Das menschliche Nervensystem fungiert in unserem Körper als eine Art Koordinator. Es übermittelt Befehle vom Gehirn an Muskeln, Organe, Gewebe und verarbeitet die von ihnen kommenden Signale. Dabei dient ein Nervenimpuls als eine Art Datenträger. Was repräsentiert er? Mit welcher Geschwindigkeit funktioniert es? Diese und viele weitere Fragen können in diesem Artikel beantwortet werden.
Was ist ein Nervenimpuls?
Dies ist der Name der Erregungswelle, die sich als Reaktion auf die Stimulation von Neuronen durch die Fasern ausbreitet. Dank dieses Mechanismus werden Informationen von verschiedenen Rezeptoren an das zentrale Nervensystem übermittelt. Und von dort wiederum zu verschiedenen Organen (Muskeln und Drüsen). Aber was ist dieser Prozess auf physiologischer Ebene? Der Mechanismus der Übertragung eines Nervenimpulses besteht darin, dass die Membranen von Neuronen ihr elektrochemisches Potential ändern können. Und der für uns interessante Vorgang spielt sich im Bereich der Synapsen ab. Die Geschwindigkeit eines Nervenimpulses kann zwischen 3 und 12 Metern pro Sekunde variieren. Wir werden mehr darüber sprechen, sowie über die Faktoren, die es beeinflussen.
Struktur- und Werkforschung
Zum ersten Mal wurde die Passage eines Nervenimpulses von Deutsch demonstriertWissenschaftler E. Goering und G. Helmholtz am Beispiel eines Frosches. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass sich das bioelektrische Signal mit der zuvor angegebenen Geschwindigkeit ausbreitet. Dies ist im Allgemeinen durch den speziellen Aufbau von Nervenfasern möglich. In gewisser Weise ähneln sie einem elektrischen Kabel. Wenn wir also Parallelen dazu ziehen, dann sind die Leiter die Axone und die Isolatoren ihre Myelinscheiden (sie sind die Membran der Schwann-Zelle, die in mehreren Schichten gewickelt ist). Außerdem hängt die Geschwindigkeit des Nervenimpulses hauptsächlich vom Durchmesser der Fasern ab. Das zweitwichtigste ist die Qualität der elektrischen Isolierung. Übrigens verwendet der Körper als Material Myelin-Lipoprotein, das die Eigenschaften eines Dielektrikums hat. Ceteris paribus, je größer seine Schicht ist, desto schneller werden die Nervenimpulse passieren. Auch zum jetzigen Zeitpunkt kann noch nicht gesagt werden, dass dieses System vollständig untersucht wurde. Vieles, was mit Nerven und Impulsen zu tun hat, ist noch immer ein Mysterium und Gegenstand der Forschung.
Struktur- und Funktionsmerkmale
Wenn wir über den Weg eines Nervenimpulses sprechen, ist zu beachten, dass die Myelinscheide die Faser nicht über ihre gesamte Länge bedeckt. Die Konstruktionsmerkmale sind so, dass die derzeitige Situation am besten mit der Herstellung von isolierenden Keramikhülsen verglichen werden kann, die fest auf den Stab eines elektrischen Kabels (in diesem Fall jedoch auf das Axon) aufgezogen werden. Dadurch entstehen kleine nicht isolierte elektrische Bereiche, aus denen der Ionenstrom leicht abfließen kannAxon zur Umwelt (oder umgekehrt). Das reizt die Membran. Dadurch wird die Erzeugung eines Aktionspotentials in nicht isolierten Bereichen verursacht. Dieser Vorgang wird als Abschnitt von Ranvier bezeichnet. Das Vorhandensein eines solchen Mechanismus ermöglicht es, den Nervenimpuls viel schneller ausbreiten zu lassen. Lassen Sie uns anhand von Beispielen darüber sprechen. Somit beträgt die Geschwindigkeit der Nervenimpulsleitung in einer dicken myelinisierten Faser, deren Durchmesser innerhalb von 10–20 Mikron schwankt, 70–120 Meter pro Sekunde. Bei Personen mit suboptimaler Struktur ist diese Zahl dagegen 60-mal geringer!
Wo werden sie hergestellt?
Nervenimpulse entstehen in Neuronen. Die Fähigkeit, solche "Nachrichten" zu erstellen, ist eine ihrer Haupteigenschaften. Der Nervenimpuls sorgt für die schnelle Ausbreitung gleichartiger Signale entlang der Axone über eine große Distanz. Daher ist es das wichtigste Mittel des Körpers für den Informationsaustausch in ihm. Daten zur Reizung werden übertragen, indem die Häufigkeit ihrer Wiederholung geändert wird. Hier arbeitet ein komplexes Zeitschriftensystem, das Hunderte von Nervenimpulsen in einer Sekunde zählen kann. Nach einem etwas ähnlichen Prinzip, wenn auch viel komplizierter, funktioniert die Computerelektronik. Wenn also Nervenimpulse in Neuronen entstehen, werden sie auf eine bestimmte Weise kodiert und erst dann weitergeleitet. In diesem Fall werden die Informationen in spezielle "Pakete" gruppiert, die eine unterschiedliche Anzahl und Art der Reihenfolge aufweisen. All dies zusammengenommen ist die Grundlage für die rhythmische elektrische Aktivität unseres Gehirns, die dank dessen registriert werden kannElektroenzephalogramm.
Zelltypen
Apropos Ablauf eines Nervenimpulses, man kann die Nervenzellen (Neuronen) nicht ignorieren, durch die die Übertragung elektrischer Signale erfolgt. Dank ihnen tauschen verschiedene Teile unseres Körpers Informationen aus. Je nach Aufbau und Funktionalität werden drei Typen unterschieden:
- Rezeptor (empfindlich). Sie kodieren alle Temperatur-, chemischen, Schall-, mechanischen und Lichtreize und wandeln sie in Nervenimpulse um.
- Einfügung (auch Dirigent oder Closing genannt). Sie dienen dazu, Impulse zu verarbeiten und zu sch alten. Die größte Anzahl von ihnen befindet sich im menschlichen Gehirn und Rückenmark.
- Effektiv (Motor). Sie erh alten Befehle vom Zentralnervensystem, um bestimmte Aktionen auszuführen (in der hellen Sonne die Augen mit der Hand schließen usw.).
Jedes Neuron hat einen Zellkörper und einen Fortsatz. Genau mit letzterem beginnt der Weg eines Nervenimpulses durch den Körper. Es gibt zwei Arten von Prozessen:
- Dendriten. Sie sind mit der Funktion betraut, Reizungen der auf ihnen befindlichen Rezeptoren wahrzunehmen.
- Axone. Dank ihnen werden Nervenimpulse von den Zellen zum Arbeitsorgan übertragen.
Interessanter Aspekt der Aktivität
Wenn wir über die Leitung eines Nervenimpulses durch Zellen sprechen, ist es schwierig, nicht über einen interessanten Moment zu sprechen. Also, sagen wir, wenn sie in Ruhe sindDie Natrium-Kalium-Pumpe ist also so in die Ionenbewegung eingebunden, dass die Wirkung von Süßwasser im Inneren und Salzwasser im Außenbereich erzielt wird. Aufgrund des daraus resultierenden Ungleichgewichts der Potentialdifferenz über der Membran können bis zu 70 Millivolt beobachtet werden. Zum Vergleich: Das sind 5 % herkömmlicher AA-Batterien. Aber sobald sich der Zustand der Zelle ändert, wird das resultierende Gleichgewicht gestört und die Ionen beginnen, ihre Plätze zu wechseln. Dies geschieht, wenn der Weg eines Nervenimpulses durch ihn verläuft. Aufgrund der aktiven Wirkung von Ionen wird diese Wirkung auch als Aktionspotential bezeichnet. Wenn es einen bestimmten Wert erreicht, beginnen umgekehrte Prozesse und die Zelle erreicht einen Ruhezustand.
Über Aktionspotential
Apropos Umwandlung und Ausbreitung von Nervenimpulsen, es sollte angemerkt werden, dass es miserable Millimeter pro Sekunde sein können. Dann würden die Signale von der Hand zum Gehirn innerhalb von Minuten reichen, was eindeutig nicht gut ist. Hier spielt die zuvor besprochene Myelinscheide ihre Rolle bei der Verstärkung des Aktionspotentials. Und alle seine "Pässe" sind so platziert, dass sie sich nur positiv auf die Geschwindigkeit der Signalübertragung auswirken. Wenn also ein Impuls das Ende des Hauptteils eines Axonkörpers erreicht, wird er entweder an die nächste Zelle oder (wenn wir über das Gehirn sprechen) an zahlreiche Zweige von Neuronen übertragen. In letzteren Fällen funktioniert ein etwas anderes Prinzip.
Wie funktioniert alles im Gehirn?
Lassen Sie uns darüber sprechen, welche Nervenimpulsübertragungssequenz in den wichtigsten Teilen unseres zentralen Nervensystems funktioniert. Hier sind Nervenzellen von ihren Nachbarn durch kleine Lücken getrennt, die Synapsen genannt werden. Das Aktionspotential kann sie nicht überschreiten, also sucht es einen anderen Weg, um zur nächsten Nervenzelle zu gelangen. Am Ende jedes Prozesses befinden sich kleine Bläschen, sogenannte präsynaptische Vesikel. Jeder von ihnen enthält spezielle Verbindungen - Neurotransmitter. Wenn ein Aktionspotential bei ihnen ankommt, werden Moleküle aus den Säckchen freigesetzt. Sie passieren die Synapse und heften sich an spezielle molekulare Rezeptoren, die sich auf der Membran befinden. In diesem Fall ist das Gleichgewicht gestört und es tritt wahrscheinlich ein neues Aktionspotential auf. Dies ist noch nicht sicher bekannt, Neurophysiologen untersuchen das Problem bis heute.
Die Arbeit von Neurotransmittern
Wenn sie Nervenimpulse übertragen, gibt es mehrere Möglichkeiten, was mit ihnen passiert:
- Sie werden sich ausbreiten.
- Wird chemisch abgebaut.
- Geh zurück in ihre Blasen (dies wird als Rückeroberung bezeichnet).
Am Ende des 20. Jahrhunderts wurde eine überraschende Entdeckung gemacht. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Medikamente, die Neurotransmitter (sowie deren Freisetzung und Wiederaufnahme) beeinflussen, den mentalen Zustand einer Person grundlegend verändern können. So blockieren beispielsweise einige Antidepressiva wie Prozac die Wiederaufnahme von Serotonin. Es gibt einige Gründe zu der Annahme, dass ein Mangel des Gehirn-Neurotransmitters Dopamin für die Parkinson-Krankheit verantwortlich ist.
Jetzt versuchen Forscher, die die Grenzzustände der menschlichen Psyche untersuchen, herauszufinden, wie es dazu kommtAlles beeinflusst den Geist einer Person. Inzwischen haben wir keine Antwort auf eine so grundlegende Frage: Was bringt ein Neuron dazu, ein Aktionspotential zu erzeugen? Bisher ist der Mechanismus des "Startens" dieser Zelle für uns ein Geheimnis. Besonders interessant aus Sicht dieses Rätsels ist die Arbeit der Neuronen im Hauptgehirn.
Kurz gesagt, sie können mit Tausenden von Neurotransmittern arbeiten, die von ihren Nachbarn gesendet werden. Details zur Verarbeitung und Integration dieser Art von Impulsen sind uns nahezu unbekannt. Obwohl viele Forschungsgruppen daran arbeiten. Im Moment stellte sich heraus, dass alle empfangenen Impulse integriert werden und das Neuron eine Entscheidung trifft - ob es notwendig ist, das Aktionspotential aufrechtzuerh alten und weiterzuleiten. Die Funktionsweise des menschlichen Gehirns basiert auf diesem grundlegenden Prozess. Nun, kein Wunder, dass wir die Antwort auf dieses Rätsel nicht kennen.
Einige theoretische Merkmale
In dem Artikel wurden "Nervenimpuls" und "Aktionspotential" als Synonyme verwendet. Theoretisch ist dies richtig, obwohl in einigen Fällen einige Merkmale berücksichtigt werden müssen. Wenn Sie also ins Detail gehen, dann ist das Aktionspotential nur ein Teil des Nervenimpulses. Mit einer ausführlichen Untersuchung wissenschaftlicher Bücher können Sie feststellen, dass dies nur die Änderung der Ladung der Membran von positiv nach negativ und umgekehrt ist. Wohingegen ein Nervenimpuls als komplexer struktureller und elektrochemischer Prozess verstanden wird. Es breitet sich wie eine Wanderwelle von Veränderungen über die Neuronenmembran aus. PotenzialAktionen sind nur eine elektrische Komponente in der Zusammensetzung eines Nervenimpulses. Es charakterisiert die Veränderungen, die bei der Ladung eines lokalen Abschnitts der Membran auftreten.
Wo werden Nervenimpulse erzeugt?
Wo beginnen sie ihre Reise? Die Antwort auf diese Frage kann jeder Student geben, der sich gewissenhaft mit der Physiologie der Erregung beschäftigt hat. Es gibt vier Möglichkeiten:
- Rezeptorende des Dendriten. Wenn es existiert (was keine Tatsache ist), ist das Vorhandensein eines angemessenen Reizes möglich, der zuerst ein Generatorpotential und dann einen Nervenimpuls erzeugt. Schmerzrezeptoren arbeiten auf ähnliche Weise.
- Die Membran der erregenden Synapse. Dies ist in der Regel nur bei starker Reizung oder deren Summierung möglich.
- Dentrid-Triggerzone. In diesem Fall werden als Antwort auf einen Reiz lokale exzitatorische postsynaptische Potentiale gebildet. Wenn der erste Knoten von Ranvier myelinisiert ist, werden sie darauf zusammengefasst. Da dort ein Abschnitt der Membran vorhanden ist, der eine erhöhte Empfindlichkeit aufweist, kommt es hier zu einem Nervenimpuls.
- Axonhügel. Dies ist der Name des Ortes, an dem das Axon beginnt. Der Hügel ist der häufigste, um Impulse auf einem Neuron zu erzeugen. An allen anderen Stellen, die zuvor betrachtet wurden, ist ihr Auftreten viel unwahrscheinlicher. Dies liegt daran, dass die Membran hier eine erhöhte Empfindlichkeit sowie ein niedrigeres kritisches Depolarisationsniveau aufweist. Wenn also die Summierung zahlreicher exzitatorischer postsynaptischer Potenziale beginnt, reagiert der Hügel zuerst auf sie.
Beispiel für die Ausbreitung von Erregung
Das Erzählen in medizinischen Begriffen kann zu Missverständnissen in bestimmten Punkten führen. Um dies zu beseitigen, lohnt es sich, das genannte Wissen kurz durchzugehen. Nehmen wir als Beispiel ein Feuer.
Erinnere dich an die Nachrichtensendungen des letzten Sommers (auch bald wieder zu hören). Das Feuer breitet sich aus! Gleichzeitig bleiben brennende Bäume und Sträucher an ihrem Platz. Aber die Front des Feuers entfernt sich immer weiter von der Stelle, wo das Feuer war. Das Nervensystem funktioniert ähnlich.
Es ist oft notwendig, das Nervensystem zu beruhigen, das begonnen hat, sich zu erregen. Aber das ist nicht so einfach, wie im Brandfall. Dazu nehmen sie einen künstlichen Eingriff in die Arbeit eines Neurons vor (für medizinische Zwecke) oder verwenden verschiedene physiologische Mittel. Es kann damit verglichen werden, Wasser ins Feuer zu gießen.
