Proučavanje prirode živčanog impulsa bilo je povezano s posebnim poteškoćama, budući da se tijekom prolaska impulsa duž živca ne događaju vidljive promjene. Tek nedavno, s razvojem mikrokemijskih metoda, bilo je moguće pokazati da tijekom provođenja impulsa živac troši više energije, troši više kisika i oslobađa više ugljičnog dioksida nego u mirovanju. To ukazuje da su oksidativne reakcije uključene u provođenje impulsa, u obnovu početnog stanja nakon provođenja ili u oba ova procesa.

Kada je prije otprilike 100 godina utvrđeno da živčani impuls prate određene električne pojave, pojavilo se mišljenje da je sam impuls električna struja. U to se vrijeme znalo da električna struja putuje vrlo brzo, pa je izraženo mišljenje da je brzina širenja živčanog impulsa prevelika da bi se mogla mjeriti. Deset godina kasnije, Helmholtz je izmjerio brzinu provođenja impulsa stimulirajući živac do mišića na različitim udaljenostima od mišića i mjereći vrijeme koje je proteklo između stimulacije i kontrakcije. Na taj je način pokazao da se živčani impuls širi mnogo sporije od električnog - u živcima žabe brzinom od oko 30 m/s. To je, naravno, svjedočilo da živčani impuls nije električna struja, slično struji u bakrene žice. Osim toga, mrtvi ili zgnječeni živac i dalje provodi struju, ali ne provodi živčane impulse, a bilo da iritiramo živac strujom, dodirom, primjenom topline ili kemijskim čimbenicima, nastali impuls širi "I" brzinom jednakom Iz ovoga zaključujemo da živčani impuls nije električna struja, već elektrokemijski poremećaj u živčanom vlaknu. Poremećaj uzrokovan podražajem u jednom dijelu živčanog vlakna uzrokuje isti poremećaj u susjednom dijelu, pa tako na, sve dok impuls ne dođe do kraja vlakna. Dakle, prijenos impulsa je sličan gorenju Fickfordove uže: od topline koja se oslobađa tijekom gorenja jednog dijela užeta, zasvijetli sljedeći dio itd. U živcu, ulogu topline igraju električni fenomeni koji, nastali u jednom dijelu, stimuliraju sljedeći.

Prijenos živčanog impulsa sličan je izgaranju fitilja u nekim drugim aspektima. Brzina gorenja užeta ne ovisi o količini topline utrošene na njegovo paljenje, sve dok je ta toplina dovoljna da se uže zapali. Nije bitan ni način paljenja. Isto je i sa živcem. Živac neće reagirati sve dok se na njega ne primijeni podražaj određene minimalne snage, ali daljnje povećanje snage podražaja neće uzrokovati brže širenje impulsa. To je zbog činjenice da energiju za provođenje impulsa daje sam živac, a ne podražaj. Opisani fenomen ogleda se u zakonu sve ili ništa: živčani impuls ne ovisi o prirodi i snazi ​​podražaja koji ga je izazvao, samo ako je podražaj dovoljno jak da izazove pojavu impulsa. Iako brzina provođenja ne ovisi o jačini podražaja, ovisi o stanju živčanog vlakna, a razne tvari mogu usporiti ili onemogućiti prijenos impulsa.

Spaljena vrpca ne može se ponovno upotrijebiti, dok se živčano vlakno može vratiti u prvobitno stanje i prenijeti druge impulse. Međutim, ne može ih provoditi kontinuirano: nakon što se provede jedan impuls, prođe određeno vrijeme prije nego što vlakno može poslati drugi impuls. Ovo vremensko razdoblje, nazvano refraktorno razdoblje, traje od 0,0005 do 0,002 sekunde. U to vrijeme dolazi do kemijskih i fizikalnih promjena, uslijed kojih se vlakno vraća u prvobitno stanje.

Koliko znamo, impulsi koje prenose sve vrste - motorički, osjetilni ili interkalarni - u osnovi su slični jedni drugima. Onaj

jedan impuls izaziva osjet svjetla, drugi osjet zvuka, treći mišićnu kontrakciju, a četvrti stimulira sekretornu aktivnost žlijezde, ovisi u potpunosti o prirodi struktura do kojih dolaze impulsi, a ne o bilo kakvim svojstvima samih impulsa.

Iako se živčano vlakno može stimulirati u bilo kojoj točki, u normalnim uvjetima, ekscitacija se proizvodi samo na jednom kraju, od kojeg impuls putuje duž vlakna do njegovog drugog kraja. Veza između uzastopnih neurona naziva se. Živčani impuls se prenosi od vrha aksona jednog neurona do sljedećeg dendrita kroz sinaptički spoj otpuštanjem određene tvari na vrhu aksona. Ova tvar uzrokuje pojavu živčanog impulsa u dendritu sljedećeg aksona. Prijenos ekscitacije kroz sinapsu mnogo je sporiji od njenog prijenosa duž živca. U normalnim uvjetima impulsi putuju samo u jednom smjeru: kod osjetnih neurona idu od osjetilnih organa do leđne moždine i mozga, a kod motornih neurona idu od mozga i leđne moždine do mišića i žlijezda. Smjer određuje sinapsa, jer samo vrh aksona može otpustiti tvar koja stimulira drugi neuron. Svako pojedino živčano vlakno može provesti impuls u oba smjera; kad se vlakno električno stimulira negdje u sredini, nastaju dva impulsa od kojih jedan ide u jednom, a drugi u drugom smjeru (ovi se impulsi mogu detektirati odgovarajućim električnim uređajima). ali samo onaj koji ide prema vrhu aksona može stimulirati sljedeći neuron u lancu. Impuls koji ide do dendrita će "stati" kada dođe do kraja.

Kemijski i električni procesi povezani s prijenosom živčanog impulsa umnogome su slični procesima koji se događaju tijekom kontrakcije mišića. Ali živac za provođenje impulsa troši vrlo malo energije u usporedbi s kontrakcijskim mišićem; toplina nastala tijekom iritacije živca u trajanju od 1 minute, po 1 g tkiva, ekvivalentna je energiji oslobođenoj tijekom oksidacije 0,000001 g glikogena. To "znači da kada bi živac sadržavao samo 1% glikogena kao izvora energije, mogao bi se kontinuirano stimulirati tjedan dana i zaliha glikogena ne bi bila iscrpljena. Uz dovoljnu opskrbu kisikom, živčana vlakna su praktički neumorna. priroda "mentalni zamor", to ne može biti pravi zamor živčanih vlakana.

ISTRAŽIVAČKI RAD

Električna priroda živčanog impulsa

Uvod 3

Eksperimenti L. Galvanija i A. Volte 3

Biostruje u živim organizmima 4

Učinak iritacije. 5

Prijenos živčanih stanica i živčanih impulsa 6

Djelovanje živčanog impulsa na različite dijelove tijela

Izlaganje električnoj aktivnosti u medicinske svrhe 9

Brzina reakcije 10

Zaključak 11

Književnost 11

Primjena

Uvod

“Ma koliko divni zakoni i pojave

struja,

pojavljujući nam se u svijetu

anorganski ili

mrtva stvar, kamata,

koje oni

predstavljati, jedva može

usporediti s tim

koja je svojstvena istoj sili

u vezi sa živčanim

sustav i život

M. Faraday

Svrha rada: Utvrditi čimbenike koji utječu na širenje živčanog impulsa.

Ovaj rad je bio suočen sa sljedećim zadacima:

1. Proučiti povijest razvoja znanosti o bioelektriku.

2. Razmotrite električne pojave u divljini.

3. Istražiti prijenos živčanog impulsa.

4. U praksi provjerite što utječe na brzinu prijenosa živčanog impulsa.

Pokusi L. Galvanija i A. Volte

Još u 18.st Talijanski liječnik Luigi Galvani (1737.-1787.) otkrio je da ako se na obezglavljeno tijelo žabe primijeni električni napon, tada se opažaju kontrakcije njenih nogu. Tako je pokazao djelovanje električne struje na mišiće, pa ga s pravom nazivaju ocem elektrofiziologije. U drugim pokusima objesio je krak rasječene žabe na mjedenu kuku. U trenutku kada je, zamahujući, šapa dotakla željeznu rešetku balkona na kojem su se izvodili pokusi, ponovno je uočeno stezanje šape. Galvani je sugerirao postojanje potencijalne razlike između živca i stopala - "životinjskog elektriciteta". Objasnio je kontrakciju mišića djelovanjem električne struje koja se javlja u tkivima žabe kada se sklop zatvori kroz metal.

Galvanijev sunarodnjak, Alessandro Volta (1745.-1827.), pomno je proučio električni krug koji je Galvani koristio i dokazao da sadrži dva različita metala koji su zatvoreni kroz slanu otopinu, tj. na prvi pogled potpuna sličnost kemijskom izvoru struje. Neuromuskularni preparat, tvrdio je, u ovom eksperimentu služi samo kao osjetljivi galvanometar.

Galvani nije mogao priznati svoj poraz. Nabacivao je živac na mišić pod raznim uvjetima kako bi dokazao da je i bez metala moguće postići kontrakciju mišića zahvaljujući elektricitetu "životinjskog porijekla". Jedan od njegovih sljedbenika konačno je uspio. Ispostavilo se da se električna struja javlja kada se živac baci na oštećeni mišić. Tako su otkrivene električne struje između zdravog i oštećenog tkiva. Tako su se zvali...struje kvara. Kasnije se pokazalo da je svaka aktivnost živaca, mišića i drugih tkiva praćena stvaranjem električne struje.

Dakle, dokazana je prisutnost biostruja u živim organizmima. Danas se snimaju i ispituju osjetljivim instrumentima - osciloskopima.

Biostruje u živim organizmima

Zanimljivi su prvi podaci o proučavanju električnih pojava u živoj prirodi. Objekti promatranja bile su električne ribe. Pokusima na električnoj klizaljki Faraday je utvrdio da je elektricitet koji stvara poseban organ ove ribe potpuno identičan elektricitetu dobivenom iz kemijskog ili drugog izvora, iako je produkt aktivnosti žive stanice. Naknadna su promatranja pokazala da mnoge ribe imaju posebne električne organe, svojevrsne "baterije" koje stvaraju visoke napone. Dakle, divovski raž stvara napon u pražnjenju od 50-60 V, nilski električni som 350 V, a elektroforna jegulja - preko 500 V. Ipak, ovaj visoki napon nema utjecaja na tijelo same ribe!

Električni organi ovih riba sastoje se od mišića koji su izgubili sposobnost kontrakcije: mišićno tkivo služi kao vodič, a vezivno tkivo služi kao izolator. U organ idu živci iz leđne moždine, a općenito je to mala lamelarna struktura izmjeničnih elemenata. Na primjer, jegulja ima između 6.000 i 10.000 povezanih u niz elemenata koji tvore stupac, te oko 70 stupaca u svakom organu koji se nalazi duž tijela. U odraslih osoba ovaj organ čini oko 40% ukupne tjelesne težine. Uloga električnih organa je velika, služe za obranu i napad, a također su dio vrlo osjetljivog navigacijskog i lokacijskog sustava.

Učinak iritacije.

Jedna od najvažnijih tjelesnih funkcija, tzvrazdražljivost - sposobnost reagiranja na promjene u okolini. Najveću razdražljivost imaju životinje i ljudi, koji imaju specijalizirane stanice koje tvore živčano tkivo. Živčane stanice – neuroni – prilagođene su za brz i specifičan odgovor na različite podražaje koji dolaze iz vanjske sredine i tkiva samog organizma. Prijem i prijenos podražaja odvija se uz pomoć električnih impulsa koji se šire određenim stazama.

Prijenos živčanih stanica i živčanih impulsa

Živčana stanica, neuron, zvjezdasto je tijelo i sastoji se od tankih nastavaka - aksona i dendrita. Kraj aksona prelazi u tanka vlakna koja završavaju u mišiću ili sinapsama. Kod odrasle osobe duljina aksona može doseći 1-1,5 m s debljinom od oko 0,01 mm. Stanična membrana ima posebnu ulogu u stvaranju i prijenosu živčanih impulsa.

Dokazana je samo činjenica da je živčani impuls impuls električne strujedo sredine 20. st., uglavnom djelima grupe A. Hodgkina. Godine 1963. A. Hodgkin, E. Huxley i J. Eccles dobili su Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu "za otkrića koja se tiču ​​ionskih mehanizama uključenih u ekscitaciju i inhibiciju u perifernim i središnjim regijama membrane živčanih stanica". Eksperimenti su provedeni na divovskim neuronima (promjera 0,5 mm) - aksonima lignje.

Pojedini dijelovi membrane imaju poluvodička i ion-selektivna svojstva - propuštaju ione istog predznaka ili jednog elementa. Na takvoj selektivnoj sposobnosti temelji se pojava membranskog potencijala, o kojem ovisi rad sustava za pretvorbu informacija i energije u tijelu. U vanjskoj otopini više od 90% nabijenih čestica su natrijevi i kloridni ioni. U otopini unutar stanice glavni dio pozitivnih iona su kalijevi ioni, a negativni veliki organski ioni. Koncentracija natrijevih iona izvana je 10 puta veća nego unutra, a kalijevih iona unutra je 30 puta veća nego izvana. To stvara dvostruki električni sloj na staničnoj stijenci. Budući da je membrana u mirovanju vrlo propusna, između unutarnjeg dijela i vanjsko okruženje postoji razlika potencijala od 60-100 mV, a unutarnji dio je negativno nabijen. Ta se razlika potencijala nazivapotencijal mirovanja.

Kada je stanica nadražena, dvostruki električni sloj se djelomično prazni. Kada potencijal mirovanja padne na 15-20 mV, propusnost membrane se povećava, a ioni natrija žure u stanicu. Čim se postigne pozitivna razlika potencijala između obje površine membrane, protok natrijevih iona prestaje. Istog trenutka otvaraju se kanali za ione kalija, a potencijal se pomiče na negativnu stranu. To zauzvrat smanjuje vodljivost natrijeva iona, a potencijal se vraća u stanje mirovanja.

Signal koji nastaje u stanici širi se duž aksona zbog vodljivosti elektrolita unutar njega. Ako akson ima posebnu izolaciju – mijelinsku ovojnicu – tada električni impuls tim područjima prolazi brže, a ukupna brzina određena je veličinom i brojem neizoliranih područja. Brzina impulsa u aksonu je 100 m/s.

Kako se signal prenosi kroz razmak? Ispostavilo se da je membrana sinapse heterogene strukture - u središnjim područjima ima "prozore" s malim otporom, a blizu ruba otpor je visok. Heterogenost membrane stvara se na poseban način: uz pomoć posebnog proteina - kopektina. Molekule ovog proteina tvore posebnu strukturu - kopnexon, koja se pak sastoji od šest molekula i ima kanal unutra. Dakle, sinapsa povezuje dvije stanice s mnogo malih cjevčica koje prolaze unutar proteinskih molekula. Razmak između membrana ispunjen je izolatorom. Kod ptica, protein mijelin djeluje kao izolator.

Kada promjena potencijala u mišićnom vlaknu dosegne prag ekscitacije električno ekscitabilne membrane, u njoj se javlja akcijski potencijal i mišićno vlakno se kontrahira.

Djelovanje živčanog impulsa na različite dijelove tijela

Čovječanstvo već više od tisućljeća zbunjuje što se događa u mozgu svake osobe. Sada je poznato da u mozgu mislirađaju se pod djelovanjem električne struje, ali mehanizam nije proučavan. Osvrćući se na međudjelovanje kemijskih i fizičkih pojava, Faraday je rekao: “Ma koliko bili divni zakoni i fenomeni elektriciteta koje smo promatrali u svijetu anorganske materije i nežive prirode, interes koji oni predstavljaju teško se može usporediti s onim što uzrokuje istu silu u kombinaciji sa životom.

Kod ljudi je također pronađeno elektromagnetsko polje koje stvaraju bioelektrični potencijali na površini stanica. Sovjetski izumitelj S. D. Kirlian uspio je ovu pojavu učiniti vizualnom u pravom smislu te riječi. Predložio je fotografiranje ljudskog tijela tako da se postavi između dva velika metalna zida na koja se dovodi izmjenični električni napon. U okolini s pojačanim elektromagnetskim poljem na ljudskoj koži nastaju mikronaboji, a najaktivnija su ona mjesta gdje izlaze živčani završeci. Na fotografijama snimljenim Kirlianovom metodom vidljive su kao male, svijetleće točkice. Te se točke, kako se pokazalo, nalaze upravo na onim mjestima tijela u koja se preporučuje uranjanje srebrnih igala tijekom tretmana akupunkture.

Dakle, koristeći snimanje moždanih biostruja kao Povratne informacije, možete procijeniti stupanj molitvenog uranjanja pacijenta.

Danas je poznato da su određeni dijelovi mozga odgovorni za emocije i kreativna aktivnost. Moguće je utvrditi je li ovo ili ono područje mozga u uzbuđenom stanju, ali je nemoguće dešifrirati te signale, pa se s pouzdanjem može reći da čovječanstvo neće uskoro naučiti čitati misli.

Ljudska misao proizvod je rada mozga povezanog s bioelektričnim pojavama u njemu i u drugim dijelovima tijela. Biostruje koje nastaju u mišićima osobe koja razmišlja o stiskanju prstiju u šaku, uhvaćene i pojačane odgovarajućom opremom, stišću prste mehaničke ruke.

Akademski psihijatarVladimir Mihajlovič Behterev i biofizičarPjotr ​​Petrovič Lazarev prepoznao da pod nekim posebnim uvjetima, koji znanosti još nisu točno poznati, električna energija jednog mozga može djelovati na daljinu na mozak druge osobe. Ako bi ovaj mozak bio "podešen" u skladu s tim, pretpostavljali su, bilo bi moguće u njemu izazvati "rezonantne" bioelektrične fenomene i, kao rezultat njih, odgovarajuće prikaze.

Proučavanje električnih pojava u tijelu donijelo je značajne koristi. Navodimo najpoznatije.

Izlaganje električnoj aktivnosti u medicinske svrhe

O Elektrokemija se široko koristi u medicini i fiziologiji. Razlika potencijala između dvije točke ćelije određuje se pomoću mikroelektroda. Uz njihovu pomoć možete mjeriti sadržaj kisika u krvi: u krv se uvodi kateter, čija je osnova platinska elektroda, smještena zajedno s referentnom elektrodom u otopinu elektrolita, koja se od analizirane krvi odvaja pomoću porozni hidrofobni teflonski film; kisik otopljen u krvi difundira kroz pore teflonskog filma do platinske elektrode i na njoj se reducira.

O U procesu vitalne aktivnosti, stanje organa, a time i njegova električna aktivnost, mijenja se tijekom vremena. Metoda proučavanja njihova rada, koja se temelji na registraciji potencijala električnog polja na površini tijela, naziva se elektrografija. Naziv elektrograma označava koji se organi ili tkiva proučavaju: srce - elektrokardiogram, mozak - elektroencefalogram, mišići - elektromiogram, koža - galvanska kožna reakcija itd.

O U medicinskoj praksi elektroforeza se široko koristi - za odvajanje proteina, aminokiselina, antibiotika, enzima kako bi se kontrolirao tijek bolesti. Iontoforeza je jednako uobičajena.

O Poznati aparat "umjetni bubreg", na koji se spaja pacijent u slučaju akutnog zatajenja bubrega, temelji se na fenomenu elektrodijalize. Krv teče kroz uski procjep između dviju membrana ispranih fiziološkom otopinom, dok se iz nje uklanjaju toksini - produkti metabolizma i propadanja tkiva.

Istraživači u SAD-u predložili su električnu stimulaciju za liječenje epilepsije. U tu svrhu, maleni uređaj programiran za stimulaciju ušiven je ispod kože u gornjem dijelu prsa. nervus vagus unutar 30 sati s intervalom od 5-15 minuta. Djelovanje mu je ispitano u SAD-u, Kanadi, Njemačkoj. U bolesnika kojima lijekovi nisu pomogli, nakon 3 mjeseca broj napadaja smanjio se za 25%, nakon 1,5 godine - za 50%.

Brzina reakcije

Jedna od značajki koje karakteriziraju mozak je brzina reakcije. Određuje se vremenom tijekom kojeg prvi impuls putuje od receptora organa koji je primio iritaciju do organa koji proizvodi tjelesni odgovor. Iz ankete koju sam proveo proizlazi da mnogo čimbenika utječe na brzinu reakcije i pozornost. Konkretno, može se smanjiti iz sljedećih razloga: nezanimljivo i (ili) monotono nastavno gradivo koje prezentira nastavnik; loša disciplina u razredu; dvosmislenost svrhe i plana lekcije; ustajali zrak u sobi; previsoka ili previsoka niske temperature U klasi; strana buka; prisutnost novih nepotrebnih pogodnosti, umor do kraja dana.

Postoje i pojedinačni razlozi za nepažnju: prelako ili preteško usvajanje materijala; neugodni obiteljski događaji; bolest, prekomjerni rad; gledanje veliki broj filmovi; kasno spavanje.

Zaključak

Riječi imaju ogroman utjecaj na živčanu aktivnost osobe. Što slušatelji više vjeruju govorniku, to je emocionalna boja riječi koju percipiraju svjetlija i njihov učinak jači. Pacijent vjeruje liječniku, učenik vjeruje učitelju, stoga treba pažljivo birati riječi - podražaje drugog signalnog sustava. Tako je kadet letačke škole koji je dobro leteo odjednom počeo osjećati neodoljiv strah. Ispostavilo se da mu je autoritativni instruktor pilota, odlazeći, ostavio poruku: "Nadam se da ćemo se uskoro vidjeti, ali budite oprezni s vadičepom."

Jednom riječju, možete i izazvati bolest i uspješno je izliječiti. Liječenje jednom riječju - logoterapija - dio je psihoterapije. Moje sljedeće iskustvo izravan je dokaz za to. Zamolio sam dvoje ljudi da izvedu sljedeće radnje: istovremeno, jednom rukom, kružnim pokretima gladite trbuh, drugom dodirujte glavu duž ravne linije. Ispostavilo se da je to bilo prilično teško učiniti - pokreti su bili istovremeno kružni ili linearni. No, na ispitanike sam utjecao na različite načine: jednome sam govorio da će uspjeti, a drugome da neće uspjeti. Nakon nekog vremena prvi je uspio, a drugi nije uspio.

Prilikom odabira zanimanja treba se voditi osobnim pokazateljima. Ako je stopa reakcije niska, onda je bolje ne birati zanimanja koja zahtijevaju puno pažnje, brzu analizu situacije (pilot, vozač itd.).

Književnost

Voronkov G.Ya.Elektricitet u svijetu kemije. - M.: Znanje, 1987.

Tretyakova S.V.Ljudski živčani sustav. - Fizika ("PS"), br.47.

Platonov K.Zabavna psihologija. - M.: Litra, 1997.

Berkinblit M.B., Glagoleva E.G.Elektricitet u živim organizmima. - M.: Nauka, 1988.

Učinak umora na živčani električni impuls

Svrha: ispitati učinak tjelesne aktivnosti na brzinu reakcije.

Napredak istraživanja:Uobičajeno vrijeme za jednostavnu reakciju je 100-200 ms na svjetlo, 120-150 ms na zvuk i 100-150 ms na elektrokutani podražaj. Proveo sam eksperiment prema metodi akademika Platonova.Na početku lekcije fizička kultura, bilježili smo vrijeme reakcije pri hvatanju lopte, zatim smo tu reakciju provjerili nakon fizičkog napora.

Vrijeme reakcije na vježbu

Vrijeme reakcije nakon vježbanja Opterećenja

Kocharyan Karen

0,13s

0,15 s

Nikolajev Valerij

0,15 s

0,16s

Kazakov Vadim

0,14s

0,16s

Kuzmin Nikita

0,8s

0,1s

Safiullin Timur

0,13s

0,15 s

Tuhvatullin Rishat

0,9s

0,11s

Farafonov Artur

0,9s

0,11s

Zaključak: Bilježili smo vrijeme reakcije prije i poslije vježbanja. Zaključili smo da umor usporava vrijeme reakcije.Na temelju toga, učiteljima se može savjetovati da, kada raspoređuju predmete koji zahtijevaju maksimalnu pažnju, stave usred školskog dana, kada učenici još nisu umorni i sposobni su za punu mentalnu aktivnost.

Živčani impuls - to je pokretni val promjena stanja membrane. Uključuje strukturne promjene (otvaranje i zatvaranje membranskih ionskih kanala), kemijske (promjene transmembranskih tokova iona) i električne (promjene električnog potencijala membrane: depolarizacija, pozitivna polarizacija i repolarizacija). © 2012-2019 Sazonov V.F.

Može se ukratko reći:

"živčani impuls je val promjene koji se kreće kroz membranu neurona." © 2012-2019 Sazonov V.F.

Ali u fiziološkoj literaturi pojam "akcijski potencijal" također se koristi kao sinonim za živčani impuls. Iako je akcijski potencijal samo električna komponentaživčani impuls.

akcijski potencijal - ovo je oštra nagla promjena membranskog potencijala iz negativnog u pozitivan i obrnuto.

Akcijski potencijal je električna karakteristika (električna komponenta) živčanog impulsa.

Živčani impuls je složeni strukturno-elektro-kemijski proces koji se širi duž membrane neurona u obliku putujućeg vala promjena.

akcijski potencijal - ovo je samo električna komponenta živčanog impulsa, koja karakterizira promjene električnog naboja (potencijala) u lokalnom dijelu membrane tijekom prolaska živčanog impulsa kroz nju (od -70 do +30 mV i obrnuto). (Kliknite na sliku lijevo da vidite animaciju.)

Usporedite dvije gornje slike (kliknite na njih) i, kako kažu, osjetite razliku!

Gdje se stvaraju živčani impulsi?

Čudno, ali ne mogu svi studenti koji su proučavali fiziologiju uzbuđenja odgovoriti na ovo pitanje. ((

Iako odgovor nije težak. Živčani impulsi se rađaju na neuronima na samo nekoliko mjesta:

1) brežuljak aksona (ovo je prijelaz tijela neurona na akson),

2) receptorski kraj dendrita,

3) prvo presretanje Ranviera na dendritu (trigger zona dendrita),

4) postsinaptička membrana ekscitatorne sinapse.

Mjesta živčanih impulsa:

1. Aksonski brežuljak glavni je pokretač živčanih impulsa.

Aksonski brežuljak je sam početak aksona, gdje počinje na tijelu neurona. To je brežuljak aksona koji je glavni roditelj (generator) živčanih impulsa na neuronu. Na svim drugim mjestima, vjerojatnost rođenja živčanog impulsa je mnogo manja. Činjenica je da membrana brežuljka aksona ima povećanu osjetljivost na ekscitaciju i sniženu kritičnu razinu depolarizacije (CDL) u odnosu na ostatak membrane. Stoga, kada se brojni ekscitatorni postsinaptički potencijali (EPSP) počnu zbrajati na membrani neurona, koji nastaju na različitim mjestima na postsinaptičkim membranama svih njegovih sinaptičkih kontakata, tada se FEC postiže prije svega na brežuljku aksona. Tamo ta nadpražna depolarizacija za kolikulus otvara natrijeve kanale osjetljive na napon u koje ulazi tok natrijevih iona, generirajući akcijski potencijal i živčani impuls.

Dakle, brežuljak aksona je integrativna zona na membrani, integrira sve lokalne potencijale (ekscitatorne i inhibitorne) koji se javljaju na neuronu - a prvi radi na postizanju CUD-a, stvarajući živčani impuls.

Također je važno uzeti u obzir sljedeću činjenicu. Od brežuljka aksona, živčani impuls se raspršuje duž cijele membrane njegovog neurona: duž aksona do presinaptičkih završetaka i duž dendrita do postsinaptičkih "početaka". Svi lokalni potencijali uklanjaju se s membrane neurona i iz svih njegovih sinapsi jer oni su "prekinuti" akcijskim potencijalom iz živčanog impulsa koji prolazi kroz cijelu membranu.

2. Receptorski završetak osjetljivog (aferentnog) neurona.

Ako neuron ima receptorski završetak, tada na njega može djelovati odgovarajući podražaj i na tom završetku generirati prvo generatorski potencijal, a zatim živčani impuls. Kada potencijal generatora dosegne KUD, na tom se kraju otvaraju ovisni o naponu natrijevi ionski kanali i rađaju se akcijski potencijal i živčani impuls. Živčani impuls ide duž dendrita do tijela neurona, a zatim duž njegovog aksona do presinaptičkih završetaka kako bi prenio uzbuđenje do sljedećeg neurona. Tako djeluju, primjerice, receptori boli (nociceptori), koji su dendritični završeci neurona boli. Živčani impulsi u neuronima boli hvataju se točno na završecima receptora dendrita.

3. Prvo presretanje Ranviera na dendritu (trigger zona dendrita).

Lokalni ekscitatorni postsinaptički potencijali (EPSP) na krajevima dendrita, koji se formiraju kao odgovor na ekscitacije koje dolaze do dendrita kroz sinapse, zbrajaju se u prvom Ranvierovom čvoru ovog dendrita, ako je, naravno, mijeliniziran. Postoji dio membrane s povećanom osjetljivošću na ekscitaciju (donji prag), stoga se u tom području najlakše prevlada kritična razina depolarizacije (CDL), nakon čega se otvaraju naponski kontrolirani ionski kanali za natrij - i nastaje akcijski potencijal (živčani impuls).

4. Postsinaptička membrana ekscitatorne sinapse.

U rijetkim slučajevima, EPSP u ekscitatornoj sinapsi može biti toliko jak da dosegne CUD točno tamo i generira živčani impuls. Ali češće je to moguće samo kao rezultat zbrajanja nekoliko EPSP-ova: bilo iz nekoliko susjednih sinapsi koje su se aktivirale istovremeno (prostorna sumacija), ili zbog činjenice da je nekoliko impulsa u nizu stiglo u određenu sinapsu (vremenska sumacija) .

Video:Provođenje živčanog impulsa duž živčanog vlakna

Akcijski potencijal kao živčani impuls

U nastavku je materijal preuzet iz edukativno-metodičkog priručnika autora ove stranice na koji se možete pozivati ​​u svojoj bibliografiji:

Sazonov V.F. Pojam i vrste inhibicije u fiziologiji središnjeg živčanog sustava: Pomoć u nastavi. Dio 1. Ryazan: RGPU, 2004. 80 str.

Svi procesi membranskih promjena koji se javljaju tijekom širenja pobude dobro su proučeni i opisani u znanstvenim i obrazovna literatura. Ali ovaj opis nije uvijek lako razumjeti, jer u ovaj proces previše je komponenti uključeno (s gledišta običnog studenta, ne čuda od djeteta, naravno).

Kako bismo olakšali razumijevanje, predlažemo da razmotrimo jedan elektrokemijski proces širenja dinamičke pobude s tri strane, na tri razine:

Električni fenomeni - razvoj akcijskog potencijala.

Kemijske pojave – kretanje ionskih tokova.

Strukturni fenomeni - ponašanje ionskih kanala.

Tri strane procesa šireći uzbuđenje

1. Akcijski potencijal (AP)

akcijski potencijal - to je nagla promjena stalnog membranskog potencijala iz negativne u pozitivnu polarizaciju i obrnuto.

Obično se membranski potencijal u neuronima CNS-a mijenja od –70 mV do +30 mV, a zatim se ponovno vraća u prvobitno stanje, tj. do –70 mV. Kao što vidite, pojam akcijskog potencijala karakteriziraju električni fenomeni na membrani.

Na električnoj razini promjene počinju kao promjena polariziranog stanja membrane u depolarizaciju. Prvo, depolarizacija se javlja u obliku lokalnog ekscitacijskog potencijala. Do kritične razine depolarizacije (oko -50 mV), ovo je relativno jednostavno linearno smanjenje elektronegativnosti proporcionalno snazi ​​podražaja. Ali onda počinje coolersamoojačavajući depolarizacija, ne razvija se konstantnom brzinom, većs ubrzanjem . Slikovito rečeno, depolarizacija se toliko ubrzava da ne primijetivši preskače nultu granicu, pa čak prelazi i u pozitivnu polarizaciju. Nakon dostizanja vrha (obično +30 mV), počinje obrnuti proces -repolarizacija , tj. obnavljanje negativne polarizacije membrane.

Opišimo ukratko električne pojave tijekom protoka akcijskog potencijala:

Uzlazna grana karte:

potencijal mirovanja - početno obično polarizirano elektronegativno stanje membrane (-70 mV);

povećanje lokalnog potencijala - depolarizacija proporcionalna podražaju;

kritična razina depolarizacije (-50 mV) - naglo ubrzanje depolarizacije (zbog samootvaranja natrijevih kanala), skok počinje od ove točke - dio akcijskog potencijala visoke amplitude;

samoojačavajuća naglo rastuća depolarizacija;

prijelaz nulte oznake (0 mV) - promjena polariteta membrane;

"overshoot" - pozitivna polarizacija (inverzija, ili reverzija, membranskog naboja);

vrh (+30 mV) – vrh procesa promjene polariteta membrane, vrh akcijskog potencijala.

Silazna grana grafikona:

repolarizacija - obnova bivše elektronegativnosti membrane;

prijelaz nulte oznake (0 mV) - obrnuta promjena polariteta membrane na prethodnu, negativnu;

prijelaz kritične razine depolarizacije (-50 mV) - prestanak faze relativne refrakternosti (neekscitabilnosti) i povratak ekscitabilnosti;

procesi u tragovima (depolarizacija u tragovima ili hiperpolarizacija u tragovima);

obnova potencijala mirovanja - norma (-70 mV).

Dakle, prvo - depolarizacija, zatim - repolarizacija. Prvo, gubitak elektronegativnosti, zatim ponovno uspostavljanje elektronegativnosti.

2. Ionska strujanja

Slikovito možemo reći da su nabijeni ioni kreatori električnih potencijala u živčanim stanicama. Za mnoge ljude zvuči čudno reći da voda ne provodi struju. Ali zapravo jest. Sama voda je izolator, a ne vodič. U vodi električnu struju ne stvaraju elektroni, kao u metalnim žicama, već nabijeni ioni: pozitivni kationi i negativni anioni. U živim stanicama glavni "električni rad" obavljaju kationi, budući da su pokretljiviji. Električne struje u stanicama su tokovi iona.

Dakle, važno je shvatiti da su sve električne struje koje prolaze kroz membranuionske struje . Jednostavno ne postoji struja koja nam je poznata iz fizike u obliku toka elektrona u stanicama, kao u vodenim sustavima. Pozivanje na tokove elektrona bilo bi pogrešno.

Na kemijskoj razini mi, opisujući širenje pobude, moramo uzeti u obzir kako se mijenjaju karakteristike tokova iona koji prolaze kroz membranu. Glavna stvar u tom procesu je da se tijekom depolarizacije protok natrijevih iona u stanicu naglo povećava, a zatim se naglo zaustavlja na vrhuncu akcijskog potencijala. Dolazni tok natrija samo uzrokuje depolarizaciju, budući da ioni natrija sa sobom donose pozitivne naboje u stanicu (što smanjuje elektronegativnost). Zatim, nakon skoka, vanjski tok iona kalija značajno se povećava, što uzrokuje repolarizaciju. Uostalom, kalij, kao što smo više puta rekli, sa sobom odnosi pozitivne naboje iz stanice. Negativni naboji u većini ostaju unutar ćelije i zbog toga se povećava elektronegativnost. Ovo je obnavljanje polarizacije zbog odlaznog protoka kalijevih iona. Imajte na umu da se odljev kalijevih iona događa gotovo istodobno s pojavom protoka natrija, ali se sporo povećava i traje 10 puta dulje. Unatoč trajanju protoka kalija samih iona, malo se troši - samo milijunti dio rezerve kalija u stanici (0,000001 dio).

Sažmimo. Uzlazna grana grafa akcijskog potencijala nastaje zbog ulaska natrijevih iona u stanicu, a silazna zbog izlaska kalijevih iona iz stanice.

3. Ionski kanali

Sva tri aspekta procesa pobude - električni, kemijski i strukturni - nužna su za razumijevanje njegove biti. Ali ipak, sve počinje radom ionskih kanala. Stanje ionskih kanala predodređuje ponašanje iona, a ponašanje iona je zauzvrat popraćeno električnim fenomenima. Započnite proces uzbuđenjanatrijevih kanala .

Na molekularnoj strukturnoj razini membranski natrijevi kanali otvoreni. U početku se taj proces odvija proporcionalno snazi ​​vanjskog utjecaja, a zatim postaje jednostavno “nezaustavljiv” i masovan. Otvaranje kanala omogućuje ulazak natrija u stanicu i uzrokuje depolarizaciju. Zatim, nakon otprilike 2-5 milisekundi, oniautomatsko zatvaranje . Ovo zatvaranje kanala naglo prekida kretanje natrijevih iona u stanicu, a time i porast električnog potencijala. Potencijalni rast prestaje i vidimo skok na grafikonu. Ovo je vrh krivulje na grafikonu, onda će proces ići u suprotnom smjeru. Naravno, vrlo je zanimljivo razumjeti da natrijevi kanali imaju dvoja vrata, te se otvaraju aktivacijskim vratima, a zatvaraju inaktivacijskim vratima, no o tome bi trebalo biti riječi ranije, u temi “Ekcitacija”. Nećemo tu stati.

Paralelno s otvaranjem natrijevih kanala s blagim kašnjenjem u vremenu dolazi do sve većeg otvaranja kalijevih kanala. Oni su spori u usporedbi s natrijem. Otvaranje dodatnih kalijevih kanala pospješuje otpuštanje pozitivnih kalijevih iona iz stanice. Oslobađanje kalija suzbija depolarizaciju "natrija" i uzrokuje vraćanje polariteta (vraćanje elektronegativnosti). Ali natrijevi kanali su ispred kalijevih kanala, aktiviraju se oko 10 puta brže. Stoga je dolazni tok pozitivnih natrijevih iona u stanicu ispred kompenzacijskog odljeva kalijevih iona. Stoga se depolarizacija razvija brže nego polarizacija koja joj se suprotstavlja, uzrokovana istjecanjem iona kalija. Zato, dok se natrijevi kanali ne zatvore, neće započeti obnova polarizacije.

Vatra kao metafora za širenje uzbuđenja

Da bi se shvatio smisaodinamičan proces pobude, tj. Da bismo razumjeli njegovu distribuciju duž membrane, treba zamisliti da gore opisani procesi zahvaćaju najprije najbliže, a zatim sve nove, sve udaljenije dijelove membrane, dok ne prođu kroz cijelu membranu. Ako ste vidjeli “val uživo” koji navijači na stadionu organiziraju ustajanjem i čučnjenjem, tada će vam biti lako zamisliti membranski val pobuđenja, koji nastaje zbog uzastopnog protoka transmembranskih ionskih struja u susjednim područja.

Kada smo tražili figurativni primjer, analogiju ili metaforu koja bi vizualno mogla dočarati značenje uzbuđenja koje se širi, odlučili smo se za sliku vatre. Doista, širenje uzbuđenja je poput šumskog požara, kada zapaljena stabla ostaju na mjestu, a prednji dio vatre se širi i ide sve dalje i dalje u svim smjerovima od izvora paljenja.

Kako će u ovoj metafori izgledati fenomen inhibicije?

Odgovor je očit – kočenje će izgledati kao gašenje požara, kao smanjenje izgaranja i gašenje požara. Ali ako se vatra proširi sama od sebe, onda gašenje zahtijeva napor. Iz gašenog područja proces gašenja sam po sebi neće ići u svim smjerovima.

Postoje tri opcije za gašenje požara: (1) ili morate pričekati da sve izgori i vatra iscrpi sve zalihe zapaljivih tvari, (2) ili morate polijevati goruća područja vodom da se ugase, (3) ili morate unaprijed zaliti najbliža područja koja nisu zahvaćena vatrom, kako se ne bi zapalila.

Je li moguće "ugasiti" val širenja uzbuđenja?

Malo je vjerojatno da je živčana stanica u stanju "ugasiti" ovu "vatru" uzbuđenja koja je započela. Stoga je prva metoda prikladna samo za umjetnu intervenciju u radu neurona (na primjer, u medicinske svrhe). Ali ispada da je sasvim moguće "neka područja ispuniti vodom" i spriječiti širenje uzbuđenja.

© Sazonov V.F. Pojam i vrste inhibicije u fiziologiji središnjeg živčanog sustava: Edukacijski priručnik. Dio 1. Ryazan: RGPU, 2004. 80 str.

AUTOVAL U AKTIVNO EKSCITABILNIM MEDIJEM (ABC)

Kada se val širi u aktivno ekscitabilnom mediju, nema prijenosa energije. Energija se ne prenosi, već se oslobađa kada pobuda dosegne dio ABC. Može se povući analogija sa nizom eksplozija punjenja postavljenih na određenoj udaljenosti jedno od drugog (na primjer, kod gašenja šumskih požara, građevinskih radova, melioracijskih radova), kada eksplozija jednog punjenja uzrokuje eksploziju obližnjeg, a tako dalje. Šumski požar također je primjer širenja valova u aktivno uzbudljivom mediju. Plamen se širi područjem s raspoređenim energetskim rezervama – drvećem, mrtvim drvetom, suhom mahovinom.

Osnovna svojstva valova koji se šire u aktivno pobudljivim medijima (ABC)

Pobudni val se širi u ABC bez slabljenja; prolazak pobudnog vala povezan je s refrakternošću – nepodražljivošću medija određeno vrijeme (period refrakternosti).

Provođenje živčanih impulsa duž živčanih vlakana i kroz sinapse. Potencijal visokog napona koji se javlja kada se receptor pobudi u živčanom vlaknu je 5-10 puta veći od praga stimulacije receptora. Provođenje vala pobude duž živčanog vlakna osigurava se činjenicom da je svaki njegov sljedeći dio iritiran visokonaponskim potencijalom prethodnog odjeljka. U mesnatim živčanim vlaknima taj se potencijal ne širi kontinuirano, nego naglo; preskače jedno ili čak nekoliko ubačaja Ranviera, u kojima pojačava. Trajanje pobude između dva susjedna Ranvierova presjeka je jednako 5-10% trajanja visokonaponskog potencijala.

Živčani impulsi se provode izolirano duž pojedinih motornih i osjetnih živčanih vlakana koja su dio mješovitog živca, što ovisi o izolacijskim svojstvima mijelinskih ovojnica koje ih prekrivaju. U nemesnatim živčanim vlaknima biostruja se kontinuirano širi duž vlakna i zahvaljujući ovojnici vezivnog tkiva ne prelazi s jednog vlakna na drugo. Živčani impuls može se širiti duž živčanog vlakna u dva smjera: centripetalnom i centrifugalnom. Stoga postoje tri pravila provođenja živčanog impulsa u živčanim vlaknima: 1) anatomski kontinuitet i fiziološki integritet, 2) izolirano provođenje i 3) bilateralno provođenje.

2-3 dana nakon odvajanja živčanih vlakana od tijela neurona počinje njihova regeneracija, odnosno degeneracija, te prestaje provođenje živčanih impulsa. Živčana vlakna i mijelin su uništeni, a sačuvana je samo vezivnotkivna ovojnica. Ako su presječeni krajevi živčanih vlakana, odnosno živaca, spojeni, tada nakon degeneracije onih područja koja su odvojena od živčanih stanica, obnavljanje, odnosno regeneracija, živčanih vlakana počinje od tijela neurona, iz kojih se urastaju u očuvane membrane vezivnog tkiva. Regeneracija živčanih vlakana dovodi do obnove provođenja impulsa.

Za razliku od živčanih vlakana, živčani impulsi se kroz neurone živčanog sustava provode samo u jednom smjeru - od receptora do radnog organa. Ovisi o prirodi provođenja živčanog impulsa kroz sinapse. U živčanom vlaknu iznad presinaptičke membrane nalaze se mnoge sitne vezikule acetilkolina. Kada biostruja dođe do presinaptičke membrane, neke od ovih vezikula pucaju, a acetilkolin prolazi kroz najmanje rupice u presinaptičkoj membrani u sinaptičku pukotinu.
U postsinaptičkoj membrani postoje mjesta koja imaju poseban afinitet za acetilkolin, što uzrokuje privremenu pojavu pora u postsinaptičkoj membrani, što je čini privremeno propusnom za ione. Kao rezultat toga, u postsinaptičkoj membrani nastaje ekscitacija i visokonaponski potencijal koji se širi duž sljedećeg neurona ili inerviranog organa. Stoga se prijenos uzbude kroz sinapse događa kemijski putem medijatora, odnosno medijatora, acetilkolina, a provođenje uzbude duž sljedećeg neurona ponovno se provodi električnim putem.

Djelovanje acetilkolina na provođenje živčanog impulsa kroz sinapsu je kratkotrajno; brzo se uništava, hidrolizira enzim kolinesteraza.

Budući da se kemijski prijenos živčanog impulsa u sinapsi događa unutar djelića milisekunde, u svakoj sinapsi živčani impuls kasni za to vrijeme.

Za razliku od živčanih vlakana u kojima se informacije prenose po principu “sve ili ništa”, odnosno diskretno, u sinapsama, informacije se prenose po principu “manje više”, odnosno postupno. Što se više posrednika acetilkolina stvara do određene granice, to je veća učestalost visokonaponskih potencijala u sljedećem neuronu. Nakon te granice ekscitacija prelazi u inhibiciju. Dakle, digitalna informacija koja se prenosi duž živčanih vlakana prolazi u sinapsama u mjernu informaciju. mjerni elektronički strojevi,

u kojima postoje određeni odnosi između stvarno izmjerenih veličina i veličina koje one predstavljaju nazivaju se analognim, radeći na principu "više ili manje"; možemo pretpostaviti da se sličan proces odvija u sinapsama i dolazi do njezina prijelaza u digitalnu. Posljedično, živčani sustav funkcionira prema mješovitom tipu: u njemu se izvode i digitalni i analogni procesi.

Sadržaj članka

ŽIVČANI SUSTAV, složena mreža struktura koja prožima cijelo tijelo i osigurava samoregulaciju njegove vitalne aktivnosti zahvaljujući sposobnosti reagiranja na vanjske i unutarnje utjecaje (podražaje). Glavne funkcije živčanog sustava su primanje, pohranjivanje i obrada informacija iz vanjske i unutarnje okoline, regulacija i koordinacija aktivnosti svih organa i organskih sustava. Kod ljudi, kao i kod svih sisavaca, živčani sustav uključuje tri glavne komponente: 1) živčane stanice (neuroni); 2) glija stanice povezane s njima, posebno neuroglijalne stanice, kao i stanice koje tvore neurilemu; 3) vezivno tkivo. Neuroni osiguravaju provođenje živčanih impulsa; neuroglija obavlja potporne, zaštitne i trofičke funkcije i u mozgu i u leđnoj moždini, a neurilema, koja se sastoji uglavnom od specijaliziranih, tzv. Schwannove stanice, sudjeluje u stvaranju membrana vlakana periferni živci; vezivno tkivo podupire i povezuje različite dijelove živčanog sustava.

Ljudski živčani sustav podijeljen je na različite načine. Anatomski se sastoji od središnjeg živčanog sustava (CNS) i perifernog živčanog sustava (PNS). Središnji živčani sustav uključuje mozak i leđnu moždinu, a PNS, koji osigurava komunikaciju između središnjeg živčanog sustava i raznih dijelova tijela, uključuje kranijalne i spinalne živce, kao i živčane čvorove (ganglije) i živčane pleksuse koji leže izvana leđne moždine i mozga.

Neuron.

Strukturna i funkcionalna jedinica živčanog sustava je živčana stanica – neuron. Procjenjuje se da u ljudskom živčanom sustavu ima više od 100 milijardi neurona. Tipični neuron sastoji se od tijela (tj. dijela jezgre) i nastavaka, jednog obično nerazgranatog procesa, aksona, i nekoliko granastih, dendrita. Akson nosi impulse od tijela stanice do mišića, žlijezda ili drugih neurona, dok ih dendriti prenose do tijela stanice.

U neuronu, kao i u drugim stanicama, postoji jezgra i niz sićušnih struktura - organela ( vidi takođerĆELIJA). To uključuje endoplazmatski retikulum, ribosome, Nisslova tjelešca (tigroid), mitohondrije, Golgijev kompleks, lizosome, filamente (neurofilamente i mikrotubule).

Živčani impuls.

Ako stimulacija neurona prijeđe određenu graničnu vrijednost, tada se na mjestu stimulacije događa niz kemijskih i električnih promjena koje se šire cijelim neuronom. Prenošene električne promjene nazivaju se živčani impulsi. Za razliku od jednostavnog električnog pražnjenja, koje će zbog otpora neurona postupno slabiti i moći će prevladati samo kratku udaljenost, mnogo sporiji "tekući" živčani impuls stalno se obnavlja (regenerira) u procesu širenja.

Koncentracije iona (električno nabijenih atoma) – uglavnom natrija i kalija, kao i organskih tvari – izvan i unutar neurona nisu iste, pa je živčana stanica u mirovanju iznutra negativno nabijena, a izvana pozitivno. ; kao rezultat toga nastaje potencijalna razlika na staničnoj membrani (tzv. "potencijal mirovanja" je približno -70 milivolta). Svaka promjena koja smanjuje negativni naboj unutar stanice, a time i potencijalnu razliku preko membrane, naziva se depolarizacija.

Plazma membrana koja okružuje neuron složena je tvorevina koja se sastoji od lipida (masti), proteina i ugljikohidrata. Praktički je nepropustan za ione. Ali neke od proteinskih molekula u membrani tvore kanale kroz koje mogu proći određeni ioni. Međutim, ti kanali, koji se nazivaju ionski kanali, nisu uvijek otvoreni, ali se, poput vrata, mogu otvarati i zatvarati.

Kada je neuron stimuliran, neki od natrijevih (Na +) kanala se otvaraju na mjestu stimulacije, zbog čega ioni natrija ulaze u stanicu. Dotok ovih pozitivno nabijenih iona smanjuje negativni naboj unutarnje površine membrane u području kanala, što dovodi do depolarizacije, koju prati nagla promjena napona i pražnjenje - tzv. "akcijski potencijal", tj. živčani impuls. Natrijevi kanali se tada zatvaraju.

U mnogim neuronima depolarizacija također uzrokuje otvaranje kalijevih (K+) kanala, uzrokujući da ioni kalija napuste stanicu. Gubitak ovih pozitivno nabijenih iona ponovno povećava negativni naboj na unutarnjoj površini membrane. Tada se zatvaraju kalijevi kanali. Počinju raditi i drugi membranski proteini – tzv. kalij-natrijeve pumpe koje osiguravaju kretanje Na+ iz stanice, a K+ u stanicu, čime se uz aktivnost kalijevih kanala uspostavlja početno elektrokemijsko stanje (potencijal mirovanja) na mjestu podražaja.

Elektrokemijske promjene na mjestu stimulacije uzrokuju depolarizaciju na susjednoj točki membrane, pokrećući isti ciklus promjena u njoj. Taj se proces stalno ponavlja, a na svakoj novoj točki u kojoj dolazi do depolarizacije rađa se impuls iste veličine kao u prethodnoj točki. Dakle, zajedno s obnovljenim elektrokemijskim ciklusom, živčani impuls se širi duž neurona od točke do točke.

Živci, živčana vlakna i gangliji.

Živac je snop vlakana od kojih svako funkcionira neovisno o drugima. Vlakna u živcu organizirana su u nakupine okružene specijaliziranim vezivnim tkivom koje sadrži žile koje opskrbljuju živčana vlakna hranjivim tvarima i kisikom te uklanjaju ugljični dioksid i otpadne proizvode. Živčana vlakna duž kojih se impulsi šire od perifernih receptora do središnjeg živčanog sustava (aferentni) nazivaju se osjetljivim ili osjetnim. Vlakna koja prenose impulse iz središnjeg živčanog sustava u mišiće ili žlijezde (eferentna) nazivaju se motorna ili motorna. Većina živaca je mješovita i sastoji se od osjetnih i motoričkih vlakana. Ganglij (ganglion) je nakupina neuronskih tijela u perifernom živčanom sustavu.

Vlakna aksona u PNS-u okružena su neurilemom – omotačem Schwannovih stanica koje se nalaze duž aksona, poput perli na niti. Značajan broj ovih aksona prekriven je dodatnom ovojnicom mijelina (kompleks protein-lipid); nazivaju se mijelinizirani (mesnati). Vlakna koja su okružena stanicama neurileme, ali nisu prekrivena mijelinskom ovojnicom, nazivaju se nemijelinizirana (nemijelinizirana). Mijelinizirana vlakna nalaze se samo kod kralješnjaka. Mijelinska ovojnica se formira od plazma membrane Schwannovih stanica, koja se omotava oko aksona poput smotuljka vrpce, tvoreći sloj za slojem. Područje aksona gdje se dvije susjedne Schwannove stanice međusobno dodiruju naziva se Ranvierov čvor. U SŽS-u mijelinsku ovojnicu živčanih vlakana čini posebna vrsta glija stanica – oligodendroglija. Svaka od ovih stanica tvori mijelinsku ovojnicu nekoliko aksona odjednom. Nemijeliniziranim vlaknima u središnjem živčanom sustavu nedostaje omotač od posebnih stanica.

Mijelinska ovojnica ubrzava provođenje živčanih impulsa koji "skaču" iz jednog Ranvierovog čvora u drugi, koristeći ovu ovojnicu kao spojni električni kabel. Brzina provođenja impulsa raste sa zadebljanjem mijelinske ovojnice i kreće se od 2 m/s (uz nemijelinizirana vlakna) do 120 m/s (duž vlakana, posebno bogata mijelinom). Za usporedbu: brzina prostiranja električne struje kroz metalne žice je od 300 do 3000 km/s.

Sinapsa.

Svaki neuron ima specijaliziranu vezu s mišićima, žlijezdama ili drugim neuronima. Zona funkcionalnog kontakta između dva neurona naziva se sinapsa. Interneuronske sinapse nastaju između različitih dijelova dviju živčanih stanica: između aksona i dendrita, između aksona i tijela stanice, između dendrita i dendrita, između aksona i aksona. Neuron koji šalje impuls u sinapsu naziva se presinaptičkim; neuron koji prima impuls je postsinaptički. Sinaptički prostor je u obliku proreza. Živčani impuls koji se širi duž membrane presinaptičkog neurona dolazi do sinapse i potiče otpuštanje posebne tvari - neurotransmitera - u usku sinaptičku pukotinu. Molekule neurotransmitera difundiraju kroz pukotinu i vežu se za receptore na membrani postsinaptičkog neurona. Ako neurotransmiter stimulira postsinaptički neuron, njegovo se djelovanje naziva ekscitatornim; ako ga potiskuje, naziva se inhibicijskim. Rezultat zbrajanja stotina i tisuća ekscitatornih i inhibicijskih impulsa koji istovremeno teku do neurona glavni je čimbenik koji određuje hoće li ovaj postsinaptički neuron generirati živčani impuls u određenom trenutku.

Kod niza životinja (npr. kod jastoga) između neurona pojedinih živaca uspostavlja se osobito tijesna veza uz stvaranje ili neobično uske sinapse, tzv. gap junction, ili, ako su neuroni u izravnom kontaktu jedni s drugima, tight junction. Živčani impulsi prolaze kroz te veze ne uz sudjelovanje neurotransmitera, već izravno, električnim prijenosom. Nekoliko gustih spojeva neurona također se nalazi kod sisavaca, uključujući ljude.

Regeneracija.

Kad se čovjek rodi, svi njegovi neuroni i većina međuneuronskih veza već su formirani, a kasnije se formira samo nekoliko novih neurona. Kada neuron umre, on nije zamijenjen novim. Međutim, one preostale mogu preuzeti funkcije izgubljene stanice, formirajući nove procese koji tvore sinapse s onim neuronima, mišićima ili žlijezdama s kojima je izgubljeni neuron bio povezan.

Presječena ili oštećena neuronska vlakna PNS-a okružena neurilemom mogu se regenerirati ako tijelo stanice ostane netaknuto. Ispod mjesta presjeka, neurilema je sačuvana kao cjevasta struktura, a onaj dio aksona koji ostaje povezan s tijelom stanice raste duž ove cijevi sve dok ne dođe do živčanog završetka. Tako se obnavlja funkcija oštećenog neurona. Aksoni u središnjem živčanom sustavu koji nisu okruženi neurilemom očito ne mogu izrasti natrag na mjesto svog prethodnog završetka. Međutim, mnogi neuroni CNS-a mogu dovesti do novih kratkih procesa - ogranaka aksona i dendrita koji tvore nove sinapse. vidi također REGENERACIJA.

SREDIŠNJI ŽIVČANI SUSTAV

CNS se sastoji od mozga i leđne moždine i njihovih zaštitnih membrana. Najudaljenija je dura mater, ispod nje je arahnoid (arahnoid), a zatim pia mater, srasla s površinom mozga. Između meke i arahnoidne membrane nalazi se subarahnoidni (subarahnoidalni) prostor koji sadrži cerebrospinalnu (cerebrospinalnu) tekućinu, u kojoj i mozak i leđna moždina doslovno plutaju. Djelovanje sile uzgona tekućine dovodi do toga da, na primjer, mozak odrasle osobe, čija je prosječna masa 1500 g, stvarno teži 50-100 g unutar lubanje. Meninge i cerebrospinalna tekućina također imaju ulogu amortizera, ublažavajući sve vrste šokova i šokova koje tijelo doživljava, a koji bi mogli dovesti do oštećenja živčanog sustava.

CNS se sastoji od sivih i bijela tvar. Siva tvar sastoji se od staničnih tijela, dendrita i nemijeliniziranih aksona, organiziranih u komplekse koji uključuju bezbrojne sinapse i služe kao centri za obradu informacija za mnoge funkcije živčanog sustava. Bijela tvar se sastoji od mijeliniziranih i nemijeliniziranih aksona koji djeluju kao vodiči koji prenose impulse iz jednog centra u drugi. U sastav sive i bijele tvari ulaze i glija stanice.

Neuroni CNS-a tvore mnoge sklopove koji obavljaju dvije glavne funkcije: osiguravaju refleksnu aktivnost, kao i složenu obradu informacija u višim moždanim centrima. Ti viši centri, kao što je vizualni korteks (vidni korteks), primaju dolazne informacije, obrađuju ih i prenose signal odgovora duž aksona.

Rezultat aktivnosti živčanog sustava je jedna ili druga aktivnost, koja se temelji na kontrakciji ili opuštanju mišića ili lučenju ili prestanku lučenja žlijezda. Svaki način našeg samoizražavanja povezan je s radom mišića i žlijezda.

Dolazne senzorne informacije obrađuju se prolaskom kroz niz centara povezanih dugim aksonima, koji tvore specifične putove, kao što su bolni, vizualni, slušni. Senzitivni (uzlazni) putovi idu uzlaznim putem do središta mozga. Motorički (silazni) putovi povezuju mozak s motornim neuronima kranijalnih i spinalnih živaca.

Putovi su obično organizirani na takav način da informacije (na primjer, bol ili taktil) s desne strane tijela idu u lijevu stranu mozga i obrnuto. Ovo pravilo vrijedi i za silazne motoričke puteve: desna polovica mozga kontrolira pokrete lijeve strane tijela, a lijeva polovica- točno. Od ovoga opće pravilo međutim, postoji nekoliko iznimaka.

Mozak

sastoji se od tri glavne strukture: cerebralne hemisfere, malog mozga i trupa.

Cerebralne hemisfere, najveći dio mozga, sadrže viši živčani centri, koji čine osnovu svijesti, intelekta, osobnosti, govora, razumijevanja. U svakoj od velikih hemisfera razlikuju se sljedeće formacije: izolirane nakupine (jezgre) sive tvari koje leže u dubinama, koje sadrže mnoge važne centre; veliki niz bijele tvari koji se nalazi iznad njih; prekriva hemisfere izvana, debeli sloj sive tvari s brojnim zavojima, čineći cerebralni korteks.

Mali mozak se također sastoji od duboke sive tvari, srednjeg niza bijele tvari i vanjskog debelog sloja sive tvari koji tvori mnoge vijuge. Mali mozak osigurava uglavnom koordinaciju pokreta.

Leđna moždina.

Nalazi se unutar kralježničnog stupa i njime je zaštićen koštano tkivo leđna moždina je cilindrična i prekrivena s tri membrane. Na poprečnom presjeku siva tvar ima oblik slova H ili leptira. Siva tvar je okružena bijelom tvari. Senzorna vlakna spinalnih živaca završavaju u dorzalnim (stražnjim) dijelovima sive tvari - stražnjim rogovima (na krajevima H okrenutim prema leđima). Tijela motoričkih neurona spinalnih živaca nalaze se u ventralnim (prednjim) dijelovima sive tvari - prednjim rogovima (na krajevima H, udaljenim od leđa). U bijeloj tvari postoje uzlazni osjetni putovi koji završavaju u sivoj tvari leđne moždine, te silazni motorički putovi koji dolaze iz sive tvari. Osim toga, mnoga vlakna u bijeloj tvari povezuju različite dijelove sive tvari leđne moždine.

PERIFERNI ŽIVČANI SUSTAV

PNS osigurava dvosmjernu vezu između središnjih dijelova živčanog sustava i organa i sustava u tijelu. Anatomski, PNS je predstavljen kranijalnim (lubanjskim) i spinalnim živcima, kao i relativno autonomnim crijevnim živčanim sustavom lokaliziranim u crijevnoj stijenci.

Svi kranijalni živci (12 pari) dijele se na motoričke, osjetne ili mješovite. Motorni živci nastaju u motornim jezgrama trupa, koje tvore tijela samih motornih neurona, a osjetni živci nastaju iz vlakana onih neurona čija tijela leže u ganglijima izvan mozga.

Iz leđne moždine izlazi 31 par spinalnih živaca: 8 pari cervikalnih, 12 torakalnih, 5 lumbalnih, 5 sakralnih i 1 kokcigealni. Označavaju se u skladu s položajem kralježaka uz intervertebralne otvore, iz kojih izlaze ovi živci. Svaki spinalni živac ima prednji i stražnji korijen koji se spajaju i formiraju sam živac. Stražnji korijen sadrži osjetna vlakna; usko je povezan sa spinalnim ganglijem (ganglion stražnjeg korijena), koji se sastoji od tijela neurona čiji aksoni tvore ta vlakna. Prednji korijen sastoji se od motoričkih vlakana koje tvore neuroni, stanična tijela koji leže u leđnoj moždini.

AUTONOMNI SUSTAV

Autonomni ili autonomni živčani sustav regulira aktivnost nevoljnih mišića, srčanog mišića i raznih žlijezda. Njegove strukture nalaze se iu središnjem živčanom sustavu iu perifernom. Aktivnost autonomnog živčanog sustava usmjerena je na održavanje homeostaze, tj. relativno stabilno stanje unutarnje okoline tijela, kao što je stalna tjelesna temperatura ili krvni tlak koji odgovara potrebama tijela.

Signali iz CNS-a preko parova serijski spojenih neurona dolaze do radnih (efektorskih) organa. Tijela neurona prve razine nalaze se u CNS-u, a njihovi aksoni završavaju u autonomnim ganglijima koji leže izvan CNS-a i tu tvore sinapse s tijelima neurona druge razine, čiji aksoni izravno dodiruju efektor organa. Prvi neuroni nazivaju se preganglionskim, drugi - postganglionskim.

U onom dijelu autonomnog živčanog sustava, koji se naziva simpatikus, tijela preganglijskih neurona nalaze se u sivoj tvari torakalne (torakalne) i lumbalne (lumbalne) leđne moždine. Stoga se simpatički sustav naziva i torako-lumbalni sustav. Aksoni njegovih preganglijskih neurona završavaju i tvore sinapse s postganglionskim neuronima u ganglijima koji se nalaze u lancu duž kralježnice. Aksoni postganglijskih neurona su u kontaktu s efektorskim organima. Završeci postganglijskih vlakana izlučuju norepinefrin (tvar blisku adrenalinu) kao neurotransmiter, pa se simpatički sustav definira i kao adrenergički.

Simpatički sustav nadopunjuje parasimpatički živčani sustav. Tijela njegovih pregangliarnih neurona nalaze se u moždanom deblu (intrakranijalnom, tj. unutar lubanje) i sakralnom (sakralnom) dijelu leđne moždine. Stoga se parasimpatički sustav naziva i kraniosakralni sustav. Aksoni preganglijskih parasimpatičkih neurona završavaju i tvore sinapse s postganglionskim neuronima u ganglijima koji se nalaze u blizini radnih organa. Završeci postganglionskih parasimpatičkih vlakana otpuštaju neurotransmiter acetilkolin, na temelju čega se parasimpatički sustav naziva i kolinergičkim sustavom.

U pravilu, simpatički sustav potiče one procese koji su usmjereni na mobilizaciju tjelesnih snaga u ekstremnim situacijama ili pod stresom. Parasimpatički sustav doprinosi akumulaciji ili obnavljanju tjelesnih energetskih resursa.

Reakcije simpatičkog sustava praćene su potrošnjom energetskih resursa, povećanjem učestalosti i jačine srčanih kontrakcija, porastom krvnog tlaka i šećera u krvi, kao i povećanjem dotoka krvi u skeletne mišiće zbog smanjenje njegovog protoka do unutarnji organi i kože. Sve ove promjene karakteristične su za odgovor "strah, bijeg ili borba". Parasimpatički sustav, naprotiv, smanjuje učestalost i snagu srčanih kontrakcija, snižava krvni tlak i stimulira probavni sustav.

REFLEKSI

Kada odgovarajući podražaj djeluje na receptor osjetnog neurona, u njemu se javlja niz impulsa koji pokreću reakciju koja se naziva refleksni čin (refleks). Refleksi su temelj većine manifestacija vitalne aktivnosti našeg tijela. Refleksni čin se provodi tzv. refleksni luk; ovaj izraz se odnosi na put prijenosa živčanih impulsa od točke početnog podražaja na tijelu do organa koji izvodi odgovor.

Luk refleksa koji uzrokuje kontrakciju skeletni mišić, sastoji se od najmanje dva neurona: senzornog, čije se tijelo nalazi u gangliju, a akson čini sinapsu s neuronima leđne moždine ili moždanog debla, i motoričkog (donji, odnosno periferni, motorni neuron), čiji Tijelo se nalazi u sivoj tvari, a akson završava motornom završnom pločom na skeletnim mišićnim vlaknima.

Refleksni luk između osjetnih i motoričkih neurona može uključivati ​​i treći, srednji, neuron koji se nalazi u sivoj tvari. Lukovi mnogih refleksa sadrže dva ili više intermedijarnih neurona.

Refleksne radnje se provode nehotice, mnoge od njih nisu realizirane. Trzaj koljena se, na primjer, izaziva lupkanjem tetive kvadricepsa u koljenu. Ovo je dvoneuronski refleks, njegov refleksni luk sastoji se od mišićnih vretena (mišićnih receptora), senzornog neurona, perifernog motornog neurona i mišića. Drugi primjer je refleksno povlačenje ruke s vrućeg predmeta: luk ovog refleksa uključuje senzorni neuron, jedan ili više intermedijarnih neurona u sivoj tvari leđne moždine, periferni motorički neuron i mišić.

Književnost:

Bloom F., Leizerson A., Hofstadter L. Mozak, um i ponašanje. M., 1988
ljudska fiziologija, ur. R. Schmidt, G. Tevsa, tom 1. M., 1996