită lor, diferite părți ale corpului nostru fac schimb de informații. În funcție de structura și funcționalitatea lor, se disting trei tipuri:
- Receptor (sensibil). Ele codifică și transformă în impulsuri nervoase toți stimulii de temperatură, chimici, sonori, mecanici și de lumină.
- Inserție (numită și conductor sau închidere). Acestea servesc la procesarea și comutarea impulsurilor. Cel mai mare număr dintre ele se află în creierul uman și în măduva spinării.
- Eficient (motor). Ei primesc comenzi de la sistemul nervos central pentru a efectua anumite acțiuni (în soare strălucitor, închideți ochii cu mâna și așa mai departe).
Fiecare neuron are un corp celular și un proces. Calea unui impuls nervos prin corp începe tocmai cu acesta din urmă. Procesele sunt de două tipuri:
- Dendrite. Li se încredințează funcția de a percepe iritația receptorilor localizați pe ei.
- Axoni. Datorită acestora, impulsurile nervoase sunt transmise de la celule la organul de lucru.
Aspect interesant al activității
Vorbind despre conducerea unui impuls nervos de către celule, este dificil să nu spun despre un moment interesant. Deci, atunci când sunt în repaus, atunci, să spunemastfel, pompa de sodiu-potasiu este angajată în mișcarea ionilor în așa fel încât să se realizeze efectul apei proaspete în interior și sărate în exterior. Datorită dezechilibrului rezultat al diferenței de potențial de-a lungul membranei, se pot observa până la 70 de milivolți. Pentru comparație, aceasta este 5% din bateriile AA convenționale. Dar de îndată ce starea celulei se schimbă, echilibrul rezultat este perturbat, iar ionii încep să-și schimbe locurile. Acest lucru se întâmplă atunci când calea unui impuls nervos trece prin el. Datorită acțiunii active a ionilor, această acțiune se mai numește și potențial de acțiune. Când atinge o anumită valoare, încep procesele inverse, iar celula ajunge într-o stare de repaus.
Despre potențialul de acțiune
Vorbind despre conversia și propagarea impulsului nervos, trebuie remarcat că ar putea fi un milimetri mizerabil pe secundă. Apoi semnalele de la mână către creier ar ajunge în câteva minute, ceea ce în mod clar nu este bine. Acesta este locul în care teaca de mielină discutată anterior își joacă rolul în întărirea potențialului de acțiune. Și toate „trecerile” sale sunt plasate în așa fel încât să aibă doar un efect pozitiv asupra vitezei de transmitere a semnalului. Deci, atunci când un impuls ajunge la capătul părții principale a unui corp axon, este transmis fie către următoarea celulă, fie (dacă vorbim despre creier) către numeroase ramuri ale neuronilor. În aceste din urmă cazuri, funcționează un principiu ușor diferit.
Cum funcționează totul în creier?
Să vorbim despre ce secvență de transmisie a impulsului nervos funcționează în cele mai importante părți ale sistemului nostru nervos central. Aici, neuronii sunt separați de vecini prin mici goluri, care se numesc sinapse. Potențialul de acțiune nu le poate traversa, așa că caută o altă modalitate de a ajunge la următoarea celulă nervoasă. La sfârșitul fiecărui proces sunt mici saci numite vezicule presinaptice. Fiecare dintre ele conține compuși speciali - neurotransmițători. Când un potențial de acțiune ajunge la ei, moleculele sunt eliberate din saci. Ei traversează sinapsa și se atașează de receptori moleculari speciali care sunt localizați pe membrană. În acest caz, echilibrul este perturbat și, probabil, apare un nou potențial de acțiune. Acest lucru nu este încă cunoscut cu certitudine, neurofiziologii studiază problema până în prezent.
Activitatea neurotransmițătorilor
Când transmit impulsuri nervoase, există mai multe opțiuni pentru ceea ce li se va întâmpla:
- Se vor difuza.
- Va suferi o degradare chimică.
- Întoarce-te în bulele lor (aceasta se numește recaptură).
O descoperire uluitoare a fost făcută la sfârșitul secolului al XX-lea. Oamenii de știință au aflat că medicamentele care afectează neurotransmițătorii (precum eliberarea și recaptarea lor) pot schimba starea mentală a unei persoane într-un mod fundamental. Deci, de exemplu, o serie de antidepresive precum Prozac blochează recaptarea serotoninei. Există câteva motive pentru a crede că o deficiență a neurotransmițătorului creierului dopamină este de vină pentru boala Parkinson.
Acum, cercetătorii care studiază stările limită ale psihicului uman încearcă să descopere cumTotul afectează mintea unei persoane. Între timp, nu avem un răspuns la o întrebare atât de fundamentală: ce determină un neuron să creeze un potențial de acțiune? Până acum, mecanismul de „lansare” a acestei celule este un secret pentru noi. Deosebit de interesantă din punctul de vedere al acestei ghicitori este munca neuronilor din creierul principal.
Pe scurt, pot lucra cu mii de neurotransmițători care sunt trimiși de vecinii lor. Detaliile privind procesarea și integrarea acestui tip de impulsuri ne sunt aproape necunoscute. Deși multe grupuri de cercetare lucrează la acest lucru. În acest moment, s-a dovedit că toate impulsurile primite sunt integrate, iar neuronul ia o decizie - dacă este necesar să mențină potențialul de acțiune și să le transmită în continuare. Funcționarea creierului uman se bazează pe acest proces fundamental. Ei bine, nu e de mirare că nu știm răspunsul la această ghicitoare.
Câteva caracteristici teoretice
În articol, „impulsul nervos” și „potențialul de acțiune” au fost folosite ca sinonime. Teoretic, acest lucru este adevărat, deși în unele cazuri este necesar să se țină cont de unele caracteristici. Deci, dacă intri în detalii, atunci potențialul de acțiune este doar o parte a impulsului nervos. Cu o examinare detaliată a cărților științifice, puteți afla că aceasta este doar schimbarea sarcinii membranei de la pozitiv la negativ și invers. În timp ce un impuls nervos este înțeles ca un proces structural și electrochimic complex. Se răspândește prin membrana neuronului ca un val de schimbări. Potenţialacțiunile sunt doar o componentă electrică în compoziția unui impuls nervos. Caracterizează modificările care apar cu încărcarea unei secțiuni locale a membranei.
Unde sunt generate impulsurile nervoase?
Unde își încep călătoria? Răspunsul la această întrebare poate fi dat de orice student care a studiat cu sârguință fiziologia excitării. Există patru opțiuni:
- Terminația receptorului dendritei. Dacă există (ceea ce nu este un fapt), atunci este posibilă prezența unui stimul adecvat, care va crea mai întâi un potențial generator și apoi un impuls nervos. Receptorii durerii funcționează în mod similar.
- Membrana sinapsei excitatorii. De regulă, acest lucru este posibil numai dacă există o iritare puternică sau însumarea acestora.
- Zona de declanșare Dentrid. În acest caz, potențialele postsinaptice excitatorii locale sunt formate ca răspuns la un stimul. Dacă primul nod al lui Ranvier este mielinizat, atunci ele sunt rezumate pe el. Datorită prezenței unei secțiuni a membranei acolo, care are o sensibilitate crescută, aici apare un impuls nervos.
- Dealul Axon. Acesta este numele locului de unde începe axonul. Movila este cea mai comună pentru a crea impulsuri pe un neuron. În toate celel alte locuri care au fost luate în considerare mai devreme, apariția lor este mult mai puțin probabilă. Acest lucru se datorează faptului că aici membrana are o sensibilitate crescută, precum și un nivel critic mai scăzut de depolarizare. Prin urmare, atunci când începe însumarea numeroaselor potențiale postsinaptice excitatoare, dealul reacționează în primul rând la acestea.
Exemplu de răspândire a excitației
Spunerea în termeni medicali poate duce la neînțelegerea anumitor puncte. Pentru a elimina acest lucru, merită să parcurgeți pe scurt cunoștințele declarate. Să luăm un foc ca exemplu.
Amintiți-vă buletinele de știri din vara trecută (de asemenea, vor fi auzite din nou în curând). Focul se extinde! În același timp, copacii și arbuștii care ard rămân la locul lor. Dar frontul focului merge din ce în ce mai departe de locul unde a fost focul. Sistemul nervos funcționează într-un mod similar.
Adesea este necesar să se calmeze sistemul nervos care a început să excite. Dar acest lucru nu este atât de ușor de făcut, ca în cazul incendiului. Pentru a face acest lucru, ei fac o intervenție artificială în activitatea unui neuron (în scopuri medicinale) sau folosesc diverse mijloace fiziologice. Poate fi comparat cu turnarea apei pe foc.
