Det mänskliga nervsystemet fungerar som en slags koordinator i vår kropp. Den överför kommandon från hjärnan till muskler, organ, vävnader och bearbetar de signaler som kommer från dem. En nervimpuls används som en slags databärare. Vad representerar han? I vilken hastighet fungerar det? Dessa och ett antal andra frågor kan besvaras i den här artikeln.
Vad är en nervimpuls?
Detta är namnet på den excitationsvåg som sprider sig genom fibrerna som ett svar på stimulering av neuroner. Tack vare denna mekanism överförs information från olika receptorer till centrala nervsystemet. Och från det i sin tur till olika organ (muskler och körtlar). Men vad är denna process på fysiologisk nivå? Mekanismen för överföring av en nervimpuls är att neuronernas membran kan ändra sin elektrokemiska potential. Och processen av intresse för oss äger rum i synapsområdet. Hastigheten på en nervimpuls kan variera från 3 till 12 meter per sekund. Vi kommer att prata mer om det, samt om de faktorer som påverkar det.
Forskning av struktur och arbete
För första gången demonstrerade tyska passagen av en nervimpulsforskarna E. Göring och G. Helmholtz om exemplet med en groda. Samtidigt fann man att den bioelektriska signalen fortplantar sig med den tidigare angivna hastigheten. I allmänhet är detta möjligt på grund av den speciella konstruktionen av nervfibrer. På vissa sätt liknar de en elkabel. Så om vi drar paralleller med det, är ledarna axonerna, och isolatorerna är deras myelinskidor (de är membranet i Schwann-cellen, som är lindad i flera lager). Dessutom beror hastigheten på nervimpulsen i första hand på fibrernas diameter. Den näst viktigaste är kvaliteten på elektrisk isolering. Förresten använder kroppen myelinlipoprotein, som har egenskaperna hos ett dielektrikum, som material. Ceteris paribus, ju större dess lager, desto snabbare kommer nervimpulserna att passera. Inte ens för närvarande kan man säga att detta system har utretts fullständigt. Mycket som rör nerver och impulser är fortfarande ett mysterium och ett ämne för forskning.
Strukturens egenskaper och funktion
Om vi talar om vägen för en nervimpuls, bör det noteras att myelinskidan inte täcker fibern längs hela dess längd. Designegenskaperna är sådana att den nuvarande situationen bäst kan jämföras med skapandet av isolerande keramiska hylsor som är tätt uppträdda på staven på en elektrisk kabel (även om i detta fall på axonet). Som ett resultat finns det små oisolerade elektriska områden från vilka jonströmmen lätt kan flöda utaxon till miljön (eller vice versa). Detta irriterar membranet. Som ett resultat orsakas genereringen av en aktionspotential i områden som inte är isolerade. Denna process kallas för avlyssning av Ranvier. Närvaron av en sådan mekanism gör det möjligt att få nervimpulsen att fortplanta sig mycket snabbare. Låt oss prata om detta med exempel. Således är hastigheten för nervimpulsledning i en tjock myeliniserad fiber, vars diameter fluktuerar inom 10-20 mikron, 70-120 meter per sekund. Medan för dem som har en suboptimal struktur är denna siffra 60 gånger mindre!
Var är de gjorda?
Nervimpulser har sitt ursprung i neuroner. Möjligheten att skapa sådana "meddelanden" är en av deras huvudegenskaper. Nervimpulsen säkerställer snabb fortplantning av samma typ av signaler längs axonerna över en lång sträcka. Därför är det det viktigaste organet för utbyte av information i det. Data om irritation överförs genom att ändra frekvensen av deras upprepning. Här fungerar ett komplext system av tidskrifter som kan räkna hundratals nervimpulser på en sekund. Enligt en något liknande princip, fast mycket mer komplicerad, fungerar datorelektronik. Så när nervimpulser uppstår i neuroner, kodas de på ett visst sätt, och först då överförs de. I det här fallet grupperas informationen i speciella "paket", som har ett annat nummer och karaktär av sekvensen. Allt detta sammantaget är grunden för den rytmiska elektriska aktiviteten i vår hjärna, som kan registreras tack vareelektroencefalogram.
Celltyper
När man talar om sekvensen av en nervimpulss passage, kan man inte ignorera nervcellerna (neuronerna) genom vilka överföringen av elektriska signaler sker. Så tack vare dem utbyter olika delar av vår kropp information. Beroende på deras struktur och funktion urskiljs tre typer:
- Receptor (känslig). De kodar och förvandlas till nervimpulser av alla temperatur-, kemiska, ljud-, mekaniska och ljusstimuli.
- Insättning (även kallad ledare eller stängning). De tjänar till att bearbeta och byta impulser. Det största antalet av dem finns i den mänskliga hjärnan och ryggmärgen.
- Effektiv (motor). De får kommandon från centrala nervsystemet att utföra vissa handlingar (i den skarpa solen, blunda med handen och så vidare).
Varje neuron har en cellkropp och en process. Banan för en nervimpuls genom kroppen börjar just med den senare. Processerna är av två typer:
- Dendriter. De har anförtrotts funktionen att uppfatta irritation av receptorerna på dem.
- Axons. Tack vare dem överförs nervimpulser från celler till arbetsorganet.
Intressant aspekt av aktivitet
Att tala om ledning av en nervimpuls av celler, är det svårt att inte berätta om ett intressant ögonblick. Så när de är i vila, då, låt oss sägasålunda är natrium-kalium-pumpen engagerad i rörelsen av joner på ett sådant sätt att den uppnår effekten av färskt vatten inuti och s alt utanför. På grund av den resulterande obalansen av potentialskillnaden över membranet kan upp till 70 millivolt observeras. Som jämförelse är detta 5 % av konventionella AA-batterier. Men så snart cellens tillstånd förändras störs den resulterande jämvikten, och jonerna börjar byta plats. Detta händer när banan för en nervimpuls passerar genom den. På grund av jonernas aktiva verkan kallas denna verkan även aktionspotentialen. När den når ett visst värde börjar omvända processer och cellen når ett vilotillstånd.
Om handlingspotential
Apropå nervimpulsomvandling och -utbredning, bör det noteras att det kan vara en eländig millimeter per sekund. Då skulle signalerna från handen till hjärnan nå på några minuter, vilket helt klart inte är bra. Det är här det tidigare diskuterade myelinskidan spelar sin roll för att stärka aktionspotentialen. Och alla dess "pass" är placerade på ett sådant sätt att de bara har en positiv effekt på signalöverföringshastigheten. Så när en impuls når slutet av huvuddelen av en axonkropp, överförs den antingen till nästa cell eller (om vi pratar om hjärnan) till många grenar av neuroner. I de senare fallen fungerar en lite annan princip.
Hur fungerar allt i hjärnan?
Låt oss prata om vilken sekvens för överföring av nervimpulser som fungerar i de viktigaste delarna av vårt centrala nervsystem. Här separeras neuroner från sina grannar med små luckor, som kallas synapser. Aktionspotentialen kan inte passera dem, så den letar efter ett annat sätt att ta sig till nästa nervcell. I slutet av varje process finns små säckar som kallas presynaptiska vesiklar. Var och en av dem innehåller speciella föreningar - neurotransmittorer. När en aktionspotential kommer till dem frigörs molekyler från säckarna. De korsar synapsen och fäster vid speciella molekylära receptorer som finns på membranet. I det här fallet störs balansen och troligen uppstår en ny aktionspotential. Detta är ännu inte känt med säkerhet, neurofysiologer studerar problemet än i dag.
Neurotransmittorernas arbete
När de överför nervimpulser finns det flera alternativ för vad som kommer att hända med dem:
- De kommer att spridas.
- Kommer att genomgå kemisk nedbrytning.
- Kom tillbaka in i deras bubblor (detta kallas en återfångande).
En häpnadsväckande upptäckt gjordes i slutet av 1900-talet. Forskare har lärt sig att läkemedel som påverkar neurotransmittorer (liksom deras frisättning och återupptag) kan förändra en persons mentala tillstånd på ett grundläggande sätt. Så till exempel blockerar ett antal antidepressiva medel som Prozac återupptaget av serotonin. Det finns några skäl att tro att en brist på neurotransmittorn dopamin i hjärnan är orsaken till Parkinsons sjukdom.
Nu försöker forskare som studerar det mänskliga psykets gränstillstånd ta reda på hur detAllt påverkar en persons sinne. Under tiden har vi inget svar på en så grundläggande fråga: vad får en neuron att skapa en handlingspotential? Hittills är mekanismen för att "lansera" denna cell en hemlighet för oss. Särskilt intressant ur denna gåtas synvinkel är neuronernas arbete i huvudhjärnan.
Kort sagt, de kan arbeta med tusentals signalsubstanser som skickas av sina grannar. Detaljer kring bearbetning och integration av denna typ av impulser är nästan okända för oss. Även om många forskargrupper arbetar med detta. För tillfället visade det sig att ta reda på att alla mottagna impulser är integrerade, och neuronen fattar ett beslut - om det är nödvändigt att upprätthålla aktionspotentialen och överföra dem vidare. Den mänskliga hjärnans funktion är baserad på denna grundläggande process. Då är det inte konstigt att vi inte vet svaret på denna gåta.
Några teoretiska egenskaper
I artikeln användes "nerveimpuls" och "handlingspotential" som synonymer. Teoretiskt är detta sant, även om det i vissa fall är nödvändigt att ta hänsyn till vissa funktioner. Så om du går in på detaljer så är aktionspotentialen bara en del av nervimpulsen. Med en detaljerad undersökning av vetenskapliga böcker kan du ta reda på att detta bara är förändringen i membranets laddning från positiv till negativ, och vice versa. Medan en nervimpuls förstås som en komplex strukturell och elektrokemisk process. Det sprider sig över neuronmembranet som en resande våg av förändringar. Potentialhandlingar är bara en elektrisk komponent i sammansättningen av en nervimpuls. Det kännetecknar förändringarna som sker med laddningen av en lokal del av membranet.
Var genereras nervimpulser?
Var börjar de sin resa? Svaret på denna fråga kan ges av alla studenter som flitigt studerade upphetsningens fysiologi. Det finns fyra alternativ:
- Receptorslut på dendriten. Om det finns (vilket inte är ett faktum), är närvaron av en adekvat stimulans möjlig, vilket först kommer att skapa en generatorpotential och sedan en nervimpuls. Smärtreceptorer fungerar på liknande sätt.
- Hinnan i den excitatoriska synapsen. Som regel är detta endast möjligt om det finns en stark irritation eller deras summering.
- Dentrid triggerzon. I detta fall bildas lokala excitatoriska postsynaptiska potentialer som ett svar på en stimulans. Om den första noden av Ranvier är myeliniserad, summeras de på den. På grund av närvaron av en del av membranet där, som har ökad känslighet, uppstår här en nervimpuls.
- Axon hillock. Detta är namnet på platsen där axonet börjar. Högen är den vanligaste för att skapa impulser på en neuron. På alla andra platser som övervägdes tidigare är deras förekomst mycket mindre sannolikt. Detta beror på att här har membranet en ökad känslighet, samt en lägre kritisk nivå av depolarisering. Därför, när summeringen av många excitatoriska postsynaptiska potentialer börjar, reagerar kullen på dem först av allt.
Exempel på att sprida upphetsning
Att berätta i medicinska termer kan orsaka missförstånd av vissa punkter. För att eliminera detta är det värt att kortfattat gå igenom den angivna kunskapen. Låt oss ta en eld som ett exempel.
Kom ihåg förra sommarens nyhetsbulletiner (kommer också att höras snart igen). Elden sprider sig! Samtidigt står träd och buskar som brinner kvar på sina ställen. Men framsidan av elden går längre och längre från platsen där elden var. Nervsystemet fungerar på liknande sätt.
Det är ofta nödvändigt att lugna nervsystemet som har börjat hetsa upp sig. Men detta är inte så lätt att göra, som i fallet med brand. För att göra detta gör de en artificiell intervention i en neurons arbete (för medicinska ändamål) eller använder olika fysiologiska medel. Det kan jämföras med att hälla vatten på en eld.
