Передача нервных импульсов (сигналов) и потенциал действия (спайк)

см. Синаптическая передача, или нейротрансмиссия (механизм, функции, особенности)

Основная функция нервных клеток (нейронов) — пере­дача информации от одной точ­ки тела к другой. Такая передача обеспечивается изменением мембранного потенциала. В свя­зи с этим необходимо понимать особенности клеточных мембран.

Плазмати­ческая мембрана клетки состоит из двойного слоя (бислоя) фосфолипидных молекул, наружные концы которых гидрофильны. От мембраны соседней клетки она отде­лена межклеточным пространством-щелью шириной примерно 20 нм. Этот бислой представляет собой барьер для диффузии ионов. Но в двойном слое есть «каналы» и «насосы» — места перемещения ионов через мембрану. Это молекулы белков, полностью пронизывающие плазматическую мембрану. На клеточной поверхности имеются осо­бые участки, через которые осуществляются восприятие стимулов или нервная передача.

Механизм передачи нервных импульсов был изучен после обнаружения у головоногих моллюсков гигантских аксонов. Толщина их доходит до 1 мм. Были проведены электрофизиологические иссле­дования этих аксонов, которые показали, что у клеточной мембраны есть разность электрических потенциалов. Она характерна для всех живых клеток и основана на неодинаковом распределении ионов и различной проницаемости мембраны. Особенно важны при этом ионы натрия и калия. Если мембрана проницаема главным образом для ионов K⁺, находящихся в клетке, их диффузия из нее приводит к появлению отрицательного заряда внутри (из-за избытка анионов) и положительного заряда, снаружи (рис. 35). Возникающий мембранный потенциал задерживает дальнейший отток ионов калия. Если же ионы Na⁺, находящиеся вне клетки, способны переходить в нее, то в момент равнове­сия изнутри от мембраны установится положительный заряд. Эти изменения проницаемости и являются основой большинства процессов, которые проис­ходят в нервной системе. Потенциал, свойственный неактивной клетке, назы­вается потенциалом покоя (внутренняя сторона мембраны заряжена отрица­тельно по отношению к внешней).

Изменения мембранного потенциала могут происходить спонтанно в связи с деятельностью каналов, через которые в клетку проникают ионы Ca⁺, и только в сенсорных клетках — под влиянием сти­мулов, исходящих от окружающей сре­ды. Изменения особенно характерны в синапсах — местах контакта между ней­ронами. Они вызываются химическими веществами (нейромедиаторами), выхо­дящими из одной клетки и изменяющи­ми активность другой.

Рис. 35. Поляризация мембраны аксона: 1 — натриевый насос; 2 — пассивная об­ратная диффузия натрия; 3 — калиевый насос; 4 — пассивная диффузия калия против градиента концентрации; 5 — пассивная обратная диффузия калия

Итак, передача информации — глав­ная функция нервных клеток — обеспе­чивается проведением изменений мембранного потенциала. Нервное волокно работает как электрический кабель. По нему изменения по­тенциала распространяются от начальной точки дальше, постепенно уменьшаясь, иногда наполовину, достигая другой точки. Такое уменьшение установлено для аксонов фоторецепторных клеток в глаз­ках насекомых. Проведение подобного типа названо пассивным или градуальным (затухающим), а нервные клетки подобного рода — неспайковыми нейронами.

Загрузка...

При стимуляции аксона электрическим током потенциал на внут­ренней поверхности мембраны изменяется от -70 до +40 мВ. Измене­ние действия полярности называется потенциалом действия или «спайком». Он возникает из-за внезапного кратковременного повыше­ния проницаемости мембраны аксонов для ионов Na⁺ и их входа в ак­сон. Изменение мембранного потенциала носит название деполяриза­ции. В последующем, проницаемость для натрия начинает падать, а про­ницаемость для калия — повышаться. В результате выхода ионов K⁺ из аксона положительный заряд с внутренней стороны мембраны меняет­ся на отрицательный. Это фаза реполяризации мембраны.

Потенциал действия (спайк) наблюдается только тогда, когда сти­мул достигает определенного минимального уровня. Дальнейшее уве­личение интенсивности стимула его не усиливает. Поэтому такой от­вет происходит по принципу «все или ничего». Материал с сайта http://doklad-referat.com

В нервной системе информация распространяется как ряд нервных импульсов — потенциалов действия (спайков). Они передаются на лю­бые расстояния, поскольку носят незатухающий характер (их ампли­туда не изменяется). До тех пор, пока существует необходимая раз­ность ионных концентраций внутри и вне аксона, потенциал действия, возникающий в одном месте, будет вызывать потенциал действия в соседнем.

Нервные импульсы проходят по аксону только в одном направле­нии. Это обусловлено тем, что участок, бывший ранее активным, пе­реходит в фазу восстановления и мембрана аксона не отвечает на де­поляризацию. Скорость распространения импульсов в гигантских ак­сонах беспозвоночных (особенно членистоногих и моллюсков) тол­щиной до 1 мм достигает 100 м/с, что вполне достаточно для передачи важной для жизни информации. На этом основана реакция избегания, захлопывания створок раковины у двустворчатых моллюсков и т. п. У человека скорость распространения нервного импульса около 70-120 м/с. Наибольшая отмеченная скорость проведения импульсов в аксонах креветки составляет 200 м/с.

На этой странице материал по темам:

• Влияние спайков на нервную систему