Който е изследвал процесите на предаване на нервните импулси. Какво е нервен импулс? Определение
Раздразненията на рецепторите предизвикват превръщането на действащата енергия на стимула в нервни импулси, които се предават в нервната система посредством синапси.
Функционални структури на клетъчната мембрана.Клетъчната мембрана (клетъчна мембрана) е тънка липопротеинова пластина, съдържанието на липиди е около 40%, протеини - 60%. Схематично клетъчната мембрана може да бъде представена по следния начин: мембраната се състои от двоен слой от фосфолипидни молекули, покрити отвътре със слой от протеинови молекули, а отвън от слой от сложни въглехидратни молекули. Клетъчната мембрана съдържа малки тубули йонни канали,притежаващи селективност. Има канали, които пропускат само един йон (натрий, калий, калций, хлор) или няколко.
Потенциал за покой и потенциал за действие.В покой в протоплазмата на нервната клетка концентрацията на калиеви йони е повече от 30 пъти по-висока от концентрацията на тези йони във външния разтвор. Мембраната е практически непроницаема за натрий, докато калият преминава през нея. Дифузията на калиеви йони от протоплазмата във външната течност е много висока, което придава на външната мембрана положителен заряд, а на вътрешната отрицателен. По този начин концентрацията на калиеви йони е основният фактор, който формира и определя стойността потенциал за почивка(PP).
Когато клетката е раздразнена, пропускливостта на мембраната за натриеви йони се повишава рязко и става приблизително 10 пъти по-голяма от пропускливостта за калиеви йони. Следователно потокът от положително заредени калиеви йони от протоплазмата към външния разтвор намалява, докато потокът от положително заредени натриеви йони от външния разтвор към протоплазмата на клетката се увеличава. Това води до презарежданемембрана, външната повърхност се зарежда електро-отрицателно, а вътрешната - положително ( фаза на деполяризация).
Увеличаването на пропускливостта на мембраната за натриеви йони продължава много кратко време. След това в клетката протичат възстановителни процеси, което води до факта, че пропускливостта за натриеви йони отново намалява, а пропускливостта й за калиеви йони се увеличава. И в резултат на тези два процеса външната мембрана отново придобива положителен заряд, а вътрешната - отрицателен ( фаза на реполяризация).
Моменталното увеличаване на пропускливостта за натриеви йони и тяхното проникване в клетката е достатъчно, за да промени знака на мембранния потенциал и да възникне потенциал за действие (AP),който се разпространява по аксона с доста висока скорост, продължителността на AP обикновено е 1-3 ms.
синаптично предаване на информация.Мястото на предаване на възбуждане от един неврон на друг се нарича синапс(в превод от гръцки - контакт). Синапсът е мембраната на два съседни неврона ( пресинаптични и постсинаптични мембрани)и пространството между тях, което се нарича синаптична цепнатина.
Има аксо-соматични синапси, образувани от мембраните на аксона и тялото (сома) на друг неврон, аксо-дендрит, състоящ се от аксонната мембрана и дендритите на друг неврон, аксо-аксонален, в който аксонът се доближава до аксона на друг неврон . Нарича се синапсът между аксоните и мускулните влакна нервно-мускулна плоча.
Нервният импулс се движи по аксона, за да достигне края на аксона и кара калциевите канали да се отворят върху пресинаптичната мембрана. Тук, на пресинаптичната мембрана са везикули(везикули), които съдържат биологично активни вещества - медиатори.
Отварянето на калциевите канали води до деполяризациявърху пресинаптичната мембрана. Калцият се свързва с протеините, които образуват мембраната на везикулите, в които се съхранява медиаторът. Тогава мехурчетата се спукват и цялото съдържание влиза в синаптичната цепнатина. След това молекулите на медиатора се свързват със специални протеинови молекули ( рецептори), които са разположени върху мембраната на друг неврон - на постсинаптичната мембрана.
Когато молекулите на медиатора се свържат с рецепторите, каналите за натриеви и калиеви йони се отварят на постсинаптичната мембрана, причинявайки потенциална промяна (деполяризация) върху нея. Този потенциал се нарича постсинаптичен потенциал (PSP).В зависимост от естеството на отворените йонни канали възникват възбуждащи (EPSP) или инхибиторни (TPSP) постсинаптични потенциали.
По този начин възбуждането (AP) на неврон в синапса се превръща от електрически импулс в химичен импулс (освобождаване на предавател от везикулите).
Времето между началото на пресинаптичната деполяризация и постсинаптичната реакция е 0,5 ms, което е синаптично забавяне.
Основни посредници: ацетилхолин, моноамини (серотонин, хистамин), катехоламини (допамин, норепинефрин, адреналин), аминокиселини (глутамат, глицин, аспартат, гама-аминомаслена киселина - GABA, аланин), пептиди, вазопресин, окситоцин, аденозин, ATP.
Гръбначен мозък
Гръбначен мозък, на външен вид е дълъг, цилиндричен, сплескан отпред назад кичур. В тази връзка напречният диаметър на гръбначния мозък е по-голям от предно-задния.
Гръбначният мозък се намира в гръбначния канал и преминава в мозъка на нивото на долния ръб на foramen magnum. На това място от гръбначния мозък (горната му граница) излизат корени, образуващи десния и левия гръбначни нерви. Долната граница на гръбначния мозък съответства на нивото на 1-11 лумбални прешлени. Под това ниво върхът на медуларния конус на гръбначния мозък продължава в тънка крайна (крайна) нишка. Крайната нишка в горните си части все още съдържа нервна тъкан и е остатък от каудалния край на гръбначния мозък. Тази част от крайната нишка, наречена вътрешна, е заобиколена от корените на лумбалните и сакралните гръбначни нерви и заедно с тях се намира в сляпо завършваща торбичка, образувана от твърдата обвивка на гръбначния мозък. При възрастен вътрешната част на крайната нишка е с дължина около 15 см. Под нивото на 2-ри сакрален прешлен крайната нишка е съединителнотъканно образувание, което е продължение и на трите мембрани на гръбначния мозък и е наречена външната част на крайната нишка. Дължината на тази част е около 8 см. Завършва на нивото на тялото на 2-ри кокцигеален прешлен, сливайки се с периоста му.
Дължината на гръбначния мозък при възрастен е средно 43 см (за мъжете 45 см, за жените 41-42 см), теглото - около 34-38 g, което е приблизително 2% от масата на мозъка.
В цервикалната и лумбосакралната област на гръбначния мозък се откриват две забележими удебеления: цервикално удебеляване и лумбосакрално удебеляване. Образуването на удебеления се обяснява с факта, че инервацията на горните и долните крайници се извършва съответно от шийните и лумбосакралните участъци на гръбначния мозък. В тези отдели в гръбначния мозък има по-голям брой нервни клетки и влакна в сравнение с други отдели. В долните участъци гръбначният мозък постепенно се стеснява и образува мозъчен конус.
На предната повърхност на гръбначния мозък се вижда предната средна пукнатина, която стърчи в тъканта на гръбначния мозък по-дълбоко от задната средна брада. Тези жлебове са границите, разделящи гръбначния мозък на две симетрични половини. В дълбочината на задната средна бразда има глиална задна средна преграда, която прониква почти в цялата дебелина на бялото вещество. Тази преграда достига задната повърхност на сивото вещество на гръбначния мозък.
На предната повърхност на гръбначния мозък, от всяка страна на предната фисура, има предностранна брада. Това е изходната точка на предните (моторни) корени на гръбначните нерви от гръбначния мозък и границата на повърхността на гръбначния мозък между предния и страничния мозък. На задната повърхност на всяка половина на гръбначния мозък има задно-латерален жлеб, мястото на проникване в гръбначния мозък на задните сетивни корени на гръбначните нерви. Този жлеб служи като граница между страничните и задните въжета.
Предният кортекс се състои от израстъци на двигателни (моторни) нервни клетки, разположени в предния рог на сивото вещество на гръбначния мозък. Задният корен е чувствителен, представен от набор от централни израстъци от псевдо-униполярни клетки, проникващи в гръбначния мозък, чиито тела образуват гръбначния ганглий, който лежи на кръстопътя на задния корен с предния. В целия гръбначен мозък от всяка страна се отклоняват 31 двойки корени. Предните и задните корени във вътрешния ръб на междупрешленния отвор се сливат, сливат се един с друг и образуват гръбначния нерв. Така от корените се образуват 31 двойки гръбначни нерви. Секцията на гръбначния мозък, съответстваща на две двойки корени (два предни и две задни), се нарича сегментон.
Много е важно лекарят да знае топографската връзка на сегментите на гръбначния мозък с гръбначния стълб (топография на сегментния скелет). Дължината на гръбначния мозък е много по-малка от дължината на гръбначния стълб, следователно серийният номер на който и да е сегмент от гръбначния мозък и нивото на неговата позиция, започвайки от долния цервикален регион, не съответства на серийния номер на едноименния прешлен. Положението на сегментите спрямо прешлените може да се определи по следния начин. Горните шийни сегменти са разположени на нивото на телата на прешлените, съответстващо на техния пореден номер. Долните шийни и горните торакални сегменти лежат един прешлен по-високо от съответните тела на прешлените. В средната гръдна област тази разлика между съответния сегмент на гръбначния мозък и тялото на гръбначния стълб се увеличава вече с 2 прешлена, в долната гръдна област - с 3. Лумбалните сегменти на гръбначния мозък лежат в гръбначния канал на нивото на телата на 10, 11 гръдни прешлени, сакралните и опашните сегменти - по ниво на 12 гръдни и 1 лумбален прешлен.
Гръбначният мозък се състои от нервни клетки и влакна от сиво вещество, което в напречен разрез прилича на буквата В или на пеперуда с разперени крила. Отвъд периферията на сивото вещество е бялото вещество, образувано само от нервни влакна.
Сивото вещество на гръбначния мозък съдържа централен канал. Това е остатък от кухината на невралната тръба и съдържа цереброспинална течност. Горният край на канала комуникира с 9-та камера, а долният край, като се разширява донякъде, образува сляпо завършващ терминален вентрикул. Стените на централния канал на гръбначния мозък са облицовани с епендима, около която е централното желеста (сива) субстанция. При възрастен, централният канал в различни части на гръбначния мозък, а понякога и обрастващи навсякъде.
Сивото вещество, в целия гръбначен мозък вдясно и вляво от централния канал, образува симетрични сиви колони. Отпред и отзад на централния канал на гръбначния мозък, тези сиви колони са свързани помежду си с тънки листове сиво вещество, наречени предна и задна комисура.
Във всяка колона на сивото вещество се разграничава нейната предна част - предната колона и задната част - задната колона. Отвъд нивото на долния шийен отдел, всички гръдни и два горни лумбални сегмента на гръбначния мозък.
Сивото вещество от всяка страна образува странична издатина - страничен стълб. В други части на гръбначния мозък (над 8-ми шиен и под 2-ри лумбални сегменти) няма странични колони.
Зад напречния участък на гръбначния мозък колоните от сиво вещество от всяка страна изглеждат като рога. Има по-широк преден рог и тесен заден рог1, съответстващи на предната и задната колона. Страничен рог, съответства на страничната междинна колона (автономна) на сивото вещество.
В предните рога има големи клетки на нервните корени - двигателни (еферентни) неврони. Тези неврони образуват 5 ядра: две странични (предностранно и задностранно), две медиални (преднемедиално и задно медиално) и централно ядро. Задните рога на гръбначния мозък са представени предимно от по-малки клетки. Като част от задните или чувствителни корени са централните процеси на псевдо-униполярни клетки, разположени в гръбначните (чувствителни) възли.
Сивото вещество на задните рога на гръбначния мозък е хетерогенно. По-голямата част от нервните клетки на задния рог образуват собствено ядро. В бялото вещество, непосредствено до върха на задния рог на сивото вещество, се разграничава гранична зона. Пред последното в сивото вещество е гъбестата зона, която получи името си поради наличието в този участък на глиална мрежа с голям контур, съдържаща нервни клетки. Още по-отпред се отделя желеобразно вещество, състоящо се от малки нервни клетки. Процесите на нервните клетки на желатиновата субстанция, гъбестата зона и клетките на снопа, дифузно разпръснати в сивото вещество, комуникират с няколко съседни сегмента. Като правило те завършват в синапси с неврони, разположени в предните рога на техния сегмент, както и над и под сегментите. Насочвайки се от задните рога на сивото вещество към предните рога, процесите на тези клетки са разположени по периферията на сивото вещество, образувайки тясна граница на бялото вещество в близост до него. Тези снопове от нервни влакна се наричат предни, странични и задни вътрешни снопове. Клетките на всички ядра на задните рога на сивото вещество по правило са интеркаларни (междинни или проводни) неврони. Невритите, които се отклоняват от нервните клетки, съвкупността от които съставляват централните и гръдните ядра на задните рога, се изпращат в бялото вещество на гръбначния мозък към мозъка.
Междинната зона на сивото вещество на гръбначния мозък се намира между предните и задните рога. Тук от 8-ми шиен до 2-ри лумбален сегмент има изпъкналост на сивото вещество - страничния рог.
В медиалната част на основата на страничния рог се забелязва твърдо ядро, добре очертано от слой бяло вещество, състоящо се от големи нервни клетки. Това ядро се простира по цялата задна колона от сиво вещество под формата на клетъчен шнур (ядрото на Кларк). Най-големият диаметър на това ядро е на нивото от 11-ти гръден до 1-ви лумбален сегмент. В страничните рога има центрове на симпатиковата част на автономната нервна система под формата на няколко групи малки нервни клетки, обединени в странично междинно (сиво) вещество. Аксоните на тези клетки преминават през предния рог и излизат от гръбначния мозък като част от предните корени.
В междинната зона се намира централното междинно (сиво) вещество, чиито клетки участват в образуването на спиноцеребеларния тракт. На нивото на шийните сегменти на гръбначния мозък между предните и задните рога и на нивото на горните гръдни сегменти между страничните и задните рога в бялото вещество, съседно на сивото, има ретикуларна формация. Ретикуларната формация тук изглежда като тънки напречни греди от сиво вещество, пресичащи се в различни посоки, и се състои от нервни клетки с голям брой процеси.
Сивото вещество на гръбначния мозък със задните и предните корени на гръбначните нерви и собствените снопове от бяло вещество, граничещи със сивото вещество, образува свой собствен или сегментен апарат на гръбначния мозък. Основната цел на сегментарния апарат като филогенетично най-старата част на гръбначния мозък е осъществяването на вродени реакции (рефлекси) в отговор на стимулация (вътрешна или външна). И. П. Павлов определя този вид дейност на сегментарния апарат на гръбначния мозък с термина "безусловни рефлекси".
Бялото вещество, както беше отбелязано, е локализирано навън от сивото вещество. Браздите на гръбначния мозък разделят бялото вещество на три въжета, разположени симетрично отдясно и отляво. Предният фуникул се намира между предната средна цепнатина и предната странична бразда. В бялото вещество зад предната средна пукнатина се разграничава предна бяла комисура, която свързва предните струни на дясната и лявата страна. Задният фуникул се намира между задната медиана и задната латерална бразди. Страничният фуникул е област от бяло вещество между предните и задните странични жлебове.
Никой няма да спори, че най-голямото постижение на природата е човешкият мозък. Нервните импулси, протичащи по нервните влакна, са квинтесенцията на нашата същност. Работата на сърцето, стомаха, мускулите и духовния свят – всичко това е в ръцете на нервния импулс. Какво е нервен импулс, как възниква и къде изчезва, ще разгледаме в тази статия.
Невронът като структурна единица на системата
Еволюцията на нервната система на гръбначните животни и хората вървеше по пътя на появата на сложна информационна мрежа, процесите в която се основават на химични реакции. Най-важният компонент на тази система са специализираните неврони. Те се състоят от тяло с ядро и важни органели. От неврона се отклоняват два вида процеси - няколко къси и разклонени дендрита и един дълъг аксон. Дендритите получават сигнали от сензорни рецептори или други неврони, докато аксонът предава сигнали в невронната мрежа. За да разберете предаването на нервните импулси, е важно да знаете за миелиновата обвивка около аксона. Това са специфични клетки; те образуват обвивката на аксона, но не непрекъснато, а периодично (констрикции на Ранвие). 
трансмембранен градиент
Всички живи клетки, включително невроните, имат електрическа полярност, която е резултат от работата на калиево-натриевите помпи на мембраната. Вътрешната му повърхност има отрицателен заряд спрямо външната. Има електрохимичен градиент, равен на нула, и се установява динамично равновесие. Потенциалът на покой (потенциална разлика вътре и извън мембраната) е 70 mV.
Как възниква нервният импулс?
Когато дразнител действа върху нервно влакно, мембранният потенциал на това място е рязко нарушен. В началото на началото на възбуждането пропускливостта на мембраната за калиеви йони се увеличава и те са склонни да навлязат в клетката. За 0,001 секунди вътрешната повърхност на невронната мембрана е положително заредена. Ето какво представлява нервният импулс - краткотрайно презареждане на неврон или потенциал на действие, равен на 50-170 mV. Възниква така наречената вълна на потенциала на действие, която се разпространява по аксона като поток от калиеви йони. Вълната деполяризира участъци от аксона и потенциалът на действие се движи заедно с него. 
По тази тема: корейски дзен. Патриарх на настоящия век
Предаване на мястото на аксона - друг неврон
След достигане на края на аксона става необходимо да се предаде нервен импулс към един или повече аксони. И тук е необходим друг механизъм, различен от вълната на потенциала на действие. Краят на аксона е синапсът, точката на контакт със синаптичната цепнатина и пресинаптичните торбички на аксона. Потенциалът на действие в този случай активира освобождаването на невротрансмитери от пресинаптичните торбички в синаптичната цепнатина. Невротрансмитерите взаимодействат с мембраната на подлежащите неврони, което ги кара да нарушават йонния баланс. И историята с натриево-калиевата помпа се повтаря в друг неврон. След като завършат своята функция, невротрансмитерите или дифундират, или се улавят обратно в пресинаптичните торбички. В тази ситуация отговорът на въпроса какво е нервен импулс ще бъде следният: предаване на възбуждане чрез химически агенти (невротрансмитери). 
Миелин и скорост на импулса
В стесненията на миелиновите обвивки, които се обвиват около аксона като съединител, йонният ток лесно се влива в околната среда и обратно. В този случай мембраната се дразни и се образува акционен потенциал. По този начин нервният импулс се движи по аксона на скокове, което води до образуване на потенциал за действие само във възлите на Ранвие. Именно този спазматичен поток на потенциала за действие увеличава значително скоростта на нервния импулс. Например, при дебели миелинови влакна скоростта на импулса достига стойности от 70-120 m/s, докато при тънки нервни влакна без миелинова обвивка скоростта на импулса е по-малка от 2 m/s.
Галваника и нервен импулс
В полутечната колоидна протоплазма токът е галваничен – пренася се от атоми, които имат електрически заряд (йони). Но галваничният ток не може да се разпространява на доста големи разстояния, но нервният импулс може. Защо? Отговорът е прост. Когато вълната на потенциала на действие преминава през аксона, тя образува галванична клетка вътре в неврона. В нерва, както във всяка галванична клетка, има положителен полюс (външната страна на мембраната) и отрицателен полюс (вътрешната страна на мембраната). Всяко въздействие отвън нарушава баланса на тези полюси, пропускливостта на определен участък от мембраната се променя и промяна в пропускливостта се инициира в съседния участък. Всичко, импулсът продължи по-нататък по дължината на аксона. И първоначалното място, от което е започнало възбуждането, вече е възстановило целостта си, е намерило своя нулев градиент и е готово да стартира отново потенциала на действие в неврона. 
По тази тема: Безконтактна автомивка: бъдещи технологии в действие
Невронът не е просто проводник
Невроните са живи клетки и тяхната протоплазма е дори по-сложна, отколкото в клетките на други тъкани. В допълнение към физическите процеси, свързани с инициирането и провеждането на нервен импулс, в неврона протичат сложни метаболитни процеси. Експериментално е установено, че при преминаване на нервен импулс през неврон температурата в него се повишава (макар и с милионни от градуса). А това означава само едно - всички метаболитни процеси в него се ускоряват и протичат по-интензивно. 
Нервните импулси са еднакви
Основното свойство на неврона е способността да генерира нервен импулс и бързо да го провежда. Информацията за качеството и силата на стимулацията се кодира в промените в честотата на предаване на нервните импулси към и от невроните. Тази честота варира от 1 до 200 в секунда. Този честотен код предполага различни периоди на повторение на импулсите, като ги обединява в групи с различен брой и характер на движение. Точно това регистрира енцефалограмата – сложна пространствена и времева сума от нервните импулси на мозъка, неговата ритмична електрическа активност.
Невроните избират
Какво кара неврона да "започне", да инициира възникването на потенциал за действие - и днес въпросът е отворен. Например, мозъчните неврони получават медиатори, изпратени от хиляди техни съседи, и изпращат хиляди импулси към нервните влакна. В неврона се извършва процесът на обработка на импулси и вземане на решение дали да се инициира потенциал за действие или не. Нервният импулс ще изчезне или ще бъде изпратен по-нататък. Какво е това, което кара неврона да направи този избор и как взема решението? Не знаем почти нищо за този основен избор, въпреки че той контролира дейността на нашия мозък. 
