Передача нервових імпульсів і потенціал дії

Основна функція нервових клітин (нейронів) – передача інформації від однієї точки тіла до іншого. Така передача забезпечується зміною мембранного потенціалу. У зв’язку з цим необхідно розуміти особливості клітинних мембран.

Плазматична мембрана клітини складається з подвійного шару (бішару) фосфоліпідних молекул, зовнішні кінці яких гідрофільних. Від мембрани сусідньої клітини вона відокремлена міжклітинних простором-щілиною шириною приблизно 20 нм. Цей бислой є бар’єр для дифузії іонів. Але в подвійному шарі є «канали» і «насоси» – місця переміщення іонів через мембрану. Це молекули білків, повністю пронизують плазматичну мембрану. На клітинної поверхні є особливі ділянки, через які здійснюються сприйняття стимулів або нервова передача.

Механізм передачі нервових імпульсів був вивчений після виявлення у головоногих молюсків гігантських аксонів. Товщина їх доходить до 1 мм. Були проведені електрофізіологічні дослідження цих аксонів, які показали, що у клітинної мембрани є різниця електричних потенціалів. Вона характерна для всіх живих клітин і заснована на неоднакове розподіл іонів і різної проникності мембрани. Особливо важливі при цьому іони натрію і калію. Якщо мембрана проникна головним чином для іонів K +, що знаходяться в клітці, їх дифузія з неї призводить до появи негативного заряду всередині (через надлишок аніонів) і позитивного заряду, зовні (рис. 35). Виникає мембранний потенціал затримує подальший відтік іонів калію. Якщо ж іони Na ​​+, що знаходяться поза клітиною, здатні переходити в неї, то в момент рівноваги зсередини від мембрани встановиться позитивний заряд. Ці зміни проникності і є основою більшості процесів, які відбуваються в нервовій системі. Потенціал, властивий неактивній клітині, називається потенціалом спокою (внутрішня сторона мембрани заряджена негативно по відношенню до зовнішньої).

Зміни мембранного потенціалу можуть відбуватися спонтанно у зв’язку з діяльністю каналів, через які в клітку проникають іони Ca +, і тільки в сенсорних клітинах – під впливом стимулів, що виходять від навколишнього середовища. Зміни особливо характерні в синапсах – місцях контакту між нейронами. Вони викликаються хімічними речовинами (нейромедиаторами), що виходять з однієї клітини і змінюють активність інший.

Отже, передача інформації – головна функція нервових клітин – забезпечується проведенням змін мембранного потенціалу. Нервове волокно працює як електричний кабель. По ньому зміни потенціалу поширюються від початкової точки далі, поступово зменшуючись, іноді наполовину, досягаючи іншої точки. Таке зменшення встановлено для аксонів фоторецепторів клітин в очках комах. Проведення подібного типу названо пасивним або градуально (загасаючим), а нервові клітини подібного роду – неспайковимі нейронами.

При стимуляції аксона електричним струмом потенціал на внутрішній поверхні мембрани змінюється від -70 до +40 мВ. Зміна дії полярності називається потенціалом дії або “спайки”. Він виникає через раптове короткочасного підвищення проникності мембрани аксонів для іонів Na + і їх входу в аксон. Зміна мембранного потенціалу зветься деполяризації. В подальшому, проникність для натрію починає падати, а проникність для калію – підвищуватися. В результаті виходу іонів K + з аксона позитивний заряд з внутрішньої сторони мембрани змінюється на негативний. Це фаза реполяризації мембрани.

Потенціал дії (спайк) спостерігається тільки тоді, коли стимул досягає певного мінімального рівня. Подальше збільшення інтенсивності стимулу його не посилює. Тому така відповідь відбувається за принципом «все або нічого».

У нервовій системі інформація поширюється як ряд нервових імпульсів – потенціалів дії (спайки). Вони передаються на будь-які відстані, оскільки носять незатухаючий характер (їх амплітуда не змінюється). До тих пір, поки існує необхідна різниця іонних концентрацій всередині і поза аксона, потенціал дії, що виникає в одному місці, буде викликати потенціал дії в сусідньому.

Нервові імпульси проходять по аксону тільки в одному напрямку. Це обумовлено тим, що ділянка, колишній раніше активним, переходить у фазу відновлення і мембрана аксона не відповідає на деполяризацію. Швидкість поширення імпульсів в гігантських аксонах безхребетних (особливо членистоногих і молюсків) товщиною до 1 мм досягає 100 м / с, що цілком достатньо для передачі важливої ​​для життя інформації. На цьому заснована реакція уникнення, закривання стулок раковини у двостулкових молюсків і т. П. У людини швидкість поширення нервового імпульсу близько 70-120 м / с. Найбільша зазначена швидкість проведення імпульсів в аксонах креветки становить 200 м / с.

ПОДІЛИТИСЯ: