เมื่อร่างกายได้รับสิ่งเร้าต่างๆจากสิ่งแวดล้อมทั้งภายในและภายนอกได้แก่ เสียง
ความร้อนหรือสารเคมีโดยหน่วยรับความรู้สึกของอวัยวะรับสัมผัส จะมีการเปลี่ยนแปลงให้
เกิดกระแสประสาท เพื่อส่งต่อไปยังส่วนอื่นๆของร่างกายต่อไป

          เซลล์ประสาททุกส่วนมีคุณสมบัตินำกระแสประสาทได้ โดยกระแสประสาทอาจเคลื่อนที่
จากจุดที่ถูกกระตุ้นไปทางซ้ายหรือขวาก็ได้ แต่เนื่องจากบริเวณรับรู้สัมผัสจำกัดและยังมีการ
ซิแนปส์ คอยส่งกระแสประสาทต่อไป จึงมีผลให้กระแสประสาทเคลื่อนที่ไปทางเดียวตลอดจน
ครบวงจร

          การศึกษาที่ช่วยให้เข้าใจเรื่องการนำกระแสประสาทได้ดีขึ้นเป็นผลจากการทดลองของ
นักสรีรวิทยา 2 ท่านคือ ฮอดจ์กิน (A.L.Hodgkin) และฮักซเลย์ (A.F.Huxley) ผู้ได้รับโนเบล
ในปี พ.ศ. 2506 (ค.ศ1963) จากการศึกษาการวัดกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในแอกซอนของหมึก
ซึ่งมีขนาดใหญ่มาก (เส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 1 มิลลิเมตร)

           ผลจากการศึกษาพบว่า เยื่อหุ้มเซลล์ประสาทจะมีคุณสมบัติในการกั้นประจุไฟฟ้าได้
ดังนั้นในภาวะปกติที่เซลล์ประสาทยังไม่ถูกกระตุ้น หรือไม่มีกระแสประสาทเคลื่อนที่ผ่าน
ซึ่งเรียกว่าระยะพัก (resting stage หรือ polarization ) ในระยะนี้จะพบว่าสารละลายภายนอก
และภายในเซลล์ประสาทมีประจุไฟฟ้าต่างกันโดยมีความต่างศักย์ประมาณ - 70 ถึง -90
มิลลิโวลต์ เนื่องจากสารละลายภายนอกเซลล์มีโซเดียมไอออน (Na+) มากว่าภายในเซลล์และ
มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ในขณะที่ภายในเซลล์ จะมีโพแทสเซียมไอออน (K+) สูงกว่านอกเซลล์
และมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ เซลล์ประสาทจะดำรงความเข้มข้นของไอออนที่ต่างกันนี้ ไว้โดย
เยื่อหุ้มเซลล์จะดันโซเดียมไอออน (Na+)ออกไปนอกเซลล์ทางช่องโซเดียม พร้อมกับดึง
โพแทสเซียมไอออน (K+) เข้าไปในเซลล์ทางช่องโพแทสเซียมในอัตราส่วน 3Na+: 2 K+
โดยอาศัยพลังงานจาก ATPในไมโตคอนเดรียชื่อ Na+/K+ATPase และเรียกการทำงาน
ในส่วนนี้ว่าโซเดียมโพแทสเซียมปั๊ม(Sodium - Potassium pump)



ภาพที่1.12 โซเดียมโพแทสเซียมปั๊มในระยะพักและการเกิดแอกชันโพเทนเชียล
ที่มา : ดัดแปลงจาก J.Mynett. Watford Girl's school.
http://www.mrothery.co.uk/images/nerveimpulse.swf


          จากการทำงานดังกล่าวทำให้มีโซเดียมภายนอกเซลล์มากกว่าภายในถึง 10 เท่า
มีโพแทสเซียมภายในมากกว่าภายนอก 30 เท่า สารประกอบภายนอกเซลล์ส่วนใหญ่เป็นพวก
โซเดียมไอออน (Na+) และคลอไรด์ (Cl-) ส่วนภายในเซลล์ประสาทจะประกอบด้วย
โพแทสเซียมไอออน (K+) และสารอินทรีย์ที่มีขนาดใหญ่เช่น โปรตีน กรดนิวคลีอิกซึ่งมีประจุ
เป็นลบ และไม่สามารถแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้า-ออก ทุกสภาวะจึงทำให้ผลรวมของประจุ
ภายนอกเซลล์ประสาทมีสภาพเป็นบวกเมื่อเทียบกับภายในซึ่งมีสภาพเป็นลบ

 

          เมื่อมีสิ่งเร้ามากระตุ้นเซลล์ประสาทในระดับที่เซลล์สามารถตอบสนองได้จะทำให้เกิด
การเปลี่ยนแปลงของศักย์ไฟฟ้าที่เยื่อเซลล์ เป็นผลให้ช่องโซเดียมเปิด โซเดียมไอออน (Na+)
จึงพรูเข้าไปในเซลล์มากขึ้นในเวลาประมาณ 1/1000 วินาที ทำให้ผิวภายในเซลล์ประสาท
บริเวณ ที่โซเดียมไอออน (Na+) ผ่านเข้าไป มีศักย์เป็นลบน้อยลงและเป็นบวกมากขึ้น
ความต่างศักย์ที่เยื่อเซลล์จึงเปลี่ยนจาก –70 มิลลิโวลต์ เป็น +50 มิลลิโวลต์ เรียกว่าเกิด
ดีโพลาไรเซชัน (depolarization)

          หลังจากโซเดียมไอออน (Na+) ผ่านเข้าไปในเซลล์สักครู่หนึ่ง ช่องโซเดียมจะปิด
ขณะที่ช่องโพแทสเซียมจะเปิด ทำให้ โพแทสเซียมไอออน (K+) พรูออกนอกเซลล์ได้
ในเวลาประมาณ 2/1000 วินาทีเป็นผลให้ภายในเซลล์สูญเสียประจุบวกอีกครั้งเรียกว่า
เกิดรีโพลาไรเซชัน (repolarization) ความต่างศักย์จะเปลี่ยนกลับจาก +50 เป็น –70
มิลลิโวลต์เหมือนเดิม

ภาพที่ 1.13 การเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าขณะที่เซลล์ประสาทถูกกระตุ้น
          การเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ดังกล่าวเรียกว่า แอกชันโพเทนเชียล (action potential)
ซึ่งทำให้เกิด กระแสประสาท (nerve impulse) บริเวณที่ถูกกระตุ้นและจะชักนำให้เกิด
การเปลี่ยนแปลงที่บริเวณถัดไป ขณะที่บริเวณที่เกิดแอกชันโพเทนเชียล แล้วจะกลับสู่สภาพ
ศักย์ไฟฟ้าระยะพักอีกครั้งหนึ่ง กระบวนการดังกล่าวเกิดขึ้นเรื่อยๆไป ทำให้กระแสประสาท
เคลื่อนที่ไปตามความยาวของใยประสาท (axon) ที่ไม่มีเยื่อไมอีลินหุ้มแบบจุดต่อจุดต่อเนื่องกัน
จนถึงปลายแอกซอน ดังภาพ

ภาพที่ 1.14 การเคลื่อนที่ของกระแสประสาทในแอกซอนที่ไม่มีเยื่อไมอีลินหุ้ม

 

 กระแสประสาทจะเคลื่อนที่ได้อย่างไรถ้าใยประสาทมีเยื่อไมอีลินหุ้มอยู่

          ใยประสาทที่มีเยื่อไมอีลินหุ้ม จะไม่มีแอกชันโพเทนเชียลเกิดขึ้นตรงบริเวณนั้น เนื่องจากเยื่อนี้จะทำหน้าที่เป็นฉนวนกั้นประจุไฟฟ้า ดังนั้นแอกชันโพเทนเชียล จะเคลื่อนที่จากบริเวณโนดออฟเรนเวียร์หนึ่งไปยังโนดออฟเรนเวียร์ถัดไปตลอดความยาวของใยประสาท ซึ่งเป็นบริเวณของแอกซอนที่ไม่มีเยื่อไมอีลินหุ้ม การเคลื่อนที่ของกระแสประสาทดังกล่าวจึงมีลักษณะเสมือนกระโดดจากโนดออฟเรนเวียร์หนึ่งไปยังโนดออฟเรนเวียร์ถัดไปเรื่อยๆ ซึ่งใช้เวลาในการเคลื่อนที่น้อยกว่าการเคลื่อนที่ของกระแสประสาทในใยประสาทที่ไม่มีเยื่อไมอีลินหุ้ม โดยจะเคลื่อนที่ได้ถึง 120 เมตรต่อวินาที ขณะที่กระแสประสาทจะเคลื่อนที่ในใยประสาทที่ไม่มีเยื่อไมอีลินหุ้ม ด้วยความเร็วเพียง 12 เมตร ต่อวินาที

ภาพที่ 1.15 การเคลื่อนที่ของกระแสประสาทในแอกซอนที่มีเยื่อไมอีิลินหุ้ม

 
          
          อยากรู้ไหม นักวิทยาศาสตร์ค้นพบกระแสประสาทได้อย่างไร
  คลิก


          ปัจจัยที่มีผลต่อความเร็วของกระแสประสาทได้แก่

1. เส้นผ่าศูนย์กลางของใยประสาท ถ้าขนาดใหญ่จะนำกระแสประสาทได้เร็วกว่าขนาดเล็ก เพราะความต้านทานการเคลื่อนที่ ของไอออนจะแปรผกผันกับพื้นที่ภาคตัดขวางของใยประสาท

2. ใยประสาทที่มีเยื่อไมอีลินหุ้มจะมีการเคลื่อนที่ของกระแสประสาทในแอกซอน
ได้เร็วกว่าใยประสาทที่ไม่มีเยื่อไมอีลินหุ้ม