Cilvēka nervu sistēma darbojas kā sava veida koordinators mūsu ķermenī. Tas pārraida komandas no smadzenēm uz muskuļiem, orgāniem, audiem un apstrādā no tiem nākošos signālus. Kā sava veida datu nesējs tiek izmantots nervu impulss. Ko viņš pārstāv? Ar kādu ātrumu tas darbojas? Uz šiem un vairākiem citiem jautājumiem var atbildēt šajā rakstā.
Kas ir nervu impulss?
Tas ir ierosmes viļņa nosaukums, kas izplatās pa šķiedrām kā reakcija uz neironu stimulāciju. Pateicoties šim mehānismam, informācija no dažādiem receptoriem tiek pārraidīta uz centrālo nervu sistēmu. Un no tā, savukārt, uz dažādiem orgāniem (muskuļiem un dziedzeriem). Bet kāds ir šis process fizioloģiskā līmenī? Nervu impulsa pārraides mehānisms ir tāds, ka neironu membrānas var mainīt savu elektroķīmisko potenciālu. Un mūs interesējošais process notiek sinapses jomā. Nervu impulsa ātrums var svārstīties no 3 līdz 12 metriem sekundē. Mēs par to runāsim vairāk, kā arī par faktoriem, kas to ietekmē.
Struktūras un darba izpēte
Pirmo reizi nervu impulsa pāreju demonstrēja vācietiszinātnieki E. Gērings un G. Helmholcs par vardes piemēru. Vienlaikus tika konstatēts, ka bioelektriskais signāls izplatās ar iepriekš norādīto ātrumu. Kopumā tas ir iespējams, pateicoties nervu šķiedru īpašajai konstrukcijai. Dažos veidos tie atgādina elektrisko kabeli. Tātad, ja mēs velkam paralēles ar to, tad vadītāji ir aksoni, bet izolatori ir to mielīna apvalki (tie ir Schwann šūnas membrāna, kas ir savīta vairākos slāņos). Turklāt nervu impulsa ātrums galvenokārt ir atkarīgs no šķiedru diametra. Otra svarīgākā ir elektriskās izolācijas kvalitāte. Starp citu, organisms kā materiālu izmanto mielīna lipoproteīnu, kam piemīt dielektriķa īpašības. Ceteris paribus, jo lielāks ir tā slānis, jo ātrāk pāries nervu impulsi. Pat šobrīd nevar teikt, ka šī sistēma būtu pilnībā izpētīta. Daudz kas, kas attiecas uz nerviem un impulsiem, joprojām ir noslēpums un ir pētīts.
Struktūras un darbības iezīmes
Ja runājam par nervu impulsa ceļu, jāņem vērā, ka mielīna apvalks nenosedz šķiedru visā tās garumā. Dizaina iezīmes ir tādas, ka pašreizējo situāciju vislabāk var salīdzināt ar izolācijas keramikas uzmavu izveidi, kas ir cieši savērtas uz elektriskā kabeļa stieņa (lai gan šajā gadījumā uz aksona). Rezultātā ir mazi neizolēti elektriskie laukumi, no kuriem var viegli izplūst jonu strāvaaksons uz vidi (vai otrādi). Tas kairina membrānu. Rezultātā darbības potenciāla rašanās tiek izraisīta teritorijās, kas nav izolētas. Šo procesu sauc par Ranvjē pārtveršanu. Šāda mehānisma klātbūtne ļauj panākt, ka nervu impulss izplatās daudz ātrāk. Parunāsim par to ar piemēriem. Tādējādi nervu impulsu vadīšanas ātrums biezā mielinizētā šķiedrā, kuras diametrs svārstās 10-20 mikronu robežās, ir 70-120 metri sekundē. Savukārt tiem, kuriem ir neoptimāla struktūra, šis skaitlis ir 60 reizes mazāks!
Kur tie tiek ražoti?
Nervu impulsi rodas neironos. Spēja izveidot šādus "ziņojumus" ir viena no to galvenajām īpašībām. Nervu impulss nodrošina tāda paša veida signālu ātru izplatīšanos pa aksoniem lielā attālumā. Tāpēc tas ir vissvarīgākais ķermeņa līdzeklis informācijas apmaiņai tajā. Dati par kairinājumu tiek pārraidīti, mainot to atkārtošanās biežumu. Šeit darbojas sarežģīta periodisko izdevumu sistēma, kas vienā sekundē spēj saskaitīt simtiem nervu impulsu. Pēc nedaudz līdzīga principa, lai gan daudz sarežģītāk, darbojas datoru elektronika. Tātad, kad nervu impulsi rodas neironos, tie tiek kodēti noteiktā veidā, un tikai pēc tam tie tiek pārraidīti. Šajā gadījumā informācija tiek sagrupēta īpašās "pakas", kurām ir atšķirīgs secības numurs un raksturs. Tas viss, salikts kopā, ir mūsu smadzeņu ritmiskās elektriskās aktivitātes pamats, ko var reģistrēt, pateicotieselektroencefalogramma.
Šūnu veidi
Runājot par nervu impulsa pārejas secību, nevar ignorēt nervu šūnas (neironus), caur kurām notiek elektrisko signālu pārraide. Tātad, pateicoties viņiem, dažādas mūsu ķermeņa daļas apmainās ar informāciju. Atkarībā no to struktūras un funkcionalitātes izšķir trīs veidus:
- Receptors (jutīgs). Tie kodē un pārvērš nervu impulsos visus temperatūras, ķīmiskos, skaņas, mehāniskos un gaismas stimulus.
- Ievietošana (saukta arī par vadītāju vai aizvēršanu). Tie kalpo impulsu apstrādei un pārslēgšanai. Vislielākais to skaits ir cilvēka smadzenēs un muguras smadzenēs.
- Efektīvs (motors). Viņi saņem komandas no centrālās nervu sistēmas, lai veiktu noteiktas darbības (spožajā saulē aizveriet acis ar roku un tā tālāk).
Katram neironam ir šūnas ķermenis un process. Nervu impulsa ceļš caur ķermeni sākas tieši ar pēdējo. Procesi ir divu veidu:
- Dendriti. Viņiem ir uzticēta funkcija uztvert uz tiem esošo receptoru kairinājumu.
- Aksoni. Pateicoties tiem, nervu impulsi tiek pārnesti no šūnām uz darba orgānu.
Interesants darbības aspekts
Runājot par nervu impulsa vadīšanu pa šūnām, ir grūti nepateikt par vienu interesantu momentu. Tātad, kad viņi atpūšas, tad, teiksimtādējādi nātrija-kālija sūknis ir iesaistīts jonu kustībā tā, lai panāktu saldūdens efektu iekšpusē un sāļa ārpusē. Sakarā ar potenciālu starpības nelīdzsvarotību visā membrānā var novērot līdz 70 milivoltiem. Salīdzinājumam, tas ir 5% no parastajām AA baterijām. Bet, tiklīdz mainās šūnas stāvoklis, tiek izjaukts līdzsvars, un joni sāk mainīties vietām. Tas notiek, kad caur to iet nervu impulsa ceļš. Pateicoties jonu aktīvajai darbībai, šo darbību sauc arī par darbības potenciālu. Kad tas sasniedz noteiktu vērtību, sākas apgrieztie procesi, un šūna sasniedz miera stāvokli.
Par darbības potenciālu
Runājot par nervu impulsu pārveidi un izplatīšanos, jāatzīmē, ka tie varētu būt nožēlojami milimetri sekundē. Tad signāli no rokas uz smadzenēm sasniegtu minūtēs, kas acīmredzami nav labi. Šeit savu lomu darbības potenciāla stiprināšanā spēlē iepriekš apspriestais mielīna apvalks. Un visas tās "piespēles" ir novietotas tā, lai tās tikai pozitīvi ietekmētu signāla pārraides ātrumu. Tātad, kad impulss sasniedz viena aksona ķermeņa galvenās daļas galu, tas tiek pārraidīts vai nu uz nākamo šūnu, vai (ja mēs runājam par smadzenēm) uz daudzām neironu zarām. Pēdējos gadījumos darbojas nedaudz atšķirīgs princips.
Kā viss darbojas smadzenēs?
Parunāsim par to, kāda nervu impulsu pārraides secība darbojas mūsu centrālās nervu sistēmas svarīgākajās daļās. Šeit neironus no kaimiņiem atdala mazas spraugas, ko sauc par sinapsēm. Darbības potenciāls nevar tos šķērsot, tāpēc tas meklē citu veidu, kā nokļūt nākamajā nervu šūnā. Katra procesa beigās ir mazi maisiņi, ko sauc par presinaptiskām pūslīšiem. Katrs no tiem satur īpašus savienojumus - neirotransmiterus. Kad pie tiem nonāk darbības potenciāls, molekulas tiek atbrīvotas no maisiņiem. Viņi šķērso sinapses un pievienojas īpašiem molekulāriem receptoriem, kas atrodas uz membrānas. Šajā gadījumā tiek izjaukts līdzsvars un, iespējams, parādās jauns darbības potenciāls. Tas vēl nav precīzi zināms, neirofiziologi šo jautājumu pēta līdz pat šai dienai.
Neirotransmiteru darbs
Kad viņi pārraida nervu impulsus, ir vairākas iespējas, kas ar viņiem notiks:
- Tie izkliedēsies.
- Tiks pakļauts ķīmiskai sadalīšanai.
- Atgriezieties viņu burbuļos (to sauc par atgūšanu).
20. gadsimta beigās tika izdarīts pārsteidzošs atklājums. Zinātnieki ir uzzinājuši, ka zāles, kas ietekmē neirotransmiterus (kā arī to izdalīšanos un atpakaļsaisti), var būtiski mainīt cilvēka garīgo stāvokli. Tā, piemēram, vairāki antidepresanti, piemēram, Prozac, bloķē serotonīna atpakaļsaisti. Ir daži iemesli uzskatīt, ka Parkinsona slimības cēlonis ir smadzeņu neiromediatora dopamīna deficīts.
Tagad pētnieki, kas pēta cilvēka psihes robežstāvokli, cenšas noskaidrot, kā tas notiekViss ietekmē cilvēka prātu. Tikmēr mums nav atbildes uz tik fundamentālu jautājumu: kas liek neironam radīt darbības potenciālu? Līdz šim šīs šūnas "palaišanas" mehānisms mums ir noslēpums. Īpaši interesants no šīs mīklas viedokļa ir neironu darbs galvenajās smadzenēs.
Īsi sakot, viņi var strādāt ar tūkstošiem neirotransmiteru, ko sūta viņu kaimiņi. Sīkāka informācija par šāda veida impulsu apstrādi un integrāciju mums gandrīz nav zināma. Lai gan daudzas pētniecības grupas strādā pie tā. Šobrīd noskaidrojās, ka visi saņemtie impulsi ir integrēti, un neirons pieņem lēmumu – vai ir nepieciešams uzturēt darbības potenciālu un raidīt tos tālāk. Cilvēka smadzeņu darbība balstās uz šo fundamentālo procesu. Tad nav brīnums, ka mēs nezinām atbildi uz šo mīklu.
Dažas teorētiskas iezīmes
Rakstā "nervu impulss" un "darbības potenciāls" tika lietoti kā sinonīmi. Teorētiski tā ir taisnība, lai gan dažos gadījumos ir jāņem vērā dažas pazīmes. Tātad, ja iedziļināties detaļās, darbības potenciāls ir tikai daļa no nervu impulsa. Detalizēti izpētot zinātniskās grāmatas, jūs varat uzzināt, ka tā ir tikai membrānas lādiņa izmaiņas no pozitīvas uz negatīvu un otrādi. Savukārt nervu impulss tiek saprasts kā sarežģīts strukturāls un elektroķīmisks process. Tas izplatās pa neironu membrānu kā ceļojošs pārmaiņu vilnis. Potenciālsdarbības ir tikai elektriskā sastāvdaļa nervu impulsa sastāvā. Tas raksturo izmaiņas, kas rodas ar lokālas membrānas daļas lādiņu.
Kur tiek ģenerēti nervu impulsi?
Kur viņi sāk savu ceļojumu? Atbildi uz šo jautājumu var sniegt ikviens students, kurš cītīgi pētījis uzbudinājuma fizioloģiju. Ir četras iespējas:
- Dendrīta receptoru gals. Ja tas pastāv (kas nav fakts), tad ir iespējama adekvāta stimula klātbūtne, kas vispirms radīs ģeneratora potenciālu un pēc tam nervu impulsu. Sāpju receptori darbojas līdzīgi.
- Uzbudinošās sinapses membrāna. Parasti tas ir iespējams tikai tad, ja ir spēcīgs kairinājums vai to summēšana.
- Dentrida sprūda zona. Šajā gadījumā lokālie ierosinošie postsinaptiskie potenciāli veidojas kā reakcija uz stimulu. Ja pirmais Ranvier mezgls ir mielinizēts, tad tie tiek summēti uz tā. Tā kā tur atrodas membrānas sadaļa, kurai ir paaugstināta jutība, šeit rodas nervu impulss.
- Aksona pakalns. Tas ir vietas nosaukums, kur sākas aksons. Pilskalns ir visizplatītākais, lai radītu impulsus neironam. Visās citās vietās, kuras tika apsvērtas agrāk, to rašanās iespējamība ir daudz mazāka. Tas ir saistīts ar faktu, ka šeit membrānai ir paaugstināta jutība, kā arī zemāks kritiskais depolarizācijas līmenis. Tāpēc, kad sākas daudzu ierosinošo postsinaptisko potenciālu summēšana, paugurs uz tiem reaģē vispirms.
Izkliedes ierosmes piemērs
Stāstīšana medicīniskos terminos var izraisīt dažu punktu pārpratumus. Lai to novērstu, ir vērts īsi iepazīties ar norādītajām zināšanām. Kā piemēru ņemsim uguni.
Atcerieties pagājušās vasaras ziņu biļetenus (arī drīzumā). Uguns izplatās! Tajā pašā laikā koki un krūmi, kas deg, paliek savās vietās. Bet uguns priekša iet arvien tālāk no vietas, kur bija uguns. Nervu sistēma darbojas līdzīgi.
Bieži vien ir nepieciešams nomierināt nervu sistēmu, kas sākusi uzbudināt. Bet tas nav tik vienkārši izdarāms kā ugunsgrēka gadījumā. Lai to izdarītu, viņi veic mākslīgu iejaukšanos neirona darbā (medicīniskiem nolūkiem) vai izmanto dažādus fizioloģiskus līdzekļus. To var salīdzināt ar ūdens uzliešanu uz uguns.
