Передача информации в ЦНС

[нформация в мозге передается по аксонам в виде коротких электрических мпульсов, называемых потенциалами действия (ПД). Их амплитуда состав-яет около 100 мВ, длительность — 1 мс. ПД возникают в результате дви-сения положительно заряженных ионов натрия через клеточную мембрану 13 внеклеточной жидкости внутрь клетки по специальным натрий-калие-1ым каналам. Концентрация натрия в межклеточном пространстве в 10 раз юлыне внутриклеточной.

Существует пассивный и активный транспорт ионов в нейрон. Пассив-1ЫЙ (то есть не связанный с расходом энергии) происходит через раздель-ше Na⁺ и К⁺ каналы в мембране аксона. Активный транспорт связан с дея-:ельностью Na⁺, K⁺— насоса, который перекачивает ионы из менее концен-грированого раствора в более концентрированный за счет энергии, высво­бождаемой при гидролизе АТР.

В состоянии покоя поддерживается трансмембранная разность потенци­алов около 70 мВ (цитоплазма заряжена отрицательно относительно внеш­ней среды). Мембрана практически непроницаема для Na⁺, тогда как К⁺ проходит сквозь нее и формирует потенциал покоя. Положительные заря­ды компенсируются неспособными выйти за пределы клетки анионами. Они и создают суммарный отрицательный заряд. Этот процесс продолжается до тех пор, пока формирующийся внутри клетки отрицательный заряд не бу­дет сдерживать выходящие из нее ионы К⁺. Устанавливается состояние, при котором число входящих и выходящих ионов К⁺уравновешивается.

Несмотря на то, что натрий-калиевый насос выбрасывает ионы натрия из клетки, они очень медленно проникают в клетку. Физическая или хими­ческая стимуляция, деполяризующая мембрану, т. е. снижающая разность потенциалов, увеличивает ее проницаемость для ионов натрия. Поток ионов натрия внутрь клетки еще сильнее деполяризует мембрану (рис. 1.12). Если нейрон возбуждается достаточно интенсивно, то натрий-калиевый насос не успевает предоставить нужное количество натрия для деполяризации, и в этом нейрону помогает глиальная клетка (рис. 1.16).

Когда достигается некоторое критическое значение потенциала, называ­емое пороговым, на уровне аксо-

нального холмика нейрона возника­ет ПД — распространяющийся по аксону потенциал. При этом поло­жительная обратная связь на уровне мембраны нейрона приводит к реге­неративным сдвигам, в результате которых знак разности потенциалов изменяется на противоположный, т.е. внутреннее содержимое клетки становится заряженным положи­тельно по отношению к внешней среде. Приблизительно через 1 мс

проницаемость мембраны для натрия падает, натрий-калиевый насос выб­расывает натрий из клетки, и трансмембранный потенциал возвращается к своему значению в состоянии покоя — 70 мВ.

После каждого такого разряда нейрон становится на некоторое время рефрактерным (неспособным к активации), т. е. натриевая проницаемость мембраны в этот период не может изменяться. Это кладет предел частоте ге­нерации ПД — не более 200 раз в секунду. Максимальная скорость распро­странения нервного импульса составляет приблизительно 100 м/сек. Это бо­лее чем в миллион раз меньше скорости, с которой электрический сигнал движется по медной проволоке. Таким образом, скорость распространения ПД сравнительно низка.