Impuls nerwowy

Impuls nerwowy jest zjawiskiem elektrycznym zachodzącym na powierzchni komórki nerwowej i pełni podstawową rolę w przekazywaniu informacji w układzie nerwowym. Rozprzestrzenianie się impulsu w tkance nerwowej jest procesem aktywnym, opartym na przepływie przez błonę komórkową aksonu jonów i wywołanych przez to zjawiskach fizyko - chemicznych.

Potencjał błonowy
Każda komórka w organizmie posiada tzw. potencjał błonowy. Potencjał ten określa różnicę potencjałów elektrycznych między wnętrzem, a powierzchnią komórki i zależy od stężenia jonów po obu stronach błony komórkowej. W przypadku człowieka, najważniejszą rolę pełnią tu jony sodowe i potasowe (nie są jednak jedynymi cząsteczkami biorącymi udział w tworzeniu potencjału). Mają one możliwość swobodnego przechodzenia przez błonę i zgodnie z prawami fizyki dążą do ustalenia stanu równowagi osmotycznej. Stan ten nie jest jednak osiągany z powodu działania błonowej pompy sodowo - potasowej, która aktywnie, zużywając energię, transportuje jony sodu na zewnątrz komórki, a jony potasu do jej wnętrza. Powstaje w ten sposób potencjał spoczynkowy błony, który w komórce nerwowej wynosi - 70 mV.

Od bodźca do impulsu
Aby powstał impuls nerwowy, musi zajść w neuronie proces depolaryzacji. Rozpoczyna się on w momencie pobudzenia komórki nerwowej przez jakiś bodziec - elektryczny, chemiczny lub mechaniczny (pochodzący np. z receptorów czucia). Aby wywołać w komórce nerwowej czynność elektryczną musi on być wystarczająco silny i wywoływać w tej komórce zmiany powodujące przekroczenie przez nią potencjału nazywanego potencjałem progowym. Każde pobudzenie poniżej progu pobudliwości nie będzie wystarczające do powstania impulsu. Pojawi się on jednak po osiągnięciu potencjału progowego. Specyficzne dla powstałego w tym momencie potencjału, nazywanego potencjałem czynnościowym, jest to, iż posiada on stałą amplitudę, niezależną od siły bodźca wywołującego. Cecha ta nazwana została prawem \"wszystko albo nic\" - albo potencjał czynnościowy pojawia się w całości, albo nie ma go wcale.

Udział jonów w tworzeniu potencjału
Powstanie potencjału czynnościowego opiera się na zmianie przepuszczalności błony komórkowej neuronu dla jonów sodowych i potasowych. W pierwszej kolejności, po pobudzeniu komórki, otwierają się specjalne kanały dla jonów sodu, przez które wpływają one lawinowo do neuronu. Powoduje to zwiększenie potencjału błony, który osiąga wartości około + 45 mV, po czym zaczyna się obniżać. Powraca on do wartości wyjściowej, co uwarunkowane jest zamknięciem kanałów dla sodu i otwarciem kanałów komórkowych dla jonów potasu, wypływających na zewnątrz komórki.

Jak wspomniano wcześniej, po obu stronach plazmolemmy neuronu istnieje różnica ładunków elektrycznych. Na jej zewnętrznej powierzchni znajdują się ładunki dodatnie, na wewnętrznej natomiast ujemne. Podczas trwania potencjału czynnościowego ułożenie to zostaje zmienione - opisany wyżej ruch jonów powoduje, że rozmieszczenie ładunków elektrycznych po obu stronach błony ulega odwróceniu. Zjawisko to zachodzi miejscowo. Potencjał czynnościowy powoduje jednak identyczne zmiany na błonie przed sobą, które powtarzają się regularnie wzdłuż aksonu komórki nerwowej. Tym samym impuls wędruje wzdłuż komórki.

Kierunek impulsu
Impuls nerwowy nie ma możliwości przesuwania się do tyłu, ponieważ miejsce wcześniej zdepolaryzowane znajduje się przez pewien czas, nazywany okresem refrakcji, w stanie uniemożliwiającym jego ponowne pobudzenie. Jeżeli pobudzenie komórki nerwowej rozpocznie się w części środkowej aksonu, to impuls rozchodzi się w dwóch kierunkach. Prawidłową dla niego drogą jest przepływ od receptora lub synapsy, poprzez akson do jego zakończenia (jest to przewodnictwo ortodromowe). Dlatego też każdy impuls rozprzestrzeniający się w przeciwnym kierunku, zwanym antydromowym), ulega wygaszeniu po osiągnięciu pierwszej napotkanej synapsy, ponieważ połączenia występujące między neuronami mają zdolność przekazywania impulsu tylko w jednym kierunku.

Izolacja = szybkość
Opisany wyżej, ciągły przepływ impulsu nerwowego przez komórkę nerwową, dotyczy neuronów z aksonami bez osłonki mielinowej. W komórkach posiadających taką osłonkę impuls przebiega w trochę inny sposób. Mielina uniemożliwia przepływ prądu, posiada jednak w pewnych odstępach zwężenia, które mogą ulegać depolaryzacji. Powstanie impulsu w jednym z takich zwężeń powoduje depolaryzację sąsiedniej cieśni, znajdującej się z przodu. Ta następnie powoduje pobudzenie kolejnej, itd. Tym samym impuls elektryczny przesuwa się wzdłuż aksonu skokami. Proces ten zachodzi bardzo szybko, przewodzenie impulsu w aksonie z osłonką jest około 50 razy szybsze od przewodnictwa w aksonie nieosłoniętym.

Synapsy
Impuls nerwowy przekazywany jest z neuronu na neuron poprzez specjalne połączenie, nazywane synapsą. Składa się ona z zakończenia aksonu (nazywanego kolbką synaptyczną lub zakończeniem presynaptycznym), szczeliny synaptycznej oraz z dendrytu drugiego neuronu.

Neuroprzekaźniki
Wędrujący impuls, po dotarciu do końca aksonu depolaryzuje zakończenie presynaptyczne. Umożliwia to uwolnienie z kolbek synaptycznych substancji nazywanych neuroprzekaźnikami, które w stanie spoczynku zmagazynowane są w pęcherzykach synaptycznych. Neuroprzekaźniki te wędrują poprzez szczelinę synaptyczną do błony postsynaptycznej, należącej do drugiego neuronu. Wiążą się tam ze specyficznymi receptorami i powodują otwarcie kanałów jonowych tej błony. Efektem tego jest depolaryzacja nowego neuronu i przepływ impulsu do następnego połączenia synaptycznego.

Osłonka mielinowa: to struktura otaczająca akson komórki nerwowej rdzennej, zbudowana z błon komórek glejowych. Powstaje ona na skutek nawijania fałdu zbudowanego z błon i niewielkiej ilości cytoplazmy komórki glejowej na komórkę nerwową.
W ośrodkowym układzie nerwowym osłonki mielinowe są wytwarzane przez oligodendrocyty, w obwodowym układzie nerwowym – lemocyty (komórki Schwanna).

Osłonka mielinowa jest dobrym izolatorem elektrycznym, dzięki czemu przyspiesza przewodzenie impulsu nerwowego.