Распространение возбуждения в нервных волокнах

[7]

Издавна повелось сравнивать хитроумные творения природы с выдумками человека, в том числе, металлический проводник и нервное волокно [Мф21]. Сходство этих объектов состоит в том, что по проводам и нервам бежит электрический сигнал.

А в чём различие?

Во‑первых, в скорости. По сравнению с металлическим проводником возбуждение даже по самым быстрым волокнам распространяется страшно медленно, со скоростью 120 м·с^-1 (432 км·ч^-1).

А электроны, хотя сами движутся со скоростью порядка 1 мм·с^-1, электромагнитное поле, которое вызывает их движение, распространяется почти со скоростью света. Напомним, скорость света равна 299 792 458 м·с^-1, или же 1 079 252 849 км·ч^-1.

Если в Москве на кабель подать напряжение, во Владивостоке, за 10 тысяч километров от Москвы, электроны придут в движение через 33 мс. Для передачи такого же сигнала миелинизированному нервному волокну понадобились бы почти сутки, а самым медленным — более полугода!

Во‑вторых, сопротивление нервных волокон очень велико. Один метр нервного волокна имеет такое же сопротивление, как 16 миллиардов километров обычного медного провода.

В-третьих, проведение возбуждения в отличие от распространения тока в проводах происходит без снижения амплитуды ПД и без снижения скорости, т.е. бездекрементно.

Вот ради этой бездекрементности природа и жертвует скоростью проведения возбуждения. Скорость электротонического распространения сигнала существенно выше, однако, оно происходит с затуханием и не обеспечивает надежную передачу сигнала. Бездекрементная передача сигнала (ПД) по мембране хоть и более медленная, но обеспечивает надёжную передачу сигнала до адресата.

Поразмыслив, можно сделать вывод, что в проводах, созданных природой, (т.е. нервах) сигналы могут передаваться только в том случае, если по ходу линии передачи имеются усилительные подстанции. Роль подстанций играют элементы активной среды нервного волокна. Как уже отмечалось выше, энергия при этом не передаётся, а освобождается.

Механизм проведения возбуждения по волокну возбудимой клеткивключает [Б22] в себя два компонента (рис. 0110002329). 1. Раздражающее действие катэлектротонического сигнала (КЭТ), порождаемого локальным ПД[Б23], на соседний участок электровозбудимой мембраны, 2. Возникновение потенциала действия (ПД) в этом соседнем раздражаемом участке мембраны.

Рис. 0110002329. Компоненты проведения возбуждения по волокну (схема). Объяснение в тексте.

Ранее распространение возбуждения сравнивалось с пожаром в степи. Позволим ещё одну аналогию в отношении проведения возбуждения в нервных волокнах. Сравним этот процесс с эстафетным бегом, в которой каждый участок вдоль волокна выступает сначала как раздражаемый, а затем как раздражающий последующий участок. Аналогия с легкоатлетической эстафетой достаточно точна. Пробежавший свой отрезок бегун передает следующему бегуну не энергию (не толкает товарища!), а информацию о возможности начать бег на своём участке (эстафетную палочку).

Аналогия хороша ещё по одной причине. Каждый бегун пробегает свою часть дистанции с разной скоростью. Так и амплитуды разных отделов мембраны могут несколько разниться. Но на «финиш» информация будет обязательно доставлена[V.G.24].

Возникновению ПД предшествует электротоническое раздражение мембраны.

Следует заметить, что характеристики КЭТ и ПД могут быть разными и зависеть от состояния структур формирующих их на данном участке волокна. ПД формируется за счёт местных ресурсов мембраны волокна по закону «всё или ничего».

Нельзя бездекрементное распространение ПД рассматривать как сохранение абсолютно постоянной амплитуды ПД на всем протяжении волокна. Амплитуда ПД, прежде всего, зависит от состояния самого участка мембраны. В конце пути амплитуда ПД может быть больше, равна и несколько меньше, чем на любом другом участке пути. Можно говорить о примерном сохранении амплитуды ПД характерной для рассматриваемого типа волокна на всём его протяжении. Нет закономерного снижения амплитуды ПД. А при декрементном распространении электротона амплитуда сигнала закономерно (по экспоненте) снижается.

Острожно ошибка! Никак нельзя согласиться с [Б25] Учебником (с.64), что в безмиелиновых волокнах «распространение возбуждение идёт с постепенным ослаблением — декрементом». Нельзя также утверждать, что «у высших животных благодаря, прежде всего, наличию миелиновой оболочки... в нервном волокне возбуждение проходит, не затухая, бездекрементно» с Учебником (с.64). Во-первых, миелинизация нервных волокон приводит прежде всего к повышению скорости проведения импульсов, но не появлению бездекрементного проведения сигнала. Ещё раз повторим, и безмиелиновые волокна проводят ПД бездекрементно. На то он и ПД! Во-вторых, молекулярные механизмы проведения ПД (естественно, бездекрементного), как сейчас считают, были сформированы на ранних стадиях филогенеза (вероятно, ещё на «донервных»), так как они практически не различаются у животных разного уровня развития[Б26] [A27]. Безмиелиновые волокна имеются и у «высших животных», включая человека.