Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

11.4: Нервові імпульси

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5835

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Коли вдаряє блискавка

    Ця дивовижна блискавка від хмари до поверхні виникла, коли різниця в електричному заряді накопичилася в хмарі відносно землі. Коли накопичення заряду було досить великим, стався раптовий розряд електрики. Нервовий імпульс схожий на удар блискавки. Як нервовий імпульс, так і удар блискавки виникають через різницю в електричному заряді, і обидва призводять до електричного струму.

    Блискавка
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Блискавка

    Генерування нервових імпульсів

    Нервовий імпульс, подібно удару блискавки, є електричним явищем. Нервовий імпульс виникає через різницю електричного заряду по плазматичній мембрані нейрона. Як виникає така різниця в електричному заряді? Відповідь передбачає іони, які є електрично зарядженими атомами або молекулами.

    Потенціал відпочинку

    Схема натрієво-калієвого насоса
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Натрій-калієвий насос підтримує потенціал спокою нейрона. Всередині більше негативного заряду, ніж зовні клітинної мембрани. АТФ використовується для відкачування натрію і калію в клітину. Існує більша концентрація натрію поза мембраною і більша концентрація калію всередині клітини через нерівномірне переміщення цих іонів насосом.

    Коли нейрон не передає активно нервовий імпульс, він знаходиться в стані спокою, готовий передавати нервовий імпульс. Під час стану спокою натрієво-калієвий насос підтримує різницю заряду по клітинній мембрані нейрона. Натрієво-калієвий насос - це механізм активного транспорту, який переміщує іони натрію з клітин і іони калію в клітини. Натрієво-калієвий насос переміщує обидва іони з областей меншої концентрації в більш високу, використовуючи енергію в АТФ і білки-носії в клітинній мембрані. \(\PageIndex{3}\)На малюнку більш детально показано, як працює натрієво-калієвий насос. Натрій є основним іоном рідини поза клітинами, а калій - головним іоном рідини всередині клітин. Ці відмінності в концентрації створюють електричний градієнт через клітинну мембрану, який називається потенціалом спокою. Щільно контролюючи потенціал спокою мембрани, має вирішальне значення для передачі нервових імпульсів.

    Потенціал дій

    Потенціал дії, який також називають нервовим імпульсом, - це електричний заряд, який рухається по мембрані нейрона. Він може генеруватися, коли мембранний потенціал нейрона змінюється хімічними сигналами з сусідньої клітини. У потенціалі дії потенціал клітинної мембрани швидко змінюється від негативного до позитивного, оскільки іони натрію потрапляють в клітину через іонні канали, тоді як іони калію витікають з клітини, як показано на малюнку\(\PageIndex{3}\).

    Графік потенціалу дії потенціалу спокою, деполяризації та реполяризації
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Потенціал дії прискорює вздовж аксона в мілісекундах. Іони натрію надходять і викликають потенціал дії, а потім іони калію витікають, щоб скинути потенціал спокою.
    графік потенціалу дії
    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Графік потенціалу дії мембранного потенціалу з плином часу. Нейрон повинен досягти певного порогу, щоб почати крок деполяризації досягнення потенціалу дії. На малюнку також показана зміна потенціалу в періоди реполяризації і рефрактерності аксона.

    Зміна мембранного потенціалу призводить до того, що клітина стає деполяризованою. Потенціал дії працює на основі «все або нічого». Тобто мембранний потенціал повинен досягати певного рівня деполяризації, званого порогом, інакше потенціал дії не запуститься. Цей пороговий потенціал змінюється, але, як правило, приблизно 15 мілівольт (мВ) позитивніше, ніж мембранний потенціал спокою клітини. Якщо деполяризація мембрани не досягне порогового рівня, потенціал дії не відбудеться. На малюнку видно\(\PageIndex{4}\), що дві деполяризації не досягли порогового рівня -55мВ.

    Першими каналами для відкриття є іонні канали натрію, які дозволяють іонам натрію потрапляти в клітину. Отримане в результаті збільшення позитивного заряду всередині клітини (приблизно до +40 мВ) запускає потенціал дії. Це називається деполяризацією мембрани. Потім іонні канали калію відкриваються, дозволяючи іонам калію витікати з клітини, що закінчує потенціал дії. Внутрішня частина мембрани знову стає негативною. Це називається реполяризацією мембрани. Обидва іонних каналу потім закриваються, і натрієво-калієвий насос відновлює потенціал спокою -70 мВ. Потенціал дії рухатиметься вниз по аксону до синапсу, як хвиля рухається вздовж поверхні води. \(\PageIndex{4}\)На малюнку показана зміна потенціалу мембрани аксона під час дії потенціалу. Нерв проходить короткий рефрактерний період перед гоночним потенціалом спокою. Під час рефрактерного періоду не може бути сформований інший потенціал дії

    У мієлінізованих нейронів іонні потоки відбуваються тільки в вузлах Ранв'є. В результаті сигнал потенціалу дії «перескакує» по мембрані аксона від вузла до вузла, а не поширюється плавно по мембрані, як це роблять в аксонів, які не мають мієлінової оболонки. Це пов'язано з кластеризацією іонних каналів Na+ та K+ у вузлах Ранв'є. Немієлінізовані аксони не мають вузлів Ранв'є, а іонні канали в цих аксонях розкидані по всій поверхні мембрани.

    Передача нервових імпульсів

    Місце, де термінал аксона зустрічається з іншою клітиною, називається синапсом. Саме тут відбувається передача нервового імпульсу іншій клітині. Клітина, яка посилає нервовий імпульс, називається пресинаптической клітиною, а клітина, яка отримує нервовий імпульс, називається постсинаптичної клітиною.

    Деякі синапси є чисто електричними і роблять прямі електричні зв'язки між нейронами. Однак більшість синапсів є хімічними синапсами. Передача нервових імпульсів по хімічним синапсам більш складна.

    Хімічні синапси

    При хімічному синапсі як пресинаптична, так і постсинаптична області клітин сповнені молекулярної машини, яка бере участь у передачі нервових імпульсів. Як показано на малюнку\(\PageIndex{5}\), пресинаптична область містить багато крихітних сферичних судин, званих синаптичними везикулами, які упаковані хімічними речовинами, званими нейромедіаторами. Коли потенціал дії досягає аксонового терміналу пресинаптичної клітини, він відкриває канали, які дозволяють кальцію потрапляти в термінал. Кальцій змушує синаптичні бульбашки зливатися з мембраною, вивільняючи їх вміст у вузький простір між пресинаптической і постсинаптичної мембранами. Ця область називається синаптичної щілиною. Молекули нейромедіатора подорожують через синаптичну щілину і зв'язуються з рецепторами, які є білками, вбудованими в мембрану постсинаптичної клітини.

    Вплив нейромедіатора на постсинаптичну клітину залежить головним чином від типу рецепторів, які він активує, що робить можливим для конкретного нейромедіатора різний вплив на різні клітини-мішені. Нейромедіатор може збуджувати один набір клітин-мішеней, пригнічувати інші та мати складні модулюючі ефекти на інших, залежно від типу рецепторів. Однак деякі нейромедіатори мають відносно послідовний вплив на інші клітини.

    Схема хімічного синапсу
    Малюнок\(\PageIndex{5}\): Ця діаграма показує, як потенціал дії передає сигнал через синапс іншій клітині молекулами нейромедіатора. Діаграма вставки показує термінал аксона, синапс і рецептор постсинаптичної клітини. Нейромедіатори вивільняються з терміналу аксона, подорожують у синаптичній щілині і прикріплюються до рецепторів.

    Рецензія

    1. Визначити нервовий імпульс.
    2. Що таке потенціал спокою нейрона і як він підтримується?
    3. Поясніть, як і чому виникає потенціал дії.
    4. Окресліть, як сигнал передається від пресинаптичної клітини до постсинаптичної клітини при хімічному синапсі.
    5. Що взагалі визначає вплив нейромедіатора на постсинаптичну клітину?
    6. Визначте три загальні типи впливу, які нейромедіатори можуть мати на постсинаптичні клітини.
    7. Поясніть, як електричний сигнал в пресинаптичному нейроні викликає передачу хімічного сигналу на синапсі.
    8. Потік якого типу іона в нейрон призводить до потенціалу дії?
      1. Як ці іони потрапляють в клітину?
      2. Що робить цей потік іонів з відносним зарядом всередині нейрона порівняно із зовнішнім?
    9. Натрієво-калієвий насос:
      1. активується потенціалом дії
      2. вимагає енергії
      3. не вимагає енергії
      4. викачує іони калію з клітин
    10. Правда чи брехня. Деякі потенціали дії більше, ніж інші, в залежності від кількості стимуляції.
    11. Правда чи брехня. Синаптичні везикули з пресинаптичної клітини потрапляють в постсинаптичну клітину.
    12. Правда чи брехня. Потенціал дії в пресинаптичній клітині в кінцевому підсумку може призвести до інгібування постсинаптичної клітини.
    13. Назвіть три нейромедіатора.

    Атрибуції

    1. Адаптовано Мандіпом Гревалем з Лінкольна Лайтнінг ВМС США фото фотографів Мате 2-го класу Аарона Ансарова; публічне надбання через Wikimedia Commons
    2. Схема натрієво-калієвого насоса від LadyOfHats Маріана Руїс Вільярреал, випущена у суспільне надбання через Wikimedia Commons
    3. Потенціал дії ліцензії CC BY 3.0 від OpenStax
    4. Потенціал дій Кріса 73, ліцензованого CC BY 3.0 через Wikimedia Commons
    5. Схема хімічного синапсу, обрізана створеною файлом Looie496, Національними інститутами охорони здоров'я США, Національним інститутом старіння створили оригінал, випущений у суспільне надбання через Wikimedia Commons
    6. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0