Основные физиологические свойства структуры нервной системы

Вся информация, которую полу­чают и анализируют нервные клет­ки, заключена в нервных импульсах, которые направляются к нервным центрам, расположенным в спинном и головном мозге, или на периферию – к рабочим органам (мышцам, железам, внутренним органам и дру­гим структурам человеческого орга­низма). О том, что нервные сигналы передаются по нервным клеткам в виде нервных импульсов, было известно давно. Однако природа их возникновения и распространения была выяснена только в последние 40 лет.

Нервные импульсы. У нервных клеток цитолемма (внешняя клеточ­ная мембрана) в покое имеет раз­личный электрический заряд (потен­циал) на наружной и внутренней поверхностях. При этом внутренняя поверхность цитолеммы нервных кле­ток заряжена отрицательно, а на­ружная – положительно. В покоя­щемся нейроне разность потенциа­лов между двумя поверхностями мембраны называют мембранным потенциалом или потенциалом покоя. Величина его – 70 мВ.

Мембранный потенциал возни­кает вследствие различного ионного состава тканевой жидкости и цито­плазмы нейрона. Особо важное зна­чение имеют ионы Na⁺, К⁺, Сl^–. Снаружи, со стороны межклеточной жидкости, больше положительно за­ряженных ионов, а с внутренней стороны, в цитоплазме нейрона, больше отрицательных ионов. Кроме того, в цитоплазме много отрица­тельно заряженных крупных органи­ческих молекул, которые не могут проникать через мембрану из-за сво­их размеров. Сохранение разной ионной концентрации в растворах, разделенных мембраной, возможно благодаря ее избирательной про­ницаемости.

Показано, что в состоянии покоя мембрана нервных клеток наиболее проницаема для ионов К⁺ и очень мало проницаема для ионов Nа⁺. В силу разности концентраций ионы К⁺ выходят на наружную поверх­ность клеточной мембраны, вынося положительный заряд.

Таким образом, мембранный по­тенциал зависит от разной концент­рации ионов снаружи и внутри клет­ки, а разная концентрация ионов может поддерживаться за счет изби­рательной проницаемости клеточной мембраны и механизмами транспорта ионов.

Если возбудимую клетку (ней­рон) подвергнуть действию доста­точно сильного раздражителя (меха­нического, химического, электриче­ского и т.д.), то в ответ на него ионы Nа⁺ сначала медленно, а затем лавинообразно устремляются внутрь клетки, неся с собой поло­жительный заряд. Происходит пере­зарядка мембраны: ее внутренняя поверхность приобретает положи­тельный заряд, а наружная – отри­цательный. При перезарядке мем­браны возникает потенциал дей­ствия – нервный импульс.

Повышение проницаемости мем­браны для ионов Na⁺ длится очень недолго, поэтому и длительность по­тенциала действия измеряется ты­сячными долями секунды (миллисе­кундами). Потенциал действия, воз­никая в возбужденном участке мем­браны (он электроотрицателен по отношению к участку, находящемуся в невозбужденном состоянии), ста­новится раздражителем для соседне­го участка. Такой механизм обес­печивает продольное распростране­ние нервных импульсов (потенциа­лов действия).

Таким образом, в нервной систе­ме информация передается в виде серии распространяющихся потен­циалов действия – нервных импуль­сов. Образование нервной клеткой потенциала действия в ответ на раздражение называют возбужде­нием.

Проведение возбуждения в нерв­ной системе. Нервные волокна обла­дают способностью проводить воз­буждение (нервный импульс) в двух направлениях. По одним нервным волокнам импульсы идут в центро­стремительном направлении (к мозгу), а по другим – в центробежном (от мозга к рабочим органам). Скорость проведения нервного им­пульса зависит от диаметра волокна. Чем оно толще, тем быстрее рас­пространяется импульс. Наибольшей скоростью проведения (до 120 м1с) отличаются мякотные (миелиновые) нервные волокна. Безмякотные (безмиелиновые) нервные волокна про­водят импульсы медленно (1 – 2 м1с). В мякотных нервных волок­нах возбуждение может возникать только в тех участках волокна, где отсутствует мякотная оболочка (в области узловых перехватов нерв­ного волокна – перехватов Ранвье). Поэтому у мякотных волокон воз­буждение распространяется скачка­ми от одного перехвата к другому, продвигаясь вдоль волокна гораздо быстрее, чем у тонких безмякотных волокон.

Совокупность нервных волокон образует нерв. В нервах импульсы проводятся по отдельным нервным волокнам изолированно: в одних –

в центростремительном направлении (к спинному и головному мозгу), в других – центробежном направ­лении (из мозга на периферию).

Синаптические соединения нерв­ных клеток могут быть возбуждаю­щими и тормозными. В возбуждаю­щем синапсе медиатор быстро пе­редает возбуждение другому нейро­ну. В тормозном синапсе действие медиатора направлено на задержку передачи нервного импульса от пресинаптической мембраны окончания аксона на постсинаптическую мемб­рану следующей нервной клетки. Процессы возбуждения и торможе­ния имеются и в нервных центрах, в которых передача нервных импуль­сов через синапсы происходит быстро или, наоборот, замедленно, тормо­зится.

Торможение – это нервный про­цесс, приводящий к угнетению воз­буждения. При торможении медиа­тор пресинаптических окончаний подавляет способность клетки гене­рировать возбуждение.

1. Что такое нервный импульс? Где и почему он возникает?

2. Какие заряды (положительный, отрицательный) находятся на поверхностях цитолеммы нервных клеток?

3. Какие ионы находятся на поверхностях цитолеммы нервных клеток и как они себя ведут при действии раздражителя?

4. Что вы знаете о скорости проведения нервных импульсов по мякотным и безмякотным нервным волокнам?

5. Какие процессы называют возбуждением и торможением?