Потенциал действия или нервный импульс, специфическая реакция, протекающая в виде возбуждающей волны и протекающей по всему нервному пути. Эта реакция является ответом на раздражитель. Главной задачей является передача данных от рецептора к нервной системе, а после этого она направляет эту информацию к нужным мышцам, железам и тканям. После прохождения импульса, поверхностная часть мембраны становится отрицательно заряженной, а внутренняя ее часть остается положительной. Таким образом, нервным импульсом называют последовательно передающиеся электрические изменения.
Возбуждающее действие и его распространение подвергается физико-химической природе. Энергия для проведения этого процесса образуется непосредственно в самом нерве. Происходит это из-за того, что прохождение импульса влечет образование тепла. Как только он прошел, начинается затихание или референтное состояние. В которою всего лишь долю секунды нерв не может проводить стимул. Скорость, с которой может поступать импульс колеблется в пределах от 3 м/с до 120 м/с.
Показания для назначения
К ним относятся:
- диагностика нарушений сна (бессонница, хождение во сне, ночное апноэ) — электроэнцефалография улавливает изменения активности мозга при засыпании;
- диагностика и подбор лечения при эпилепсии — с помощью ЭЭГ можно оценить степень нарушения работы мозга, следить за эффективностью лекарственных препаратов;
- выяснение причин судорог, панических атак, обмороков, частой головной боли;
- уточнение данных компьютерной, магнитно-резонансной томографии и некоторых других обследований, если в ходе них возникло подозрение на наличие опухоли и сосудистых нарушений в головном мозге;
- состояние после инсульта или травм головы — для оценки нарушений работы мозга;
- задержка речевого развития, заикание.
Активные свойства мембраны[ | ]
Схема строения мембраны клетки.
Активные свойства мембраны, обеспечивающие возникновение потенциала действия, основываются главным образом на поведении потенциалзависимых натриевых (Na+-) и калиевых (K+-) каналов. Начальная фаза ПД формируется входящим натриевым током, позже открываются калиевые каналы и выходящий K+-ток возвращает потенциал мембраны к исходному уровню. Исходную концентрацию ионов затем восстанавливает натрий-калиевый насос.
По ходу ПД каналы переходят из состояния в состояние: у Na+-каналов основных состояний три — закрытое, открытое и инактивированное (в реальности дело сложнее, но этих трёх достаточно для описания), у K+-каналов два — закрытое и открытое.
Поведение каналов, участвующих в формировании ПД, описывается через проводимость и вычисляется через коэффициенты переноса (трансфера).
Коэффициенты переноса были выведены Ходжкином и Хаксли.[1][2]
Проводимость для калия GK на единицу площади [S/cm²]
G K = G K m a x n 4 {\displaystyle G_{K}=G_{Kmax}n^{4}}
| d n / d t = α n ( 1 − n ) − β n n {\displaystyle dn/dt=\alpha _{n}(1-n)-\beta _{n}n} , |
| где: |
| α n {\displaystyle \alpha _{n}} — коэффициент трансфера из закрытого в открытое состояние для K+-каналов [1/s]; |
| β n {\displaystyle \beta _{n}} — коэффициент трансфера из открытого в закрытое состояние для K+-каналов [1/s]; |
| n {\displaystyle n} — доля K+-каналов в открытом состоянии; |
| ( 1 − n ) {\displaystyle (1-n)} — доля K+-каналов в закрытом состоянии |
Проводимость для натрия GNa на единицу площади [S/cm²]
рассчитывается сложнее, поскольку, как уже было сказано, у потенциал-зависимых Na+-каналов, помимо закрытого/открытого состояний, переход между которыми описывается параметром m {\displaystyle m} , есть ещё инактивированное/не-инактивированное состояния, переход между которыми описывается через параметр h {\displaystyle h}
G N a = G N a ( m a x ) m 3 h {\displaystyle G_{Na}=G_{Na(max)}m^{3}h}
| d m / d t = α m ( 1 − m ) − β m m {\displaystyle dm/dt=\alpha _{m}(1-m)-\beta _{m}m} , | d h / d t = α h ( 1 − h ) − β h h {\displaystyle dh/dt=\alpha _{h}(1-h)-\beta _{h}h} , |
| где: | где: |
| α m {\displaystyle \alpha _{m}} — коэффициент трансфера из закрытого в открытое состояние для Na+-каналов [1/s]; | α h {\displaystyle \alpha _{h}} — коэффициент трансфера из инактивированного в не-инактивированное состояние для Na+-каналов [1/s]; |
| β m {\displaystyle \beta _{m}} — коэффициент трансфера из открытого в закрытое состояние для Na+-каналов [1/s]; | β h {\displaystyle \beta _{h}} — коэффициент трансфера из не-инактивированного в инактивированное состояние для Na+-каналов [1/s]; |
| m {\displaystyle m} — доля Na+-каналов в открытом состоянии; | h {\displaystyle h} — доля Na+-каналов в не-инактивированном состоянии; |
| ( 1 − m ) {\displaystyle (1-m)} — доля Na+-каналов в закрытом состоянии | ( 1 − h ) {\displaystyle (1-h)} — доля Na+-каналов в инактивированном состоянии. |
Ход процедуры
Для регистрации электроэнцефалограммы на голове человека при помощи эластичного шлема закрепляют около 20 электродов. Через усилитель их соединяют с прибором — энцефалографом, который обычно совмещён с компьютером.
Пациент должен сидеть, расслабившись и закрыв глаза, либо лежать с закрытыми глазами на кушетке.
Статья по теме
Живой суперкомпьютер. Зачем мозгу вода и почему он активнее ночью? Нередко при записи электроэнцефалограммы врачи применяют так называемые функциональные пробы. К ним относят прерывистое световое воздействие, усиленное глубокое дыхание в течение 2–3 минут, раздражение звуком. В ряде случаев ЭЭГ проводят на фоне выраженной нагрузки на мозг, например после бессонной ночи.
Обследование обычно продолжается от 15 до 20 минут. Дискомфорта во время него, как правило, не возникает. Результаты чаще всего выдают в день исследования.
Нервный импульс — электрический импульс или нет?
Нервный импульс — электрический импульс или нет?
Имеются разные точки зрения: химическая и электрическая. Результаты гууглевания.
Дмитрий. Почему нервы не провода, а нервный импульс не ток. (4.09.2013)
https://e-1-off.livejournal.com/8384.html
ФИЗИЧЕСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ:
НЕРВНЫЙ ИМПУЛЬС — волна возбуждения, к-рая распространяется по нервному волокну и служит для передачи информации от периферич. рецепторных (чувствительных) окончаний к нервным центрам, внутри центр. нервной системы и от неё к исполнительным аппаратам — мышцам и железам. Прохождение Н. и. сопровождается переходными электрич. процессами, к-рые можно зарегистрировать как внеклеточными, так и внутриклеточными электродами… Вдоль нервного волокна Нервный импусьс распространяется в виде волны электрич. потенциала. В синапсе происходит смена механизма распространения. Когда Н. и. достигает пресинаптич. окончания, в синаптич. щель выделяется активное хим. вещество — м е д и а т о р. Медиатор диффундирует через синаптич. щель и меняет проницаемость постсинаптич. мембраны, в результате чего на ней возникает потенциал, вновь генерирующий распространяющийся импульс. Так действует хим. синапс. Встречается также электрич. синапс, когда след. нейрон возбуждается электрически…Состояние покоя нервного волокна… стационарно благодаря действию ионных насосов
, причём мембранный потенциал в условиях разомкнутой цепи определяется из равенства нулю полного
электрич. тока…
Процесс нервного возбуждения развивается следующим образом (см. также
Биофизика).
Если пропустить через аксон слабый импульс тока, приводящий к деполяризации мембраны, то после снятия внеш. воздействия потенциал монотонно возвращается к исходному уровню. В этих условиях
аксон ведёт себя как пассивная электрич. цепь, состоящая из конденсатора и пост. сопротивления.
Если
импульс тока
превышает нек-рую пороговую величину, потенциал продолжает изменяться и после выключения возмущения…
Мембрана нервного волокна представляет собой нелинейный ионный проводник
, свойства к-рого существенно зависят от электрич. поля.
https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/4035/%…
ИОННЫЕ НАСОСЫ молекулярные структуры, встроенные в биол. мембраны и осуществляющие перенос ионов
в сторону более высокого электрохим. потенциала
СЕМЁНОВ С.Н. О ФОНОННОЙ ПРИРОДЕ НЕРВНОГО ИМПУЛЬСА С ПОЗИЦИЙ ДИНАМИКИ ЭВОЛЮЦИИ
. (29.05.2013) Семёнов С.Н. Фонон – квант биологической (клеточной) мембраны.
https://vbibl.ru/fizika/69645/index.html Введение в квантовую фононную биологию
С. Н. Семёнов
https://www.studsell.com/view/193942/
МОЛЕКУЛЯРНО-МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН ВВЕДЕНИЕ В КВАНТОВУЮ ФОНОННУЮ БИОЛОГИЮ МЕМБРАН.
© С.Н. Семёнов
, Дата публикации: 8 сентября 2003 Контакт с автором
https://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6013…
Николаев Л.А. ′Металлы в живых организмах′ — Москва: Просвещение, 1986 — с.127
В научно-популярной форме автор рассказывает о роли металлов в биохимических процессах, протекающих в живых организмах. Книга будет способствовать расширению кругозора учащихся. В распространении по нерву электрических импульсов принимают участие оба иона (натрия и калия).
https://chemlib.ru/books/item/f00/s00/z0000000/st01…
Электрическая природа нервных импульсов и возбудимости нервной клетки. Гальвани еще накануне XIX века экспериментально доказал, что между электричеством и функционированием мышц и нервов существует определенная связь. Установление электрической природы возбуждения скелетной мышцы привело к практическому применению этого свойства в медицине. Во многом этому способствовал голландский физиолог Виллерн Эйнтховен. В 1903 году он создал особо чувствительный гальванометр, настолько чувствительный, что с его помощью можно было фиксировать изменения электрического потенциала сокращающейся сердечной мышцы. В течение трех последующих лет Эйнтховен записывал изменения потенциала сердца при его сокращении (эта запись называется электрокардиограммой) и сопоставлял особенности пиков и впадин с различными типами сердечных патологий. Электрическую природу нервного импульса обнаружить было труднее, поначалу считали, что возникновение электрического тока и распространение его по нервному волокну обусловлены химическими изменениями в нервной клетке. Поводом для такого чисто спекулятивного суждения послужили результаты экспериментов немецкого физиолога XIX века Эмила Дю Буа-Раймона, который с помощью высокочувствительного гальванометра смог зарегистрировать в нерве при его стимуляции слабенький электрический ток. По мере развития техники исследования электрической природы нервного импульса становились все более изящными. Помещая крошечные электроды (микроэлектроды) на различные участки нервного волокна, исследователи с помощью осциллоскопа научились регистрировать не только величину возникающего при возбуждении нерва электрического потенциала, но и его продолжительность, скорость распространения и прочие электрофизиологические параметры. За работы, проделанные в этой области, американские физиологи Джозеф Эрлангер и Герберт Спенсер Гессер в 1944 году были удостоены звания лауреатов Нобелевской премии в области медицины и физиологии. Если на нервную клетку подавать электрические импульсы возрастающей силы, то вначале, пока сила импульса не достигнет определенной величины, клетка на эти импульсы реагировать не будет. Но как только сила импульса достигнет определенного значения, клетка внезапно возбудится и тут же возбуждение начнет распространяться по нервному волокну. Нервная клетка имеет определенный порог возбуждения, и на любой стимул, превышающий этот порог, она отвечает возбуждением только определенной интенсивности. Таким образом, возбудимость нервной клетки подчиняется закону «все или ничего», и во всех нервных клетках организма природа возбуждения одна и та же.
https://med-000.ru/kak-funkcioniruet-nerv/elektrich… Ионная теория нервных импульсов, роль ионов калия и натрия в нервном возбуждении.
Возбуждение самой нервной клетки обусловлено движением ионов через клеточную мембрану.
Обычно внутри клетки содержится избыток ионов калия, тогда как снаружи ее обнаруживается избыток ионов натрия. В покое клетка не выпускает из себя ионы калия и не впускает в себя ионы натрия, не давая сравняться концентрациям этих ионов по обе стороны мембраны. Градиент ионов клетка поддерживает при помощи работы натриевого насоса, который выкачивает ионы натрия наружу по мере их поступления внутрь клетки через мембрану. Различная концентрация ионов натрия по обе стороны клеточной мембраны создает на ней разность потенциалов величиной примерно в 1/10 вольта. При стимуляции клетки разность потенциалов падает, это и означает возбуждение клетки. Клетка не может реагировать на следующий стимул, пока разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны не восстановится вновь. Этот период «отдыха» занимает несколько тысячных долей секунды, и называется он рефрактерным периодом. После возбуждения клетки импульс начинает распространяться по нервному волокну. Распространение импульса — это серия последовательных возбуждений фрагментов нервного волокна, когда возбуждение предыдущего фрагмента вызывает возбуждение следующего, и так до самого окончания волокна. Распространение импульса происходит только в одном направлении, поскольку предыдущий фрагмент, который только что был возбужден, повторно возбудиться сразу же не может, так как находится в стадии «отдыха».
То, что возникновение и распространение нервного импульса обусловлено изменением ионной проницаемости мембраны нервной клетки, впервые доказали британские нейрофизиологи Алан Ллойд Ходжкин и Эндрю Филдинг Хаксли, а также австралийский исследователь Джон Кэрью Икклес.
https://med-000.ru/kak-funkcioniruet-nerv/ionnaya-t…
Хамзина Оксана Альбертовна
- Физика, 11 класс
- учитель физики
- МБОУ СОШ№22
- Россия
13.02.2018 НАУЧНО – ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА Электрическая природа нервного импульса
https://infourok.ru/elektricheskaya-priroda-nervno…
Нервный импульс
—
электрический импульс
, распространяющийся по нервному волокну. При помощи передачи нервных импульсов происходит обмен информацией междунейронами и передача информации от нейронов к клеткам других тканей организма. Нервный импульс проходит по центральной нервной системе и от неё к исполнительным аппаратам — скелетной мускулатуре, гладким мышцам внутренних органов и сосудов, железам внешней и внутренней секреции, от периферических рецепторных (чувствительных) окончаний к нервным центрам. Возникновение и распространение нервного импульса обеспечивается электрическими свойствами мембраны и цитоплазмы нервных клеток.
https://www.braintools.ru/neuron-the-structure-of-nerve-cell/nerve-pulses
Подготовка
За пару часов до процедуры желательно поесть, приходить на ЭЭГ голодным нельзя, так как голод может вызывать изменения на электроэнцефалограмме.
За 12 часов до исследования следует отказаться от продуктов и напитков, содержащих кофеин: кофе, чая, шоколада, энергетиков.
Голова перед ЭЭГ должна быть чисто вымыта. Это позволит добиться лучшего контакта электродов с кожей головы и получения более достоверных результатов исследования. Наносить на волосы средства для укладки нельзя.
Пациентам, страдающим эпилепсией, ЭЭГ рекомендуется делать не раньше чем через неделю после последнего приступа.
Вопрос-ответ
Правда, что учёные научились делать «отпечатки» мозга? Пациентам, использующим противосудорожные средства, транквилизаторы, седативные и некоторые другие препараты, нужно отказаться от их приёма за 24–48 часов. Однако это обязательно должно быть согласовано с лечащим врачом.
Если планируется проводить обследование ребёнку, родителям нужно заранее его подготовить: объяснить, что будет не больно, потренироваться надевать шапочку для купания в бассейне, чтобы он не боялся во время процедуры. На исследование можно взять игрушку, книжку или что-то другое, что отвлечёт ребёнка.
Фазы потенциала действия[ | ]
- Предспайк
— процесс медленной деполяризации мембраны до критического уровня деполяризации (местное возбуждение, локальный ответ). - Пиковый потенциал, или спайк,
состоящий из восходящей части (деполяризация мембраны) и нисходящей части (реполяризация мембраны). - Отрицательный следовой потенциал
— от критического уровня деполяризации до исходного уровня поляризации мембраны (следовая деполяризация). - Положительный следовой потенциал
— увеличение мембранного потенциала и постепенное возвращение его к исходной величине (следовая гиперполяризация).
