Žmogaus nervų sistema veikia kaip savotiškas mūsų kūno koordinatorius. Jis perduoda komandas iš smegenų į raumenis, organus, audinius ir apdoroja iš jų gaunamus signalus. Nervinis impulsas naudojamas kaip tam tikra duomenų laikmena. Ką jis atstovauja? Kokiu greičiu jis veikia? Į šiuos ir daugelį kitų klausimų galite atsakyti šiame straipsnyje.
Kas yra nervinis impulsas?
Tai yra sužadinimo bangos, kuri plinta skaidulomis kaip atsakas į neuronų stimuliavimą, pavadinimas. Šio mechanizmo dėka informacija iš įvairių receptorių perduodama į centrinę nervų sistemą. Ir iš jo, savo ruožtu, į skirtingus organus (raumenis ir liaukas). Bet kas yra šis procesas fiziologiniu lygmeniu? Nervinio impulso perdavimo mechanizmas yra tas, kad neuronų membranos gali pakeisti savo elektrocheminį potencialą. O mus dominantis procesas vyksta sinapsių srityje. Nervinio impulso greitis gali svyruoti nuo 3 iki 12 metrų per sekundę. Apie tai, taip pat apie veiksnius, turinčius įtakos tam, pakalbėsime plačiau.
Struktūros ir darbo tyrimai
Pirmą kartą nervinio impulso praėjimą pademonstravo vokietismokslininkai E. Goeringas ir G. Helmholtzas varlės pavyzdžiu. Kartu buvo nustatyta, kad bioelektrinis signalas sklinda anksčiau nurodytu greičiu. Apskritai tai įmanoma dėl ypatingos nervinių skaidulų konstrukcijos. Tam tikra prasme jie primena elektros kabelį. Taigi, jei su juo brėžiame paraleles, tai laidininkai yra aksonai, o izoliatoriai yra jų mielino apvalkalai (tai yra Schwann ląstelės membrana, kuri yra suvyniota keliais sluoksniais). Be to, nervinio impulso greitis pirmiausia priklauso nuo skaidulų skersmens. Antra svarbiausia – elektros izoliacijos kokybė. Beje, organizmas kaip medžiagą naudoja mielino lipoproteiną, turintį dielektriko savybių. Ceteris paribus, kuo didesnis jo sluoksnis, tuo greičiau praeis nerviniai impulsai. Net ir šiuo metu negalima teigti, kad ši sistema buvo iki galo ištirta. Daug kas, kas yra susijusi su nervais ir impulsais, vis dar yra paslaptis ir yra tyrimų objektas.
Struktūros ir veikimo ypatumai
Jei kalbėtume apie nervinio impulso kelią, reikia pažymėti, kad mielino apvalkalas neuždengia skaidulos per visą ilgį. Konstrukcijos ypatybės yra tokios, kad dabartinę situaciją geriausiai galima palyginti su izoliacinių keraminių movų, tvirtai priveržtų ant elektros kabelio strypo (nors šiuo atveju ant aksono), sukūrimu. Dėl to susidaro nedidelės neizoliuotos elektros zonos, iš kurių lengvai gali ištekėti jonų srovėaksonas į aplinką (arba atvirkščiai). Tai dirgina membraną. Dėl to veikimo potencialas susidaro tose srityse, kurios nėra izoliuotos. Šis procesas vadinamas Ranvier pertraukimu. Tokio mechanizmo buvimas leidžia daug greičiau plisti nerviniam impulsui. Pakalbėkime apie tai su pavyzdžiais. Taigi nervinio impulso laidumo greitis storame mielinizuotame pluošte, kurio skersmuo svyruoja 10-20 mikronų ribose, yra 70-120 metrų per sekundę. Tuo tarpu tiems, kurių struktūra neoptimali, šis skaičius yra 60 kartų mažesnis!
Kur jie pagaminti?
Nerviniai impulsai kyla iš neuronų. Galimybė kurti tokius „pranešimus“yra viena iš pagrindinių jų savybių. Nervinis impulsas užtikrina greitą to paties tipo signalų sklidimą išilgai aksonų dideliu atstumu. Todėl tai yra svarbiausia kūno priemonė jame keistis informacija. Duomenys apie dirginimą perduodami keičiant jų pasikartojimo dažnį. Čia veikia sudėtinga periodinių leidinių sistema, kuri per vieną sekundę gali suskaičiuoti šimtus nervinių impulsų. Kiek panašiu principu, nors ir daug sudėtingesniu, veikia kompiuterinė elektronika. Taigi, kai nerviniai impulsai atsiranda neuronuose, jie tam tikru būdu užkoduojami ir tik tada perduodami. Tokiu atveju informacija sugrupuojama į specialias „pakuotes“, kurios turi skirtingą sekos numerį ir pobūdį. Visa tai kartu yra mūsų smegenų ritminio elektrinio aktyvumo pagrindas, kurį galima registruoti dėkaelektroencefalograma.
Ląstelių tipai
Kalbant apie nervinio impulso perdavimo seką, negalima ignoruoti nervinių ląstelių (neuronų), per kurias perduodami elektriniai signalai. Taigi jų dėka įvairios mūsų kūno dalys keičiasi informacija. Atsižvelgiant į jų struktūrą ir funkcionalumą, išskiriami trys tipai:
- Receptorius (jautrus). Jie koduoja ir paverčia nerviniais impulsais visus temperatūros, cheminius, garso, mechaninius ir šviesos dirgiklius.
- Įterpimas (taip pat vadinamas laidininku arba uždarymu). Jie naudojami impulsams apdoroti ir keisti. Daugiausia jų yra žmogaus smegenyse ir nugaros smegenyse.
- Efektyvus (variklis). Jie gauna komandas iš centrinės nervų sistemos atlikti tam tikrus veiksmus (šviesioje saulėje užmerkite akis ranka ir pan.).
Kiekvienas neuronas turi ląstelės kūną ir procesą. Nervinio impulso kelias per kūną prasideda būtent nuo pastarojo. Procesai yra dviejų tipų:
- Dendritai. Jiems patikėta funkcija suvokti ant jų esančių receptorių dirginimą.
- Aksonai. Jų dėka nerviniai impulsai perduodami iš ląstelių į darbinį organą.
Įdomus veiklos aspektas
Kalbant apie nervinio impulso laidumą ląstelėse, sunku nepasakoti apie vieną įdomų momentą. Taigi, kai jie ilsisi, tarkimetaigi, natrio-kalio siurblys dalyvauja jonų judėjime taip, kad būtų pasiektas gėlo vandens viduje ir sūraus lauke efektas. Dėl atsirandančio potencialų skirtumo per membraną disbalanso galima pastebėti iki 70 milivoltų. Palyginimui, tai yra 5% įprastų AA baterijų. Bet kai tik pasikeičia ląstelės būsena, susidariusi pusiausvyra sutrinka, jonai pradeda keistis vietomis. Taip atsitinka, kai per jį praeina nervinio impulso kelias. Dėl aktyvaus jonų veikimo šis veiksmas dar vadinamas veikimo potencialu. Kai ji pasiekia tam tikrą vertę, prasideda atvirkštiniai procesai ir ląstelė pasiekia ramybės būseną.
Apie veiksmų potencialą
Kalbant apie nervinio impulso konversiją ir sklidimą, reikia pažymėti, kad tai gali būti apgailėtinas milimetras per sekundę. Tada signalai iš rankos į smegenis pasiektų per kelias minutes, o tai akivaizdžiai nėra gerai. Būtent čia anksčiau aptartas mielino apvalkalas atlieka savo vaidmenį stiprinant veikimo potencialą. O visi jo „pravažiavimai“išdėstyti taip, kad signalo perdavimo greičiui jie tik teigiamai atsiliepia. Taigi, kai impulsas pasiekia pagrindinės vieno aksono kūno dalies galą, jis perduodamas arba į kitą ląstelę, arba (jei kalbame apie smegenis) į daugybę neuronų šakų. Pastaraisiais atvejais veikia šiek tiek kitoks principas.
Kaip viskas veikia smegenyse?
Pakalbėkime apie tai, kokia nervinių impulsų perdavimo seka veikia svarbiausiose mūsų centrinės nervų sistemos dalyse. Čia neuronai nuo kaimynų atskirti nedideliais tarpeliais, kurie vadinami sinapsėmis. Veikimo potencialas negali jų kirsti, todėl ieško kito būdo patekti į kitą nervinę ląstelę. Kiekvieno proceso pabaigoje susidaro maži maišeliai, vadinami presinapsinėmis pūslelėmis. Kiekviename iš jų yra specialių junginių – neuromediatorių. Kai į juos patenka veikimo potencialas, iš maišelių išsiskiria molekulės. Jie kerta sinapsę ir prisijungia prie specialių molekulinių receptorių, esančių ant membranos. Tokiu atveju sutrinka pusiausvyra ir tikriausiai atsiranda naujas veikimo potencialas. Tai dar tiksliai nežinoma, neurofiziologai šią problemą tiria iki šiol.
Neuromediatorių darbas
Kai jie perduoda nervinius impulsus, yra keletas variantų, kas jiems nutiks:
- Jie išsisklaidys.
- Bus cheminis suskaidymas.
- Grįžkite į jų burbulus (tai vadinama susigrąžinimu).
XX amžiaus pabaigoje buvo atliktas stulbinantis atradimas. Mokslininkai išsiaiškino, kad vaistai, turintys įtakos neuromediatoriams (taip pat jų išsiskyrimui ir reabsorbcijai), gali iš esmės pakeisti žmogaus psichinę būseną. Taigi, pavyzdžiui, daugelis antidepresantų, tokių kaip Prozac, blokuoja serotonino reabsorbciją. Yra keletas priežasčių manyti, kad dėl Parkinsono ligos k altas smegenų neurotransmiterio dopamino trūkumas.
Dabar mokslininkai, tyrinėjantys ribines žmogaus psichikos būsenas, bando išsiaiškinti, kaipViskas veikia žmogaus protą. Tuo tarpu mes neturime atsakymo į tokį esminį klausimą: dėl ko neuronas sukuria veikimo potencialą? Kol kas šios ląstelės „paleidimo“mechanizmas mums yra paslaptis. Šios mįslės požiūriu ypač įdomus yra pagrindinių smegenų neuronų darbas.
Trumpai tariant, jie gali dirbti su tūkstančiais neurotransmiterių, kuriuos siunčia jų kaimynai. Išsami informacija apie tokio tipo impulsų apdorojimą ir integravimą mums beveik nežinoma. Nors daugelis tyrimų grupių dirba šiuo klausimu. Šiuo metu paaiškėjo, kad visi gauti impulsai yra integruoti, o neuronas priima sprendimą – ar būtina palaikyti veikimo potencialą ir perduoti juos toliau. Žmogaus smegenų veikla pagrįsta šiuo esminiu procesu. Taigi nenuostabu, kad nežinome atsakymo į šią mįslę.
Kai kurios teorinės ypatybės
Straipsnyje „nervinis impulsas“ir „veiksmo potencialas“buvo vartojami kaip sinonimai. Teoriškai tai tiesa, nors kai kuriais atvejais būtina atsižvelgti į kai kurias savybes. Taigi, jei kreipiatės į detales, veikimo potencialas yra tik nervinio impulso dalis. Išsamiai išnagrinėję mokslines knygas galite sužinoti, kad tai tik membranos krūvio pasikeitimas iš teigiamo į neigiamą ir atvirkščiai. Tuo tarpu nervinis impulsas suprantamas kaip sudėtingas struktūrinis ir elektrocheminis procesas. Jis plinta per neurono membraną kaip keliaujanti pokyčių banga. Potencialusveiksmai yra tik elektrinis nervinio impulso komponentas. Jis apibūdina pokyčius, atsirandančius dėl vietinės membranos dalies krūvio.
Kur generuojami nerviniai impulsai?
Kur jie pradeda savo kelionę? Į šį klausimą gali atsakyti kiekvienas studentas, stropiai studijavęs susijaudinimo fiziologiją. Yra keturios parinktys:
- Dendrito receptorių pabaiga. Jei jis egzistuoja (o tai nėra faktas), tada galimas tinkamas dirgiklis, kuris pirmiausia sukurs generatoriaus potencialą, o tada nervinį impulsą. Skausmo receptoriai veikia panašiai.
- Sužadinimo sinapsės membrana. Paprastai tai įmanoma tik esant stipriam dirginimui arba jų sumavimui.
- Dentrido paleidimo zona. Tokiu atveju vietiniai sužadinimo postsinapsiniai potencialai susidaro kaip atsakas į dirgiklį. Jei pirmasis Ranvier mazgas yra mielinizuotas, tada jie sumuojami ant jo. Dėl to, kad ten yra membranos dalis, kuri padidino jautrumą, čia atsiranda nervinis impulsas.
- Aksono kalva. Tai yra vietos, kurioje prasideda aksonas, pavadinimas. Piliakalnis dažniausiai sukuria impulsus neuronui. Visose kitose vietose, kurios buvo svarstytos anksčiau, jų atsiradimo tikimybė yra daug mažesnė. Taip yra dėl to, kad čia membrana turi padidintą jautrumą, taip pat žemesnį kritinį depoliarizacijos lygį. Todėl, kai prasideda daugybės sužadinimo postsinapsinių potencialų sumavimas, kalvos pirmiausia į juos reaguoja.
Sužadinimo sklaidos pavyzdys
Pasakojimas medicininiais terminais gali sukelti tam tikrų dalykų klaidingą supratimą. Norint tai pašalinti, verta trumpai peržvelgti nurodytas žinias. Paimkime ugnį kaip pavyzdį.
Prisiminkite praėjusios vasaros naujienų biuletenius (taip pat netrukus vėl). Ugnis plinta! Tuo pačiu metu degantys medžiai ir krūmai lieka savo vietose. Tačiau ugnies priekis eina vis toliau nuo tos vietos, kur buvo gaisras. Nervų sistema veikia panašiai.
Dažnai reikia nuraminti pradėjusią jaudinti nervų sistemą. Tačiau tai padaryti nėra taip paprasta, kaip gaisro atveju. Norėdami tai padaryti, jie dirbtinai įsikiša į neurono darbą (medicininiais tikslais) arba naudoja įvairias fiziologines priemones. Tai galima palyginti su vandens pilimu ant ugnies.
