การทำงานของเซลล์ประสาท 

การเคลื่อนที่ของกระแสประสาทภายในเซลล์

นักวิทยาศาสตร์พบว่า กระแสประสาทเคลื่อนที่ไปได้โดยมีการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าเกิดขึ้นและเมื่อนักวิทยาศาสตร์ใช้เครื่องมือวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างภายในและภายนอกเซลล์ในสภาพปกติและขณะเกิดกระแสประสาท จึงสรุปได้ว่าการเคลื่อนที่ของกระแสประสาท เป็นการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ทางไฟฟ้าและ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีพร้อมกันไป

การเปลี่ยนแปลงนี้ต้องการออกซิเจนและพลังงานเพิ่มขึ้นด้วย การเคลื่อนของกระแสประสาท แบ่งเป็น 3 ขั้นตอน คือ

1. ระยะก่อนถูกกระตุ้น (polarization)

สารละลายภายในและภายนอกเซลล์ประสาทจะมีประจุไฟฟ้าต่างกันประมาณ -60 มิลลิโวลต์ โดยนอกเซลล์จะมีประจุไฟฟ้าบวก และสารละลายภายนอกเซลล์ส่วนใหญ่ประกอบด้วย Na+ และ Cl- ส่วนภายในเซลล์มีประจุไฟฟ้าลบ เนื่องจากประกอบด้วย K+ และอินทรียสารซึ่งมีประจุลบ

ในสภาปกติจะพบ K+อยู่ภายในเซลล์มากกว่าภายนอก (ไม่ต่ำกว่า 25 เท่า) และพบ Na+ อยู่ภายนอกเซลล์มากกว่าภายใน (มากกว่า 10 เท่า) แสดงว่าเยื่อหุ้มเซลล์จะดึง K+ เข้ามาภายในเซลล์ และส่ง Na+ ออกนอกเซลล์ ตลอดเวลาด้วยวิธี แอกทีฟทรานสปอร์ต (active transport) เรียกขบวนการนี้ว่า โซเดียม-โพแทสเซียมปั๊ม (sodium potassium pump)

http://static.howstuffworks.com/gif/nerve-12.gif

2. ระยะเมื่อถูกกระตุ้น (depolarization)

เมื่อมีสิ่งเร้ามากระตุ้นเซลล์ประสาท จะทำให้คุณสมบัติของเยื่อหุ้มเซลล์ตรงนั้นเปลี่ยนไปชั่วคราว คือยอมให้ Na+ ภายนอกแพร่เข้าไปภายในเซลล์ได้ ผิวในของเยื่อหุ้มเซลล์ตรงที่ Na+เข้าไปจะมีประจุบวกเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนเปลี่ยนเป็ประจุบวกและผิวนอกที่สูญเสีย Na+ จะเปลี่ยนเป็นประจุลบ(การเปลี่ยนแปลงประจุนี้ใช้เวลา 1/100 วินาที)

เมื่อความต่างศักย์ไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงจาก -60มิลลิโวลต์ เป็น +60 มิลลิโวลต์ ทันทีที่ บริเวณหนึ่งมีศักย์ไฟฟ้าต่างจากบริเวณถัดไป จะกระตุ้นเซลล์ประสาทบริเวณถัดไปทั้ง 2 ข้าง ให้เกิดสลับขั้วต่อไปเรื่อย ๆ ปรากฏการณ์เช่นนี้ คือสัญญาณที่แสดงถึงการเคลื่อนที่ของกระแสประสาท (nerve impulse action potential) อันเกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าทางเคมี 

http://www.nature.com/emboj/journal/v20/n21/images/7594081f6.jpg

3. การกลับเข้าสู่สภาพปกติ (repolarization)

เมื่อ Na+ ผ่านเข้ามาในเซลล์ K+ ก็จะแพร่ออกจากเซลล์ทำให้ประจุไฟฟ้าที่ผิวนอกและผิวในของเยื่อหุ้มเซลล์กลับคืนสู่สภาพเดิม และในช่วงเวลาใกล้เคียงกันเมื่อกระแสประสาทผ่านไปแล้ว เซลล์ประสาทจะขับ Na+ ออกและดึง K+ เข้าเซลล์ด้วยกระบวนการโซเดียม - โพแทสเซียมปั๊ม เพื่อให้เซลล์กลับคืนสู่สภาพปกติ สามารถนำกระแสประสาทต่อไปได้

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์ประสาทรวดเร็วมาก และใยประสาทชนิดที่มีเยื่อไมอีลินหุ้มจะนำกระแสประสาทได้รวดเร็ว เพราะการแลกเปลี่ยนประจุไฟฟ้าจะเกิดขึ้นที่ โนดออฟเรนเวียร์เท่านั้นส่วนใยประสาทชนิดที่ไม่มีเยื่อไมอีลินหุ้ม การแลกเปลี่ยนประจุไฟฟ้าจะเกิดขึ้นทุกตำแหน่ง ถัดกันไปความเร็วของกระแสประสาทยังขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของใยประสาทด้วย โดยทั่วไป ความเร็วของกระแสประสาทจะเพิ่มขึ้น1เมตรต่อวินาที เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางเพิ่มขึ้นเฉลี่ย 1ไมครอน ดังนั้นใยประสาทได้เร็วคือ ใยประสาทที่มีขนาดใหญ่และมีเยื่อไมอีลินหุ้ม

เซลล์ประสาทที่ไม่มีเยื่อไมอีลินหุ้มนำกระแสประสาทด้วยความเร็ว 12 เมตรต่อวินาทีส่วนเซลล์ประสาทที่มีเยื่อไมอีลินหุ้มนำกระแสประสาทด้วยความเร็ว 120 เมตรต่อวินาที