Распространение нервного импульса

Рис. 18-21. Схема распространения потеициала действия (нервного импульса). А. Потенциал, регистрируемый внутриклеточными электродами, расположенными вдоль аксона. Б. Конформа-ционные изменения натриевых каналов и токи, обусловливающие распространение нервного импульса.

При действии раздражителя на нервное или мышечное волокно мембранный потенциал в месте раздражения нарушается. Это нарушение начинает распространяться вдоль волокна приблизительно с постоянной скоростью. В первый момент состояния возбуждения резко возрастает проницаемость мембраны для ионов Ыа+, поток которых устремляется внутрь клетки. Затем возникает ток ионов К+, направленный во внешнюю среду. Распространяющаяся по волокну волна называется волной потенциала действия. Схема распространения нервного импульса может быть смоделирована на основе некоторых электрохимических систем, а само явление можно феноменологически описать, если задаться электрической емкостью, сопротивлением утечки мембраны, формой нервного импульса, и рассматривать его как распространение электрического сигнала в кабеле с определенными параметрами. [c.159]

Распространение нервного импульса вдоль волокна происходит без затухания с постоянной скоростью. Внутренняя часть волокна на участке возникновения спайка заряжена положительно, а в соседних покоящихся участках - отрицательно (рис. 16.3). Вследствие этого возникает локальный ток между возбужденным и покоящимся участками. Направление его таково, что он деполяризует область мембраны перед активным участком, что также приводит к ее возбуждению и возникновению в ней спайка. Таким образом возбуждение передается дальше по волокну. Нервное волокно можно уподобить электрическому кабелю, соседние участки которого связаны между собой. Однако в отличие от обычного кабеля распространение нервного импульса сопровождается его затуханием, поскольку в мембране имеются молекулярные "генераторы", подпитывающие бегущий импульс. Нахождение скорости распространения нервного импульса требует исследования кинетики ионных трансмембранных токов (г к+, г ка), тока утечки, а также знания электрических свойств нервного волокна (емкость и сопротивление). Анализ соответствующих математических моделей показывает, что скорость распространения устойчивого импульса обратно пропорциональна квадратному корню из диаметра волокна, что совпадает с эксперимен- [c.156]

Т. обр., историч. развитие Э. привело к след, разделам совр. теоретич. Э. 1) учение о строении электролитов и их электропроводности 2) учение об электрохим. равновесиях на фанице между электродом и р-ром 3) учение о скоростях электрохим. р-ций. В конце 20 в. сложился новый самостоят. раздел Э.- учение о мембранных процессах и равновесиях на фанице двух ионных систем, в к-ром рассматриваются равновесные и неравновесные процессы, возникающие при разделении двух р-ров электролитов мембраной, избирательно пропускающей ионы. Развитие этого раздела обусловлено прежде всего тем, что многие физиол. явления в живых организмах (процессы превращения энергии, распространение нервных импульсов и др.) связаны с электрохим. св-вами мембранных систем. Помимо этого, развитие Э. мембран обусловлено широким использованием разл. типов мембран в электролизерах, в хим. источниках тока, а также в установках по очистке воды (см. Мембранные процессы разделения). Прикладная Э., опираясь на достижения теоретич. Э., разрабатывает научные основы технологии электрохим. произ-в с целью создания оптимальных условий для проведения электролиза и работы хим, источников тока. [c.466]

Биофизика — наука XX века. Из этого не следует, что ранее не решались биофизические задачи. Максвелл построил теорию цветного зрения, Гельмгольц измерил скорость распространения нервного импульса. Число примеров такого рода велико. Однако лишь в наше время биофизика перешла от изучения физических свойств организмов и физических воздействий на них (свет, звук, электричество) к фундаментальным проблемам — к исследованию наследственности и изменчивости, онтогенеза и филогенеза, метаболизма и биоэнергетики. Это оказалось возможным именно благодаря мощному развитию биологии и биохимии. [c.10]

Движение клеток и организмов, выполнение ими механической работы например, мышечной) производятся особыми сократительными белками, служащими рабочими веществами этих процессов. Сократительные белки выполняют ферментативную, АТФ-азную функцию, реализуют превращение химической энергии (запасенной в АТФ, с. 40) в механическую работу. Зарядка аккумулятора , т. е. окислительное фосфорилирование, происходит в мембранах митохондрий при непременном участии ферментов дыхательной цепи. Окислительно-восстановительные ферментативные процессы происходят и при фотосинтезе. Другие мембранные белки ответственны за активный транспорт молекул и ионов сквозь мембраны и, тем самым, за генерацию и распространение нервного импульса. Белки определяют все метаболические и биоэнергетические процессы. [c.87]

К важнейшим биоэнергетическим процессам относятся явления биоэлектрические — генерация биопотенциалов. Распространение нервного импульса есть мембранный процесс. Рецепция — механическая, акустическая, обонятельная, вкусовая, зрительная — происходит с непременным участием мембран. [c.333]

Обсуждая мембранный транспорт одновалентных катионов, мы вплотную подошли к проблемам, относящимся к возбудимым мембранам, к генерации и распространению нервного импульса. [c.354]

Распространение нервного импульса [c.369]

Распространение возбуждения в мышце (а также в нерве) происходит с небольшой скоростью. Здесь нет проблемы, которая требовала бы для своего решения механизма типа солитонного. Выше уже говорилось об автоволновом, а не солитонном распространении нервного импульса. [c.403]

Физический анализ процесса электрического возбуждения в мембране нервного волокна осложняется распространением нервного импульса по волокну. Чтобы устранить эту трудность и заставить всю мембрану аксона возбуждаться синхронно, внутрь аксона вводят металлический осевой электрод. Введение осевого электрода внутрь аксона позволяет не учитывать кабельные свойства волокна и заменить эквивалентную схему с распределенными емкостью и ионной проводимостью (см. 8 гл. XXIII) на простую эквивалентную схему (см. рис. XXIII.2). [c.171]

В предыдущих главах мы не раз встречались с нелинейным поведением биологически функциональной системы. Достаточно вспомнить о генерации и распространении нервного импульса (гл. И). При достижении порогового значения возбуждающей силы происходит переключение системы в новое состояние — генерируется нервный импульс. Генерация имеет триггерный характер. Сходные триггерные явления реализуются во всех случаях возникновения упорядоченного поведения биологических систем в пространстве и во времени. [c.483]

В гл. 1 уже говорилось о то.м, что практически все функции нейронов в большей или меньшей степени обусловлены свойствами мембран. В частности, мембранную природу имеют такие явления как распространение нервных импульсов, их электрическая или химическая передача от клетки к клетке, активный транспорт ионов, клеточное узнавание и развитие синапса, взаимодействие с нейромодуляторами, нейрофармакологическими веществами и нейротоксинами. Такой, несколько односторонний взгляд уточняется в настоящей главе рассмотрением цитоплазмы нейронов. Хотя в основном она сходна с цитоплазмой других клеток — в ней обнаружены те же органеллы (а также синаптические везикулы) и ферменты (и, кроме того, участвующие в метаболизме медиаторы), однако нейрональная цитоплазма адаптирована специфическим образом именно к функциям нейронов. [c.303]

В живых клетках имеются мембраны, на которых происходит разделение биологических растворов с различными концентрациями веществ или ионов. Образующееся неравномерное распределение ионов играет основную роль в распространении нервного импульса. Схематически процесс опознания вещества по его запаху можно изобразить так [39] [c.387]

Изучение особенностей универсального кода нервной системы показывает, что и возмущения в неравновесных функциях распределения также строго ограничены, примером этого может служить распространение нервного импульса с последующим восстановлением распределения потенциалов. Статистическая теория не может предвидеть такого оборота событий, так как она в общей и неопределенной форме способна описывать связи, лежащие в основе существования динамических организаций. [c.232]

Как формируется потенциал действия Как связаны между собой химическое строение Нервного волокна и распространение нервного импульса [c.468]

Положительная обратная связь редко встречается в биологических системах, поскольку она приводит к нестабильности системы и экстремальным состояниям. В этих ситуациях возникшее возмущение вызывает такие последствия, которые еще более его усиливают (рис. 19.2). Например, во время распространения нервного импульса деполяризация мембраны нейрона повышает ее проницаемость для ионов натрия. Проникая в аксон через мембрану, ионы натрия усиливают деполяризацию, а тем самым и собственное поступление в клетку. Скорость этого поступления стремительно возрастает, и в результате генерируется потенциал действия. В данном случае положительная обратная связь служит для усиления ответа системы (деполяризации). Величину этого ответа ограничивают другие механизмы, описанные в разд. 17.1.1. Положительная обратная связь функционирует также во время родов, когда гормон окситоцин стимулирует сокращения матки, а они в свою очередь инициируют вьщеление новых порций этого гормона (разд. 21.8.12). [c.402]

Сопоставление с экспериментом показывает, что предельный случай медленной релаксации (ХХШ.8.15) Ма -тока является наилучшим приближением для описания скорости распространения нервного импульса. [c.204]

Так, еще в 1907 г. С. Максвелл изучал зависимость скорости распространения ПД от температуры и показал, что при охлаждении волокна на 10 °С скорость снижается примерно в 2,5 раза. Но истолкование этого результата долго было ошибочным он считался аргументом в пользу диффузионной теории распространения нервного импульса химическая реакция диффундирующего вещества может так сильно зависеть от температуры. А сейчас мы понимаем, что температура влияет на скорость развития возбуждения, и опыты Максвелла легли кирпичиком в здание общей теории. [c.142]

Решение этой системы уравнений, полученное на ЭВМ ), дало значение скорости проведения весьма близкое к найденному экспериментально. В 1959 г. Хаксли показал, что уравнения дают правильную зависимость скорости импульса от температуры. При решении систем уравнений было выяснено, что имеются две устойчивые скорости распространения нервного импульса в нервном волокне, о которых до того никто не думал. Как часто бывает, уравнения оказались очень умными. [c.144]

Интересно, что еще в 1940 г. три американских теоретика пытались создать единую теорию, объединяющую кабельные уравнения и мембранную теорию Бернштейна. В этой работе было впервые показано, что снижение сопротивления мембраны при возбуждении важно для проведения ПД, и было сделано пророческое замечание, что решающий успех в проблеме распространения нервного импульса будет достигнут с появлением вычислительны машин. [c.144]

Скорость распространения. ПД, как уже отмечалось, характеризуется электрическим способом распространения, в общем случае подчиняющимся кабельному уравнению (см. раздел 9). В теории возбудимых систем "формализованный" подход к определению скорости ПД, т.е. вне зависимости от конкретной организации возбудимых мембран, предложен достаточно давно [115]. Он свидетельствует о том, что скорость распространения нервного импульса определяют главным образом параметры переднего фронта ПД. Для нахождения скорости распространения ПД достаточно знать производную изменения потенциала во времени dV/dt в момент достижения порога возбуждения, те. в первом приближении отношение Апд к длительности его восходящей ветви [155]. [c.123]

В связи с этим характер волны образования ДС существенно отличается от иных автоволновых процессов распространения фронта в бистабильной системе и распространения нервного импульса. В двух последних случаях однородное состояние устойчиво и упомянутые ограничения не возникают. [c.251]

В определенных условиях на пассивирующихся металлах наблюдаются периодические колебания потенциала в гальваностатических условиях или колебания тока при Я=соп51. Это объясняется наличием падающей характеристики на поляризационной кривой пассивирующихся металлов, т. е. области с (д1 /дЕ)<С.О, и с закономерным переходом электрода из активного состояния в пассивное и обратно. Существует аналогия между периодическими электродными процессами и явлениями нервной проводимости. Например, активация определенного участка железной проволоки в азотной кислоте приводит к возникновению активационных волн, закон распространения которых вдоль проволоки имеет сходство с законом распространения нервного импульса (модель нервов Оствальда — Лилли). Поэтому периодические процессы при пассивации используются для моделирования механизма действия нервных клеток — нейронов. [c.371]

В настоящее время созданы искусственные фосфолипидные мембраны. При введении в них некоторых активных веществ (например, валиномицина, динитрофенола, пентахлорфенола и др.) эти мембраны во многих отношениях воспроизводят свойства тканей нервного волокна, но оказываются более удобными для экспериментального и теоретического исследования, чем ткани живого организма. Это привело к новым подходам в изучении молекулярного механизма нервного возбуждения и распространения нервных импульсов, в результате которых сделаны попытки феноменологического описания процесса распространения нервного возбуждения при помощи физических моделей. Быстрое развитие биоэлектрохимии, безусловно, окажет влияние на решение прикладных задач в области биологии и медицины. [c.406]

Как мы видели, нелинейные свойства возбудимых мембран отчетливо проявляются в генерации и распространении нервного импульса (гл. И). Рассмотрим периодические изменения состояния мембран, установленные в ряде опытов. Так, наблюдались колебания электрического потенциала в очень тонких двойных полиэтиленовых мембранах. Двойной слой состоял из поликислоты (а) и полиоснования ( ). Таким образом, в нем имелись три зоны — отрицательно заряженная а, нейтральная и положительно заряженная Ь (рис. 16.13). Мембрана помещалась в 0,15 М раствор Na l. При наложении отрицательного потенциала со стороны полиоснования наблюдались периодические импульсы (спайки) и при некотором критическом значении тока незатухающие колебания, сохраняющиеся часами. Ток через мембрану состоит из перемещения катионов сквозь зону а и анионов сквозь зону Ь. В результате в центральной нейтральной зоне накапливается Na l. Возрастание осмотического давления приводит к появлению потока растворителя в мембрану и к возрастанию в ней гидростатического давления. В то же время увеличение концентрации соли вызывает сокращение молекул полиэлектролита, что также увеличивает давление. Когда это увеличение превзойдет осмотическое давление, поток растворителя изменит знак, и концентрация соли внутри мембраны увеличится еще больше. Возникнет градиент концентрации, соль покинет мембрану и будет вытекать после того, как мембрана достигнет максимального сокращения. Затем наступает релаксация, возвращение мембраны в исходное состояние, и процесс начинается снова. [c.525]

Молекулярная биофизика естественно переходит в биофизику клетки, изучающую строение и функциональность клеточных и тканевых систем. Эта область биофизики является самой старой и традиционной. Ее главные задачи связаны сегодня с изучением физики биологических мембран и биоэнергетических процессов. Биофизика клетки включает изучение генерации и распространения нервного импульса, изучение механохимических процессов (в частности, мышечного сокращения), изучение фотобиологиче-ских явлений (фотосинтез, рецепция света, зрение, биолюминесценция). В этой области также применяются уже перечисленные экспериментальные методы." Биофизика клетки имеет дело с более сложными задачами и встречается с большими трудностями [c.21]

В полиамфолитах и, следовательно, в биополимерах возможно образование солевых связей между катионными и анионными группами в одной цепи или в разных цепях. Исследования строения и свойств биополимеров обязательно должны учитывать их полиамфолитную природу, а, значит, pH и ионную силу среды. Структура нативных (т. е. биологически функциональных) молекул белков и нуклеиновых кислот в значительной мере определяется электростатическими, ионными, взаимодействиями. Не менее важны взаимодействия с малыми ионами окружающей среды. Взаимодействие белков с ионами К+, Na+, Са++, Mg+ определяет важнейшие биологические явления, в частности, генерацию и распространение нервного импульса и мышечное сокращение. Функциональная структура нуклеиновых кислот и их участие в биосинтезе белка также связаны с катионами щелочных и щелочноземельных металлов. [c.86]

Нервное волокно представляет собой возбудимую, или активную, среду. Распространение нервного импульса представляет собой распространение автоволны — сильно нелинейного образования, поскольку ее движение описывается нелинейными уравнениями типа (11.13). Скорость, форма и амплитуда импульса не зависят от начальных условий они, как мы видели, определяются свойствами среды. До и после прохождения автоволны участок волокна находится в состоянии покоя — автоволна локализована. Этим она отличается от обычной электромагнитной или звуковой волны. [c.374]

Мы уже говорили об автоволнах в возбудимых, активных средах, рассматривая распространение нервного импульса (гл. И). Среда, в которой происходит реакция Белоусова — Жаботинского, есть активная среда. [c.519]

Биоэлектрохимия. Различные электрохимические явления играют исключительную роль в важнейших биологических процессах— в транспорте ионов через клеточные мембраны, в превращении энергии на молекулярном уровне, в распространении нервных импульсов, в восприятии зрительного изображения и многих других. Биоэлектрохимия — один из самых молодых, но в будущем, несомненно, один из важнейших разделов электро-хи.мии. [c.313]

Перенос электронов в цепи цитохро-мов. Перенос ионов через мембра-1НЫ. Перенос ионов в нервном волокне и распространение нервного импульса [c.107]

Несомненно, часто Г. Богену поневоле самому приходится прибегать к упрощениям. Однако это обстоятельство неи.зменно оговаривается. Надо сказать, что название книги несколько шире, чем ее содержание. Она посвящена главным образом молекулярной биологии и биохимии. В ней вовсе не затронут ряд интереснейших областей современной биологии, например наука о поведении (этология), бионика, такие вопросы нейрофизиологии, как проблема распространения нервного импульса, и другие. Но в этом не следует винить автора. У него были другие задачи. И с их решением он, безусловно, справился. Книга будет интересна любому читателю, интересующемуся проблемами современной науки, а в особенности педагогам, студентам и школьникам. [c.6]

Рис. 30. Схемы, поясняющие механизм распространения возбуждения по нервному волокну а — эквивалентная электрическая схема нервного волокна, участок 1 возбужден, конденсатор перезаряжается, в цепи идет ток от и от Сд к (сила тока показана толщиной стрелок), в следующий момент перезарядится конденсатор С б — иллюстрация к теории местных токов Германа в — распространение нервного импульса свя.эано с изменением проводимости мембраны передний фронт ПД обусловлен потоком входящих ионов натрия, а задний — выходом из волокна

Результаты моделирования позволяют предполагать, что в нервной системе существует аппарат управления распространением нервных импульсов и прежде всего распространением их но дендритам. В функцию этого аппарата может и пе входить создание нового импульса на том или ином участке мембраны — весьма вероятно, что за это ответствентгы другие синапсы. Управление осуществляется уже созданными импульсами. Происходит их ускорение или замедление, облегчение прохождения через особые ключи или блокировка. Управляющее воздействие обычно должно быть локальным, например блокирующим именно в данном узле или ускоряющим на конкретном участке волокпа ). Таким образом, синапсы по их функциональному значению можно разделить на синапсы, управляющие раснрострапением снайка, и синапсы, создающие спайки. [c.42]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология