Передача нервного импульса

Нервный импульс представляет собой последовательность электрических и химических событий, обеспечивающих передачу сигналов по нервной системе. Основной единицей передачи является нейрон, состоящий из тела клетки (сома), дендритов и аксона. Синапсы обеспечивают соединение нейронов между собой и с эффекторными клетками. Основные механизмы передачи импульса включают генерацию потенциала действия, распространение его по аксону и синаптическую передачу.

Потенциал действия

Генерация потенциала действия происходит за счёт изменения мембранного потенциала. В покое мембрана нейрона поддерживает потенциал покоя около –70 мВ за счёт неравномерного распределения ионов Na⁺, K⁺, Cl⁻ и работы Na⁺/K⁺-АТФазы. При стимуляции происходит:

1. Деполяризация – открытие натриевых каналов, быстрый вход Na⁺ внутрь клетки, мембранный потенциал достигает +30…+40 мВ.
2. Реполяризация – закрытие натриевых каналов, открытие калиевых каналов, выход K⁺ из клетки, восстановление отрицательного потенциала.
3. Гиперполяризация – кратковременное превышение потенциала покоя из-за медленного закрытия калиевых каналов.

Скорость проведения импульса зависит от диаметра аксона и наличия миелиновой оболочки. Миелин ускоряет проведение за счёт сальтаторного типа передачи, при котором потенциал действия “перепрыгивает” с одного узла Ранвье на другой.

Роль ионов и мембранных каналов

Передача нервного импульса неразрывно связана с движением ионов через мембрану. Ключевые элементы:

• Натриевые каналы – быстрые, активируются при деполяризации, обеспечивают фазу нарастания потенциала.
• Калиевые каналы – медленные, открываются после натриевых, обеспечивают реполяризацию.
• Кальциевые каналы – локализованы преимущественно в синаптических окончаниях, важны для выделения нейротрансмиттеров.

Работа Na⁺/K⁺-АТФазы поддерживает градиенты ионов, необходимую основу для генерации новых потенциалов действия.

Синаптическая передача

На химических синапсах передача сигнала осуществляется через нейротрансмиттеры, выделяемые в синаптическую щель. Основные этапы:

1. Прибытие потенциала действия в пресинаптическое окончание вызывает открытие кальциевых каналов.
2. Вход Ca²⁺ инициирует экзоцитоз везикул с нейротрансмиттером.
3. Связывание нейротрансмиттера с рецепторами постсинаптической мембраны открывает ионные каналы, вызывая возбуждение или торможение.
4. Удаление нейротрансмиттера происходит за счёт ферментного разрушения или обратного захвата в пресинаптическую клетку.

Основные нейротрансмиттеры:

• Глутамат – главный возбуждающий медиатор ЦНС.
• ГАМК (гамма-аминомасляная кислота) – главный тормозящий медиатор.
• Ацетилхолин – участвует в нервно-мышечной передаче и вегетативной регуляции.
• Катехоламины (дофамин, норадреналин, адреналин) – модулируют эмоциональные реакции и когнитивные процессы.

Электрические синапсы

Менее распространены электрические синапсы, где передача импульса осуществляется напрямую через коннексоны, соединяющие цитоплазму соседних клеток. Отличаются высокой скоростью передачи и двунаправленностью сигнала.

Модуляция и пластичность

Передача нервного импульса характеризуется синаптической пластичностью, которая лежит в основе обучения и памяти. Механизмы включают:

• Потенцирование – увеличение силы синаптической передачи при повторной стимуляции.
• Депрессия – снижение эффективности синапса при частой стимуляции.
• Регуляция рецепторов – изменение количества или чувствительности постсинаптических рецепторов.

Энергетическое обеспечение

Передача нервного импульса требует значительных затрат энергии:

• Работа Na⁺/K⁺-АТФазы потребляет до 40% энергии нейрона.
• Восстановление ионных градиентов осуществляется с участием глюкозы и кислорода через окислительное фосфорилирование.
• Лактат из астроцитов может служить дополнительным источником энергии для нейронов.

Передача нервного импульса объединяет электрические и химические процессы, обеспечивая высокую скорость, точность и пластичность сигналов в нервной системе. Комплексность механизмов и их зависимость от ионных градиентов, нейротрансмиттеров и энергетического метаболизма делает этот процесс фундаментальным для функционирования организма.