Изучение нервного импульса PDF Печать E-mail

Очень большую роль в изучении природы нервного импульса сыграли опыты с использованием гигантских аксонов кальмаров, раков и некоторых червей. Один из аксонов кальмара достигает почти 1 мм в диаметре. Такая толщина позволяет исследователю вводить в аксон микроэлектроды для измерения электрического заряда, а также тончайшие пипетки для последующего определения химических изменений, происходящих в различных точках аксона.

Оказалось, что наружная поверхность мембраны аксона заряжена положительно, а внутренняя — отрицательно, т. е, как принято говорить, мембрана аксона поляризована. Как и во многих других клетках организма, в аксоне функционирует натриевый насос, благодаря которому концентрация положительно заряженных ионов натрия снаружи, на наружной поверхности мембраны, почти в 10 раз выше, чем внутри.  В аксоне действует также калиевый насос, который поддерживает в 30 раз более высокую концентрацию ионов калия внутри аксона, чем снаружи.

И ионы калия, и ионы натрия несут положительный заряд. Но ионы натрия соприкасаются с наружной стороной мембраны, а изнутри на мембране концентрируются ионы, заряженные отрицательно. Ионы калия уходят в глубь аксона. Степень поляризации мембраны зависит от того, в какой мере мембрана проницаема для ионов, находящихся на ее внутренней и наружной поверхностях. Если мембрана легко проницаема, то ионы будут проходить сквозь нее и нейтрализовать друг друга, т. е. произойдет деполяризация. Согласно одной из теорий, именно такое явление имеет место при раздражении чувствительного нервного окончания. Раздражение нерва вызывает увеличение проницаемости мембраны, положительные и отрицательные ионы при этом начинают взаимодействовать между собой, и мембрана в этом участке временно деполяризуется.

Деполяризация одного участка способствует увеличению проницаемости мембраны в соседнем участке аксона, и, таким образом, постепенно вдоль аксона распространяется волна деполяризации. Мембрана, однако, почти немедленно восстанавливает исходное поляризованное достояние. Отрезок времени между деполяризацией и восстановлением поляризованного состояния в данном участке мембраны очень короток: как правило, он составляет менее одной тысячной доли секунды. Следовательно, за одну секунду по аксону может пройти свыше тысячи импульсов.

Какие именно ионы участвуют в изменении заряда на поверхности мембраны? Согласно предложенной теории, при повышении проницаемости положительные ионы натрия проходят сквозь мембраны и нейтрализуют ионы, расположенные на внутренней стороне мембраны. Вслед за тем положительные ионы калия выходят из аксона наружу и восстанавливают положительный заряд внешней поверхности мембраны. Таким образом восстанавливается отрицательный заряд на внутренней поверхности.

В описанном процессе обмена участвует очень небольшое количество ионов. Если в гигантском аксоне кальмара не функционируют калиевый и натриевый насосы, то и тогда этот аксон способен к проведению нескольких сотен тысяч импульсов. Только после этого установится равновесие между ионами калия и натрия, расположенными по обе стороны мембраны. Количество энергии, расходуемой на проведение импульса, также ничтожно мало. Так, нерв, содержащий только 1 % глюкозы, при достаточном снабжении кислородом может проводить импульсы непрерывно в течение недели.

Интересные статьи из мира животных:

1) Гормоны поджелудочной железы

2) Определение пола