Nerviniai impulsai
JAUDRUMAS
Visos gyvos ląstelės yra jaudrios – jų plazminės membranos elektriškai reaguoja į dirginimus. Šią savybę ląstelių membranoms suteikia membranose esantys transportiniai baltymai – siurbliai ir kanalai [Žiūrėkite 03 skyrių]. Ši savybė ryškiausiai išreikšta nervinėse ir raumeninėse ląstelėse. Šioms ląstelėms jaudrumas leidžia atlikti jų funkcijas. Elektriški reiškiniai neuronų membranose būtini informacijai apdoroti ir perduoti, o raumeninėms atneša signalą, kada susitraukti.
RAMYBĖS POTENCIALAS
Ląstelių membranos turi siurblius, kurie, naudodami ATP energiją, permeta jonus į vieną ar kitą membranos pusę. Vienas tokių svarbių siurblių yra Na+,K+-siurblys. Šio membraninio baltymo molekulės prisijungia kelis Na ir K jonus, po to keičia savo sąrangą ir permeta jonus į priešingas membranos puses. Todėl ląstelės viduje K+ jonų koncentracija būna didesnė, negu išorėje. O Na+ jonų koncentracija didesnė ląstelės išorėje negu viduje.
Kadangi jonų koncentracijos skiriasi, jie turėtų tol difuziškai veržtis pro membraną, kol koncentracijos abipus membranos išsilygintų. Tačiau jonams nelaidi membrana [kodėl - žiūrėti 02 skyrių] to neleidžia.
Na+ jonų koncentracija membranos išorėje gerokai viršija K+ jonų koncentraciją viduje. Kadangi tai gausiausi teigiami jonai, todėl plazminės membranos išorinėje pusėje susidaro teigiamų jonų perteklius. Daugiausiai tai Na+ jonai, kurie veržtųsi vidun, jei membrana praleistų. Tačiau membrana nepraleidžia, ir Na jonai sudaro teigiamai įkrautą sluoksnelį palei membraną.
O vidinėje membranos pusėje traukiami išorinių teigiamų jonų susitelkia neigiami jonai (daugiausia Cl-) ir sudaro neigiamą sluoksnelį. Todėl ląstelės membrana yra savotiškas elektrinis kondensatorius – išorinė pusė pakrauta teigiamai, vidinė – neigiamai. Šis elektrinių potencialų skirtumas yra vadinamas ramybės potencialu.
Nesudirgintų neuronų ramybės potencialas yra apie -70 mV. Minusas rodo, kad ląstelės viduje – neigiamas krūvis. Tokia membrana vadinama poliarizuota.
Intarpas JONŲ PASISKIRSTYMAS ABIPUS NEURONO PLAZMINĖS MEMBRANOS
asad
| intarpas JONŲ PASISKIRSTYMAS ABIPUS NEURONO PLAZMINĖS MEMBRANOS | ||
| Jonas | Koncentracija mmol/l | |
| Viduląstyje | Tarpląstyje | |
| Na+ | 150 | 15 |
| Cl- | 110 | 10 |
| K+ | 5 | 150 |
| Ca+2 | ||
NERVINIS IMPULSAS IR NERVINIO SIGNALO SKLIDIMAS
Neuronų membranas lengviausiai sudirgina elektriniai signalai. Kiti dirgikliai veikia silpniau. Tačiau membranoje gali būti membraninių baltymų, kurie junta neelektrinius dirgiklius ir atidaro kanalus.
Panagrinėkime, kaip susidaro nervinis impulsas sužadinus aksono membraną.
1. Sudirginus tam tikros aksono atkarpos membraną atsidaro joje esantys Na+ kanalai.
2. Išorinėje pusėje susitelkę Na+ jonai sparčiai veržiasi pro iki šiol jonams nepralaidžią membraną į ląstelės vidų.
3. Na+ jonų išorėje žymiai daugiau, negu viduje, todėl jie energingai braunasi vidun, kur elektros krūvis neigiamas. Netrukus krūviai abipus membranos išsilygina. Tačiau Na+ jonai vis viena veržiasi vidun, kadangi išorėje jų koncentracija žymiai didesnė, nei viduje. Aksono viduje, po membrana, Na+ jonų prisirenka tiek, kad membrana pasidaro įkrauta jau priešingai – vidus teigiamas, o išorė – neigiama. Šis krūvių persivertimas vadinamas depoliarizacija.
4. Kai potencialų skirtumas ant membranos pasiekia +30 mV, Na+ jonų srautas sustoja. Tuo metu pasikeitęs potencialų skirtumas atidaro K+ kanalus. Viduje K+ jonų koncentracija didesnė, negu aksono išorėje. Be to, dabar aksono paviršius įkrautas neigiamai. Todėl K+ jonai ima veržtis pro atsidariusius K+ kanalus aksono išorėn.
5. Tuo metu Na+ kanalai savaime užsidaro.
6. Potencialų skirtumas vėl ima keistis, kol membrana pasidaro elektriškai neutrali. Šis reiškinys vadinamas repoliarizacija.
7. Tačiau didesnė K+ jonų koncentracija viduje toliau varo K+ jonus lauk, kol potencialų skirtumas pasiekia maždaug -75 mV. Tuomet K+ jonų srovė sustoja. Šis potencialų skirtumas savo dydžiu viršija ramybės potencialą, todėl ši stadija vadinama hiperpoliarizacija. Hiperpoliarizacijos metu šis aksono lopas trumputį laiko tarpsnelį nereaguoja į dirginimus, kadangi Na+ ir K+ kanalai turi atgauti sąrangą, būtiną pakartotinam atsidarymui. Šis nejautrumo tarpsnis vadinamas nedirglos (refrakteriniu) periodu.
Aprašytas potencialų skirtumo kitimas yra vadinamas veikimo potencialu. Jo absoliutus dydis būna apie 110 mV. Neurono plazminės membranos veikimo potencialas ir yra nervinis impulsas. O kaip jis sklinda?
Nervinio impulso sklidimas neurone. Depoliarizuojantis aksono atkarpos membranai krūviai abipus jos pakeičia ženklą. Tačiau kaimyninėse atkarpose krūviai tebėra išsidėstę kaip ramybėje (paviršius teigiamas, vidus neigiamas). Todėl tarp sudirgintos atkarpos ir kaimyninių atkarpų ima tekėti elektros srovė. Ši elektros srovė sužadina kaimyninių aksono atkarpų membranas, ir jose taip pat ima susidaryti nervinis impulsas.
Nervinio impulso sklidimo savybės:
1. Sužadinus atkarpą aksono viduryje, nervinis impulsas ima sklisti į abi puses ir apima visą neuroną.
2. Aksonu sklindantis nervinis impulsas nesilpsta, kadangi kiekvienoje aksono atkarpoje susidaręs ramybės potenciale yra sukaupta energijos atsarga, kuri sustiprina prabėgantį nervinį impulsą.
3. Aksone susidaręs nervinis impulsas sužadins gretimų aksonų membranas, jei jie yra netoli. Todėl greta esantys aksonai turi būti izoliuoti vienas nuo kito. Tai būdinga subrendusiai žmogaus nervų sistemai.
Uždavinys: Nurodykite, kokios elektros srovės teka neurone, kai jame susidaro veikimo potencialas?
intarpas IZOLIACIJA, NERVAI IR BALTOJI MEDŽIAGA
Organizme daug kur driekiasi pluoštai aksonų. Kadangi jie būna netoli vienas kito, vienu jų nubėgus nerviniam impulsui, jis sužadintų nervinius impulsus visuose pluošte esančiuose neuronuose. Bet to nėra, kadangi aksonai būna apsukti ypatingų ląstelių, sudarančių izoliacinį apvalkalėlį, vadinamą mielininiu dangalu. Šio ląstelės yra gera izoliacija, kadangi jos daug kartų būna apvyniotos apie aksoną, o plazminė membrana yra geras elektrinis izoliatorius. Tarpus tarp izoliuotų aksonų užpildo jungiamojo audinio apvalkalai. Todėl nervas iš esmės primena telefono kabelį.
Smegenyse aksonai taip pat izoliuoti mielinu. Tokių aksonų telkiniai sudaro smegenų baltąją medžiagą. O pilkąją medžiagą sudaro neuronų kūnai ir dendritiniai medžiai.
Uždavinys: Kuo nervas primena telefono kabelį? Tuo, kad jame daug izoliuotų “laidų” ir kad jo paskirtis – gabenti informaciją. Elektros kabeliais gabenama ne informacija, o energija.
intarpas IŠSĖTINĖ SKLEROZĖ
Sergant šia liga neuronų aksonų izoliacija mielinu vis prastėja ir prastėja. Blogėjant izoliacijai aksonais vis prasčiau ir prasčiau perduodami nerviniai impulsai, dėl ko prastėja jutimai, suvokimas ir judesiai. Visų neuronų bent kiek ilgesnės ataugos turi mielininius apvalkalėlius. Ši sklerozė gali pažeisti bet kurią smegenų vietą, ir nuo pažeistos vietos priklauso sutrikimai. Baltojoje medžiagoje pažeisti aksonai dažnai žūsta, o toje vietoje susidaro rendinis audinys iš glijos.
Šia liga dažnai suserga ~30 metų žmonės. Ją penkis kartus dažniau serga europidai, negu negridai. Ji labiausiai palitusi aukštosiose platumose – vakarų Europoje, šiaurinėse JAV valstijose, Kanadoje, N.Zelandijoje, pietų Australijoje.