Нервен импулс: определение, механизъм и физиологична роля

Нервният импулс е поредица от електрически сигнали, които се генерират в невроните (нервните клетки) в отговор на стимул.

Какво представлява нервният импулс

Нервният импулс всъщност е електрохимичен процес — промяна в електрическия потенциал на мембраната на неврона, предизвикана от движение на йони (главно Na+ и K+) през специализирани каналчета в клетъчната мембрана. Тази промяна се разпространява по аксона като вълна и позволява предаване на информация от едно място в тялото до друго.

Основни компоненти и механизъм

• Потенциал в покой: Невроните поддържат отрицателен вътрешен мембранен потенциал (обикновено около −60 до −70 mV) чрез натриево-калиевата помпа (Na+/K+ ATPаза) и постоянна пропускливост към K+.
• Праг за възбуждане: Ако локалният деполяризиращ стимул доведе мембранния потенциал до прага (обикновено около −50 до −55 mV), се задейства генерацията на импулс — т.нар. потенциал на действие.
• Фази на потенциала на действие:
  • Деполяризация — бързо отваряне на напрежително-зависими Na+ каналчета и влизане на Na+ в клетката, което обръща знака на мембранния потенциал към положителни стойности.
  • Реполяризация — затваряне на Na+ каналите и отваряне на K+ каналите; K+ напуска клетката и потенциалът се връща към отрицателни стойности.
  • Хиперполяризация — временен период, когато потенциалът става по-отрицателен от потенциала в покой поради продължително отваряне на K+ каналчета.
• Рефрактерни периоди: Абсолютен рефрактерен период (невъзможност за нов потенциал) и относителен рефрактерен период (изисква по-силен стимул). Те осигуряват еднопосочно предаване и ограничават честотата на потенциалите на действие.

Проводимост и фактори, които влияят върху скоростта

• Миелин и възли на Ранвие: При миелинизираните аксони импулсите се предават скоково (saltatory conduction) от възел до възел, което значително увеличава скоростта на провеждане и икономисва енергия.
• Дебелина на аксона: По-дебелите аксони имат по-ниско вътрешно съпротивление и по-бързо провеждане.
• Температура и физиологично състояние: По-високата температура обикновено увеличава скоростта, а заболявания, които повреждат миелина, като множествена склероза, я намаляват.

Синаптично предаване

Когато нервният импулс достигне края на аксона (синаптичното окончание), той предизвиква освобождаване на химични медиатори (невротрансмитери) в синаптичната цепка. Невротрансмитерите преминават през синапса и взаимодействат с рецептори на постсинаптичната клетка, което може да доведе до възбуждане или потискане и евентуално до нов нервен импулс.

Физиологична роля

• Сензорна функция: Предаване на информация от сетивата към централната нервна система (напр. болка, допир, температура, зрение, слух).
• Моторна функция: Контрол на мускулните контракции и координация чрез предаване на команди от моторни неврони към мускулите.
• Автономна регулация: Контрол върху вътрешните органи, сърдечната честота, кръвното налягане и храносмилането чрез вегетативната нервна система.
• Рефлекси и интеграция: Бързи рефлекторни реакции за защита и поддържане на хомеостазата, както и сложна обработка на информация в мозъка и гръбначния мозък.

Клинично значение

• Нарушения в генерирането или проводимостта на нервните импулси водят до заболявания като множествена склероза, синдром на Гилен-Баре и наследствени демиелинизиращи болести.
• Някои лекарства и анестетици действат чрез блокиране на напрежително-зависимите Na+ каналчета (напр. лидокаин), което спира предаването на болкови импулси.
• Електролитни нарушения (например хиперкалиемия или хипонатриемия) могат да променят възбудимостта на невроните и да доведат до неврологични симптоми.

Методи за изследване

• Електрофизиологични техники като patch-clamp измерват йонните токове и потенциалите на действие в отделни клетки.
• ЕЕГ (електроенцефалография) и ЕМГ (електромиография) регистрират електрическата активност на големи групи неврони или мускулни влакна в клинични условия.

Кратко резюме

Нервният импулс е основният механизъм за комуникация в нервната система — бърз електрохимичен процес, който позволява на организма да усеща, реагира и контролира своите функции. Разбирането на генезиса, проводимостта и регулацията на импулсите е ключово за неврологията, физиологията и лечението на множество неврологични състояния.

Механизъм на провеждане

Поляризация

Когато невронът не провежда проводимост или е в състояние на покой, аксоналната мембрана е по-пропусклива за йоните K⁺ и непропусклива за йоните Na⁺ . Натриево-калиевата помпа активно изпомпва йоните 3Na⁺ към извънклетъчната течност и приема в клетката йоните 2K⁺ . Поради дисбаланса в заряда през аксоналната мембрана се получава потенциална разлика, която се нарича още потенциал на покой (-70 mV). Външната страна на мембраната ще има положителен заряд, докато вътрешната страна ще има отрицателен заряд.

Деполяризация

Когато се приложи стимул (химичен, механичен или електрически) към мембраната, натриево-калиевата помпа спира да работи. Йоните Na⁺ нахлуват вътре в клетката, последвани от обръщане на полярността на аксоналната мембрана. Това се нарича още деполяризация на нервното влакно. Разликата в електрическия потенциал на мястото на стимула се нарича потенциал на действие (+40 mV).

Реполяризация

В резултат на това токът ще тече от деполяризираната част на нервното влакно към поляризираната част на нервното влакно в аксоплазмата, докато на клетъчната повърхност токът тече в обратна посока. По този начин в нервното влакно се генерира нов потенциал на действие. Времето, което е необходимо на аксоналната мембрана, за да се поляризира отново, се нарича рефрактерен период (1 ms). След рефрактерния период натриево-калиевата помпа ще заработи отново и мембраната отново ще се върне в състояние на покой.

 
 

Въпроси и отговори

В: Какво представлява нервният импулс?

В: Какъв тип клетки генерират нервни импулси?

В: Как нервните импулси реагират на стимули?

В: Какъв тип сигнал се създава от нервния импулс?

В: Къде се движи електрическият сигнал по време на нервния импулс?

В: Има ли друго име за невроните?

Търсене по буква