Pesan yang ditransmisikan dalam bentuk impuls yang tiba secara berurutan berjalan di sepanjang akson dan neuron sistem saraf pusat dari satu neuron ke neuron lainnya, mencapai neuron motorik dan dari mereka pergi ke organ eksekutif (otot, kelenjar).
Bagaimana transmisi impuls saraf dari satu neuron ke neuron lain? Pada bagian otak yang tipis di sangat pembesaran tinggi dapat dilihat bahwa percabangan terminal akson tidak langsung masuk ke prosesus sel saraf target. Di ujung cabang akson, terbentuk penebalan seperti kuncup atau plak; plak ini mendekati permukaan dendrit, tetapi tidak menyentuhnya. Jarak antara pemancar dan penerima dapat diabaikan, tetapi dapat diukur. Ini adalah 200 angstrom, yaitu 500 ribu kali kurang dari satu sentimeter. Area kontak antara akson dan neuron tempat impuls ditujukan disebut sinapsis.
Ternyata sinapsis tidak hanya pada dendrit, tetapi juga pada badan sel. Jumlah mereka di neuron yang berbeda berbeda. Seluruh badan sel dan bagian awal dendrit dihiasi dengan tunas. Ini adalah cabang terminal tidak hanya satu akson, tetapi sangat banyak akson, dan, oleh karena itu, satu neuron terhubung ke banyak sel saraf lainnya. Kerja keras telah dilakukan untuk menghitung jumlah ujung sinaptik pada satu neuron. Beberapa sel memiliki kurang dari sepuluh atau beberapa puluh, yang lain memiliki beberapa ratus, dan ada neuron di mana sekitar 10 ribu sinapsis ditemukan! Jalur yang dilalui eksitasi dalam sistem saraf tergantung pada sinapsis, dan bukan hanya karena setiap neuron terhubung dengan cara yang ditentukan secara ketat dengan jumlah neuron lain yang ditentukan secara ketat, tetapi juga karena salah satu sifat sinaps - hukum perilaku sepihak. Ternyata impuls melewati sinaps hanya dalam satu arah - dari akson satu sel saraf ke tubuh dan dendrit yang lain. Dengan demikian, aktivitas sinapsis berkontribusi pada pembentukan keteraturan dalam sifat propagasi eksitasi dalam sistem saraf.
Koneksi sel saraf (sinapsis) dalam perbesaran tinggi.
Sifat lain dari sinaps juga ditemukan: stimulasi tunggal diterapkan - impuls mengalir di sepanjang akson, dan sel diam; memberikan dua iritasi berturut-turut - dia diam lagi, dan selama enam kali berturut-turut dia berbicara. Ini berarti bahwa eksitasi secara bertahap dapat terakumulasi, diringkas, dan ketika mencapai nilai tertentu, sel penerima mulai mengirimkan pesan lebih jauh di sepanjang aksonnya. Dan hanya jika iritasinya kuat dan pesannya sangat penting, sel penerima segera meresponsnya. Namun demikian, impuls di akson muncul setelah jangka waktu tertentu yang sangat kecil; selain itu, jika tidak ada sinapsis, impuls akan telah melarikan diri selama waktu ini sejauh 10-20 cm dari sel ini. Periode waktu ini, periode hening, disebut penundaan sinaptik impuls.
Setelah berkenalan dengan sinapsis, kami menemukan hukum baru, berbeda dari hukum aktivitas saraf. Jelas, proses fisiologis lainnya juga terjadi di sini. Tapi apa? Mereka terjadi di balik "pintu tertutup" dan tidak dapat diakses oleh ahli fisiologi untuk waktu yang lama. Lagi pula, untuk menemukan dan mempelajarinya, perlu mempelajari bagaimana akson, yang hanya dapat dibedakan di bawah mikroskop, dan sel saraf yang terhubung dengannya melalui kontak sinaptik berkomunikasi satu sama lain.
Di sini impuls berjalan di sepanjang akson, berlari ke plak dan berhenti di depan celah sinaptik. Lalu bagaimana? Impuls tidak bisa melompat melalui celah. Di sini metode penelitian baru datang untuk membantu ilmuwan. Dengan bantuan perangkat khusus mikroskop elektron, yang memberikan peningkatan seratus ribu kali, formasi khusus ditemukan di dalam plak, yang disebut gelembung sinoptik. Diameternya kira-kira sesuai dengan ukuran celah sinaptik. Pengamatan gelembung-gelembung ini memberikan kunci untuk memahami bagaimana impuls mengatasi garis batas, yang tidak biasa untuk itu. Pada saat cabang terminal akson ditutupi oleh eksitasi yang masuk, zat kimia khusus dilepaskan dari vesikel sinaptik - penengah(perantara), di banyak sinapsis itu adalah zat aktif secara biologis asetilkolin - dan memasuki celah sinaptik. Terakumulasi di celah, zat ini bekerja pada membran sel penerima dengan cara yang sama seperti iritasi yang diterapkan pada saraf meningkatkan permeabilitasnya; pergerakan ion dimulai, dan gambaran yang sudah dikenal tentang fenomena bioelektrik muncul. Dibutuhkan waktu untuk pelepasan mediator dan terjadinya arus melalui membran di bawah pengaruhnya. Waktu ini termasuk dalam penundaan sinaptik.
Jadi, setelah berlama-lama sedikit, impuls listrik, dengan bantuan perantara kimia tertentu, pindah "ke sisi lain." Apa selanjutnya? Apa yang terjadi di dalam sel sebelum ia "berbicara" dan eksitasinya ditransmisikan di sepanjang aksonnya?
Rahasia ini terungkap baru-baru ini, berkat fakta bahwa dimungkinkan untuk menembus bagian dalam neuron dengan elektroda; sementara neuron terus bekerja seolah-olah tidak ada yang terjadi. Pramuka yang begitu terampil ternyata adalah elektroda kaca tipis dalam bentuk mikropipet yang diisi dengan cairan - elektrolit yang mengandung ion yang sama yang ada di dalam sel. Ujungnya yang tipis (kurang dari satu mikron) menembus membran neuron dan ditahan olehnya seperti karet gelang. Dengan demikian, ia menangkap dan mengirimkan ke perangkat segala sesuatu yang terjadi di dalam sel.
Apa yang terjadi di sana adalah ini: di bawah aksi mediator, osilasi listrik terjadi pada membran dalam bentuk gelombang lambat, yang berlangsung sekitar seperseratus detik (sepuluh kali lebih lama dari impuls yang melewati setiap titik saraf ). Keunikannya adalah tidak menyebar ke seluruh sel, tetapi tetap di tempat asalnya. Gelombang ini disebut pascasinaptik(setelah sinapsis) potensi. Potensial pascasinaps mini yang muncul di sinapsis yang berbeda dari neuron yang sama atau di sinapsis yang sama sebagai respons terhadap impuls yang datang satu demi satu dijumlahkan, diringkas. Akhirnya, potensial total mencapai nilai yang cukup untuk mempengaruhi permeabilitas membran di satu tempat yang sangat sensitif - tempat akson meninggalkan badan sel, yang disebut bukit akson. Akibat pengaruh ini, impuls mulai ditransmisikan di sepanjang akson dan sel penerima menjadi pemancar. Proses penjumlahan membutuhkan waktu, dan waktu ini juga termasuk dalam penundaan sinaptik.
Studi tentang fitur penjumlahan potensial postsinaptik menunjukkan bahwa ini sangat proses yang sulit. Di dalam sel, selain potensi, yang perkembangannya berkontribusi pada munculnya eksitasi yang merambat, potensi tanda yang berbeda ditemukan yang mempengaruhi membran secara berlawanan, menekan impuls di akson. Yang pertama bernama potensi postsinaptik rangsang(VPSP), kedua - potensial postsinaptik penghambatan(TPSP).
Kehadiran dua proses yang berlawanan - gairah dan pengereman - dan interaksi mereka adalah hukum dasar aktivitas sistem saraf di semua tingkat organisasinya. Kami akan bertemu dengan manifestasi hukum ini lebih dari sekali di masa depan. Di sini kami hanya mencatat - jika tidak ada TPSP di dalam sel, kekacauan apa yang akan terjadi di jalur konduktif! Pulsa akan mengalir melalui mereka tanpa jeda. Bagaimana dengan pusat? Ya, mereka akan dibanjiri dengan informasi yang tidak mungkin untuk dipahami. IPSP menghilangkan informasi berlebih, berkontribusi pada fakta bahwa itu datang dalam porsi, dan tidak terus-menerus, menekan impuls yang kurang penting, yaitu, mereka membawa organisasi ke dalam aktivitas saraf.
Di dalam setiap sel, ketika impuls tiba di sana, EPSP dan IPSP berinteraksi, ada perjuangan di antara mereka, dan hasil dari perjuangan menentukan nasib pesan yang diterima - apakah itu akan ditransmisikan lebih lanjut atau tidak. Dengan demikian, semakin banyak informasi yang diterima oleh neuron, semakin halus dan kompleks aktivitas responsnya, yang terjadi ketika memperhitungkan banyak variabel dari dunia luar dan lingkungan internal tubuh. Bisa dibayangkan betapa sulitnya mengambil keputusan dalam kondisi seperti itu.
Sulit, tetapi dengan organisasi yang baik itu mungkin. Ini dilakukan, seperti yang telah kita lihat, dengan berbagai cara: dengan menggabungkan serat menjadi batang saraf, dan neuron menjadi pusat saraf; karena kehadiran jumlah yang besar sinapsis pada setiap sel saraf, yang berkontribusi pada transmisi impuls ke berbagai tujuan; sebagai hasil dari penerapan hukum konduksi terisolasi dan unilateral dan, akhirnya, karena interaksi dua proses saraf utama - eksitasi dan penghambatan, yang timbul sebagai respons terhadap berbagai impuls.
PADA kondisi normal pengambilan keputusan dan hasilnya bersifat adaptif, ditujukan untuk keuntungan organisme dalam situasi khusus ini. Oleh karena itu, aktivitas sistem saraf pusat selalu disebabkan oleh faktor eksternal tertentu penyebab internal. Perumusan penyebab ini dimulai pada reseptor, analisisnya dilakukan di pusat saraf, dan reaksi kerja respon organisme terhadap iritasi disediakan oleh organ eksekutif, atau yang disebut efektor - otot, kelenjar, dll.
Reaksi tubuh, yang dilakukan dengan partisipasi sistem saraf pusat, sebagai respons terhadap iritasi reseptor, disebut refleks dan segala aktivitasnya refleks, yaitu, kombinasi dari banyak refleksi individu dari berbagai kompleksitas. Bagaimana fungsi didistribusikan di antara berbagai bagian sistem saraf pusat?
Manusia memiliki lebih dari seratus miliar neuron. Setiap neuron terdiri dari tubuh dan proses - biasanya satu akson panjang dan beberapa dendrit bercabang pendek. Berkat proses ini, neuron saling menghubungi dan membentuk jaringan dan lingkaran di mana impuls saraf bersirkulasi. Sepanjang hidup, otak manusia kehilangan neuron. Kematian sel seperti itu diprogram secara genetik, tetapi tidak seperti sel di jaringan lain, neuron tidak dapat membelah. Dalam hal ini, mekanisme yang berbeda beroperasi: fungsi sel saraf mati diambil alih oleh "rekan" mereka, yang meningkatkan ukuran dan membentuk koneksi baru, mengkompensasi ketidakaktifan sel mati. Foto: Sebastian Kaulitzki/Shutterstock |
Menurut kepercayaan populer, sel-sel saraf tidak beregenerasi. Namun, ini tidak benar: neuron - sel sistem saraf - memang, tidak dapat membelah seperti sel-sel jaringan lain, tetapi mereka muncul dan berkembang bahkan di otak orang dewasa. Selain itu, neuron mampu mengembalikan proses yang hilang dan kontak dengan sel lain.
Sistem saraf manusia terdiri dari bagian sentral dan bagian perifer. Pusat termasuk otak dan sumsum tulang belakang. Otak berisi kumpulan neuron terbesar. Banyak proses memanjang dari tubuh masing-masing, yang membentuk kontak dengan neuron tetangga. Bagian perifer dibentuk oleh simpul tulang belakang, vegetatif dan kranial, saraf dan ujung saraf, yang memberikan impuls saraf ke anggota badan, organ internal, dan jaringan. PADA kondisi sehat sistem saraf adalah mekanisme yang terkoordinasi dengan baik, jika salah satu mata rantai dalam rantai kompleks tidak memenuhi fungsinya, seluruh tubuh menderita. Misalnya, kerusakan otak yang parah setelah stroke, penyakit Parkinson, penyakit Alzheimer menyebabkan kematian neuron yang dipercepat. Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah mencoba untuk memahami apakah mungkin untuk merangsang pemulihan sel-sel saraf yang hilang.
Namun mereka beregenerasi
Publikasi ilmiah pertama yang mengkonfirmasi kelahiran neuron baru di otak mamalia dewasa adalah milik peneliti Amerika Joseph Altman. Pada tahun 1962, jurnal Science menerbitkan makalahnya "Apakah Neuron Baru Dibentuk di Otak Mamalia Dewasa?", Di mana Altman berbicara tentang hasil eksperimennya. Dengan bantuan arus listrik, ia menghancurkan salah satu struktur otak tikus (lateral tubuh genikulat) dan memperkenalkan zat radioaktif di sana, yang menembus ke dalam sel-sel baru. Beberapa bulan kemudian, Altman menemukan neuron radioaktif baru di thalamus dan korteks serebral. Pada tahun-tahun berikutnya, Altman menerbitkan beberapa makalah lagi yang membuktikan keberadaan neurogenesis di otak. Misalnya, pada tahun 1965, artikelnya diterbitkan di jurnal Nature. Meskipun demikian, Altman memiliki banyak lawan di komunitas ilmiah, hanya beberapa dekade kemudian, pada 1990-an, karyanya diakui, dan fenomena kelahiran neuron baru - neurogenesis - menjadi salah satu bidang neurofisiologi yang paling menarik.
Hari ini sudah diketahui bahwa neuron dapat berasal dari otak mamalia dewasa dari apa yang disebut sel induk saraf. Sejauh ini, telah ditetapkan bahwa ini terjadi di tiga area otak: dentate gyrus hippocampus, wilayah subventrikular (di dinding lateral ventrikel lateral otak) dan korteks serebelum. Di otak kecil, neurogenesis paling aktif. Area otak ini bertanggung jawab untuk memperoleh dan menyimpan informasi tentang keterampilan otomatis yang tidak disadari - misalnya, ketika belajar menari, kita secara bertahap berhenti memikirkan gerakan, kita melakukannya secara otomatis; informasi tentang pas ini disimpan di otak kecil. Mungkin yang paling menarik bagi para peneliti adalah neurogenesis di dentate gyrus. Di sinilah emosi kita lahir, informasi spasial disimpan dan diproses. Sejauh ini, belum mungkin untuk mengetahui bagaimana neuron yang baru terbentuk mempengaruhi ingatan yang sudah terbentuk dan berinteraksi dengan sel-sel dewasa di bagian otak ini.
Labirin untuk memori
Untuk memahami bagaimana neuron baru berinteraksi dengan yang lama, proses pembelajaran hewan di labirin air Morris sedang dipelajari secara aktif. Selama percobaan, hewan ditempatkan di kolam dengan diameter 1,2-1,5 m, kedalaman 60 cm. Dinding kolam berbeda, sedangkan di tempat tertentu kolam tersembunyi beberapa milimeter di bawah air. Tenggelam dalam air, tikus laboratorium cenderung dengan cepat merasakan tanah padat di bawah kakinya. Berenang di kolam, hewan itu mengetahui di mana platformnya, dan lain kali ia menemukannya lebih cepat.
Dengan melatih tikus di labirin air Morris, dimungkinkan untuk membuktikan bahwa pembentukan memori spasial menyebabkan kematian neuron termuda, tetapi secara aktif mendukung kelangsungan hidup sel yang terbentuk sekitar seminggu sebelum percobaan, yaitu di proses pembentukan memori, volume neuron baru diatur. Pada saat yang sama, munculnya neuron baru memberikan peluang untuk pembentukan ingatan baru. Jika tidak, hewan dan manusia tidak dapat beradaptasi dengan perubahan kondisi lingkungan.
Telah dicatat bahwa bertabrakan dengan objek yang sudah dikenal akan mengaktifkan berbagai kelompok neuron hipokampus. Rupanya, setiap kelompok neuron semacam itu membawa ingatan tentang peristiwa atau tempat tertentu. Selain itu, kehidupan di lingkungan yang beragam merangsang neurogenesis di hippocampus: tikus yang hidup di kandang dengan mainan dan labirin memiliki lebih banyak neuron yang baru terbentuk di hippocampus daripada kerabat mereka dari kandang kosong standar.
Patut dicatat bahwa neurogenesis secara aktif hanya terjadi di area otak yang secara langsung bertanggung jawab untuk kelangsungan hidup fisik: orientasi dengan penciuman, orientasi dalam ruang, dan untuk pembentukan memori motorik. Pengajaran berpikir abstrak secara aktif berlangsung di muda ketika otak masih tumbuh dan neurogenesis mempengaruhi semua area. Tetapi setelah mencapai kedewasaan, fungsi mental berkembang karena restrukturisasi kontak antar neuron, tetapi bukan karena munculnya sel-sel baru.
Meskipun beberapa upaya gagal, pencarian fokus neurogenesis yang sebelumnya tidak diketahui di otak orang dewasa terus berlanjut. Arah ini dianggap relevan tidak hanya untuk ilmu dasar tetapi juga untuk penelitian terapan. Banyak penyakit pada sistem saraf pusat dikaitkan dengan hilangnya sekelompok neuron otak tertentu. Jika mungkin untuk menumbuhkan penggantinya, maka penyakit Parkinson, banyak manifestasi penyakit Alzheimer, Konsekuensi negatif epilepsi atau stroke akan dikalahkan.
Tambalan Otak
Metode aneh lainnya yang diadopsi oleh ahli saraf dalam penelitian mereka adalah implantasi sel induk embrionik ke dalam otak hewan dewasa untuk mengembalikan fungsi yang hilang. Sejauh ini, eksperimen semacam itu mengarah pada penolakan jaringan atau sel yang diperkenalkan karena respons imun yang kuat, tetapi jika sel punca berakar dalam beberapa kasus, mereka berkembang menjadi sel glial (jaringan penyerta), dan bukan neuron sama sekali. Bahkan jika di masa depan neurogenesis dapat diaktifkan di area otak mana pun, tidak jelas bagaimana neuron yang baru terbentuk akan membentuk koneksi dalam jaringan sel saraf yang sudah mapan, dan apakah mereka akan mampu melakukannya. Jika hipokampus siap untuk proses seperti itu, maka munculnya neuron baru di area lain di otak dapat mengganggu jaringan yang telah terbentuk selama bertahun-tahun; alih-alih manfaat yang diharapkan, mungkin hanya kerugian yang akan dilakukan. Namun demikian, para ilmuwan terus secara aktif mempelajari kemungkinan neurogenesis di bagian lain dari otak.
Baru-baru ini, pada bulan Februari 2010, sekelompok peneliti Kanada dari Universitas Toronto dan Universitas Waterloo menerbitkan hasil percobaan menggunakan siklosporin A sebagai stimulan neurogenesis. Siklosporin A telah ditunjukkan dalam kultur sel untuk meningkatkan pertumbuhan dan jumlah sel per koloni, dan pemberian zat ini pada tikus dewasa menghasilkan peningkatan sel induk saraf di otak.
Seiring dengan zat buatan, sifat molekul endogen yang dapat meningkatkan neurogenesis juga sedang dieksplorasi. Perhatian terbesar di sini layak mendapatkan faktor neurotropik yang diproduksi oleh tubuh hewan. Ini adalah faktor pertumbuhan saraf (NGF), faktor neurotropik yang diturunkan dari otak (BDNF), neurotropin-1, -3 dan -4.
Faktor neurotrofik termasuk dalam kelompok protein yang mendukung pertumbuhan, perkembangan, dan kelangsungan hidup sel saraf. Jika faktor neurotropik dikirim ke area otak yang rusak, maka kematian neuron dapat diperlambat secara signifikan dan aktivitas vitalnya dapat dipertahankan. Meskipun faktor neurotropik tidak dapat mengaktifkan munculnya sel saraf baru di otak, mereka memiliki properti unik- mengaktifkan proses pemulihan sel saraf (akson) setelah kerusakan atau kehilangan. Panjang beberapa akson mencapai satu meter, dan akson inilah yang menghantarkan impuls saraf dari otak ke anggota tubuh, organ dalam, dan jaringan kita. Integritas jalur ini terganggu oleh patah tulang belakang dan perpindahan tulang belakang. Regenerasi aksonal adalah harapan untuk mendapatkan kembali kemampuan untuk menggerakkan lengan dan kaki dalam kasus seperti itu.
Kecambah dan tunas
Karya pertama yang membuktikan kemungkinan regenerasi aksonal diterbitkan pada tahun 1981. Kemudian sebuah artikel muncul di jurnal Science, yang membuktikan bahwa regenerasi seperti itu mungkin terjadi. Biasanya, beberapa alasan mengganggu regenerasi akson, tetapi jika penghalang dihilangkan, maka akson secara aktif berkecambah dan membuat kontak baru alih-alih yang hilang. Dengan dimulainya studi tentang regenerasi aksonal, era baru dalam kedokteran telah dibuka, sekarang orang dengan cedera tulang belakang memiliki harapan bahwa kemampuan motorik dapat dipulihkan. Studi-studi ini telah mendapat dukungan luas, dan tidak hanya berbagai pusat penelitian. Jadi, aktor terkenal Christopher Reeve, yang bermain peran utama dalam film Superman dan menjadi cacat setelah patah tulang belakang, bersama istrinya mendirikan yayasan untuk mendukung penelitian semacam itu - Yayasan Kelumpuhan Christopher dan Dana Reeve.
Penghalang utama regenerasi akson adalah pembentukan jaringan parut, yang memisahkan kerusakan pada sumsum tulang belakang atau saraf perifer dari sel-sel di sekitarnya. Dipercaya bahwa bekas luka seperti itu menyelamatkan area terdekat dari kemungkinan penetrasi racun dari area yang rusak. Akibatnya, akson tidak dapat menembus bekas luka. Telah terbukti bahwa dasar dari jaringan parut adalah protein glikans (kondroitin sulfat).
Penelitian yang dilakukan pada tahun 1998 di laboratorium Profesor David Muir di University of Florida Brain Institute menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk memecah protein glycans dengan bantuan enzim bakteri chondroitinase ABC. Tetapi bahkan dengan obstruksi mekanis dihilangkan, pertumbuhan akson masih melambat. Faktanya adalah bahwa di lokasi kerusakan terdapat zat yang mengganggu regenerasi, seperti MAG, OMgp, Nogo. Jika Anda memblokirnya, Anda dapat mencapai peningkatan regenerasi yang signifikan.
Akhirnya, penting untuk mempertahankan faktor neurotropik tingkat tinggi untuk pertumbuhan aksonal yang sukses. Terlepas dari kenyataan bahwa neurotropin memiliki efek positif pada regenerasi sistem saraf, uji klinis terungkap signifikan efek samping seperti penurunan berat badan, nafsu makan, mual, munculnya masalah psikologis. Untuk meningkatkan regenerasi, sel punca dapat disuntikkan ke lokasi cedera, tetapi ada bukti bahwa menanamkan sel punca ke dalam sumsum tulang belakang dapat memicu munculnya tumor.
Sekalipun akson telah tumbuh dan mampu menghantarkan impuls saraf, ini tidak berarti bahwa anggota badan akan mulai berfungsi secara normal. Agar hal ini terjadi, diperlukan banyak kontak (sinapsis) antara akson sel saraf dan serat otot, yang menggerakkan tubuh manusia. Memulihkan kontak semacam itu membutuhkan waktu lama. Tentu saja, pemulihan dapat dipercepat jika Anda melakukan yang spesial Latihan fisik, tetapi dalam beberapa bulan atau bahkan bertahun-tahun tidak mungkin untuk sepenuhnya menciptakan kembali gambaran kontak saraf yang telah terbentuk selama beberapa dekade, sejak hari pertama kelahiran kehidupan manusia. Jumlah kontak semacam itu tidak terhitung, mungkin sebanding dengan jumlah bintang di Alam Semesta.
Tapi ada juga momen positif- masih untuk tahun-tahun terakhir berhasil turun, sekarang setidaknya jelas dengan cara apa seseorang dapat mencoba untuk mempercepat neuroregenerasi.
berita mitra
sistem syaraf pusat dan perifer, diwakili oleh yang memanjang dari kepala dan saraf tulang belakang, - sistem saraf perifer. Bagian otak menunjukkan bahwa ia terdiri dari materi abu-abu dan putih.Materi abu-abu dibentuk oleh kelompok sel saraf (dengan bagian awal proses memanjang dari tubuh mereka). Pisahkan kluster terbatas materi abu-abu disebut nukleus.
Gejala distonia vegetatif-vaskular
Penyakit ini ditandai kelelahan, kelemahan, sakit kepala, kecenderungan pingsan, sesak napas, adaptasi yang buruk terhadap panas atau ruangan pengap, keringat berlebihan dan gangguan lainnya.Ini disebabkan perubahan patologis sedang bekerja sistem saraf otonom.
Sistem saraf otonom (ANS) - departemen sistem saraf, mengendalikan dan mengatur kerja semua organ dalam. Ini adalah sistem saraf otonom, karena aktivitasnya tidak tunduk pada kehendak dan kendali kesadaran manusia. ANS terlibat dalam regulasi banyak biokimia dan proses fisiologis, misalnya, mendukung suhu normal tubuh, optimal tingkat tekanan darah, bertanggung jawab untuk proses pencernaan, buang air kecil, untuk aktivitas kardiovaskular, endokrin, sistem kekebalan tubuh, dll.
Divisi utama ANS adalah: simpatik dan parasimpatis.
Divisi simpatik dari ANS bertanggung jawab atas relaksasi otot-otot saluran pencernaan, kandung kemih ,
Sistem saraf tepi adalah bagian sistem saraf yang dibedakan secara kondisional, strukturnya terletak di luar otak dan sumsum tulang belakang.
Sistem saraf terdiri dari sel-sel neuron yang fungsinya mengolah dan menyebarkan informasi. Neuron berkomunikasi satu sama lain melalui koneksi - sinapsis. Satu neuron mengirimkan informasi ke yang lain melalui sinapsis menggunakan pembawa kimia - mediator. Neuron dibagi menjadi 2 jenis: rangsang dan penghambatan. Tubuh neuron dikelilingi oleh proses bercabang yang padat - dendrit untuk menerima informasi. Cabang sel saraf yang menghantarkan impuls saraf disebut akson. Panjangnya pada manusia bisa mencapai 1 meter.
Sistem saraf tepi dibagi menjadi sistem saraf otonom bertanggung jawab atas keteguhan lingkungan internal tubuh, dan sistem saraf somatik, mempersarafi (mensuplai saraf) otot, kulit, ligamen.
Komposisi sistem saraf tepi (atau bagian perifer dari sistem saraf) termasuk saraf yang memanjang dari otak - saraf kranial dan dari sumsum tulang belakang - saraf tulang belakang, serta sel saraf yang telah bermigrasi ke luar sistem saraf pusat. Tergantung pada jenis serabut saraf apa yang sebagian besar merupakan bagian dari saraf, ada saraf motorik, sensorik, campuran dan otonom (vegetatif).
Saraf muncul di permukaan otak sebagai akar motorik atau sensorik. Dalam hal ini, akar motorik adalah akson dari sel-sel motorik yang terletak di sumsum tulang belakang dan otak, dan mencapai organ yang dipersarafi tanpa gangguan, dan yang sensitif adalah akson sel saraf dari simpul tulang belakang. Ke perifer nodus, serat sensorik dan motorik membentuk saraf campuran.
Semua saraf perifer berdasarkan fitur anatomi dibagi menjadi saraf kranial - 12 pasang, saraf tulang belakang - 31 pasang, saraf otonom (vegetatif).
Saraf kranial muncul dari otak dan meliputi:
- Pasangan pertama - saraf penciuman
- pasangan ke-2 - saraf optik
- Pasangan ke-3 - saraf okulomotor
- Pasangan ke-4 - saraf troklearis
- pasangan ke-5 - saraf trigeminal
- pasangan ke-6 - saraf abdusen
- Pasangan ke-7 - saraf wajah
- Pasangan ke-8 - saraf vestibulocochlear
- Pasangan ke-9 - saraf glossopharyngeal
- pasangan ke-10 - saraf vagus
- Pasangan ke-11 - saraf aksesori
- Pasangan ke-12 - saraf hipoglosus
Melalui saraf perifer, ganglion tulang belakang dan akar posterior, impuls saraf memasuki sumsum tulang belakang, yaitu ke sistem saraf pusat.
Serat naik dari area tubuh yang terbatas berkumpul dan terbentuk saraf tepi. Serabut dari semua jenis (sensitivitas superfisial dan dalam, serabut yang mempersarafi otot rangka, dan serabut yang mempersarafi organ dalam, kelenjar keringat dan otot polos pembuluh darah) digabungkan menjadi berkas yang dikelilingi oleh 3 membran jaringan ikat (endoneurium, perineurium, epineurium) dan membentuk kabel saraf.
Setelah saraf perifer memasuki kanal tulang belakang melalui foramen intervertebralis, ia bercabang menjadi akar tulang belakang anterior dan posterior.
Akar anterior meninggalkan sumsum tulang belakang, akar posterior memasukinya. Di dalam pleksus saraf di luar kanal tulang belakang, serat saraf perifer terjalin sedemikian rupa sehingga akhirnya serat dari satu saraf individu berakhir pada tingkat yang berbeda di dalam saraf tulang belakang yang berbeda.
Bagian saraf tepi termasuk serat dari beberapa segmen radikular yang berbeda.
saraf tulang belakang dalam jumlah 31 pasang dibagi menjadi:
- saraf serviks - 8 pasang
- saraf toraks -12 pasang
- saraf lumbal - 5 pasang
- saraf sakral - 5 pasang
- saraf tulang ekor - 1 pasang
Setiap orang saraf tulang belakang adalah saraf campuran dan dibentuk oleh penyatuan 2 akarnya: akar sensorik, atau akar posterior, dan akar motorik, atau akar anterior. Di arah tengah, setiap akar terhubung ke sumsum tulang belakang melalui filamen radikular. Akar posterior lebih tebal dan mengandung ganglion tulang belakang dalam komposisinya. Akar anterior node tidak memiliki. Sebagian besar nodus spinal terletak di foramen intervertebralis.
Secara eksternal, ganglion tulang belakang terlihat seperti penebalan akar posterior, terletak sedikit lebih dekat ke pusat dari pertemuan akar anterior dan posterior. Tidak ada sinapsis di ganglion tulang belakang itu sendiri.
Aktivitas sel dalam tubuh hewan multiseluler dikoordinasikan oleh "pembawa pesan kimia" dan sel saraf. Selama beberapa tahun terakhir, sangat mungkin untuk menjelaskan sifat asal dan transmisi impuls saraf.
Semakin tinggi tempat yang ditempati organisme dalam kerajaan hewan, semakin penting peran sistem sel yang dirancang untuk mengoordinasikan aktivitasnya. Alam telah menciptakan dua sistem koordinasi yang berbeda. Salah satunya didasarkan pada pelepasan dan distribusi "pembawa pesan kimia" ke seluruh tubuh - hormon yang diproduksi oleh sel-sel khusus tertentu dan mampu mengatur aktivitas sel-sel yang terletak di bagian lain dari tubuh. Sistem kedua, yang mampu bertindak lebih cepat dan sama selektifnya, adalah sistem khusus sel saraf, atau neuron, yang berfungsi menerima dan mengirimkan perintah melalui impuls listrik yang merambat di sepanjang jalur tertentu. Kedua sistem koordinasi ini muncul dalam proses evolusi sejak lama, dan yang kedua, yaitu sistem saraf, mengalami perkembangan evolusioner yang sangat signifikan, yang berpuncak pada penciptaan organ yang menakjubkan dan misterius - otak manusia.
Pengetahuan kita tentang bagaimana jutaan sel di otak kita bekerja masih dalam masa pertumbuhan. Namun, pengetahuan ini umumnya cukup untuk memenuhi tugas yang ditetapkan di sini - untuk menggambarkan, dan sebagian untuk menjelaskan, bagaimana sel-sel individu (neuron) menghasilkan dan mentransmisikan impuls listrik, yang merupakan elemen utama kode yang dengannya sistem komunikasi internal tubuh manusia beroperasi.
Sebagian besar sel saraf adalah neuron dari dua jenis - sensorik dan motorik. Neuron sensitif mengumpulkan dan mengirimkan impuls ke pusat sistem saraf yang lebih tinggi yang muncul di area reseptor khusus, yang berfungsi untuk memeriksa lingkungan eksternal dan internal tubuh. Neuron motorik mengirimkan impuls dari pusat yang lebih tinggi ke sel yang "bekerja" (biasanya sel otot), yaitu, sel-sel tempat reaksi tubuh terhadap perubahan di kedua lingkungan ini secara langsung bergantung. Dalam reaksi refleks sederhana, transmisi sinyal dari neuron sensorik ke neuron motorik terjadi secara otomatis dan disediakan oleh sistem sinaps yang relatif sederhana, yang dipelajari dengan cukup baik.
Dalam proses perkembangan embrio, dari tubuh sel saraf - apakah itu sel sensitif atau motorik - tumbuh proses panjang akson yang, dengan cara yang tidak diketahui, tumbuh ke titik yang diinginkan di perifer untuk melakukan kontak dengan otot atau kulit. Pada orang dewasa, panjang akson bisa mencapai 1-1,5 meter dengan ketebalan kurang dari 0,025 milimeter. Akson membentuk semacam kawat telegraf mini untuk mengirimkan pesan dari perifer ke badan sel saraf, yang terletak di sumsum tulang belakang atau di otak di bawah perlindungan tulang belakang atau tengkorak. Serabut saraf tepi yang terisolasi mungkin telah dipelajari lebih intensif daripada jaringan lain mana pun, meskipun faktanya serat ini hanyalah fragmen sel yang terpotong seolah-olah dari miliknya sendiri. inti sel, dan dari ujung periferalnya. Namun demikian, serabut saraf terisolasi tersebut mempertahankan kemampuan untuk mengirimkan impuls saraf untuk waktu yang cukup lama dan biasanya dapat mengirimkan lebih dari satu puluh ribu impuls sebelum mereka berhenti bertindak. Pengamatan ini, bersama dengan sejumlah pengamatan lainnya, meyakinkan kita bahwa tubuh sel saraf dan nukleus yang terbungkus di dalamnya, tampaknya, entah bagaimana "menjaga" prosesnya, mengendalikan pertumbuhannya dan, jika perlu, memperbaiki kerusakan, meskipun tidak. terlibat langsung dalam sinyal.
Selama bertahun-tahun telah ada perselisihan mengenai pertanyaan apakah konsep sel sebagai unit struktural dasar dapat diterapkan pada sistem saraf dan koneksi fungsionalnya. Beberapa peneliti percaya bahwa sel saraf yang berkembang benar-benar tumbuh ke dalam sitoplasma semua sel yang dengannya ia memasuki interaksi fungsional. Pertanyaan ini akhirnya tidak dapat diselesaikan sampai munculnya mikroskop elektron beresolusi tinggi. Ternyata sel saraf di sebagian besar permukaannya, termasuk permukaan semua prosesnya, benar-benar terbungkus rapat dengan sel-sel lain, tetapi sitoplasma sel-sel ini dipisahkan dari sitoplasma sel saraf oleh membran yang jelas. Selain itu, ada celah kecil antara membran sel saraf dan sel lain di sekitarnya, biasanya setebal 100-200 angstrom.
Beberapa dari kontak sel ini adalah sinapsis - titik di mana sinyal ditransmisikan dari satu sel ke tautan berikutnya dalam rantai. Namun, sinapsis hanya ditemukan di atau dekat badan neuron, serta di ujung perifer akson. Kebanyakan sel penutup, khususnya sel yang menyelubungi akson, tidak berlaku untuk sel saraf sama sekali. Fungsi mereka masih menjadi misteri. Beberapa sel yang menyertai ini disebut sel Schwann, yang lain disebut sel glial. Sel-sel ini, tampaknya, tidak memainkan peran apa pun dalam proses transmisi impuls itu sendiri: mungkin saja mereka berpartisipasi di dalamnya hanya secara tidak langsung, mempengaruhi Medan listrik sekitar akson. Sangat penting, misalnya, bahwa pada permukaan serat otot yang terisolasi (yang sangat dekat dengan serat saraf dalam kemampuannya untuk mengirimkan impuls listrik), hanya ada sedikit sel satelit seperti itu.
Salah satu fungsi satelit akson adalah pembentukan apa yang disebut membran pulpa - kasing isolasi tersegmentasi yang menutupi serabut saraf perifer vertebrata dan meningkatkan kapasitas konduktifnya. Berkat studi mikroskopis elektron oleh B. Ben-Geren-Uzman dan F. Schmitt, sekarang kita tahu bahwa setiap segmen membran pulpa dibentuk oleh sel Schwann yang berisi nukleus; Sitoplasma sel Schwann melingkar erat di sekitar akson, membentuk selubung multilayer. Segmen individu dari cangkang dipisahkan oleh celah, yang disebut intersepsi Ranvier, di mana sinyal listrik diregenerasi.
Ada jenis serat saraf lain yang tidak memiliki selubung pulpa, tetapi bahkan serat ini ditutupi dengan satu lapisan sel Schwann. Mungkin justru karena akson memanjang begitu jauh dari nukleus sel saraf sehingga memerlukan kontak yang dekat dengan sel satelit yang memiliki nukleus. Serat otot, tidak seperti akson yang terisolasi, adalah sel yang sepenuhnya independen, yang sitoplasmanya mengandung nukleus; kemampuan mereka untuk hidup tanpa sel satelit mungkin terkait dengan keberadaan nukleus. Apapun fungsi satelit-satelit ini, mereka tidak dapat menjaga akson tetap hidup untuk waktu yang cukup lama setelah terputus dari badan sel; setelah beberapa hari, proses terputus seperti itu selalu runtuh dan mati. Bagaimana inti sel saraf sepanjang hidup berfungsi sebagai pusat yang memulihkan kerusakan, dan bagaimana tepatnya ia menyebarkan pengaruhnya ke bagian akson yang paling jauh, masih tetap menjadi misteri (bagaimanapun, jika, misalnya, pengaruh ini menyebar melalui difusi biasa, maka diperlukan waktu bertahun-tahun untuk menempuh jarak seperti itu).
Metode fisiologi eksperimental ternyata jauh lebih bermanfaat ketika diterapkan pada studi tentang proses konduksi langsung impuls di sepanjang saraf daripada studi tentang proses jangka panjang yang tidak kalah pentingnya, tetapi jauh lebih sulit untuk dipelajari. Kita hanya tahu sedikit tentang interaksi kimia antara saraf dan satelitnya, atau tentang kekuatan yang mengarahkan saraf yang tumbuh di sepanjang jalur tertentu dan mendorongnya untuk membentuk koneksi sinaptik dengan sel lain. Kami juga tidak tahu apa-apa tentang bagaimana sel mengumpulkan informasi, yaitu bagaimana mekanisme memori. Oleh karena itu, kami akan mencurahkan sisa artikel ini hampir secara eksklusif untuk impuls saraf dan cara mereka ditransmisikan melalui celah sinaptik sempit yang memisahkan satu sel saraf dari yang lain.
Sebagian besar informasi kami tentang sel saraf berasal dari studi tentang akson cumi-cumi raksasa, yang tebalnya hampir satu milimeter. Sangat mudah untuk menerapkan mikroelektroda pada serat ini atau untuk mengamati aliran masuk dan keluar zat yang berlabel isotop radioaktif. Kelongsong serat memisahkan keduanya larutan air, yang memiliki konduktivitas listrik yang hampir sama dan mengandung kira-kira jumlah partikel atau ion bermuatan listrik yang sama. Namun komposisi kimia kedua solusi ini sama sekali berbeda. Dalam larutan eksternal, lebih dari 90% partikel bermuatan adalah ion natrium (bermuatan positif) dan ion klorida (bermuatan negatif). Dalam larutan di dalam sel, totalitas ion-ion ini kurang dari 10% zat terlarut; di sini, bagian utama dari ion bermuatan positif dibentuk oleh ion kalium, dan ion negatif diwakili oleh berbagai partikel organik (yang tidak diragukan lagi disintesis dalam sel itu sendiri), terlalu besar untuk berdifusi melalui membran akson. Oleh karena itu, konsentrasi ion natrium di luar sekitar 10 kali lebih tinggi daripada di dalam akson; konsentrasi ion kalium, sebaliknya, adalah 30 kali lebih tinggi di dalam akson daripada di luar. Meskipun permeabilitas membran akson untuk semua ion ini kecil, namun tidak sama untuk ion yang berbeda; ion kalium dan klorida melewati membran ini jauh lebih mudah daripada ion natrium dan ion organik besar. Akibatnya, perbedaan potensial muncul, mencapai 60-90 milivolt, dan isi internal sel menjadi bermuatan negatif sehubungan dengan solusi eksternal.
Untuk mempertahankan perbedaan konsentrasi ion ini, sel saraf memiliki sejenis pompa yang memompa ion natrium keluar melalui membran dengan kecepatan yang sama saat mereka memasuki sel dalam arah gradien elektrokimia. Permeabilitas permukaan sel istirahat untuk natrium biasanya sangat rendah sehingga penetrasi ion natrium ke dalam sel sangat kecil; oleh karena itu, hanya sebagian kecil dari energi yang terus-menerus dilepaskan dalam proses metabolisme sel yang dihabiskan untuk pekerjaan yang terkait dengan proses pemompaan. Kami tidak mengetahui detail cara kerja pompa ini, tetapi tampaknya terkait dengan pertukaran ion natrium dengan ion kalium; dengan kata lain, untuk setiap ion natrium yang dikeluarkan melintasi membran, sel menerima satu ion kalium. Begitu berada di dalam akson, ion kalium bergerak di dalamnya sebebas ion biasanya bergerak dalam larutan garam sederhana. Saat sel dalam keadaan istirahat, ion kalium merembes melalui membran ke luar, tetapi agak lambat.
Membran akson mirip dengan membran sel lain. Tebalnya kira-kira 50-100 angstrom dan dilengkapi dengan lapisan tipis zat lemak yang menyekat. Dia resistivitas aliran arus listrik sekitar 10 juta kali lebih tinggi dari hambatan larutan garam memandikannya di dalam dan di luar. Namun, akson akan sama sekali tidak berguna jika digunakan hanya sebagai kabel listrik. Hambatan cairan di dalam akson kira-kira 100 juta kali lebih besar daripada hambatan kawat tembaga, dan membrannya memungkinkan kebocoran arus sejuta kali lebih banyak daripada lilitan kawat yang baik. Jika akson teriritasi sengatan listrik terlalu lemah untuk menyebabkan impuls saraf, sinyal listrik menjadi kabur dan melemah setelah berjalan hanya beberapa milimeter di sepanjang serat.
Bagaimana akson mengirimkan impuls primer ke jarak lebih dari satu meter tanpa redaman dan tanpa distorsi?
Jika intensitas sinyal listrik yang diterapkan pada membran sel saraf meningkat, maka pada titik tertentu tercapai tingkat di mana sinyal tidak lagi memudar dan tidak hilang. Dalam hal ini (jika tegangan diambil tanda yang diinginkan) ambang batas tertentu diatasi dan sel menjadi "bersemangat". Akson sel tidak lagi berperilaku seperti kawat pasif, tetapi menghasilkan impulsnya sendiri, yang memperkuat impuls yang awalnya diterapkan. Jadi diperkuat, impuls, atau puncak, ditransmisikan dari satu titik ke titik lain tanpa kehilangan kekuatannya, dan menyebar dengan kecepatan konstan di seluruh akson. Kecepatan rambat impuls di sepanjang serabut saraf vertebrata berkisar dari beberapa meter per detik (untuk serat tipis dan tidak berdaging) hingga sekitar 100 meter per detik (untuk serat berdaging paling tebal). Kecepatan konduksi tertinggi - lebih dari 300 kilometer per jam - kita temui di serat sensorik dan motorik yang mengontrol pemeliharaan keseimbangan tubuh dan gerakan refleks yang cepat. Setelah impuls ditransmisikan, serabut saraf waktu yang singkat kehilangan kemampuan untuk tereksitasi, jatuh ke keadaan refraktori, tetapi setelah 1-2 perseribu detik ia kembali siap untuk menghasilkan impuls.
Proses elektrokimia yang mendasari impuls saraf, atau disebut potensial aksi, sebagian besar telah dijelaskan selama 15 tahun terakhir. Seperti yang telah kita lihat, perbedaan potensial antara permukaan dalam dan luar membran ditentukan terutama oleh permeabilitas ion membran yang berbeda; natrium dan kalium. Permeabilitas selektif seperti itu adalah karakteristik dari banyak membran, baik alami maupun buatan. Namun, kekhasan membran serat saraf adalah bahwa tingkat permeabilitasnya bergantung, pada gilirannya, pada perbedaan potensial antara permukaan bagian dalam dan luarnya, dan seluruh proses penghantaran impuls, pada dasarnya, didasarkan pada hubungan timbal balik yang sangat aneh ini. pengaruh.
A. Hodgkin dan A. Huxley menemukan bahwa penurunan buatan dalam beda potensial antara permukaan dalam dan luar membran segera menyebabkan peningkatan permeabilitas membran untuk ion natrium. Kami tidak tahu mengapa perubahan spesifik dalam permeabilitas membran ini terjadi, tetapi konsekuensi dari perubahan ini sangat signifikan. Ketika ion natrium bermuatan positif menembus membran, mereka menyebabkan pembatalan lokal dari beberapa kelebihan muatan negatif di dalam akson, yang menyebabkan penurunan lebih lanjut dalam perbedaan potensial. Dengan demikian, ini adalah proses yang memperkuat diri, karena penetrasi beberapa ion natrium melalui membran memungkinkan ion lain untuk mengikutinya. Ketika perbedaan potensial antara permukaan dalam dan luar membran turun ke nilai ambang batas, ion natrium menembus sedemikian rupa sehingga muatan negatif larutan internal berubah menjadi positif; ada semacam "pengapian" tiba-tiba, sebagai akibatnya impuls saraf, atau potensial aksi, muncul. Denyut ini, yang direkam oleh osiloskop dalam bentuk puncak, mengubah permeabilitas membran akson di area yang terletak di depan titik yang dilaluinya. saat ini sebuah impuls lewat, dan menciptakan kondisi yang memastikan penetrasi natrium ke dalam akson; karena ini, proses, berulang berkali-kali, menyebar di sepanjang akson sampai potensial aksi melewati seluruh panjangnya.
Peristiwa lain terjadi tepat di belakang impuls yang bergerak. "Pintu natrium", yang terbuka selama kenaikan puncak, menutup lagi, dan sekarang "pintu kalium" dibuka sebentar. Hal ini menyebabkan kebocoran cepat ion kalium bermuatan positif, yang mengarah pada pemulihan muatan negatif asli di dalam akson. Dalam seperseribu detik setelah perbedaan potensial antara permukaan dalam dan luar membran kembali ke garis dasar, sulit untuk menggeser perbedaan potensial ini dan menyebabkan munculnya impuls baru. Namun, permeabilitas membran untuk ion yang berbeda dengan cepat kembali ke tingkat semula, setelah itu sel siap untuk menghasilkan pulsa berikutnya.
Masuknya ion natrium ke dalam akson dan selanjutnya keluarnya ion kalium ke luar terjadi begitu singkat dan mempengaruhi jumlah partikel yang sangat sedikit sehingga proses ini hampir tidak dapat mempengaruhi komposisi isi akson secara keseluruhan. Bahkan tanpa pengisian ulang, pasokan ion kalium di dalam akson cukup besar untuk memastikan lewatnya puluhan impuls. Dalam organisme hidup, sistem enzim yang mengontrol operasi pompa natrium dengan mudah mempertahankan sel dalam keadaan siap untuk menghasilkan impuls.
Proses kompleks dalam menghantarkan sinyal ini (yang harus meluruh dengan sangat cepat karena kebocoran di sirkuit) dengan partisipasi banyak amplifier yang terletak di sepanjang saluran transmisi menyediakan kondisi yang diperlukan bagi sistem saraf kita untuk berkomunikasi dalam jarak yang relatif jauh di dalam tubuh. . Ini menciptakan sistem pengkodean stereotip yang terkenal untuk saluran komunikasi kami - pulsa pendek, hampir konstan dalam kekuatan dan mengikuti teman demi satu pada interval yang berbeda, yang nilainya hanya bergantung pada durasi periode refraktori sel saraf. Untuk mengimbangi kekurangan sistem pengkodean sederhana ini, tubuh memiliki banyak saluran komunikasi (akson) yang terletak sejajar satu sama lain, yang masing-masing merupakan proses dari sel saraf yang terpisah. Misalnya, di batang saraf optik yang memanjang dari mata, ada lebih dari satu juta saluran yang saling bersentuhan satu sama lain; semuanya mampu mentransmisikan berbagai impuls ke pusat otak yang lebih tinggi.
Sekarang mari kita kembali ke pertanyaan tentang apa yang terjadi di sinaps - pada titik di mana impuls mencapai ujung satu sel dan bertabrakan dengan sel saraf lain. Proses transmisi impuls yang memperkuat diri, yang bekerja di dalam setiap sel individu, tidak memiliki kemampuan untuk secara otomatis "melompat" melewati batas sel yang diberikan ke sel tetangga. Dan ini cukup alami. Lagi pula, jika sinyal melewati saluran terpisah di bundel saraf, bisa melompat dari satu saluran ke saluran lain, maka sistem komunikasi seperti itu tidak akan cocok di mana pun. Benar, di tempat kontak sinaptik fungsional, celah antara membran sel biasanya tidak lebih dari beberapa ratus angstrom. Namun, berdasarkan semua yang kita ketahui tentang ukuran area kontak dan sifat isolasi membran sel, sulit untuk membayangkan bahwa ada koneksi telegrafik yang efektif antara ujung satu sel saraf dan isi internal sel saraf lainnya. . Pengalaman yang meyakinkan dalam hal ini
indera mungkin merupakan upaya untuk mengirimkan impuls subthreshold - yaitu impuls yang tidak menyebabkan puncak muncul - melalui sinapsis yang memisahkan salah satu saraf motorik dari serat otot. Jika arus lemah diterapkan pada saraf motorik seperti itu di dekat sinaps, maka elektroda pelepasan yang dimasukkan langsung ke dalam serat otot tidak akan mencatat impuls apa pun. Jelas, di sinaps, komunikasi telegrafis yang dilakukan oleh serabut saraf terputus, dan transmisi pesan lebih lanjut terjadi melalui beberapa proses lain.
Sifat proses ini ditemukan sekitar 25 tahun yang lalu oleh G. Dale dan rekan-rekannya. Dalam beberapa hal, ini mirip dengan mekanisme hormonal yang disebutkan di awal artikel kami. akhir saraf motorik bertindak seperti kelenjar, mengeluarkan faktor kimia tertentu (perantara, atau mediator). Menanggapi impuls yang ditransmisikan kepada mereka, ujung-ujung ini mengeluarkan zat khusus - asetilkolin, yang dengan cepat dan efisien berdifusi melalui celah sinaptik yang sempit. Molekul asetilkolin mengikat molekul reseptor di area kontak dengan serat otot dan entah bagaimana membuka "pintu ionik" serat ini, memungkinkan natrium menembus ke dalam dan menyebabkan timbulnya impuls. Hasil yang sama dapat dicapai dengan aplikasi eksperimental asetilkolin ke area kontak dengan serat otot. Ada kemungkinan bahwa mediator kimia ini terlibat dalam menciptakan sebagian besar kontak antara sel-sel di sistem saraf pusat kita. Namun, orang hampir tidak dapat berpikir bahwa asetilkolin berfungsi sebagai mediator universal yang bertindak dalam semua kasus ini; oleh karena itu, banyak ilmuwan sedang melakukan penelitian intensif untuk mencari mediator kimia alami lainnya.
Masalah transmisi di sinapsis terbagi menjadi dua rangkaian pertanyaan: 1) bagaimana tepatnya impuls saraf menyebabkan sekresi pemancar kimia? 2) apa faktor fisikokimia yang menentukan kemampuan mediator kimia untuk merangsang sel tetangga untuk menghasilkan impuls dalam beberapa kasus atau menghambat generasi ini pada kasus lain?
Sejauh ini, kami tidak mengatakan apa-apa tentang penghambatan, meskipun itu tersebar luas di sistem saraf dan merupakan salah satu manifestasi yang paling menarik. aktivitas saraf. Penghambatan terjadi ketika impuls saraf berfungsi sebagai rem untuk sel di dekatnya, mencegah aktivasinya di bawah pengaruh sinyal rangsang yang memasukinya pada saat yang sama melalui saluran lain. Impuls yang melewati akson penghambat tidak dapat dibedakan dalam karakteristik listriknya dari impuls yang melewati akson rangsang. Namun, kemungkinan besar, efek fisikokimia yang dimilikinya pada sinaps bersifat berbeda. Ada kemungkinan bahwa penghambatan terjadi sebagai hasil dari proses yang, sampai batas tertentu, menstabilkan potensial membran (elektrifikasi) dari sel penerima dan mencegah sel ini mencapai ambang ketidakstabilan atau "titik nyala".
Ada beberapa proses yang dapat menyebabkan stabilisasi tersebut. Kami telah menyebutkan salah satunya: itu terjadi selama periode refraktori, yang diamati segera setelah generasi impuls. Selama periode ini, potensial membran stabil pada level tinggi(muatan negatif dari isi internal sel adalah 80-90 milivolt), karena "pintu kalium" terbuka lebar, dan "pintu natrium" tertutup rapat. Jika mediator dapat menyebabkan salah satu dari keadaan ini, atau bahkan keduanya, maka tindakannya tidak diragukan lagi bersifat penghambatan. Dapat dianggap benar bahwa dengan cara ini impuls yang datang dari saraf vagus mengurangi detak jantung; omong-omong, mediator menghasilkan saraf vagus, masih merupakan asetilkolin yang sama, seperti yang ditemukan oleh V. Levy 40 tahun yang lalu. Efek serupa diamati di berbagai sinapsis penghambatan yang terletak di sumsum tulang belakang, bagaimanapun, sifat kimiawi dari mediator yang terlibat dalam hal ini belum ditetapkan.
Penghambatan juga dapat terjadi jika dua akson "antagonis" milik dua sel yang berbeda, akan bertemu di area yang sama dari sel ketiga dan menyorot apa saja zat kimia mampu bersaing satu sama lain. Meskipun tidak ada contoh inhibisi semacam itu yang ditemukan di alam, fenomena inhibisi kompetitif dikenal baik dalam kimia dan farmakologi. (Misalnya, efek melumpuhkan racun curare didasarkan pada persaingannya dengan asetilkolin. Molekul curare memiliki kemampuan untuk menempel pada area serat otot yang biasanya bebas dan berinteraksi dengan asetilkolin.) Kebalikannya adalah juga mungkin, yaitu bahwa beberapa zat , yang disekresikan oleh ujung saraf penghambat, bekerja pada ujung saraf rangsang, menurunkan fungsi sekretorinya, dan dengan demikian jumlah mediator rangsang yang dilepaskan.
Jadi, kita kembali ke pertanyaan yang sama: bagaimana impuls saraf menyebabkan pelepasan neurotransmitter? Eksperimen terbaru menunjukkan bahwa aksi impuls saraf di persimpangan saraf dengan otot tidak menyebabkan proses sekresi mediator, tetapi untuk mengubah kecepatan proses ini, yang terjadi terus menerus, dengan mengubah potensial membran. Bahkan tanpa adanya rangsangan apapun, area tertentu dari ujung saraf melepaskan bagian asetilkolin dengan interval yang tidak teratur, masing-masing bagian tersebut mengandung banyak - mungkin ribuan - molekul.
Kapanpun pelepasan spontan dari sebagian molekul mediator dalam serat otot berbaring di sisi lain dari sinaps, Anda dapat mendaftarkan reaksi lokal kecil yang tiba-tiba. Setelah seperseribu detik, potensi membran otot turun 0,5 milivolt, dan kemudian, dalam 20 perseribu detik, potensi dipulihkan. Dengan secara sistematis mengubah potensial membran dari ujung saraf, adalah mungkin untuk mengidentifikasi hubungan tertentu antara potensial membran ini dan kecepatan sekresi bagian-bagian individual dari mediator. Kecepatan sekresi tampaknya meningkat dengan faktor sekitar 100 untuk setiap 30 milivolt potensial membran. Saat istirahat, satu bagian neurotransmitter dilepaskan per detik untuk setiap sinaps. Namun, dengan perubahan potensial jangka pendek sebesar 120 milivolt selama perjalanan impuls saraf, frekuensi pelepasan bagian neurotransmitter untuk waktu yang singkat meningkat hampir satu juta kali, sebagai akibatnya beberapa ratus bagian dari mediator dilepaskan secara bersamaan dalam sepersekian milidetik.
Sangat penting bahwa mediator selalu dilepaskan dalam bentuk bagian multimolekul dengan ukuran tertentu. Ini mungkin karena beberapa kekhasan struktur mikroskopis ujung saraf. Ujung saraf ini mengandung semacam akumulasi dari apa yang disebut vesikel dengan diameter masing-masing sekitar 500 angstrom, yang mungkin mengandung neurotransmiter, sudah "dikemas" dan siap untuk dilepaskan. Dapat diasumsikan bahwa ketika vesikel-vesikel ini bertabrakan dengan membran akson, seperti yang mungkin sering terjadi, tumbukan seperti itu terkadang mengakibatkan isi vesikel tumpah ke celah sinaptik. Asumsi seperti itu masih perlu dikonfirmasi oleh data langsung, tetapi mereka memungkinkan kita untuk memberikan penjelasan yang masuk akal tentang segala sesuatu yang kita ketahui tentang pelepasan spontan bagian asetilkolin dan percepatan pelepasan ini di bawah berbagai kondisi alami dan eksperimental. Bagaimanapun, asumsi ini memungkinkan untuk menyatukan pendekatan fungsional dan morfologis untuk masalah yang sama.
Karena kurangnya informasi yang kami miliki, kami belum menyentuh sama sekali pada banyak masalah yang menarik interaksi jangka panjang dan modifikasi adaptif yang tidak diragukan lagi terjadi pada sistem saraf. Untuk mempelajari masalah fisiologi ini, mungkin perlu mengembangkan metode yang sama sekali baru, tidak mirip dengan yang lama. Ada kemungkinan bahwa kepatuhan kita pada metode yang memungkinkan untuk mempelajari reaksi jangka pendek sel yang dapat dirangsang dengan sukses telah mencegah kita untuk menembus lebih dalam ke masalah pembelajaran, memori, pengembangan refleks terkondisi, dan struktur dan interaksi fungsional antara sel-sel saraf dan tetangga mereka.
Memuat...