Потенциал действия и его распространение в нервных клетках
Миелинизированные и немиелинизированные нервные волокна. На рисунке показан поперечный срез типичного небольшого нерва, на котором видно много крупных нервных волокон, составляющих большую часть среза. Однако при более внимательном рассмотрении между крупными волокнами можно обнаружить множество очень мелких волокон. Крупные волокна миелинизированы, мелкие — немиелинизированы. В среднем нервный ствол содержит вдвое больше не-миелинизированных (безмякотных) нервных волокон, чем миелинизированных (мякотных).
Поперечное сечение небольшого нервного ствола, содержащего миелинизированные и немиелинизированные волокна.
Значение шванновских клеток для изоляции нервных волокон.
А. Накручивание мембраны шванновской клетки на крупный аксон формирует миелиновую оболочку миелинизированного нервного волокна.
Б. Частичная закрутка мембраны и цитоплазмы шванновской клетки вокруг множества немиелинизированных нервных волокон (показано в поперечном сечении).
На рисунке показано типичное миелинизированное волокно. Центральной его частью является аксон, по мембране которого проводится потенциал действия. Аксон заполнен аксоплазмой — вязкой внутриклеточной жидкостью. Аксон окружен миелиновой оболочкой, которая часто много толще, чем сам аксон. Примерно через каждые 1-3 мм вдоль миелиновой оболочки имеется перехват Ранвье.
Миелиновая оболочка формируется вокруг аксона шванновскими клетками. Мембрана шванновской клетки сначала охватывает аксон, затем шванновская клетка многократно вращается вокруг аксона, образуя многочисленные мембранные слои, содержащие липидное вещество сфингомиелин. Это вещество является отличным изолятором и снижает ионный ток через мембрану аксона примерно в 5000 раз. Между каждыми двумя последовательно расположенными шванновскими клетками по ходу аксона остается маленькая неизолированная область длиной всего 2-3 мкм, где ионы могут свободно переходить через мембрану аксона из внеклеточной жидкости во внутриклеточную и обратно. Эту область называют перехватом Ранвье.
Сальтаторное проведение в миелиновых волокнах от перехвата к перехвату. Ионы практически не могут проходить через толстую миелиновую оболочку мякотных волокон, однако они легко диффундируют через перехваты Ранвье. Следовательно, потенциалы действия возникают только в перехватах и проводятся от перехвата к перехвату; это называют салътаторным (скачкообразным) проведением. В этом случае электрический ток течет через внеклеточную жидкость снаружи от миелиновой оболочки, а также через аксоплазму внутри аксона от перехвата к перехвату, последовательно возбуждая один перехват за другим. Таким образом, нервный импульс как будто прыгает по волокну, на основании этого и появился термин «салътаторное проведение».
Сальтаторное проведение по миелинизированному аксону. Стрелки указывают направление движения электрического тока от перехвата к перехвату.
Сальтаторное проведение имеет два преимущества. Во-первых, заставляя процесс деполяризации «прыгать» через большие промежутки вдоль аксона, этот механизм повышает скорость проведения в миелинизированных волокнах в 5-50 раз. Во-вторых, сальтаторное проведение сохраняет энергию для аксона, поскольку деполяризуются только перехваты, что позволяет приблизительно в 100 раз снизить потерю ионов по сравнению с возможными потерями в других условиях. В связи с этим снижаются траты энергии, необходимые для восстановления трансмембранной разности концентраций ионов натрия и калия после серии нервных импульсов.
Существует другая особенность сальтаторного проведения в крупных миелинизированных волокнах: отличная изоляция, обеспечиваемая миелиновой оболочкой, и 50-кратное снижение мембранной емкости позволяют осуществлять реполяризацию путем перемещения очень незначительного числа ионов.
Скорость проведения в нервных волокнах. Скорость проведения в нервных волокнах колеблется от 0,25 м/сек в очень тонких немиелинизирован-ных волокнах до 100 м (длина футбольного поля) в 1 сек в очень толстых миелинизированных волокнах.
