Как по нейрону пробегает электрический сигнал?

Способность нервной клетки проводить электрический сигнал связана с одним общим свойством живых клеток. Протоплазма любой клетки отделена от окружающей среды белковой мембраной. Внутри клетки, по эту сторону мембраны, содержатся в основном ионы калия. А во внеклеточном пространстве (жидкости), по ту сторону, содержатся ионы натрия. И те, и другие являются положительно заряженными частицами, но ионов натрия во вне клетки существенно больше, чем ионов калия внутри. Из-за этого на мембране клетки скапливается разность электрического потенциала, или потенциала покоя. Внутри клетки образуется отрицательный заряд, а во вне –положительный.

Свойством электрической поляризации обладает любая живая клетка. Но только нервная клетка обладает удивительной особенностью менять свою полярность в зависимости от поступающего извне раздражителя. Под его воздействием белки клеточной мембраны в основании нервного волокна, аксона, раздвигаются в разные стороны и открывают тем самым «шлюзы», через которые внутрь клетки с «шумом» вливаются ионы натрия. Их вливается в клетку так много, что на внешней стороне мембраны из-за нехватки ионов на какую-то долю секунды меняется электрический заряд, и возникает волна электрического тока, которая попеременно раскрывая шлюзы на соседних участках мембраны, движется по всему аксону в направлении от центра клетки. Как известно, длина афферентного аксона может достигать 1,5 метра, что в пересчете на человеческий масштаб делает дорогу нервного импульса равным пути от Санкт-Петербурга до Нижнего Новгорода, и путь этот сигнал должен пройти быстро!

Хотя мы знаем, что электрический сигнал перемещается в пространстве со скоростью света, в организме человека таких скоростей не обнаружено (если только не отвлекаться на не относящийся к данному вопросу разговор о «скорости мысли»). Более того, разные нейроны проводят сигналы с разной скоростью: некоторые движутся со скоростью пешехода,3-4км/час, или 1 метр в секунду, а другие проносятся со скоростью болида Формулы 1, более 300 км/час, или 100 метров в секунду.

Такая разница обуславливается в первую очередь наличием или отсутствием у нейронов миелиновой оболочки. Эта оболочка представляет собой изоляцию нейрона как проводника электрического тока от внешней среды. Внутри этой миелиновой трубы на примерно равноудаленных друг от друга участках возникают свободные пространства, ворота*, через которые нейрон взаимодействует с окружающей средой. В каждом из таких ворот происходит открытие мембранных шлюзов аксона, что позволяет набравшей ход электрической волне двигаться дальше. Даже если одни из этих ворот будут повреждены, и мембранные шлюзы в них не откроются, то все равно потенциал действия возбудят не вторые, так третьи ворота, а то и четвертые, или пятые! Это становится возможным потому, что миелиновая муфта, в которую погружен аксон, не позволяет его электрическому полю рассеиваться так же быстро, как это происходит в немиелированных нейронах.

Там движение электрической волны происходит практически через каждый соседний участок мембраны. Понятно, что скорость прохождения электрического импульса в этом случае будет небольшой. Интересно, что если искусственно возбудить немиелированный аксон посередине, то сигнал от этого места побежит в обе стороны, в то время как в естественных условиях, направление его движения всегда односторонне. Это связано с тем, что после «пробоя» клеточной мембраны потоком заряженных частиц, на восстановление этого участка тоже требуется время, и поэтому на какие-то доли секунды он будет невосприимчив к любому раздражению. Из-за этого в нормальных условиях движение электрического импульса по аксону может идти только в одном направлении.

* -интервалы (переходы) Ранвье

Комментарии: