Ніхто не сперечатиметься, що найбільшим досягненням природи є людський головний мозок. Нервові імпульси, що біжать по нервових волокнах, - квінтесенція нашої сутності. Робота серця, шлунка, м 'язів і духовний світ - все це знаходиться в руках нервового імпульсу. Що таке нервовий імпульс, як він виникає і куди зникає, розглянемо в цій статті.
Нейрон як структурна одиниця системи
Еволюція нервової системи хребетних і людини йшла шляхом виникнення складної інформаційної мережі, процеси в якій ґрунтуються на реакціях хімічного характеру. Найважливіший компонент цієї системи - спеціалізовані клітини нейрони. Вони складаються з тіла з ядром і важливими органелами. Від нейрона відходять відростки двох видів - кілька коротких і розгалужених дендритів і один довгий аксон. Дендрити - приймачі сигналів від сенсорних рецепторів або інших нейронів, а аксон передає сигнали в нервовій мережі. Для розуміння передачі нервових імпульсів важливо знати про мієлінову оболонку навколо аксона. Це специфічні клітини, вони утворюють оболонку аксона, але не суцільну, а з перервами (перетягування Ранв 'є).
Трансмембранний градієнт
Всі живі клітини, і нейрони в тому числі, мають електричну полярність, яка виникає в результаті роботи калій-натрієвих насосів мембрани. Внутрішня її поверхня має негативний заряд по відношенню до зовнішньої. Виникає електрохімічний градієнт, рівний нулю, і встановлюється динамічна рівновага. Потенціал спокою (різність потенціалів всередині і зовні мембрани) становить 70 мВ.
Як виникає нервовий імпульс
При впливі подразника на нервове волокно мембранний потенціал в цьому місці різко порушується. На початку виникнення збудження проникність мембрани для іонів калію зростає, і вони прагнуть до клітини. За 0,001 секунди внутрішня поверхня нейронної мембрани виявляється позитивно зарядженою. Ось що таке нервовий імпульс - це короткочасна перезарядка нейрона або потенціал дії, рівний 50-170 мВ. Виникає так звана хвиля потенціалу дії, яка поширюється по аксону, як потік іонів калію. Хвиля деполяризує ділянки аксона, і потенціал дії рухається разом з нею.
Передача на ділянці аксон - інший нейрон
Після досягнення закінчення аксона виникає необхідність передачі нервового імпульсу одному або кільком аксонам. І тут потрібен інший механізм, відмінний від хвилі потенціалу дії. Закінчення аксона - синапс, місце контакту з синаптичною щілиною і пресинаптичними мішечками аксона. Потенціал дії в цьому випадку активує вивільнення нейромедіаторів з пресинаптичних мішечків у синаптичну щілину. Нейромедіатори вступають у взаємодію з мембраною нижчих нейронів, викликаючи в них порушення іонної рівноваги. І історія з натрій-калієвим насосом повторюється вже в іншому нейроні. Виконавши свою функцію, нейромедіатори або дифундують, або захоплюються назад у пресинаптичні мішечки. У цій ситуації на питання, що таке нервовий імпульс, відповідь буде такою: передача збудження за допомогою хімічних агентів (нейромедіаторів).
Міелін і швидкість імпульсу
У перетяжках мієлінових оболонок, які як муфта обгортають аксон, іонний струм легко витікає в середовище і назад. При цьому мембрана дратується і утворюється потенціал дії. Таким чином, нервовий імпульс рухається по аксону стрибками, викликаючи утворення потенціалу дії тільки в перехопленнях Ранв 'є. Саме ця стрибкоподібна течія потенціалу дії багаторазово збільшує швидкість нервового імпульсу. Наприклад, в товстих мієлінізованих волокнах швидкість імпульсу досягає величин в 70-120 м/сек, в той час як в тонких нервових волокнах без мієлінової оболонки швидкість імпульсу - менше 2 м/сек.
Гальваніка і нервовий імпульс
У напівжидкій колоїдній протоплазмі струм гальванічний - його переносять атоми, що мають електричний заряд (іони). Але гальванічний струм не може поширюватися на досить великі відстані, а нервовий імпульс може. Чому? Відповідь проста. Коли хвиля потенціалу дії проходить по аксону, то він утворює всередині нейрона гальванічний елемент. У нерві, як у будь-якому гальванічному елементі, є позитивний полюс (зовнішній бік мембрани) і негативний полюс (внутрішній бік мембрани). Будь-який вплив ззовні порушує рівновагу цих полюсів, проникність конкретної ділянки мембрани змінюється, ініціюється зміна проникності на сусідній ділянці. Все, імпульс пішов далі по довжині аксона. А початкова ділянка, з якої збудження почалося, вже відновила свою цілісність, знайшла свій нульовий градієнт і готова знову запускати потенціал дії в нейроні.
Нейрон не просто провідник
Нейрони - це живі клітини, а їх протоплазма влаштована навіть більш складно, ніж у клітинах інших тканин. Крім фізичних процесів, пов 'язаних з ініціацією та проведенням нервового імпульсу, в нейроні йдуть складні процеси обміну речовин. Експериментально встановлено, що, коли по нейрону проходить нервовий імпульс, температура в ньому підвищується (нехай і на мільйонні частки градуса). А це означає тільки одне - всі процеси обміну в ньому прискорюються і йдуть більш інтенсивно.
Нервові імпульси однотипні
Головна властивість нейрона - здатність виробляє нервовий імпульс і швидко проводити його. Інформація про якість і силу роздратування закодована в змінах частоти проходження нервових імпульсів до нейронів і від них. Частота ця варіюється в межах від 1 до 200 в секунду. Цей код частот передбачає різні періоди проходження імпульсів, об 'єднання їх у групи з різним їх числом і характером руху. Саме це і реєструє енцефалограма - складну просторову і тимчасову суму нервових імпульсів мозку, ритмічну електричну його активність.
Нейрон вибирає
Що змушує нейрон "запуститися", ініціювати виникнення потенціалу дії - і сьогодні питання відкрите. Наприклад, нейрони головного мозку приймають медіатори, відіслані тисячами своїх сусідів, і відправляє тисячі імпульсів до нервових волокн. У нейроні ж відбувається процес обробки імпульсів і прийняття рішення - ініціювати потенціал дії чи ні. Згасне або буде посланий далі нервовий імпульс. Що таке змушує нейрон робити цей вибір і як він приймає рішення? Про цей фундаментальний вибір нам майже нічого не відомо, хоча саме він управляє діяльністю нашого головного мозку.
Ось ми і дали відповідь на питання, що таке нервовий імпульс. Ви дуже здивуєтеся, але вся нервова тканина в організмі людини важить трохи більше кілограма. Але в той же час це мільярди нейронів, тісно пов 'язаних в єдину систему. Людство дізналося так багато про роботу нейронів і всієї системи, і в той же час ми не знаємо майже нічого. Ми дізналися алфавіт, але поки насилу складаємо навіть прості слова. Будемо сподіватися, що з часом наука зможе виявити ті закономірності, які розшифрують діалог наших мозкових центрів, який і робить біологічний об 'єкт Homo Sapiens людиною.