От локального сигнала к волне вдоль клетки
По обе стороны мембраны нервной клетки концентрации ионов различаются. Эту разницу поддерживают белки-переносчики, в том числе натрий-калиевый насос, который расходует энергию, чтобы перемещать ионы против их естественного распределения. Поэтому мембрана заранее обладает запасом электрической энергии — разностью напряжения между внутренней и внешней сторонами.
Когда участок мембраны получает достаточный сигнал, открываются чувствительные к напряжению натриевые каналы. Натрий входит в клетку, и напряжение быстро меняется. Это изменение поблизости запускает открытие следующих каналов: так импульс распространяется по аксону — длинному отростку нейрона. Вдоль клетки движется не один поток ионов от начала до конца, а последовательность локальных электрических изменений.
Почему сигнал не идёт назад и не затухает
Сразу после открытия натриевые каналы на короткое время становятся неактивными, а другие каналы помогают вернуть мембране исходное напряжение. Этот промежуток называется рефрактерным периодом. Участок временно не готов запустить новый импульс, поэтому волна обычно продвигается вперёд, а не возвращается туда, откуда пришла.
У многих аксонов есть миелиновая оболочка — изолирующий слой вокруг мембраны. В таких волокнах важные обмены ионов происходят преимущественно в промежутках между участками оболочки. Импульс как бы перескакивает от одного промежутка к следующему, что ускоряет передачу и снижает затраты на восстановление ионного баланса.
Дойдя до окончания аксона, электрический импульс обычно запускает уже другой этап: выделение химических веществ, которые передают сигнал следующей клетке. Так работа каналов связывает быстрый электрический ход по нейрону с общением между нейронами.
