Ľudský nervový systém pôsobí v našom tele ako určitý druh koordinátora. Prenáša príkazy z mozgu do svalov, orgánov, tkanív a spracováva signály prichádzajúce z nich. Nervový impulz sa používa ako druh dátového nosiča. Čo predstavuje? Pri akej rýchlosti to funguje? Tieto a množstvo ďalších otázok nájdete v tomto článku.
Čo je to nervový impulz?
Toto je názov vlny excitácie, ktorá sa šíri cez vlákna ako odpoveď na stimuláciu neurónov. Vďaka tomuto mechanizmu sa informácie prenášajú z rôznych receptorov do centrálneho nervového systému. A z nej zasa do rôznych orgánov (svalov a žliaz). Ale čo je tento proces na fyziologickej úrovni? Mechanizmus prenosu nervového impulzu spočíva v tom, že membrány neurónov môžu meniť svoj elektrochemický potenciál. A proces, ktorý nás zaujíma, prebieha v oblasti synapsií. Rýchlosť nervového impulzu sa môže meniť od 3 do 12 metrov za sekundu. Povieme si o tom viac, ako aj o faktoroch, ktoré to ovplyvňujú.
Výskum štruktúry a práce
Prechod nervového vzruchu bol prvýkrát demonštrovaný v nemčinevedci E. Goering a G. Helmholtz na príklade žaby. Zároveň sa zistilo, že bioelektrický signál sa šíri skôr uvedenou rýchlosťou. Vo všeobecnosti je to možné vďaka špeciálnej konštrukcii nervových vlákien. V niektorých ohľadoch pripomínajú elektrický kábel. Takže, ak s ním nakreslíme rovnobežky, potom vodičmi sú axóny a izolanty sú ich myelínové obaly (sú to membrána Schwannovej bunky, ktorá je navinutá v niekoľkých vrstvách). Okrem toho rýchlosť nervového impulzu závisí predovšetkým od priemeru vlákien. Druhým najdôležitejším je kvalita elektrickej izolácie. Mimochodom, telo používa ako materiál myelínový lipoproteín, ktorý má vlastnosti dielektrika. Ceteris paribus, čím väčšia je jeho vrstva, tým rýchlejšie prejdú nervové impulzy. Ani v súčasnosti nemožno povedať, že tento systém bol úplne preskúmaný. Veľa z toho, čo súvisí s nervami a impulzmi, je stále záhadou a predmetom výskumu.
Vlastnosti štruktúry a fungovania
Ak hovoríme o dráhe nervového impulzu, treba si uvedomiť, že myelínový obal nepokrýva vlákno po celej jeho dĺžke. Konštrukčné vlastnosti sú také, že súčasnú situáciu možno najlepšie porovnať s vytvorením izolačných keramických objímok, ktoré sú pevne navlečené na tyči elektrického kábla (aj keď v tomto prípade na axóne). V dôsledku toho existujú malé neizolované elektrické oblasti, z ktorých môže iónový prúd ľahko vytekaťaxónu do okolia (alebo naopak). To dráždi membránu. Výsledkom je, že generovanie akčného potenciálu je spôsobené v oblastiach, ktoré nie sú izolované. Tento proces sa nazýva zachytenie Ranviera. Prítomnosť takéhoto mechanizmu umožňuje, aby sa nervový impulz šíril oveľa rýchlejšie. Povedzme si o tom príklady. Rýchlosť vedenia nervových impulzov v hrubom myelinizovanom vlákne, ktorého priemer kolíše v rozmedzí 10-20 mikrónov, je teda 70-120 metrov za sekundu. Zatiaľ čo pre tých, ktorí majú suboptimálnu štruktúru, je toto číslo 60-krát menšie!
Kde sa vyrábajú?
Nervové impulzy pochádzajú z neurónov. Schopnosť vytvárať takéto „správy“je jednou z ich hlavných vlastností. Nervový impulz zabezpečuje rýchle šírenie rovnakého typu signálov pozdĺž axónov na veľkú vzdialenosť. Preto je najdôležitejším prostriedkom tela na výmenu informácií v ňom. Údaje o podráždení sa prenášajú zmenou frekvencie ich opakovania. Funguje tu zložitý systém periodík, ktoré dokážu za jednu sekundu napočítať stovky nervových impulzov. Podľa trochu podobného princípu, aj keď oveľa komplikovanejšieho, funguje počítačová elektronika. Takže, keď nervové impulzy vznikajú v neurónoch, sú určitým spôsobom zakódované a až potom sa prenášajú. V tomto prípade sú informácie zoskupené do špeciálnych „balíkov“, ktoré majú rôzny počet a charakter postupnosti. To všetko dohromady je základom pre rytmickú elektrickú aktivitu nášho mozgu, ktorú možno registrovať vďakaelektroencefalogram.
Typy buniek
Keď už hovoríme o postupnosti prechodu nervového impulzu, nemožno ignorovať nervové bunky (neuróny), cez ktoré dochádza k prenosu elektrických signálov. Takže vďaka nim si rôzne časti nášho tela vymieňajú informácie. V závislosti od štruktúry a funkčnosti sa rozlišujú tri typy:
- Receptor (citlivý). Zakódujú a premenia na nervové impulzy všetky teplotné, chemické, zvukové, mechanické a svetelné podnety.
- Vloženie (nazývané aj vodič alebo zatváranie). Slúžia na spracovanie a spínanie impulzov. Najväčší počet z nich je v ľudskom mozgu a mieche.
- Efektívne (motor). Dostávajú príkazy z centrálneho nervového systému, aby vykonali určité činnosti (na jasnom slnku zatvorte oči rukou atď.).
Každý neurón má bunkové telo a proces. Cesta nervového impulzu cez telo začína práve tým druhým. Procesy sú dvoch typov:
- Dendrity. Je im zverená funkcia vnímania podráždenia receptorov, ktoré sa na nich nachádzajú.
- Axóny. Vďaka nim sa nervové impulzy prenášajú z buniek do pracovného orgánu.
Zaujímavý aspekt aktivity
Keď už hovoríme o vedení nervového vzruchu bunkami, je ťažké nehovoriť o jednom zaujímavom momente. Takže, keď sú v pokoji, povedzmeteda sodíkovo-draslíkové čerpadlo je zapojené do pohybu iónov takým spôsobom, aby sa dosiahol účinok sladkej vody vo vnútri a slanej vonku. V dôsledku výslednej nerovnováhy rozdielu potenciálov cez membránu možno pozorovať až 70 milivoltov. Pre porovnanie, je to 5 % bežných AA batérií. Akonáhle sa však stav bunky zmení, výsledná rovnováha sa naruší a ióny začnú meniť miesta. Stáva sa to vtedy, keď cez ňu prechádza dráha nervového impulzu. Vďaka aktívnemu pôsobeniu iónov sa toto pôsobenie nazýva aj akčný potenciál. Keď dosiahne určitú hodnotu, začnú sa spätné procesy a bunka dosiahne stav pokoja.
O akčnom potenciáli
Keď už hovoríme o premene a šírení nervových impulzov, treba poznamenať, že to môžu byť mizerné milimetre za sekundu. Potom by sa signály z ruky do mozgu dostali v priebehu niekoľkých minút, čo zjavne nie je dobré. Tu zohráva svoju úlohu pri posilňovaní akčného potenciálu predtým diskutovaná myelínová pošva. A všetky jeho „priepustky“sú umiestnené tak, že na rýchlosť prenosu signálu majú len pozitívny vplyv. Takže, keď impulz dosiahne koniec hlavnej časti jedného axónového tela, prenesie sa buď do ďalšej bunky, alebo (ak hovoríme o mozgu) do mnohých vetiev neurónov. V posledných prípadoch funguje trochu iný princíp.
Ako všetko funguje v mozgu?
Poďme sa rozprávať o tom, aká sekvencia prenosu nervových impulzov funguje v najdôležitejších častiach nášho centrálneho nervového systému. Tu sú neuróny oddelené od svojich susedov malými medzerami, ktoré sa nazývajú synapsie. Akčný potenciál ich nemôže prekročiť, a tak hľadá iný spôsob, ako sa dostať k ďalšej nervovej bunke. Na konci každého procesu sú malé vaky nazývané presynaptické vezikuly. Každý z nich obsahuje špeciálne zlúčeniny - neurotransmitery. Keď k nim dorazí akčný potenciál, molekuly sa uvoľnia z vakov. Prechádzajú cez synapsiu a viažu sa na špeciálne molekulárne receptory, ktoré sa nachádzajú na membráne. V tomto prípade je rovnováha narušená a pravdepodobne sa objaví nový akčný potenciál. Toto ešte nie je s určitosťou známe, neurofyziológovia túto problematiku študujú dodnes.
Práca neurotransmiterov
Keď prenášajú nervové impulzy, existuje niekoľko možností, čo sa s nimi stane:
- Budú sa šíriť.
- Podstúpi chemický rozklad.
- Vráťte sa do ich bublín (toto sa nazýva znovuzískanie).
Na konci 20. storočia bol urobený prekvapivý objav. Vedci zistili, že lieky ovplyvňujúce neurotransmitery (ako aj ich uvoľňovanie a spätné vychytávanie) môžu zásadným spôsobom zmeniť psychický stav človeka. Takže napríklad množstvo antidepresív ako Prozac blokuje spätné vychytávanie serotonínu. Existuje niekoľko dôvodov domnievať sa, že nedostatok mozgového neurotransmitera dopamínu je zodpovedný za Parkinsonovu chorobu.
Teraz sa vedci, ktorí študujú hraničné stavy ľudskej psychiky, snažia prísť na to, ako toVšetko ovplyvňuje myseľ človeka. Zatiaľ nemáme odpoveď na takú zásadnú otázku: čo spôsobuje, že neurón vytvára akčný potenciál? Mechanizmus „spúšťania“tejto bunky je pre nás zatiaľ tajomstvom. Z hľadiska tejto hádanky je mimoriadne zaujímavá práca neurónov v hlavnom mozgu.
Skrátka, môžu pracovať s tisíckami neurotransmiterov, ktoré posielajú ich susedia. Podrobnosti týkajúce sa spracovania a integrácie tohto typu impulzov sú nám takmer neznáme. Aj keď na tom pracuje veľa výskumných skupín. Momentálne sa zistilo, že všetky prijaté impulzy sú integrované a neurón sa rozhoduje - či je potrebné zachovať akčný potenciál a prenášať ho ďalej. Fungovanie ľudského mozgu je založené na tomto základnom procese. Nie je teda divu, že nepoznáme odpoveď na túto hádanku.
Niektoré teoretické črty
V článku boli „nervový impulz“a „akčný potenciál“použité ako synonymá. Teoreticky je to pravda, aj keď v niektorých prípadoch je potrebné vziať do úvahy niektoré vlastnosti. Ak teda pôjdete do detailov, potom je akčný potenciál len časťou nervového impulzu. Pri podrobnom skúmaní vedeckých kníh môžete zistiť, že ide iba o zmenu náboja membrány z pozitívneho na negatívny a naopak. Pričom nervový impulz sa chápe ako zložitý štrukturálny a elektrochemický proces. Šíri sa cez neurónovú membránu ako putujúca vlna zmien. Potenciálakcie sú len elektrickou zložkou v zložení nervového impulzu. Charakterizuje zmeny, ku ktorým dochádza pri náboji lokálnej časti membrány.
Kde vznikajú nervové impulzy?
Kde začínajú svoju cestu? Odpoveď na túto otázku môže dať každý študent, ktorý usilovne študoval fyziológiu vzrušenia. Sú štyri možnosti:
- Receptorové zakončenie dendritu. Ak existuje (čo nie je skutočnosť), potom je možná prítomnosť adekvátneho stimulu, ktorý najskôr vytvorí generátorový potenciál a potom nervový impulz. Receptory bolesti fungujú podobným spôsobom.
- Membrána excitačnej synapsie. Spravidla je to možné len v prípade silného podráždenia alebo ich zhrnutia.
- Zóna spúšťania zuba. V tomto prípade sa vytvárajú lokálne excitačné postsynaptické potenciály ako reakcia na stimul. Ak je prvý uzol Ranviera myelinizovaný, potom sú na ňom sčítané. V dôsledku prítomnosti časti membrány, ktorá má zvýšenú citlivosť, tu vzniká nervový impulz.
- Axonský pahorok. Toto je názov miesta, kde začína axón. Kopec je najbežnejší na vytváranie impulzov na neurón. Na všetkých ostatných miestach, o ktorých sa uvažovalo skôr, je ich výskyt oveľa menej pravdepodobný. Je to spôsobené tým, že tu má membrána zvýšenú citlivosť, ako aj nižšiu kritickú úroveň depolarizácie. Preto, keď sa začína súčet početných excitačných postsynaptických potenciálov, kopec reaguje predovšetkým na ne.
Príklad šírenia excitácie
Rozprávanie v medicínskych termínoch môže spôsobiť nepochopenie určitých bodov. Aby ste to odstránili, stojí za to stručne prejsť uvedenými poznatkami. Vezmime si oheň ako príklad.
Pamätajte si správy z minulého leta (tiež si ich čoskoro vypočujeme znova). Oheň sa šíri! Zároveň na svojich miestach zostávajú stromy a kríky, ktoré zhoria. Ale predná časť požiaru ide ďalej a ďalej od miesta, kde bol požiar. Nervový systém funguje podobným spôsobom.
Často je potrebné upokojiť nervový systém, ktorý sa začal vzrušovať. To však nie je také ľahké ako v prípade požiaru. Na to robia umelý zásah do práce neurónu (na liečebné účely) alebo používajú rôzne fyziologické prostriedky. Dá sa to prirovnať k prilievaniu vody do ohňa.
