Lidský nervový systém působí v našem těle jako jakýsi koordinátor. Přenáší příkazy z mozku do svalů, orgánů, tkání a zpracovává signály z nich přicházející. Nervový impuls se používá jako druh nosiče dat. co zastupuje? Při jaké rychlosti to funguje? Tyto a řadu dalších otázek lze zodpovědět v tomto článku.
Co je to nervový impuls?
Toto je název vlny excitace, která se šíří vlákny jako odpověď na stimulaci neuronů. Díky tomuto mechanismu se informace přenášejí z různých receptorů do centrálního nervového systému. A z něj zase do různých orgánů (svalů a žláz). Ale co je to za proces na fyziologické úrovni? Mechanismus přenosu nervového vzruchu spočívá v tom, že membrány neuronů mohou měnit svůj elektrochemický potenciál. A proces, který nás zajímá, se odehrává v oblasti synapsí. Rychlost nervového impulsu se může lišit od 3 do 12 metrů za sekundu. Promluvíme si o tom více, stejně jako o faktorech, které to ovlivňují.
Výzkum struktury a práce
Poprvé byl průchod nervového vzruchu demonstrován němčinouvědci E. Goering a G. Helmholtz na příkladu žáby. Zároveň bylo zjištěno, že bioelektrický signál se šíří dříve indikovanou rychlostí. Obecně je to možné díky speciální konstrukci nervových vláken. V některých ohledech připomínají elektrický kabel. Pokud s tím tedy nakreslíme rovnoběžky, pak vodiče jsou axony a izolanty jsou jejich myelinové obaly (jsou to membrána Schwannovy buňky, která je navinutá v několika vrstvách). Navíc rychlost nervového impulsu závisí především na průměru vláken. Druhým nejdůležitějším je kvalita elektrické izolace. Mimochodem, tělo používá jako materiál myelinový lipoprotein, který má vlastnosti dielektrika. Ceteris paribus, čím větší je jeho vrstva, tím rychleji projdou nervové vzruchy. Ani v tuto chvíli nelze říci, že by tento systém byl plně prozkoumán. Mnohé z toho, co souvisí s nervy a impulsy, je stále záhadou a předmětem výzkumu.
Vlastnosti struktury a fungování
Pokud mluvíme o dráze nervového vzruchu, je třeba poznamenat, že myelinová pochva nepokrývá vlákno po celé jeho délce. Konstrukční vlastnosti jsou takové, že současnou situaci lze nejlépe přirovnat k vytvoření izolačních keramických objímek, které jsou pevně navlečeny na tyči elektrického kabelu (i když v tomto případě na axonu). V důsledku toho existují malé neizolované elektrické oblasti, ze kterých může iontový proud snadno vytékataxonu do okolí (nebo naopak). To dráždí membránu. Výsledkem je, že generování akčního potenciálu je způsobeno v oblastech, které nejsou izolované. Tento proces se nazývá zachycení Ranviera. Přítomnost takového mechanismu umožňuje, aby se nervový impuls šířil mnohem rychleji. Promluvme si o tom na příkladech. Rychlost vedení nervového vzruchu v tlustém myelinizovaném vláknu, jehož průměr kolísá v rozmezí 10-20 mikronů, je tedy 70-120 metrů za sekundu. Zatímco pro ty, kteří mají suboptimální strukturu, je toto číslo 60krát nižší!
Kde se vyrábí?
Nervové impulsy pocházejí z neuronů. Schopnost vytvářet takové „zprávy“je jednou z jejich hlavních vlastností. Nervový impuls zajišťuje rychlé šíření stejného typu signálů podél axonů na velkou vzdálenost. Proto je nejdůležitějším prostředkem těla pro výměnu informací v něm. Údaje o podráždění se přenášejí změnou frekvence jejich opakování. Funguje zde složitý systém periodik, které dokážou za vteřinu napočítat stovky nervových vzruchů. Podle poněkud podobného principu, i když mnohem složitějšího, funguje počítačová elektronika. Takže když nervové impulsy vznikají v neuronech, jsou určitým způsobem zakódovány a teprve potom jsou přenášeny. V tomto případě jsou informace seskupeny do speciálních „balíčků“, které mají různý počet a charakter sekvence. To vše dohromady je základem pro rytmickou elektrickou aktivitu našeho mozku, kterou lze registrovat díkyelektroencefalogram.
Typy buněk
Když mluvíme o sekvenci průchodu nervového impulsu, nelze ignorovat nervové buňky (neurony), kterými dochází k přenosu elektrických signálů. Takže si díky nim různé části našeho těla vyměňují informace. V závislosti na jejich struktuře a funkčnosti se rozlišují tři typy:
- Receptor (citlivý). Kódují a přeměňují na nervové impulsy všechny teplotní, chemické, zvukové, mechanické a světelné podněty.
- Vložení (nazývané také vodič nebo uzavření). Slouží ke zpracování a spínání impulsů. Největší počet z nich je v lidském mozku a míše.
- Efektivní (motor). Dostávají příkazy z centrálního nervového systému k provedení určitých akcí (na jasném slunci zavřete oči rukou atd.).
Každý neuron má buněčné tělo a proces. Cesta nervového impulsu tělem začíná právě tím druhým. Procesy jsou dvojího typu:
- Dendrity. Je jim svěřena funkce vnímání podráždění receptorů na nich umístěných.
- Axony. Díky nim jsou nervové impulsy přenášeny z buněk do pracovního orgánu.
Zajímavý aspekt činnosti
Když mluvíme o vedení nervového vzruchu buňkami, je těžké nemluvit o jednom zajímavém momentu. Takže když jsou v klidu, řekněmesodíkovo-draslíkové čerpadlo je tedy zapojeno do pohybu iontů takovým způsobem, aby se dosáhlo účinku sladké vody uvnitř a slané venku. Kvůli výsledné nerovnováze rozdílu potenciálu přes membránu lze pozorovat až 70 milivoltů. Pro srovnání je to 5 % běžných AA baterií. Jakmile se ale stav buňky změní, naruší se výsledná rovnováha a ionty začnou měnit místa. K tomu dochází, když jím prochází dráha nervového vzruchu. Díky aktivnímu působení iontů se toto působení nazývá také akční potenciál. Když dosáhne určité hodnoty, začnou se zpětné procesy a buňka dosáhne stavu klidu.
O akčním potenciálu
Když už mluvíme o konverzi a šíření nervového vzruchu, je třeba poznamenat, že to může být mizerné milimetry za sekundu. Pak by signály z ruky do mozku dosáhly během několika minut, což zjevně není dobré. Zde hraje svou roli při posilování akčního potenciálu dříve diskutovaná myelinová pochva. A všechny jeho „průchody“jsou umístěny tak, že na rychlost přenosu signálu mají jen pozitivní vliv. Když tedy impuls dosáhne konce hlavní části jednoho axonového těla, přenese se buď do další buňky, nebo (pokud mluvíme o mozku) do mnoha větví neuronů. V posledních případech funguje trochu jiný princip.
Jak vše funguje v mozku?
Promluvme si o tom, jaká sekvence přenosu nervových impulsů funguje v nejdůležitějších částech našeho centrálního nervového systému. Zde jsou neurony odděleny od svých sousedů malými mezerami, které se nazývají synapse. Akční potenciál je nemůže překročit, a tak hledá jiný způsob, jak se dostat k další nervové buňce. Na konci každého procesu jsou malé váčky zvané presynaptické váčky. Každý z nich obsahuje speciální sloučeniny - neurotransmitery. Když k nim dorazí akční potenciál, molekuly se z váčků uvolní. Procházejí synapsí a připojují se ke speciálním molekulárním receptorům, které jsou umístěny na membráně. V tomto případě je rovnováha narušena a pravděpodobně se objeví nový akční potenciál. To ještě není s jistotou známo, neurofyziologové se touto problematikou zabývají dodnes.
Práce neurotransmiterů
Když přenášejí nervové vzruchy, existuje několik možností, co se s nimi stane:
- Budou se šířit.
- Projde chemickým rozkladem.
- Vraťte se do jejich bublin (tomu se říká znovuzískání).
Na konci 20. století byl učiněn překvapivý objev. Vědci zjistili, že léky ovlivňující neurotransmitery (a také jejich uvolňování a zpětné vychytávání) mohou zásadním způsobem změnit psychický stav člověka. Takže například řada antidepresiv jako Prozac blokuje zpětné vychytávání serotoninu. Existuje několik důvodů se domnívat, že za Parkinsonovu chorobu může nedostatek mozkového neurotransmiteru dopaminu.
Nyní se vědci, kteří studují hraniční stavy lidské psychiky, snaží zjistit, jak toVše ovlivňuje mysl člověka. Mezitím nemáme odpověď na tak zásadní otázku: co způsobuje, že neuron vytváří akční potenciál? Mechanismus „spouštění“této buňky je pro nás zatím tajemstvím. Z hlediska této hádanky je obzvláště zajímavá práce neuronů v hlavním mozku.
Zkrátka mohou pracovat s tisíci neurotransmiterů, které posílají jejich sousedé. Podrobnosti týkající se zpracování a integrace tohoto typu impulsů jsou nám téměř neznámé. I když na tom pracuje mnoho výzkumných skupin. V tuto chvíli se ukázalo, že všechny přijaté impulsy jsou integrovány a neuron se rozhoduje - zda je nutné zachovat akční potenciál a přenášet je dále. Na tomto základním procesu je založeno fungování lidského mozku. Není tedy divu, že na tuto hádanku neznáme odpověď.
Některé teoretické rysy
V článku byly výrazy „nervový impuls“a „akční potenciál“použity jako synonyma. Teoreticky je to pravda, i když v některých případech je nutné počítat s některými vlastnostmi. Pokud tedy půjdete do detailů, pak je akční potenciál pouze částí nervového impulsu. Při podrobném zkoumání vědeckých knih můžete zjistit, že se jedná pouze o změnu náboje membrány z pozitivního na negativní a naopak. Zatímco nervový impuls je chápán jako komplexní strukturní a elektrochemický proces. Šíří se přes neuronovou membránu jako putující vlna změn. Potenciálakce jsou pouze elektrickou složkou ve složení nervového impulsu. Charakterizuje změny, ke kterým dochází s nábojem místní části membrány.
Kde vznikají nervové impulsy?
Kde začnou svou cestu? Odpověď na tuto otázku může dát každý student, který pilně studoval fyziologii vzrušení. Jsou čtyři možnosti:
- Receptorové zakončení dendritu. Pokud existuje (což není skutečnost), pak je možná přítomnost adekvátního podnětu, který nejprve vytvoří generátorový potenciál a poté nervový impulz. Receptory bolesti fungují podobným způsobem.
- Membrána excitační synapse. Zpravidla je to možné pouze v případě silného podráždění nebo jejich shrnutí.
- Zóna spouštění zubů. V tomto případě se místní excitační postsynaptické potenciály tvoří jako reakce na podnět. Pokud je první uzel Ranviera myelinizován, pak jsou na něm sečteny. Díky přítomnosti části membrány, která má zvýšenou citlivost, zde dochází k nervovému vzruchu.
- Axonský pahorek. Toto je název místa, kde začíná axon. Kopec je nejčastější pro vytváření impulsů na neuronu. Na všech ostatních místech, o kterých se uvažovalo dříve, je jejich výskyt mnohem méně pravděpodobný. To je způsobeno skutečností, že zde má membrána zvýšenou citlivost a také nižší kritickou úroveň depolarizace. Proto, když začíná sumace četných excitačních postsynaptických potenciálů, pahorek reaguje především na ně.
Příklad šíření buzení
Vyprávění v lékařských termínech může způsobit nepochopení určitých bodů. Abychom to odstranili, stojí za to krátce projít uvedené znalosti. Vezměme si jako příklad oheň.
Vzpomeňte si na zprávy z loňského léta (také si je brzy znovu poslechneme). Oheň se šíří! Na svých místech přitom zůstávají stromy a keře, které hoří. Čelo požáru jde ale dál a dál od místa, kde hořelo. Nervový systém funguje podobným způsobem.
Často je nutné uklidnit nervový systém, který se začal vzrušovat. To ale není tak snadné, jako v případě požáru. K tomu provádějí umělý zásah do práce neuronu (pro léčebné účely) nebo používají různé fyziologické prostředky. Dá se to přirovnat k přilévání vody do ohně.
