Порушення нейрона
Конструкція мембран нейронів, включаючи канали, також приблизно однакова у всіх організмів Землі.
Вага впевненості:Цілком впевнено підтверджується незалежними дослідниками
Пояснення:Функція нейрона настільки ж фундаментальна знахідка еволюції, що й гени.
Нейрон на відміну інших клітин здатний збуджуватися. Під збудженням нейрона розуміють генерацію нейроном потенціалу дії. Основна роль збудженні належить іншому типу іонних каналів, при відкритті яких іони натрію спрямовуються в клітину. Нагадаємо, що завдяки постійній роботі насосних каналів концентрація натрієвих іонів поза клітиною приблизно в 50 разів більша, ніж у клітині, тому при відкритті натрієвих каналів іони натрію спрямовуються в клітину, а іони калію через відкриті калієві канали починають виходити з клітини. Для кожного типу іонів – натрію та калію – є свій власний тип іонного каналу. Рух іонів цими каналами відбувається за концентраційними градієнтами, тобто. з місця високої концентрації на місце з нижчою концентрацією. Відповімо на запитання: як іонні канали відкриваються та закриваються? У нейрона натрієві канали мембрани, що покоїться, закриті і на мембрані, як це вже описувалося вище, реєструється потенціал спокою порядку-70 мВ (негативність в цитоплазмі). Якщо потенціал мембрани деполяризувати (зменшити поляризацію мембрани) приблизно на 10 мВ, іонний натрієвий канал відкривається (рис. 2.6). Дійсно, в каналі є своєрідна заслінка, яка реагує на потенціал мембрани, відкриваючи цей канал при досягненні потенціалу певної величини. Такий канал називається потенціал залежним. Як тільки канал відкривається, в цитоплазму нейрона спрямовуються з міжклітинноїсередовища іони натрію, яких там приблизно в 50 разів більше, ніж у цитоплазмі Такий рух іонів є наслідком простого фізичного закону: іони рухаються концентраційним градієнтом. Таким чином, в нейрон надходять іони натрію, вони заряджені позитивно. Іншими словами, через мембрану протікатиме вхідний струм іонів натрію, який зміщуватиме потенціал мембрани у бік деполяризації, тобто зменшуватиме поляризацію мембрани. Чим більше іонів натрію увійде в цитоплазму нейрона, тим більше його мембрана деполяризується. Потенціал на мембрані збільшуватиметься, відкриваючи дедалі більшу кількість натрієвих каналів. Але цей потенціал зростатиме не нескінченно, а лише доти, доки не стане рівним приблизно +55 мВ. Цей потенціал відповідає присутнім у нейроні та поза його концентраціями іонів натрію, тому його називають натрієвим рівноважним потенціалом. Згадаємо, що у спокої мембрана мала потенціал -70 мВ, тоді абсолютна амплітуда потенціалу складе величину близько 125 мВ. Ми говоримо «близько», «приблизно» тому, що клітин різного розміру і типів цей потенціал може дещо відрізнятися, що пов'язано з формою цих клітин (наприклад, кількістю відростків), а також з особливостями їх мембран. Все викладене вище можна формально описати в такий спосіб. У спокої клітина поводиться як «калієвий електрод», а при збудженні – як «натрієвий електрод». Однак після того, як потенціал на мембрані досягне свого максимального значення +55 мВ, іонний натрієвий канал з боку, зверненої в цитоплазму, закупорюється спеціальною білковою молекулою. Це так звана "натрієва інактивація" (див. рис. 2.6); вона настає приблизно через 0,5-1 мс і не залежить від потенціалу на мембрані. Мембрана стає непроникною для натрієвих іонів. Для тогощоб потенціал мембрани повернувся до вихідного стану спокою, необхідно, щоб з клітини виходив струм позитивних частинок. Такими частинками в нейронах є іони калію. Вони починають виходити через відкриті калієві канали. Згадайте, що в клітині в стані спокою накопичуються іони калію, тому при відкритті калієвих каналів ці іони залишають нейрон, повертаючи мембранний потенціал до вихідного рівня (рівня спокою). В результаті цих процесів мембрана нейрона повертається до стану спокою (-70 мВ) і нейрон готується до наступного акта збудження. . Таким чином, вираженням збудження нейрона є генерація на мембрані нейрона потенціалу дії. Його тривалість у нервових клітинах становить величину близько 1/1000с(1 мс). . Як ясно з цього опису, збудження (потенціал дії) нейрона змінюється так званим «спокоєм». Однак жодного спокою у цей період немає. Як уже зазначалося вище, в мембрані є ще й насосні канали, кількість яких приблизно в 10 разів більше іонних, і вони постійно працюють, відкачуючи з цитоплазми надлишок іонів натрію і закачуючи туди іони калію, що бракують. Завдяки невпинній роботі цих каналів нейрон завжди готовий до збудження. Описаний вище механізм збудження клітини (звичайно, далеко не всі клітини нашого організму здатні збуджуватися) в основних рисах однаковий не тільки в нейронах і м'язових клітинах людини, але і в аналогічних клітинах інших організмів. Наприклад, у нейронах молюсків, хробаків, щурів і мавп при збудженні відбуваються описані вище послідовності подій. Більше того, конструкція мембран, включаючи канали, також приблизно однакова у всіх організмів Землі.частина молекули знаходиться в цитоплазмі, а інша у позаклітинному середовищі). Цікаво, що ці білкові молекули, що утворюють іонний чи насосний канали, не вічні, а постійно замінюються на нові (приблизно кожні кілька годин). Все це свідчить про дуже велику динамічність структури нейрона. Нейрон здатний до збудження, яке полягає в тому, що мембрана нейрона в стані спокою має потенціал порядку - 70 мВ (негативність в цитоплазмі), а в стані збудження набуває потенціал +55 мВ. Таким чином, абсолютна величина потенціалу дії - близько 125 мВ. Тривалість потенціалу дії нейрона становить всього близько 1 мс (1/1000 с). Далі це збудження (потенціал дії) має передатися іншому нейрону або якійсь іншій клітині, наприклад м'язової, залозистої та ін. . Порушення у вигляді потенціалу дії залишає тіло нейрона за його відростком, який називається аксоном. Аксони окремих нейронів зазвичай об'єднуються в пучки - нерви, а самі аксони в цих пучках називаються нервовими волокнами. Природа подбала, щоб волокна максимально добре справлялися з функцією проведення збудження у вигляді потенціалів дії. Для цієї мети окремі нервові волокна (аксони окремих нейронів) мають спеціальні чохли, виконані з хорошого електричного ізолятора (див. рис. 2.3). Чохол переривається через кожні 0,5-1,5 мм; це пов'язано з тим, що окремі ділянки чохла утворюються в результаті того, що спеціальні клітини в дуже ранній період розвитку організму (в основному ще до народження) обволікають невеликі ділянки аксона. На рис. 2.9 показано, як і відбувається. У периферичних нервах мієлін утворюється клітинами, які отримали назву шванновських, а в головному мозку це відбувається за рахунок клітинолігодендроглії. . Цей процес називається мієлінізацією, тому що в результаті утворюється чохол з речовини мієліну, приблизно на 2/3, що складається з жиру і є хорошим електричним ізолятором. Дослідники надають дуже великого значення процесу мієлінізації у розвитку мозку. Відомо, що у новонародженої дитини мієлінізовано приблизно 2/3 волокон головного мозку. Приблизно до 12 років завершується наступний етап мієлінізації. Це відповідає тому, що у дитини вже формується функція уваги, вона досить добре володіє собою. Разом з тим, повністю процес мієлінізації закінчується тільки при завершенні статевого дозрівання. Таким чином, процес мієлінізації є показником дозрівання низки психічних функцій. У той же час відомі захворювання нервової системи людини, які пов'язані з демієлінізацією нервових волокон, що супроводжується тяжкими стражданнями. До найвідоміших відноситься розсіяний склероз. Це захворювання розвивається непомітно та дуже повільно, наслідком є параліч руху. Чому ж така важлива мієлінізація нервових волокон? Виявляється, мієлінізовані волокна в сотні разів швидше проводять збудження, ніж немієлінізовані, тобто нейронні мережі нашого мозку можуть працювати з більшою швидкістю, а значить, більш ефективно. Тому не мієлінізуються в нашому організмі тільки найтонші волокна (менше 1 мкм у діаметрі), які проводять збудження до повільно працюючих органів кишечника, сечового міхура та ін. Як правило, не мієлінізуються волокна, які проводять інформацію про біль і температуру. . Як відбувається поширення збудження по нервовому волокну? Спочатку розберемо випадок немієлінізованого нервового волокна. На рис. 2.10 показано схему нервового волокна. Збуджена ділянка аксонахарактеризується тим, що мембрана, звернена до аксоплазми, заряджається позитивно щодо екстраклітинного середовища. Незбуджені (що спочивають) ділянки мембрани волокна негативні всередині. Між збудженими і незбудженими ділянками мембрани виникає різниця потенціалів і починає протікати струм. На малюнку це відображено лініями струму, що перетинають мембрану з боку аксоплазми, - струм, що виходить, який деполяризує сусідній незбуджений ділянку волокна. Порушення рухається по волокну тільки в одному напрямку (показано стрілкою) і не може піти в інший бік, тому що після збудження ділянки волокна в ньому настає рефрактерність - зона незбудливості. Нам вже відомо, що деполяризація призводить до відкривання потенціалу залежних натрієвих каналів і в сусідній ділянці мембрани розвивається потенціал дії. Потім натрієвий канал інактивується і закривається, що призводить до зони незбудливості волокна. Ця послідовність подій повторюється кожної сусідньої ділянки волокна. На кожне таке збудження витрачається певний час. Спеціальні дослідження показали, що швидкість проведення збудження немієлінізованих волокон пропорційна їх діаметру: чим більше діаметр, тим вища швидкість руху імпульсів. Наприклад, немієлінізовані волокна, що проводять збудження зі швидкістю 100 - 120 м/с, повинні мати діаметр близько 1000 мкм (1 мм). У ссавців тварин природа зберегла немієлінізованими тільки ті збудження про біль, температуру, що управляють повільно працюючими внутрішніми органами сечовим волокна, які проводять органами - сечовим міхуром, кишечником та ін. Практично всі нервові волокна в центральній нервовій системі людини мають мієлінові чохли. На рис. 2.11 показано, що якщо вздовж волокна, покритого мієліном,реєструвати проходження збудження, то потенціал дії виникає лише у перехопленнях Ранв'є. Виявляється, мієлін, будучи хорошим електричним ізолятором, не пропускає виходу ліній струму від попередньої збудженої ділянки. Вихід струму в цьому випадку можливий тільки через ділянки мембрани, які знаходяться на стику між двома ділянками мієліну. Нагадаємо, що кожна ділянка утворена лише однією клітиною, тому це стики між двома клітинами, що утворюють сусідні ділянки мієлінової оболонки. Мембрана аксона між двома сусідніми мієліновими чохлами виявляється не покритою мієліном (так званий перехоплення Ранв'є). Завдяки такому устрою мембрана волокна збуджується лише у місцях перехоплень Ранв'є. Внаслідок цього потенціал дії (збудження) ніби перескакує через ділянки ізольованої мембрани. Іншими словами, збудження рухається стрибками від перехоплення до перехоплення. Це схоже на ті чарівні чоботи-скороходи, які одягав кіт у відомій казці, миттєво переносячи з одного місця в інше.