Ljudski živčani sustav djeluje kao svojevrsni koordinator u našem tijelu. Prenosi naredbe iz mozga u mišiće, organe, tkiva i obrađuje signale koji dolaze iz njih. Živčani impuls se koristi kao vrsta nosača podataka. Što on predstavlja? Kojom brzinom radi? Na ova i brojna druga pitanja možete odgovoriti u ovom članku.
Što je živčani impuls?
Ovo je naziv vala ekscitacije koji se širi kroz vlakna kao odgovor na stimulaciju neurona. Zahvaljujući ovom mehanizmu, informacije se s različitih receptora prenose u središnji živčani sustav. A od njega, zauzvrat, u različite organe (mišiće i žlijezde). Ali kakav je to proces na fiziološkoj razini? Mehanizam prijenosa živčanog impulsa je da membrane neurona mogu promijeniti svoj elektrokemijski potencijal. A proces koji nas zanima odvija se u području sinapsi. Brzina živčanog impulsa može varirati od 3 do 12 metara u sekundi. Razgovarat ćemo više o tome, kao i o čimbenicima koji na to utječu.
Istraživanje strukture i rada
Njemački su prvi put demonstrirali prolaz živčanog impulsaznanstvenici E. Goering i G. Helmholtz na primjeru žabe. Istodobno je utvrđeno da se bioelektrični signal širi prethodno naznačenom brzinom. Općenito, to je moguće zbog posebne konstrukcije živčanih vlakana. Na neki način nalikuju na električni kabel. Dakle, ako s njim povučemo paralele, onda su vodiči aksoni, a izolatori su njihove mijelinske ovojnice (oni su membrana Schwannove stanice koja je namotana u više slojeva). Štoviše, brzina živčanog impulsa ovisi prvenstveno o promjeru vlakana. Druga po važnosti je kvaliteta električne izolacije. Inače, tijelo koristi mijelinski lipoprotein, koji ima svojstva dielektrika, kao materijal. Ceteris paribus, što je veći njegov sloj, to će brže proći živčani impulsi. Ni u ovom trenutku se ne može reći da je ovaj sustav u potpunosti istražen. Mnogo toga što se odnosi na živce i impulse još uvijek je misterij i predmet istraživanja.
Obilježja strukture i funkcioniranja
Ako govorimo o putu živčanog impulsa, treba napomenuti da mijelinska ovojnica ne prekriva vlakno cijelom dužinom. Značajke dizajna su takve da se trenutno stanje najbolje može usporediti s stvaranjem izolacijskih keramičkih rukava koji su čvrsto nanizani na šipku električnog kabela (iako u ovom slučaju na aksonu). Kao rezultat toga, postoje mala neizolirana električna područja iz kojih ionska struja može lako tećiaksona na okolinu (ili obrnuto). To iritira membranu. Kao rezultat toga dolazi do stvaranja akcijskog potencijala u područjima koja nisu izolirana. Ovaj proces se naziva presretanje Ranviera. Prisutnost takvog mehanizma omogućuje da se živčani impuls mnogo brže širi. Razgovarajmo o tome s primjerima. Dakle, brzina provođenja živčanog impulsa u debelom mijeliniziranom vlaknu, čiji promjer fluktuira unutar 10-20 mikrona, iznosi 70-120 metara u sekundi. Dok za one koji imaju suboptimalnu strukturu, ova brojka je 60 puta manja!
Gdje se prave?
Živčani impulsi potječu od neurona. Sposobnost stvaranja takvih "poruka" jedno je od njihovih glavnih svojstava. Živčani impuls osigurava brzo širenje iste vrste signala duž aksona na veliku udaljenost. Stoga je ono najvažnije sredstvo tijela za razmjenu informacija u njemu. Podaci o iritaciji se prenose promjenom učestalosti njihovog ponavljanja. Ovdje radi složen sustav periodike, koji u jednoj sekundi može izbrojati stotine živčanih impulsa. Po donekle sličnom principu, iako puno kompliciranijem, radi i računalna elektronika. Dakle, kada se živčani impulsi pojave u neuronima, oni se na određeni način kodiraju i tek onda se prenose. U tom se slučaju informacije grupiraju u posebne "pakete", koji imaju drugačiji broj i prirodu slijeda. Sve to, zajedno, osnova je ritmičke električne aktivnosti našeg mozga, koja se može registrirati zahvaljujućielektroencefalogram.
Vrste ćelija
Govoreći o slijedu prolaska živčanog impulsa, ne možemo zanemariti živčane stanice (neurone) kroz koje se odvija prijenos električnih signala. Dakle, zahvaljujući njima, različiti dijelovi našeg tijela razmjenjuju informacije. Ovisno o njihovoj strukturi i funkcionalnosti razlikuju se tri vrste:
- Receptor (osjetljiv). Oni kodiraju i pretvaraju u živčane impulse sve temperaturne, kemijske, zvučne, mehaničke i svjetlosne podražaje.
- Umetanje (također se naziva provodnik ili zatvaranje). Oni služe za obradu i prebacivanje impulsa. Najveći broj njih nalazi se u ljudskom mozgu i leđnoj moždini.
- Učinkovito (motor). Primaju naredbe od središnjeg živčanog sustava za izvođenje određenih radnji (na jakom suncu zatvorite oči rukom i tako dalje).
Svaki neuron ima tijelo stanice i proces. Put živčanog impulsa kroz tijelo počinje upravo s potonjim. Procesi su dvije vrste:
- Dendriti. Povjerena im je funkcija uočavanja iritacije receptora koji se nalaze na njima.
- Axons. Zahvaljujući njima, živčani impulsi se prenose od stanica do radnog organa.
Zanimljiv aspekt aktivnosti
Govoreći o provođenju živčanog impulsa stanicama, teško je ne reći o jednom zanimljivom trenutku. Dakle, kad miruju, onda, recimotako se natrij-kalijeva pumpa bavi kretanjem iona na način da se postigne učinak slatke vode iznutra, a slane izvana. Zbog nastale neravnoteže razlike potencijala na membrani, može se uočiti i do 70 milivolti. Za usporedbu, ovo je 5% konvencionalnih AA baterija. Ali čim se stanje stanice promijeni, rezultirajuća ravnoteža se poremeti, a ioni počinju mijenjati mjesta. To se događa kada put živčanog impulsa prolazi kroz njega. Zbog aktivnog djelovanja iona to djelovanje nazivamo i akcijskim potencijalom. Kada dostigne određenu vrijednost, tada počinju obrnuti procesi i stanica doseže stanje mirovanja.
O akcijskom potencijalu
Kad govorimo o pretvorbi i širenju živčanog impulsa, treba napomenuti da bi to mogao biti mizerni milimetar u sekundi. Tada bi signali od ruke do mozga stigli za nekoliko minuta, što očito nije dobro. Ovdje već spomenuta mijelinska ovojnica igra svoju ulogu u jačanju akcijskog potencijala. I svi njegovi "prolazi" postavljeni su na način da samo pozitivno utječu na brzinu prijenosa signala. Dakle, kada impuls dođe do kraja glavnog dijela tijela jednog aksona, on se prenosi ili na sljedeću stanicu, ili (ako govorimo o mozgu) na brojne grane neurona. U potonjim slučajevima djeluje malo drugačiji princip.
Kako sve funkcionira u mozgu?
Razgovarajmo o tome koji slijed prijenosa živčanih impulsa radi u najvažnijim dijelovima našeg središnjeg živčanog sustava. Ovdje su neuroni odvojeni od svojih susjeda malim prazninama, koje se nazivaju sinapse. Akcijski potencijal ih ne može prijeći, pa traži drugi način da dođe do sljedeće živčane stanice. Na kraju svakog procesa nalaze se male vrećice zvane presinaptičke vezikule. Svaki od njih sadrži posebne spojeve - neurotransmitere. Kada im stigne akcijski potencijal, molekule se oslobađaju iz vrećica. Oni prelaze sinapsu i vežu se na posebne molekularne receptore koji se nalaze na membrani. U tom slučaju dolazi do poremećaja ravnoteže i vjerojatno se pojavljuje novi akcijski potencijal. To se još ne zna sa sigurnošću, neurofiziolozi proučavaju problem do danas.
Rad neurotransmitera
Kada prenose živčane impulse, postoji nekoliko opcija što će im se dogoditi:
- Oni će se raspršiti.
- Doći će do kemijske razgradnje.
- Vrati se u njihove mjehuriće (ovo se zove ponovno hvatanje).
Krajem 20. stoljeća napravljeno je zapanjujuće otkriće. Znanstvenici su naučili da lijekovi koji utječu na neurotransmitere (kao i njihovo oslobađanje i ponovni unos) mogu promijeniti mentalno stanje osobe na temeljni način. Tako, na primjer, brojni antidepresivi poput Prozaca blokiraju ponovnu pohranu serotonina. Postoje neki razlozi za vjerovanje da je za Parkinsonovu bolest kriv nedostatak neurotransmitera dopamina u mozgu.
Sada istraživači koji proučavaju granična stanja ljudske psihe pokušavaju shvatiti kakoSve utječe na um osobe. U međuvremenu, nemamo odgovor na tako temeljno pitanje: što uzrokuje da neuron stvara akcijski potencijal? Do sada je mehanizam "lansiranja" ove stanice za nas tajna. Posebno je zanimljiv s gledišta ove zagonetke rad neurona u glavnom mozgu.
Ukratko, mogu raditi s tisućama neurotransmitera koje šalju njihovi susjedi. Detalji oko obrade i integracije ove vrste impulsa gotovo su nam nepoznati. Iako mnoge istraživačke skupine rade na tome. U ovom trenutku se pokazalo da su svi primljeni impulsi integrirani, a neuron donosi odluku - je li potrebno održavati akcijski potencijal i dalje ih prenositi. Funkcioniranje ljudskog mozga temelji se na ovom temeljnom procesu. Pa onda, nije ni čudo što ne znamo odgovor na ovu zagonetku.
Neke teorijske značajke
U članku su "živčani impuls" i "akcijski potencijal" korišteni kao sinonimi. Teoretski, to je točno, iako je u nekim slučajevima potrebno uzeti u obzir neke značajke. Dakle, ako idete u detalje, tada je akcijski potencijal samo dio živčanog impulsa. Detaljnim pregledom znanstvenih knjiga možete saznati da je to samo promjena naboja membrane iz pozitivnog u negativan, i obrnuto. Dok se živčani impuls shvaća kao složen strukturni i elektrokemijski proces. Širi se membranom neurona poput putujućeg vala promjena. Potencijalradnje su samo električna komponenta u sastavu živčanog impulsa. Karakterizira promjene koje se javljaju s nabojem lokalnog dijela membrane.
Gdje se generiraju živčani impulsi?
Gdje započinju svoje putovanje? Odgovor na ovo pitanje može dati svaki student koji je marljivo proučavao fiziologiju uzbuđenja. Postoje četiri opcije:
- Receptorski završetak dendrita. Ako postoji (što nije činjenica), onda je moguća prisutnost adekvatnog podražaja koji će prvo stvoriti generatorski potencijal, a potom i živčani impuls. Receptori za bol rade na sličan način.
- Membrana ekscitatorne sinapse. U pravilu, to je moguće samo ako postoji jaka iritacija ili njihovo zbrajanje.
- Dentrid okidač zona. U tom slučaju nastaju lokalni ekscitatorni postsinaptički potencijali kao odgovor na podražaj. Ako je prvi Ranvierov čvor mijeliniziran, onda se na njemu zbrajaju. Zbog prisutnosti dijela membrane, koji ima povećanu osjetljivost, ovdje se javlja živčani impuls.
- Axon brežuljak. Ovo je naziv mjesta gdje počinje akson. Nasip je najčešći za stvaranje impulsa na neuronu. Na svim ostalim mjestima koja su ranije razmatrana, njihova je pojava mnogo manje vjerojatna. To je zbog činjenice da ovdje membrana ima povećanu osjetljivost, kao i nižu kritičnu razinu depolarizacije. Stoga, kada započne zbrajanje brojnih ekscitatornih postsinaptičkih potencijala, brežuljak prije svega reagira na njih.
Primjer širenja uzbuđenja
Govoriti medicinskim terminima može uzrokovati nerazumijevanje određenih točaka. Da biste to otklonili, vrijedi ukratko proći kroz navedena saznanja. Uzmimo vatru kao primjer.
Prisjetite se prošloljetnih vijesti (također ćemo uskoro ponovno čuti). Vatra se širi! Istodobno, drveće i grmlje koje gore ostaju na svojim mjestima. Ali front požara ide sve dalje od mjesta gdje je bio požar. Živčani sustav radi na sličan način.
Često je potrebno smiriti živčani sustav koji je počeo uzbuđivati. Ali to nije tako lako učiniti, kao u slučaju požara. Da bi to učinili, umjetno zahvate rad neurona (u medicinske svrhe) ili koriste različita fiziološka sredstva. Može se usporediti s polivanjem vode na vatru.
