Вивчення нервового імпульсу

Дуже велику роль у вивченні природи нервового імпульсу зіграли досліди з використанням гігантських аксонів кальмарів, раків і деяких черв’яків. Один з аксонів кальмара досягає майже 1 мм в діаметрі. Така товщина дозволяє досліднику вводити в аксон мікроелектроди для вимірювання електричного заряду, а також найтонші піпетки для подальшого визначення хімічних змін, що відбуваються в різних точках аксона.

Виявилося, що зовнішня поверхня мембрани аксона заряджена позитивно, а внутрішня – негативно, т. Е, як прийнято говорити, мембрана аксона поляризована. Як і в багатьох інших клітинах організму, в аксоні функціонує натрієвий насос, завдяки якому концентрація позитивно заряджених іонів натрію зовні, на зовнішній поверхні мембрани, майже в 10 разів вище, ніж усередині. У аксоні діє також калієвий насос, який підтримує в 30 разів вищу концентрацію іонів калію всередині аксона, ніж зовні.

І іони калію, і іони натрію несуть позитивний заряд. Але іони натрію стикаються з зовнішньою стороною мембрани, а зсередини на мембрані концентруються іони, заряджені негативно. Іони калію йдуть в глиб аксона. Ступінь поляризації мембрани залежить від того, якою мірою мембрана проникна для іонів, що знаходяться на її внутрішньої і зовнішньої поверхнях. Якщо мембрана легко проникна, то іони будуть проходити крізь неї і нейтралізувати один одного, т. Е. Відбудеться деполяризация. Згідно з однією з теорій, саме таке явище має місце при подразненні чутливого нервового закінчення. Роздратування нерва викликає збільшення проникності мембрани, позитивні і негативні іони при цьому починають взаємодіяти між собою, і мембрана в цій ділянці тимчасово деполяризуется.

Деполяризация однієї ділянки сприяє збільшенню проникності мембрани в сусідній ділянці аксона, і, таким чином, поступово вздовж аксона поширюється хвиля деполяризації. Мембрана, проте, майже негайно відновлює вихідне поляризоване надбання. Відрізок часу між деполяризацією і відновленням поляризованого стану в даній ділянці мембрани дуже короткий: як правило, він становить менше однієї тисячної частки секунди. Отже, за одну секунду по аксону може пройти понад тисячу імпульсів.

Які саме іони беруть участь у зміні заряду на поверхні мембрани? Відповідно до запропонованої теорії, при підвищенні проникності позитивні іони натрію проходять крізь мембрани і нейтралізують іони, розташовані на внутрішній стороні мембрани. Слідом за тим позитивні іони калію виходять з аксона назовні і відновлюють позитивний заряд зовнішньої поверхні мембрани. Таким чином відновлюється негативний заряд на внутрішній поверхні.

В описаному процесі обміну бере участь дуже невелика кількість іонів. Якщо в гігантському аксоні кальмара не функціонують калієвий і натрієвий насоси, то і тоді цей аксон здатний до проведення декількох сотень тисяч імпульсів. Тільки після цього встановиться рівновага між іонами калію і натрію, розташованими по обидва боки мембрани. Кількість енергії, що витрачається на проведення імпульсу, також мізерно мало. Так, нерв, який містить лише 1% глюкози, при достатньому постачанні киснем може проводити імпульси безупинно протягом тижня.

...
ПОДІЛИТИСЯ: