Все живые ткани обладают способностью реагировать на воздействие – свойство раздражимости. Нервная и мышечная ткани реагируют на воздействие выработкой электрических ответов, это свойство возбудимости. Способность живых тканей использовать электричество было открыто Луиджо Гальвани («Животное» электричество). Тело клетки окружено оболочкой. Она частично проницаема, за это ее прозвали мембраной. Она разграничивает внутриклеточную жидкость (цитоплазму) и межклеточную жидкость, в этих жидкостях содержится неравное количество заряженных частиц химических веществ.
Ион: К+ ; Na+ ; Ca++ ; Cl- ; (PО4)-- .
Различие концентрации называется градиентом (неравномерность). Из-за градиента концентрации на оболочке клетки (мембране), появляется химическое давление (осмотическое давление). Внутри клетки ионов К+ в 40-50 раз больше, чем снаружи и они стремятся выйти наружу В состоянии покоя, когда на клетку не происходит никаких воздействий, в ее оболочке открыты специализированные каналы для движения ионов и ионы калия выходят в межклеточное пространство.
Вслед за ними, по закону электростатического притяжения, устремляются отрицательно заряженные ионы (ионы Cl и др.), но из-за своих размеров они не могут выйти из клетки и останавливаются у внутренней поверхности мембраны, положительно заряженные ионы удерживаются у наружной поверхности мембраны.
Таким образом, мембрана клетки становится электрически заряженной, процесс называется поляризация. Условно, за 0 (ноль), приняли заряд межклеточной жидкости, поэтому в состоянии покоя, клетка считается отрицательно заряженной. Величина потенциалов покоя (ПП / мембранный потенциал) = от -90, до -50 мВ (милиВольт).
Впервые, возможность появления электрических зарядов на нервных клетках, благодаря движению ионов, открыл российский ученый Чаговец в 1898 году.
В 1902 году, Бернштейн начал изучать мембранно-ионную теорию.
При любом воздействии на клетку (механическом/химическом/электрическом), она отвечает открытием натриевых ионных каналов. Ионы натрия значительно преобладают снаружи, и поэтому, при открытии каналов, они начинают движение внутрь клетки по градиенту концентрации. Это движение усиливается притяжением отрицательного поля внутри клетки, поэтому ионы натрия очень быстро насыщают внутриклеточную жидкость (цитоплазму). Они несут положительный заряд и, на тысячную долю секунды, количество положительных зарядов внутри клетки становится больше, чем снаружи. Это процесс деполяризации.
Для восстановления возможности повторять эти процессы необходимо снова создать неравенство концентраций, для этого, в оболочке клетки, существует специальное устройство, которое выводит ионы натрия наружу, а ионы калия возвращают внутрь. Это ионные насосы. Таким образом, в нервной клетке существует два вида движения ионов через мембрану:
1. Пассивный ионный транспорт. Происходит по градиенту концентрации и поэтому не требует затрат энергии.
2. Активный ионный транспорт. Ионные насосы преодолевают состояние равновесия, для этого требуется энергия. Энергия в нервной клетке появляется при расщеплении молекул АТФ, которые синтезируются здесь же.
Результатом активного ионного транспорта является возвращение клетки в исходное состояние неравновесия.
Результатом пассивного ионного транспорта являются потенциалом покоя и потенциалом действия.
Впервые зарегистрировать и измерить эти процессы удалось ученым Хаджкину и Хаксли, за что они получили Нобелевскую премию.
Потенциал действия (ПД) +30; +40.
0,1 Вольт в 1 мс (милисекунду) на одном участке клетки.
После создания ПД, начинается процесс реполяризации, т.е. возвращение полюсности. В процессе реполяризации возникает третий вид электрических явлений – следовые потенциалы:
Следовая деполяризация – непродолжительное сохранение заряда на одном уровне
Следовая гиперполяризация – это создание отрицательного заряда, значительно превосходящего потенциал покоя.
Величина следовых потенциалов составляет 5-10% от величины потенциалов действия, а продолжительность от нескольких милисекунд, до нескольких секунд.
Однократного потенциала действия недостаточно для создания нервного импульса, необходимо преодоление порога возбуждения, это происходит, когда сразу несколько участков нервной клетки становятся положительно заряженными, тогда состояние возбуждения захватывает всю клетку.
Работа нервной системы подчинена закону «Все или Ничего».
У отростков нервной клетки точно такая же оболочка, как и у тела клетки (мембрана) и через нее проходят такие же процессы движения ионов. Нервный импульс, возникающий на мембране клетки, является раздражителем для мембраны отростков, и там тоже создаются импульсы. Последовательное возбуждение мембраны приводит к движению нервного импульса. Отросток нервной клетки обладает двухсторонним проведением. В каком бы участке не приложили сигнал, он одинаково распространяется в обе стороны. Важным условием этого проведения является непрерывность / целостность, как анатомическая, так и физиологическая.
