Свойства возбудимых мембран. Кодирование информации в нервной системе.
Основным свойством живых клеток является раздражимость, т. е. их способность реагировать изменением обмена веществ в ответ на действие раздражителей. Возбудимость — свойство клеток отвечать на раздражение возбуждением. К возбудимым относят нервные, мышечные и некоторые секреторные клетки. Возбуждение — ответ ткани на ее раздражение, проявляющийся в специфической для нее функции (проведение возбуждения нервной тканью, сокращение мышцы, секреция железы) и неспецифических реакциях (генерация потенциала действия, метаболические изменения).
Аксонами (нервными волокнами) называются отростки, проводящие импульс от тела клетки к другим клеткам или периферическим органам. Мембрана аксона состоит из двойного слоя липидов, направленных гидрофильными головками наружу и гидрофобными хвостами внутрь. В нее встроены белки, выполняющие функции каналов, через которые ионы Na и K проходят сквозь мембрану, и молекулярные насосы, обеспечивающие ионное неравновесие с помощью 1/3 энергии АТФ.
Нерв состоит из пучков нервных волокон. Нервное волокно может быть миелинизированным и немиелинизированным. Миелиновую оболочку образуют шванновские клетки. Через регулярные промежутки она прерывается перехватами Ранвье. Немиелинизированные волокна не имеют миелиновой оболочки, но погружены в нейроглиальные клетки.
Потенциал покоя обусловлен разностью ионных концентраций внутри клетки и снаружи, когда она в неактивном состоянии – при отсутствия стимула. Он равен -80 мВ. Внутри клетки – в аксоплазме – меньше ионов Na и больше K, а снаружи наоборот. Такая концентрация поддерживается катионными насосами за счет энергии АТФ. Ими из аксона выводится Na и поглощается K. Активному транспорту ионов противостоит пассивный, когда они движутся по электрохимическому градиенту: K из клетки, а Na в клетку. Выходя, K выносит с собой положительный заряд и пытается восстановить равновесный потенциал по K, когда силы диффузии уравновешиваются с электростатическими силами.
|
|
|
Неравновесие восстанавливается катионными насосами. В состоянии покоя каналы для Na закрыты – мембрана проницаема только для ионов K. Поэтому потенциал покоя поддерживается транспортом ионов.
Под влиянием нервного импульса (или при стимуляции электрическим током) каналы для Na открываются, и он входит в аксон, внося положительный заряд. Происходит частичная деполяризация мембраны. Если импульс достаточно силен, и открылось много каналов для Na – деполяризация достигает критического уровня, и возникает потенциал действия. Когда деполяризация достигла КУД, она стала необратимой, т.к. повышение натриевой проводимости и деполяризация начинают взаимно усиливать друг друга. Заряд меняет свой знак – теперь он внутри положительный, а снаружи отрицательный (овершут).
|
|
|
На пике потенциала действия проницаемость для Na начинает падать – Na-каналы инактивируются, а затем возрастает проницаемость для K, который выходит наружу. Заряд внутри аксона вновь становится отрицательным за счет аксонов аминокислот, из которых в основном состоит цитоплазма. Это процесс реполяризации. Концентрация ионов Na восстанавливается за счет натриевых насосов, выкачивающих его из клетки.
Период абсолютной рефрактерности – состояние, когда нейрон не отвечает на стимул (а следовательно деполяризацию мембраны) изменением натриевой проводимости, т.к. все каналы для Na инактивированны. Когда каналы постепенно восстанавливаются, наблюдается период относительной рефрактерности. Когда все каналы восстановлены, нейрон снова может отвечать на импульсы с максимальной амплитудой потенциала действия. Период рефрактерности ограничивает возможную частоту нервных импульсов и обеспечивает их передачу в одном направлении.
В миелинизированных волокнах Na может заходить в аксон только в перехватах Ранвье, и миелиновая оболочка обладает большим сопротивлением. Местные цепи замыкаются в перехватах Ранвье, импульс перескакивает между ними. Поэтому в миелинозированных волокнах скорость проведения импульса не 1-3 м/с, как в немиелинизированных, а 70-100 м/с.
|
|
|
Таким образом: -Мембрана живой клетки поляризована — её внутренняя поверхность заряжена отрицательно по отношению к внешней благодаря тому, что в растворе возле её внешней поверхности находится большее количество положительно заряженных частиц (катионов), а возле внутренней поверхности — большее количество отрицательно заряженных частиц (анионов)
-Мембрана обладает избирательной проницаемостью — её проницаемость для различных частиц (атомов или молекул) зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств.
-Мембрана возбудимой клетки способна быстро менять свою проницаемостъ для определённого вида катионов, вызывая переход положительного заряда с внешней стороны на внутреннюю
-Преобразование внешних стимулов неэлектрической природы в электрические сигналы (в рецепторах).
-Высвобождение нейромедиаторов в синаптических окончаниях.
Вся информация или значительная ее часть, передаваемая от одного отдела нервной системы к другому, заключена в пространственном и временном распределении импульсных потоков. Передача информации от одного нейрона к другому производится с помощью различных нейронных кодов.
|
|
|
Кодирование – это процесс преобразования информации в условную форму (код), удобную для передачи по каналу связи. Любое преобразование информации в отделах нервной системы является кодированием.
Так, в слуховом анализаторе механическое колебание перепонки и других звукопроводящих элементов на первом этапе преобразуется в рецепторный потенциал, который обеспечивает выделение медиатора в синаптическую щель и возникновение генераторного потенциала. В результате этих процессов в афферентном волокне возникает нервный импульс. ПД достигает следующего нейрона, в синапсе которого электрический сигнал снова превращается в химический, и, таким образом, многократно меняется код. Следует отметить, что на всех уровнях анализатора стимул не восстанавливается в его первоначальной форме. Этим физиологическое кодирование отличается от технического кодирования, где первичное сообщение восстанавливается в своем первоначальном виде.
Универсальным кодом нервной системы является нервный импульс, который распространяется по нервным волокнам. Передача сигнала от одной клетки к другой осуществляется с помощью химического кода – медиатора. Для хранения информации в ЦНС кодирование осуществляется с помощью биохимических процессов и структурных изменений в нейронах.
Основная масса процесса кодирования происходит в сенсорных системах. В кодировании характеристик раздражителя принимают участие все отделы анализатора. К числу кодируемых характеристик относят силу раздражителя, вид раздражителя (качественная характеристика), время его действия, пространство, в котором находится раздражитель, а также место его действия на организм. Весь процесс кодирования можно разделить в соответствии с отделами анализатора на несколько этапов.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 303; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!