Нервный импульс

Нервный импульс — это волна возбуждения, распространяющаяся по нервному волокну. Она проявляется в комплексе изменений: электрических (потенциал действия), ионных, механических и термических. Нервный импульс выполняет ключевую функцию передачи информации: от периферических рецепторов к нервным центрам, внутри центральной нервной системы (ЦНС) и от центров к исполнительным органам — эффекторам.

Механизм возникновения и проведения

Основная характеристика импульса — кратковременное снижение разности электрических потенциалов на мембране (деполяризация) по отношению к исходному состоянию покоя. Это происходит из-за локального сдвига ионной проницаемости возбудимой мембраны.

Энергия для передачи импульса генерируется самим нервным волокном.
Импульс подчиняется закону «всё или ничего»: он возникает только при достижении пороговой силы раздражителя, а его величина не зависит от силы или качества этого раздражителя.
Импульс распространяется скачкообразно (сальтаторно) по волокну со скоростью от 0,2 до 180 м/с.
В момент прохождения импульса внутренняя часть волокна (аксоплазма) заряжается положительно относительно наружной среды, а разность потенциалов может достигать 40–50 мВ.
Степень деполяризации зависит от концентрации ионов кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺) во внеклеточной среде.
Длительность импульса и скорость его проведения определяются температурой, диаметром и структурой нервного волокна.

Рефрактерность и лабильность

Важнейшее свойство возбудимой ткани — рефрактерность. Это период после возникновения импульса, в течение которого клетка неспособна генерировать новый ответ. Длительность рефрактерного периода ограничивает максимальную частоту генерации импульсов, то есть определяет лабильность (функциональную подвижность) ткани.

Кодирование информации

В естественных условиях по нервным волокнам передаются серии (пачки) нервных импульсов.

Частота этих ритмических разрядов кодирует силу вызвавшего их раздражителя.
Пропускная способность нейронов различна: двигательные нейроны проводят без искажений около 500 импульсов в секунду, а промежуточные (интернейроны) — до 1000.
После рефрактерного периода наблюдаются длительные следовые изменения возбудимости (последействия), которые в теле нейрона выражены почти в 10 раз сильнее, чем в его отростке — аксоне.

Нервный импульс способен к самораспространению за счёт электрических токов, которые он сам создаёт. Таким способом по волокнам передаётся неискажённая информация, закодированная либо частотой потенциалов действия, либо специфическим «рисунком» разряда — определённой последовательностью импульсов в рамках общего ответа клетки.

О механизме перехода нервного импульса с одного нейрона на другой или на исполнительный орган см. Синапсы.

Современный контекст

Современная нейрофизиология значительно углубила понимание механизмов генерации и проведения нервного импульса. Установлено, что в основе потенциала действия лежит скоординированная работа потенциал-зависимых ионных каналов (натриевых и калиевых), открытие и закрытие которых описывается моделью Ходжкина — Хаксли (1952 г.). Открыты различные типы ионных каналов, что объясняет разнообразие форм электрической активности в разных типах нейронов. Также детально изучена роль миелиновой оболочки и перехватов Ранвье в сальтаторном проведении, что позволяет достигать высоких скоростей передачи при экономии энергии.