Het menselijke zenuwstelsel fungeert als een soort coördinator in ons lichaam. Het zendt commando's van de hersenen naar spieren, organen, weefsels en verwerkt de signalen die daaruit komen. Een zenuwimpuls wordt gebruikt als een soort gegevensdrager. Wat vertegenwoordigt hij? Met welke snelheid werkt het? Deze en een aantal andere vragen kunnen in dit artikel worden beantwoord.
Wat is een zenuwimpuls?
Dit is de naam van de golf van opwinding die zich door de vezels verspreidt als reactie op stimulatie van neuronen. Dankzij dit mechanisme wordt informatie van verschillende receptoren doorgegeven aan het centrale zenuwstelsel. En van daaruit weer naar verschillende organen (spieren en klieren). Maar wat is dit proces op fysiologisch niveau? Het mechanisme van overdracht van een zenuwimpuls is dat de membranen van neuronen hun elektrochemische potentiaal kunnen veranderen. En het voor ons interessante proces vindt plaats op het gebied van synapsen. De snelheid van een zenuwimpuls kan variëren van 3 tot 12 meter per seconde. We zullen er meer over praten, evenals over de factoren die het beïnvloeden.
Onderzoek naar structuur en werk
Voor het eerst werd de passage van een zenuwimpuls aangetoond door de Duitsewetenschappers E. Goering en G. Helmholtz over het voorbeeld van een kikker. Tegelijkertijd bleek dat het bio-elektrische signaal zich voortplant met de eerder aangegeven snelheid. Over het algemeen is dit mogelijk door de speciale constructie van zenuwvezels. In sommige opzichten lijken ze op een elektrische kabel. Dus, als we er parallellen mee trekken, dan zijn de geleiders de axonen en de isolatoren hun myeline-omhulsels (ze zijn het membraan van de Schwann-cel, die in verschillende lagen is gewikkeld). Bovendien hangt de snelheid van de zenuwimpuls vooral af van de diameter van de vezels. De tweede belangrijkste is de kwaliteit van elektrische isolatie. Trouwens, het lichaam gebruikt myeline-lipoproteïne, dat de eigenschappen van een diëlektricum heeft, als materiaal. Ceteris paribus, hoe groter de laag, hoe sneller de zenuwimpulsen zullen passeren. Ook op dit moment kan niet worden gezegd dat dit systeem volledig is onderzocht. Veel dat te maken heeft met zenuwen en impulsen is nog steeds een mysterie en onderwerp van onderzoek.
Kenmerken van de structuur en werking
Als we het hebben over het pad van een zenuwimpuls, moet worden opgemerkt dat de myelineschede de vezel niet over de gehele lengte bedekt. De ontwerpkenmerken zijn zodanig dat de huidige situatie het beste kan worden vergeleken met het maken van isolerende keramische hulzen die strak op de staaf van een elektrische kabel zijn gespannen (hoewel in dit geval op het axon). Als gevolg hiervan zijn er kleine ongeïsoleerde elektrische gebieden waaruit de ionenstroom gemakkelijk kan wegvloeienaxon naar de omgeving (of vice versa). Dit irriteert het membraan. Als gevolg hiervan wordt het genereren van een actiepotentiaal veroorzaakt in gebieden die niet geïsoleerd zijn. Dit proces wordt het onderscheppen van Ranvier genoemd. De aanwezigheid van een dergelijk mechanisme maakt het mogelijk om de zenuwimpuls veel sneller te laten voortplanten. Laten we het hierover hebben met voorbeelden. Dus de snelheid van zenuwimpulsgeleiding in een dikke gemyeliniseerde vezel, waarvan de diameter schommelt binnen 10-20 micron, is 70-120 meter per seconde. Terwijl voor degenen met een suboptimale structuur dit cijfer 60 keer minder is!
Waar worden ze gemaakt?
Zenuwimpulsen vinden hun oorsprong in neuronen. De mogelijkheid om dergelijke "berichten" te maken, is een van hun belangrijkste eigenschappen. De zenuwimpuls zorgt voor de snelle verspreiding van hetzelfde type signalen langs de axonen over een lange afstand. Daarom is het het belangrijkste middel van het lichaam voor de uitwisseling van informatie erin. Gegevens over irritatie worden verzonden door de frequentie van hun herhaling te wijzigen. Hier werkt een complex systeem van tijdschriften, dat honderden zenuwimpulsen in één seconde kan tellen. Volgens een enigszins vergelijkbaar principe, hoewel veel gecompliceerder, werkt computerelektronica. Dus wanneer zenuwimpulsen in neuronen ontstaan, worden ze op een bepaalde manier gecodeerd en pas dan worden ze overgedragen. In dit geval wordt de informatie gegroepeerd in speciale "packs", die een ander aantal en aard van de reeks hebben. Dit alles bij elkaar vormt de basis voor de ritmische elektrische activiteit van onze hersenen, die kan worden geregistreerd dankzijelektro-encefalogram.
Celtypen
Over de volgorde van de passage van een zenuwimpuls gesproken, men kan niet voorbijgaan aan de zenuwcellen (neuronen) waardoor de transmissie van elektrische signalen plaatsvindt. Dankzij hen wisselen verschillende delen van ons lichaam dus informatie uit. Afhankelijk van hun structuur en functionaliteit worden drie typen onderscheiden:
- Receptor (gevoelig). Ze coderen en veranderen in zenuwimpulsen alle temperatuur-, chemische, geluids-, mechanische en lichte stimuli.
- Insertion (ook wel geleider of afsluiting genoemd). Ze dienen om impulsen te verwerken en te schakelen. Het grootste aantal bevindt zich in de menselijke hersenen en het ruggenmerg.
- Effectief (motor). Ze ontvangen commando's van het centrale zenuwstelsel om bepaalde acties uit te voeren (in de felle zon, sluit je ogen met je hand, enzovoort).
Elk neuron heeft een cellichaam en een proces. Het pad van een zenuwimpuls door het lichaam begint precies met de laatste. De processen zijn van twee soorten:
- Dendrieten. Ze zijn belast met de functie van het waarnemen van irritatie van de receptoren die zich op hen bevinden.
- Axonen. Dankzij hen worden zenuwimpulsen van cellen naar het werkende orgaan overgebracht.
Interessant aspect van activiteit
Over de geleiding van een zenuwimpuls door cellen gesproken, het is moeilijk om niet over één interessant moment te praten. Dus, als ze in rust zijn, laten we zeggende natrium-kaliumpomp is dus betrokken bij de beweging van ionen op een zodanige manier dat het effect van zoet water binnen en zout buiten wordt bereikt. Vanwege de resulterende onbalans van het potentiaalverschil over het membraan, kan tot 70 millivolt worden waargenomen. Ter vergelijking: dit is 5% van conventionele AA-batterijen. Maar zodra de toestand van de cel verandert, wordt het resulterende evenwicht verstoord en beginnen de ionen van plaats te veranderen. Dit gebeurt wanneer het pad van een zenuwimpuls er doorheen gaat. Door de actieve werking van ionen wordt deze actie ook wel de actiepotentiaal genoemd. Wanneer het een bepaalde waarde bereikt, beginnen omgekeerde processen en bereikt de cel een rusttoestand.
Over actiepotentiaal
Over conversie en voortplanting van zenuwimpulsen gesproken, het moet worden opgemerkt dat het een ellendige millimeter per seconde kan zijn. Dan zouden de signalen van de hand naar de hersenen binnen enkele minuten bereiken, wat duidelijk niet goed is. Hier speelt de eerder besproken myelineschede zijn rol bij het versterken van de actiepotentiaal. En al zijn "passen" zijn zo geplaatst dat ze alleen maar een positief effect hebben op de snelheid van signaaloverdracht. Dus wanneer een impuls het einde van het hoofddeel van een axonlichaam bereikt, wordt deze ofwel naar de volgende cel of (als we het over de hersenen hebben) naar talrijke takken van neuronen overgebracht. In de laatste gevallen werkt een iets ander principe.
Hoe werkt alles in de hersenen?
Laten we het hebben over welke volgorde van overdracht van zenuwimpulsen werkt in de belangrijkste delen van ons centrale zenuwstelsel. Hier worden neuronen van hun buren gescheiden door kleine openingen, die synapsen worden genoemd. De actiepotentiaal kan ze niet passeren, dus zoekt het een andere manier om bij de volgende zenuwcel te komen. Aan het einde van elk proces bevinden zich kleine zakjes die presynaptische blaasjes worden genoemd. Elk van hen bevat speciale verbindingen - neurotransmitters. Wanneer een actiepotentiaal bij hen aankomt, komen moleculen vrij uit de zakjes. Ze steken de synaps over en hechten zich aan speciale moleculaire receptoren die zich op het membraan bevinden. In dit geval is de balans verstoord en verschijnt er waarschijnlijk een nieuwe actiepotentiaal. Dit is nog niet zeker, neurofysiologen bestuderen het probleem tot op de dag van vandaag.
Het werk van neurotransmitters
Wanneer ze zenuwimpulsen doorgeven, zijn er verschillende opties voor wat er met hen zal gebeuren:
- Ze zullen diffunderen.
- Zal chemische afbraak ondergaan.
- Kom terug in hun bubbel (dit wordt een herovering genoemd).
Aan het einde van de 20e eeuw werd een verrassende ontdekking gedaan. Wetenschappers hebben geleerd dat medicijnen die neurotransmitters beïnvloeden (evenals hun afgifte en heropname) de mentale toestand van een persoon op een fundamentele manier kunnen veranderen. Zo blokkeren bijvoorbeeld een aantal antidepressiva zoals Prozac de heropname van serotonine. Er zijn enkele redenen om aan te nemen dat een tekort aan de neurotransmitter dopamine in de hersenen de oorzaak is van de ziekte van Parkinson.
Onderzoekers die de grenstoestanden van de menselijke psyche bestuderen, proberen nu uit te zoeken hoe het werktAlles beïnvloedt de geest van een persoon. Ondertussen hebben we geen antwoord op zo'n fundamentele vraag: wat zorgt ervoor dat een neuron een actiepotentiaal creëert? Tot nu toe is het mechanisme van het "lanceren" van deze cel een geheim voor ons. Bijzonder interessant vanuit het oogpunt van dit raadsel is het werk van neuronen in de hoofdhersenen.
Kortom, ze kunnen werken met duizenden neurotransmitters die door hun buren worden verzonden. Details over de verwerking en integratie van dit soort impulsen zijn ons bijna onbekend. Al zijn daar veel onderzoeksgroepen mee bezig. Op dit moment bleek te ontdekken dat alle ontvangen impulsen zijn geïntegreerd en dat het neuron een beslissing neemt - of het nodig is om het actiepotentiaal te behouden en verder door te geven. De werking van het menselijk brein is gebaseerd op dit fundamentele proces. Het is dan ook geen wonder dat we het antwoord op dit raadsel niet weten.
Enkele theoretische kenmerken
In het artikel werden "zenuwimpuls" en "actiepotentiaal" als synoniemen gebruikt. Theoretisch is dit waar, hoewel het in sommige gevallen noodzakelijk is om rekening te houden met enkele kenmerken. Dus, als je in details treedt, dan is de actiepotentiaal slechts een deel van de zenuwimpuls. Met een gedetailleerd onderzoek van wetenschappelijke boeken, kun je ontdekken dat dit alleen de verandering in de lading van het membraan is van positief naar negatief, en vice versa. Terwijl een zenuwimpuls wordt begrepen als een complex structureel en elektrochemisch proces. Het verspreidt zich over het neuronmembraan als een reizende golf van veranderingen. Potentieelacties zijn slechts een elektrische component in de samenstelling van een zenuwimpuls. Het kenmerkt de veranderingen die optreden bij de lading van een lokaal deel van het membraan.
Waar worden zenuwimpulsen gegenereerd?
Waar beginnen ze hun reis? Het antwoord op deze vraag kan worden gegeven door elke student die ijverig de fysiologie van opwinding heeft bestudeerd. Er zijn vier opties:
- Receptor einde van de dendriet. Als het bestaat (wat geen feit is), dan is de aanwezigheid van een adequate stimulus mogelijk, die eerst een generatorpotentieel zal creëren en vervolgens een zenuwimpuls. Pijnreceptoren werken op een vergelijkbare manier.
- Het membraan van de prikkelende synaps. In de regel is dit alleen mogelijk als er sprake is van een sterke irritatie of hun sommatie.
- Dentrid-triggerzone. In dit geval worden lokale prikkelende postsynaptische potentialen gevormd als reactie op een stimulus. Als de eerste knoop van Ranvier gemyeliniseerd is, worden ze erop samengevat. Door de aanwezigheid van een gedeelte van het membraan daar, dat een verhoogde gevoeligheid heeft, ontstaat hier een zenuwimpuls.
- Axon heuveltje. Dit is de naam van de plaats waar het axon begint. De heuvel is de meest voorkomende om impulsen op een neuron te creëren. Op alle andere plaatsen die eerder werden overwogen, is hun voorkomen veel minder waarschijnlijk. Dit komt door het feit dat het membraan hier een verhoogde gevoeligheid heeft, evenals een lager kritisch depolarisatieniveau. Daarom, wanneer de optelling van talrijke excitatoire postsynaptische potentialen begint, reageert de heuvel eerst op hen.
Voorbeeld van het verspreiden van opwinding
In medische termen vertellen kan leiden tot misverstanden over bepaalde punten. Om dit te elimineren, is het de moeite waard om de genoemde kennis kort door te nemen. Laten we een vuur als voorbeeld nemen.
Herinner je de nieuwsbulletins van afgelopen zomer (ook binnenkort weer te horen). Het vuur breidt zich uit! Tegelijkertijd blijven bomen en struiken die branden op hun plaats. Maar de voorkant van de brand gaat steeds verder van de plaats waar de brand was. Het zenuwstelsel werkt op een vergelijkbare manier.
Het is vaak nodig om het zenuwstelsel te kalmeren dat begint te prikkelen. Maar dit is niet zo eenvoudig om te doen, zoals in het geval van brand. Om dit te doen, maken ze een kunstmatige ingreep in het werk van een neuron (voor medicinale doeleinden) of gebruiken ze verschillende fysiologische middelen. Het is te vergelijken met water op een vuur gieten.
