Регуляція нейронної активності.

Здатність нервової системи і м’язів генерувати електричні потенціали відома давно – з часів робіт Гальвані в кінці XVIII сторіччя. Однак наші знання про те, як виникає це біологічне електрику при функціонуванні нервової системи, засновані на дослідженнях всього лише 25-річної давнини.

Всі живі клітини мають властивість «електричної полярності». Це означає, що по відношенню до якійсь віддаленій і явно нейтральної точці (електрики називають її «землею») внутрішня частина клітини відчуває відносну нестачу позитивно заряджених частинок і тому, як ми говоримо, негативно заряджена щодо зовнішнього боку клітки. Що ж це за частинки, що знаходяться всередині і поза клітинами нашого тіла?

Рідини нашого тіла – плазма, в якій плавають клітини крові, позаклітинна рідина, що заповнює простір між клітинами різних органів, спинномозкова рідина, що знаходиться в шлуночках мозку, – все це особливі різновиди солоної води. (Деякі вчені, які мислять історичними категоріями, вбачають у цьому сліди того періоду еволюції, коли всі живі створіння існували в первинному океані.) Зустрічаються в природі солі зазвичай складені з декількох хімічних елементів – натрію, калію, кальцію і магнію, що несуть позитивні заряди в рідинах тіла, і хлориду, фосфату і залишків деяких більш складних кислот, утворених клітинами і несучих негативний заряд. Заряджені молекули або атоми іменуються іонами.

У позаклітинних просторах позитивні і негативні іони розподілені вільно і на рівних кількостях, так що вони нейтралізують одне одного. Усередині клітин, однак, відносний дефіцит позитивно заряджених іонів обумовлює загальний негативний заряд. Цей негативний заряд виникає тому, що плазматична мембрана проникна не для всіх солей в рівній мірі. Деякі іони, наприклад К +, зазвичай проникають крізь мембрану легше, ніж інші, такі, як іони натрію (Nа +) або кальцію (Са2 +).
Позаклітинні рідини містять досить багато натрію і мало калію.
Усередині клітин рідини відносно бідні натрієм і багаті калієм, але загальний зміст позитивних іонів всередині клітини не цілком врівноважує негативні заряди хлориду, фосфату і органічних кислот цитоплазми. Калій проходить через клітинну мембрану краще інших іонів і, мабуть, надто схильний виходити назовні, так як концентрація його усередині клітин набагато вище, ніж у навколишньому їхньому середовищі. Таким чином, розподіл іонів і вибірковість їх переходу через напівпроникну мембрану призводять до створення негативного заряду усередині клітин.

У той час як описані чинники ведуть до встановлення трансмембранного іонного полярності, інші біологічні процеси сприяють її підтримці. Один з таких факторів – дуже ефективні іонні насоси, які існують в плазматичній мембрані і отримують енергію від мітохондрій. Такі насоси «відкачують» іони натрію, що надходять у клітку з молекулами води або цукру.

«Електрично збудливі» клітини, подібні нейронам, мають здатність регулювати свій внутрішній негативний потенціал. При впливі деяких речовин в «збуджуючих» синапсах властивості плазматичної мембрани постсинаптичного нейрона змінюються. Внутрішність клітини починає втрачати свій негативний заряд, і натрій не зустрічає більше перешкод для переходу всередину через мембрану. Дійсно, після проникнення в клітину деякої кількості натрію перехід натрію та інших позитивних іонів (кальцію і калію) всередину клітини, тобто деполяризація, під час короткого періоду збудження протікає настільки успішно, що внутрішність нейрона менш ніж на 1/1000 секунди стає зарядженої позитивно. Цей перехід від звичайного негативного стану вмісту клітини до короткочасного позитивного називають потенціалом дії або нервовим імпульсом. Позитивне стан триває так недовго тому, що реакція збудження (підвищене надходження в клітину натрію) носить саморегульований характер. Присутність підвищених кількостей натрію і кальцію в свою чергу прискорює евакуацію калію, у міру того як слабшає дія збудливого імпульсу. Нейрон швидко відновлює електрохімічне рівновагу і повертається до стану з негативним потенціалом всередині до наступного сигналу.

Деполяризація, зв’язана з потенціалом дії, поширюється вздовж аксона як хвиля активності . Рух іонів, що виникає близько деполярізована ділянки, сприяє деполяризації наступної ділянки, і в результаті кожна хвиля збудження швидко досягає всіх синаптичних закінчень аксона. Головна перевага електричного проведення імпульсу по аксону полягає в тому, що збудження швидко поширюється на великі відстані без будь-якого ослаблення сигналу.

До речі, нейрони з короткими аксонами, мабуть, не завжди генерують нервові імпульси. Ця обставина, якщо воно буде твердо встановлено, може мати далекосяжні наслідки. Якщо клітини з короткими аксонами здатні змінювати рівень активності, не генеруючи потенціали дії, то дослідники, які намагаються по електричним розрядам оцінити роль окремих нейронів у певних видах поведінки, легко можуть випустити з уваги багато з важливих функцій «безмовних» клітин.

Comments are closed.