Το ανθρώπινο νευρικό σύστημα λειτουργεί ως ένα είδος συντονιστή στο σώμα μας. Μεταδίδει εντολές από τον εγκέφαλο σε μύες, όργανα, ιστούς και επεξεργάζεται τα σήματα που προέρχονται από αυτούς. Μια νευρική ώθηση χρησιμοποιείται ως ένα είδος φορέα δεδομένων. Τι αντιπροσωπεύει; Με τι ταχύτητα λειτουργεί; Αυτές και πολλές άλλες ερωτήσεις μπορούν να απαντηθούν σε αυτό το άρθρο.
Τι είναι η νευρική ώθηση;
Αυτό είναι το όνομα του κύματος διέγερσης που εξαπλώνεται μέσω των ινών ως απόκριση στη διέγερση των νευρώνων. Χάρη σε αυτόν τον μηχανισμό, οι πληροφορίες μεταδίδονται από διάφορους υποδοχείς στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Και από αυτό, με τη σειρά του, σε διαφορετικά όργανα (μύες και αδένες). Τι είναι όμως αυτή η διαδικασία σε φυσιολογικό επίπεδο; Ο μηχανισμός μετάδοσης μιας νευρικής ώθησης είναι ότι οι μεμβράνες των νευρώνων μπορούν να αλλάξουν το ηλεκτροχημικό δυναμικό τους. Και η διαδικασία που μας ενδιαφέρει λαμβάνει χώρα στην περιοχή των συνάψεων. Η ταχύτητα μιας νευρικής ώθησης μπορεί να κυμαίνεται από 3 έως 12 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Θα μιλήσουμε περισσότερο για αυτό, καθώς και για τους παράγοντες που το επηρεάζουν.
Έρευνα δομής και εργασίας
Για πρώτη φορά, η διέλευση ενός νευρικού παλμού επιδείχθηκε από τον Γερμανόοι επιστήμονες E. Goering και G. Helmholtz στο παράδειγμα ενός βατράχου. Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε ότι το βιοηλεκτρικό σήμα διαδίδεται με την προηγουμένως υποδεικνυόμενη ταχύτητα. Γενικά, αυτό είναι δυνατό λόγω της ειδικής κατασκευής των νευρικών ινών. Κατά κάποιο τρόπο, μοιάζουν με ηλεκτρικό καλώδιο. Έτσι, αν κάνουμε παράλληλα με αυτό, τότε οι αγωγοί είναι οι άξονες και οι μονωτές είναι τα έλυτρα μυελίνης τους (είναι η μεμβράνη του κυττάρου Schwann, που τυλίγεται σε πολλά στρώματα). Επιπλέον, η ταχύτητα της νευρικής ώθησης εξαρτάται κυρίως από τη διάμετρο των ινών. Το δεύτερο πιο σημαντικό είναι η ποιότητα της ηλεκτρικής μόνωσης. Παρεμπιπτόντως, το σώμα χρησιμοποιεί ως υλικό τη λιποπρωτεΐνη μυελίνης, η οποία έχει τις ιδιότητες ενός διηλεκτρικού. Ceteris paribus, όσο μεγαλύτερο είναι το στρώμα του, τόσο πιο γρήγορα θα περάσουν οι νευρικές ώσεις. Ακόμη και αυτή τη στιγμή δεν μπορεί να ειπωθεί ότι αυτό το σύστημα έχει διερευνηθεί πλήρως. Πολλά που σχετίζονται με τα νεύρα και τις παρορμήσεις είναι ακόμα μυστήριο και αντικείμενο έρευνας.
Χαρακτηριστικά της δομής και της λειτουργίας
Αν μιλάμε για τη διαδρομή μιας νευρικής ώθησης, θα πρέπει να σημειωθεί ότι η θήκη μυελίνης δεν καλύπτει την ίνα σε όλο της το μήκος. Τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού είναι τέτοια που η τρέχουσα κατάσταση μπορεί καλύτερα να συγκριθεί με τη δημιουργία μονωτικών κεραμικών χιτωνίων που είναι σφιχτά αρδευόμενα στη ράβδο ενός ηλεκτρικού καλωδίου (αν και σε αυτήν την περίπτωση στον άξονα). Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν μικρές μη μονωμένες ηλεκτρικές περιοχές από τις οποίες μπορεί εύκολα να ρέει το ρεύμα ιόντωνάξονα στο περιβάλλον (ή αντίστροφα). Αυτό ερεθίζει τη μεμβράνη. Ως αποτέλεσμα, η δημιουργία ενός δυναμικού δράσης προκαλείται σε περιοχές που δεν είναι απομονωμένες. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αναχαίτιση του Ranvier. Η παρουσία ενός τέτοιου μηχανισμού καθιστά δυνατή τη διάδοση του νευρικού παλμού πολύ πιο γρήγορα. Ας μιλήσουμε για αυτό με παραδείγματα. Έτσι, η ταχύτητα της αγωγής των νευρικών παλμών σε μια παχιά μυελοποιημένη ίνα, η διάμετρος της οποίας κυμαίνεται στα 10-20 μικρά, είναι 70-120 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Ενώ για όσους έχουν υποβέλτιστη δομή, αυτός ο αριθμός είναι 60 φορές μικρότερος!
Πού φτιάχνονται;
Οι νευρικές ώσεις προέρχονται από νευρώνες. Η δυνατότητα δημιουργίας τέτοιων «μηνυμάτων» είναι μία από τις κύριες ιδιότητές τους. Η νευρική ώθηση εξασφαλίζει την ταχεία διάδοση του ίδιου τύπου σημάτων κατά μήκος των αξόνων σε μεγάλη απόσταση. Επομένως, είναι το πιο σημαντικό μέσο του σώματος για την ανταλλαγή πληροφοριών σε αυτό. Τα δεδομένα για τον ερεθισμό μεταδίδονται αλλάζοντας τη συχνότητα της επανάληψης τους. Εδώ λειτουργεί ένα περίπλοκο σύστημα περιοδικών, το οποίο μπορεί να μετρήσει εκατοντάδες νευρικές ώσεις σε ένα δευτερόλεπτο. Σύμφωνα με μια κάπως παρόμοια αρχή, αν και πολύ πιο περίπλοκη, τα ηλεκτρονικά υπολογιστών λειτουργούν. Έτσι, όταν οι νευρικές ώσεις προκύπτουν στους νευρώνες, κωδικοποιούνται με συγκεκριμένο τρόπο και μόνο τότε μεταδίδονται. Σε αυτή την περίπτωση, οι πληροφορίες ομαδοποιούνται σε ειδικά «πακέτα», τα οποία έχουν διαφορετικό αριθμό και φύση της ακολουθίας. Όλα αυτά, μαζί, αποτελούν τη βάση για τη ρυθμική ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου μας, η οποία μπορεί να καταγραφεί χάρη σεηλεκτροεγκεφαλογράφημα.
Τύποι κυττάρων
Μιλώντας για την αλληλουχία διέλευσης μιας νευρικής ώθησης, δεν μπορεί κανείς να αγνοήσει τα νευρικά κύτταρα (νευρώνες) μέσω των οποίων γίνεται η μετάδοση ηλεκτρικών σημάτων. Έτσι, χάρη σε αυτά, διαφορετικά μέρη του σώματός μας ανταλλάσσουν πληροφορίες. Ανάλογα με τη δομή και τη λειτουργικότητά τους, διακρίνονται τρεις τύποι:
- Υποδοχέας (ευαίσθητος). Κωδικοποιούν και μετατρέπουν σε νευρικές ώσεις όλα τα θερμοκρασιακά, χημικά, ηχητικά, μηχανικά και ελαφρά ερεθίσματα.
- Εισαγωγή (ονομάζεται επίσης αγωγός ή κλείσιμο). Χρησιμεύουν για την επεξεργασία και την εναλλαγή παρορμήσεων. Ο μεγαλύτερος αριθμός αυτών βρίσκεται στον ανθρώπινο εγκέφαλο και στο νωτιαίο μυελό.
- Αποτελεσματικό (μοτέρ). Λαμβάνουν εντολές από το κεντρικό νευρικό σύστημα για να εκτελέσουν ορισμένες ενέργειες (στον λαμπερό ήλιο, κλείστε τα μάτια με το χέρι σας κ.λπ.).
Κάθε νευρώνας έχει ένα κυτταρικό σώμα και μια διαδικασία. Η διαδρομή μιας νευρικής ώθησης μέσω του σώματος ξεκινά ακριβώς με το τελευταίο. Οι διαδικασίες είναι δύο τύπων:
- Δενδρίτες. Τους έχει ανατεθεί η λειτουργία της αντίληψης του ερεθισμού των υποδοχέων που βρίσκονται πάνω τους.
- Άξονες. Χάρη σε αυτά, οι νευρικές ώσεις μεταδίδονται από τα κύτταρα στο όργανο εργασίας.
Ενδιαφέρουσα πτυχή της δραστηριότητας
Μιλώντας για την αγωγή μιας νευρικής ώθησης από τα κύτταρα, είναι δύσκολο να μην πούμε για μια ενδιαφέρουσα στιγμή. Όταν λοιπόν είναι σε ηρεμία, τότε, ας πούμεΈτσι, η αντλία νατρίου-καλίου εμπλέκεται στην κίνηση των ιόντων με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται η επίδραση του γλυκού νερού μέσα και του αλμυρού έξω. Λόγω της προκύπτουσας ανισορροπίας της διαφοράς δυναμικού κατά μήκος της μεμβράνης, μπορούν να παρατηρηθούν έως και 70 millivolt. Για σύγκριση, αυτό είναι το 5% των συμβατικών μπαταριών ΑΑ. Αλλά μόλις αλλάξει η κατάσταση του κυττάρου, η ισορροπία που προκύπτει διαταράσσεται και τα ιόντα αρχίζουν να αλλάζουν θέσεις. Αυτό συμβαίνει όταν το μονοπάτι ενός νευρικού παλμού περνά μέσα από αυτό. Λόγω της ενεργού δράσης των ιόντων, αυτή η δράση ονομάζεται επίσης δυναμικό δράσης. Όταν φτάσει σε μια συγκεκριμένη τιμή, τότε αρχίζουν οι αντίστροφες διεργασίες και το κελί φτάνει σε κατάσταση ηρεμίας.
Σχετικά με το δυναμικό δράσης
Μιλώντας για τη μετατροπή και τη διάδοση των νευρικών παλμών, θα πρέπει να σημειωθεί ότι μπορεί να είναι άθλια χιλιοστά ανά δευτερόλεπτο. Τότε τα σήματα από το χέρι στον εγκέφαλο θα έφταναν σε λίγα λεπτά, κάτι που σαφώς δεν είναι καλό. Αυτό είναι όπου το περίβλημα μυελίνης που συζητήθηκε προηγουμένως παίζει το ρόλο του στην ενίσχυση του δυναμικού δράσης. Και όλα τα «πάσα» του είναι τοποθετημένα με τέτοιο τρόπο ώστε να έχουν μόνο θετική επίδραση στην ταχύτητα μετάδοσης του σήματος. Έτσι, όταν μια ώθηση φτάσει στο τέλος του κύριου τμήματος ενός σώματος άξονα, μεταδίδεται είτε στο επόμενο κύτταρο, είτε (αν μιλάμε για τον εγκέφαλο) σε πολυάριθμους κλάδους νευρώνων. Στις τελευταίες περιπτώσεις, λειτουργεί μια ελαφρώς διαφορετική αρχή.
Πώς λειτουργούν όλα στον εγκέφαλο;
Ας μιλήσουμε για το ποια ακολουθία μετάδοσης νευρικών παλμών λειτουργεί στα πιο σημαντικά μέρη του κεντρικού νευρικού μας συστήματος. Εδώ, οι νευρώνες χωρίζονται από τους γείτονές τους με μικρά κενά, τα οποία ονομάζονται συνάψεις. Το δυναμικό δράσης δεν μπορεί να τα διασχίσει, επομένως αναζητά έναν άλλο τρόπο για να φτάσει στο επόμενο νευρικό κύτταρο. Στο τέλος κάθε διαδικασίας υπάρχουν μικροί σάκοι που ονομάζονται προσυναπτικά κυστίδια. Κάθε ένα από αυτά περιέχει ειδικές ενώσεις - νευροδιαβιβαστές. Όταν ένα δυναμικό δράσης φτάσει σε αυτά, μόρια απελευθερώνονται από τους σάκους. Διασχίζουν τη σύναψη και προσκολλώνται σε ειδικούς μοριακούς υποδοχείς που βρίσκονται στη μεμβράνη. Σε αυτή την περίπτωση, η ισορροπία διαταράσσεται και, πιθανώς, εμφανίζεται ένα νέο δυναμικό δράσης. Αυτό δεν είναι ακόμη γνωστό με βεβαιότητα, οι νευροφυσιολόγοι μελετούν το θέμα μέχρι σήμερα.
Το έργο των νευροδιαβιβαστών
Όταν μεταδίδουν νευρικές ώσεις, υπάρχουν πολλές επιλογές για το τι θα τους συμβεί:
- Θα διαχυθούν.
- Θα υποστεί χημική διάσπαση.
- Μπείτε ξανά στις φυσαλίδες τους (αυτό ονομάζεται επανασύλληψη).
Μια εκπληκτική ανακάλυψη έγινε στα τέλη του 20ού αιώνα. Οι επιστήμονες έχουν μάθει ότι τα φάρμακα που επηρεάζουν τους νευροδιαβιβαστές (καθώς και την απελευθέρωση και την επαναπρόσληψή τους) μπορούν να αλλάξουν την ψυχική κατάσταση ενός ατόμου με θεμελιώδη τρόπο. Έτσι, για παράδειγμα, μια σειρά από αντικαταθλιπτικά όπως το Prozac εμποδίζουν την επαναπρόσληψη της σεροτονίνης. Υπάρχουν μερικοί λόγοι να πιστεύουμε ότι η ανεπάρκεια στον εγκεφαλικό νευροδιαβιβαστή ντοπαμίνη ευθύνεται για τη νόσο του Πάρκινσον.
Τώρα οι ερευνητές που μελετούν τις οριακές καταστάσεις της ανθρώπινης ψυχής προσπαθούν να καταλάβουν πώςΌλα επηρεάζουν το μυαλό ενός ανθρώπου. Στο μεταξύ, δεν έχουμε απάντηση σε ένα τόσο θεμελιώδες ερώτημα: τι προκαλεί έναν νευρώνα να δημιουργήσει ένα δυναμικό δράσης; Μέχρι στιγμής, ο μηχανισμός «εκτόξευσης» αυτού του κυττάρου είναι μυστικό για εμάς. Ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα από την άποψη αυτού του γρίφου είναι η εργασία των νευρώνων στον κύριο εγκέφαλο.
Με λίγα λόγια, μπορούν να εργαστούν με χιλιάδες νευροδιαβιβαστές που αποστέλλονται από τους γείτονές τους. Οι λεπτομέρειες σχετικά με την επεξεργασία και την ενσωμάτωση αυτού του τύπου παρορμήσεων είναι σχεδόν άγνωστες σε εμάς. Αν και πολλές ερευνητικές ομάδες εργάζονται πάνω σε αυτό. Προς το παρόν, αποδείχθηκε ότι όλες οι ληφθείσες ωθήσεις είναι ενσωματωμένες και ο νευρώνας λαμβάνει μια απόφαση - εάν είναι απαραίτητο να διατηρήσει το δυναμικό δράσης και να τις μεταδώσει περαιτέρω. Η λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου βασίζεται σε αυτή τη θεμελιώδη διαδικασία. Λοιπόν, δεν είναι περίεργο που δεν ξέρουμε την απάντηση σε αυτό το αίνιγμα.
Μερικά θεωρητικά χαρακτηριστικά
Στο άρθρο, η "νευρική ώθηση" και η "δυναμική δράσης" χρησιμοποιήθηκαν ως συνώνυμα. Θεωρητικά, αυτό ισχύει, αν και σε ορισμένες περιπτώσεις είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη ορισμένα χαρακτηριστικά. Έτσι, αν μπείτε σε λεπτομέρειες, τότε το δυναμικό δράσης είναι μόνο μέρος της νευρικής ώθησης. Με μια λεπτομερή εξέταση επιστημονικών βιβλίων, μπορείτε να διαπιστώσετε ότι αυτή είναι μόνο η αλλαγή στο φορτίο της μεμβράνης από θετικό σε αρνητικό και το αντίστροφο. Ενώ μια νευρική ώθηση νοείται ως μια πολύπλοκη δομική και ηλεκτροχημική διαδικασία. Απλώνεται σε όλη τη μεμβράνη του νευρώνα σαν ένα ταξιδιωτικό κύμα αλλαγών. Δυνητικόςοι ενέργειες είναι απλώς ένα ηλεκτρικό συστατικό στη σύνθεση ενός νευρικού παλμού. Χαρακτηρίζει τις αλλαγές που συμβαίνουν με τη φόρτιση ενός τοπικού τμήματος της μεμβράνης.
Πού δημιουργούνται οι νευρικές ώσεις;
Πού ξεκινούν το ταξίδι τους; Την απάντηση σε αυτό το ερώτημα μπορεί να δώσει κάθε μαθητής που μελέτησε επιμελώς τη φυσιολογία της διέγερσης. Υπάρχουν τέσσερις επιλογές:
- Απόληξη υποδοχέα του δενδρίτη. Εάν υπάρχει (που δεν είναι γεγονός), τότε είναι δυνατή η παρουσία ενός επαρκούς ερεθίσματος, το οποίο θα δημιουργήσει πρώτα ένα δυναμικό γεννήτριας και μετά μια νευρική ώθηση. Οι υποδοχείς πόνου λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο.
- Η μεμβράνη της διεγερτικής σύναψης. Κατά κανόνα, αυτό είναι δυνατό μόνο εάν υπάρχει έντονος ερεθισμός ή η άθροισή τους.
- Ζώνη σκανδάλης οδοντικής. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται τοπικά διεγερτικά μετασυναπτικά δυναμικά ως απόκριση σε ένα ερέθισμα. Εάν ο πρώτος κόμβος του Ranvier είναι μυελινωμένος, τότε συνοψίζονται σε αυτόν. Λόγω της παρουσίας ενός τμήματος της μεμβράνης εκεί, το οποίο έχει αυξημένη ευαισθησία, εμφανίζεται εδώ μια νευρική ώθηση.
- Axon Hilllock. Αυτό είναι το όνομα του τόπου όπου αρχίζει ο άξονας. Το ανάχωμα είναι το πιο κοινό για τη δημιουργία παρορμήσεων σε έναν νευρώνα. Σε όλα τα άλλα μέρη που εξετάστηκαν νωρίτερα, η εμφάνισή τους είναι πολύ λιγότερο πιθανή. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι εδώ η μεμβράνη έχει αυξημένη ευαισθησία, καθώς και χαμηλότερο κρίσιμο επίπεδο εκπόλωσης. Επομένως, όταν αρχίζει η άθροιση πολλών διεγερτικών μετασυναπτικών δυναμικών, ο λόφος αντιδρά πρώτα σε αυτά.
Παράδειγμα εξάπλωσης διέγερσης
Η αφήγηση με ιατρικούς όρους μπορεί να προκαλέσει παρανόηση ορισμένων σημείων. Για να εξαλειφθεί αυτό, αξίζει να διαβάσετε εν συντομία τη δηλωμένη γνώση. Ας πάρουμε για παράδειγμα μια φωτιά.
Θυμηθείτε τα δελτία ειδήσεων του περασμένου καλοκαιριού (επίσης θα ακουστούν ξανά σύντομα). Η φωτιά εξαπλώνεται! Ταυτόχρονα δέντρα και θάμνοι που καίγονται παραμένουν στις θέσεις τους. Όμως το μέτωπο της φωτιάς πηγαίνει όλο και πιο μακριά από το σημείο που ήταν η φωτιά. Το νευρικό σύστημα λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο.
Συχνά είναι απαραίτητο να ηρεμήσετε το νευρικό σύστημα που έχει αρχίσει να διεγείρει. Αλλά αυτό δεν είναι τόσο εύκολο να γίνει, όπως στην περίπτωση της φωτιάς. Για να γίνει αυτό, κάνουν μια τεχνητή παρέμβαση στο έργο ενός νευρώνα (για ιατρικούς σκοπούς) ή χρησιμοποιούν διάφορα φυσιολογικά μέσα. Μπορεί να συγκριθεί με το να ρίχνεις νερό στη φωτιά.
