Формирование и передача нервного импульса

Нервные импульсы генерируются специальными клетками нервной системы - нейронами, в ответ на раздражитель. Нервные импульсы передаются от тела к мозгу (чувствительность) и от мозга к органам и тканям (эффекторная деятельность).

Строение нервной клетки (нейрона)

Нервная клетка покрыта мембраной и содержит органоиды и внутриклеточную жидкость-цитоплазму.

Клетку можно разделить на тело клетки и отростки. Отростки делятся на дендриты - по ним нервный импульс идет к клетке, и аксоны - по ним нервный импульс идет от клетки. Прием нервного импульса от одних клеток и передача на другие происходит в специальных местах контакта - синапсах, которые расположены на концах отростков. Вокруг отростков могут наматываться Шванновские клетки (миелиновая оболочка), между которыми расположены перехваты Ранвье. Это ускоряет передачу импульса.

Мембрана клетки

Если в вашей памяти еще живы знания из школьной биологии, то возможно вы помните строение клеточной мембраны. Ее составляет двойной слой фосфолипидов (жиров, соединенных через фосфор с глицерином), и в этом слое проходят насквозь или располагаются на поверхности различные белки.

Благодаря избытку фосфолипидов в составе, мембрана является достаточно липофильной (буквально — родственной к жирам) т.е. сквозь нее легко проходят молекулы жиров, но не проходят молекулы белков и заряженные частицы - ионы. Они способны попасть в клетку только через белки, образующие каналы в мембране. А эти каналы могут быть открыты и закрыты. От чего это зависит, мы поговорим чуть позже.

Подводя итог всего вышесказанного, мембрана клетки обладает таким свойством как избирательная проницаемость для различных веществ.

Внешняя и внутренняя среда

Благодаря избирательной проницаемости, концентрации различных веществ внутри клетки и вне её различаются. Внутри клетки больше ионов калия с положительным зарядом +1, а также отрицательно заряженных: белков, аминокислот, сульфатов -2, фосфатов -3.

Снаружи клетки больше ионов натрия+1, кальция+2, хлора -1.

Из-за данных различий заряд на внутренней стороне меньше, чем на наружной. То есть, внутри - отрицательный, снаружи - положительный. Это явление называется поляризация. Схематично это выглядит так:

Белки-рецепторы и -ионные каналы

Такое расположение ионов характерно для клетки в состояние покоя, когда большинство ионных каналов закрыто.

Каким образом открываются ионные каналы?

Белки на мембране являются подвижными механическими структурами. Одним из видов мембранных белков являются белки-рецепторы. Их свойство заключается в том, что при присоединение к рецептору специфичного для него вещества (лиганда), он изменяет свою форму (конформацию). Изменение формы рецептора передается на белки-каналы, что приводит к их открытию/закрытию. Также сам белок-канал может являться рецептором.

Медиаторы и синапс

Какие вещества приводят к открытию ионных каналов и возникновению нервного импульса, и где это происходит?

Данные вещества называются нейромедиаторы, к ним относятся активирующие: адреналин, норадреналин, ацетилхолин и др., а также тормозные: глицин, ГАМК. Данные вещества действуют на нервную клетку в области синапса.

Синапс - место контакта нервной клетки с другой клеткой. В синапсе происходит передача информации от рецепторных клеток(не путайте с белками-рецепторами) к нервным, от нервных к нервным, от нервных к клеткам-эффекторам (например мышечным). Схематично это выглядит так:

В данном случае синапс расположен между 2 нервными клетками. Нервный импульс от 1 нервной клетки идет по аксону. Дойдя до синапса нервный импульс приводит к тому, что пузырьки с медиаторами приближаются к мембране и открываются. Нейромедиаторы выходят в синаптическую щель перемещаются к рецепторам на мембране другой нервной клетки, и присоединяются к ним, что приводит к открытию ионных каналов.

Возникновение потенциала действия

Присоединение активирующего нейромедиатора к рецептору приводит к открытию натриевых каналов. Положительный натрий+1 начинает с большой скоростью входить внутрь клетки, из-за чего заряды на мембране в точке входа меняются, внутри становится положительный, снаружи - отрицательный (потенциал действия). Данное явление называется деполяризация, т.е. смена полюсов заряда. Возникший потенциал действия способен деполяризовать мембрану соседнего участка, в результате чего на соседнем участке генерируются новые потенциалы. Таким образом происходит распространение импульса как на гифке ниже.

Тормозные нейромедиаторы

Тормозные медиаторы (глицин, ГАМК) также выделяется в синаптическую щель и соединяются с рецепторами. Но в данном случае открываются не калиевые каналы, а хлорные. В результате хлор входит в клетку, что увеличивает отрицательный заряд на внутренней мембране - гиперполяризация. Это приводит к тому, что активирующие медиаторы не могут вызвать деполяризацию и передачу импульса.

Если хотите улучшить сон, стоит принимать глицин, но будьте готовы принимать около 3-х месяцев, чтобы увидеть эффект.

Миелиновая оболочка

Если на отростке нет миелиновой оболочки из Шванновских клеток, то распространение нервного импульса происходит постепенно, от одного участка нервного волокна к следующему, как на гифке. Если же миелиновая оболочка есть, то она препятствует постепенному распространению, и распространение нервного импульса происходит скачкообразно, от одного перехвата Ранвье к другому. Это ускоряет распространение импульса в несколько раз.

До 5-7 лет миелиновая оболочка развита не полностью. Это частично объясняет, почему маленькие дети такие опездалы.

Нервный импульс перемещается от синапса по дендриту к телу клетки, а оттуда по аксону к другому синапсу, где происходит передача на следующую клетку.

Восстановление потенциала покоя

Вслед за открытием натриевых каналов, открываются калиевые каналы и начинается выход калия наружу клетки. Положительный заряд внутри начинает уменьшаться, а снаружи возрастать. И через некоторое время заряд меняется обратно: внутри отрицательный, снаружи положительный - явление реполяризации.

Затем включается в дело калий-натриевый насос, который восстанавливает изначальное положение ионов: загоняет калий внутрь, а натрий наружу. Заряд мембраны при это не меняется, но тратится энергия.

В результате, клетка возвращается в начальное состояние и готова к передаче нового импульса.

В заключение

Вот и подошел к концу этот "короткий" образовач о нервной системе, первый и последний в уходящем году. Возможно в будущем мы разберём частные моменты данной темы, вроде работы калий-натриевого насоса, порога возбуждения, передачи сигнала с рецепторов и.т.д. А на этом я хочу попрощаться, спасибо за прочтение, увидимся в следующем году.

С наступающим Новым годом и Рождеством!