СТРУКТУРА ТА ФУНКЦІЇ НЕРВОВОЇ СИСТЕМИ

Нервова система є однією з найскладніших систем організму людини. Багато її функцій ще недостатньо вивчені. Оскільки даний підручник присвячено суто спортивній та м'язовій діяльності людини, ми не будемо вдаватися у непотрібні подробиці. Почнемо з короткого ознайомлення з нервовою системою, потім перейдемо до вивчення питань, безпосередньо пов'язаних зі спортивною та м'язовою діяльністю. Ми почнемо з вивчення основних одиниць нервової системи — нейронів.

НЕЙРОН

Окремі нервові клітини та їх відростки, зображені на рис. 2.1, називаються нейронами. Звичайний нейрон складається з тіла, або соми, дендритів та аксона.

Тіло містить ядро. Від тіла відходять відростки — дендрити та аксон. Збоку у напрямку до аксона клітина звужується, утворюючи аксонний горбок, котрий грає важливу роль у передачі імпульсів.

Нейрони містять численну кількість дендритів. Це — рецептори нейронів. Більшість імпульсів, що надходять у нерв із сусідніх нейронів, звичайно надходять у нейрон через дендрити і потім передаються до тіла нейрона. Поряд із цим нейрони звичайно мають лише один аксон. Це — нейромедіатор нейрона, що передає імпульси із тіла клітини. Аксон розгалужується, утворюючи закінчення, або термінальні фібрили. Закінчення аксона розширюються, утворюючи крихітні опуклості, так звані синаптичні горбочки. У них міститься безліч пухирців (мішечків), наповнених хімічними сполуками — нейромедіаторами, що забезпечують зв'язок нейронів один з одним (про це буде далі).

НЕРВОВИЙ ІМПУЛЬС

Нервовий імпульс — електричний заряд — являє собою сигнал, що переходить від одного нейрона до іншого, поки не досягне кінцевого органа, наприклад, групи м'язових волокон, або не повернеться назад у центральну нервову систему (ЦНС). Проходження нервового імпульсу по нейрону можна порівняти з проходженням струму по проводах. Тепер з'ясуємо, як утворюється цей електричний імпульс і як він проходить по нейрону.

МЕМБРАННИЙ ПОТЕНЦІАЛ СПОКОЮ

Мембранний потенціал спокою нейрона становить приблизно -70 мВ. Це означає, що якби ви вставили у клітину датчик вольтметра, то побачили б, що електричний заряд усередині клітини відрізняється від електричного заряду за її межами на 70 мВ, причому усередині клітини заряд негативний, а за її межами — позитивний. Ця різниця потенціалів називається мембранним потенціалом спокою (МПС). Він обумовлений розділенням зарядів мембраною. При відмінності між зарядами мембрана поляризована.

Усередині нейрона міститься велика кількість іонів калію (К⁺), тоді як ззовні — велика кількість іонів натрію (Nа⁺). Це обумовлено тим, що натрій-калієвий насос викачує з клітини іони натрію, накачуючи у неї іони калію. На основі цього можна було б припустити, що по обидва боки мембрани заряд є однаковим, натрій-калієвий насос, викачуючи з клітини 3Nа⁺, закачує у неї 2К⁺ Окрім того, іони калію легше проникають через мембрану, ніж іони натрію. Щоб досягти рівноваги, К⁺ попадають у ділянку низької концентрації, тому деякі з них опиняються поза клітиною. Тони натрію не можуть рухатися таким чином. Кінець кінцем більше позитивно заряджених іонів опиняється за межами клітини, ніж усередині неї, створюючи різницю потенціалів. Основною функцією натрій-калієвого насосу є підтримання постійного мембранного потенціалу спокою -70 мВ.

ДЕПОЛЯРИЗАЦІЯ ТА ГІПЕРПОЛЯРИЗАЦІЯ

Якщо всередині клітини заряд стає менш негативним відносно заряду ззовні, то різниця потенціалів зменшується і відповідно знижується поляризація мембрани. Коли це стається, то йдеться про деполяризацію мембрани. Таким чином, деполяризація має місце при зниженні мембранного потенціалу спокою менше за -70 мВ, що наближується до нуля. Звичайно це відбувається у разі змінення проникності мембрани для Nа⁺.

Має місце і зворотне. У разі збільшення різниці зарядів по обидва боки мембрани її поляризація збільшується. Цей процес називається гіперполяризацією.

Зміни мембранного потенціалу являють собою сигнали, котрі використовуються для прийому, передачі та інтеграції інформації усередині клітини та між клітинами. Ці сигнали бувають двох видів: місцеві потенціали та потенціали дії. Обидва вони є струмом, що утворюється рухом іонів.

Підпорогові потенціали являють собою локальні змінення мембранного потенціалу. Це або деполяризація, або гіперполяризація. Мембрана має іонні канали, котрі, у свою чергу, мають іонні ворота, своєрідний вхід до іону. Як правило, вони закриті, відвертають проникнення іонів. При подразненні вони відкриваються, дозволяючи іонам переміщуватися іззовні усередину і навпаки. Це призводить до розділення заряду та змінення поляризації мембрани.

Змінення локального довколишнього середовища нейрона призводить до дії місцеві потенціали. Залежно від розташування та типу нейрона іонні канали можуть відкриватися у відповідь на передачу імпульсу від іншого нейрона або у відповідь на сенсорні стимули, такі, як змінення хімічної концентрації, температури або тиску.

Як ми знаємо, більшість рецепторів нейрона розташовано на дендритах (хоча деякі знаходяться на тілі клітини), а імпульс завжди передається з закінчень аксона, що знаходяться на протилежному кінці клітини. Імпульс, що посилається нейроном, проходить майже через увесь нейрон. Хоча місцевий потенціал може призвести до деполяризації мембрани, це, як правило, локальне явище, і деполяризація не охоплює увесь нейрон. Щоб імпульс пройшов усю відстань, має утворитися потенціал дії.

Потенціали дії. Швидка і значна деполяризація мембрани нейрона називається потенціалом дії. Його тривалість, як правило, становить близько 1 мс. Звичайно мембранний потенціал змінюється з -70 мВ на +30 мВ, потім швидко вертається до звичайного рівня спокою. Як відбувається ця очевидна зміна мембранного потенціалу?

Рис. 2.2. Послідовність явищ у виникненні потенціалу дії: а — стан спокою; б — деполяризація; в — поширення потенціалу дії; г — реполяризація; д — дія натрій-калієвого насоса