Układ nerwowy człowieka jest złożoną, nie do końca jeszcze poznaną struktórą. Stanowi ośrodek koordynujący wszystkie procesy zachodzące w organizmie, będącym pod wpływem środowiska.
Do głównych funkcji układu nerwowego należą:
odbiór (za pośrednictwem receptorów) oraz analiza bodźców płynących ze środowiska zewnętrznego, a także z narządów wewnętrznych
reakcja na bodźce za pośrednictwem narządów wykonawczych, np. mięśnu
regulacja i koordynacja czynności wszystkich narządów i układów narządów, a tym samym utrzymanie organizmu w stanie równowago wewnątrzustrojowej.
Budowa układu nerwowego
Podstawową jednostką anatomiczną i czynnościową układu nerwowego jest komórka nerwowa - neuron. Neurony w układnie nerwowym odpowiadają za przepływ informacji w postaci impulsów nerwowych. Liczbę neuronów w organzimie człowieka określa się na ok. 150 mld. Oprócz neuronów w skład tkanki nerwowej wchodzą także komórki glejowe. Jest ich nawet 50 razy więcej niż neuronów. Komórki glejowe pełnią w stosunku do neuronów funkcje podporowe i odżywcze.
Ze względu na budowę i rozmieszczenie poszczególnych elementów układ nerwowy dzieli się na ośrodkowy układ nerwowy (OUN) oraz obwodowy układ nerwowy.
Neurony różnią się między sobą kształtem ciała komórki, liczbą wypustek oraz ich długością. Zazwyczaj są zbudowane z ciała komórki nerwowej oraz dwóch rodzajów wypustek - dendrytów i aksonów. Ciało komórki nerwowej (perykarion) to część neuronu otaczająca jądro komórkowe. W cytozylu komórki nerwowej znajdują się takie same organelle jak w większości komórek zwierzęcych. Charakteryzuje ją rozbudowany aparat Golgiego oraz duża liczba mitochondriów. Dobrze rozwinięta jest w niej siateczka śródplazmatyczna szorstka, nazwana tu tigroidem (lub ciałkami Nissla). W ciele komórki oraz w jej wypustkach występują białkowe włóknienia (elementy cytoszkieletu) zwane neurofibrylami.
W odniesieniu do wypustek neuronów (a dokładniej - długich dendrytów oraz aksonów) stosuje się także pojęcie włukna nerwowe.
Komórki glejowe
Wąsko wyspecjalizowane neurony utraciły zdolność pełnienia niektórych funkcji życiowych. Z tego powodu występujące obok nich w tkance nerwowej komórki glejowe przejęły funkcje: podporową, odżywczą, izolującą, a nawet regulacujną. Wśród komórek glejowych ważną rolę odgrywają lemocyty, zwane również komórkami osłonkowymi lub komórkami Schwanna [wym. szwana]. Są to długie, spłaszczone komórki, tworzące osłonki wokół włukien nerwowych (głównie aksonów). Wśród komórek glejowych największe są astrocyty. Mają one kształt gwiaździsty oraz dużą licznę wypustek. Astrocyty biorą udział w transporcie substancjcji oraz pełnią funkcję podporową. Uczestniczą także w porazowej naprawie tkanki nerwowej.
Funkcjonalny podział neuronów
Biorąc pod uwagę spełniane funkcje, wyróżnia się trzy rodzaje neuronów:
neurony czuciowe - przewodzą impulsy nerwowe od receptorów do ośrodkowego układu nerwowego (mózgowia i rdzenia kręgowego),
neurony ruchowe - przewodzą impulsy z ośrodkowego układu nerwowego do narządów wykonywawczych (elektronów), tzw. mięśni lub gruczołów,
neurony pośredniczące (interneurony) - występują pomiedzy neuronami czuciowymi a neuronami ruchowymi.
Pobudliwość i przewodnictwo komórek nerwowych
Komórki nerwowe są pobudliwe - mogą pod wpływem działającego bodźca przechodzić ze stanu spoczynku do stanu pobudzenia. Oznacza to, że dochodzi w nich do powstawania i przewodzenia impulcu nerwowego. Podstawą pobudliwości neuronu są zjawiska elektrochemiczne zachodzące w błonie komórkowej, związane z transportem jonów (głównie sodu i potasu). Niepobudzona komórka nerwowa wykazuje potencjał spoczynkowy. Oznacza to że między wnętrzem komórki a środowiskiem zewnętrznym istnieje różnica ładunków elektrycznych. Zewnętrzna powierzchnia błony neuronu jest naładowana dodatnio, a wewnętrzna - ujemnie. Taki stan nazywa się polaryzacją błony.
Polaryzacja błony jest spowodowana różnicą w ilości ładunków po obu stronach błony.
Wynika ona z istnienia:
dużego stężenia dodatnich jonów sodu i ujemnych jonów chloru na zewnątrz błony (przy czym przeważają jony dodatnie)
dużego stężenia dodatnich jonów potasu i ujemnych jonów wielocząsteczkowych białek po wewnętrznej stronie błony (przy czym przeważają jony ujemne)
Na wartość potencjału błonowego ma wpływ bierna dyfuzja przez błonę jonów K+ oraz, w mniejszym stopniu, jonów Na+, Cl- i innych. Stężenie jonów Na+ po zewnętrznej stronie błony jest ok. 10 razy większe niż wewnątrz neuronu, a stężenie jonów K+ ok. 30 razy większe wewnąrz niż na zewnątz. Z tego powodu jony Na+ i K+ przechodzą przez błonę komórkową zgodnie z różnicą stężeń na drodze dyfuzji ułatwionej. Ich transport odbywa sie przez specjalne kanały jonowe. Sytuacja ta mogła by po dostatecznie długim czasie doprowadzić do zaniku potencjału i zdolności do odbierania bodźców. Biernemu przenikaniu jonów sodu i potasu przeciwdziała jednak pompa sodowo-potasowa. Przy udziale energii pochodzącej z rozkładu ATP aktywnie transportuje ona jony sodu (Na+) z powrotem na zewnątrz komórki oraz jony potasu (K+) do jej wnętrza (przy czym jony K+ są popmowane w mniejszej ilości niż Na+). W ten sposób pompa sodowo-potasowa utrzymuje błonę w stanie polaryzacji.
PO zadziałaniu bodźca progowego następuje miejscowa depolaryzacja błony. Bodziec ten powoduje otwarcie się w błonie kanałów jonowych, przez które jony sodu biernie przepływają do wnętrza włókna. Chwilę później jony potasu różwnież na drodze dyfuzji ułatwionej przez kanały jonowe wypływają na zewnątrz. W rezultacie na zewnątz włókna zaczyna występować nadmiar ładunków ujemnych, a we wnętrzu - nadmiar ładunków dodatnich. Taka bardzo szybka zmiana ładunków pomiędzy powierzchnią włókna a jego wnętrzem jest nazywana potencjałem czynnościowym. Ma on trzy charakterystyczne cechy:
powstaje zawsze wtedy, gdy zadziała bodziec progowy, niezależnie od jego siły,
rozprzestrzenia się
jest zawsze przewodzony w jednym kierunku - od miejsca powstania w stronę zakończenia aksonu.
Potencjał czynnościowy rozprzestrzenia się, wywołując depolaryzację sąsiednich fragmentów. Przesuwająca się fala depolaryzacji to impuls nerwowy.
Po ustaniu działania bodźca zaczyna działać pompa sodowo-potasowa, a transportuje do niego jony potasu. Zjawisko to - repolaryzacja - prowadzi do przywrócenia stanu spoczynkowego, czyli ponownej polaryzacji błony. Spolaryzowana błona może ponownie ulegać wzbudzeniu i przewdozić kolejne potencjały czynnościowe.
Okres niepobudliwości neuronu
Czas potrzebny do ponownego spolaryzowania komórki nerwowej jest zwane okresem jej niepobudliwości (refrakcji). Jest to okres niewrażliwości komórki na bodziec, bez względu na jego siłę (refrakcja bezwzględna), lub okres niewrażliwości na bodziec progowy (refrakcja względna). Stan refrakcji względnej może zostać przerwany przez bardzo silny bodziec, tzw. bodziec nadprogowy.
Występowanie okresu niepobudliwości włókien nerwowych stanowi czynnościowe zabezpieczenie neuronu warunkujące dopuszczalną, bezpieczną częstość pojawiania się impulców (potencjałów czynnościowych). W większości komórek nerwowych w ciągu jednej sekundy powstaje do 100 zmian potencjałów (impulsów nerwowych). Wartości powstającego w aksonie potencjału czynnościowego są podobne, niezależnie od siły działającego bodźca. Mimo to człowiek odróżnia ciepło od temperatury grożącej uszkodzeniem skóry. Jest to możliwe, ponieważ w układnie nerwowym siła bodźców jest wyrażana częstotliwością impulsów nerwowych. Np. siła skurczu mięśnu zależy od częstotliwości zmian potencjałów (impulsów) - im jest ich więcej w ciągu sekundy, tym mocniejszy jest skurcz.
Synapsy
Neurony to niezależne komórki, które będąc elementem budowy układu nerwowrgo, muszą się ze soba kontaktować i współpracować. Przekazywanie impulsów nerwowych z jednej komórki do drugiej odbywa się za pomocą synaps.
Synapsą nazywa się wyspecjalizowane połączenie, w którym zakończenie aksonu kontaktuje się z inna komórką (nerwową, mięśniwą lub gruczołową). W organizmie człowieka wyróżnia się dwa rodzaje synaps: synapsy elektryczne i synapsy chemiczne.
W synapsach elektrycznych akson jednej komórki styka się z dendrytem następnej tak ścićle, że powstaje połączenie szczelinowe daje efekt ciągłości elektrycznej. Dzięku temu sygnał pobudzenia jest przekazywany bardzo szybko z komórki do komórki, bez opóźnień, jakimi charakteryzują się synapsy chemiczne.
W synapsach chemicznych w chwili, gdy potencjał czynnościowy dociera do kolbki synaptycznej następuje uwolnienie związku chemicznego, zwanego neuroprzekaźnikiem (neurotransmiterem lub mediatorem). Dostaje się on do szczeliny, po czym wiąże z receptorami rozmieszczonymi w błonie postsynaptycznej. Związanie neuroprzekaźnika pobudza kolejną komórkę (powoduje powstanie i przepływ impulsu). Nastepuje więc zamiana impulsu elektrycznego na impuls chemiczny, który z kolei wyzwala impuls elektryczny.
Wydzielanie i wiązanie neuroprzekaźników jest przyczyną pewnego opóźnienia w przepływie impulsu. Jednak dzięki istnieniu wielu róźnych nieuroprzekaźników, a także różnych receptorów błony postsynaptycznej wiążących odpowiednie neuroprzekaźniki, działa ono wybiórczo Znając sposób działania synapsy chemicznej, można zatem wpływać na wytwarzanie, transport oraz magazynowanie neuroprzekaźników.
Rodzaje neuroprzekaźników
W neuronach oraz synapsach poszczególnych części tego samego neuronu występują różne neuroprzekaźniki. Są one wytwarzane w ciele komórki nerwowej (perykarionie). Wśród nich wymienia się substancje pobudziające i hamujące przekazywanie pobudzenia przez synapsę. Do najlepiej zbadanych neuroprzekaźników o charakterze pobudzającym należą acetylocholina oraz noradrenalina. Działanie hamujące wykazuje natomiast kwas gamma - aminomasłowy.
Neuroprzekaźnik pobudzający powoduje depolaryzację błony postsynaptycznej, a neuroprzekaźnik hamujący spraiwa, że jony potasu wydostają się z wnętrza neuronu na zewnątz, podczas gdy jony chlorkowe (Cl-) wnikają do jego wnętrza. W ten sposób zwiększa się ujemny ładunek pod błoną oraz jej polaryzacja do ok. -80mV (jest to hiperpolaryzacja błony).
Przekazywanie impulsów newowych odywa się zawsze w jednym kierunku, ponieważ zależy od uwalniania neuroprzekaźników, które znajdują się jedynie w kolbkach synaptycznych na końcach aksonu. Mimo że pojedyńczy neuron ma tylko jeden akson, może on być rozgałęziony i łączyć się z dużą liczbą innych neuronów. Dlatego do pojedynczego neuronu może dochodzić wiele gałązek aksonu, które kończą się na jego chele lub dendrytach, tworząc połączenia synaptyczne. Ocenia się, że niektóre wyspecjalizowane neurony mogą mieć ok. 10 tys. połączeń synaptycznych. Połączenia te nie są przypadkowe, lecz tworzą w ośrodkowym układzie nerwowym przecyzyjnie działające drogi, nazywane szlakami neuronalnymi. W zależności od rodzaju neuroprzekaźnika wyróżnia się np. szlaki serotoninergiczne czy dopaminergiczne.
