Нейрон, синапс і рефлекторна дуга

Нервова система людини побудована з двох основних типів клітин: нейронів і нейроглії. Нейрон — це структурна й функціональна одиниця нервової системи, здатна сприймати подразнення, генерувати й проводити нервовий імпульс. Нейроглія виконує допоміжні функції: опорну, живильну, захисну й ізолювальну.

Будова нейрона

Нейрон складається з тіла (соми) та відростків. Тіло нейрона містить ядро, рибосоми, ендоплазматичну сітку (ЕПС) та інші органели. Саме в тілі синтезуються білки, необхідні для функціонування клітини. Зрілі нейрони майже не діляться, тому загиблі нейрони майже не замінюються новими — це одна з причин, чому травми нервової системи часто мають незворотні наслідки.

Відростки нейрона поділяють на два типи:

• Дендрити — короткі, сильно розгалужені відростки. Їх зазвичай багато (іноді десятки). Вони проводять нервовий імпульс до тіла нейрона.

• Аксон — один довгий відросток (у деяких нейронів сягає майже 1 м, наприклад, від спинного мозку до м'язів стопи). Він проводить імпульс від тіла нейрона до інших клітин. На кінці аксон розгалужується й утворює синаптичні закінчення.

Типи нейронів за функцією

Залежно від того, у якому напрямку нейрон проводить імпульс і де розташоване його тіло, розрізняють три основні типи:

У соматичній нервовій системі шлях від ЦНС до скелетного м'яза складається з одного рухового нейрона. В автономній (вегетативній) нервовій системі шлях містить два нейрони: перший — у ЦНС, другий — у периферичному вузлі (ганглії).

Нейроглія

Нейроглія — це сукупність допоміжних клітин, що оточують нейрони. Вони не проводять нервових імпульсів, але виконують життєво важливі функції:

• Опорна — утворюють каркас для нейронів.

• Живильна — забезпечують нейрони поживними речовинами.

• Захисна — фагоцитують мікроорганізми й залишки загиблих клітин.

• Ізолювальна — утворюють мієлінову оболонку навколо аксонів.

Нервове волокно — це відросток нейрона (аксон або дендрит), оточений оболонками. Саме волокнами нервовий імпульс поширюється від однієї ділянки тіла до іншої. Залежно від наявності мієлінової оболонки волокна поділяють на мієлінізовані та немієлінізовані.

Мієлінова оболонка

Мієлінова оболонка — це багатошарова ліпідна обгортка, яку утворюють клітини нейроглії (у центральній нервовій системі — олігодендроцити, у периферичній — шванові клітини). Вона не суцільна: через рівні проміжки є ділянки, де оболонка відсутня, — перехоплення Ранв'є.

Мієлін виконує дві ключові функції:

• Ізолює волокно — запобігає витоку іонів і розсіюванню сигналу.

• Прискорює проведення імпульсу — завдяки сальтаторному (стрибкоподібному) проведенню імпульс «перескакує» від одного перехоплення Ранв'є до наступного, минаючи ізольовані ділянки.

Швидкість проведення імпульсу різко відрізняється: мієлінізованими волокнами — до 120 м/с, немієлінізованими — лише близько 1–2 м/с. Саме тому пошкодження мієліну (наприклад, при розсіяному склерозі) призводить до серйозних порушень руху й чутливості.

Сіра й біла речовина. Нервові вузли

У центральній нервовій системі розрізняють:

• Сіру речовину — скупчення тіл нейронів і дендритів. Саме вона утворює кору головного мозку й «метелика» в спинному мозку.

• Білу речовину — пучки мієлінізованих аксонів. Білий колір надає мієлін, який складається переважно з ліпідів.

Нервовий вузол (ганглій) — це скупчення тіл нейронів поза межами ЦНС. Наприклад, спинномозкові вузли містять тіла чутливих нейронів.

Нерв: чутливі, рухові та змішані

Нерв — це пучок нервових волокон, оточений сполучнотканинною оболонкою. За складом волокон нерви поділяють на три типи:

Нервовий імпульс

Нервовий імпульс — це хвиля збудження, що поширюється мембраною нейрона. У стані спокою мембрана нейрона поляризована: внутрішня поверхня заряджена негативно щодо зовнішньої. Цей потенціал спокою (близько $-70$ мВ) зумовлений нерівномірним розподілом іонів: усередині клітини багато K⁺, а ззовні — Na⁺. Вибіркова проникність мембрани та робота натрій-калієвого насоса підтримують цю різницю.

Коли подразнення досягає порогової сили, у мембрані відкриваються натрієві канали, Na⁺ масово входить у клітину, і заряд ділянки змінюється на позитивний (деполяризація). Це і є нервовий імпульс. Хвиля деполяризації поширюється вздовж мембрани, забезпечуючи провідність. Після проходження імпульсу натрій-калієвий насос відновлює вихідний розподіл іонів.

Дві основні властивості нервової тканини — збудливість (здатність відповідати на подразнення) і провідність (здатність передавати збудження вздовж мембрани).

Синапс — це спеціалізоване місце передавання сигналу від одного нейрона до іншого нейрона або до клітини робочого органа (м'яза чи залози). У шкільному курсі біології розглядають переважно хімічні синапси, у яких сигнал передається за допомогою хімічної речовини — медіатора. Електричні синапси існують, але не є предметом вивчення в програмі НМТ.

Будова хімічного синапсу

Хімічний синапс складається з трьох основних частин:

• Пресинаптична мембрана — це мембрана закінчення аксона нейрона, що передає сигнал. У пресинаптичному закінченні містяться синаптичні пухирці, заповнені медіатором.

• Синаптична щілина — вузький проміжок (близько 20–50 нм) між пресинаптичною та постсинаптичною мембранами.

• Постсинаптична мембрана — мембрана клітини, яка приймає сигнал. Вона містить білки-рецептори, специфічні до певного медіатора.

Механізм передавання імпульсу

Послідовність подій у хімічному синапсі така:

1. Нервовий імпульс досягає пресинаптичного закінчення.

2. У пресинаптичну мембрану входять іони Ca²⁺ (кальцій).

3. Вхід Ca²⁺ стимулює екзоцитоз — синаптичні пухирці зливаються з мембраною й викидають медіатор у синаптичну щілину.

4. Медіатор дифундує через щілину й зв'язується з білками-рецепторами на постсинаптичній мембрані.

5. Зв'язування викликає збуджувальний або гальмівний ефект на клітині-мішені.

Сигнал має бути вчасно припинений. Медіатор видаляється зі щілини трьома способами: розщепленням ферментами (наприклад, ацетилхолін розщеплює ацетилхолінестераза), зворотним захопленням у пресинаптичне закінчення або дифузією в навколишнє середовище.

Медіатори

Основними медіаторами, які варто знати для НМТ, є:

• Ацетилхолін — діє в синапсах між руховими нейронами й скелетними м'язами, а також у закінченнях парасимпатичних нервів.

• Норадреналін — виділяється в закінченнях більшості симпатичних нервів.

• Існують також гальмівні медіатори (наприклад, ГАМК — гамма-аміномасляна кислота), які зменшують збудливість постсинаптичної клітини.

Однобічне проведення та синаптична затримка

Хімічний синапс проводить збудження лише в одному напрямку — від пресинаптичної мембрани до постсинаптичної. Чому? Тому що медіатор міститься тільки в пресинаптичному закінченні, а рецептори до нього — тільки на постсинаптичній мембрані. Зворотного шляху немає.

Крім того, у синапсі виникає невелика затримка сигналу (синаптична затримка) — близько 0,5–1 мс. Вона зумовлена часом, потрібним для вивільнення медіатора, його дифузії та зв'язування з рецепторами. Саме через синаптичні затримки рефлекси, що проходять через багато синапсів (полісинаптичні), відбуваються повільніше, ніж моносинаптичні.

Рефлекс — це відповідь організму на подразнення, яка відбувається за участю нервової системи. Рефлекторний принцип роботи нервової системи обґрунтували І. М. Сєченов (книга «Рефлекси головного мозку», 1863) та І. П. Павлов, який створив учення про вищу нервову діяльність.

Рефлекторна дуга

Рефлекторна дуга — це шлях, яким нервовий імпульс проходить від місця подразнення до робочого органа. Класична дуга містить п'ять ланок:

1. Рецептор — сприймає подразнення (наприклад, больові, температурні, рецептори розтягу).

2. Чутливий нейрон — проводить імпульс від рецептора до центральної нервової системи (ЦНС).

3. Нервовий центр у ЦНС — ділянка сірої речовини, де відбувається перемикання сигналу. Тут може бути прямий контакт чутливого й рухового нейронів (моносинаптична дуга) або один чи кілька вставних нейронів (полісинаптична дуга).

4. Руховий нейрон — проводить імпульс від ЦНС до робочого органа.

5. Робочий орган — м'яз (скорочується) або залоза (виділяє секрет).

Колінний рефлекс — приклад моносинаптичної дуги

Колінний рефлекс — найпростіший рефлекс, який лікар перевіряє ударом молоточка по сухожилку під колінною чашечкою. Ось як він працює:

1. Удар молоточком розтягує сухожилок чотириголового м'яза стегна.

2. Рецептори розтягу в м'язі збуджуються.

3. Чутливий нейрон проводить імпульс до спинного мозку.

4. У спинному мозку аксон чутливого нейрона безпосередньо контактує з руховим нейроном (вставного нейрона немає!).

5. Руховий нейрон передає команду чотириголовому м'язу стегна — м'яз скорочується, і гомілка розгинається.

Колінний рефлекс — моносинаптичний, бо в його дузі лише один синапс (між чутливим і руховим нейронами). Вставного нейрона в цій дузі немає.

Полісинаптична дуга: відсмикування руки

Коли ти торкаєшся гарячого предмета, спрацьовує захисний рефлекс відсмикування руки. Це полісинаптична дуга: у ній між чутливим і руховим нейронами є один або кілька вставних нейронів. Спрощена схема такої дуги: рецептор → чутливий нейрон → вставний нейрон → руховий нейрон → м'яз.

Важливо розуміти, що рефлекторна дуга насправді не є розімкненим шляхом. Рецептори робочого органа (м'яза) постійно надсилають до ЦНС інформацію про результат виконаної дії — це зворотний зв'язок. Тому сучасні фізіологи частіше говорять про рефлекторне кільце, а не про дугу.

Наслідки пошкодження ланок рефлекторної дуги

Уміння передбачати наслідки пошкодження окремих ланок допомагає перевірити, чи розумієш ти роботу рефлекторної дуги. Розгляньмо три типові ситуації:

Запам'ятай: пошкодження рухового нейрона не позбавляє чутливості — людина відчуває дотик, біль, температуру, але не може свідомо скоротити м'яз. І навпаки, пошкодження чутливого нейрона робить ділянку нечутливою, хоча м'яз може отримувати команди з інших рівнів ЦНС.

У цьому розділі розглянемо типові завдання НМТ на тему нейрона, синапсу й рефлекторної дуги. Кожен приклад супроводжується покроковим розв'язанням і поясненням, чому інші варіанти відповіді неправильні.

Приклад 1. Напрямок проведення імпульсу аксоном рухового нейрона

Завдання: У якому напрямку проводить збудження аксон рухового нейрона?

Варіанти відповіді:

• А) від рецептора до тіла нейрона

• Б) від тіла нейрона до робочого органа

• В) в обох напрямках однаково

• Г) від м'яза до спинного мозку

Розв'язання: Аксон — це відросток нейрона, який завжди проводить імпульс від тіла нейрона. Руховий нейрон передає сигнал від ЦНС до робочого органа (м'яза або залози). Отже, аксон рухового нейрона проводить імпульс від тіла нейрона (яке розташоване в ЦНС) до робочого органа.

Правильна відповідь: Б) від тіла нейрона до робочого органа.

Чому інші варіанти неправильні:

• А — так проводить імпульс дендрит чутливого нейрона, а не аксон рухового.

• В — хоча саме нервове волокно здатне проводити збудження в обидва боки, в організмі аксон рухового нейрона проводить імпульс лише від тіла до робочого органа, бо напрямок задають синапси (однобічне проведення).

• Г — це напрямок від робочого органа до ЦНС, що характерний для чутливого нейрона.

Приклад 2. Логічні пари: структура — функція

Завдання: Установи відповідність між структурою (1–4) та її функцією (А–Д).

1 пресинаптична мембрана, 2 постсинаптична мембрана, 3 мієлінова оболонка, 4 дендрит.

А виділяє медіатор у синаптичну щілину, Б містить рецептори до медіатора, В ізолює волокно й прискорює проведення, Г проводить імпульс до тіла нейрона, Д виділяє гормони в кров.

Розв'язання:

• Пресинаптична мембрана — це мембрана закінчення аксона, у якому містяться пухирці з медіатором. Під дією імпульсу через неї медіатор виділяється в щілину. Отже, 1 → А.

• Постсинаптична мембрана має білки-рецептори, які зв'язують медіатор. Отже, 2 → Б.

• Мієлінова оболонка ізолює нервове волокно й забезпечує сальтаторне проведення, що прискорює імпульс. Отже, 3 → В.

• Дендрит проводить нервовий імпульс до тіла нейрона. Отже, 4 → Г.

Правильна відповідь: 1А, 2Б, 3В, 4Г. Варіант Д («виділяє гормони в кров») — зайвий, він стосується залоз внутрішньої секреції, а не структур нейрона чи синапсу.

Приклад 3. Ланки колінного рефлексу

Завдання: Якої ланки НЕМАЄ в рефлекторній дузі колінного рефлексу?

Варіанти відповіді:

• А) рецепторів розтягу в м'язі

• Б) вставного нейрона

• В) рухового нейрона

• Г) чотириголового м'яза стегна

Розв'язання: Колінний рефлекс — моносинаптичний. Його дуга складається з рецепторів розтягу в чотириголовому м'язі стегна, чутливого нейрона, рухового нейрона й самого м'яза. Між чутливим і руховим нейронами — прямий контакт, без вставного нейрона.

Правильна відповідь: Б) вставного нейрона.

Чому інші варіанти неправильні:

• А — рецептори розтягу в м'язі є першою ланкою дуги.

• В — руховий нейрон передає команду до м'яза, він є в дузі.

• Г — чотириголовий м'яз стегна є робочим органом, який скорочується.

Приклад 4. Два твердження

Завдання: Оціни правильність двох тверджень.

I. Пошкодження рухового нейрона позбавляє ділянку тіла чутливості.

II. Хімічний синапс проводить збудження лише від пресинаптичної мембрани до постсинаптичної.

Варіанти відповіді:

• А) правильне лише I

• Б) правильне лише II

• В) обидва правильні

• Г) обидва неправильні

Розв'язання: Твердження I — хибне. Пошкодження рухового нейрона порушує передачу команди до м'яза (виникає параліч), але чутливість зберігається, оскільки чутливі нейрони не зачеплені. Твердження II — правильне. У хімічному синапсі медіатор міститься лише в пресинаптичному закінченні, а рецептори — лише на постсинаптичній мембрані, тому збудження передається тільки в одному напрямку.

Правильна відповідь: Б) правильне лише II.

• Плутають напрямок проведення: вважають, що дендрит проводить імпульс від тіла нейрона, а аксон — до тіла. Запам'ятай: дендрити завжди проводять до тіла, аксон — від тіла.

• Помилково розміщують тіла чутливих нейронів спинномозкової рефлекторної дуги в сірій речовині спинного мозку, а не в спинномозкових вузлах. Тіла чутливих нейронів лежать поза ЦНС — у спинномозкових гангліях.

• Вважають, що медіатор виділяє постсинаптична мембрана або що синапс проводить збудження в обидва боки. Насправді медіатор міститься лише в пресинаптичному закінченні, а рецептори — на постсинаптичній мембрані, тому проведення однобічне.

• Пропускають нервовий центр у дузі або ставлять рецептор після чутливого нейрона. Правильна послідовність: рецептор → чутливий нейрон → нервовий центр (ЦНС) → руховий нейрон → робочий орган.

• Вважають, що дуга колінного рефлексу містить вставний нейрон. Насправді колінний рефлекс — моносинаптичний, вставного нейрона в його дузі немає.

• Вважають, що пошкодження рухового нейрона позбавляє чутливості. Насправді зникає лише рух (параліч), а чутливість зберігається, бо чутливі нейрони не пошкоджені.

Тема «Нейрон, синапс і рефлекторна дуга» належить до теми 4.2 програми НМТ з біології: «Нейрон, рефлекторний принцип діяльності нервової системи, рефлекторна дуга, її складові й функціонування». Від тебе вимагають:

• Знати будову нейрона, синапсу, медіатора, мієлінової оболонки, білої й сірої речовини.

• Розрізняти чутливі, рухові й змішані нерви.

• Візуально розпізнавати елементи нейрона й рефлекторної дуги на рисунках і схемах.

Формат завдань:

• Завдання 1–24 — вибір однієї відповіді з чотирьох (А–Г), 0 або 1 бал. У демоваріанті НМТ-2026 є основа «два твердження» (номери 8, 14, 20). Рисунок, схема чи фото супроводжують 15 завдань із 30.

• Завдання 25–28 — логічні пари 1–4 → А–Д, одна буква зайва. По 1 балу за кожну правильну пару, до 4 балів. Ця форма добре підходить для пар «позначка на схемі дуги → ланка» або «частина синапсу → функція».

У демоваріанті НМТ-2026 тему 4.2 не використано ні як основну, ні як додаткову, тож орієнтуйся на вимоги програми, а не на конкретний варіант. На виконання всього тесту з біології відведено орієнтовно 60 хвилин.

• Нейрон: тіло, дендрити (проводять до тіла), аксон (проводить від тіла); нейроглія живить, захищає й утворює мієлін.

• Чутливі нейрони — від рецепторів до ЦНС, вставні — у ЦНС, рухові — від ЦНС до органів.

• Мієлін прискорює проведення до 120 м/с; сіра речовина — тіла нейронів, біла — волокна.

• Хімічний синапс: медіатор із пресинаптичного закінчення → щілина → рецептори постсинаптичної мембрани; проведення однобічне.

• Рефлекторна дуга: рецептор → чутливий нейрон → нервовий центр → руховий нейрон → робочий орган.

• Колінний рефлекс — дуга з двох нейронів; розірвана ланка — рефлексу немає.