НЕРВНАЯ СИСТЕМА

Нервная система построена из нервных клеток - нейронов. Они различной формы с многочисленными отростками. Один длинный - аксон, другие короткие - дендриты. Существует 3 группы нервных клеток:

• 1) чувствительные нейроны воспринимают сигнал с периферии;
• 2) двигательные нейроны передают сигнал;
• 3) вставочные или промежуточные нейроны (интернейроны).

Живые клетки обладают способностью отвечать на воздействие окружающей среды изменением своего состояния, это -свойство реактивности.

Живые клетки реагируют на раздражение, это свойство -раздражимость - процесс воздействия раздражителя на организм или его структурные компоненты. При этом живой объект переходит из состояния покоя в состояние активности.

Раздражители бывают: химические, механические, квантовооптические и др. Все они делятся на адекватные и неадекватные раздражители.

Адекватные - те, к восприятию которых данная ткань приспособлена. Например, квантово-оптический раздражитель адекватен для сетчатки глаза.

Неадекватные раздражители: например, удар по глазу. Сетчатка так же реагирует на воздействие, но разница в энергетических затратах.

Восприятие раздражителей у человека очень совершенно.

Среди реакций на раздражитель есть особый вид реакции в форме возбуждения. Но возбуждением реагирует не все, а только возбудимые ткани: нервная, мышечная и, отчасти, железистая. Все остальные ткани реагируют, но не возбуждением. Возбудимость - это способность отвечать на раздражение возбуждением. Это сложная биологическая реакция, сопровождающаяся изменением электрического состояния поверхностной клеточной мембраны.

Электрические явления в нервной клетке

Учение о живых тканях начинается с работ Гальвани в 1791 г. Он проводил наблюдения над влиянием атмосферного электричества на живую ткань. Он сидел на балконе во время грозы. На перилах его балкона висели лягушачьи лапки. Гальвани заметил, что, когда лапки, раскачиваясь на ветру, прикасались к перилам, они вздрагивали. Но ведь лягушка мертвая? В чем же дело? Гальвани сделал вывод: есть животное электричество.

Существует два электрических состояния нервной ткани: покой и возбуждение. Существует потенциал покоя и потенциал возбуждения. Это следствие того, что мембрана клеточной оболочки обладает селективной (избирательной) проницаемостью.

Покой (ПП). В покое ионы К⁺ и С Г проходят через мембрану легко, а ионы Na⁺ трудно. В покое у К⁺ проницаемость в 25 раз выше, чем у ионов Na⁺.

При этом в клетке много К⁺, в 50 раз больше, чем во внеклеточной среде. Клетка насыщена К⁺, и мембрана способна его пропускать. К⁺ стремится покинуть клетку из-за градиента концентраций и, выходя, он выносит положительный заряд. Внутри остаются соответствующие отрицательные анионы, они не могут выйти, т.к. они крупные. Поэтому мембрана в покое изнутри заряжена отрицательно, а снаружи - положительно.

Но вышедшие ионы К⁺ мешают выходу следующей порции в силу одноименного отталкивания зарядов. Na⁺ же мало в клетке: в 10 раз меньше, чем в окружающей среде и по тому же градиенту концентраций он пытается войти в клетку, но почти не может войти и проходит в незначительных количествах. Постепенно этот процесс стабилизируется и устанавливается равновесие для живой клетки.

Но, несмотря на концентрационные градиенты, клетка все же теряет К⁺ и набирает Na⁺. Существует механизм, который тоже обеспечивает потенциал покоя - калий-натриевый насос. Если бы выровнялась ионная среда по обе стороны мембраны, клетка бы погибла. Насос выкачивает из клетки Na⁺ и закачивает К⁺, но с затратами энергии АТФ. Разность потенциалов между внутренней и наружной поверхностью клетки создается за счет диффузии -процесса движения ионов через мембрану и работы калий-натриевой помпы.

Возбуждение (ПД). Если воздействовать на клетку достаточно интенсивно, в ней возникают электрические ответы на воздействие: мембранный потенциал начинает колебаться. Быстрые колебания мембранного потенциала и есть возбуждение (ПД). Клеточная мембрана сначала утрачивает разность потенциалов между наружной и внутренней стороной мембраны, затем заряд на короткое время (не более 3 мс) меняется на противоположный. Далее исходная ситуация восстанавливается. В основе изменения разности потенциалов -изменение проводимости мембраны: она становится проницаема для Na⁺, и Na⁺ по градиенту концентраций хлынет внутрь.

В мембране существуют каналы для Na⁺, в покое они закрыты воротами. Раздражитель открывает ворота, они электрочувствительны. Na⁺ устремляется в свои каналы и вносит положительный заряд внутрь, а там был минус, поэтому полярность исчезает - это деполяризация. Затем поток Na⁺ начинает превышать поток К⁺ из клетки.

Обратная «сторона медали» - реверс. Процесс реполяризации (восстановления заряда). По тем же законам поток Na⁺ начинает убывать. Заряд приходит в норму, но ионная ситуация другая. Действует насос. Он выкачивает из клетки Na⁺ и закачивает К⁺. Процесс возбуждения - это перевернутый импульс, который идет в ЦНС. В основе всех этих процессов лежит движение ионов через мембрану.

Если во время действия ПД даем следующий раздражитель, мы не сможем вызвать такой же процесс. В то время, когда в клетке существует процесс возбуждения, она не чувствительна (рефрактерна). Рефрактерность связана с особенностями работы Na-системы. Причина - в работе каналов. ПД способен двигаться, распространяться за счет местных токов.

Законы проведения ПД

• 1. Проведение бездекрементное (без угасания), т.к. в каждой следующей точке потенциал рождается таким же, мембрана обладает на всем своем протяжении одинаковыми свойствами.
• 2. Проведение по нерву двустороннее, нерв в искусственных условиях (эксперимент) проводит в обе стороны одинаково, и сигнал идет в обе стороны. Но в естественных условиях - только в одну, так как благодаря анатомии клетки существует принцип полярности нейрона. Кроме этого, существуют синапсы - контакты между клетками. Они работают как клапаны, проводя сигнал только в одну сторону. Поэтому в естественных условиях в организме сигналы по отросткам нервных клеток проходят только в одну сторону.
• 3. Принцип сальтаторного проведения (проведения прыжками). Часть нервных волокон (толстые нервные волокна) покрыта снаружи специальными клетками (Шванновские клетки). Они образуют наружную оболочку нервного волокна (мякотная оболочка). Она прерывистая и обладает свойствами изолятора. Возбуждение возникает в соседнем неизолированном участке. Это дает выигрыш в скорости проведения. Мякотные волокна проводят сигнал быстрее, со скоростью 30-100 м/с, тогда как немиелинизированные - со скоростью 1 м/с.

Нервно-мышечный синапс. Допустим, сигнал прошел по волокну и дошел до мышечной клетки. Переход сигнала осуществляется не электрическим путем, а химическим, т.к. мембраны клеток не сливаются. Сигнал не переходит непосредственно с одной клетки на другую, он переходит с помощью химического вещества - медиатора (посредника). В синапсе есть пресинапс. Есть также постсинапс - это складчатая мембрана. Медиатор должен пройти через синаптическую щель и взаимодействовать с рецепторами этой постсинаптической мембраны. Медиатор находится в пресинапсе, в пузырьках. Когда потенциал действия, двигаясь по нервному волокну, доходит до синапса, пузырьки начинают вскрываться в эту синаптическую щель.

В нервно-мышечном синапсе медиатором является ацетилхолин. Он выходит в синаптическую щель и начинает взаимодействовать с постсинаптической мембраной, в которой раскрываются каналы для Na⁺, закрытые в покое воротами. Медиатор открывает ворота, в области синапса они хемочувствительны, Na⁺ устремляется внутрь клетки, там возникает возбуждение. В постсинапсе сигнал снова становится электрическим и по тем же законам распространяется по мембране мышечного волокна. Но медиатор, который вышел в синаптическую щель, не действует вечно на мембрану, т.к. разрушается специальным ферментом. Следующий потенциал приведет к такому же процессу. Na-ворота только в области синапса хемочувствительны, а далее они чувствительны к потенциалу.

Синапсы ЦНС. В ЦНС то же есть синапсы. Нервная клетка взаимодействует с другой с помощью синаптических контактов. Но там другие медиаторы. Они плохо изучены, т.к. исследовать их трудно. В нервной системе немного другие принципы работы синапсов и медиаторов.

В нервно-мышечном соединении все достаточно просто. В ЦНС на одной клетке много синапсов. Основная масса ЦНС -промежуточные нейроны, которые дают большое число контактов: каждая нервная клетка является поставщиком информации для многих клеток, и многие клетки приносят ей информацию.

Отличие центрального нервного синапса от нервно-мышечного приведено ниже.

• 1. В ЦНС есть, кроме возбуждающих синапсов, еще и тормозные. Проходя через тормозной синапс, сигнал не вызывает деполяризацию, а усиливает тот заряд, который был сначала. На одну клетку воздействуют как возбуждающие, так и тормозные синапсы, и эти сигналы суммируются.
• 2. Если для возникновения ПД в нервно-мышечном синапсе достаточно было одного сигнала по нервному волокну, и мышца сокращалась, то для возбуждения нервной клетки этого мало, необходимо одновременное возбуждение определенного количества синапсов, только тогда возникает ПД в нервной клетке.
• 3. Чтобы нервная клетка возбудилась, надо, чтобы на ней было возбуждено достаточно много возбуждающих и мало тормозных синапсов одновременно.