मनुष्यों में तंत्रिका आवेगों की उत्पत्ति तथा चालन की प्रक्रिया का वर्णन कीजिए। साथ ही, प्रवल्गीय चालन पर एक टिप्पणी लिखिए।

तंत्रिका आवेगों की उत्पत्ति

तंत्रिका आवेग की उत्पत्ति न्यूरॉन की झिल्ली पर विद्युत रासायनिक परिवर्तनों की एक श्रृंखला के कारण होती है। इस प्रक्रिया में मुख्य रूप से तीन चरण शामिल होते हैं:

• विश्राम कला विभव (Resting Membrane Potential):
  • एक न्यूरॉन जब सक्रिय नहीं होता है, तो उसकी झिल्ली के आर-पार एक विद्युत विभव अंतर होता है, जिसे विश्राम कला विभव कहते हैं।
  • यह सामान्यतः लगभग -70 mV होता है (झिल्ली के अंदर बाहर की तुलना में अधिक ऋणात्मक होता है)।
  • यह पोटेशियम (K+) आयनों के झिल्ली से बाहर निकलने और सोडियम (Na+) आयनों के अंदर आने की दर में अंतर (K+ की पारगम्यता Na+ से अधिक) तथा सोडियम-पोटेशियम पंप (जो 3 Na+ आयनों को बाहर और 2 K+ आयनों को अंदर भेजता है) की क्रियाशीलता के कारण बना रहता है।
• विध्रुवीकरण (Depolarization):
  • जब न्यूरॉन को पर्याप्त उत्तेजना (थ्रेशोल्ड स्टिमुलस) मिलती है, तो झिल्ली में वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनल खुल जाते हैं।
  • Na+ आयन तेजी से कोशिका के अंदर प्रवाहित होते हैं, जिससे झिल्ली का आंतरिक भाग धनात्मक हो जाता है और विभव -70 mV से बढ़कर लगभग +30 mV तक पहुंच जाता है।
  • यह 'सभी या कुछ नहीं' (All or None) सिद्धांत पर आधारित है; यदि उत्तेजना थ्रेशोल्ड तक नहीं पहुंचती, तो आवेग उत्पन्न नहीं होता।
• पुनर्ध्रुवीकरण (Repolarization):
  • विध्रुवीकरण के बाद, वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनल निष्क्रिय हो जाते हैं और वोल्टेज-गेटेड पोटेशियम चैनल खुल जाते हैं।
  • K+ आयन तेजी से कोशिका से बाहर निकलते हैं, जिससे झिल्ली का विभव फिर से ऋणात्मक होने लगता है।
  • यह प्रक्रिया झिल्ली विभव को विश्राम कला विभव के करीब वापस ले आती है।
• अतिध्रुवीकरण (Hyperpolarization):
  • कुछ समय के लिए, पोटेशियम चैनल खुले रहते हैं, जिससे K+ आयनों का अधिक बहिर्वाह होता है और झिल्ली विभव विश्राम कला विभव से भी अधिक ऋणात्मक हो जाता है (जैसे -90 mV)। इसे अतिध्रुवीकरण कहते हैं।
  • यह 'अपवर्तक अवधि' (Refractory Period) का कारण बनता है, जिस दौरान न्यूरॉन एक नया आवेग उत्पन्न करने में कम सक्षम होता है।

तंत्रिका आवेगों का चालन

एक बार आवेग उत्पन्न होने के बाद, यह न्यूरॉन के एक्सॉन के साथ आगे बढ़ता है। चालन की प्रक्रिया न्यूरॉन के प्रकार पर निर्भर करती है:

• अमायलिनेटेड तंत्रिका तंतुओं में चालन (Conduction in Unmyelinated Nerve Fibers):
  • इन तंतुओं में मायलिन आवरण नहीं होता है।
  • आवेग एक्सॉन की पूरी लंबाई के साथ, एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक निरंतर फैलता है।
  • जैसे ही एक क्षेत्र विध्रुवीकृत होता है, यह आसन्न क्षेत्र में सोडियम चैनलों को खोलने के लिए पर्याप्त धारा उत्पन्न करता है, जिससे विध्रुवीकरण आगे बढ़ता है।
  • यह प्रक्रिया धीमी होती है क्योंकि प्रत्येक बिंदु पर झिल्ली को विध्रुवीकृत और पुनर्ध्रुवीकृत होना पड़ता है।
• मायलिनेटेड तंत्रिका तंतुओं में चालन (Conduction in Myelinated Nerve Fibers):
  • इन तंतुओं में श्वान कोशिकाओं या ओलिगोडेंड्रोसाइट्स द्वारा निर्मित मायलिन आवरण होता है।
  • मायलिन आवरण एक विद्युत अवरोधक के रूप में कार्य करता है और एक्सॉन की झिल्ली के पार आयनों के प्रवाह को रोकता है।
  • आवेग केवल मायलिन आवरण के बीच के छोटे-छोटे अंतराल, जिन्हें रैनवियर के नोड (Nodes of Ranvier) कहते हैं, पर उत्पन्न और संचालित होता है।
  • यह प्रक्रिया प्रवल्गीय चालन (Saltatory Conduction) कहलाती है, जो नीचे विस्तृत है।

प्रवल्गीय चालन (Saltatory Conduction)

प्रवल्गीय चालन मायलिनेटेड तंत्रिका तंतुओं में तंत्रिका आवेगों के तीव्र चालन की विशिष्ट विधि है। 'साल्टेटरी' शब्द लैटिन शब्द 'सल्टेयर' से आया है, जिसका अर्थ है 'कूदना' या 'छलांग लगाना'।

• कार्यप्रणाली:
  • मायलिनेटेड एक्सॉन पर, वोल्टेज-गेटेड सोडियम और पोटेशियम चैनल केवल रैनवियर के नोड्स पर सघन रूप से केंद्रित होते हैं।
  • जब एक नोड पर क्रिया विभव उत्पन्न होता है, तो यह विद्युत धारा उत्पन्न करता है जो मायलिन आवरण के नीचे तेजी से अगले रैनवियर के नोड तक 'कूदता' है।
  • अगले नोड पर पहुंचकर, यह धारा वहां के वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनलों को सक्रिय करती है, जिससे एक नया क्रिया विभव उत्पन्न होता है।
  • यह प्रक्रिया एक नोड से दूसरे नोड तक दोहराई जाती है, जिससे आवेग तेजी से आगे बढ़ता है।
• महत्व:
  • तेज गति: प्रवल्गीय चालन अमायलिनेटेड तंतुओं की तुलना में आवेग चालन की गति को काफी बढ़ा देता है (50 गुना तक)। उदाहरण के लिए, बड़े मायलिनेटेड एक्सॉन में गति 120 m/s तक हो सकती है, जबकि अमायलिनेटेड में यह 0.5-10 m/s होती है।
  • ऊर्जा दक्षता: चूंकि क्रिया विभव केवल रैनवियर के नोड्स पर उत्पन्न होता है, सोडियम-पोटेशियम पंप को कम क्षेत्रों में सक्रिय होना पड़ता है, जिससे ऊर्जा (ATP) की बचत होती है।
  • स्थान की बचत: प्रवल्गीय चालन तंत्रिका तंत्र को अधिक कार्यक्षमता के साथ अधिक न्यूरॉन्स को पैक करने की अनुमति देता है, क्योंकि तंत्रिका तंतुओं को उतनी मोटाई की आवश्यकता नहीं होती जितनी कि अमायलिनेटेड तंतुओं में तेज गति के लिए होती है।

तालिका: अमायलिनेटेड और मायलिनेटेड तंत्रिका तंतुओं में चालन की तुलना

विशेषता	अमायलिनेटेड तंत्रिका तंतु	मायलिनेटेड तंत्रिका तंतु
मायलिन आवरण	अनुपस्थित	उपस्थित
चालन का प्रकार	निरंतर चालन	प्रवल्गीय चालन
गति	धीमी (0.5-10 m/s)	तेज (120 m/s तक)
ऊर्जा की खपत	अधिक	कम
रैनवियर के नोड	अनुपस्थित	उपस्थित
आयन चैनल की सघनता	पूरे एक्सॉन पर वितरित	मुख्यतः रैनवियर के नोड्स पर