Аксон и нервный импульс

Нервное возбуждение распространяется по нервным волокнам — аксонам. Принято разделять нервную систему высших организмов на центральную и периферическую. Последняя содержит аксоны, служащие для передачи сигналов, а также ганглии вегетативной нервной системы. Аксоны — коммуникации для афферентных сообщений от органов чувств, направляемых в центральную систему, и для эфферентных сигналов, направляющихся от центральной системы к мышцам. Аксоны представляют собой длинные отростки центрально расположенных клеток.

Исследование нервного импульса — традиционная проблема биофизики. Уже Гельмгольц измерял скорость распространения нервного импульса. В 1902 г. Бернштепн построил мембранную теорию возбуждения. Благодаря исследованиям Ходжкина, Катца, Хаксли, Тасаки и других ученых, раскрыты принципиальные механизмы генерации и распространения импульса.

Таким образом, о функции аксона известно многое. Но современное состояние науки позволяет лишь формально моделировать работу центральной нервной системы, и мы еще далеки от понимания высших ее функций — памяти и мышления.

Нервная клетка получает сообщения от многих других нейронов через их тонкие ответвления, образующие контакты — синапсы — с телом клетки и его короткими отростками — дендритами. Длины аксонов в теле крупных животных достигают нескольких метров.

Myelinated Neurons

Propagation of nerve signals along an axon depends on its cable properties. Conduction through bare axons, as has been shown in giant squid axons, is not efficient. Increasing the thickness of the neuron and insulating it imparts greater efficiency and speed of signal transmission. Myelin sheaths, wrapped around axons, provide neurons effective electric insulation, increased capacitance, reduction in transverse current leakage and reduction in energy consumption. Myelin has high percentage of lipid ≈70 % of dry weight) — mostly phospholipids, glycolipids (cerebrosides) and cholesterol. Cerebroside is found in the brain only in myelin sheaths.

The myelin sheath is a lipoprotein-membrane that surrounds the axon of the nerve fibre. It is special membrane structure where lipids are more abundant than proteins. The myelin sheath in the peripheral nervous system is formed by Schwann cells (cell-surface membrane) and in the central nervous system by oligodendroglia (oligodendrocytes, astrocytes and microglia), respectively. Small regions of axon membrane are left uninsulated between myelin sheath segments, exposing only these regions of axons to the intracellular environment. These exposed regions are called nodes of Ranvier and practically all ion channels are concentrated at these nodes. The cellular organisation of myelinated axon imparts electrical passivity to the insulated regions of the axon membrane with excellent cable properties (passive electrical properties). That is, myelinated neurons will have much higher transverse resistance and much lower transverse capacitance than normal cell membranes. When a neural membrane is depolarised at a node of Ranvier, the local electrical circuit generated cannot flow through the adjacent membrane. Instead it excites the membrane at the next node. That is, the signal propagates along the axon, jumping from one node of Ranvier to the other and the conduction of signal is faster in myelinated neurons than in bare neurons.

Nerve cells, like other cells, are compartmentalised by membranes surrounding them and all the processes of transport, signal transmission and reception etc., can be understood from the underlying principles of transport across cell membranes.

Define the following words

To propagate, a squid, to impart, abundant, transverse, capacitance, adjacent,

1. As has been shown in giant squid axons,..

2. Myelin sheaths, wrapped around axons,…

3. Myelin has high percentage…

4. The myelin sheath is…

5. Small regions of axon membrane…

6. When a neural membrane is depolarized…

7. Nerve cells, like other cells,…

Put the following words and word combinations into the gaps

capacitance / node / insulating / myelin sheath / excitability / energy consumption / propagation / resistance / transmission

In many vertebrates, the ______________ of nerve impulses is mediated by myelinated axons.

Myelin is an electrically ______________ material that forms a layer, the ______________, usually around only the axon of a neuron.

Myelin sheath reduces membrane ______________ and increases membrane ______________ in the inter-node intervals, thus allowing a fast, saltatory movement of action potentials from node to ______________.

The ______________ for the brain to simply survive is 0.1 calories per minute, while this value can be as high as 1.5 calories per minute during crossword puzzle-solving.

The interaction of electrical and osmotic relations in plant cells indicates an osmotic function of electrical ______________ in the common, unicellular ancestors of plants and animals under changing salinity conditions, whereas the present function of rapid signal ______________ is seen as a younger accomplishment of metazoan cells in a more stable osmotic environment.

Translate the text into Russian orally

Контакты с другими клетками образуются не только в синапсах. Большая часть поверхности нейрона покрыта прилегающими к нему глиальными, или шванновскими, клетками. Их роль пока не ясна. Из мембран шванновских клеток образуется миелиновая оболочка миелинизированных аксопов. Эта оболочка прерывается через каждые 1—2 мм длины аксона перехватами Ранвъе, имеющими протяженность около 1 мкм. В области перехватов мембрана аксона контактирует с окружающей средой. Существуют и немиелинизированные аксоны.

Миелиновая оболочка аксона образована многократным спиральным закручиванием мембраны шванновской клетки вокруг аксона. Миелин представляет собой, таким образом, многослойную мембрану, защищающую мембрану аксона от окружающей среды.

Уже давно установлено, что нервы и мышцы способны генерировать электродвижущие силы, биопотенциалы. Электрическая активность клеток проявляется в форме коротких разрядов, каждый из которых длится около 1 мс. Современная экспериментальная техника позволяет усиливать эти сигналы и регистрировать их. Установлено, что активность нерва всегда сопровождается электрическими явлениями.