Борис Сергеев - Я познаю мир. Биология

Механизм поиска растущего нейрона работает безукоризненно. Вот несколько зарисовок из истории развития нервной системы саранчи. У крохотного эмбриона имеются зачатки 17 нервных ганглиев. Большинство из них содержит по 30 зачаточных клеток. Они многократно делятся, и каждая дает начало целому семейству из 6–100 нейронов. В результате формируется ганглий, содержащий положенную тысячу нервных клеток. К восьмому дню жизни эмбриона около 100 его нейронов успевают вырастить свои отростки, которые объединяются в 25 пучков, образующих прямоугольную структуру, напоминающую лестницу.

Ученые сумели проследить, как в этом, уже достаточно сложном ганглии растущий отросток нервной клетки, взятой под наблюдение, находит предназначенный ему путь. Оказалось, что его выросты обследуют практически все нервные волокна, пока не найдут нужный им пучок из четырех аксонов, Представляете, какая точность: выбор из 25 возможных вариантов! Но на этом дело не кончается. Выросты аксона изучаемой нервной клетки интересуются не всеми четырьмя волокнами обнаруженного пучка, а только двумя из них. Они растут рядом, тянутся в том же направлении и обвиваются вокруг этих волокон, пока не окажутся в том районе, где им положено находиться.

Развитие многоклеточного организма заключается не только в увеличении числа его клеток и овладении ими разными «профессиями». Оказывается, и сами клетки, если они хотят стать настоящими «профессионалами», должны развиваться. Особенно это касается нервных клеток, которые в будущем возьмут на себя функцию проводников нервных импульсов на большие расстояния.

Работа нервных клеток сопровождается электрическими реакциями. В наших квартирах и на производстве все проводники, по которым течет ток, надежно изолированы. Это абсолютно необходимо. Нервным клеткам мозга тоже требуется надежная изоляция. В нервной системе для этого используется жироподобное вещество — миелин. Он служит изоляцией для нервных волокон, входящих как в состав нервов, так и в состав мозга.

У высших позвоночных животных белое вещество мозга, представляющее собой скопление нервных волокон, больше чем наполовину состоит из миелина. Нарушения в образовании миелина приводят к тяжелым заболеваниям.

Миелин покрывает длинный отросток нервной клетки — аксон —надежной оболочкой, предотвращающей электрические контакты между плотно упакованными нервными волокнами в нервах.

Оболочку образуют не сами нервные волокна, а особые шванновские клетки,которых в мозгу примерно раз в десять больше, чем нервных. Когда нервное волокно установит контакт с какой — то из клеток мозга, с каким — нибудь нервным волокном или мышцей, оно начинает воздействовать на ближайшие к нему шванновские клетки, которые тут же начинают расти, уплощаются и накручиваются на нервное волокно примерно так же, как мы бинтуем руку или палец. На один виток шванновская клетка затрачивает около 45 часов. Так идет этот процесс в пробирке, когда в особом бульоне находятся нервные и шванновские клетки. Возможно, в организме этот процесс осуществляется быстрее.

По мере образования новых витков цитоплазма шванновской клетки сжимается. Зрелая миелиновая оболочка состоит из нескольких слоев этого живого «бинта». Каждая шванновская клетка изолирует всего лишь 1–2 миллиметра нервного волокна. Между его защищенными участками всегда остаются маленькие промежутки — перехваты Ранвье, где волокно остается ничем не защищенным.

Миелин играет в работе нервной системы важную роль. Он ускоряет проведение по нервному волокну нервного импульса. В состоянии покоя внутренняя сторона оболочки нервного волокна заряжена отрицательно, а наружная — положительно. Происходит это благодаря скоплению внутри волокна отрицательно заряженных, а снаружи положительно заряженных атомов (ионов).

Возбуждение нервного волокна, вызванное каким — либо раздражителем, выражается в том, что в мембране нервной клетки открываются особые белковые каналы и положительно заряженные ионы натрия лавинообразно устремляются внутрь волокна.

При этом, естественно, происходит перезарядка оболочки волокна: оно внутри заряжается положительно, а снаружи — отрицательно. Такое изменение зарядов само по себе становится раздражителем для соседнего участка нервного волокна. В результате на соседнем участке тоже открываются белковые каналы, ионы натрия устремляются внутрь — и так возбуждение мембраны распространяется по всей нервной клетке. Распространение возбуждения по нервной клетке и называется нервным импульсом.

1 — тело нейрона; 2 — аксон; 3 — поток ионов натрия и калия; 4 — график измененения электрического потенциала на мембране; 5 — раздражитель

Продвигаясь по волокну, нервный импульс осуществляет перезарядку одного микроскопического участка оболочки нервного волокна за другим. По немиелинизированным нервным волокнам импульс продвигается не спеша — со скоростью 2 метра в секунду.

В покрытых миелиновой оболочкой нервных волокнах перезарядка мембраны невозможна. Она происходит только в его неизолированных участках, поэтому нервный импульс продвигается скачками: от одного перехвата Ранвье до другого. При этом скорость его распространения увеличивается в 50–70 раз, достигая 120 метров в секунду.

Кроме того, вернуть нервную клетку в состояние покоя — то есть закрыть каналы и выкачать из клетки весь натрий — легче, если проникновение натрия происходит только на отдельных участках. Таким образом, миелиновая оболочка экономит время и энергию не только на проведение нервного импульса, но и на возвращение клетки к состоянию покоя.