Človeški živčni sistem deluje kot nekakšen koordinator v našem telesu. Oddaja ukaze iz možganov v mišice, organe, tkiva in obdeluje signale, ki prihajajo iz njih. Živčni impulz se uporablja kot nekakšen nosilec podatkov. Kaj on predstavlja? Pri kakšni hitrosti deluje? Na ta in številna druga vprašanja lahko odgovorite v tem članku.
Kaj je živčni impulz?
To je ime vala vzbujanja, ki se širi po vlaknih kot odziv na stimulacijo nevronov. Zahvaljujoč temu mehanizmu se informacije prenašajo iz različnih receptorjev v centralni živčni sistem. In od nje v različne organe (mišice in žleze). Toda kaj je ta proces na fiziološki ravni? Mehanizem prenosa živčnega impulza je, da lahko membrane nevronov spremenijo svoj elektrokemični potencial. In proces, ki nas zanima, poteka na področju sinaps. Hitrost živčnega impulza se lahko giblje od 3 do 12 metrov na sekundo. Več bomo govorili o tem, pa tudi o dejavnikih, ki vplivajo na to.
Raziskave strukture in dela
Prehod živčnega impulza je prvič prikazal Nemecznanstvenika E. Goeringa in G. Helmholtza na primeru žabe. Hkrati je bilo ugotovljeno, da se bioelektrični signal širi s prej označeno hitrostjo. Na splošno je to mogoče zaradi posebne konstrukcije živčnih vlaken. Na nek način spominjajo na električni kabel. Torej, če z njim potegnemo vzporednice, potem so prevodniki aksoni, izolatorji pa njihove mielinske ovojnice (so membrana Schwannove celice, ki je navita v več plasteh). Poleg tega je hitrost živčnega impulza odvisna predvsem od premera vlaken. Druga najpomembnejša je kakovost električne izolacije. Mimogrede, telo uporablja mielinski lipoprotein, ki ima lastnosti dielektrika, kot material. Ceteris paribus, večja kot je njegova plast, hitreje bodo prešli živčni impulzi. Tudi v tem trenutku ni mogoče reči, da je bil ta sistem v celoti raziskan. Veliko, kar se nanaša na živce in impulze, je še vedno skrivnost in predmet raziskav.
Značilnosti strukture in delovanja
Če govorimo o poti živčnega impulza, je treba opozoriti, da mielinska ovojnica ne pokriva vlakna po celotni dolžini. Konstrukcijske značilnosti so takšne, da je trenutno stanje najbolje primerjati z ustvarjanjem izolacijskih keramičnih tulcev, ki so tesno napeti na palico električnega kabla (čeprav v tem primeru na akson). Posledično so majhna neizolirana električna območja, iz katerih lahko zlahka izteče ionski tokaksona v okolje (ali obratno). To draži membrano. Posledično nastanejo akcijski potenciali na območjih, ki niso izolirana. Ta proces se imenuje Ranvierjevo prestrezanje. Prisotnost takšnega mehanizma omogoča, da se živčni impulz širi veliko hitreje. Pogovorimo se o tem s primeri. Tako je hitrost prevodnosti živčnih impulzov v debelem mieliniziranem vlaknu, katerega premer niha znotraj 10-20 mikronov, 70-120 metrov na sekundo. Medtem ko je za tiste, ki imajo podoptimalno strukturo, ta številka 60-krat manjša!
Kje so narejeni?
Živčni impulzi izvirajo iz nevronov. Sposobnost ustvarjanja takšnih "sporočil" je ena njihovih glavnih lastnosti. Živčni impulz zagotavlja hitro širjenje iste vrste signalov vzdolž aksonov na veliko razdaljo. Zato je najpomembnejše sredstvo telesa za izmenjavo informacij v njem. Podatki o draženju se prenašajo s spreminjanjem pogostosti njihovega ponavljanja. Tukaj deluje zapleten sistem periodike, ki lahko v eni sekundi prešteje na stotine živčnih impulzov. Po nekoliko podobnem principu, čeprav veliko bolj zapleteno, deluje računalniška elektronika. Torej, ko se živčni impulzi pojavijo v nevronih, se na določen način kodirajo in šele nato se prenašajo. V tem primeru so informacije združene v posebne "pakete", ki imajo drugačno število in naravo zaporedja. Vse to skupaj je osnova za ritmično električno aktivnost naših možganov, ki jo lahko registriramo zahvaljujočelektroencefalogram.
Vrste celic
Ko govorimo o zaporedju prehoda živčnega impulza, ne moremo prezreti živčnih celic (nevronov), skozi katere poteka prenos električnih signalov. Tako si po njihovi zaslugi različni deli našega telesa izmenjujejo informacije. Glede na njihovo strukturo in funkcionalnost se razlikujejo tri vrste:
- Receptor (občutljiv). Kodirajo in pretvorijo v živčne impulze vse temperaturne, kemične, zvočne, mehanske in svetlobne dražljaje.
- Vstavljanje (imenovano tudi prevodnik ali zapiranje). Služijo za obdelavo in preklapljanje impulzov. Največ jih je v človeških možganih in hrbtenjači.
- Učinkovito (motor). Od centralnega živčnega sistema prejemajo ukaze za izvajanje določenih dejanj (na močnem soncu zaprite oči z roko itd.).
Vsak nevron ima telo celice in proces. Pot živčnega impulza skozi telo se začne prav pri slednjem. Procesi so dveh vrst:
- Dendriti. Poverjena jim je funkcija zaznavanja draženja receptorjev, ki se nahajajo na njih.
- Axons. Zahvaljujoč njih se živčni impulzi prenašajo iz celic v delovni organ.
Zanimiv vidik dejavnosti
Ko že govorimo o prevajanju živčnega impulza po celicah, je težko ne povedati o enem zanimivem trenutku. Torej, ko počivajo, potem recimotako se natrijevo-kalijeva črpalka ukvarja s gibanjem ionov tako, da dosežemo učinek sladke vode znotraj in slane zunaj. Zaradi nastalega neravnovesja potencialne razlike čez membrano lahko opazimo do 70 milivoltov. Za primerjavo, to je 5 % običajnih AA baterij. Toda takoj, ko se stanje celice spremeni, se nastalo ravnovesje poruši in ioni začnejo menjavati mesta. To se zgodi, ko skozi njo poteka pot živčnega impulza. Zaradi aktivnega delovanja ionov se to delovanje imenuje tudi akcijski potencial. Ko doseže določeno vrednost, se začnejo obratni procesi in celica doseže stanje mirovanja.
O akcijskem potencialu
Ko že govorimo o pretvorbi in širjenju živčnih impulzov, je treba omeniti, da bi to lahko bil mizerni milimeter na sekundo. Potem bi signali iz roke v možgane dosegli v nekaj minutah, kar očitno ni dobro. Tu igra svojo vlogo pri krepitvi akcijskega potenciala prej obravnavana mielinska ovojnica. In vsi njegovi "prepusti" so postavljeni tako, da pozitivno vplivajo le na hitrost prenosa signala. Torej, ko impulz doseže konec glavnega dela telesa enega aksona, se prenese bodisi v naslednjo celico bodisi (če govorimo o možganih) na številne veje nevronov. V slednjih primerih deluje nekoliko drugačen princip.
Kako vse deluje v možganih?
Pogovorimo se o tem, kakšno zaporedje prenosa živčnih impulzov deluje v najpomembnejših delih našega centralnega živčnega sistema. Tu so nevroni ločeni od svojih sosedov z majhnimi vrzeli, ki jih imenujemo sinapse. Akcijski potencial jih ne more prečkati, zato išče drug način, da pride do naslednje živčne celice. Na koncu vsakega procesa so majhne vrečke, imenovane presinaptične vezikli. Vsak od njih vsebuje posebne spojine - nevrotransmiterje. Ko do njih prispe akcijski potencial, se molekule sprostijo iz vrečk. Prečkajo sinapso in se pritrdijo na posebne molekularne receptorje, ki se nahajajo na membrani. V tem primeru se ravnotežje poruši in verjetno se pojavi nov akcijski potencial. To še ni zagotovo znano, nevrofiziologi to vprašanje preučujejo še danes.
Delo nevrotransmiterjev
Ko prenašajo živčne impulze, obstaja več možnosti, kaj se jim bo zgodilo:
- Razpršili se bodo.
- Bo podvržen kemični razgradnji.
- Vrni se v njihove mehurčke (to se imenuje ponovni zajem).
Ob koncu 20. stoletja je prišlo do presenetljivega odkritja. Znanstveniki so se naučili, da lahko zdravila, ki vplivajo na nevrotransmiterje (kot tudi njihovo sproščanje in ponovni privzem), bistveno spremenijo človekovo duševno stanje. Tako na primer številni antidepresivi, kot je Prozac, blokirajo ponovni privzem serotonina. Obstaja nekaj razlogov za domnevo, da je za Parkinsonovo bolezen krivo pomanjkanje nevrotransmiterja dopamina v možganih.
Zdaj raziskovalci, ki preučujejo mejna stanja človeške psihe, poskušajo ugotoviti, kakoVse vpliva na človekov um. Medtem pa nimamo odgovora na tako temeljno vprašanje: kaj povzroča, da nevron ustvarja akcijski potencial? Zaenkrat je mehanizem »izstrelitve« te celice za nas skrivnost. Z vidika te uganke je še posebej zanimivo delo nevronov v glavnih možganih.
Skratka, lahko delajo s tisoči nevrotransmiterjev, ki jih pošljejo njihovi sosedje. Podrobnosti glede obdelave in integracije tovrstnih impulzov so nam skoraj neznane. Čeprav se na tem ukvarjajo številne raziskovalne skupine. Trenutno se je izkazalo, da so vsi prejeti impulzi integrirani in nevron se odloči - ali je treba vzdrževati akcijski potencial in jih prenašati naprej. Delovanje človeških možganov temelji na tem temeljnem procesu. No, potem ni čudno, da ne poznamo odgovora na to uganko.
Nekatere teoretične značilnosti
V članku sta bila kot sinonima uporabljena "živčni impulz" in "akcijski potencial". Teoretično je to res, čeprav je v nekaterih primerih treba upoštevati nekatere značilnosti. Torej, če greste v podrobnosti, potem je akcijski potencial le del živčnega impulza. S podrobnim pregledom znanstvenih knjig lahko ugotovite, da je to le sprememba naboja membrane iz pozitivnega v negativno in obratno. Medtem ko se živčni impulz razume kot zapleten strukturni in elektrokemični proces. Razprostira se po nevronski membrani kot potujoči val sprememb. Potencialdejanja so le električna komponenta v sestavi živčnega impulza. Zaznamuje spremembe, ki se pojavijo z nabojem lokalnega dela membrane.
Kje nastajajo živčni impulzi?
Kje začnejo svojo pot? Na to vprašanje lahko odgovori vsak študent, ki je pridno preučeval fiziologijo vzburjenja. Obstajajo štiri možnosti:
- Receptorni konec dendrita. Če obstaja (kar ni dejstvo), je možna prisotnost ustreznega dražljaja, ki bo najprej ustvaril generatorski potencial, nato pa živčni impulz. Receptorji za bolečino delujejo na podoben način.
- Membrana ekscitatorne sinapse. Praviloma je to mogoče le, če pride do močnega draženja ali njihovega seštevanja.
- Dentrid sprožilno območje. V tem primeru nastanejo lokalni ekscitatorni postsinaptični potenciali kot odziv na dražljaj. Če je prvo Ranvierjevo vozlišče mielinizirano, se na njem povzamejo. Zaradi prisotnosti odseka membrane, ki ima povečano občutljivost, se tukaj pojavi živčni impulz.
- Axon Hilllock. To je ime kraja, kjer se začne akson. Nasip je najpogostejši za ustvarjanje impulzov na nevronu. Na vseh drugih mestih, ki so bila obravnavana prej, je njihov pojav veliko manj verjeten. To je posledica dejstva, da ima tukaj membrana povečano občutljivost, pa tudi nižjo kritično stopnjo depolarizacije. Ko se torej začne seštevanje številnih ekscitatornih postsinaptičnih potencialov, se hrib najprej nanje odzove.
Primer širjenja vzbujanja
Pripovedovanje v medicinskem smislu lahko povzroči napačno razumevanje nekaterih točk. Da bi to odpravili, je vredno na kratko pregledati navedena znanja. Vzemimo za primer ogenj.
Zapomnite si lanske poletne novice (kmalu jih bomo ponovno slišali). Ogenj se širi! Hkrati na svojih mestih ostanejo drevesa in grmičevje, ki gorijo. Toda fronta ognja gre vedno dlje od mesta, kjer je bil požar. Živčni sistem deluje na podoben način.
Pogosto je treba umiriti živčni sistem, ki se je začel vznemirjati. Toda to ni tako enostavno narediti, kot v primeru požara. Da bi to naredili, umetno posegajo v delo nevrona (za medicinske namene) ali uporabljajo različna fiziološka sredstva. To lahko primerjamo z polivanjem vode na ogenj.
