Нервная система

Координация различных частей такой сложной системы, как человеческий организм, требует не менее сложного регулятора. Нервная система, которая связывает функции всех частей тела, вероятно, является самой сложной из всех систем органов. Мышцы и железы у животных и людей называются эффекторами, а органы чувств, такие как глаза и уши, - рецепторами. Нервная система, состоящая из головного мозга, спинного мозга и нервных пучков, соединяет рецепторы и эффекторы и передает импульсы или «сообщения» от первых ко вторым. Это делается для того, чтобы при стимуляции того или иного рецептора соответствующий эффектор реагировал соответствующим образом. Основной функцией нервной системы является передача импульсов и интеграция деятельности различных систем организма. Регуляторные функции нервной системы, регуляция эндокринной активности и внутренние регуляторные механизмы внутриклеточных ферментных систем – все это элементы, способствующие гомеостазу, то есть поддержанию стабильности внутренней среды организма.^[1]

Нервный импульс (лат. nervus нерв; лат. impulsus удар, толчок) – это волна возбуждения по нервному волокну, представляющая собой единицу распространения возбуждения.

Нервные импульсы передают информацию от рецепторов к нервным центрам и исполнительным органам, таким как скелетные мышцы, гладкие мышцы внутренних органов и кровеносных сосудов, а также железы внутренней и внешней секреции.^[2]

Около 100 лет назад было обнаружено, что нервные импульсы связаны с определенными электрическими явлениями, что привело к идее, что сам импульс является током.

Импульсы нейронов передаются через мембрану нервных клеток с помощью ионов и передаются от нервной клетки к другой нервной клетки с помощью нейромедиаторов.

Эволюция нервной системы у человека и других животных привела к развитию сложных информационных сетей, процессы в которых основаны на химических реакциях. Наиболее важной частью нервной системы является специализированная клетка - нейрон. Нейрон состоит из компактного клеточного тела, содержащего ядро и другие органеллы. От этого тела отходят несколько разветвленных отростков. Большинство из этих отростков называются дендритами и служат точками контакта для приема сигналов от других нейронов. Одна ветвь, обычно самая длинная, называется аксоном и передает сигналы другим нейронам. Кончик аксона может разветвляться несколько раз, и каждое из этих небольших ответвлений может соединяться со следующим нейроном.[pic 1]

Рисунок 1. Структура нейрона

Внешний слой аксона представляет собой сложную структуру, состоящую из множества молекул, которые служат каналами для потока ионов в клетку и из клетки. Один конец этих молекул соединен с атомом-мишенью. Затем энергия остальной части клетки используется для того, чтобы вытолкнуть этот атом из клетки и, в обратном процессе, впустить в клетку другую молекулу. Наиболее примечательным является молекулярный насос, который выводит ионы натрия из клетки и вводит ионы калия в клетку (натрий-калиевый насос).

В состоянии покоя, когда нервные импульсы не передаются, натрий-калиевый насос перемещает ионы калия в клетку и ионы натрия из клетки (представьте себе клетку с пресной водой, окруженной соленой водой). Этот дисбаланс приводит к разности потенциалов в 70 милливольт через мембрану аксона (около 5% от напряжения стандартной батарейки AA).

Однако, когда состояние клетки меняется и аксон подвергается электрической стимуляции, баланс мембраны нарушается, и натрий-калиевый насос на короткое время начинает работать в обратном направлении. Положительно заряженные ионы натрия входят в аксон, а ионы калия выкачиваются. Внутренняя среда аксона временно становится положительно заряженной. В то же время канал натрий-калиевого насоса деформируется, натрий больше не поступает внутрь, а ионы калия продолжают вытекать наружу, восстанавливая первоначальную разность потенциалов. В то же время ионы натрия распространяются внутри аксона и изменяют мембраны нижней части аксона. Одновременно изменяется состояние нижнего насоса, что способствует дальнейшему распространению импульса. Резкое изменение напряжения, вызванное быстрым движением ионов натрия и калия, называется потенциалом действия. Когда потенциал действия проходит определенную точку аксона, насос включается и возвращается в состояние покоя. [с.351-354]^[3]