Распространение нервных импульсов

Нервные импульсы распространяются при перемещении ионов через мембрану нервной клетки и передаются из одной нервной клетки в другую с помощью нейромедиаторов.

В результате эволюции нервной системы человека и других животных возникли сложные информационные сети, процессы в которых основаны на химических реакциях. Важнейшим элементом нервной системы являются специализированные клетки нейроны. Нейроны состоят из компактного тела клетки, содержащего ядро и другие органеллы. От этого тела отходит несколько разветвленных отростков. Большинство таких отростков, называемых дендритами, служат точками контакта для приема сигналов от других нейронов. Один отросток, как правило самый длинный, называется аксоном и передает сигналы на другие нейроны. Конец аксона может многократно ветвиться, и каждая из этих более мелких ветвей способна соединиться со следующим нейроном.

Во внешнем слое аксона находится сложная структура, образованная множеством молекул, выступающих в роли каналов, по которым могут поступать ионы — как внутрь, так и наружу клетки. Один конец этих молекул, отклоняясь, присоединяется к атому-мишени. После этого энергия других частей клетки используется на то, чтобы вытолкнуть этот атом за пределы клетки, тогда как процесс, действующий в обратном направлении, вводит внутрь клетки другую молекулу. Наибольшее значение имеет молекулярный насос, который выводит из клетки ионы натрия и вводит в нее ионы калия (натрий-калиевый насос).

Когда клетка находится в покое и не проводит нервных импульсов, натрий-калиевый насос перемещает ионы калия внутрь клетки и выводит ионы натрия наружу (представьте себе клетку, содержащую пресную воду и окруженную соленой водой). Из-за такого дисбаланса разность потенциалов на мембране аксона достигает 70 милливольт (приблизительно 5% от напряжения обычной батарейки АА).

Однако при изменении состояния клетки и стимуляции аксона электрическим импульсом равновесие на мембране нарушается, и натрий-калиевый насос на короткое время начинает работать в обратном направлении. Положительно заряженные ионы натрия проникают внутрь аксона, а ионы калия откачиваются наружу. На мгновение внутренняя среда аксона приобретает положительный заряд. При этом каналы натрий-калиевого насоса деформируются, блокируя дальнейший приток натрия, а ионы калия продолжают выходить наружу, и исходная разность потенциалов восстанавливается. Тем временем ионы натрия распространяются внутри аксона, изменяя мембрану в нижней части аксона. При этом состояние расположенных ниже насосов меняется, способствуя дальнейшему распространению импульса. Резкое изменение напряжения, вызванное стремительными перемещения ионов натрия и калия, называют потенциалом действия. При прохождении потенциала действия через определенную точку аксона, насосы включаются и восстанавливают состояние покоя.

Потенциал действия распространяется довольно медленно — не более доли дюйма за секунду. Для того чтобы увеличить скорость передачи импульса (поскольку, в конце концов, не годится, чтобы сигнал, посланный мозгом, достигал руки лишь через минуту), аксоны окружены оболочкой из миелина, препятствующей притоку и оттоку калия и натрия. Миелиновая оболочка не непрерывна — через определенные интервалы в ней есть разрывы, и нервный импульс перескакивает из одного «окна» в другое, за счет этого скорость передачи импульса возрастает.

Когда импульс достигает конца основной части тела аксона, его необходимо передать либо следующему нижележащему нейрону, либо, если речь идет о нейронах головного мозга, по многочисленным ответвлениям многим другим нейронам. Для такой передачи используется абсолютно иной процесс, нежели для передачи импульса вдоль аксона. Каждый нейрон отделен от своего соседа небольшой щелью, называемой синапсом. Потенциал действия не может перескочить через эту щель, поэтому нужно найти какой-то другой способ для передачи импульса следующему нейрону. В конце каждого отростка имеются крошечные мешочки, называющие (пресинаптическими) пузырьками, в каждом из которых находятся особые соединения — нейромедиаторы. При поступлении потенциала действия из этих пузырьков высвобождаются молекулы нейромедиаторов, пересекающие синапс и присоединяющиеся к специфичным молекулярным рецепторам на мембране нижележащих нейронов. При присоединении нейромедиатора равновесие на мембране нейрона нарушается. Сейчас мы рассмотрим, возникает ли при таком нарушении равновесия новый потенциал действия (нейрофизиологи продолжают искать ответ на этот важный вопрос до сих пор).

После того как нейромедиаторы передадут нервный импульс от одного нейрона на следующий, они могут просто диффундировать, или подвергнуться химическому расщеплению, или вернуться обратно в свои пузырьки (этот процесс нескладно называется обратным захватом). В конце XX века было сделано поразительное научное открытие — оказывается, лекарства, влияющие на выброс и обратный захват нейромедиаторов, могут коренным образом изменять психическое состояние человека. Прозак (Prozac*) и сходные с ним антидепрессанты блокируют обратный захват нейромедиатора серотонина. Складывается впечатление, что болезнь Паркинсона взаимосвязана с дефицитом нейромедиатора допамина в головном мозге. Исследователи, изучающие пограничные состояния в психиатрии, пытаются понять, как эти соединения влияют на человеческий рассудок.

По-прежнему нет ответа на фундаментальный вопрос о том, что же заставляет нейрон инициировать потенциал действия — выражаясь профессиональным языком нейрофизиологов, неясен механизм «запуска» нейрона. В этом отношении особенно интересны нейроны головного мозга, которые могут принимать нейромедиаторы, посланные тысячей соседей. Об обработке и интеграции этих импульсов почти ничего не известно, хотя над этой проблемой работают многие исследовательские группы. Нам известно лишь, что в нейроне осуществляется процесс интеграции поступающих импульсов и выносится решение, следует или нет инициировать потенциал действия и передавать импульс дальше. Этот фундаментальный процесс управляет функционированием всего головного мозга. Неудивительно, что эта величайшая загадка природы остается, по крайней мере сегодня, загадкой и для науки!

См. также:
Клеточная теория

5
Показать комментарии (5)
Свернуть комментарии (5)

  • pimenovmb  | 03.05.2010 | 20:35 Ответить
    Есть ли литература по этому поводу (скорости распространения импульса в нейроне)?
    Ответить
  • glagol  | 09.09.2010 | 00:41 Ответить
    По-моему, в этой статье многое непонятно. а многое просто неверно. Начну по порядку.
    "Во внешнем слое аксона находится сложная структура, образованная множеством молекул, выступающих в роли каналов". Трудно понять. что речь идет о мембране, в которой есть разные белки-каналы!

    "Один конец этих молекул, отклоняясь, присоединяется к атому-мишени. После этого энергия других частей клетки используется на то, чтобы вытолкнуть этот атом за пределы клетки, тогда как процесс, действующий в обратном направлении, вводит внутрь клетки другую молекулу." Тоже очень загадочно описан, видимо, один из видов транспорта - антипорт. В распространении нервных импульсов он имеет минимальное значение! Не ясно, что за конец и куда отклоняется, энергия каких "других частей клетки" и как используется.

    "Когда клетка находится в покое и не проводит нервных импульсов, натрий-калиевый насос перемещает ионы калия внутрь клетки и выводит ионы натрия наружу (представьте себе клетку, содержащую пресную воду и окруженную соленой водой). Из-за такого дисбаланса разность потенциалов на мембране аксона достигает 70 милливольт". Здесь почти всё просто неверно. Если выключить натрий-калиевый насос, в состоянии покоя мембранный потенциал (МП) почти не изменится. Нельзя представить себе клетку, содержащую пресную воду - в ней ионов не меньше, чем снаружи. Наконец, не ясно, откуда берется "дисбаланс" - ведь ионы натрия и калия имеют одинаковый заряд. На самом деле наружу выбрасывается три иона натрия на каждые два иона калия, закачанные внутрь (насос электрогенный). Но это на потенциал влияет, повторюсь, слабо.

    "Однако при изменении состояния клетки и стимуляции аксона электрическим импульсом равновесие на мембране нарушается, и натрий-калиевый насос на короткое время начинает работать в обратном направлении." Во-первых, аксон в норме не стимулируется нервным импульсом - он возникает на самом аксоне (аксонном холмике). Но главное - НИЧЕГО подобного с натрий-калиевым насосом на мембране не происходит.

    "Положительно заряженные ионы натрия проникают внутрь аксона, а ионы калия откачиваются наружу." Первая часть этой фразы - правда.Только заходят они через потенциалзависимые натриевые каналы, не имеющие отношения к натрий-калиевому насосу. Вторая часть - неправда. Ионы калия выходят из клетки через калиевые каналы (постоянного тока и потенциалзависимые), так как их концентрация в клетке по-прежнему выше. При этом насос продолжает работать (хотя и медленнее) в обычном направлении, просто у каналов выше пропускная способность.

    "При этом каналы натрий-калиевого насоса деформируются, блокируя дальнейший приток натрия,..." "Тем временем ионы натрия распространяются внутри аксона, изменяя мембрану в нижней части аксона. При этом состояние расположенных ниже насосов меняется, способствуя дальнейшему распространению импульса."
    "При прохождении потенциала действия через определенную точку аксона, насосы включаются и восстанавливают состояние покоя."
    Ничего подобного. Все это неверно. Меняется состояние каналов, и от этого зависит распространение нервного импульса. Насосы тут ни при чем.

    "Потенциал действия распространяется довольно медленно — не более доли дюйма за секунду." Имеются в виду не покрытые миелином аксоны. У человека скорость распространения в них около 2 м/c, у кальмара - десятки метров в секунду, у актинии - около 1 м/c. Доли дюйма - явная фантазия.

    "При присоединении нейромедиатора равновесие на мембране нейрона нарушается. Сейчас мы рассмотрим, возникает ли при таком нарушении равновесия новый потенциал действия (нейрофизиологи продолжают искать ответ на этот важный вопрос до сих пор)." Не ясно, о каком равновесии идет речь. Кроме того, обещание не выполняется - ничего про "этот важный вопрос" в следующем абзаце не говорится. И если о суммации (про которую идет речь в конце статьи) еще можно поспорить. то во многих случаях ответ на этот вопрос - вовсе не бином Ньютона! Да, возникает, если выделилось достаточно много возбуждающего медиатора. Это можно показать в эксперименте, и никаких споров по этому поводу никто не ведет.

    Ну, и так далее. Может, стоит эту статью переработать? Специалисты-нейрофизиологи ее явно не читали!
    Ответить
  • НЕПОСТИЖИМЫЙ  | 24.06.2012 | 13:39 Ответить
    Очень интересно,только жаль детишек которых заставляли принимать прозак.
    Вот интересная статистика:
    Спустя всего лишь 6 лет после поступления препарата на рынок (к 1993 году) за этим лекарством числилось 26 623 случая нежелательных побочных эффектов, 1885 самоубийств. Лаборатории Eli Lilly было предъявлено 170 судебных исков за причиненный ущерб здоровью. Среди самых громких преступлений, совершенных людьми, постоянно употребившими прозак, особо нашумевшим было массовое убийство, совершенное служащим Жозефом Весбекером, спокойным и законопослушным швейцарским гражданином, которой однажды взял и убил восьмерых коллег и ранил 12.
    Ответить
  • НЕПОСТИЖИМЫЙ  | 24.06.2012 | 13:48 Ответить
    Какую цену приходиться платить человечеству за потуги психиаторов разгадать тайну нейронов и пузырьков мозга.
    Эта сфера науки,использует в качестве полигона для испытания своих препаратов,мирное население.Тысячи погибших людей,сошедших с ума и "потерявших себя"после приема"безвредных" таблеточек от депрессии,финансируют дальнейшие потуги нейрофашистов изобретать новые более совершенные методы химического геноцида.
    Интересно,какая конечная цель у этих ученых?
    Ответить
  • НЕПОСТИЖИМЫЙ  | 24.06.2012 | 15:00 Ответить
    Я представил такую картину: Ребенок принимавший прозак,получил склонность к суициду и немотивированной агрессии,но выжил в результате заботы родителей.Получил образование,вырос,сделал политическую карьеру,стал призедентом...к примеру такой ядерной державы как США.
    Но измененное прозаком сознание подпирает и требует реализации разрушительного импульса измененных химией пузырьков мозга.
    И вот призедент,решает совершить свое химическое"предназначение"и исполняет пророчества древних.Устраевает ядерный апокалипсис.
    А в этот момент,преисполненые гордости психиатры и психологи стоят с высоко поднятой головой,в развевающихся белых халатах на фоне ядерного пламени.И их души наполнены чувством исполненого долга перед человечеством и химически измененных пузырьков мозга.
    Ответить
Написать комментарий

1729, сер. XX в.
XIX-XX вв.
Распространение нервных импульсов
1937
сер. 1960-х
</i>Структура нейрона<i>. Нейроны — важнейшие элементы нервной системы. Эти удлиненные клетки передают нервные импульсы

Структура нейрона. Нейроны — важнейшие элементы нервной системы. Эти удлиненные клетки передают нервные импульсы

Элементы

© 2005-2017 «Элементы»