7 דקות
בואו נתחיל ברגע מוכר לכולנו. נוגעים בטעות בסיר חם על הכיריים, והיד מתרחקת מיד — עוד לפני שמרגישים את הכאב. לא מחשבים, לא מחליטים, הגוף פשוט פועל. איך זה יתכן שהגוף פועל מהר יותר מהמוח? התשובה לשאלה הזו פותחת בפנינו את כל הלוגיקה של מערכת העצבים.
מערכת העצבים בנויה מיחידות בסיסיות שנקראות נוירונים. לכל נוירון יש חמישה חלקים עיקריים. גוף התא מכיל את הגרעין — זה מרכז הבקרה המטבולי של התא. מגוף התא יוצאים דנדריטים, שהם שלוחות מסועפות שתפקידן לקלוט מסרים מנוירונים אחרים. בנוסף יוצא מגוף התא אקסון יחיד וארוך, שמוליך את המסר הלאה. האקסון עטוף לעיתים קרובות בשכבות שומניות שנקראות בית המיאלין, שנוצרות מתאי תמך, ובין קטע לקטע קיימים רווחים חשופים הנקראים מפרצי רנוויה. בקצה האקסון נמצאים כפתורי הקצה, שמכילים שלפוחיות עם חומרים כימיים שנקראים מוליכים עצביים.
הנוירונים מחולקים לשלושה סוגים לפי תפקידם. הנוירון התחושתי מוליך מידע מהקולטנים בגוף אל מערכת העצבים המרכזית. הנוירון המוטורי מוביל פקודות ממערכת העצבים המרכזית אל האיבר המבצע, כמו שריר. ויש גם נוירון מקשר, שנמצא אך ורק בתוך מערכת העצבים המרכזית ואינו יוצא ממנה — תפקידו לחבר בין הנוירון התחושתי לנוירון המוטורי. בדיוק הנוירון הזה הוא שמאפשר את הרפלקס המהיר שתיארנו.
עכשיו נבין מה קורה בתוך הנוירון עצמו. בזמן מנוחה קיים הפרש מתח של כ-70- מיליוולט בין שני צדי המברנה, כאשר הצד הפנימי שלילי. שלושה גורמים שומרים על מצב זה. ראשית, משאבת נתרן-אשלגן עובדת כל הזמן, מוציאה 3 יוני נתרן החוצה ומכניסה רק 2 יוני אשלגן פנימה — וזה עולה אנרגיה בדמות ATP. כיוון שיותר מטען חיובי יוצא מאשר נכנס, הצד הפנימי נשאר שלילי. שנית, בזמן מנוחה המברנה חדירה יותר לאשלגן מאשר לנתרן, ולכן אשלגן דולף החוצה דרך תעלות פתוחות. שלישית, חלבונים גדולים הטעונים שלילית כלואים בתוך התא ואינם יכולים לעבור. חשוב להבין — פוטנציאל המנוחה הוא מצב פעיל שדורש השקעת אנרגיה מתמדת, ולא סתם שקט.
כשמגיע גירוי חזק מספיק, מתרחש אחד התהליכים המרתקים בביולוגיה — פוטנציאל הפעולה. הגירוי צריך להגיע לערך סף של כ-55- מיליוולט כדי להשיק את התהליך. ברגע שחוצים את הסף, תעלות נתרן התלויות מתח נפתחות, ויוני נתרן זורמים בכמויות גדולות פנימה — המתח עולה בחדות מ-70- מיליוולט לכ-+40 מיליוולט. זה שלב הדה-פולריזציה. לאחר מכן תעלות הנתרן נסגרות ותעלות אשלגן נפתחות — אשלגן יוצא החוצה והמתח יורד חזרה, שלב הרה-פולריזציה. לפעמים המתח יורד אפילו מעט מתחת ל-70- מיליוולט — מצב שנקרא היפרפולריזציה. לבסוף המשאבה מחזירה הכל לשגרה.
כאן נכנס עיקרון חשוב שחוזר בשאלות הבגרות: חוק הכול או כלום. אם הגירוי לא הגיע לסף — לא קורה כלום. אם הגיע לסף — נוצר פוטנציאל פעולה מלא. אז מה קורה כשהגירוי חזק מאוד, פי שלושה מהסף? פוטנציאל הפעולה עצמו יהיה זהה בעוצמתו. ההבדל הוא שגירוי חזק מייצר תדירות גבוהה יותר של פוטנציאלי פעולה — כך הגוף מקודד עוצמה.
פוטנציאל הפעולה צריך לנסוע לאורך האקסון, אבל הוא לא נוסע כמו זרם חשמלי בחוט מתכת. במקום זאת, הוא נוצר מחדש שוב ושוב לאורך המברנה: זרם יוני מקומי מגרה את האזור הסמוך עד לסף, ושם נוצר פוטנציאל חדש. האזור שכבר עבר פוטנציאל נמצא בתקופת אל-חוזר ולא יכול להיגרות שוב — וכך הפוטנציאל נע רק קדימה ולא לאחור. באקסון חשוף, התהליך הזה רציף ואיטי יחסית. אבל באקסון ממויאלן, המיאלין מבודד את המברנה בין מפרצי רנוויה לבין מפרצים, כך שפוטנציאל הפעולה נוצר רק במפרצים ו"קופץ" מאחד לשני — הולכה מדורגת. תהליך זה מהיר בהרבה וחסכוני באנרגיה.
עכשיו נגיע למה שקורה בין נוירון לנוירון, ביחידה שנקראת סינפסה. המעבר הוא כימי, לא חשמלי. כשפוטנציאל הפעולה מגיע לכפתור הקצה, תעלות סידן נפתחות, סידן נכנס לתא, ושלפוחיות המכילות מוליך עצבי נצמדות למברנה ומשחררות את תוכנן לתוך המרווח הסינפטי. המוליך מתפזר, מגיע לקולטנים שנמצאים על המברנה של התא הבא, ופותח תעלות יונים שם — דבר שיכול לעורר את התא הבא או לעכב אותו. לאחר מכן, המוליך חייב להיות מפונה — בין אם על ידי פירוק אנזימטי ובין אם על ידי ספיגה חזרה לתא. בלי פינוי כזה, ההשפעה תימשך ולא ניתן יהיה לשלוט בתגובה. הכיווניות של הסינפסה מובטחת כי השלפוחיות נמצאות בצד אחד בלבד, והקולטנים בצד השני.
דוגמה יפה לחשיבות הפינוי: אם חומר מסוים חוסם את האנזים המפרק אצטילכולין במרווח הסינפטי, האצטילכולין ישאר שם ויגרה את הקולטנים שוב ושוב — השריר יתכווץ בצורה ממושכת ולא מבוקרת.
חוזרים לסיר הלוהט. הנוירון התחושתי מוליך את האות מהיד אל חוט השדרה. שם, נוירון מקשר מעביר את המסר ישירות לנוירון מוטורי — והיד נמשכת. זה קורה בחוט השדרה, בלי לחכות למוח. במקביל, מסלול נפרד ממשיך מחוט השדרה אל המוח — וכשהמסר מגיע לשם, מרגישים את הכאב. אבל זה קורה אחרי שהיד כבר זזה. הרפלקס מציל, המוח מעבד.
לבסוף, כדאי להכיר את החלוקה הכוללת של מערכת העצבים. המערכת המרכזית כוללת את המוח וחוט השדרה. המוח הגדול אחראי על תחושה, תנועה, שפה וזיכרון. המוח הקטן מתאם תנועה ושיווי משקל. גזע המוח והמוח המאורך שולטים בנשימה, בקצב הלב ובלחץ הדם. ההיפותלמוס מווסת חום גוף, רעב, צמא, ומחבר את מערכת העצבים למערכת ההורמונלית. המערכת ההיקפית כוללת את כל העצבים שמחוץ למערכת המרכזית, ומחולקת לסומטית — רצונית, ששולטת בשרירי השלד — ואוטונומית — לא רצונית, ששולטת בשריר חלק, בלב ובבלוטות. המערכת האוטונומית מחולקת לסימפתטית, שמופעלת במצבי מאמץ וסכנה כמו בהלה פתאומית ומאיצה את הלב, מרחיבה אישונים ומשחררת גלוקוז — ולפרא-סימפתטית, שפעילה בזמן מנוחה ומחזירה את הגוף לשגרה.
מערכת העצבים היא מערכת מדהימה של תכנון ויעילות: כל שכבה — מהנוירון הבודד ועד לחלוקה הגדולה של הגוף — עובדת בתיאום מדויק. הבנה של כל שכבה בנפרד, ואז של הקשר ביניהן, היא בדיוק מה שנדרש לבגרות.