Физика нервного импульса (потенциала действия)

Биолектрические явления, рассмотренные в предыдущих лекциях, играют ключевую роль в процессах распространения нервного импульса, обеспечивающих передачу информации от центральной нервной системы к периферической (моторные, или эфферентные сигналы) и обратную передачу (сенсорные, или афферентные сообщения) (Антонов В.Ф. Физика и биофизика 2012. С. 245…. Рубин А.Б. Биофизика т 2 М. 2000 стр 166….).

Посредством электрических нервных импульсов (потенциа­лов действия) в живом организме передается информация от рецепторов к нейронам мозга и от нейронов мозга к мышцам. Живой организм является полностью электрифицированной системой. Без электричества нет

Потенциал действия был открыт раньше потенциала покоя. Животное электричество известно давно. Разряды электричес­кого угря (происходящие при напряжении до 600 В, с током около 60 А и длительностью порядка миллисекунды) исполь­зовались медициной еще в Древнем Риме для лечения подаг­ры, головной боли, эпилепсии. Электрический нервный им­пульс открыл Луиджи Гальвани, профессор анатомии в г. Болонья. Результаты его электрофизиологических опытов из­ложены в книге "Трактат о силах электричества при мышеч­ном движении" (1791 г.). Гальвани открыл, что мышечные со­кращения конечностей препарированной лягушки могут вызваться электрическим импульсом. Однако,

То, что нервный импульс представляет собой импульс электрического тока, было доказано лишь к середине 20-го века, в основном в работах английского физиолога А. Ходжкина и его сотрудников. В 1963 году Ходжкину, Хаксли и Иклсу была присуждена Нобелевская премия по медицине "за оперирование нервных клеток " (аксон кальмара).

Строение нейрона.

Как известно, функциональной единицей нервной системы является нейрон (см. рис 1) .

Рис.1

Особенностью данной клетки является наличие длинного отростка –аксона, по которому и распространяется нервный импульс. Аксон частично может быть покрыт миелиновой оболочкой ((многократно (200 раз) закрученные мембраны Шванновских клеток), играющей роль электроизолятора между мембраной аксона и окружающим электролитом. Неизолированные участки называются перехватами Ранвье. Аксон заканчивается нервными окончаниями – синапсами. Кроме Аксона имеются и короткие отростки – дендриты, также оканчивающиеся синапсами и обеспечивающие обмен информацией между различными нейронами. Размеры клеточного тела нейрона, его ядра и дентритов типичны для всех клеток (1…100мкм). В то же время длина аксона может достигать нескольких метров при диаметре до сотен микрометров. Аксоны группируются в пучки – нервы. Каждый нерв состоит из большого числа аксонов разного диаметра, обеспечивающих передачу информации в нужном направлении.

Потенциал действия

Если в каком либо месте локально возбудить аксон, то по нему начнет распространяться отдельный электрический импульс – потенциал действия или спайк.