الطاقة العصبية الحالية. نمذجة النشاط الكهربائي للخلايا العصبية

ميزون يو جي، ميزون بي جي الفضاء والصحة

علينا أن نفكر في كيفية تأثير المجال المغناطيسي على جسم الإنسان، وما هي الطرق (الآليات) المحتملة لهذا التأثير. للقيام بذلك، نحن بحاجة إلى فهم الدور الذي تلعبه الكهرباء والمغناطيسية في حياة الجسم. بعد كل شيء، يمكن للمجال المغناطيسي الخارجي أن يعمل إما على التيارات الكهربائية والشحنات الكهربائية، أو على المغناطيس الموجود في جسم الإنسان.

دعونا نفكر في كيفية عمل جسم الإنسان من وجهة النظر هذه، أي: ما هو الدور الذي تلعبه التيارات والشحنات الكهربائية، وكذلك المجالات المغناطيسية، في حياته.

إن حقيقة وجود تيارات كهربائية في الإنسان، كما هو الحال في أي كائن حي، تسمى التيارات الحيوية (أي التيارات الكهربائية في النظم البيولوجية)، معروفة منذ زمن طويل. هذه التيارات، كأي تيارات كهربائية، تمثل الحركة المنتظمة للشحنات الكهربائية، وبهذا المعنى فهي لا تختلف عن التيار في الشبكة الكهربائية. إن دور التيارات الحيوية في عمل جسم الإنسان عظيم جدًا.

كما أن دور الشحنات الكهربائية (الإلكترونات والأيونات) في عمل الجسم مهم جدًا. وهي منظمات في ممرات أغشية الخلايا المؤدية من الخلية إلى الخارج ومن الخارج إلى الخلية، وبالتالي تحدد جميع العمليات الأساسية لحياة الخلية.

بالإضافة إلى التيارات الكهربائية والشحنات الكهربائية، هناك مغناطيسات صغيرة في الكائن الحي. هذه هي جزيئات من أنسجة الجسم، وخاصة جزيئات الماء. من المعروف أن مغناطيسين يتفاعلان مع بعضهما البعض. ولهذا السبب فإن الإبرة المغناطيسية الموجودة في مجال مغناطيس آخر، وهو الأرض، تدير طرفها الجنوبي في اتجاه شمال مغناطيس الأرض. وكذلك فإن المغناطيسات الصغيرة في الجسم -الجزيئات- قادرة على الدوران تحت تأثير مغناطيس خارجي. سيقوم المجال المغناطيسي الخارجي بتوجيه الجزيئات بطريقة معينة، مما سيؤثر على عمل الجسم. يوجد في الكائن الحي جزيئات ضخمة تتكون من آلاف وملايين الجزيئات العادية. تعتمد خصائص هذه الجزيئات الكبيرة أيضًا على كيفية توجيهها في الفضاء. وهذا يحدد أدائهم لوظائف معينة في الجسم. إذا كانت هذه الجزيئات الكبيرة تمتلك عزمًا مغناطيسيًا (أي مغناطيسات)، مثل جزيئات الحمض النووي، فإنه تحت تأثير التغير في المجال المغناطيسي للأرض أو أي مجال مغناطيسي خارجي آخر، سيتم توجيه الجزيئات بشكل مختلف عما كانت عليه في غياب هذا المجال . وبما أنها تنحرف عن الاتجاه المطلوب، فإنها لم تعد قادرة على أداء وظائفها بشكل طبيعي. جسم الإنسان يعاني من هذا.

الجهاز الدوري هو نظام يوصل التيار الكهربائي، أي أنه موصل. من المعروف من الفيزياء أنه إذا تحرك موصل في مجال مغناطيسي، فإن تياراً كهربائياً ينشأ في هذا الموصل. يحدث تيار أيضًا إذا كان الموصل ثابتًا، ويتغير المجال المغناطيسي الذي يقع فيه بمرور الوقت. وهذا يعني أنه عند التحرك في مجال مغناطيسي، بالإضافة إلى التيارات الحيوية المفيدة في جسم الإنسان (وأي حيوان)، تنشأ تيارات كهربائية إضافية تؤثر على الأداء الطبيعي للجسم نفسه. عندما يطير الطائر ويعبر خطوط المجال المغناطيسي، تنشأ تيارات كهربائية في جهازه الدوري، والتي تعتمد على اتجاه حركته بالنسبة لاتجاه المجال المغناطيسي. وهكذا تتنقل الطيور في الفضاء بفضل المجال المغناطيسي للأرض. عندما تكون هناك عاصفة مغناطيسية، يتغير المجال المغناطيسي مع مرور الوقت، وهذا سوف يسبب تيارات حيوية في الجسم.

وإذا استخدمنا مصطلحات هواة الراديو، فيمكننا القول أن التيارات الكهربائية تتولد في جسم الإنسان. يعرف هواة الراديو والمتخصصون في الراديو أسرار إزالة هذه التداخلات في الدوائر الراديوية، لأنه فقط من خلال إزالة هذه التداخلات يمكن تحقيق التشغيل الطبيعي للأجهزة الراديوية.

إن جسم الإنسان، الذي لا يمكن مقارنته من حيث التعقيد بأي من أكثر دوائر الراديو تعقيدًا، لا يحميه أحد من التداخلات التي تنشأ فيه أثناء العواصف الشمسية والمغناطيسية.

كتب A. L. Chizhevsky في عام 1936: "الآن نواجه سؤالًا آخر: كيف نحمي الإنسان من التأثير المميت للبيئة إذا كان مرتبطًا بالكهرباء الجوية والإشعاع الكهرومغناطيسي؟" كيف تحمي الشخص المريض الذي يمر بعملية المرض؟ بعد كل شيء، من الواضح أنه إذا مرت الأزمة بسلام - وفي بعض الأحيان تستمر الأزمة يومًا أو يومين فقط، فسيعيش الإنسان لعقود أخرى... نعم، تعرف الفيزياء طرقًا لحماية الإنسان من مثل هذه التأثيرات الضارة للشمس أو ما شابه ذلك، بغض النظر عن المكان الذي أتوا منه. المنقذ هنا معدن..."

A. L. Chizhevsky، الذي يقترح وضع المرضى خلال فترات العواصف الشمسية في أجنحة محمية بألواح معدنية، يكتب كذلك: "يجب تغطية هذا الجناح من جميع الجوانب الستة بطبقة من المعدن بسماكة مناسبة وكتيمة مناسبة دون ثقب واحد. ويجب أن يضمن الدخول والخروج منه عدم اختراق الإشعاعات الضارة إلى الداخل، وهو ما يمكن تحقيقه بسهولة عن طريق واجهة مدرعة بشكل جيد مع بابين. كما يجب أن تكون دورة المياه مصفحة من جميع الجهات ومتاخمة للجناح المدرع..."

ولكن في الظروف الحقيقية، يظل المرضى غير محميين خلال فترات العواصف الشمسية والمغناطيسية. فهل من عجب أن يزداد عدد النوبات القلبية خلال هذه الفترات عدة مرات، ويزداد عدد حالات الموت المفاجئ عدة مرات، وتزداد نسبة الإصابة بالجلوكوما، وما إلى ذلك، وما إلى ذلك.

الآن دعونا نلقي نظرة على وجه التحديد على كيفية بناء الأجزاء الرئيسية لجسم الإنسان وكيفية عملها من وجهة نظر كهربائية. لنبدأ بالخلية. تتكون جميع الكائنات الحية من خلايا ولديها الكثير من القواسم المشتركة، حيث أن خلاياها لها نفس التركيب. الخلايا قادرة على التكاثر والتغيير والاستجابة للمحفزات الخارجية.

تم وصف بنية الخلية بشكل واضح للغاية ويمكن الوصول إليها بواسطة E. A. Liberman في كتابه "الخلية الحية" (M.، Nauka، 1982). وسوف نتبع هذه الوصفة. دعونا نتخيل الخلية على شكل دولة مدينة في العصور الوسطى.

الحدود الخارجية لهذه المدينة (الخلية) محاطة بسور حصين، يبقي السكان داخل أسوار المدينة ولا يسمح لهم بالدخول والخروج من المدينة إلا بكلمة مرور معينة. سور المدينة هذا هو غشاء الخلية. إن وظائف أغشية الخلايا خطيرة جداً؛ ويعتمد عليها الكثير في الجسم. حاليًا، تم تشكيل علم كامل يدرس أغشية الخلايا - علم الأغشية. دعونا نفكر بعد ذلك في البنية الداخلية للخلية. يوجد داخل هذه المدينة المحبوسة قصر تأتي منه جميع الأوامر لسكان المدينة. القصر (قلب الخلية) محاط بسور حصن ثانٍ.

إذا نظرت إلى المدينة (القفص) من منظور عين الطير، فيمكنك رؤية مجموعات منفصلة من المباني المحاطة بأسوار القلعة. إنهم يضمون مؤسسات لها وظائفها الخاصة. هذه المجموعات من المباني محاطة أيضًا بأسوار القلعة. لكن هذه الجدران لا تكون بمثابة حماية من عدو خارجي يقع خارج المدينة (الخلية)؛ فهي تحتوي على سكان المؤسسات أنفسهم داخل حدودها. على سبيل المثال، تحتوي الخلية على مستعمرات محاطة بغشاء مزدوج (جدار) يسمى الليزوزومات. إذا خرجت الليزوزومات من حدود مؤسستها، فإنها ستبدأ بجنون في تدمير جميع المواد التي تتكون منها الخلية التي تأتي في طريقها. وبعد فترة قصيرة، يصبحون قادرين على تدمير الخلية بأكملها.

لماذا تحتاج الخلية إلى هذه الليزوزومات الموجودة في عوازل خاصة خلف جدار حصن مزدوج - غشاء مزدوج؟ إنها ضرورية في حالة الحاجة إلى إزالة المواد المتحللة غير الضرورية في الخلية. ثم بأمر من القصر (الأساسي) يفعلون ذلك. غالبًا ما تسمى هذه الفقاعات الموجودة في الخلية "الزبالون". ولكن إذا تم تدمير الغشاء الذي يعيقهم لسبب ما، فيمكن أن يتحول هؤلاء "الزبالون" إلى "حفار قبور" للخلية بأكملها. مثل هذا المدمر للأغشية التي تقيد الليزوزومات يمكن أن يكون مجالًا مغناطيسيًا. بموجب عملها، يتم تدمير الأغشية وتكتسب الليزوزومات حرية العمل. هناك عوامل أخرى يمكن أن تدمر هذه الأغشية. لكننا لن نعتبرهم هنا. دعونا نشير فقط إلى أنه إذا دمرت الليزوزومات خلايا الأورام الخبيثة، ففي هذه الحالة يمكن أن يطلق عليها اسم النظاميات.

يقع الجهاز الإداري بأكمله في القصر (قلب الخلية) الذي يشغل ثلث المدينة (الخلية) بأكملها. هذا هو في الأساس الحمض النووي الشهير (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين). وهي مصممة لتخزين ونقل المعلومات أثناء انقسام الخلايا. تحتوي النواة أيضًا على كمية كبيرة من البروتينات الأساسية - الهستونات وبعض الحمض النووي الريبي (RNA).

تعمل الخلايا وتبني وتتكاثر. يستغرق الطاقة. تنتج الخلية نفسها الطاقة التي تحتاجها. توجد محطات طاقة في الخلية. وتشغل هذه المحطات مساحة أصغر بـ 50 – 100 مرة من مساحة مباني القصر، أي قلب الخلية. محطات الطاقة أيضًا محاطة بسور حصن مزدوج. ولكن ليس المقصود منه أن يقتصر على المحطة فحسب، بل هو أيضًا جزء لا يتجزأ منها. ولذلك فإن تصميم الجدران يتوافق مع العملية التكنولوجية لإنتاج الطاقة.

تتلقى الخلايا الطاقة من نظام التنفس الخلوي. يتم إطلاقه نتيجة لتحلل الجلوكوز والأحماض الدهنية والأحماض الأمينية التي يتم الحصول عليها في الجهاز الهضمي وفي الكبد من الكربوهيدرات والدهون والبروتينات. لكن المورد الأكثر أهمية للطاقة في الخلية هو الجلوكوز.

من الواضح مدى أهمية إنتاج الطاقة في الخلية. ولنفترض مسبقًا أن هذه العملية تتأثر أيضًا بمجال مغناطيسي خارجي. يحدث هذا في المقام الأول لأن عملية تحويل الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون (الأكسدة البيولوجية) تتم بمشاركة الأيونات المشحونة كهربائيًا. العملية التي تحدث بمشاركة الإلكترونات والأيونات تشكل في مرحلتها النهائية جزيئات الماء. إذا لم تكن هناك ذرات أكسجين لسبب ما في هذه المرحلة النهائية، فلن يتمكن الماء من التشكل. سيبقى الهيدروجين حرا ويتراكم على شكل أيونات. ثم ستتوقف عملية الأكسدة البيولوجية بأكملها. وهذا يعني أن تشغيل محطة توليد الكهرباء سيتوقف أيضاً، وستحدث أزمة طاقة.

ومن المثير للاهتمام أن الطاقة في الخلية يتم إنتاجها في أجزاء صغيرة - تتضمن عملية أكسدة الجلوكوز ما يصل إلى 30 تفاعلًا. كل من هذه التفاعلات تطلق كمية صغيرة من الطاقة. تعتبر هذه "العبوة" الصغيرة ملائمة جدًا لاستخدام الطاقة. في هذه الحالة، تتمتع الخلية بفرصة استخدام الطاقة المنبعثة في أجزاء صغيرة بشكل عقلاني لتلبية الاحتياجات الحالية، ويتم ترسيب الطاقة المخزنة الزائدة بواسطة الخلية في شكل ATP (حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك). الطاقة التي تخزنها الخلية على شكل ATP هي نوع من احتياطي الطوارئ، NS.

ATP هو مركب معقد يحتوي جزيئه على ثلاث بقايا حمض الفوسفوريك. تتطلب إضافة كل بقايا طاقة تبلغ حوالي 800 سعرة حرارية. وتسمى هذه العملية الفسفرة. يمكن استعادة الطاقة من ATP عن طريق تحطيم ATP إلى مادتين أخريين: ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) والفوسفات غير العضوي.

وبالمثل، عندما تنقسم النوى الذرية المعقدة، يتم إطلاق الطاقة الذرية. وبطبيعة الحال، هذا التشبيه ليس كاملا، لأن التحلل المائي (الانقسام) لجزيئات ATP يترك النوى الذرية دون تغيير. ويحدث تحلل الـ ATP في وجود مادة خاصة لا تدخل في التفاعل نفسه، بل تسرع تقدمه ويطلق عليها الكيميائيون اسم الإنزيم. في هذه الحالة، الإنزيم هو أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATPase). تأتي هذه المادة بأشكال مختلفة وتوجد في كل مكان تحدث فيه تفاعلات تتضمن استهلاك الطاقة.

ATP هو شكل عالمي لتخزين الطاقة. يتم استخدامه ليس فقط من قبل جميع الخلايا الحيوانية، ولكن أيضا من قبل الخلايا النباتية.

يتم تشكيل ATP في عملية الأكسدة البيولوجية من نفس المواد التي يتم تقسيمها إليها أثناء الفسفرة، وهي: الفوسفات غير العضوي و ADP. لذلك، لكي تحدث الأكسدة البيولوجية، من الضروري وجود ADP والفوسفات غير العضوي في جميع مراحل هذه العملية، والتي يتم استهلاكها بشكل مستمر مع استمرار عملية الأكسدة، لأنها تشكل مصدرًا للطاقة على شكل ATP.

تحدث عملية الفسفرة التأكسدية في وقت واحد مع الأكسدة البيولوجية. ترتبط كلتا هاتين العمليتين ارتباطًا وثيقًا ببعضهما البعض، وترتبط بهما تقنية الحصول على الطاقة في الخلايا بأكملها. إن اقتران هذه العمليات هو مفتاح وجود الخلية وعملها. في الخلية، تحت تأثير أي أسباب داخلية أو خارجية، يمكن أن تستمر الأكسدة بغض النظر عن الفسفرة. تبين أن عملية إنتاج الطاقة مستقلة، ولا علاقة لها بعملية إطلاقها. الأداء الطبيعي وحتى وجود الخلية أمر مستحيل.

إن العملية الموصوفة لإنتاج واستهلاك الطاقة بواسطة الخلية هي عملية كهربائية في جميع مراحلها. يعتمد على تفاعلات تتضمن جسيمات مشحونة كهربائيًا - الإلكترونات والأيونات. يعمل المجال المغناطيسي من أي أصل على الشحنات الكهربائية، وبهذه الطريقة يمكن أن يؤثر على عملية إنتاج وإنفاق الطاقة بواسطة الخلايا. وهذا يعني أن محطات الطاقة في الخلية محمية بشكل سيء من عمل المجال المغناطيسي الخارجي، على الرغم من جدار الحصن المزدوج المحيط بها.

حالياً يتم إجراء أبحاث مكثفة في العديد من المراكز العلمية والطبية حول تأثير المجال المغناطيسي على عملية الأكسدة والفسفرة البيولوجية (أي إنتاج الخلية للطاقة واستهلاكها) وقد تبين أن هناك يمكن للمجال المغناطيسي أن يفصل هذه العملية ويؤدي بالتالي إلى موت الخلية.

بعض الأدوية، والمضادات الحيوية، والسموم، وكذلك هرمون الغدة الدرقية هرمون الغدة الدرقية لها نفس تأثير فك الارتباط.

قلنا أعلاه أن الدخول والخروج من الخلية يتم تنظيمه بالكهرباء. دعونا نفكر في هذا بمزيد من التفصيل، لأن هذه العملية تتأثر أيضًا بالمجال المغناطيسي. جدار الخلية المحصن - الغشاء - مبني بطوبتين. الطوب عبارة عن جزيئات فوسفورية تشكل طبقة رقيقة في حركة مستمرة. تتجاور جزيئات البروتين مع هذا الجدار من الجانبين (في الداخل والخارج). يمكننا القول أنها مبطنة بجزيئات البروتين. جزيئات البروتين ليست معبأة بإحكام، ولكنها تشكل نمطًا متناثرًا نسبيًا. هذا النمط هو نفسه في جميع خلايا الأنسجة المتجانسة، مثل أنسجة الكبد. خلايا الكلى لها نمط مختلف، وما إلى ذلك. ولهذا السبب، لا تلتصق الخلايا المتباينة ببعضها البعض. من خلال المسام الموجودة في نمط جزيئات البروتين، يمكن للجزيئات الكبيرة أن تخترق الخلية ويمكن أن تذوب في الدهون التي تشكل الجدار.

يتم إنتاج البروتينات داخل الخلية. ولذلك، فهي موجودة خارج الخلية إذا كانت هناك ممرات في الجدار نفسه (وليس في نمط البروتين). تشق جزيئات البروتين طريقها للخروج من خلالها. هذه المقاطع صغيرة جدًا. حجمها هو نفس حجم الذرات والجزيئات. تعمل هذه الممرات، أو المسام كما يطلق عليها، على إزالة الجزيئات والأيونات غير الضرورية من الخلية. إنها تشبه الأنفاق. طولها 10 أضعاف عرضها. يوجد عدد قليل من هذه الممرات في غشاء الخلية؛ وفي بعض الخلايا تشغل جزءًا من المليون فقط من سطح الغشاء بأكمله. تم تصميم هذه الممرات بحيث تكون قادرة على تمرير بعض الجزيئات والأيونات والاحتفاظ بأخرى. كلمة المرور هي حجم الجزيئات والأيونات، وبالنسبة للأيونات أيضًا شحنتها الكهربائية. والحقيقة هي أن الغشاء نفسه تحت الجهد، كما لو أن بطارية كهربائية متصلة به مع ناقص في داخل الغشاء، وعلامة زائد على الجانب الخارجي الخارجي. ما هذه البطارية؟ يتم إنشاؤه بواسطة شحنات كهربائية تحملها أيونات البوتاسيوم وأيونات الصوديوم الذائبة في الماء والموجودة على جانبي الغشاء. إذا كان هناك في أي مكان من المحلول عدد متساوٍ من الشحنات الكهربائية الموجبة والسالبة، فإن الشحنة الكهربائية الإجمالية تكون صفرًا والجهد الكهربائي أيضًا صفر. هذا يعني أن البطارية غير مشحونة. لكي يتم شحنه، من الضروري جمع المزيد من الأيونات ذات الشحنة الموجبة في مكان واحد، والمزيد من الأيونات ذات الشحنة السالبة في مكان آخر. هذه الأماكن ليست أكثر من أقطاب البطارية - زائد وناقص. كيف يتم إنشاء هذه البطارية وعملها في الخلية؟

يحتوي المحلول المائي على أيونات البوتاسيوم وأيونات الصوديوم على جانبي الغشاء، حيث يحتوي الجزء الداخلي من الخلايا بشكل أساسي على البوتاسيوم والسائل خارج الخلية الذي يحتوي على الصوديوم. أيونات البوتاسيوم أصغر بكثير من أيونات الصوديوم، لذلك تمر عبر ممرات الغشاء إلى الخارج بسهولة أكبر من أيونات الصوديوم إلى داخل الخلية. وبما أن نفس عدد الشحنات السالبة يبقى داخل الخلية كما تراكمت أيونات البوتاسيوم على السطح الخارجي للغشاء، يتم إنشاء مجال كهربائي في الغشاء. إن المجال الكهربائي الذي ينشأ نتيجة اختلاف تركيز البوتاسيوم داخل الخلية وخارجها يحافظ على فرق جهد لا يتغير مع حركة أيونات الصوديوم، حيث أن نفاذية الغشاء لها لا تذكر. يزيد المجال الكهربائي من تدفق البوتاسيوم إلى داخل الخلية ويقلل من تدفقه إلى الخارج. عندما تمر نفس الكمية من أيونات البوتاسيوم إلى الخلية كما تخرج، سيحدث توازن ديناميكي، ونتيجة لذلك يكون هناك زائد على السطح الخارجي للخلية وناقص على الجدار الداخلي للغشاء. إذا تلقت الخلية نبضًا من التيار الكهربائي (أي التيار الحيوي) نتيجة لتهيج خارجي، فإن الغشاء لفترة قصيرة يصبح أكثر نفاذية لأيونات الصوديوم، وبالتالي أيونات الصوديوم، التي يكون محتواها في الفضاء خارج الخلية 100 مرة تندفع أيونات أكبر من البوتاسيوم عبر الممرات الموجودة في الغشاء إلى داخل الخلية أو، على سبيل المثال، إلى الألياف العصبية، ونتيجة لذلك تتغير شحنة الغشاء، أي أثناء الإثارة، تتغير أقطاب البطاريات؛ حيث كان ناقصا أصبح زائدا، والعكس صحيح. بعد مرور بعض الوقت على توقف التحفيز، تزداد نفاذية الغشاء لأيونات البوتاسيوم مرة أخرى (كما كان الحال قبل التحفيز)، وتنخفض بالنسبة لأيونات الصوديوم. وهذا يؤدي إلى استعادة سريعة للإمكانات الكهربائية التي كانت موجودة على الغشاء قبل عمل التحفيز.

الاستنتاج الرئيسي بالنسبة لنا من كل ما قيل هو أن الممرات (المسام) الموجودة في الأغشية التي من خلالها تتبادل الخلية مع "العالم" الخارجي تتغير تحت تأثير التيارات الكهربائية (البيولوجية)، وتسمح بمرور الأيونات من خلالها. بشكل مختلف اعتمادا على حجم هذه التيارات. لقد قلنا بالفعل أكثر من مرة أن المجال المغناطيسي يمكن أن يؤثر على التيارات الكهربائية وعلى حركة الشحنات الكهربائية (الأيونات). وهذا يعني أنه من السهل أن نفهم أن عملية الاتصال هذه بين الخلية والعالم الخارجي تتأثر بشكل كبير بالمجال المغناطيسي. يمكن أن يعطل تدفق هذا الاتصال ويعطل ظروف وجود الخلية وعملها.

العملية الموضحة أعلاه هي جزء من عمل الجهاز العصبي وتشكل أساس الإثارة العصبية، والتي هي في جوهرها المادي عملية كهربائية.

دعونا نلقي نظرة سريعة على كيفية عمل الجهاز العصبي. الوحدة الرئيسية للجهاز العصبي هي الخلية العصبية - العصبون. وهو يتألف من الجسم والعمليات. إن العمليات العصبية العديدة الصادرة من الخلية تكون قصيرة وتسمى التشعبات، وعادة ما تكون إحدى العمليات طويلة وتسمى المحور العصبي. يمتلئ المحور العصبي بسائل هلامي يتشكل باستمرار في الخلية ويتحرك ببطء على طول الألياف. تمتد العديد من الخيوط الجانبية من الجذع الرئيسي للمحور العصبي، والتي تشكل مع خيوط الخلايا العصبية المجاورة شبكات معقدة. تؤدي هذه الخيوط وظائف الاتصال، تمامًا مثل التشعبات. يتم تجميع محاور الخلايا العصبية في ألياف عصبية تتدفق من خلالها التيارات الكهربائية (البيولوجية). وتنتقل هذه النبضات الكهربائية لمسافات طويلة. على سبيل المثال، يبلغ طول محاور الخلايا الحركية في القشرة الدماغية حوالي 1 متر. وتعتمد سرعة انتشار التيار الكهربائي على طول الألياف العصبية على المقطع العرضي للموصل (أي الألياف العصبية) وعلى المقطع العرضي للموصل. غمد. كلما كانت الألياف العصبية أرق، كانت السرعة التي تنتقل بها النبضات الكهربائية عبرها أبطأ. يستخدم الكهربائيون كابلات ذات أقسام مختلفة، مع عزل مختلف ومعلمات أخرى لأغراض مختلفة. يحتوي الجسم أيضًا على ألياف عصبية مختلفة، لأنه من أجل الأداء الطبيعي للجسم، من الضروري نقل النبضات الكهربائية بسرعات مختلفة إلى أجزاء مختلفة من الجهاز العصبي. هناك موصلات عصبية سميكة (النوع أ) يبلغ قطرها 16 - 20 ميكرون، تنتقل عبرها النبضات الحسية والحركية بسرعة 50 - 140 م / ث. وهي محاطة بغلاف يسمى المايلين. هذه هي ألياف الأعصاب الجسدية التي توفر للجسم التكيف الفوري مع الظروف الخارجية، وخاصة ردود الفعل الحركية السريعة.

بالإضافة إلى هذا النوع، يحتوي الجسم على ألياف أرق يبلغ قطرها 5 - 12 ميكرون، وهي أيضًا مغطاة بمادة المايلين (النوع ب)، ولكن بطبقة أرق. يمر التيار الكهربائي عبر هذه الألياف بسرعة أقل - 10 - 35 م / ث. توفر هذه الألياف تعصيبًا حساسًا للأعضاء الداخلية وتسمى الحشوية.

هناك أيضًا ألياف عصبية أرق (حوالي 2 ميكرون، النوع C) لا تحتوي على غلاف، أي أنها ليست كابلات، ولكنها أسلاك عارية. تقوم بتوصيل نبضات كهربائية بسرعة 0.6 - 2 م / ث فقط وتربط الخلايا العصبية للعقد الودية بالأعضاء الداخلية والأوعية الدموية والقلب.

ما هو الغمد المايليني للألياف العصبية؟ يتم تشكيلها بواسطة خلايا خاصة بحيث تلتف هذه الخلايا بشكل متكرر حول الألياف العصبية وتشكل نوعًا من الاقتران. في هذه الأماكن، يتم ضغط محتويات الخلية. يتم عزل الجزء المجاور من الألياف العصبية (المحور العصبي) بنفس الطريقة، ولكن بواسطة خلية مختلفة، وبالتالي يتم قطع غمد المايلين بشكل منهجي؛ بين الوصلات المتجاورة، لا يحتوي المحور العصبي نفسه على عزل ويكون غشاؤه على اتصال مع البيئة الخارجية . تسمى هذه المناطق بين أدوات التوصيل عقد رانفييه (سميت على اسم العالم الذي وصفها). إنهم يلعبون دورًا مهمًا للغاية في عملية تمرير نبضات كهربائية على طول الألياف العصبية.

تشكل الألياف العصبية اتصالات متكررة مع بعضها البعض، ونتيجة لذلك يكون لأي ألياف عصبية اتصالات مع العديد من الألياف الأخرى. تم تصميم هذا النظام المعقد بأكمله من الألياف العصبية المترابطة لإدراك المعلومات ومعالجتها ونقلها بواسطة الخلايا العصبية. المجال المغناطيسي يعمل على التيارات الكهربائية. بتعبير أدق، يتفاعل المجال المغناطيسي الخارجي مع المجال المغناطيسي للتيار الكهربائي (البيولوجي). وبهذه الطريقة، يتداخل المجال المغناطيسي مع عمل الخلية العصبية.

دعونا نتذكر كيف تم اكتشاف تأثير العواصف المغناطيسية على المرضى الذين يعانون من أمراض القلب والأوعية الدموية وغيرها من الأمراض لأول مرة. في 1915 - 1919 وقد لاحظ الأطباء الفرنسيون مرارا وتكرارا أن المرضى الذين يعانون من آلام متقطعة (الروماتيزم، أمراض الجهاز العصبي، أمراض القلب والمعدة والأمعاء) تعرضوا لنوبات من الألم في نفس الوقت، بغض النظر عن الظروف التي عاشوا فيها. وقد وجد أن نوبات الألم العصبي والذبحة الصدرية لدى مجموعة واسعة من المرضى تزامنت في الوقت المناسب بدقة تتراوح بين يومين إلى ثلاثة أيام. وقد لوحظت سلسلة مماثلة في عدد من الحوادث.

ولاحظ الأطباء المعالجون، الذين اكتشفوا هذه الحقائق تماما عن طريق الصدفة، أن الاتصالات الهاتفية خلال هذه الفترات بدأت أيضا تعمل بشكل متقطع أو حتى توقفت عن العمل تماما لعدة ساعات. وفي الوقت نفسه، لم يلاحظ أي ضرر في أجهزة الهاتف وتم استعادة عملها الصحيح من تلقاء نفسها بعد هذه الفترات دون تدخل يد بشرية. ومن المدهش أن أيام الاضطرابات في تشغيل الهواتف تزامنت مع التدهور المذكور أعلاه في سياق الأمراض المختلفة. كان التعطيل المتزامن للمعدات الكهربائية والآليات الفسيولوجية في جسم الإنسان ناتجًا عن زيادة النشاط الشمسي والعواصف الشمسية المرتبطة به. في 84% من جميع الحالات، تزامن تفاقم الأعراض المختلفة للأمراض المزمنة وحدوث مضاعفات حادة أو استثنائية أثناء سيرها مع مرور البقع الشمسية عبر خط الطول المركزي للشمس، أي في الوقت الذي يكون فيه احتمال حدوث العواصف المغناطيسية هو الحد الأقصى.

إذا تعطلت الاتصالات الهاتفية أثناء العواصف المغناطيسية، فهل من المستغرب أن يرفض جسم الإنسان، وهو نظام من التيارات الكهربائية والإمكانات الكهربائية، العمل بشكل طبيعي في ظروف العاصفة المغناطيسية. حاليًا، في خطوط العرض الوسطى (حيث يكون تأثير العواصف المغناطيسية أقل منه في خطوط العرض العليا)، لا تنقطع الاتصالات الهاتفية أثناء العواصف المغناطيسية. لقد تعلموا كيفية إنشاء شبكة هاتف بهامش أمان كافٍ. على مدى العقود الماضية، لم يتم تقديم أي شيء للإنسان لحماية جسده من العواصف الشمسية والمغناطيسية.

الآن دعونا نعود إلى النظر في الجهاز العصبي.

ما هو الدافع العصبي؟ الدافع العصبي هو تيار كهربائي ينشأ عن فرق الجهد بين الجزء الداخلي للألياف العصبية وجزءها الخارجي، أي البيئة. لقد ناقشنا أعلاه من أين يأتي الفرق المحتمل بين الجدران الداخلية والخارجية لغشاء الخلية. توجد أيونات الصوديوم وأيونات البوتاسيوم في محلول مائي، وتحمل جزيئات الماء شحنة كهربائية موجبة وسالبة. تتفاعل الشحنات الكهربائية مع بعضها البعض: مثل الشحنات الكهربائية تتنافر، والمختلفة منها تتجاذب. لذلك، تنجذب الأطراف السالبة الشحنة لجزيئات الماء إلى الأيونات الموجبة من البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم وما إلى ذلك، وتشكل قشرة عليها مثل معطف الفرو. تتحرك هذه الأيونات معًا مع غلاف من جزيئات الماء الموجهة بطريقة معينة. كلما زادت الشحنة الكهربائية للأيون، زادت قدرة جزيئات الماء على الارتباط. وهذا يعني أن مثل هذا الأيون يشكل أكبر طبقة مائية (قشرة). أصغر طبقة مائية مخصصة لأيونات البوتاسيوم وأكبر بكثير لأيونات الصوديوم.

إذا تعرضت البطارية لدائرة قصيرة بسلك، فسوف تنفد بسرعة كبيرة، وستختفي إمكاناتها ولن تكون قادرة على إنتاج تيار كهربائي. كما أن بطارية أيونات البوتاسيوم والصوديوم قصيرة أيضًا. لماذا لا تجلس؟ للوهلة الأولى، يجب أن "تجلس"، لأنه مع زيادة عدد الشحنات الكهربائية الموجبة في مكان ما، والسالبة في مكان آخر، تنشأ قوى تميل إلى إعادة كل شيء إلى التوزيع الموحد الأصلي للأيونات في الماء. ولمنع حدوث ذلك، أي لمنع نفاد البطارية، من الضروري الحفاظ بالقوة على اختلاف في تركيزات الأيونات على جوانب مختلفة من غشاء الخلية، وبالتالي اختلاف في الإمكانات الكهربائية، أي القدرة لتكوين تيار كهربائي . هذا يعني أنه يجب ضخ الأيونات بالقوة. يتم تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة آليات خلوية خاصة موجودة في الغشاء - "المضخات الأيونية". إنهم يجبرون الأيونات على التحرك في الاتجاه المعاكس للاتجاه الذي تدفعهم فيه القوة، محاولين محاذاة كل شيء. كيف يتم بناء هذه المضخات؟ لقد ثبت أن تدفقات أيونات البوتاسيوم في كلا الاتجاهين (خارج الخلية وداخلها) متساوية تقريبًا. ويفسر ذلك حقيقة أن الفرق في الإمكانات الكهروكيميائية بين الخلية والبيئة صغير جدًا بالنسبة لأيونات البوتاسيوم. الوضع مختلف مع أيونات الصوديوم. هنا يتم توجيه القوى الكهربائية وقوى الانتشار في اتجاه واحد، وتتراكم أفعالها. ولذلك فإن فرق الجهد الكهروكيميائي للصوديوم أكبر منه للبوتاسيوم.

يجب أن تقوم المضخة الأيونية التي تضخ الأيونات بقدر معين من العمل. والعمل يتطلب طاقة. من أين تأتي؟

مصدر هذه الطاقة هو ATP المألوف بالفعل. يتم إطلاق الطاقة منه بمشاركة إنزيم نقل ATPase (أدينوسين ترينوفوسفاتيز) ؛ ومن المثير للاهتمام أن نشاط الإنزيم يزداد في وجود أيونات الصوديوم والبوتاسيوم، ولهذا السبب يطلق عليه اسم "ATPase المعتمد على الصوديوم والبوتاسيوم". يقوم هذا الـ ATPase بتكسير الـ ATP عن طريق الفسفرة الأولية، والتي يتم تحفيزها بواسطة أيونات الصوديوم داخل الخلايا، ثم إزالة الفسفرة اللاحقة في وجود أيونات البوتاسيوم خارج الخلية. هذه هي بالضبط الطريقة التي تتحرك بها أيونات الصوديوم في الاتجاه الذي يوجد به عدد أكبر منها، أي ضد القوة التي تميل إلى معادلة تركيزها. تم تصميم المضخة التي تضخ أيونات الصوديوم بكل بساطة وحكمة.

كيف تعمل النبضات العصبية؟ يدخل السيال العصبي إلى الألياف العصبية عند عقدة رانفييه المثارة ويخرج من خلال العقدة غير المثارة. إذا تجاوز تيار الخرج حدًا أدنى معينًا (العتبة)، فسيتم إثارة الاعتراض وإرسال نبضة كهربائية جديدة على طول الألياف. وبالتالي فإن عقد رانفييه هي مولدات لنبضات التيار الكهربائي. إنهم يلعبون دور محطات التضخيم المتوسطة. يتم إثارة كل مولد لاحق بواسطة نبضة حالية تنتشر من الاعتراض السابق وترسل نبضة جديدة أبعد.

تعمل عقد رانفييه على تسريع انتشار النبضات العصبية بشكل كبير. في نفس الألياف العصبية التي لا تحتوي على غمد المايلين، يحدث انتشار النبض العصبي بشكل أبطأ بسبب المقاومة العالية للتيار الكهربائي.

من كل ما سبق، يتضح أن القوى الدافعة للنبض الكهربائي العصبي يتم توفيرها من خلال الاختلاف في تركيزات الأيونات. يتولد التيار الكهربائي بسبب التغيرات الانتقائية والمتسلسلة في نفاذية الغشاء لأيونات الصوديوم والبوتاسيوم، وكذلك بسبب عمليات الطاقة.

دعونا نلاحظ ظرفًا آخر. يتم تحفيز الخلايا فقط في البيئة التي توجد فيها أيونات الكالسيوم. يعتمد حجم الدفعة الكهربائية العصبية وخاصة حجم مرور المسام في الغشاء على تركيز أيونات الكالسيوم. كلما قل عدد أيونات الكالسيوم، قلت عتبة الإثارة. وعندما يكون هناك القليل جدًا من الكالسيوم في البيئة المحيطة بالخلية، يبدأ توليد نبضات كهربائية في إحداث تغيرات طفيفة في جهد الغشاء، والتي يمكن أن تنشأ نتيجة للضوضاء الحرارية. وهذا، بالطبع، لا يمكن اعتباره طبيعيا.

إذا تمت إزالة أيونات الكالسيوم بالكامل من المحلول، تفقد قدرة الألياف العصبية على الإثارة. ومع ذلك، فإن تركيز البوتاسيوم لا يتغير. وبالتالي، توفر أيونات الكالسيوم للغشاء نفاذية انتقائية لأيونات الصوديوم وأيونات البوتاسيوم. ربما يحدث هذا بطريقة تجعل أيونات الكالسيوم تغلق المسام أمام أيونات الصوديوم. في هذه الحالة، تمر أيونات البوتاسيوم الصغيرة عبر المسام الأخرى أو تخترق بالقرب من أيونات الكالسيوم (بين "أوراق البوابة"). كلما زاد تركيز الكالسيوم، زاد عدد المسام المغلقة للصوديوم وارتفعت عتبة الإثارة.

دعونا نواصل نظرنا في الجهاز العصبي. وهو يتألف من قسم اللاإرادي، الذي ينقسم إلى متعاطف وغير متجانس، وجسدي. وينقسم الأخير إلى محيطي (المستقبلات العصبية والأعصاب) ومركزي (الدماغ والحبل الشوكي).

ينقسم الدماغ تشريحيًا إلى خمسة أقسام: الدماغ الأمامي مع نصفي الكرة المخية، والدماغ البيني، والدماغ المتوسط، والمخيخ، والنخاع المستطيل مع الجسر.

الجزء الأكثر أهمية في الجهاز العصبي المركزي هو الدماغ الأمامي مع نصفي الكرة المخية. تتكون طبقة المادة الرمادية التي تغطي نصفي الكرة المخية من خلايا وتشكل القشرة، وهي الجزء الأكثر تعقيدًا وتطورًا في الدماغ.

يوجد في سمك الدماغ أيضًا مجموعات من الخلايا العصبية تسمى المراكز تحت القشرية. ترتبط أنشطتهم بالوظائف الفردية لجسمنا. تتكون المادة البيضاء في أنسجة المخ من شبكة كثيفة من الألياف العصبية التي توحد وتربط بين المراكز المختلفة، بالإضافة إلى المسارات العصبية التي تخرج وتدخل إلى خلايا القشرة. تشكل القشرة الدماغية أخاديد عميقة وتلافيفات معقدة. وينقسم كل نصف الكرة الأرضية إلى أقسام تسمى الفصوص - الجبهي، الجداري، القذالي والزماني.

وتتصل القشرة الدماغية عبر مسارات عصبية بجميع الأجزاء الأساسية في الجهاز العصبي المركزي، ومن خلالها إلى جميع أعضاء الجسم. تصل النبضات القادمة من المحيط إلى نقطة أو أخرى في القشرة الدماغية. في القشرة، يتم تقييم المعلومات الواردة من المحيط عبر مسارات مختلفة، ومقارنتها بالخبرة السابقة، ويتم اتخاذ القرار، وإملاء الإجراءات.

تلعب القشرة الدماغية دورًا رئيسيًا في إدراك الألم والوعي به. في القشرة يتشكل الإحساس بالألم.

تم تجهيز جميع الأعضاء والأنسجة، حتى الخلايا الفردية للكائن الحي، بأجهزة خاصة تتصور التهيج الناشئ عن البيئة الخارجية والداخلية. يطلق عليها اسم المستقبلات وتتميز بمجموعة واسعة من الهياكل التي تعكس تنوع وظائفها. تنتقل التهيجات التي يشعرون بها عبر الموصلات الحساسة (الواردة) في الأعصاب الجسدية والجذور الظهرية إلى الحبل الشوكي، وهو الكابل الرئيسي للجسم. على طول المسالك الصاعدة من النخاع الشوكي، تدخل الإثارة العصبية إلى الدماغ، ومن خلال المسالك الهابطة يتم إرسال الأوامر إلى الأطراف. تصل الموصلات العصبية الحركية (الصادرة)، كقاعدة عامة، إلى الأعضاء كجزء من نفس الأعصاب الجسدية التي تنتقل عبرها الموصلات الحسية. يحتوي الجزء الداخلي من الحبل الشوكي على العديد من أجسام الخلايا العصبية التي تشكل مادة رمادية على شكل فراشة (في المقطع العرضي). توجد حولها الأشعة والأسلاك التي تشكل نظامًا قويًا للمسارات الصاعدة والهابطة.

بالإضافة إلى الأعصاب الجسدية، تعمل مسارات المستجيب (أي نقل التعليمات من المركز إلى المحيط) على طول الأعصاب الودية والنظيرة الودية. في هذه الحالة، يتم تجميع الخلايا العصبية الودية، التي تشكل محاورها هذه الأعصاب، في العقد الودية، أو العقد، الموجودة على طول العمود الفقري على كلا الجانبين في شكل سلاسل. تشكل الخلايا العصبية نظيرة الودية عقدًا في الأعضاء التي تعصبها أو القريبة منها (الأمعاء والقلب وما إلى ذلك) وتسمى بالخلايا العصبية. إن اعتماد نشاط عضو داخلي أو آخر على حالة الدماغ معروف جيدًا. أثناء الإثارة ومع مجرد ذكرى شيء لطيف أو غير سارة، ينبض القلب بشكل مختلف، ويتغير التنفس. القلق الشديد أو المتكرر يمكن أن يسبب عسر الهضم والألم وما إلى ذلك.

كانت إحدى المراحل المهمة في تطور فكرة دور الهياكل تحت القشرية في تنظيم السلوك والوظائف الأخرى هي اكتشاف الخصائص الفسيولوجية للتكوين الشبكي للدماغ. بفضل هذا النظام، يرتبط مركز المعلومات الرئيسي للدماغ - المهاد البصري، أو المهاد - بجميع الأجزاء الأخرى ومع القشرة الدماغية. المهاد هو التكوين تحت القشري الأكثر ضخامة وتعقيدًا في نصفي الكرة المخية، والذي يتلقى العديد من النبضات. هنا يتم تصفيتهم، ولا يدخل سوى جزء صغير منهم إلى القشرة. يتم الاستجابة لمعظم النبضات بواسطة المهاد نفسه، غالبًا من خلال مراكز تقع تحته، تسمى منطقة ما تحت المهاد، أو ما تحت المهاد.

في منطقة ما تحت المهاد، هذه المنطقة الصغيرة من الدماغ، تتركز أكثر من 150 نواة عصبية، لها اتصالات عديدة مع كل من القشرة الدماغية وأجزاء أخرى من الدماغ. وهذا يسمح لمنطقة ما تحت المهاد بلعب دور رئيسي في تنظيم عمليات الحياة الأساسية والحفاظ على التوازن.

في منطقة ما تحت المهاد، يتم تحويل النبضات العصبية إلى الآليات التنظيمية للغدد الصماء الخلطية. هذه هي الطريقة التي يتجلى بها الارتباط الوثيق بين التنظيم العصبي والغدد الصماء الخلطية. هناك خلايا عصبية معدلة تنتج الإفراز العصبي. وتتميز بشكل خاص بحجمها الكبير مقارنة بالخلايا العصبية العادية. يدخل الإفراز العصبي الشعيرات الدموية الصغيرة ومن ثم عبر نظام الوريد البابي إلى الفص الخلفي للغدة النخامية.

التغيرات في العمليات الفيزيائية والكيميائية في الخلايا يمكن أن تؤثر على أشكال مختلفة من نشاط الكائن الحي بأكمله، خاصة إذا كانت هذه التغييرات تؤثر على الهياكل المتعلقة بتنظيم وظيفة الكائن الحي بأكمله.

من النظرة الموجزة أعلاه لبنية وعمل الجسم البشري من وجهة نظر كهربائية، من الواضح أن العمليات الرئيسية في جسم الإنسان ترتبط بالتيارات الكهربائية (البيولوجية)، والأيونات الموجبة والسالبة المشحونة كهربائيًا. يتحكم الجهاز العصبي في جميع العمليات في جسم الإنسان تقريبًا. وهو نظام من التيارات الكهربائية والجهود الكهربائية والشحنات الكهربائية. بعد هذا التحليل، يصبح من الواضح أن جسم الإنسان لا يمكن إلا أن يتأثر بالمجال المغناطيسي الخارجي والإشعاع الكهرومغناطيسي بشكل عام.

لقد نظرنا فقط في الجوانب العامة لتأثير المجال المغناطيسي على البشر. لم تتم دراسة جميعها حاليًا بشكل كامل على قدم المساواة. هناك أدبيات كثيرة حول هذه المسألة، ويمكن للمهتمين الرجوع إليها. تمت كتابة العديد من الكتب والمزيد من المقالات العلمية حول الفضاء وتأثيره على البشر، والتي لا تكون دائمًا في متناول جمهور واسع من القراء.

عندما بدأنا بتأليف هذا الكتاب، سعينا لتحقيق عدة أهداف. الشيء الرئيسي هو أن نظهر مرة أخرى أن كل شيء في الطبيعة مترابط. إن أي فعل تقريبًا له تأثير على جميع أجزاء كوننا، فقط درجة هذا التأثير هي التي تختلف. في حياتنا اليومية، كقاعدة عامة، نأخذ في الاعتبار فقط مجموعة محدودة جدًا من العوامل التي تؤثر عليها. هذا هو الضغط الجوي ودرجة حرارة الهواء وأحيانًا وجود المواقف العصيبة. نادرًا ما يربط أي منا حالتنا بحقيقة حدوث عاصفة مغناطيسية عالمية، أو أنه قبل يومين أو ثلاثة أيام كان هناك توهج كروموسفيري على الشمس، أو أن تيارات كهربائية هائلة تتدفق فوقنا، وما إلى ذلك. حاليًا، تُجرى أبحاث طبية مختلفة وقد جمعت المراكز بالفعل مواد ضخمة تبين أن صحتنا تعتمد إلى حد كبير على العوامل الكونية. يمكن التنبؤ بالفترات غير المواتية بالنسبة لنا ويمكن اتخاذ التدابير المناسبة في هذا الوقت لحماية أنفسنا من تأثيرها. ما هي هذه التدابير؟ بالطبع، فهي مختلفة للمرضى المختلفين، لكن جوهرها هو مساعدة الشخص على تحمل الحرمان المرتبط بالطقس الفضائي السيئ.

ويجري حاليًا تجميع تنبؤات العواصف الشمسية والجيومغناطيسية في بلدان مختلفة من العالم، ويتم استخدامها بنجاح في حل مختلف القضايا المتعلقة بحالة الغلاف الأيوني والفضاء القريب من الأرض، ولا سيما القضايا المتعلقة بانتشار موجات الراديو. هناك توقعات لمهل زمنية مختلفة - طويلة المدى وقصيرة المدى. يتم إرسال كلاهما إلى المنظمات المهتمة، ويتم استخدام الاتصالات التلغرافية التشغيلية على نطاق واسع. في المستقبل القريب، بناء على هذه التوقعات، سيتم تجميع التوقعات الطبية، والتي ستتبع منها ما يمكن توقعه من تغييرات في الصحة نتيجة للعواصف الشمسية. سيتم إبلاغ الجميع بالتشخيص الطبي على الفور، بما في ذلك الأطباء المحليين. إنهم مدعوون لمساعدة مرضاهم على تحمل عواقب العواصف المغناطيسية بأقل قدر من المتاعب.

ولكن لتحقيق هذا الهدف، لا يزال هناك الكثير الذي يتعين القيام به. بادئ ذي بدء، من الجيد أن نتخيل المشكلة. وسيساعد في ذلك كتاب يعطي صورة عن العمليات الفيزيائية في الفضاء وتأثيرها على الصحة.

بين الخلايا العصبية، تنتقل الإشارة في هياكل خاصة تسمى المشابك العصبية. يتم نقل المعلومات في نقاط الاشتباك العصبي من خلال إطلاق المواد الكيميائية، أي وفقًا للمبدأ الكيميائي. وبينما تبقى المعلومات داخل الخلية العصبية، فإن انتقالها يحدث كهربائيًا بسبب انتشار نبضات كهربائية خاصة - جهود الفعل - عبر غشاء الخلايا العصبية. هذه هي خطوات قصيرة من التيار الكهربائي، وهي على شكل مثلث تقريبًا وتمتد على طول الغشاء التشعبي، وعلى طول جسم العصبون، والمحور العصبي، وتصل في النهاية إلى المشبك العصبي.

بين الخلايا العصبية، تنتقل الإشارة في هياكل خاصة تسمى المشابك العصبية. يتم نقل المعلومات في نقاط الاشتباك العصبي من خلال إطلاق المواد الكيميائية، أي وفقًا للمبدأ الكيميائي. بينما تبقى المعلومات داخل الخلية العصبية، يحدث النقل كهربائيًا بسبب انتشار نبضات كهربائية خاصة - جهد الفعل - على طول غشاء الخلايا العصبية. هذه هي خطوات قصيرة من التيار الكهربائي، وهي على شكل مثلث تقريبًا وتمتد على طول غشاء التشعبات، على طول جسم الخلية العصبية، والمحور العصبي، وتصل في النهاية إلى المشابك العصبية.

يمكنك مقارنة إمكانات العمل بالرمز الثنائي لجهاز الكمبيوتر. في الكمبيوتر، كما تعلم، يتم تشفير جميع المعلومات كسلسلة من الأصفار والواحدات. إمكانات الفعل هي في الأساس وحدات تشفر جميع أفكارنا ومشاعرنا وتجاربنا الحسية وحركاتنا وما إلى ذلك. ومن خلال الاتصال بالمكان الصحيح في الشبكة العصبية وتطبيق هذا النوع من النبضات الكهربائية على الخلايا العصبية، يمكننا أن نجعل الإنسان يشعر، على سبيل المثال، بمشاعر إيجابية أو سلبية، أو التسبب في بعض الأوهام الحسية، أو التحكم في عمل الأعضاء الداخلية. وهذا، بالطبع، قسم واعد جدًا في الفيزيولوجيا العصبية والطب العصبي الحديث.

من أجل التحكم في إمكانات العمل، عليك أن تفهم من أين تأتي. من حيث المبدأ، يمكن مقارنة إمكانات الفعل بالموقف الذي تستخدم فيه مصباحًا كهربائيًا لإشارة صديقك على الجانب الآخر من النهر. أي أنك تضغط على زر، فيومض المصباح، ثم تقوم بإرسال شيء ما باستخدام رمز سري ما. لكي يعمل المصباح اليدوي الخاص بك، فأنت بحاجة إلى بطارية بداخله، أي شحنة معينة من الطاقة. من أجل توليد إمكانات الفعل، يجب أن تحتوي الخلايا العصبية أيضًا على مثل هذه الشحنة من الطاقة، وتسمى هذه الشحنة بإمكانات الراحة. إنه موجود، وهو متأصل في جميع الخلايا العصبية ويبلغ حوالي -70 مللي فولت، أي -0.07 فولت.

بدأت دراسة الخواص الكهربائية للخلايا العصبية منذ وقت طويل. لقد تم فهم حقيقة وجود الكهرباء في الكائنات الحية في عصر النهضة، عندما لاحظوا أن ساق الضفدع ترتعش من الصدمات الكهربائية، عندما أدركوا أن الراي اللساع الكهربائي يبعث تيارات من الطاقة. بعد ذلك كان البحث عن تلك الأساليب التقنية التي من شأنها أن تسمح لنا بالتعامل بجدية مع الخلايا العصبية ومعرفة العمليات الكهربائية التي تحدث هناك. علينا أن نشكر الحبار هنا لأنه حيوان رائع وله محاور عصبية سميكة جدًا. ويرجع ذلك إلى خصوصيات أسلوب حياته: فهو يحتوي على طية عباءة تتقلص وتطرد الماء، وينشأ دافع تفاعلي، ويتحرك الحبار للأمام. لكي تنقبض العديد من عضلات الوشاح بقوة وفي وقت واحد، هناك حاجة إلى محور عصبي قوي ينقل النبضات على الفور إلى كل هذه الكتلة العضلية. يبلغ سمك المحور 1-1.5 ملم. في منتصف القرن العشرين، تعلموا عزله وإدخال أسلاك كهربائية رفيعة بداخله وقياس وتسجيل العمليات الكهربائية التي تحدث. ثم أصبح من الواضح أن هناك إمكانية الراحة وإمكانية العمل.

حدث اختراق أساسي في الوقت الذي تم فيه اختراع الأقطاب الكهربائية الزجاجية الدقيقة، أي أنهم تعلموا كيفية صنع أنابيب زجاجية رفيعة جدًا، والتي يتم ملؤها من الداخل بمحلول ملحي، على سبيل المثال KCl. إذا تم إحضار مثل هذا الأنبوب بعناية فائقة (يجب أن يتم ذلك بالطبع تحت المجهر) إلى الخلية العصبية وثقب غشاء الخلية العصبية، فإن الخلية العصبية، بعد قليل من الاضطراب، تستمر في العمل بشكل طبيعي، وأنت تعرف على الشحنة الموجودة بداخلها وكيف تتغير هذه الشحنة عند نقل المعلومات. الأقطاب الكهربائية الزجاجية الدقيقة هي التكنولوجيا الأساسية التي لا تزال تستخدم حتى اليوم.

وفي نهاية القرن العشرين ظهرت طريقة أخرى تسمى التصحيح المشبك، عندما لا يخترق القطب الكهربائي الزجاجي الغشاء، ولكن يتم إحضاره بعناية شديدة إليه، يتم شفط قطعة من الغشاء، بينما يتم تحليل مساحة صغيرة جدًا من غشاء الخلية، ويمكنك أن ترى كيف، على سبيل المثال، تعمل جزيئات البروتين الفردية، مثل القنوات الأيونية المختلفة.

إن استخدام كل هذه التقنيات جعل من الممكن البدء بفهم من أين تأتي إمكانات الراحة، ومن أين تأتي الشحنة داخل الخلايا العصبية. اتضح أن إمكانات الراحة ترتبط في المقام الأول بتراكم أيونات البوتاسيوم. تختلف العمليات الكهربائية في الكائنات الحية عن تلك العمليات الكهربائية التي تحدث في الكمبيوتر، لأن الكهرباء الفيزيائية هي في الأساس حركة الإلكترونات، وفي الأنظمة الحية هي حركة الأيونات، أي الجزيئات المشحونة وعلى رأسها الصوديوم والبوتاسيوم والكلور، أيونات الكالسيوم . توفر هذه الأربعة بشكل أساسي ظواهر كهربائية مختلفة في أجسامنا: في الجهاز العصبي وفي العضلات وفي القلب - وهذا قسم مهم جدًا في علم وظائف الأعضاء الحديث.

عندما بدأوا في تحليل تكوين سيتوبلازم الخلايا العصبية، اتضح أنه في السيتوبلازم من الخلايا العصبية، مقارنة بالبيئة الخارجية، هناك الكثير من البوتاسيوم والقليل من الصوديوم. يحدث هذا الاختلاف بسبب عمل جزيء بروتين خاص - مضخة الصوديوم والبوتاسيوم (أو ATPase الصوديوم والبوتاسيوم). ولا بد من القول أن مضخة الصوديوم والبوتاسيوم تقع على أغشية جميع الخلايا، لأن الخلايا الحية مصممة بطريقة تحتاج إلى البوتاسيوم الزائد داخل السيتوبلازم، على سبيل المثال، لكي تعمل العديد من البروتينات بشكل طبيعي. تقوم الخلايا بتبادل الصوديوم داخل الخلايا بالبوتاسيوم خارج الخلية، وتضخ البوتاسيوم، وتزيل الصوديوم من السيتوبلازم، لكن الشحنة لا تتغير بعد، لأن التبادل مكافئ إلى حد ما. تحتوي الخلية العادية، وليس العصبية، على فائض من البوتاسيوم في الداخل، ولكن لا توجد شحنة: عدد الجزيئات المشحونة بشكل إيجابي مثل عدد الجزيئات المشحونة سلبا؛ هناك، على سبيل المثال، البوتاسيوم والكلور أو الأنيونات من الأحماض العضوية المختلفة.

ولكي يحصل هذا النظام على شحنة سالبة، يحدث ما يلي. في مرحلة ما أثناء نضوج الخلية العصبية، تظهر قنوات البوتاسيوم المفتوحة بشكل دائم على غشائها. هذه هي جزيئات البروتين، ولكي تظهر يجب أن تعمل الجينات المقابلة لها، قنوات مفتوحة باستمرار للبوتاسيوم تسمح للبوتاسيوم بمغادرة السيتوبلازم، ويخرج لأن هناك حوالي 30 مرة منه في الداخل أكثر من الخارج. يعمل قانون الانتشار المعروف: تخرج الجزيئات (أيونات البوتاسيوم في هذه الحالة) من حيث يوجد الكثير منها إلى حيث يوجد القليل منها، ويبدأ البوتاسيوم في "الهروب" من السيتوبلازم عبر هذه القنوات المفتوحة باستمرار ، تم تكييفها خصيصًا لهذا الغرض.

يبدو أن الإجابة المبتذلة على السؤال "إلى متى ستهرب؟" يجب أن تكون: "حتى يتعادل التركيز"، لكن كل شيء أكثر تعقيدًا إلى حد ما، لأن البوتاسيوم جسيم مشحون. عندما يهرب أحد البوتاسيوم، يبقى زوجه الوحيد داخل السيتوبلازم، ويكتسب السيتوبلازم شحنة قدرها -1. لقد هرب البوتاسيوم الثاني - الشحنة هي بالفعل -2، -3... ومع هروب البوتاسيوم من خلال الانتشار، تزداد الشحنة الداخلية للسيتوبلازم، وتكون هذه الشحنة سالبة. تنجذب الإيجابيات والسلبيات، لذلك، مع زيادة الشحنة السالبة للسيتوبلازم، تبدأ هذه الشحنة في كبح انتشار أيونات البوتاسيوم، ويصبح من الصعب عليهم المغادرة أكثر فأكثر، وفي مرحلة ما ينشأ التوازن: بقدر البوتاسيوم يهرب بسبب الانتشار، وتدخل نفس الكمية بسبب جذب الشحنة السالبة للسيتوبلازم. تبلغ نقطة التوازن هذه حوالي -70 مللي فولت، وهي نفس إمكانات الراحة. لقد قامت الخلية العصبية بشحن نفسها وهي الآن جاهزة لاستخدام هذه الشحنة لتوليد إمكانات الفعل.

عندما بدأنا في دراسة مصدر إمكانات الفعل، لاحظنا أنه من أجل إيقاظ الخلية بحيث تولد دافعًا، يجب تحفيزها بقوة معينة إلى حد ما. ينبغي للمحفز، كقاعدة عامة، أن يرفع الشحنة داخل الخلية العصبية إلى مستوى حوالي -50 مللي فولت، أي أن جهد الراحة هو -70 مللي فولت، وما يسمى بعتبة تحفيز جهد الفعل حوالي -50 مللي فولت . إذا قمت برفع الشحنة إلى هذا المستوى، يبدو أن الخلية العصبية تستيقظ: فجأة تظهر فيها شحنة موجبة كبيرة جدًا، تصل إلى مستوى +30 مللي فولت تقريبًا، ثم تنخفض بسرعة إلى مستوى جهد الراحة تقريبًا، ذلك من 0 إلى 1، ثم مرة أخرى إلى 0. ها هي الخطوة الحالية القادرة أيضًا على نقل المعلومات.

من أين تأتي؟ لماذا استيقظت الخلية العصبية فجأة وأصدرت هذا الدافع؟ اتضح أن القنوات الأيونية الأخرى تعمل هنا - ليست مفتوحة باستمرار، ولكن القنوات الأيونية ذات الصمامات. في اللحظة التي يصل فيها الشحن في الخلية العصبية إلى مستوى -50 مللي فولت، تبدأ هذه الأبواب في الانفتاح وتبدأ حركة الأيونات. أولاً، تفتح قناة الصوديوم لمدة نصف مللي ثانية تقريبًا، مما يسمح لجزء من أيونات الصوديوم بالدخول إلى الخلية العصبية. يدخل الصوديوم لأنه، أولاً، يوجد القليل منه في السيتوبلازم - حوالي 10 مرات أقل من الخارج، وثانيًا، فهو مشحون بشكل إيجابي، والسيتوبلازم مشحون سالبًا، أي أن الزائد ينجذب إلى الناقص. ولذلك، يحدث الإدخال بسرعة كبيرة، وبشكل كامل، ونلاحظ المرحلة الصاعدة من إمكانات العمل. ثم تغلق قنوات الصوديوم (آلاف القنوات التي تعمل في وقت واحد)، وتنفتح قنوات البوتاسيوم، وهي حساسة للكهرباء ولها أيضًا صمامات. ليست هذه هي التي تكون مفتوحة باستمرار، بل هي قنوات تحتوي على حلقة بروتينية خاصة (القناة عبارة عن أسطوانة بها ممر بداخلها) تفتح مثل العاصبة، وتستطيع أيونات البوتاسيوم الخروج من السيتوبلازم وإجراء عملية كمية كبيرة من الشحنة الموجبة، وبشكل عام تنخفض الشحنة في الخلية العصبية إلى مستوى جهد الراحة. يخرج البوتاسيوم بقوة في هذه اللحظة، لأننا في قمة إمكانات الفعل، ولم يعد هناك -70 مللي فولت، ويوجد الكثير من البوتاسيوم في الداخل والقليل في الخارج، ويخرج، وينفذ شحنة موجبة، و يتم إعادة شحن النظام.

يتم تنظيم غشاء الخلية العصبية بطريقة أنه إذا نشأت مثل هذه الدفعة عند نقطة واحدة - وهي تنشأ بشكل رئيسي في منطقة المشبك العصبي، حيث يقوم الوسيط بإثارة الخلية العصبية - فإن هذه الدفعة تكون قادرة على الانتشار على طول غشاء الخلية العصبية. الخلية العصبية، وهذا هو النقل. إن انتشار النبضة على طول غشاء العصبون هو عملية منفصلة. لسوء الحظ، يحدث ذلك ببطء شديد - بحد أقصى 100 م/ث، وعلى هذا المستوى نحن بالطبع أدنى من أجهزة الكمبيوتر، لأن الإشارة الكهربائية تنتقل عبر الأسلاك بسرعة الضوء، ولدينا حد أقصى 100- 120 م/ث، وهذا ليس كثيرا. لذلك، نحن كائنات بطيئة جدًا مقارنة بأنظمة الكمبيوتر.

من أجل دراسة عمل القنوات الأيونية، يستخدم علماء وظائف الأعضاء سمومًا خاصة تسد هذه القنوات. أشهر هذه السموم هو سم التيترودوتوكسين، وهو سم السمكة المنتفخة. يقوم التيترودوتوكسين بإيقاف قناة الصوديوم الحساسة للكهرباء، ولا يدخل الصوديوم، ولا تتطور إمكانات الفعل، ولا تنتشر الإشارات عبر الخلايا العصبية على الإطلاق. ولذلك فإن التسمم بأسماك الفوجو يسبب الشلل تدريجيا بسبب توقف الجهاز العصبي عن نقل المعلومات. إن أدوية التخدير الموضعي مثل نوفوكائين، والتي تستخدم في الطب لإيقاف انتقال النبضات بشكل موضعي وعدم إثارة إشارات الألم، لها تأثير مماثل، ولكنها أخف. من أجل دراسة الخلايا العصبية، يتم استخدام نماذج حيوانية؛ ولا يمكن تسجيل الخلايا العصبية البشرية إلا في مناسبات خاصة جدًا. أثناء عمليات جراحة الأعصاب، توجد حالات لا يكون فيها ذلك مسموحًا به فحسب، بل ضروريًا أيضًا. على سبيل المثال، من أجل الوصول بدقة إلى المنطقة التي تحتاج إلى تدميرها، على سبيل المثال، لبعض الألم المزمن.

هناك طرق لتسجيل النشاط الكهربائي لدماغ الشخص بشكل كامل. ويتم ذلك أثناء تسجيل مخطط كهربية الدماغ، حيث يتم تسجيل إمكانات الفعل الإجمالية لملايين الخلايا في وقت واحد. هناك تقنية أخرى تسمى تقنية الإمكانات المستثارة. تكمل هذه التقنيات ما تقدمه لنا الدراسات المقطعية وتسمح لنا بتقديم صورة كاملة للعمليات الكهربائية التي تحدث في الدماغ البشري.

على طول الأعصاب (الألياف العصبية الفردية)، تنتشر الإشارات في شكل جهود فعل وإمكانات كهربية، ولكن على مسافات قصوى مختلفة. تتميز قدرة المحاور والتشعبات، وكذلك أغشية الخلايا العضلية، على توصيل الإشارات الكهربائية بخصائصها. خصائص الكابل.

تعد خصائص الكابلات الخاصة بالموصلات العصبية مهمة جدًا لنشر الإشارات في الجهاز العصبي. وهي تحدد توليد إمكانات العمل في النهايات العصبية الحسية، أو المستقبلات، تحت تأثير المحفزات، وتوصيل الإشارات على طول المحاور، وجمع الإشارات بواسطة غشاء سوما العصبون.

تعتمد النظريات الحديثة للتوصيل الكبلي للإثارة على فرضية هيرمان حول وجود تيارات دائرية (تيارات هيرمان) تتدفق من المناطق غير المثارة في الغشاء إلى المناطق المثارة عندما تنتشر دفعة على طول المحور العصبي.

ومن المعروف من علم الخلايا أن كل خلية قابلة للاستثارة يحدها غشاء بلازمي تجاوره الأغشية المحيطة بالخلية. في أغلب الأحيان، تكون الألياف العصبية محاطة بغمد المايلين، الذي يتكون من خلية دبقية في الجهاز العصبي المركزي أو غمد يتكون من خلية شوان في المحيط. في المواقع التي يتفرع منها المحور العصبي، أو في الجزء الأولي أو الطرفي منه، يصبح غمد المايلين أرق. يتكون الغشاء نفسه من الدهون والبروتينات. كل هذا يحدد المقاومة الكهربائية العالية لغشاء الخلية والسعة الكهربائية الموزعة العالية. تحدد هذه الخصائص الخصائص الموصلة للألياف العصبية.

تم الحصول على الأنماط الأساسية لانتشار الجهود، وخاصة الكهربائية، على طول الألياف العصبية في التجارب التي أجريت على محاور الحبار الكبيرة. وقد وجد أنه عند تطبيق محفز مستطيل عند نقطة معينة على الألياف، يتم تسجيل الإشارة مع تشويه أثناء تحركها بعيدًا عن موقع التحفيز. فمن ناحية هناك تغير في شكل حوافها الأمامية والخلفية (تأخير في الوصول إلى القيمة القصوى) وانخفاض في اتساعها. يتم تحديد أول هذه الكميات بواسطة ثابت الوقت، والثانية بواسطة طول ثابت. من المعروف من الفيزياء الإشعاعية أن الثابت الزمني لدائرة كهربائية ذات سعة (C) ومقاومة R يتحدد بالصيغة

τ = آر سي.

ويتم قياسه بالثواني.

ما الذي يشكل مقاومة غشاء الخلية؟ هناك ثلاثة مسارات في الخلية يمكن للتيار أن يتدفق من خلالها في الاتجاه الطولي على طول المحور العصبي

أ) أكسوبلازم

ب) السائل خارج الخلية

ج) الغشاء نفسه

السائل خارج الخلية هو المنحل بالكهرباء، ومقاومته منخفضة. مقاومة الغشاء الذي يبلغ سمكه 100 أنجستروم تقترب من 1000-5000 أوم × سم، كبير جدًا. مقاومة axoplasm منخفضة، 200 أوم × سم سعة أغشية الخلايا القابلة للاستثارة C تقترب من 1 ميكروفاراد/سم2، ولكنها لا تتجاوز 7 ميكروفاراد/سم2. هكذا، τ ربما 0.1-7 مللي ثانية. يحدد الثابت الزمني معدل التأخير في تطور الإمكانات إلى القيمة القصوى ومعدل تأخير التوهين إلى القيمة الخلفية.

التدرجيتم تحديد الارتفاع المحتمل (شحنة مكثف الغشاء) بواسطة القانون الأسي:

V/V 0 =(1-e –t/ τ)

حجم الإمكانات V t في الوقت t أقل من الإمكانات الأولية V 0 بالمبلغ الذي يحدده التعبير (1-e - t / τ).

دعونا نقبل t=τ، إذن

V t /V 0 =(1-e –1)= 1-1/e=1-1/2.7=0.63

أو 63% من الأصل.

يتم وصف تفريغ مكثف الغشاء أيضًا بالصيغة الأسية:

V t /V 0 =e –t/ τ

لنأخذ t=τ، ثم V t /V 0 =e –1 =1/2.7=0.37 أو 37% من الحد الأقصى بعد الزمن t.

إذا كان تيار سعوي من أصل إلكتروتوني يتدفق عبر غشاء الخلية، لكل فترة زمنية تساوي τ، الثابت الزمني، فإن إشارة الإلكترون تزيد بنسبة 63% من الإشارة السابقة عندما تزيد الإشارة، أو تقل إلى 37% من الإشارة السابقة القيمة عندما تنخفض.

يمكن وصف الآلية الأيونية لهذه الظاهرة بشكل مبسط على النحو التالي. عند إدخال شحنات موجبة إلى الخلية (إزالة الاستقطاب)، تبدأ أيونات K + بالتحرك نحو الغشاء الذي يتمتع بقدرة تسمح بتراكم هذه الشحنات، ولكن هناك قنوات تسرب مفتوحة تسمح للأيونات بالمرور من خلالها وتثبط تراكمها. تكلفة. لكي يحدث تحول حقيقي في الشحنة، يجب أن يمر الوقت. هناك حاجة أيضًا إلى الوقت لاستعادة الشحنة الأصلية عند تفريغ مكثف الغشاء. هذا كل شيء τ.

إلى أي مدى يمكن أن ينتشر الجهد الكهربي على طول غشاء الألياف العصبية؟

يتم تحديد الانتشار السلبي لإشارة الإلكترون من خلال المعادلة U x =U 0 ×e - x /α، والتي نرى فيها مرة أخرى الاعتماد الأسي.

ليس من الصعب تحويل الصيغة الخاصة بالحالة x = lect والتأكد من أن الجهد الكهربي U x عند نقطة تقع على مسافة x من النقطة الأصلية سيكون أقل من U 0 الأصلي بعامل (يصل إلى 37 % من U0، أي ½.7)، إذا كانت هذه النقطة متساوية طول ثابت λ.

طول ثابت λ ، أو يعتمد ثابت الاستقطاب المكاني على مقاومة الغشاء r m، ومقاومة البيئة الخارجية r o والمقاومة المحورية r i.

كلما زادت مقاومة الغشاء، انخفضت مقاومة الوسط، وكلما زادت المسافة التي ينتقل بها الجهد الكهربي. يسمى الانخفاض في حجم الإلكترون اعتمادا على المسافة إنقاص .

اتضح أن ثابت الطول يتأثر بقطر الموصل، لأن مقاومة المحور المحوري تعتمد عليه. ولذلك، فإن الألياف العصبية السميكة لها مسافة أكبر يمكن أن ينتشر عبرها الإلكترون.

يعد انتشار الإلكترون - الكاتليكتروتون في المقام الأول - ظاهرة فسيولوجية مهمة. في الخلايا التي لا تولد PD (الدبقية، الظهارة، ألياف العضلات المقوية)، يتم تحقيق علاقة وظيفية بين الخلايا بسبب توصيل الإلكترون. في الشجرة الجذعية للخلايا العصبية، على سبيل المثال، القشرة الدماغية، يمكن أن تصل الإشارات على شكل إلكترون من التشعبات إلى السوما. في منطقة المشبك العصبي، وبمعرفة القوانين التي نوقشت أعلاه، من الممكن تحديد المسافة التي يمكن أن تنتشر بها إمكانات التشابك العصبي.

ومع ذلك، فإن كلا من الحسابات والقياسات المباشرة تعطي مسافات صغيرة جدًا يمكن للإلكترون أن ينتشر عبرها. لذلك، إذا لم يصل إزالة الاستقطاب في منطقة الغشاء إلى نقطة CUD، فلن تكون هناك زيادة في نفاذية Na + من خلال القنوات ذات الجهد الكهربي، وتحدث فقط تغييرات سلبية في إمكانات الغشاء. يتراوح ثابت lect من 0.1 إلى 5 ملم. ومن الواضح أن الاتصال داخل الجهاز العصبي المركزي يتطلب آلية إشارات مختلفة. لقد وجده التطور. هذه الآلية هي انتشار الدافع.

مقياس توصيل الدفعة على طول محور عصبي هو السرعة. تلعب سرعة انتقال إمكانات الفعل دورًا مهمًا في تنظيم الاتصالات في الجهاز العصبي. عادةً ما تخدم الألياف العصبية سريعة التوصيل التي تزيد سرعة توصيلها عن 100 م/ث ردود أفعال سريعة، وهي تلك التي تتطلب رد فعل فوريًا. على سبيل المثال، إذا لم ينجح وضع أحد الأطراف (تعثرت) لتجنب السقوط؛ في ردود الفعل الوقائية التي يبدأها المحفز الضار، وما إلى ذلك. تتطلب منعكسات الاستجابة السريعة سرعة عالية في المكونات الواردة والحركية تصل إلى 120 م/ث. على العكس من ذلك، بعض العمليات لا تتطلب مثل هذه الاستجابة السريعة. وينطبق هذا على الآليات التي تنظم نشاط الأعضاء الداخلية، حيث تكون سرعة التوصيل حوالي 1 م/ث كافية.

دعونا ننظر في الأحداث المرتبطة بانتشار AP على طول الألياف العصبية غير المايلينية (في بعض الأحيان يقال خطأً لا المايلينولكن هذا لا معنى له، لأن المايلين لا يوصل التيار، فهو غمد!). يمكن أن يكون سبب بدء موجة الإثارة إما عن طريق نشاط المستقبل (إمكانية المولد) أو عن طريق العمليات المتشابكة. يمكن أيضًا تحفيز AP عن طريق التحفيز الكهربائي للمحور. إذا تجاوز التحول المحلي لجهد الغشاء (إزالة الاستقطاب) العتبة، ووصل إلى نقطة CUD، وقام بتنشيط قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربي، تحدث AP على شكل موجة من إزالة الاستقطاب-إعادة الاستقطاب وتنتشر على طول الألياف العصبية. تتوافق النقطة القصوى لـ DP مع الحد الأقصى لانعكاس إمكانات الغشاء (التجاوز). يؤدي هذا إلى موقف يقوم فيه PD، الذي ينتشر على طول الألياف، بتوليد تيارات هيرمان أمامه، والتي تفريغ سعة الغشاء، وتجعل إمكانات الغشاء للقسم التالي من الغشاء أقرب إلى ADC، وما إلى ذلك. خلف نفسه، يترك PD المتحرك منطقة من الغشاء في حالة من الانكسار النسبي.

من أجل نشر جهد الفعل، من الضروري أن يولد في كل مرة جهدًا كهربائيًا في المنطقة المجاورة، المنطقة التي ينتشر فيها، ويكون قادرًا على تحويل جهد الغشاء بمقدار قيمة العتبة، أي سعة جهد الفعل يجب أن يتجاوز عتبة حدوثه عدة مرات. يتم استدعاء نسبة AP/العتبة عامل الضمان (التحديث/العتبة=5..7).

سرعة حركة الإلكترون وPD على طول الألياف عديمة اللب صغيرة ولا تتجاوز 1 م/ث. في الحبار، بسبب اندماج عدة محاور عصبية في محور واحد أثناء التطور الجنيني، مما يزيد من القطر الإجمالي للموصل، يمكن أن تصل سرعة النبض في الألياف غير المايلينية إلى 25 م/ث. في الثدييات، تزداد السرعة بسبب تكون الميالين في المحاور العصبية. تؤدي المقاومة العالية للمايلين إلى حقيقة أن غشاء ألياف اللب يكتسب مقاومة عالية وسعة منخفضة. وتتركز قنوات بوابات جهد الصوديوم في عقد رانفييه، وتتركز قنوات البوتاسيوم المسؤولة عن إعادة الاستقطاب في مناطق الاعتراض. هذه الميزات الهيكلية تؤدي إلى حقيقة ذلك رقصي خاص بالرقصيتمتع توصيل الإثارة بموثوقية عالية وسرعة عالية، والتي يتم دمجها مع الكفاءة (محاور اللب لتحريك Na + و K + عبر الغشاء تكلف أقل من الصوديوم والبوتاسيوم ATPase). الخاصية الفيزيائية الحيوية المميزة للتوصيل المملح للـ APs هي أن التيارات مغلقة من خلال الوسط بين الخلايا، الذي يتمتع بمقاومة منخفضة، وتتبع التيارات على طول الألياف وعبرها.

وتعتمد سرعة انتقال النبضة على طول ألياف اللب على قطر الأخير بنسبة بسيطة

الخامس=ك × d، حيث d هو القطر وk ثابت.

بالنسبة للبرمائيات ك=2، للثدييات ك=6.

طول مقطع الألياف المشارك في عملية إرسال PD واحد يساوي L=t × V، حيث t هي مدة النبض. هذا المؤشر مهم من الناحية المنهجية، حيث أن اختيار المسافة بين الأقطاب للأقطاب الكهربائية الرائدة (التسجيلية) يعتمد على طول القسم المثار من العصب.

في جذوع العصب، توجد الألياف العصبية الفردية والحركية في حالة معبأة بشكل مضغوط. يحدث التوصيل على طول الألياف الفردية بمعزل عن الألياف المجاورة، ويمكن أن ينتشر في اتجاهين من نقطة الأصل، وله سرعة ثابتة نسبيًا في أي جزء من المحور العصبي (باستثناء النهايات)، والإثارة من عدة مصادر أصل في الخلية يمكن أن تخضع للجمع الجبري. نطاق الاختلافات في سرعات التوصيل في الألياف كبير، مما سمح بإجراء العديد من التصنيفات. التصنيفات الأكثر قبولًا هي Erlanger-Gasser (المجموعات AαβγδBC)، وبدرجة أقل، Lloyd (المجموعات I، II، III).

الاستثارة هي قدرة الأنسجة على الاستجابة للتحفيز من خلال تفاعل خاص بنسيج معين. الإثارة هي انتقال الأنسجة المثيرة من حالة الراحة الوظيفية إلى نشاط محدد (للتوليد العصبي وتوصيل النبضات العصبية، للأنسجة العضلية - الانكماش، للأنسجة الغدية - إفراز الإفرازات الغدية). في هذا القسم سننظر في بنية ووظائف الأنسجة العصبية والعضلية.

الخلية العصبية هي حلقة في السلسلة العصبية. الخلايا العصبية الفردية، أو الخلايا العصبية، لا تؤدي وظائفها كوحدات معزولة، مثل خلايا الكبد أو الكلى. عمل 50 مليار خلية عصبية في دماغ الإنسان هو أنها تستقبل الإشارات من بعض الخلايا العصبية الأخرى وتنقلها إلى خلايا ثالثة. يتم دمج الخلايا المرسلة والمستقبلة في دوائر أو شبكات عصبية. يمكن لخلية عصبية واحدة ذات نظام متفرع من العمليات عند الإخراج (بنية متباعدة) إرسال الإشارة المستلمة عند الإدخال إلى ألف أو حتى أكثر من الخلايا العصبية الأخرى. بنفس الطريقة، يمكن لأي خلية عصبية أخرى أن تتلقى معلومات الإدخال من الخلايا العصبية الأخرى باستخدام وصلة إدخال واحدة أو عدة أو عدد كبير جدًا إذا تقاربت المسارات المتقاربة عليها.

تسمى الوصلات الفعلية للخلايا العصبية - وهي نقاط محددة على سطح الخلايا حيث يحدث الاتصال نقاط الاشتباك العصبي.المواد الكيميائية التي يتم إطلاقها في نقاط الاشتباك العصبي - الناقلات العصبية- إغلاق الدائرة الكهربية بين الخلايا العصبية المتلامسة وهي بمثابة وسطاء كيميائيين لنقل الإثارة العصبية بين الخلايا العصبية ذات المشابك الكيميائية. سنتعلم لاحقًا أن طرق نقل المعلومات بين الخلايا العصبية قد تكون مختلفة.

1. الخلية العصبية هي خلية.

تمتلك الخلايا العصبية عددًا من الخصائص المشتركة بين جميع خلايا الجسم (الشكل 1).

أرز. 1. الخلية العادية (أ) والخلايا العصبية (ب).

مثلهم، تحتوي الخلية العصبية على غشاء بلازمي يحدد حدود الخلية الفردية. بمساعدة الغشاء والآليات الجزيئية الموجودة فيه، يتفاعل العصبون مع الخلايا الأخرى ويدرك التغيرات في البيئة المحلية المحيطة به. بمساعدة الخصائص الانتقائية لقنوات الأيونات الغشائية ونظام النقل الأيوني النشط والسلبي، تنظم الخلية الضغط الأسموزي داخل الخلايا، وبالتالي تحافظ على شكلها، وتضمن أيضًا دخول العناصر المعدنية والمواد المغذية والغازات إلى الخلية داخل الخلايا. يتم إنشاء الاحتياجات الكهربائية على غشاء الخلية، والتي تقوم عليها وظيفة الخلايا العصبية والخلايا الأخرى. ويحيط الغشاء بالمحتويات الداخلية للخلية، والتي تسمى السيتوبلازم، من جميع الجوانب. يحتوي السيتوبلازم على النواة والعضيات السيتوبلازمية الضرورية لتواجد الخلية وأداء عملها: الميتوكوندريا، الأنابيب الدقيقة، اللييفات العصبية، الشبكة الإندوبلازمية.

الميتوكوندريا تزود الخلية بالطاقة. باستخدام السكر والأكسجين، يقومون بتركيب جزيئات خاصة عالية الطاقة (ATP)، والتي تستهلكها الخلية حسب الحاجة. تساعد الأنابيب الدقيقة، وهي هياكل داعمة رقيقة، الخلايا العصبية في الحفاظ على شكلها ويُعتقد أنها تشارك في النقل المحوري. بمساعدة الشبكة الإندوبلازمية - وهي شبكة من الأنابيب الغشائية الداخلية - والهياكل الموجودة عليها - الريبوسومات - تقوم الخلية بتصنيع المواد الضرورية لحياتها، وتوزيعها في الخلية وإفرازها خارج حدودها. تؤدي اللييفات العصبية وظائف داعمة، وتوفر حركة اتجاهية لمحطات المحور العصبي (الفروع الطرفية) وهي إحدى الروابط في آلية نقل المحور العصبي (انظر أدناه).

تحتوي نواة الخلية العصبية على معلومات وراثية مشفرة في التركيب الكيميائي للجينات. ووفقاً لهذه المعلومات، تقوم الخلية المكتملة التكوين بتصنيع مواد محددة تحدد شكل هذه الخلية وكيميائها ووظيفتها طوال حياتها، حيث أن الخلية العصبية غير قادرة على الانقسام.

على عكس الخلايا الأخرى، تتميز الخلايا العصبية بمخططات غير منتظمة: فهي تحتوي على عمليات ذات أطوال مختلفة، وغالبًا ما تكون عديدة ومتفرعة. هذه العمليات عبارة عن "أسلاك" حية يتم من خلالها تشكيل الشبكات العصبية. يتم تنفيذ وظائف هذه الأسلاك أيضًا بواسطة أغشية أجسام الخلايا العصبية.

تختلف الشبكات العصبية لدى الحيوانات والبشر اختلافًا جوهريًا عن الشبكات الكهربائية التقنية (بما في ذلك شبكات الهاتف والتلغراف والإنترنت): فهي لا تحتوي على مولدات مركزية للتيار الكهربائي تغذيها. تنشأ التيارات الكهربائية على الأغشية الجزيئية (الأغشية) للخلايا، بسبب الخاصية المحددة لهذه الأغشية لتوليد إمكانات كهربائية باستمرار، وفي خلايا الأنسجة القابلة للاستثارة (الأعصاب والعضلات) لتوصيلها على طولها.

تحتوي الخلية العصبية على عملية رئيسية واحدة، وهي المحور العصبي، الذي من خلاله تنقل المعلومات إلى خلية أخرى، والعديد من التشعبات، التي تتلقى الخلية من خلالها المعلومات الواردة. يمكن لكل من المحور العصبي والتشعبات أن تتفرع. ويلاحظ وجود تفرع واسع النطاق بشكل خاص في التشعبات. على التشعبات وعلى سطح الجزء المركزي من الخلية المحيطة بالنواة، والذي يسمى جسم العصبون، توجد نقاط اشتباك عصبي مدخلات تشكلت من محاور عصبية أخرى. تشكل نهايات المحور العصبي أو فروعه (أطرافه) مثل هذه المشابك العصبية على سطح أغشية الخلايا الأخرى. تحتوي هذه النهايات على عضيات تسمى الحويصلات المشبكية، حيث تتراكم جزيئات المرسل التي تطلقها الخلية العصبية في مشبك الخلية المستقبلة. تفتقر المحاور إلى العضيات الخلوية التي تصنع البروتين، لذلك تموت هذه العملية، المحرومة من الاتصال بجسم الخلية.

تسمى العمليات الطويلة للخلايا العصبية بالألياف العصبية.

2. موصل أو مولد للتيار الكهربائي؟ الوظائف الكهربية لغشاء الخلية.

إذا تم إدخال قطب كهربائي دقيق في ليف عصبي مستريح وتم توصيله بقطب كهربائي ثانٍ تم إدخاله على الجانب الخارجي للغشاء، فسيُظهر جهاز التسجيل فرق جهد قدره 60-90 مللي فولت، مع وجود شحنة سالبة على الجانب الداخلي للغشاء والجانب الخارجي له شحنة موجبة. يسمى هذا الاختلاف المحتمل في الفيزيولوجيا الكهربية بإمكانات الراحة (RP). ما هي القوى التي تفصل الشحنات على جانبي الغشاء، والتي تولد قطبيته الكهربائية؟ تم تقديم إجابة مقنعة على هذا السؤال من قبل العلماء الإنجليز أ. هودجكين وأ. هكسلي وبي كاتز (1956-1963)، الذين حصلوا على جائزة نوبل لنتائج عملهم

من أجل فهم جوهر القضية بشكل أفضل، ينبغي للمرء أن ينطلق من حقيقة أنه في جسم الحيوانات والبشر، كل خلية محاطة بمحلول خليط من أملاح مختلفة، وخاصة كلوريدات وفوسفات الصوديوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم الخ، بالإضافة إلى مركباتها العضوية. وتوجد نفس المركبات داخل الخلية، في السيتوبلازم. ولو كانت الخلية سلبية عن هذه الحقيقة، فلن يكون لها أي تأثير على حياتها ونشاطها، ولن توجد شحنات حول الغشاء، إذ سيكون تركيز الأملاح، وبالتالي أيوناتها، على جانبي غشاءها هو نفس. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الحياة نفسها في مثل هذه الحالة ستكون مستحيلة.

ولكن وجد أن غشاء الخلية لديه القدرة، باستخدام نظام النقل النشط، على نقل أيونات البوتاسيوم إلى داخل الخلية، وأيونات الصوديوم إلى الخارج مقابل تدرج التركيز. يتم ضمان هذه القدرة من خلال عمل مضخات البوتاسيوم والصوديوم المدمجة في الغشاء، والتي تستخدم طاقة ATP في عملها (الشكل 2).

أرز. 2. مخطط تشغيل المضخة الأيونية.

في دورة واحدة، تقوم المضخة بإزالة 3 أيونات Na + من الخلية وإرجاع 2 أيونات K + داخلها، مما يستهلك طاقة جزيء ATP واحد لهذا العمل. وبطبيعة الحال، ينقسم جزيء ATP ليشكل جزيء ADP وبقايا الفوسفات. وهكذا، تنتج الخلية كميات غير متوازنة من الصوديوم والبوتاسيوم حول غشائها: في داخل الغشاء، يتم إنشاء تركيز أيونات البوتاسيوم أكبر بـ 30-50 مرة من تركيزها في الخارج، وأيونات الصوديوم في السائل خارج الخلية أكبر بـ 10 مرات من تركيزها في الخارج. في سيتوبلازم الخلية. ومع ذلك، فإن هذا في حد ذاته يخلق فرقًا في تركيزات الكاتيونات، وليس الشحنات.

الجزء الثاني من عملية الاستقطاب (مع مرور الوقت يحدث في وقت واحد مع الأول) يوفر شبه نفاذية، أو بمعنى آخر، نفاذية انتقائية (انتقائية) للغشاء لمختلف الأيونات. في حالة الراحة، يمر الغشاء بحرية بأيونات K +، بشكل سيء جدًا - أيونات Na + وهو غير منفذ تمامًا للأنيونات الكبيرة من الأحماض العضوية والبروتينات. يؤدي الترتيب غير المتوازن لأيونات البوتاسيوم والصوديوم حول الغشاء، الناتج عن مضخات الأيونات، إلى عملية سلبية - انتشار هذه الكاتيونات على طول تدرج التركيز. داخل الخلية، تتحرك أيونات البوتاسيوم نحو الغشاء، وتتجاوز الأيونات السالبة الأقل قدرة على الحركة، وتخرج إلى جانبها الخارجي. ونتيجة لذلك، تتولد شحنة كهربائية سالبة في داخل الغشاء، وفي خارجه تزداد الشحنة الموجبة الناتجة عن أيونات الصوديوم، ويبلغ فرق الجهد المحسوب بينهما 80-100 مللي فولت. يكون انتشار أيونات الصوديوم داخل الخلية أضعف بكثير (25 مرة) من انتشار البوتاسيوم، لكنه لا يزال موجودًا ويسبب نفس التأثير، ولكنه موجه إلى الخلية، ونتيجة لذلك يقلل قليلاً من إمكانات البوتاسيوم المحسوبة للغشاء. ولذلك، فإن جهد غشاء الراحة الناتج (RMP) هو 50-90 مللي فولت. (الشكل 3)

أرز. 3. الشحنة الكهربائية للغشاء.

إن مثل هذه التدفقات المنتشرة لأيونات الصوديوم والبوتاسيوم ستؤدي حتماً إلى معادلة تركيزات الأيونات على جانبي الغشاء. ومع ذلك، لا يحدث هذا في الخلية الحية، حيث أن مضخات الأيونات تنقل الأيونات باستمرار ضد التدرجات الموجودة، مع الحفاظ على تركيزها وتدرجاتها الكهروكيميائية، وبالتالي، جهد الراحة. ربما تكون هذه إحدى العلامات الوظيفية الرئيسية والأكثر أهمية للحياة. إن توقف عمل المضخات الأيونية في غشاء الخلية يعني توقف كافة العمليات الحياتية، أي توقفها. موت الخلايا.

3. حياة الخلايا مكهربة. دور إمكانات الراحة في حياة الخلية.

لماذا تحتاج الخلية العادية إلى الكهرباء؟ ومن المعروف أنه في جسم الحيوان والإنسان، بالإضافة إلى الأعصاب والعضلات، توجد خلايا الجلد، والأعضاء الداخلية، والأنسجة المحيطة. وقد وجد أن جميعها لديها إمكانات غشائية من 15 إلى 50 مللي فولت، على التوالي. وبالتالي فإن الخلايا العصبية لا تحتكر وجود الإمكانات الكهربائية وبالتالي استخدام الكهرباء في أنشطة حياتها. لماذا تحتاج الخلايا للكهرباء؟ دعونا نحاول أن نتخيل كيف سيبدو الأمر إذا سألنا ربة منزل، على سبيل المثال، لماذا تحتاج إلى الكهرباء؟ أو لماذا تحتاج أي مؤسسة إنتاج صناعية حديثة تقع، على سبيل المثال، في الطابق الثاني من المبنى، إلى الكهرباء؟

بالإضافة إلى الماء وبعض الأملاح التي تمر بحرية عبر غشاء الخلية، تحتاج الخلية إلى عناصر غذائية، مثل السكريات والأحماض الأمينية وبعض العناصر المعدنية التي لا تستطيع اختراق الخلية حسب قوانين الانتشار. في الواقع، في عملية التطور، يمكن للخلية الحصول على غشاء يسمح لجميع الأيونات وجزيئات المواد العضوية بالمرور بحرية، وسيتم حل جميع قضايا تزويد الخلية بالمواد المغذية وفقًا لقوانين الانتشار. لماذا لم يحدث هذا في الواقع؟ أولا، وفقا لقوانين الانتشار، لن تتحرك الأيونات وجزيئات المواد إلى الخلية إلا إذا كانت أكثر تركيزا في الخارج، ثانيا، لا يتسامح النشاط الحيوي للخلية مع الانقطاعات في توفير المادة اللازمة، والتي قد تنشأ من وقت لآخر بسبب انخفاضه في بيئة الخلية المحيطة، ثالثًا، فإن اصطفاف المنتجات الأيضية الضارة بالخلية على جانبي غشاء الخلية لن يكون له في حد ذاته تأثير ضار على الخلية فحسب، بل سيكون أيضًا تقليل تركيز المواد اللازمة للخلية في البيئة الخارجية، مما يتسبب في تدفقها العكسي من الخلية. تبين أن المصالح الحيوية للخلية تتعارض مع عنصر "السوق" هذا، وتطور الخلية جعل غشائها قابلاً للنفاذ بشكل انتقائي لبعض الأيونات ومنحها وسائل نقل نشطة "لاستيراد" مواد أخرى إلى الخلية، وكذلك "لتصدير" المنتجات الأيضية التي لا تحتاجها من الخلية. ولم يكن على الخلية أن تختار نوع الطاقة لضمان تشغيل وسائل نقلها: فقد عرفت الكهرباء قبل ملايين السنين من العالم اليوناني القديم طاليس، الذي أشار إلى قدرة العنبر المطحون بالحرير على جذب الأجسام الخفيفة،

باعتبارها مركبات نقل، يتم بناء جزيئات البروتين الحاملة في غشاء الخلية وتنقل العناصر الغذائية إلى الخلية على النحو التالي (الشكل 4).

أرز. 4. مخطط نقل الغشاء.

على السطح الخارجي للغشاء، يربط جزيء البروتين الحامل نفسه بجزيء مغذي وأيون صوديوم، وبالتالي يكتسب شحنة موجبة. يقوم المجال الكهربائي للغشاء، الذي يحول الجزيء الحامل حول محوره الافتراضي، بسحب قطبه المشحون إيجابيًا نحو داخل الغشاء. وهنا يفقد أيون الصوديوم شحنته ويترك الخلية الحاملة، مما يؤدي إلى انقسام الجزيء المحايد للمغذيات المنقولة منها. تبقى المادة المغذية داخل الخلية، ويتم ضخ الصوديوم إلى الخارج، مما يؤدي إلى استعادة الشحنة الموجبة على السطح الخارجي للغشاء.

هناك بروتينات حاملة مختلفة لنقل السكريات والأحماض الأمينية المختلفة إلى الخلية، لكنها جميعًا تستخدم أيونات الصوديوم وإمكانات الغشاء المريح في الخلايا الحيوانية. تستخدم البكتيريا أيونات الهيدروجين بدلاً من الصوديوم

يُستخدم النقل الكهربائي لإزالة مواد معينة من الخلية، وهو أمر خطير إذا لم تتمكن مضخة الكالسيوم من التعامل مع إزالته. يتم تشغيل نظام الطوارئ في القفص. في هذه الحالة، يقوم بروتين حامل خاص بربط أيون الكالسيوم بالجزء الموجود داخل الخلايا، وثلاثة أيونات صوديوم بالجزء الخارجي. يقوم المجال الكهربائي للغشاء بتحريك الجزيء الحامل بزاوية 180 درجة ويتم إطلاق الكالسيوم. على عكس مضخات البوتاسيوم والصوديوم، التي تستخدم طاقة ATP في عملها وفي نفس الوقت تخلق مجالًا كهربائيًا (جهدًا كهربائيًا) على الغشاء، تعمل البروتينات الحاملة أعلاه كمحركات كهربائية تستخدم الطاقة الكهربائية لجهد الغشاء من أجل عملهم.

ترتبط آليات النقل النشط للعناصر الغذائية إلى الخلية بالضرورة بحياتها، ولا شك أنها يجب أن تنشأ مع ظهور الخلية. يعد نقل الإشارات من خلية إلى أخرى حاجة لاحقة للتطور، لذلك من الطبيعي أن نفترض أنه عندما نشأت مثل هذه الحاجة، استخدمت الخلايا العصبية، بعد تعديل غشاءها إلى حد ما، إمكانات الغشاء لوظيفة جديدة - نقل الإشارات. ماذا كان هذا التعديل؟

4. التغيرات في إمكانات الغشاء. إمكانات العمل.

في عام 1939، قام موظفو المحطة البحرية في بليموث (إنجلترا) A. Hodgkin وH. Huxley لأول مرة بقياس PP وAP للألياف العصبية، باستخدام محور عصبي حبار عملاق (قطره 1 مم) وأكثر التجارب تقدمًا التكنولوجيا في ذلك الوقت. اتضح أنه في حالة الراحة على الغشاء، يبلغ فرق الجهد حوالي 80 مللي فولت، وعندما يكون الغشاء متحمسًا، لا يتم تفريغه، كما افترض برنشتاين، ولكن يتم إعادة شحنه: شحناته السالبة في الخارج، والشحنات الموجبة في الداخل. في هذه الحالة، يظهر فرق جهد يبلغ حوالي 40 مللي فولت على الغشاء. وهذا يعني أنه أثناء الإثارة لا يتغير الجهد بقيمة PP، أي. لا ينخفض ​​​​إلى الصفر، ولكن بمجموع PP والإمكانات الناشئة حديثًا بعلامة معاكسة (الشكل 8). هذا الفائض من PD على PP كان يسمى تجاوز (الإنجليزية oversoot - فائض).

من أجل تفسير هذه الإمكانية "الإضافية"، طرح هودجكين وهكسلي فرضية، كان جوهرها هو أنه عند الإثارة، لا يفقد الغشاء نفاذيته الانتقائية تمامًا فحسب، بل يغيرها أيضًا: من كونه منفذًا بشكل أساسي لأيونات K +، يصبح الغشاء نافذًا بشكل رئيسي لأيونات الصوديوم + . وبما أن هناك المزيد من الأخير خارج الغشاء، فإنهم يندفعون إلى الداخل ويعيدون شحن الغشاء.

تم إجراء الاختبار الأول للفرضية من قبل أ. هودجكين و ب. كاتز بعد انقطاع طويل بسبب الحرب، في عام 1949. أظهرت الدراسات أن سعة AP تعتمد على التغيرات في تركيز أيونات Na + بنفس الطريقة التي تعتمد بها قيمة PP على تركيز أيونات K +، أي. يطيع صيغة نيرنست.

بعد ذلك، كان من الضروري معرفة كيف تتغير نفاذية الغشاء للبوتاسيوم والصوديوم أثناء الإثارة، وعلى أي ظروف تعتمد هذه التغييرات. اقترح هودجكين وهكسلي أن نفاذية الغشاء يتم تحديدها بشرطين: جهد الغشاء والوقت المنقضي منذ التغير في الجهد. كانت نتيجة اختبار طويل وشاق لهذا الافتراض هو التأكيد التجريبي على أن آلية جميع الظواهر المرتبطة بالإثارة تعتمد بالفعل على خاصية الغشاء: نفاذيته الانتقائية المتغيرة لأيونات البوتاسيوم والصوديوم. تم إنشاء نظرية لحدوث مرض باركنسون في ظل ظروف وحالات أولية مختلفة للغشاء، أي. "نظرية الغشاء الحديثة"، وتسمى أيضًا نموذج X-X، وقد أعاد النموذج بانتظام إنتاج ظواهر مثل الانكسار، وعتبة الإثارة، وفرط استقطاب الألياف بعد النبضة، وما إلى ذلك.

ومع ذلك، لا تزال هناك أسئلة دون إجابة: ما هي آلية تغيير نفاذية الغشاء، وكيف يتم تنظيم هذا القسم الأنحف؟ بدأ اختراق أسرار بنية الغشاء وآلياته الوظيفية في وقت لاحق، عندما ظهر علم جديد - البيولوجيا الجزيئية.

هيكل الغشاء. الغشاء السيتوبلازمي عبارة عن فيلم جزيئي سلبي يتكون من طبقتين من جزيئات الدهون. فهو يحتوي على جزيئات البروتين التي تؤدي وظائف نشطة في الغشاء مثل القنوات والمضخات الأيونية، والجزيئات الحاملة، والمستقبلات، وما إلى ذلك. تعمل الطبقة ثنائية الجزيئية من الدهون على عزل الخلية عن البيئة وهي أيضًا عازل كهربائي. يتم تنفيذ اتصال الخلية بالبيئة وجميع الوظائف النشطة لغشاءها باستخدام جزيئات البروتين المدمجة في الغشاء (الشكل 5)

أرز. 5. غشاء الخلية البلازمية

توفر بعض جزيئات البروتين قدرة الحساسية الموضعية للغشاء لتأثيرات المحفزات والاستجابة المناسبة لهذه التأثيرات. يتألف التعديل التطوري لغشاء الخلية العصبية من إنشاء آليات على الغشاء للتغيرات المحلية في إمكانات الغشاء مع الانتشار اللاحق لهذا التغيير على طول الغشاء. القدرة الأخيرة تمتلكها أيضًا أغشية خلايا الأنسجة الأخرى.

القنوات الأيونية. يتم تحديد الخواص الكهربائية النشطة لغشاء الخلية من خلال جزيئات البروتين الموجودة فيه، والتي تشكل "مسامات" في الغشاء الدهني المتجانس وغير القابل لاختراق الجزيئات والأيونات، والتي يمكن لهذه الجزيئات المرور من خلالها في ظل ظروف معينة. تسمى تلك المسام التي يمكن أن تمر من خلالها أيونات البوتاسيوم والصوديوم قنوات أيونات البوتاسيوم والصوديوم، على التوالي.

تتكون القنوات الأيونية من فئة خاصة من جزيئات البروتين القادرة على تمييز أيوناتها وفتح أو إغلاق المسار لها عبر الغشاء تحت تأثير جهد الغشاء المناسب. وجد عالم الفيزياء الحيوية الإنجليزي ب. هيل أن قطر قناة البوتاسيوم يبلغ حوالي 0.3 نانومتر، وأن قناة الصوديوم تحتوي على تجويف أكبر قليلاً لمرور الأيونات. على عكس قناة الصوديوم K+، فإنها تفتقر إلى آلية التعطيل. تجدر الإشارة إلى أن مرور هذا أو ذاك إلى القناة لا يتحدد بقطر الأخير، بل بخصائصه الوظيفية وإمكاناته الكهربائية الغشائية.

يمكن اعتبار القناة الأيونية بمثابة أنبوب من خلال مدمج في الغشاء (الشكل 6)

أرز. 6. مخطط تشغيل القناة الأيونية.

بالقرب من الطرف الخارجي، يوجد للأنبوب "مصراع" أو "بوابة"، يتم التحكم في موضعه بواسطة جهد الغشاء. "المصراع" مشحون، وبالتالي، عندما يتغير الجهد (أثناء إزالة الاستقطاب)، فإنه يمكن أن يفتح مدخل القناة للأيون المقابل. ويعتقد أن بوابات القناة عبارة عن مجموعة مشحونة من ذرات جزيء بروتين يمكنها التحرك في مجال كهربائي، مما يفتح الطريق أمام أيونات البوتاسيوم أو الصوديوم. يجب أن يكون إزاحة هذه المجموعة المشحونة مصحوبًا بتيار كهربائي صغير قصير المدى؛ تم تسجيل هذا التيار في قنوات الصوديوم تجريبيا وكان يسمى "تيار البوابة"). عند دراسة قنوات الصوديوم، تبين أن آليات البوابات والتعطيل تقع في أطراف مختلفة من القناة. بعد إزالة الطرف الداخلي للقناة باستخدام إنزيم بروناز، استمرت القناة في فتح بوابة الصوديوم تحت إزالة الاستقطاب، ولكن لم يتم تعطيلها.

تم تحديد كثافة قنوات الصوديوم في الغشاء. كان هناك ما يقرب من 50 منهم لكل ميكرومتر مربع من الغشاء (مساحة الغشاء هذه يمكن أن تستوعب عدة ملايين من جزيئات الدهون).

بالإضافة إلى قنوات البوتاسيوم والصوديوم، تحتوي أغشية الخلايا على قنوات للكالسيوم والكلور والأيونات الأخرى. يتم تفسير التغيير التدريجي في نفاذية الغشاء، على سبيل المثال، لأيونات البوتاسيوم، من خلال حقيقة أن القنوات المقابلة، بالإضافة إلى الحالات "المفتوحة" و"المغلقة"، لديها بعض الحالات الأخرى، أي. أن القنوات تتميز بالطبيعة الاحتمالية للتشغيل وهو ما تم تأكيده تجريبيا. في البداية كان من المفترض أن القناة الأيونية عبارة عن آلية بيولوجية مستقرة مدمجة في الغشاء وتعمل لفترة طويلة، ولكن تبين لاحقًا أن بروتينات القناة تعمل لمدة يوم واحد فقط تقريبًا، وبعد ذلك يتم تفكيكها و تم استبدالها بأخرى يتم تصنيعها بواسطة ريبوسومات الخلية بأوامر الحمض النووي الريبي المرسال. تم اكتشاف أن بروتينات القناة لا يتم إدخالها بشكل عشوائي في الغشاء، وأن القنوات الأيونية المختلفة تنقلها الخلية إلى المكان الصحيح تمامًا.

بالإضافة إلى القنوات التي يتم التحكم في فتحها وإغلاقها بواسطة جهد الغشاء الكهربائي، هناك قنوات أيونية يتم التحكم فيها بواسطة مواد كيميائية (وليس فقط أجهزة إرسال في المشابك العصبية) تعمل على الغشاء خارج الخلية وداخلها. على سبيل المثال، تؤدي زيادة تركيز أدينوسين أحادي الفوسفات الحلقي (cAMP) في بعض الخلايا العصبية إلى فتح القنوات وإزالة الاستقطاب في الخلية، ويتم تحفيز زيادة هذا التركيز بواسطة الأدرينالين. لا تستطيع الخلية التحكم في عمل القنوات الأيونية فحسب، بل يمكنها تعديلها وتغيير خصائصها من خلال تفاعلات كيميائية حيوية يتم التحكم فيها. تحدث مثل هذه العمليات، على سبيل المثال، أثناء التعلم.

التغييرات في إمكانات الغشاء . يتمتع غشاء الخلية بخاصية الاستجابة للتهيج عن طريق تغيير جهد الراحة - وهي عملية سريعة التزايد لإزالة الاستقطاب المحلي. تعتمد درجة هذا الاستقطاب على شدة المحفز وفي الخلايا العصبية والعضلية يمكن أن يؤدي إلى اختفاء كامل قصير المدى لجهد الغشاء في منطقة التحفيز، يليه انقلاب القطبية ثم عودة الاستقطاب، أي. استعادة الحالة الأصلية. وتسمى هذه الظاهرة إمكانات العمل. إن مستوى جهد الغشاء الذي يؤدي عنده زيادة أخرى في قوة المنبه ومزيد من إزالة الاستقطاب إلى ظهور جهد الفعل يسمى العتبة، ويسمى المنبه المقابل العتبة.

مستويات إزالة الاستقطاب الغشائي. إذا كانت قوة التحفيز المؤثر على الغشاء لا تتجاوز 0.5 من قيمة عتبة التحفيز، فسيتم ملاحظة إزالة استقطاب الغشاء فقط أثناء عمل التحفيز. تسمى هذه الظاهرة الإمكانات الكهربية (الشكل 7)

أرز. 7. الإمكانات الكهربية.

تظل النفاذية الأيونية للغشاء دون تغيير تقريبًا. عندما تزيد قوة المنبه إلى 0.9 من قيمة العتبة، تتبع عملية إزالة الاستقطاب منحنى على شكل حرف S، وتستمر في الزيادة لبعض الوقت بعد توقف المحفز، ولكنها تتوقف بعد ذلك ببطء. يسمى رد فعل غشاء الخلية هذا بالاستجابة المحلية. الاستجابة المحلية غير قادرة على الانتشار. ومع ذلك، عندما يتم تطبيق العديد من التحفيزات ذات العتبة الفرعية في فترة زمنية أقصر من مدة الاستجابة المحلية الفردية، يتم تلخيص الاستجابة الأخيرة ويزداد استقطاب الغشاء، مما قد يؤدي إلى إمكانات الفعل في الخلايا العصبية والعضلية. لا يمكن للخلايا الظهارية توليد إمكانات العمل. يقتصر رد فعلهم على أي حافز من أي قوة على الاستجابة المحلية.

عندما يتم تطبيق حافز من قوة العتبة أو العتبة العليا على الغشاء، ينخفض ​​جهد الغشاء بمقدار 20-40 مللي فولت مقارنة بإمكانات الراحة، أي. إلى قيمة حرجة معينة. إذا لم تنخفض قوة المحفز، فإن المسام (القنوات) الموجودة في الغشاء لأيونات الصوديوم تفتح فجأة، وتزداد نفاذيتها لهذه الكاتيونات عشرات، بل مئات المرات. على طول التركيز والتدرجات الكهروكيميائية، تندفع أيونات الصوديوم إلى داخل الخلية مثل الانهيار الجليدي، حاملة معها شحنات موجبة. على الجانب الخارجي للغشاء في المكان المتحمس، بدلا من الشحنات الموجبة، يتم إنشاء شحنات سالبة بسبب الأنيونات الكبيرة من الأحماض العضوية والبروتينات. ينظر الجانب الداخلي للغشاء إلى هذا التدفق الشبيه بالانهيار الجليدي لكاتيونات الصوديوم على أنه حقنة للتيار الكهربائي بعلامة إيجابية.

يؤدي تراكم أيونات Na + على الجانب الداخلي للغشاء أولاً إلى تحييد شحنته السالبة، أي. إلى إزالة الاستقطاب، ثم إلى إنشاء شحنة موجبة في هذا المكان: يتم استبدال إزالة الاستقطاب بانعكاس الشحنة (الشكل 8).

أرز. 8. إمكانات العمل.

تصبح إمكانات الغشاء في موقع التحفيز إيجابية. تسمى هذه المرحلة الإيجابية لجهد الغشاء تجاوزًا أو ارتفاعًا، ويكون الارتفاع على منحنى الجهد 40-50 مللي فولت. بيانياً، هذا هو الفرع الصاعد لمنحنى جهد الفعل. في هذه اللحظة، يحدث تعطيل قنوات الصوديوم، وتتوقف نفاذية الغشاء لأيونات الصوديوم، مما يفسح المجال لزيادة موصلية البوتاسيوم. يؤدي التدفق المتزايد لأيونات البوتاسيوم إلى الخارج إلى استعادة القطبية الأصلية، مما يتسبب في إعادة استقطاب الغشاء، وتكمل مضخات الصوديوم التي تعمل بعد ذلك، وتضخ أيونات الصوديوم خارج الخلية، عملية إعادة الاستقطاب.

أرز. 9. تغير في استثارة غشاء الألياف العصبية

خلال إمكانات العمل.

بيانياً، تتميز هذه العمليات بالفرع الهابط لمنحنى جهد الفعل. يؤدي تدفق أيونات Na + إلى الجانب الخارجي للغشاء إلى زيادة طفيفة في جهد الغشاء مقارنة بالجهد الأولي. هذا هو ما يسمى "أثر فرط الاستقطاب" للغشاء. خلال هذه الفترة، والتي تسمى فترة الحراريات، يكون الغشاء غير حساس للتحفيز المتكرر. هذه الحقيقة لها نتيجتان. أولا، عدم حساسية هذا القسم من الغشاء للتهيج المتكرر لا يسمح للنبض من القسم المجاور بالعودة، وثانيا، التيارات الكهربائية عالية التردد لا تسبب الإثارة (إمكانات العمل) في العصب، ولكن فقط تسخين المقابلة مناطق الأنسجة (والعصب نفسه أيضًا).

يتم تحديد سعة منحنى إمكانات الفعل كمجموع قيم إمكانات الغشاء المريح وتجاوزها الزائد بعد انقلاب الشحنة. على سبيل المثال، مع PP بقيمة -80 مللي فولت وتجاوز +50 مللي فولت، ستكون سعة PD 130 مللي فولت، ولا يتم أخذ علامات مكوناته بعين الاعتبار. مدة AP على غشاء الألياف العصبية هي 1-3 مللي ثانية، العضلات - ما يصل إلى 8 مللي ثانية، عضلة القلب - 300 مللي ثانية.

تعطيل نظام Na + . في محور عصبي الحبار، مع الاستقطاب المستمر، تبدأ نفاذية الغشاء لأيونات Na + في الانخفاض بعد 0.5 مللي ثانية؛ في الخلايا العصبية الفقارية، تكون هذه الفترة أقصر بخمس مرات. ويسمى هذا الانخفاض السريع في نفاذية الغشاء لأيونات الصوديوم بالتعطيل. لوحظ الحد الأقصى لنفاذية الغشاء لأيونات الصوديوم عند مستوى إزالة الاستقطاب بحوالي 30-40 مللي فولت أكثر سلبية من جهد الراحة. عند الإمكانات الأولية التي تكون 20-30 مللي فولت أكثر إيجابية من جهد الراحة، يتم تعطيل نظام Na + تمامًا ولا يمكن تنشيطه عن طريق أي إزالة استقطاب.

يؤثر تعطيل نظام Na المعتمد على الجهد بشكل خطير على استثارة الخلية في ظل ظروف مختلفة. وبالتالي، إذا أصبح PP لخلايا الثدييات أكثر إيجابية من -50 مللي فولت (على سبيل المثال، بسبب نقص الأكسجين أو تحت تأثير مرخيات العضلات)، فسيتم تعطيل توصيل الصوديوم تمامًا وتصبح الخلية غير قابلة للإثارة. عندما يزيد تركيز Ca 2+، تصبح الخلية أقل استثارة، وعندما ينخفض، تزيد استثارة الخلية. هذه الزيادة في الاستثارة تكمن وراء متلازمات التكزز والحالات الأخرى المرتبطة بنقص الكالسيوم المتأين في الدم. وفي هذه الحالة تحدث تقلصات وتشنجات عضلية لا إرادية.

5. حركة الإثارة على طول الألياف العصبية.

وفقًا للمفاهيم الحديثة، يتم تفسير انتشار الإثارة على طول الألياف العصبية والعضلية من خلال توليد إمكانات الفعل على أغشيتها وتأثير التيارات الكهربائية المحلية الناتجة على المناطق المجاورة للغشاء. عندما يحدث جهد فعل في أي جزء من الغشاء أثناء المرحلة الصعودية لمنحنى AP حتى ذروته (التجاوز)، يصبح هذا الجزء من الغشاء مولدًا بيولوجيًا للتيار الكهربائي، ويتدفق بداخله تيار إشارة إيجابية من خارج الغشاء إلى داخل الخلية . مصدر التيار الكهربائي هو التدفق السريع لأيونات الصوديوم عبر الغشاء.

على الجانب الداخلي للغشاء، يتدفق تيار كهربائي ذو إشارة إيجابية، يحيد شحناته السلبية، نحو المناطق غير المثارة، ويتغلب على مقاومة السيتوبلازم، ويتدفق في نفس الوقت إلى جانبه الخارجي، حيث يتدفق بالفعل نحو المنطقة المثارة، باستخدام السائل خارج الخلية كسلك (الشكل 9، أ).

تستخدم هذه التيارات السيتوبلازم وغشاء الخلية كسلك كهربائي سلبي ضعيف العزل يوضع في بيئة موصلة للكهرباء وتسمى كهربائي التيارات. وطالما كانت قوة هذه التيارات أقل من العتبة، فإنها لا تسبب جهد فعل وتسمى أيضًا التيارات المحلية. ولكن إذا كانت قوتها، حتى مسافة معينة من مكان توليدها، على سبيل المثال، من مكان منشأ AP السابق، أعلى بعدة مرات من قيمة العتبة، فإن هذه التيارات تحفز إزالة الاستقطاب في القسم المجاور من الغشاء مع ظهور إمكانات العمل لاحقًا هنا. في المستقبل، يتكرر كل هذا في الموقع المجاور التالي؛ يتحرك الإثارة في موجات على طول الغشاء. وبالتالي، عند إرسال إشارة على طول الألياف العصبية، تحدث عمليتان متفاعلتان. العملية الأولى هي إثارة الغشاء، أي. توليد PD يرجع إلى محددة، أي. الخصائص الكهربية النشطة لغشاء الخلايا المثيرة. الثاني - نقل الإشارة على طول الألياف من القسم المثار إلى القسم غير المثار - هو كهربائي بحت ويرجع إلى خواصه الكهربائية السلبية، عندما يتصرف الألياف العصبية كموصل سلبي للإمكانات الكهربائية. يُطلق على توصيل الإثارة على طول الألياف العصبية باستخدام العملية الأولى اسم النبض، والثانية - غير النبضية أو الكهربية. تتم طريقة النقل بدون نبض في شبكات عصبية معينة، حيث يلزم نقلها عبر مسافات معينة قصيرة إلى حد ما (انظر أدناه). أثناء التوصيل النبضي، تعمل الألياف العصبية كسلسلة من أجهزة الترحيل المتصلة بواسطة موصل تنتقل من خلاله الإمكانات الكهربائية من مرحل إلى آخر. ومع ذلك، نظرا لأن الألياف العصبية يمكن أن تنقل إشارة كهربائيا بحتة، إذن، أولا، لماذا تحتاج إلى مكررات متوسطة، وثانيا، إذا كانت لا تزال هناك حاجة إليها، فكم يجب أن تكون المسافات بين نقاط التتابع للألياف العصبية؟

طول الألياف العصبية ثابت . على عكس الكابل ذو القلب المعدني الموجود في الهواء، والذي يتم فيه إنفاق الجهد فقط للتغلب على مقاومة النواة نفسها، في الألياف العصبية، يتم إنفاق الجهد على مقاومة "القلب" للكابل - المحور المحوري، العزل - الغشاء، وعلى التسرب الحالي من خلال مسام الغشاء في السائل خارج الخلية. ولذلك، تنخفض قوة الإشارة الأولية تدريجيًا وتتلاشى الإشارة. يُطلق على طول قسم الألياف العصبية الذي تتناقص فيه القوة الحالية الناشئة في موقع الإثارة بمقدار e مرات طوله الثابت ويُشار إليه بالحرف اليوناني l-lambda. يشير الحرف e إلى قاعدة اللوغاريتمات الطبيعية، وهو ما يقارب 2.718. في الخلايا العصبية، يتراوح ثابت طول الألياف العصبية من 0.1 إلى 5 ملم. على سبيل المثال، على مسافة 4 لامدا، يكون سعة الجهد الكهربي 2% فقط من الجهد الأصلي. وبالتالي، في الألياف العصبية على مسافة 1 متر، لن تنطفئ الإمكانات الكهربية فقط، ولكن أيضًا الإشارة الناتجة عن AP. ولذلك، لكي تنتشر الإشارة إلى قوتها الأصلية، يجب تضخيمها. لكن طول الألياف العصبية لا يصل دائما إلى 1 م، وفي الحشرات الصغيرة يبلغ الطول الثابت للألياف العصبية 250 ميكرون، وهو ما يشكل في ذبابة الفاكهة 20% من جسمها. وعند هذه المسافة، ستضعف الإشارة الأصلية بمقدار 2.718 مرة فقط. هذا القدر من التوهين لا يتداخل مع إرسال الإشارة. لكن هذا الطول هو سمة من سمات العديد من الخلايا العصبية في دماغ الفقاريات. في الحيوانات العليا، توجد خلايا عصبية مفتوحة لا تولد AP على طولها، ولكنها موصلات سلبية للإمكانات الكهربية (الخلايا العصبية الشبكية، على سبيل المثال).

ثابت الوقت . لذلك، من أجل تحديد المسافة التي يمكن أن تنتقل عبرها الإشارة على طول الألياف العصبية غير النابضة، أي. الطريقة الكهربية، في كل مرة تحتاج فيها إلى أخذ وحدة طول - ثابت الطول، أو ثابت التوهين ( ل) الألياف العصبية.

ومع ذلك، فإن ثابت التخميد مفيد فقط في حالة التيار المستمر. لكن لا يمكن نقل أي معلومات باستخدام التيار المباشر؛ وهذا يتطلب التيار المتردد. عند تحديد سرعة انتشار الإشارة على طول الألياف العصبية التي تنطوي على تيار متردد، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار أن غشاءها يحتوي على سعة كهربائية (الشكل 10)، والتي يجب تفريغها قبل أن يصل السعة القصوى للتيار المتردد الحد الأقصى لها.

ويجب قضاء قدر معين من الوقت لهذا الغرض. خلال هذا الوقت، لا يقوم التيار بتفريغ سعة هذا القسم من الغشاء فحسب، بل يتدفق أيضًا (إلى الفضاء بين الخلايا). لذلك، مع تغير التيار المتناوب بسرعة، ستكون كفاءة تفريغ الغشاء أقل، وبالتالي تضعف الإشارة بشكل أسرع.

يتم تحديد معدل توهين الإشارة في هذه الحالة باستخدام ما يسمى. الثابت الزمني (t)، يساوي ناتج مقاومة (Rm) للغشاء وسعةه المحددة (Cm)، أي.

t=RmCm يتم تحديد الثابت الزمني للجهد الكهربي بواسطة الوقت الذي يصل فيه الجهد إلى المستوى 1/e، أي. 37% من سعتها النهائية؛ t=10 مللي ثانية يعني أنه بالنسبة لألياف عصبية معينة، فإن توهين الإشارة التي تدوم 10 مللي ثانية يتناسب مع طولها الثابت (l). سيتم إرسال مثل هذه الإشارة في هذا الألياف عمليا مثل التيار المباشر، ولكن بالنسبة للألياف العصبية مع t = 0.5 ثانية (الخلية العصبية الرخويات) ستكون هذه الإشارة بالفعل "سريعة"، أي. سوف تتلاشى على مسافة أقصر. في الفقاريات، في خلايا مختلفة، يتراوح الثابت الزمني (t) من 5 إلى 50 مللي ثانية.

وبالتالي، لنقل إشارة بطيئة بما فيه الكفاية مقارنة بثابت الوقت (t) وعلى مسافة مماثلة لثابت التوهين (l)، فإن الطريقة الكهربية (عديمة النبض) لإرسال الإشارة مناسبة تمامًا. إذا كانت المسافة التي يجب أن تنتقل عبرها الإشارة أكبر بكثير من ثابت التوهين، فإن تضخيمها مطلوب، أي. الإرسال مع التوليد المتسلسل لإمكانات الفعل – الإرسال النبضي للإشارات. ويختار التطور من بين هذه الطرق الطريقة التي تضمن على أفضل وجه نقل إشارة ذات قوة كافية إلى الطرف المستقبل للألياف العصبية، أو يستخدم كلا الطريقتين في وقت واحد، وبالتالي ضمان موثوقية الإشارة.

ومع ذلك، لضمان الوظيفة الفعالة للألياف العصبية، لا يلزم الموثوقية فحسب، بل نقل الإشارة في الوقت المناسب، الأمر الذي يتطلب سرعة نقل عالية بما فيه الكفاية.

سرعة النقل الالكتروتوني. تم تقديم هذا المفهوم في عام 1946 من قبل A. Hodgkin و V. Rushton]. بادئ ذي بدء، كان من الضروري معرفة ما الذي يجب أن نفهمه من سرعة الإلكترون؟ وإذا كنا نقصد الوقت الذي تظهر فيه إشارة صغيرة اعتباطية في ليف عصبي على مسافة معينة من مكان التنبيه، فهذه ستكون سرعة الضوء. ولكن لا يمكن استقبال إشارة بهذه القوة المنخفضة، لأنه عند نقطة الاستقبال يجب أن يكون لها قوة عتبة، وبالتالي فإن الإشارة بهذه القوة وسرعة الإلكترون المحددة عديمة الفائدة.

خصائص الألياف العصبية ككابل، غشاءها عبارة عن سلسلة من السعات الكهربائية (الشكل 9، أ و 10،

أرز. 10. انتشار الإثارة على طول الألياف العصبية.

يوضح أن انتشار إمكانات الغشاء على طول الألياف العصبية يتم عن طريق التفريغ المتسلسل لهذه السعات، والذي يتطلب تيارًا ذا قوة كافية في كل قسم من الألياف؛ إلى النقطة التالية، لا يمكن تحقيق تيار بهذه القوة إلا بعد تفريغ السعة السابقة، ومع تفريغ المزيد والمزيد من السعات البعيدة على التوالي، يقترب التوزيع المحتمل من قيمة ثابتة معينة (الشكل 11).

أرز. 11. سرعة انتشار الإثارة على طول الألياف العصبية.

على الرسم البياني، يتم التعبير عن هذه القيمة من خلال منحنى أسي، مما يوضح أن السرعة التي تصل بها الإشارة إلى نقطة معينة في الألياف التي يمكن استقبالها تعتمد على مدى سرعة اقتراب نمط التوزيع المحتمل على طول الألياف العصبية من قيمة ثابتة . وتعتمد هذه السرعة على الثابت الزمني ( ر) وثوابت التخميد ( ل). المزيد ر, كلما كان جزء التيار الذي يتدفق عبر الغشاء أصغر إلى السائل بين الخلايا المحيط بالألياف لكل وحدة طول للغشاء، وبالتالي، كلما زادت سرعة تفريغ التيار المتبقي للسعة التالية، وكلما زادت السعة (وبالتالي ل)، سيكون تفريغه أبطأ، وبالتالي اقتراب المنحنى المحتمل في هذا القسم من قيمة ثابتة.

المنحنى الأسي في الشكل. يوضح الشكل 2-11 أنه من المستحيل تحديد السرعة من اللحظة الزمنية التي يتم فيها الوصول إلى قيمة محتملة ثابتة في مرحلة ما، لأن الوقت لتحقيق ذلك يميل إلى ما لا نهاية. لذلك، اختار هودجكين وراشتون تعريفًا تقليديًا لسرعة الإلكترون. للقيام بذلك، استخدموا الأس المنصف للقيم الثابتة لإمكانات الغشاء (في الشكل 2-11 يشار إليه بالتقاطعات). ويمكن ملاحظة ذلك عند نقطة البداية أيصبح الجهد مساويًا لـ 0.5 من القيمة الثابتة في وقت أبكر مما هو عليه في نقاط أخرى من الألياف، وبعد ذلك يزداد هذه المرة بشكل موحد بمقدار 0.5 رعلى مسافة لوبالتالي، فإن سرعة إرسال الإشارة الكهربية هي السرعة التي تنتشر بها الألياف العصبية لتصل إلى نصف قيمة الحالة المستقرة لجهد الغشاء. ويتم التعبير عنها بالصيغة: V= 2 ل/ر، أي. يساوي ضعف ثابت طول الغشاء مقسومًا على ثابت الزمن.

إذا قبلنا ل= 2.5 ملم، و ر= 50 مللي ثانية، فإن سرعة الإلكترون ستكون 100 ملم في الثانية.

بالنسبة للانتشار الكهربي لإشارة في ألياف عصبية حقيقية، يجب مراعاة تفصيل مهم: يجب أن يكون سعة جهد الغشاء الأولي أقل من العتبة. إن قيمة العتبة المذكورة أعلاه لإمكانات الغشاء تضع الغشاء على الفور في حالة من الإثارة، أي. يؤدي إلى زوال استقطابها مع توليد جهد الفعل اللاحق، وهو ما نلاحظه في الألياف العصبية العادية].

التوصيل النبضي للإثارة . يحدث توصيل النبض العصبي على طول الألياف العصبية نتيجة لعمليتين متناوبتين: الإثارة النشطة للغشاء والسلبي - نقل الإمكانات الكهربية على طول قسم غير مثير من الألياف. ولذلك، فإن سرعة التوصيل النبضي على طول الألياف هي قيمة مركبة وتتكون من سرعة الإلكترون والوقت الذي يقضيه في توليد إمكانات الفعل. كلما زادت سرعة الإلكترون، زادت سرعة انتشار الإشارة على طول الألياف غير المثارة، مع الحفاظ على قيمة فوق العتبة، أي. قيمة قادرة على التسبب في توليد إمكانات العمل. وهذا بدوره يعتمد على الخصائص النشطة للألياف: عامل الأمان وسرعة توليد النبض.

عامل الأمان هو نسبة سعة جهد الفعل إلى عتبة إثارة الألياف. من الواضح أنه كلما زادت سعة AP وانخفضت عتبة إثارة الغشاء، زادت المسافة التي يستطيع AP تنشيط الجزء غير المثير من الغشاء. وأخيرًا، كلما زادت سرعة تنفيذ عمليات إنشاء PD، قل التأخير الزمني لإعادة الإرسال، وبالتالي زادت سرعة التنفيذ.

ما هي الفرص المتاحة للتطور لزيادة سرعة الإثارة على طول الألياف العصبية؟

لا يمكن زيادة سعة AP بشكل ملحوظ لسببين مهمين. أولاً، سيكون من الضروري لهذا الأمر زيادة الفرق في تركيز أيونات البوتاسيوم داخل وخارج الألياف مئات المرات، وبالتالي زيادة تكاليف الطاقة لمضخات الأيونات، الأمر الذي سيكون غير متناسب مع النتائج المحققة، وثانياً ، إهمال قدرات الغشاء الذي لا يوجد بشكل عام أي كائن حي في الطبيعة. النقطة هنا هي هذا. تبلغ سعة PD حوالي 0.1 فولت. وبالنظر إلى سماكة الغشاء (10 نانومتر)، تبلغ قوة المجال عليه 109 فولت. وإذا تمت زيادة سعة PD عدة مرات، فسيتم ثقب الغشاء. من المستحيل أيضًا تقليل عتبة الإثارة بشكل كبير، لأن ويجب أن يكون أعلى من مستوى التقلبات الطبيعية في جهد الغشاء الساكن، وهو ما يسمى. "ضجيج" الغشاء المرتبط بالحركة غير المتساوية لأيون K + يتدفق عبر الغشاء.

ولذلك فإن التطور له طريقتان لزيادة سرعة انتشار الإثارة في الألياف العصبية: إما تغيير قطرها، أو زيادة المسافة بين نقاط توليد AP، أي. محطات ترحيل الألياف العصبية.

لقد رأينا أعلاه أن سرعة الانتشار الكهربي للجهود تتناسب مع الجذر التربيعي للقطر، أي. أنه عندما يزيد قطر الألياف أربعة أضعاف، تتضاعف سرعة انتشار الإشارة من خلالها: مع قطر ليف يبلغ 200 ميكرون، تكون السرعة 20 م/ث، ومع زيادة قطر الألياف إلى 2 مم، ستزداد هذه السرعة زيادة إلى 60 م / ث. ومع ذلك، فإن هذا الأخير في كائن حي معقد من شأنه أن يؤدي إلى ازدحام الأنسجة بألياف عصبية ذات قطر كبير، الأمر الذي لن يكون غير اقتصادي فحسب، بل غير عقلاني من وجهة نظر شكل ووظيفة هذه الأنسجة. لذلك، اختار التطور الطريقة الثانية - طريقة التوصيل الملحي للإثارة بين محطات ترحيل الألياف العصبية المعزولة عن بعضها البعض. في الألياف الميالينية الرقيقة التي يبلغ قطرها 20 ميكرون، تصل سرعة انتقال النبضات إلى 120 م/ث. كيف يتم تحقيق هذه الزيادة في سرعة التوصيل؟

تختلف الألياف المايلينية عن الألياف العادية في أن أقسامها الطويلة إلى حد ما مغطاة بعزل جيد (المايلين). تتناوب هذه المناطق المايلينية بانتظام مع مناطق قصيرة (2 ميكرومتر) غير معزولة، تسمى. عقد رانفييه، حيث يكون الغشاء الليفي خاليًا من العزل. يبلغ حجم المقاطع المتقاطعة حوالي 100 مرة قطر ألياف معينة؛ يتكون العزل من خلايا غنية بالمايلين، والتي، مثل الشريط العازل، تغلف الألياف العصبية عدة مرات، مما يجعل من المستحيل تدفق الأيونات عبر الغشاء في هذه المناطق. في عمليات الاعتراض، يكون الغشاء متخصصًا في توليد جهود الفعل وهو مصدر للتيار؛ كثافة قنوات Na + هنا أكبر 100 مرة من الألياف عديمة اللب (الشكل 12).

أرز. 12. اعتراضات رانفييه.

يصل التيار المتولد في الاعتراض إلى الاعتراض التالي دون خسائر كبيرة، ويتدفق إلى هناك، ويثير توليد PD على غشاءه، وهو مصدر التيار لقسم الاعتراض التالي. وبالتالي، عندما يتغير جهد الغشاء، لا يتدفق التيار عبر غشاء مناطق التقاطع وينتشر الدافع في هذه المناطق إلكترونيًا، مع وقت صفر تقريبًا (0.05-0.07 مللي ثانية) وبدون توهين تقريبًا (بدون إنقاص). يحدث تأخير التوصيل فقط عند الاعتراضات حيث يجب أن يصل الجهد الكهربي إلى قوة العتبة ويتسبب في توليد جهد الفعل. هذا الترتيب للألياف العصبية لا يوفر سرعة عالية في الإثارة فحسب، بل إنه اقتصادي للغاية أيضًا: تعمل المضخات الأيونية فقط في الاعتراضات

وقد اختارت الطبيعة أن يكون طول المقطع التقاطع مساوياً لـ 100 مرة قطر هذا الليف. على الرغم من أنه ليس الأمثل من الناحية النظرية، إلا أنه يضمن توصيل النبضة حتى في حالة فقدان نشاط الغشاء لاعتراض واحد أو أكثر. حسنا، ماذا عن سمك العزل؟

حدد راشتون (1951) أن سرعة انتشار جهد الفعل في الألياف العصبية ستكون مثالية عندما تكون نسبة القطر الداخلي للجزء المايليني من الألياف إلى قطره الخارجي 0.6-0.7؛ يتم تحديد هذا المؤشر بالصيغة:

لبالجملة =1/2هـ، حيث K هي نسبة الأقطار، و ه= 2,718 . أكدت القياسات الفعلية للألياف العصبية الحقيقية التي أجراها علماء الأنسجة هذه البيانات.

6. تصنيف الألياف العصبية حسب السرعة.

بناءً على الدراسات الفيزيولوجية الكهربية للأعصاب التي حصل عليها إيرلانجر وجاسر، تم تقسيم جميع الألياف العصبية إلى ثلاث مجموعات - A وB وC، مع تحديد أربع مجموعات فرعية في المجموعة A (الجدول 1).

يمكن أن يحتوي العصب على عدد كبير من الألياف العصبية، التي تختلف في سرعة واتجاه حركة النبضات. فعصب الطرف السفلي عند الإنسان، على سبيل المثال، يحتوي على ألياف عصبية تختلف في وظيفتها وقطرها وسرعة توصيل النبضات. يتم تحديد إمكانات عمل مثل هذا العصب من خلال مجموعة كاملة من مجموعات الألياف وسرعة النبضات العصبية التي تنتقل من خلالها. عندما يتم تطبيق تهيج يمكن أن يثير الألياف العصبية لجميع المجموعات، يتم تسجيل جهد الفعل المركب للعصب بأكمله.

الجدول 1. تصنيف الألياف العصبية حسب إيرلانجر وجاسر.

	وظائف الألياف	متوسط ​​قطر الألياف، ميكرومتر	متوسط ​​سرعة التوصيل، م/ث
	الألياف الحسية والحركية للعضلات الهيكلية
	ألياف واردة من اللمس والضغط
	مغزل العضلات الحركية
	ألم الجلد الحساس ودرجة الحرارة
	متعاطفة ما قبل العقدية
	متعاطفة بعد العقدية

فعصب الطرف الخلفي، على سبيل المثال، يحتوي على ألياف عصبية تختلف في وظيفتها وقطرها وسرعة توصيلها. يتم تحديد إمكانات عمل مثل هذا العصب من خلال مجموعة كاملة من مجموعات الألياف وسرعات النبضات العصبية. عندما يتم تطبيق تهيج يمكن أن يثير الألياف العصبية لجميع المجموعات، يتم تسجيل جهد الفعل المركب للعصب بأكمله.

7. توليد الإثارة في المستقبلات.

في الكائن الحي يحدث تأثير المحفزات الطبيعية في أعضاء حسية خاصة، وتكون المحفزات عبارة عن الضوء والصوت والضغط ودرجة الحرارة والتغيرات في درجة الحموضة في البيئة وما إلى ذلك. وتسمى الخلايا التي تميز بين هذه المحفزات وترسل معلومات عنها إلى الجهاز العصبي بالمستقبلات.

عندما يعمل المنبه على خلية مستقبلة، يحدث زوال استقطاب غشاء عملياته الإدراكية، وبقوة كبيرة بما فيه الكفاية من المحفز، يحدث ما يسمى إمكانات المستقبلات. على عكس أغشية الخلايا الأخرى القابلة للاستثارة، فإن مدة جهد المستقبل تتوافق مع مدة التحفيز، ويتوافق اتساعه مع شدة التحفيز.

ينتشر جهد المستقبل كهربائيًا إلى قاعدة جسم الخلية المستقبلة، حيث ينشأ محورها العصبي، وهنا يتسبب في إزالة الاستقطاب الذي يتجاوز مستوى العتبة؛ حدوث إمكانية الفعل. ما هو محدد في هذه الحالة هو ما يلي: ينخفض ​​منحنى عودة استقطاب الغشاء في نهاية جهد الفعل إلى ما دون المستوى الأولي بكثير، ويحدث فرط استقطاب الغشاء، ويصل منحنى إزالة الاستقطاب اللاحق مرة أخرى إلى مستوى العتبة: ويحدث جهد الفعل التالي. وبالتالي، فإن إزالة الاستقطاب المستمر للغشاء المدخل للخلية المستقبلة الناجم عن التحفيز يؤدي إلى توليد سلسلة من جهود الفعل على غشاءها الناتج، والتي تنتشر بعد ذلك على طول المحور العصبي. تتوافق مدة إصدار سلسلة من APs مع مدة عمل التحفيز، ويتوافق تكرار النبضات في السلسلة مع شدة تأثيرها. وبالتالي، فإن جهود الفعل في شكل رمز تردد تنقل إلى الجهاز العصبي المركزي حجم ومدة التحفيز.

تسمى المستقبلات التي تشكل وحدة واحدة مع محور الخلية العصبية الحساسة بالمستقبلات الأولية؛ ترتبط المستقبلات الثانوية بمحور الخلية العصبية عن طريق المشابك العصبية، ويحدث تحول إمكانات المستقبل إلى سلسلة من إمكانات العمل في النهايات المستقبلة (المحطات الطرفية) للخلية العصبية تحت تأثير الوسيط الصادر عن المستقبل. يتم تحديد مدة وتكرار السلسلة في هذه الحالة من خلال مدة الإصدار ومقدار الوسيط.

8. انتقال الإثارة بين الخلايا.

تسمى الهياكل التي تنشأ عند نقطة الاتصال بين نهاية محور عصبي للخلية العصبية وغشاء الخلية التالية (عضلة أو غدية أو عصب) بالمشابك العصبية. يتضمن التكوين المسمى المشبك أغشية الخلايا المتلامسة - قبل المشبكي وبعد المشبكي، والتي تبقى بينها مساحة بعرض 10-50 نانومتر (100-500 أ) - الشق التشابكي. هذا العرض للفجوة يجعل من المستحيل نقل الإثارة كهربائيًا من خلية إلى أخرى بسبب الفقد الكبير للتيار في السائل بين الخلايا. ومع ذلك، قد يلعب النقل الكيميائي للإثارة في المشابك العصبية دور آلية تعزيز الإثارة. يعتمد على كمية الوسيط المنطلق، وعلى مدة إطلاقه، وحساسية الغشاء المستقبل، كل هذا يمكن تنظيمه على النحو الأمثل من خلال التطور، وبالتالي، يعمل المشبك على مبدأ الصمام الذي يسمح بإثارة العصب. شدة معينة لتمريرها.

الأهمية البيولوجية للمشابك العصبية . بدون المشابك العصبية كصمامات، لن يكون النشاط المنظم للجهاز العصبي المركزي ممكنًا. يمكن تعديل كفاءة انتقال متشابك. على سبيل المثال، يتحسن انتقال الإثارة مع الاستخدام المتكرر للمشبك العصبي.

تلعب الطريقة المتشابكة للاتصالات بين الخلايا العصبية دورًا مهمًا في تطور وتكوين الجهاز العصبي للكائنات الحية في عمليات التطور والتطور. أثناء عملية التولد، يتطور الجهاز العصبي المركزي للفرد ويتحسن إلى عمر معين، سواء عن طريق إضافة خلايا عصبية جديدة أو عن طريق ظهور وإنشاء اتصالات متشابكة بين الخلايا العصبية الجديدة بينها، وهو أمر مستحيل في حالة جامدة ثابتة الاتصالات المورفولوجية بين الخلايا.

أخيرًا، المشابك العصبية هي نقاط تطبيق العديد من المواد الدوائية التي تمنع انتقال الإثارة، بما في ذلك المواد ذات المنشأ الداخلي التي لها أهمية دوائية ومرضية إيجابية. سيتم مناقشتها عند النظر في وظيفة هياكل الدماغ.

دعونا نفكر في آلية النقل التشابكي باستخدام مثال المشبك العصبي العضلي.

الوصل العصبي العضلي مع. يظهر هيكل المشبك العصبي العضلي بشكل تخطيطي في الشكل. 13.

أرز. 13. المشبك العصبي العضلي (الكيميائي).

محاور الخلايا العصبية الحركية في النخاع الشوكي والنواة الحركية للنخاع المستطيل والدماغ المتوسط ​​تتشابك مع ألياف العضلات الهيكلية. يتكون الغشاء قبل المشبكي من العديد من الفروع الطرفية للمحور العصبي التي فقدت غمد المايلين. ينتمي الغشاء بعد المشبكي الموجود في المشبك إلى الألياف العضلية ويسمى باللوحة النهائية. تحتوي الحويصلات المشبكية الموجودة في أطراف المحاور العصبية السميكة على مادة كيميائية تسمى الأسيتيل كولين.

تحت تأثير جهد عمل المحور العصبي، يتم إطلاق الأسيتيل كولين من خلال غشاء ما قبل المشبكي من الحويصلات المشبكية، والتي، بعد مرورها عبر الشق التشابكي، تسبب إزالة استقطاب الصفيحة النهائية وظهور إمكانات الصفيحة النهائية المحلية (EPP) عليها. هذا الأخير يختلف عن إمكانات العمل في عدد من الخصائص. ويستمر لفترة أطول؛ ويتميز منحنىه، الذي يقع على الجانب السلبي من المحور السيني، بارتفاع حاد لمدة 1-1.5 مللي ثانية وانخفاض بطيء يدوم 3.5-6 مللي ثانية. لا يخضع EPP لقانون "الكل أو لا شيء"، ويعتمد اتساعه على كمية المرسل المنطلق في المشبك وحساسية الغشاء بعد المشبكي تجاهه. مع تردد كافٍ لجهود الفعل التي تصل إلى الغشاء قبل المشبكي، يتم تلخيص كمية المرسل المنطلق في المشبك، وبالتالي، EPP، مما يحفز ظهور إمكانات الفعل على غشاء الألياف العضلية.

من أجل الإطلاق الطبيعي للمرسل في المشبك، فإن وجود أيونات الكالسيوم ضروري. السبب وراء إطلاق المرسل في الشق التشابكي ليس إزالة استقطاب الغشاء قبل المشبكي نفسه، ولكن حقيقة أن إزالة الاستقطاب تفتح الطريق أمام الكالسيوم إلى النهاية قبل المشبكي. إذا تمت إزالة الكالسيوم من البيئة الخارجية، فلن يعمل المشبك الكيميائي تحت أي إزالة للاستقطاب. تتم دراسة آلية عمل أيونات Ca 2+ على إطلاق الوسيط. لقد ثبت أن إطلاقه في المشبك يسبقه زيادة حادة في نفاذية الغشاء قبل المشبكي لأيونات الكالسيوم، والتي تخترق بسرعة محطة ما قبل المشبكي للمحور العصبي. بعد أن تؤدي أيونات Ca 2+ وظيفتها، يتم ضخها خارج المحور العصبي بواسطة مضخات أيون الكالسيوم، والتي يحافظ عملها باستمرار على تركيز غير متوازن لأيونات الكالسيوم حول الغشاء.

يتم إنتاج الطاقة اللازمة لتشغيل المضخات في الميتوكوندريا في أطراف المحور العصبي، والتي يتم إنفاقها أيضًا على إعادة تركيب الأسيتيل كولين من الكولين وحمض الأسيتيك في نفس الأطراف.

حصار النقل العصبي العضلي . التخدير الموضعي (نوفوكائين) يمنع توصيل الإثارة في النهايات العصبية قبل المشبكي. يجعل توكسين البوتولينوم من المستحيل إطلاق جهاز الإرسال، لأنه يمنع نفاذية الغشاء قبل المشبكي لأيونات الكالسيوم. تعمل أيونات المغنيسيوم بالمثل على الغشاء. سم الأفعى، على سبيل المثال، أ-بونغاروتوكسين، سم الكورار، يحجب مستقبلات الأسيتيل كولين في الغشاء بعد المشبكي، بشكل لا رجعة فيه (سم الأفعى) أو بشكل عكسي (سم الكورار) عن طريق الارتباط بها. تعمل مركبات الفسفور العضوي بجرعات سامة على تثبيط إنزيم الكولينستراز، الذي يفكك الأسيتيل كولين عادة بعد أن يؤدي وظيفته. في هذه الحالة، يعمل الإنزيم، الذي لا ينفصل بمرور الوقت، في المشبك لفترة طويلة بحيث يحدث تعطيل لمستقبلات الغشاء بعد المشبكي للمرسل.

تم عزل بروتين من سم عنكبوت كاراكورت - اللاتروتوكسين، وهو في الأساس قنوات الكالسيوم غير المغلقة. يتم تثبيته في الغشاء قبل المشبكي ويبدأ في السماح للكالسيوم بالدخول إلى النهاية. نتيجة لذلك، يتم استنفاد احتياطيات الأسيتيل كولين في المحطات بالكامل ولا يمكن للجهاز العصبي أن يسبب تقلصات العضلات (بما في ذلك الجهاز التنفسي).

تُستخدم بعض المواد التي تمنع النقل التشابكي في التخدير والإجراءات الطبية الأخرى لإرخاء العضلات. وتسمى هذه المواد مرخيات

المشابك الكهربائية . بالإضافة إلى المشابك الكيميائية، تم العثور على المشابك الكهربائية في جسم الحيوانات. في ES، تمر تدفقات الأيونات من أطراف المحور العصبي إلى الخلية المستهدفة مباشرة من خلال قنوات خاصة في أنابيب أجهزة "رسو السفن" البروتينية الغشائية المحددة - connexons. تشكل جزيئات البروتين Connectin بنية خاصة في أغشية محطة المحور العصبي والغشاء بعد المشبكي للخلية المستهدفة - Connecton، يتكون من ستة جزيئات ولها قناة في الداخل. يتصل اثنان من أغشية المشبك المتجاورة ببعضهما البعض ويفتح ثقب في كل منهما - وهي قناة كانت مغلقة سابقًا (تشبه هذه العملية فتح البوابات أثناء الالتحام). تقدم هذه القناة مقاومة منخفضة لمرور الأيونات. هناك العديد من connexons في ES. وبالتالي، فإن ES يربط خليتين مع العديد من الأنابيب الرفيعة التي يبلغ قطرها حوالي 1-1.5 نانومتر، وتمر داخل جزيئات البروتين (الشكل 14، د).

أرز. 14. المشابك الكهربائية.

تمتلئ المسافة بين connexons في الشق التشابكي للـ ES بمادة عازلة. في الطيور، في سلسلة الخلايا العصبية التي تضمن تفاعل حدقة العين للضوء، تمتلئ فجوة المشابك الكهربائية بالميالين.

السمة المميزة لـ ES هي سرعتها. السمة المميزة الثانية لـ ES هي أنها تنقل الإشارة في كلا الاتجاهين، أي. فهي متناظرة. ومع ذلك، هناك ES تتشكل بواسطة أغشية ذات خصائص تصحيحية تنقل الإشارة في اتجاه واحد، بالإضافة إلى نقاط الاشتباك العصبي الكيميائية المتناظرة، حيث توجد حويصلات مع جهاز إرسال على جانبي الشق التشابكي. توجد ES غالبًا في اللافقاريات والفقاريات السفلية (السيكلوستوم والأسماك).

أجهزة مثل المشابك العصبية. تلعب الأجهزة مثل المشابك العصبية دورًا مهمًا في حياة مجموعة واسعة من الأنسجة والأعضاء. على سبيل المثال، ترتبط خلايا القلب في مجموعة متنوعة من الحيوانات بقنوات مصنوعة من نفس بروتين الوصل الذي يشكل القنوات في ES. في هذه الحالة، تسمى منطقة الاتصال الخلوي جهة اتصال عالية النفاذية (المشبك هو جهة اتصال يكون فيها مشارك واحد على الأقل خلية عصبية). ترتبط خلايا العضلات الملساء للأعضاء الداخلية ببعضها البعض عن طريق نظام من الوصلات. ترتبط أيضًا الخلايا غير القابلة للاستثارة (الخلايا الظهارية، والغدد، والكبد، وما إلى ذلك) عن طريق جهات اتصال عالية النفاذية. في الواقع، جميع أنسجة الجسم تقريبًا ليست عبارة عن تراكمات من الخلايا المفردة، بل هي مجموعة واحدة يمكن للخلايا فيها تبادل الجزيئات المختلفة من خلال قنوات اتصال عالية النفاذية. بفضل هذا، من الممكن وجود نوع من "المساعدة الخلوية المتبادلة" في الأنسجة. على سبيل المثال، إذا كانت المضخات الغشائية لا تعمل بشكل جيد في الخلية، فإن جيرانها، من خلال قنوات الاتصال عالية النفاذية، "يتشاركون" معها احتياطياتهم الأيونية ويحافظون على إمكانات الراحة.

Connexons ليست أنابيب مستقرة، ولكنها هياكل ديناميكية: يمكن أن تفتح قنوات connexon وتغلق تحت تأثير عوامل مختلفة. تم توضيح الآلية الجزيئية لإغلاق هذه القناة. يتكون Connecton من 6 وحدات فرعية يمكن أن تتحرك بالنسبة لبعضها البعض (انظر الشكل 2-12، ب)، ويمكن أن تغلق الحفرة؛ يشبه هذا الجهاز إلى حد كبير جهاز غشاء الكاميرا ذو الشفرات المتحركة. إذا تعرضت الخلية لأضرار جسيمة في الغشاء ولم تتمكن آليات الحماية الخاصة بها من التعامل مع الفائض، على سبيل المثال، الكالسيوم القادم من البيئة، ونتيجة لذلك تكون الخلية محكوم عليها بالموت، فإن التركيز العالي للكالسيوم داخل هذه الخلية يؤثر على تتصل بالخلايا المجاورة وتغلق قنواتها وتنفصل الخلايا المجاورة عن الجارة المتضررة. قال أحد العلماء المشهورين: «تعمل خلايا القلب معًا ولكنها تموت وحدها». الآن نحن نعرف لماذا هذا ممكن.

إن ديناميكية connexons مهمة ليس فقط من أجل البقاء. لقد ثبت أنه يمكن العثور على اتصالات عالية النفاذية بالفعل في المراحل الأولى من تطور أجنة الحيوانات المختلفة؛ فهي تربط الخلايا التي تظهر أثناء الانقسامات الأولى للبويضة، وأثناء التطوير الإضافي تظهر أو تختفي. ومن ثم تؤثر الخلايا على بعضها البعض ببعض المواد، ثم يتم عزل مناطق الجنين عن بعضها البعض ثم يتكون في هذه المناطق أنسجة متجانسة من خلايا متطابقة؛ ثم يتم ربط هذه المناطق مرة أخرى عن طريق الاتصالات مع الجيران، وتؤدي لعبة الاتصالات المعقدة هذه وظائف معينة في تنظيم التطور الطبيعي. كل هذا يشير إلى أن الإشارة في ES هي "مهنة" ثانوية للبنية، والتي، مثل المضخات الأيونية، تلعب دورًا أكثر عمومية وجوهرية في تطور الكائنات الحية وعمل أنسجتها.

وبالمثل، فإن مبدأ تشغيل المشابك الكيميائية يستخدم في الكائنات الحية ليس فقط لنقل المعلومات، ولكن أيضًا لأغراض أخرى. وهكذا، تستخدم الخلايا الإفرازية المختلفة أيونات Ca2+ لتنظيم إطلاق الإفرازات، تمامًا كما هو الحال في المشبك الكيميائي، تُستخدم هذه العملية لتحرير جهاز إرسال. لاحظ أن خلايا العديد من الغدد قابلة للاستثارة كهربائيًا.

خذ بعين الاعتبار، على سبيل المثال، عمل خلايا البنكرياس البائية التي تنتج الأنسولين. توجد على سطح هذه الخلايا مستقبلات تستجيب لمستوى الجلوكوز في سائل الأنسجة الذي يغسلها. إذا كان مستوى تركيز الجلوكوز في الدم أعلى من المعدل الطبيعي، فعندئذ تحت تأثير هذه المستقبلات يتم إزالة الاستقطاب من الخلايا (نتيجة لإغلاق قنوات البوتاسيوم) وتنشأ إمكانات العمل فيها من الكالسيوم الطبيعة، فإنها تنشأ بسبب فتح قنوات الكالسيوم. وفي هذه الحالة تدخل أيونات Ca2+ إلى الخلية مما يؤدي إلى إطلاق الأنسولين في الدم، كما في حالة النهايات العصبية يؤدي إلى إطلاق الوسيط. كما يظهر دور الكالسيوم في إفراز المواد المختلفة، وخاصة الهرمونات، بالنسبة للعديد من الغدد الأخرى. من المستحسن ملاحظة أن الآلية الموصوفة لحدوث إمكانات الفعل في خلايا البنكرياس ربما تحدث أيضًا في خلايا منطقة ما تحت المهاد، والتي تستجيب لمستويات مختلفة من تركيز بعض الهرمونات،

تطلق خلايا الجسم المختلفة مواد مختلفة في بيئتها؛ بادئ ذي بدء، هذه هي خلايا الغدة. يتم تعبئة هذه المواد في حاويات غشائية - حويصلات، ويتم تنظيم إطلاقها بواسطة أيونات Ca2+ التي تدخل الخلية عبر قنوات الكالسيوم الخاصة. ونتيجة للتطور، بدأت الخلايا العصبية في استخدام هذه الآلية في بناء المشابك العصبية الكيميائية؛ تحتوي الحاويات على وسيط، ومن ثم يتم تنظيم إطلاقه بنفس طريقة إطلاق الهرمونات والمواد الأخرى، ومن هذا المنطلق فإن الخلايا العصبية ذات المشابك الكيميائية هي أحد أنواع الخلايا الإفرازية، والوسيط هو سرهم، الذي لا يتم إطلاقه في الدم فحسب، يصل إلى مستهلكين محددين للغاية من خلال الشق التشابكي. ومن ناحية أخرى، فإن عمل الخلايا الغدية يشبه عمل الخلايا العصبية، ولكن إمكانات عملها تعمل على فتح قنوات الكالسيوم والسماح بدخول أيونات Ca2+. نرى نفس الشيء في الخلايا العضلية، حيث يفتح جهد الفعل البوابة لأيونات Ca 2+، التي تؤدي إلى عملية الانكماش.

وبالتالي، أولا، نرى مرة أخرى التشابه الوثيق للآليات التي تستخدمها خلايا الجسم المختلفة لأغراض مختلفة، وثانيا، بالنظر إلى الأمام، يمكننا أن نقترح أن سر التلوين العاطفي للأحاسيس وأعلى مظهر من مظاهر الجهاز العصبي نشاط الدماغ البشري - أحاسيس الوعي والتفكير - يقع على وجه التحديد في وحدة وظائف الخلايا العصبية هذه. أولئك. فهي تمتلك خاصية كونها خلية عصبية (تولد وتوصيل النبضات الكهربائية) وخلية إفرازية.

9. اعتماد وظيفة الخلية العصبية على شكلها.

يتم تحديد الوظائف الفسيولوجية للخلية العصبية إلى حد كبير من خلال خصائصها الكهربائية. نحن نعلم بالفعل أن الخلايا العصبية تأتي في مجموعة واسعة من الأشكال، حيث تكون محاورها من حيث المبدأ على شكل كابل أسطواني وأجسامها كروية إلى حد ما. ومن خلال مقارنة الخواص الكهربائية للكرة والأسطوانة المكونة من أغشية متطابقة، سنرى مدى أهمية شكل الخلية القابلة للاستثارة في تحديد هذه الخصائص.

يمكن تقسيم المعلمات الكهربائية التي تميز الخلية العصبية إلى مجموعتين: 1) المعلمات التي تميز مادة الغشاء والسيتوبلازم - المقاومة النوعية للغشاء (Rm)، تساوي 1-10 كيلو أوم/سم2، سعته الكهربائية المحددة (1 μF/cm2) ومقاومة السيتوبلازم المحددة (Ri) تساوي حوالي 100 أوم.سم؛ ولا تعتمد هذه المعلمات على شكل الخلية؛ 2) معلمات النظام. وهي تميز الألياف أو الخلية أو نظام الخلايا المتصلة ككل وتعتمد على الحجم والشكل؛ إحدى معلمات النظام هي مقاومة الإدخال - Rin

مقاومة الدخل هي نسبة التحول في جهد الغشاء للخلية إلى كمية التيار الكهربائي المار فيها: Rin = DV/I. وبالتالي، فإن مقاومة الإدخال هي تماثلية للمقاومة الطبيعية لقسم من الألياف العصبية.

يتم التعبير عن مقاومة مدخلات المحور (الأسطوانة) بالصيغة:

رين = 1/ص 2(Rm Ri)/8a3،أين أ-نصف قطر محور عصبي .

في هذه الصيغة، Rm وRi هما مقاومة الغشاء والسيتوبلازم للمحور العصبي، على التوالي، أي. معلمات المجموعة الأولى يتم تحديد كل شيء آخر من خلال هندسة الألياف كأسطوانة طولها أكبر بكثير من نصف قطرها. ماذا لو كانت الخلية الكروية نصف قطرها a مصنوعة من نفس المادة؟ لقد ثبت أنه حتى في الخلايا الكروية الكبيرة جدًا (قطرها 1 مم)، تكون مقاومة السيتوبلازم 0.1٪ فقط من مقاومة الغشاء؛ في الخلايا الكروية ذات القطر الأصغر بكثير (جميع الخلايا العصبية هكذا)، يمكن تجاهل مقاومة السيتوبلازم، وفي الواقع تعتمد مقاومة مدخلات الخلية الكروية فقط على مقاومة غشاءها ونصف قطرها: Rin = Rm / 4pa3

وبالتالي، في الخلية الكروية، تتناسب مقاومة الإدخال بشكل مباشر مع مقاومة الغشاء، لذلك إذا انخفضت مقاومة غشاءها، على سبيل المثال، بمقدار 36 مرة، عند إثارة الخلية، فإن مقاومة الإدخال للنظام ستنخفض أيضًا بنسبة 36 مرة.

بالنسبة للألياف، تتناسب مقاومة الإدخال مع 2Rm فقط، لذلك إذا انخفضت مقاومة الغشاء أيضًا بمقدار 36 مرة أثناء الإثارة، فإن مقاومة الإدخال ستتغير فقط بمقدار 6 مرات.

كيف يؤثر كل هذا على وظائف الخلية العصبية؟ في الخلية الكروية، لا تختفي إمكانات الغشاء على الفور، كما هو الحال في الألياف الأسطوانية، ولكن ببطء - بشكل كبير، تتناسب إمكانات ما بعد المشبكي في المشابك العصبية بشكل مباشر مع مقاومة مدخلات الغشاء بعد المشبكي، وبالتالي، في خلية كروية ذات قطر. عند 10 ميكرون، سيكون جهد ما بعد المشبكي أكبر 100 مرة مما هو عليه في خلية يبلغ قطرها 100 ميكرومتر. كلما انخفضت مقاومة الإدخال، انخفضت كفاءة المشابك العصبية المثيرة. يعمل وسيط المشبك المثبط في الخلية الكروية على تقليل مقاومة مدخلات الغشاء بعد المشبكي، مما يقلل من فعالية النبضات المثيرة؛ وفي الألياف الأسطوانية يكون هذا التأثير أصغر بكثير.

يؤدي الانخفاض البطيء في إمكانات الغشاء على غشاء الخلية الكروية إلى زيادة كفاءة الجمع المؤقت فيها بشكل كبير. اختلاف أشكال وأحجام أجسام الخلايا العصبية في القشرة الدماغية ليس ظاهرة عشوائية!

موصلية الألياف العصبية مع تغير قطرها. وقد تبين أنه في نفس الليف قبل تمدده تتباطأ الإشارة العصبية وتقل سعتها؛ عندما تتوسع الألياف ست مرات، لا يمكن للـ PD المرور عبر هذا التمدد. على العكس من ذلك، عندما يضيق الليف، عند اقترابه من مكان التضييق، تزداد سرعة الدفعة وتزداد سعتها. تعد زيادة سعة AP في نهاية الطرف أمرًا مهمًا جدًا لعمل المشابك العصبية الكيميائية، حيث إنها تحسن ظروف إطلاق الوسطاء إذا تفرع محور عصبي مستدق إلى فرعين، يكون قطرهما الإجمالي أقل من القطر في موقع التفرع، ثم AP قبل التفرع يتسارع، وإذا كان القطر الإجمالي للفروع أكبر - فإن سرعة PD تتباطأ وربما تصبح مسدودة. الموصلية التشعبات. في اتجاه توصيل الإثارة، تبدأ التشعبات بفروع رفيعة ومتعددة، والتي تندمج بشكل متكرر في فروع أكثر سمكًا وتنتهي بجذوع سميكة على جسم الخلية العصبية. يبلغ طول التشعبات عشرات المرات أكبر من قطر جسم الخلايا العصبية، ويمكن أن يصل سمك الفروع الطرفية إلى أجزاء من الميكرومتر. في بعض التشعبات، يكون الغشاء غير قابل للإثارة (لا يولد نقاط وصول) ويمكنه نقل الإشارات إلكترونيًا فقط ككابل سلبي؛ وفي حالات أخرى، يكون قادرًا على توليد وتوصيل إمكانات الحركة مثل المحور العصبي، ولكن في اتجاه جسم العصبون. في الحالة الأولى، كما يعتقد العلماء، توجد العديد من المشابك العصبية على فروع طرفية رفيعة ويصل العمل المشترك لهذه المشابك العصبية إلى جسم الخلية العصبية. أظهر التقييم الكمي أن كفاءة المشابك العصبية الجذعية أقل بمقدار 3-5 مرات فقط من المشابك العصبية الموجودة على جسم العصبون، حيث يتم استقبال الإمكانات الكهربية في المشبك الشجيري عند المشبك الشجيري بسبب نصف القطر الصغير للمحطة الجذعية و. وبالتالي فإن حجمها الكبير يصل بشكل فعال إلى مقاومة المدخلات في جسم الخلية (انظر أعلاه). هذه القوة كافية للتعويض عن ضعف الإشارة أثناء تحركها في اتجاه التوسع التشعبي.

في الخلايا العصبية التي يكون غشاءها التغصني قادرًا على توليد وتوصيل جهود الفعل، تؤدي الكفاءة العالية المماثلة للمشابك الجذعية إلى حقيقة أن عددًا قليلًا فقط من المشابك العصبية سيرفع إمكانات الغشاء إلى العتبة ويسبب جهد فعل في هذا الفرع الذي سيبدأ في ينتشر إلى جسم الخلية. سيعتمد مصيرها الإضافي على خصائص العقد المتفرعة التي يجب أن تمر بها في الطريق إلى جسم العصبون، وعلى العدد والتزامن الزمني لجهود الفعل التي تصل إلى مواقع التفرع على طول الفروع الأخرى، وما إلى ذلك. ونتيجة لذلك، يعمل هذا النوع من الخلايا كدائرة منطقية معقدة. تعمل الخلايا ذات نظام معقد من التشعبات مثل عناصر الكمبيوتر المعقدة للغاية.

وظائف العمود الفقري الجذعية . توجد على التشعبات في العديد من الخلايا العصبية تشكيلات خاصة تسمى. العمود الفقري. تمثل هذه التكوينات الشبيهة بالفطر، على شكل رأس على ساق رفيع، نتوءًا من غشاء الخلية للتغصنات التي يتشكل عليها المشبك الكيميائي مع طرف خلية عصبية أخرى. يعتقد العلماء أن وظيفة العمود الفقري هي كما يلي. في حالة وجود غشاء غير قابل للاستثارة، تقلل الأشواك بشكل كبير من التأثير المتبادل للمشابك العصبية المجاورة على الغشاء بعد المشبكي للتشعبات، حيث، في حالة عدم وجود أشواك، سيكون هناك انخفاض كبير في مقاومة مدخلات التشعبات المحطة وبالتالي انخفاض في مستوى إمكانات الغشاء. أظهرت الحسابات أنه على الرغم من أن المشابك العصبية في العمود الفقري أقل فعالية بشكل فردي من المشابك العصبية الموجودة مباشرة على التغصنات، إلا أن التأثير الإجمالي لعملها أعلى بشكل ملحوظ.

إذا كان غشاء العمود الفقري مثيرًا، فيمكنه العمل كمضخم للإرسال المتشابك. نظرًا لرقاقة الرقبة، تكون مقاومة العمود الفقري للمدخلات عالية جدًا ويمكن أن يتسبب مشبك عصبي واحد في حدوث جهد فعل في الرأس، مما سيرسل تيارًا كهربائيًا أقوى بكثير إلى التغصنات من تيار المشبك العصبي.

10. وظائف الخلايا الدبقية العصبية.

تمتلئ المساحة بين الخلايا العصبية في الجهاز العصبي المركزي بخلايا داعمة متخصصة تسمى الخلايا الدبقية. عددهم أعلى بـ 5-10 مرات من عدد الخلايا العصبية. تشكل الدبقية أيضًا أغلفة المايلين للمحاور العصبية الطرفية.

تنقسم الخلايا الدبقية إلى مجموعتين - الخلايا النجمية والخلايا الدبقية قليلة التغصن. تقوم الخلايا النجمية بتنظيف المساحة خارج الخلية للخلايا العصبية من الأيونات الزائدة والوسطاء وبالتالي تعمل كمخزن مؤقت في حالة زيادة تركيز أيونات الكالسيوم خارج الخلية والقضاء على "التدخل" الكيميائي أثناء ذلك. عمل الخلايا العصبية. لم يتم إثبات الوظيفة الغذائية للخلايا الدبقية فيما يتعلق بالخلايا العصبية، على الرغم من أنها يمكن أن تغير وصول الأكسجين والجلوكوز إلى الخلايا العصبية. منع التدفقات المقابلة للسائل بين الخلايا. يمكن للخلايا النجمية تغيير الإشارة المرسلة في المشابك العصبية عن طريق حجب أجزاء معينة من الأغشية في الشقوق التشابكية. في الأماكن التي يكون فيها تلف الدماغ محدودًا، تؤدي الخلايا النجمية وظائف صحية، وتشارك في إزالة الأجزاء الميتة من الخلايا العصبية.

تلتف الخلايا الدبقية قليلة التغصن حول محاور الخلايا العصبية وتشكل غمد المايلين الخاص بها في الجهاز العصبي المركزي. نوع من الخلايا قليلة التغصن، خلايا شوان، تشكل غمد المايلين المتقطع للمحاور الطرفية.

11. نمو وتطور الخلايا العصبية في تكوين الجنين.

تتطور الخلية العصبية من خلية طليعية صغيرة تتوقف عن الانقسام حتى قبل أن تنتج عملياتها.

لا تزال مسألة تقسيم الخلايا العصبية نفسها مثيرة للجدل حاليًا. وكذلك مدى ملاءمة هذه العملية في الكائن الحي المتشكل. يعد تجديد العمليات التالفة من جانب جسم الخلية حقيقة مثبتة تمامًا. عادةً، يبدأ المحور العصبي بالنمو أولاً، وتتشكل التشعبات لاحقًا. في نهاية عملية تطوير الخلية العصبية، تظهر سماكة غير منتظمة الشكل - "مخروط النمو"، والذي، على ما يبدو، يشق طريقه عبر الأنسجة المحيطة. مخروط النمو هو جزء مسطح من عملية الخلايا العصبية مع العديد من الأشواك الرفيعة. يبلغ سمك المسامير الصغيرة 0.1-0.2 ميكرومتر ويصل طولها إلى 50 ميكرومتر. للمقارنة، تذكر أن قطر خلية الدم الحمراء البشرية هو 7.3 ميكرون. تبلغ المنطقة الواسعة والمسطحة لمخروط النمو حوالي 5 ميكرومتر في العرض والطول. الفراغات بين الأشواك الصغيرة مغطاة بغشاء مطوي.

المسامير الدقيقة في حركة مستمرة. يتم سحب بعضها إلى المخروط، والبعض الآخر يستطيل، وينحرف في اتجاهات مختلفة، ويلمس الركيزة ويمكن أن يلتصق بها. مباشرة أسفل المناطق المطوية من الغشاء وفي العمود الفقري توجد كتلة كثيفة من خيوط الأكتين المتشابكة والميتوكوندريا والأنابيب الدقيقة والخيوط العصبية المشابهة لتلك الموجودة في الجسم العصبي.

من المحتمل أن الأنابيب الدقيقة، والخيوط العصبية، وخيوط الأكتين (انظر أدناه) تستطيل في المقام الأول بسبب إضافة وحدات فرعية مركبة حديثًا في قاعدة العملية العصبية. وهي تتحرك بمعدل ملليمتر واحد تقريبًا في اليوم، وهو ما يتوافق مع سرعة النقل المحوري البطيء في الخلية العصبية الناضجة. تتم إضافة مادة غشاء جديدة، على ما يبدو في النهاية. يتم نقل الحويصلات الغشائية الصغيرة على طول عملية الخلايا العصبية من جسم الخلية إلى مخروط النمو مع تيار من النقل المحوري السريع. يبدو أن مادة الغشاء يتم تصنيعها في جسم الخلية العصبية، ويتم نقلها إلى مخروط النمو على شكل حويصلات ويتم دمجها هنا في غشاء البلازما عن طريق الإخراج الخلوي، وبالتالي إطالة عملية الخلية العصبية.

عادة ما يسبق نمو المحاور والتشعبات مرحلة من الهجرة العصبية، عندما تتفرق الخلايا العصبية غير الناضجة وتجد موطنًا دائمًا في الشبكات العصبية.

الحقيقة القديمة التي تقول إن الأسماك غذاء خاص للدماغ لا تخلو من أساس - لأن الأسماك كانت أول الكائنات الحية التي لها دماغ. وصلت تيارات دماغهم إلى قوة رائعة. توجد اليوم أسماك ذات إمكانات كهربائية أعلى بمئات المرات من قدرة قناديل البحر القديمة. بعضها، على سبيل المثال، ثعبان البحر الكهربائي، قادر على إنتاج صدمة تبلغ 600 فولت، وهذه ليست أكثر من بطاريات حية، جزء من الطاقة الكهربائية التي ينتجها الدماغ. الدماغ البشري هو أيضًا عضو كهروكيميائي، لكنه عضو لا يمكنه إنتاج سوى جهد كهربائي صغير - بحد أقصى عُشر فولت عند الحد الأدنى من التيار. يتم نقل هذه الطاقة عن طريق الخلايا العصبية، أو الخلايا العصبية، التي يمتلك الشخص في المتوسط ​​15 مليار منها، وهي متصلة ببعضها البعض بطريقة معينة. بينهما ما يسمى بالغليشاسيليا. تتكون الخلية العصبية الفقارية النموذجية من جسم الخلية وعمليات خلوية مختلفة. تسمى العمليات الأقصر والمتفرعة والرفيعة في كثير من الأحيان التشعبات (عمليات تشبه الشجرة في الخلية العصبية في الدماغ). يتلقون التحفيز الكهربائي وينقلونه إلى الجسم الخلوي الذي يعالج جميع الإشارات الواردة. واستجابة للإشارات المستقبلة، يمكنها من جانبها إعطاء نبضات كهربائية. وتنتقل من جسم الخلية عبر امتداد طويل يسمى المحور العصبي (الألياف العصبية).
يتم ترميز المعلومات التي سيتم إرسالها بالتردد (عدد النبضات الكهربائية في الثانية)، والذي يتم قياسه بالهرتز.
في النهاية، تتلامس إحدى الألياف العصبية مع الألياف العصبية الأخرى (بشكل طبيعي، مع خلايا الغدة والعضلات). تسمى مواقع الاتصال هذه بالمشابك العصبية. نهايات الألياف العصبية في هذه الأماكن تكون في الغالب كروية الشكل، لذلك تسمى نهايات الأزرار المشبكية.
في الشكل. في الشكل 2 نرى خلية عصبية بنهايتها المشبكية، وهي متصلة بخلية عصبية أخرى في الدماغ، كما هو واضح في الصورة الأصلية في الشكل 2. 1- مصنوع بالمجهر الإلكتروني.

يتكون العصب من العديد من الألياف العصبية المتوازية مع بعضها البعض. انتقال الإشارة في الأعصاب هو عملية كهربائية. في حالة الراحة، يتم ترتيب الأيونات الموجبة والسالبة بطريقة على طول المستويين الداخلي والخارجي للخلية العصبية، بحيث يكون سطحها الداخلي مشحونًا سالبًا، على عكس السطح الخارجي للخلية العصبية. هذا الجهد لا يكاد يذكر (حوالي 70 جزءًا من الألف من فولت) ويسمى جهد الراحة. عند الوصول إلى ارتفاع جهد معين، يحدث تفريغ كهربائي عند جذر الألياف العصبية، تبلغ مدته جزءًا من الألف من الثانية. ينتقل هذا التفريغ عبر جميع الألياف العصبية إلى الرأس التشابكي.

باستخدام مخطط كهربية الدماغ، يمكنك تسجيل تيارات الدماغ هذه كما هو موضح في الشكل 3.
يتغير تردد (عدد الاهتزازات في الثانية) للتيارات وفقًا لحالة الوعي التي يوجد فيها الشخص. في حالات الوعي "الطبيعية"، مثل اليقظة والنوم والحلم، يمكن تسجيل منحنيات مختلفة جدًا لتيار الدماغ. لذلك، على سبيل المثال، يتم الإشارة إلى حالة اليقظة من خلال الموجات السريعة، وما يسمى بموجات بيتا، على العكس من ذلك، النوم - من خلال الموجات البطيئة، وما يسمى بموجات دلتا، وما إلى ذلك. في الشكل 4 يمكنك رؤية أنماط الموجات.
أيضًا، في حالة "الاستثارة" (الناجمة عن تمارين تطور الروح المقابلة التي تمت دراستها في هذا الكتاب المدرسي)، والتي تسمى الحالات الخاصة للوعي، تتغير منحنيات تيار الدماغ بطريقة مميزة، كما هو موضح في مخطط كهربية الدماغ لشخص واحد هو الأول في حالة هادئة من اليقظة، ثم في حالة من التأمل.

في هذه الحالات الخاصة من الوعي (SSCs)، والتي تتراوح من:
1. مستيقظا.
2. حالات أحلام النهار،
3. حالات النشوة،
4. حالات التأمل وما قبلها
5. حالات الوعي الكوني، تظهر منحنيات تيارات الدماغ المختلفة، والتي سنلقي نظرة فاحصة عليها عند مناقشة حالات الوعي. مع تجربة الاقتراب من الموت، يمكن تشبيه تيارات دماغ الشخص بتيارات الطاقة الكونية للكون بأكمله، والتي يمكن أن تشارك في تنفيذ جميع الظواهر خارج الحواس وظواهر Psi
إن فكرة وجود طاقة كونية عالمية، والتي يمكن لأي شخص أن يستخدمها والتي يتم من خلالها تحقيق الظواهر فائقة الحساسية، لها جذور عميقة في ثقافات جميع الشعوب. وأشهر مفهوم نجده في الفلسفة الهندية هو وجود البرانا، والتي تُفهم على أنها طاقة كونية تتواجد في خمسة أشكال مختلفة وتدعم عمليات الحياة باعتبارها "ريح الجسد".
تصف النصوص المقدسة للهندوس والبوذيين نفس الطاقة الكونية البدائية، والتي يشار إليها بالمقطع الغامض "Om" أو "Aum"، يجب أن يسبب كلا المقطعين اهتزازات في الدماغ تجلب الشاكرات المختلفة (مراكز الأعصاب البشرية) إلى حالة تسمح لها بذلك. لتلقي الطاقة الكونية (الحيوية).
يصف الكتاب المقدس قوة الحياة غير المرئية التي تدعم المبدأ الإلهي الشامل باسم "الروح القدس". "أم لستم تعلمون أن جسدكم هو هيكل للروح القدس الذي فيكم، الذي قبلتموه من الله، وهو ليس لكم؟" (1 كو 6.19).
وفي تعليم الوخز بالإبر اليابانية نجد كلمة "كي"، في كلمة "تشي" الصينية، تسمية الطاقة الحيوية كنهر، يقع منبعها في نقطة فوق السرة، وتتوزع في جميع أنحاء الجسم من الرئتين من خلال شبكات ما يسمى بخطوط الطول (القنوات العصبية). ويُنظر إلى كل المادة على أنها مظهر من مظاهر هذه الطاقة على المستوى المادي.
أرسطو، فيلسوف وعالم يوناني كبير (384-322 ق.م). استخدموا تسمية "الأثير" للعنصر الخامس، والتي شملت في البداية جميع الأجسام الموجودة خارج الغلاف الجوي للأرض. والروح الإنسانية التي وصفها أرسطو بالطاقة غير المادية الصرفة جاءت في فهمه من الأثير.
فسر الفيزيائيون في العصور الوسطى الأثير بأنه مادة تملأ الفضاء. لقد افترضوا أن الضوء ناتج عن تحركات الأمواج في هذا الأثير، والتي يمكن أن تصل إلى الأرض من خلال الفراغ. ولذلك، كان يطلق عليه في كثير من الأحيان "الأثير المضيء".