Fizjologia

Wykład 1: Układ nerwowy. Neurofizjologia.

Komórka nerwowa (neuron) - podstawowa jednostka funkcjonalna i czynnościowa ośrodkowego układu nerwowego.

Dendryt - Wypustki dośrodkowe - doprowadzają impuls do ciała komórki

Akson - Wypustki odśrodkowe odprowadzają impuls z ciała komórki

Wzgórek aksonu mocno uwrażliwiony

- kolbka synaptyczna

} drzewko końcowe

Przewężenie Ranviera

Strefy przepływu impulsu:

- strefa wejścia (receptorowa, dendrytyczna) - integracje miejscowych zmian potencjałów wytwarzanych przez połączenia synaptyczne w tej strefie. Przejmowanie informacji z receptorów.

- strefa inicjacji (wzgórek aksonu) - wytwarzanie sygnału czynnościowego. Konwersja sygnału chemicznego na impuls energetyczny

- Strefa przewodzenia (akson) - przewodnictwo impulsów do innych partii komórki nerwowej

- strefa wyjścia (kolbka synaptyczna) - zakończenie neuronu znajdujące się na błonie presynaptycznej. Zawiera pęcherzyki z mediatorem. Przekazanie informacji innemu neuronowi.

Właściwości neuronów:

- zdolność do wytwarzania impulsów w wyniku reakcji na bodziec

- gdy błona jest w spoczynku (potencjał spoczynkowy -70mV) to pozostaje ona spolaryzowana tzn. między zewnętrzną a wewnętrzną powierzchnią błony występuje napięcie elektryczne spowodowane nierównomiernym rozłożeniem jonów.

- na zewnątrz błony są jony dodatnie (Na+), zaś wewnątrz jony ujemne (Cl-)

- Bodziec sprawia, że dochodzi do przemieszczenia tych jonów, czyli depolaryzacja (odwrócona polaryzacja) i odpowiedz organizmu.

- nierówny rozkład jonów np sodu i potasu lub chloru jest utrzymywany dzięki stałemu działaniu pompy sodowo-potasowej która transportuje jony sodu na zewnątrz a jony potasu K⁺ do środka.

- potencjał czynnościowy (iglicowy) - zmiana potencjału komórki. Przemieszczający się impuls.

- błona komórkowa generuje i przewodzi potencjał.

- błona półprzepuszczalna (selektywna, wybiórcza) - przewodzi jony Na+, K+, aniony organiczne A-, Cl-.

- jony są nośnikiem ładunków elektrycznych.

- neurony mają zdolność do aktywnego transportu jonów tj. transportu z wykorzystaniem energii wbrew gradientowi elektrycznemu/chemicznemu.

- Kanały sodowe otwierają się zgodnie z gradientem stężeń tylko do wewnątrz tj. wprowadzają Na+ do wewnątrz błony

- kanały potasowe otwierają się zgodnie z gradientem stężeń tylko na zewnątrz tj. odprowadzają K+ na zewnątrz błony

- więcej ADP/ATP jest na wewnętrznej powierzchni błony. Są one odprowadzane na zewnątrz

- energia do wytworzenia impulsu pozyskiwana jest z hydrolizacji ATP

- izopotencjalność - jeśli na powierzchni komórki nerwowej pozostającej w stanie spoczynku ustawimy dwie elektrody badające to nie stwierdza się różnicy potencjałów

- Jeśli jedną z elektrod wprowadzimy do wnętrza komórki pozostającej w spoczynku to stwierdzimy między nimi różnicę potencjałów ok. -70mV

Czynniki ukazujące istnienie potencjału spoczynkowego:

- różne stężenia jonów Na+ i K+ po obu stronach błony

- dyfuzja jonów zgodnie z gradientem stężeń

- selektywnie przepuszczalna błona względem jonów

- obecność metabolicznej pompy sodowo-potasowej w błonie

- półprzepuszczalność - stosunek średnicy jonów do średnicy kanału błonowego, przez który jon dyfunduje

- stosunek przepuszczalności w stanie spoczynku Na+ - 1 : K+ - 10 : Cl- - 4 : A- - 0

- w stanie spoczynku najbardziej dyfundującym jonem jest K+, słabiej dyfunduje Cl-, jeszcze słabiej jony Na+, A- nie dyfunduje w ogóle

- stężenie jonów Na+ w ECF (płynie zewnątrzkomórkowym - extracellular fluid) jest 10x większe niż e ICF (płynie wewnątrzkomórkowym). Stężenie K+ jest 30x mniejsze. Jonów A- jest więcej w ICF niż w ECF. Jonów Cl- jest więcej w ECF niż ICF (zjawisko Donnana)

- elektrostatyczne oddziaływanie między jonami A- i Cl- utrudnia dyfuzję Cl- do wnętrza komórki

- potencjał równowagi jonu - wielkość potencjału elektrycznego po jednej stronie błony komórkowej, która równoważy się dyfuzji danego jonu ze strony przeciwnej. Obliczany jest na podstawie wzoru Nernsta:

En=RxT/ZxF In Cout/Cin

- potencjał błonowy - wypadkowa potencjału równowagi dla wielu jonów przy czym wartość potencjału błon jest najbliższa potencjałowi równowagi tego jonu dla którego błona jest w danej chwili najbardziej przepuszczalna

- spoczynek - błona komórkowa jest najbardziej przepuszczalna dla jonów K+(najbliższa potencjału równowagi dla K+ i najbardziej odległa od potencjału równowagi dla Na+) i słabo przepuszczalna dla Na+

- jony K+ są niezbędne do utrzymania prawidłowej pobudliwości komórek nerwowych i mięśni m.in. mięśnia sercowego

- gradient elektryczny równoważy gradient stężeniowy

Pompa sodowo-potasowa - enzym ATPaza sodowo potasowa:

- jest elektrogenna

- transportuje czynnie trzy jony Na+ dokomórkowo i 2 jony K+ dokomórkowo, tworząc niedobór ładunku dodatniego wewnątrz komórki

- jej działanie uwarunkowane jest jonami Mg2+

- energię do działania czerpie z procesu hydrolizy ATP

- jej aktywność jest wprost proporcjonalna do stężenia jonów Na+ wewnątrz i K+ na zewnątrz komórki

- asymetryczne działanie

Blokady dla pompy Na+/K+:

- niedotlenienie

- glikozydy nasercowe z naparstnicy

- niska temperatura

- jony Ca2+

- jeśli zahamuje się działanie pompy to spada wartość odkomórkowego prądu Na i zmniejszy się elektroujemność wnętrza komórki. Nastąpi depolaryzacja, a co za tym idzie uwrażliwienie komórki na bodźce

Czynniki decydujące o polarności błony:

- różnice w przepuszczalności dla jonów

- zjawisko Donnana

- Obecność w błonie pompy sodowo-potasowej

Stwarzają warunki:

- w stanie spoczynku neuronu rozkład jonów po obu stronach jest asymetryczny

- w stanie spoczynku błona jest spolaryzowana -70mV

- gradient stężeń dla jonów Na+ skierowany jest dokomórkowo zaś K+ dokomórkowo

- bodziec - zjawisko lub jego zmiana zachodząca w środowisko zewnętrznym lub wewnętrznym powodujące pobudzenie (+) lub hamowanie (-)

Bodziec

Pobudzenie (+) Hamowanie (-)

Depolaryzacja hyperpolaryzacja

Inicjacja/intensyfikacja procesów fizykochemicznych zahamowanie/spadek intensywności procesów fizykochemicznych

Stan spoczynku:

Zewnątrz bodziec -70mV

++++++++++++++++++++++++

_____________________________ błona

Wewnątrz - - - - - - - - - - - - - -

Następuje pobudzenie: (depolaryzacja)

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -25mV

____________________________

++++++++++++++++++++++++

Lub hamowanie: (puchnięcie potencjałów tj. wzrost różnicy potencjałów)

++++++++++++++++++++++ -90mV

++++++++++++++++++++++

____________________________

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- depolaryzacja - do kanału dostaje się jon dodatni

- hyperpolaryzacja - do kanału dostaje się jon ujemny

Podział bodźców:

1. Fizyczne:

- mechaniczne

- termiczne

- osmotyczne

- świetlne

- dźwiękowe

- elektryczne

B) chemiczne:

- związki organiczne

- związki nieorganiczne

c) biologiczne:

- stan pobudzenia układu nerwowego

- potencjał czynnościowy

- humoralne - mediatory, hormony

Podział bodźców ze względu na siłę działania:

- podprogowe - o sile mniejszej niż bodziec progowy. Komórka nerwowa odpowiada zmianą potencjału:

* nierozprzestrzeniającego się

* odpowiedź miejscowa

* wielkości równej sile bodźca

- potencjały elektrotoniczne:

* katelektroronus

* anelektronus

* odpowiedzi miejscowe czynne

- bodziec podprogowy - bodziec doprowadzający komórkę do wyładowań - potencjału czynnościowego. Poziom wyładowań równy jest wartości potencjału komórki nerwowej, przy której otwierają się dokomórkowe napięciozależne krótkoczasowe kanały sodowe

- bodziec nadprogowy - potencjał czynnościowy komórki jest maksymalny (jak wyżej)

- bodziec maksymalny - o sile która powoduje powstawanie potencjałów czynnościowych we wszystkich aksonach wchodzących w skład nerwów

- siła progowa - powoduje zmianę wartości potencjałów otwierającą kanały sodowe

- komórki nerwowe tworzą nerwy

- bodźce uszkadzające (nocyceptywne) - reagują na nie receptory bólu (nocyreceptory)

Rodzaje odruchów:

- warunkowy

- bezwarunkowy

- adekwatny - w stosunku do których receptor ma najniższy próg pobudliwości

- nieadekwatne - w stosunku do których próg pobudliwości receptora jest wyższy niż w odniesieniu do bodźca adekwatnego

- próg pobudliwości - najsłabszy bodziec zdolny wywołać określoną reakcję - jest odwrotnością pobudliwości

Wysoka wrażliwość Niska wrażliwość Pobu

Dliwo

ść

Próg pobudliwości Próg pobudliwości

- Potencjał czynnościowy - jeśli na komórkę zadziała bodziec o sile co najmniej progowej (do poczucia) to komórka odpowie potencjałem czynnościowym, który:

* jest gwałtownym krótkotrwałym odwróceniem polaryzacji komórki, czyli depolaryzacją

* rozprzestrzeni się wzdłuż włókna nerwowego ze stałą prędkością (zależy ona od średnicy włókna nerwowego, obecności lub braku osłonki), ze stałą amplitudą (zależną od wielkości, elektroujemności wnętrza neuronu) - PRAWO WSZYSTKO, ALBO NIC - Potencjał czynnościowy albo jest, albo w ogóle go nie ma.

- impuls w neuronie z osłonką przemieszcza się z prędkością 120m/s

Refrakcja bezwzgl refrakcja wzgl.

b.podprogowy

bodziec Refrakcja

- refrakcja bezwzględna - brak pobudliwości komórki

- refrakcja względna - bodziec nadprogowy wywołuje następny potencjał czynnościowy

Fazy potencjału czynnościowego:

• - 70 mV - +35mV - depolaryzacja-odwrócenie spoczynkowej polaryzacji neuronu

• -70mV - -63mV - katalektrotonus

• -63mV - -55mV - odpowiedź miejscowa czynna

• -55mV - +35mV - szybka depolaryzacja

• +35mV - 70mV - repolaryzacja (powrót do wartości spoczynkowej)

• +35mV - -55mV - szybka repolaryzacja

• -55mV - -70mV - depolaryzacja następcza

• -70mV - -70mV - hyperpolaryzacja następcza

- Depolaryzacja - spadek elektroujemności wnętrza neutronu (poprzez napływ dodatkich jonów Na+ do wnętrzna robi się ono dodatnie)

- hyperpolaryzacja - wzrost elektroujemności wnętrza neuronu (robi się ono ujemne poprzez napływ jonów Cl-)

Jonowe podłoże depolaryzacji:

- bodziec progowy depolaryzuje błonę, następuje otwarcie kanałów sodowych i napływ jonów Na+, co sprawia ze spada elektroujemność wnętrza komórki nerwowej i jej potencjał (-77 do-55mV)

- repolaryzacja

Koniec szybkiej repolaryzacji:

- impuls - potencjał czynnościowy rozprzestrzeniający się do mięśni itp. Za pośrednictwem synaps

Rodzaje synaps:

- akso-aksonalne - uczestniczą w hamowaniu synaptycznym

- akso-somatyczna

- akso-dendrytyczna

- dendro-dendrytyczne

- somato-somatyczne

- dendro-somatyczne

- chemiczne - miejsce kontaktu dwóch neuronów w których potencjał neuronu przesdtykowego powoduje wydzielanie przez ten neuron substancji chemicznej tj. mediatora lub transmitera, który wywołuje zmiany polaryzacji neuronu pozastylowego

- elektryczne

- synapsa - wzmacnia lub hamuje sygnał, selekcjonuje odczuwanie bodźców

Cechy synaps chemicznych:

- asymetria morfologiczna jest podłożem:

• Jednokierunkowości przewodzenia informacji od pre do postsynapsy

• Przewodzenia ortodromowego

• Pośrednictwa między neuronami pre i postsynaptycznymi substancji chemicznych (mediatorów, transmiterów, przekaźników)

• Opóźnienie synaps (lekami)

• Wrażliwość na hipoksję - spadek prężności tlenu w tętnicach

Budowa synapsy:

- kolbka presynaptyczna

- szczelina synaptyczna

- błona postsynaptyczna

Mitochondrium kanały wapniowe

pęcherzyk synaptyczny pęcherzyk uwalniający

neurotransmitter

autoreceptor pompa zwrotnie wychwytujące tansmitter

szczelina synaptyczna

receptory postsynaptyczne

w neurolemmie

autoreceptor - gdy mediator przyłączy się do niego zostaje zahamowany proces dalszego uwalniania mediatora

- ma pompę wapniową, która wyrzuca nadmiar Ca2+

- kolbka synaptyczna ma dużo mitochondriów, które magazynują jony wapnia

- depolaryzacja powoduje uwolnienie mediatora na drodze egzocytozy (sprzężenie elektrowydzielnicze). Im wydzieli się go więcej, tym lepiej przekazywany jest sygnał.

Dywergencja - rozchodzenie się cech. Wytwarzanie przez jeden neuron presynaptyczny połączeń synaptycznych z wieloma neuronami postsynaptycznymi, co sprzyja analizie przekazywanych informacji.

Konwergencja - Schodzenie się cech. Wytwarzanie przez wiele neuronów presynaptycznych połączeń synaptycznych z jednym neuronem, sprzyja to integracji przekazywanych informacji.

DYWERGENCJA KONWERGENCJA

Neuron/y presynaptyczne

Neuron/y postsynaptyczne

Sumacja przestrzenna - podłożem jest konwergencja oraz pobudzenie równocześnie kilku kolbek presynaptycznych konwergujących na neuronie postsynaptycznym. Jego odpowiedź będzie wypadkową działalności wszystkich synaps

Sumacja czasowa - impulsy występujące w odstępach mniejszych niż 5ms trafiają na resztki depolaryzacji poprzedniego impulsu. Nakładające się na siebie potencjały pobudzające EPSP coraz bardziej depolaryzują błonę. Krótko sumowanie się impulsów występujących po sobie w krótkich odstępach czasu.

Hamowanie synaptyczne - tłumienie informacji na poziomie synapsy:

- postsynaptyczne:

• Bezpośrednie - hyperpolaryzacja elementu postsynaptycznego - IPSP

• Pośrednie - pobudzenie elementu postsynaptycznego zbiega się w czasie ze zmniejszoną pobudliwością tego elementu (refrakcja względna i bezwzględna, hyperpolaryzacja następcza)

- presynaptyczne;

• W synapsie piętrowej z synapsą akso-aksonalną pobudzającą

• W synapse piętrowej hamującą, mała ilość uwalnianego mediatora. Mała amplituda na elemencie postsynaptycznym

Hamowanie synaptyczne - mniejsza amplituda, mniej mediatora się wydziela, słabszy sygnał.

---