Механизм возникновения и проведения нервного импульса

Возникновение нервного импульса связано с состоянием мембраны нейрона. Биологические мембраны, будучи липидно-белковым комплексом, непроницаемы для заряженных ионов. Перемещение ионов через мембрану осуществляется с помощью специальных транспортных систем: натриевого насоса, работающего с затратой энергии (Na⁺, К⁺-АТФ-аза) и ионпроводящих каналов – натриевых и калиевых.

В состоянии физиологического покоя по разные стороны мембраны имеет место разность концентраций ионов, главным образом Na⁺ и К⁺. Концентрация ионов К⁺ выше в клетке, ионов Na⁺ – в межклеточной жидкости. Это влияет и на распределение других ионов. Разность концентраций ионов поддерживается с помощью натриевого насоса, перекачивающего ионы против градиента концентрации (в противном случае диффузия ионов по градиенту концентрации привела бы к выравниванию концентраций ионов по обе стороны мембраны и гибели клетки) Таким образом, внутри аксона образуется избыток (–) зарядов, снаружи – (+) зарядов, то есть возникает разность электрических потенциалов – потенциал покоя (ПП). Его значение составляет – 60-70 мВ. ПП одинаков по всей длине нервного волокна (рис. 4).

Раздражение нервного волокна приводит сначала к открытию Na⁺- и К⁺- каналов. Раньше открываются Na⁺-каналы, и в клетку устремляется поток ионов натрия. Это изменяет трансмембранный потенциал: сначала он становится равным 0 (деполяризация мембраны), затем происходит перезарядка мембраны, внутренняя сторона мембраны приобретает (+) заряд, наружная (-). Разность потенциалов при этом достигает 40 мВ. Эта величина и есть потенциал действия (ПД) (рис. 5).

Рис. 4. Природа поляризации клеточной мембраны

Натриевые каналы закрываются, открываются калиевые, начинается выход калия из клетки, потенциал изменяется от – 40 мВ до – 70 мВ, то есть идет реполяризация мембраны. После закрытия ионных каналов ионный насос восстанавливает исходное распределение ионов по сторонам мембраны.

Рис. 5. Потенциал действия

ПД развивается в том случае, если под действием раздражителя происходит изменение ПП до -50 мВ (пороговое значение). Если действие раздражителя не достигает этого значения, ПД не генерируется (принцип «все или ничего»).