Нервный импульс (потенциал действия)

Нервный импульс (потенциал действия) — это кратковременное изменение электрического заряда мембраны нервной клетки, которое распространяется вдоль её отростка. С помощью нервных импульсов нейроны передают информацию по нервам, спинному и головному мозгу.

Потенциалы действия возникают не только в нейронах, но и в других возбудимых клетках — мышечных волокнах и клетках сердца. Однако именно в нервной системе они служат основным «языком», на котором кодируются ощущения, команды мышцам и работа внутренних органов. Длительность одного импульса в нервном волокне составляет около 1 миллисекунды.

🔋 Потенциал покоя

В состоянии покоя внутренняя сторона мембраны нейрона заряжена отрицательно относительно наружной. Эта разница — потенциал покоя — у большинства нейронов составляет около −70 милливольт. Она возникает из-за неодинакового распределения ионов: внутри клетки много калия, снаружи — натрия и хлора.

Такое распределение поддерживает натрий-калиевый насос — белок мембраны, который за счёт энергии АТФ (аденозинтрифосфата, основного «топлива» клетки) выкачивает из клетки три иона натрия и закачивает два иона калия. В покое мембрана лучше всего проницаема для калия, который понемногу выходит наружу и уносит положительный заряд.

⚡ Как возникает импульс

Когда нейрон получает достаточно сильный возбуждающий сигнал, заряд мембраны смещается в сторону нуля. Если он достигает порогового уровня (обычно примерно на 15–20 милливольт выше потенциала покоя), открываются потенциалзависимые натриевые каналы, и запускается потенциал действия.

Фазы потенциала действия

📏 Закон «всё или ничего»

Если раздражение не достигает порога, потенциал действия не возникает. Если достигает — импульс появляется всегда одной и той же амплитуды, независимо от силы раздражителя. Поэтому сила ощущения или команды кодируется не величиной отдельного импульса, а их частотой и количеством одновременно возбуждённых нейронов.

⏳ Рефрактерный период

Сразу после импульса участок мембраны на короткое время теряет возбудимость. В абсолютный рефрактерный период новый импульс невозможен, потому что натриевые каналы инактивированы. В относительный рефрактерный период импульс возможен, но только при более сильном раздражении. Благодаря рефрактерности импульс движется по волокну только в одну сторону и не возвращается назад.

🏃 Проведение импульса по нервному волокну

Возникнув в начальном участке аксона, потенциал действия деполяризует соседний участок мембраны, тот — следующий, и так импульс бежит по всему волокну, не ослабевая. Скорость проведения зависит от толщины волокна и наличия миелина (жировой изолирующей оболочки).

• В тонких безмиелиновых волокнах импульс движется непрерывно и медленно — примерно 0,5–2 метра в секунду. Так проводятся, например, сигналы тупой боли и вегетативные команды.
• В толстых миелиновых волокнах импульс «перепрыгивает» между перехватами Ранвье (участками без миелина). Такое проведение называется сальтаторным и достигает 100 метров в секунду и более. Так работают двигательные нервы и проводники осязания.

🔗 Передача импульса через синапс

Дойдя до окончания аксона, импульс открывает кальциевые каналы. Вход ионов кальция заставляет пузырьки с нейромедиатором (химическим веществом-посредником) слиться с мембраной и выбросить его содержимое в синаптическую щель. Нейромедиатор связывается с рецепторами следующей клетки и возбуждает или тормозит её. Если суммарное возбуждение достигает порога, в следующем нейроне возникает новый потенциал действия.

🩺 Значение для медицины

Нарушение возникновения или проведения нервных импульсов лежит в основе многих болезней и используется в диагностике и лечении.

• При демиелинизирующих заболеваниях — рассеянном склерозе, синдроме Гийена — Барре — миелин разрушается, и проведение импульсов замедляется или блокируется.
• При эпилепсии большие группы нейронов одновременно генерируют избыточные разряды, что вызывает приступы.
• Местные анестетики, например лидокаин, блокируют натриевые каналы и не дают импульсам боли дойти до мозга (сведения приведены в ознакомительных целях).
• Часть противоэпилептических препаратов и некоторые антиаритмические средства также действуют на ионные каналы.
• Сильные отклонения уровня калия, натрия или кальция в крови меняют возбудимость нервов, мышц и сердца и могут вызывать слабость, судороги и нарушения ритма.
• Тетродотоксин — яд рыбы фугу — блокирует натриевые каналы и вызывает паралич.

Скорость проведения импульсов по периферическим нервам измеряют с помощью ЭНМГ (электронейромиографии). Метод помогает выявить нейропатии, туннельные синдромы и отличить поражение миелина от поражения самих аксонов. Суммарную электрическую активность мозга регистрирует ЭЭГ (электроэнцефалография).

Миф

Нервный импульс — это электрический ток, который бежит по нерву, как по проводу, со скоростью света.

Факт

Импульс — это волна открывания ионных каналов, которая последовательно перемещается вдоль мембраны. Даже в самых быстрых волокнах его скорость измеряется десятками метров в секунду, что в миллионы раз медленнее тока в проводе.