О природе живого: механизмы и смысл - Ичас М.
ISBN 5-03-002805-6
Скачать (прямая ссылка):
Оба аспекта важны, но акцент здесь будет сделан на втором. Однако для понимания функционирования системы в целом необходимо сначала дать ряд элементарных сведений о механизмах передачи сигналов на уровне отдельных нейронов.
Проведение сигналов в нервной системе. Электрические сигналы
В нервной системе используются сигналы двух типов — электрические и химические. Мы начнем с рассмотрения первых.
Если на нейрон в одном его конце воздействует подходящий раздражитель, то возникает электрический сигнал, проходящий через клетку. Хотя сигнал и электрический, он не слишком похож на тот, что проходит по медному проводу. В последнем сигнал представляет собой поток электронов, тогда как в нейроне это деполяризация клеточной мембраны. Мембрана имеет высокое электрическое сопротивление, и обычно между двумя ее сторонами поддерживается разность потенциалов около 0,01 В (вольт), причем наружная сторона заряжена положительно. Стимул, которым может быть слабый электрический разряд, разрушает сопротивление, и через “дыру” начинает идти ток. Этот ток в свою очередь разрушает сопротивление около краев “дыры”, и возбуждение распространяется дальше. Так возникает нервный импульс.
Прохождение сигнала можно легко и точно зарегистрировать, приложив к различным участкам нервной клетки два электрода. Если сигнала нет, потенциал обоих электродов одинаков и ток в приборе не проходит. Если же появился сигнал, под одним из электродов проходит зона отрицательного потенциала, которую можно выявить в виде волны или зубца на экране электроннолучевой трубки (рис. 20-3). Варианты этого метода широко используются при изучении нервной системы.
В нейронах человека импульс проводится со скоростью порядка 4 м/с, а у большинства беспозвоночных значительно медленнее. Чем толще отросток нейрона (нервное волокно), тем быстрее распространяется в нем сигнал. Для ускорения передачи сигналов нервные волокна позвоночных покрыты слоем изолирующего жирового вещества, называемого миелином.
Рефрактерное состояние
Сигнал, перемещаясь, оставляет позади себя клеточную мембрану с низким электрическим сопротивлением, но очень быстро, примерно через тысячную долю секунды, восстанавливается нормальный мембранный потенциал. До его восстановления следующий
Стимул
*
Рис. 20-3. Проведение сигнала по нервному волокну. Стимул вызывает деполяризацию некоторой зоны волокна, которая становится электроотрицательной по отношению к остальной его части. Эта зона возбуждения распространяется вдоль по волокну и может быть зарегистрирована с помощью осциллографа (справа).
сигнал не может здесь возникнуть или не может пройти через такую деполяризованную зону. Подобное состояние нерва называется рефрактерным. Если два сигнала с обоих концов нервного волокна идут навстречу один другому, они взаимнр гасят друг друга, так как оба создают рефрактерное состояние. Длительность рефрактерного с<эстояния, или “периода рефрактерности”, определяет, сколько импульсов может пройти по волокну в секунду.
Сигнал распространяется без ослабления
Сигнал передается по нервному волокну, не затухая, т. е. не становится слабее, пройдя какое-то расстояние. В качестве аналогии можно представить себе эшелон с порохом: подорвите его с одного конца, и взрыв будет распространяться по всей его длине, не ослабевая, так как необходимая энергия содержится в химической форме в самих вагонах. Но один такой “сигнал” исчерпает все запасы, так что для проведения следующего их пришлось бы восстановить. В нерве это каждый раз происходит автоматически — он
сам восстанавливает сопротивление мембраны и разность потенциалов между двумя ее сторонами. Для этого используется энергия, которую доставляют обменные процессы в клетке.
Принцип "всё или ничего”
Обычно нервный импульс возникает по принципу “всё или ничего”, т. е. либо не появляется вовсе, либо достигает максимальной силы. Здесь опять напрашивается аналогия с ружьем: если нажать на спусковой крючок, выстрел либо раздастся, либо нет, но он не будет “частичным”: пуля не полетит быстрее, если мы будем давить на спусковой крючок с большей силой. (В нервной системе бывают исключения из этого правила, но только при передаче сигналов на очень короткие расстояния.)
Реакция нейрона может, однако, отражать и силу воздействия стимула (как бы “силу давления на спусковой крючок”). При более интенсивной стимуляции возрастает частота возникновения импульсов. Таким образом, информацию о силе раздражителя передает не каждый отдельный импульс, а весь поток возникающих импульсов.
Химические сигналы
Обычно сигнал передается по цепи нейронов. Каждый предшествующий нейрон в определенном месте тесно сближен с последующим. Такое соединение называется синапсом. В общих чертах синапс можно рассматривать как своеобразное реле, передающее сигнал с одного нейрона на другой. Когда электрический сигнал доходит до синапса, здесь происходит выброс пейролге диатор а — специфического вещества-передатчика, упакованного в мельчайшие пузырьки. Эти пузырьки высвобождают медиатор в щель между двумя нейронами, и он путем диффузии достигает противоположной стороны этой щели. Здесь он возбуждает другой электрический сигнал, который распространяется по следующему нейрону. Нейрон реагирует на медиатор только в том случае, если на его поверхности имеются особые молекулы, так называемые рецепторы, способные связывать данный медиатор. Рецепторы очень специфичны, они связывают только определенные медиаторы и не реагируют на другие.
