Шпаргалка по предмету «Физиология Центральной Нервной Системы»

ctДата экзамена: 10.06.2008, 10 00 МГПУ ИПСОО 
Преподаватель: профессор Л.И. Сумский Психологический факультет 

Вопросы к экзамену по предмету  
«Физиология Центральной Нервной Системы»

 

1.  Строение  мозгового вещества, роль отдельных  составляющих элементов

 

Морфофизиологическая единица НС – триада: нейрон + глиальная клетка + капилляр.

Нервная клетка (нейрон) – это структурно-функциональная единица нервной ткани. Мозг человека содержит свыше 100 млрд нервных клеток. Размер нейрона: от 6 до 150 микрон. Нейроны видны в световой микроскоп.

 

Классификация нейронов.

По форме нейроны делятся на: сферические, звёздчатые, веретена, грушевидные, зернистые, пирамидальные, неправильные, кустистые (клетки Пуркинье).

По количеству отростков: биполярные, псевдоуниполярные, мультиполярные.

По основному медиатору, выделяющемуся в окончаниях аксонов: адренергические, холинергические, серотонинергические и т.д. Смешанные: глицин и ГАМК  т.д.

По влиянию: возбуждающие и тормозящие.

По активности: фоново-активные и молчащие, возбуждающиеся только в ответ на раздражение. Фоново-активные различаются на разряжающиеся ритмично, аритмично и пачками импульсов. Интервалы между импульсами в пачке – миллисекунды, между пачками – секунды. Фоново-акивные играют роль в поддержании тонуса ЦНС.

По количеству модальностей воспринимаемой сенсорной информации: моно-, би- и полимодальные нейроны. Бимодальные встречаются во вторичных зонах анализаторов в коре (напр. Нейроны вторичной зоны зрительного анализатора реагируют на световые и звуковые импульсы. Полимодальные – нейроны ассоциативных зон мозга.

Строение нейрона.

Нейрон состоит из тела (сомы) нейрона, одного аксона и одного или нескольких дендритов.

Отростки делятся на:

*миелинизированные  (мякотные)

*немиелинизированные (безмякотные)

Миелин – диэлектрик. Благодаря этому веществу электрический импульс в отростке изолирован. Аксоны покрыты миелином. У основания аксона миелина нет – аксонный холмик. Миелин расположен цепочкой отдельных образований (клеток Шванна), между которыми находятся немиелинизированные участки – перехваты Ранвье. В перехватах Ранвье, а также в районе аксонового холмика возможно присоединение другого нейрона.

Нарушение миелиновой оболочки (демиелинизация) вызывается такими болезнями как рассеянный склероз, паралич, поздняя стадия болезни Альцгеймера, детский церебральный паралич.

Оболочка нейрона (клеточная мембрана) образует замкнутое пространство, содержащее протоплазму (цитоплазма + ядро). Цитоплазма состоит из основного вещества (цитозоль и гиалоплазма) и органелл. Гиалоплазма – относительно гомогенная внутренняя среда нейрона. Органеллы заключены в отсеки (компартменты), образуемые внутриклеточными мембранами, обладающими избирательной проницаемостью к отдельным ионам и частицам.

 

Нейроглия. Глиальные клетки.

К мозговому веществу относится глия и капилляры.

Глиальные(от греч. склеивать) клетки более многочисленны, чем нейроны, с возрастом число глиальных клеток увеличивается, а число нейронов уменьшается. Глия составляет около 50% объёма ЦНС и эти клетки способны к делению в течение всей жизни. Глиальные клетки в 3-4 раза меньше нервных. Тела нейронов, как и аксоны окружены глиальными клетками. 

Функции глиальных клеток:

образуют каркас мозга

основа для нервных клеток

посредник между нейроном и сосудом, обеспечивает поступление кислорода и вынос из клетки продуктов жизнедеятельности

защита: образуют миелиновую оболочку, являющуюся диэлектриком.  Глия отделяет электрические процессы в аксоне от окружающих тканей.

Классификация нейроглии.

Глиальные клетки бывают 2 типов: микроглия и макроглия. Клетки макроглии представления олигодендроцитами, астроцитами и эпиндимоцитами.

Эпендимные клетки, которые выстилают полости мозговых желудочков. Они способные делиться, в них есть центриоли. Эпендимоциты образуют плотный слой клеточных элементов, выстилающих спинномозговой канал и все желудочки мозга. Эпендимоциты, покрывающие сосудистые сплетения желудочков мозга, кубической формы. У новорожденных они имеют на своей поверхности реснички, которые позднее редуцируются. Основной функцией эпендимоцитов является процесс образования цереброспинальной жидкости и регуляция ее состава.

Астроциты имеют звёздчатую или паукообразную форму. В сером веществе мозга есть протоплазматические асторциты. Их тело – примерно 20 мкм, относительно крупное. В белом веществе располагаются фиброзные (волокнистые) астроциты размером 7-11 мкм. Астроциты располагаются между капиллярами и телом нейрона. Они участвуют в транспорте веществ между кровью и нейронами (метаболический обмен). В основном астроциты формируют ГЭБ. В связи с экологией ГЭБ ослабевает, уменьшается его полупроницаемость. Степень нарушения ГЭБ определяется по содержанию антител на мозговые белки в крови.

Олигодендроциты, мелкие (5-6 мкм), слаборазветвлённые клетки. Они наматываются на нерв и образуют миелиновую оболочку. Также они участвуют в нейрофагии, то есть удалении омертвевших нейронов (поглощают их). Швановские клетки также обхватывают аксон, но только на небольших участках (до 1 мм). Между этими обхватами находятся немиелинизированные участки, то есть, перехваты Ранвье. В ЦНС функции шванновсих клеток выполняет олигодендроглия.

Микроглия - это клетки пришельцы, предполагается, что они имеют промоноцитарное происхождение, то есть из красного костного мозга. Микроглиальные клетки способны к фагоцитозу, ритмическому сокращению своего объём (период сокращения -1,5 мин, расслабления – 4 мин). Циклы изменения объёма повторяются через каждые 2-20 часов. Пульсация способствует продвижению аксоплазмы в нейронах и влияет на ток межклеточной жидкости. Мембранный потенциал клеток нейроглии – 70-90 мВ, однако потенциала действия они не генерируют, а генерируют только локальные токи. Процессы возбуждения нейронов и электрические явления в глиальных клетках взаимодействуют.

 

2.  Строение клеточной мембраны

 

Толщина – 6нм. Это липопротеиновая пластинка, содержание липидов – около 40%, белков – около 60%.  Мембрана состоит из 4 слоев: слой белков, затем 2 слоя липидов, и снова слой белков. На внешнем слое мембраны имеет небольшое количество углеводов, молекулы которых соединены либо с белками, либо с липидами. Углеводы участвуют в процессах рецепции биологически активных веществ и реакциях иммунитета. Структурная основа мембраны – бимолекулярный слой фосфолипидов, являющийся барьером для заряженных частиц и молекул водорастворимых веществ. Липиды обеспечивают высокое электрическое сопротивление нейрона.

Молекула фосфолипида мембраны состоит из 2 частей. Одна из них не заряжена и гидрофобна. Другая – заряжена и гидрофильна. Это обеспечивает способность липидов самопроизвольно образовывать двухслойные комплексы. Наружу торчат гидрофильные концы молекул, внутрь – гидрофобные. Поэтому мембрана не пропускает H2O. В липидном слое содержится много холестерина.  При возбуждении, после длительной работы и утомлении количество фосфолипидов в нейронах уменьшается. Состав липидов определяется средой обитания и характером питания.

Молекулы белков встроены в фосфолипидный матрикс. Белки постоянно движутся по мембране. Раз в 10 дней происходит полное обновление белков на мембране.

Клеточная мембрана имеет отрицательный поверхностный заряд. Мембрана обладает относительной текучестью.

Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью, то есть, они пропускают одни вещества, а другие – нет. Мембрана легко проницаема для жирорастворимых веществ. Не пропускает анионы органических веществ, но существуют каналы, избирательно пропускающие ионы K+, Na+, Ca2+, Cl–. Каналы образованы доменами белковых молекул, встроенных в липидный матрикс и пронизывающих мембрану. При воздействии нервных импульсов проницаемость мембраны нейрона изменяется, возникают возбуждающие и тормозные потенциалы.

Функции клеточной мембраны:

*барьерная.

*восприятие изменений внутренней среды с помощью рецепторов.

*самое главное: создание электрического заряда клетки (потенциала покоя) за счет постоянного поддержания разности концентраций ионов калия и натрия снаружи и внутри клетки.

*передача сигналов от одной клетки к другой с помощью синапсов

*транспортная функция

 

3. Каналы мембраны, их виды, строение, функция

 

В мембране есть специальные приспособления, соединяющие поверхность мембраны – эктоплазму – с внутренней частью клетки – эндоплазмой, это  каналы. Их образуют белковые молекулы. Белковые молекулы (интегральные белки) многократно прошивают липидный слой мембраны, образуя домены. Каналы в мембране образованы доменами белковых молекул. Канал имеет устье, потенциалзависимые управляемые каналы в устье имеют воротный механизм. Заряд частиц канала противоположен заряду частиц, который он притягивает – так обеспечивается проход иона через канал.

Другие частицы прикреплены на внешней поверхности мембраны и состоят не только из молекул белка, но и из полисахаридов. Это рецепторы для молекул биологически активных веществ, например медиаторов, гормонов и др. Часто в состав рецептора, кроме места для связывания специфической молекулы, входит и ионный канал.

Каналы заполнены Н2О и могут пропускать только определённые виды веществ.

Основное деление каналов:

А. ионотропные – пропускают ионы сразу после присоединения медиатора к рецептору. При ионотропном управлении рецептор и канал представляют собой единую макромолекулу. Если к рецептору присоединяется медиатор, то конформация всей молекулы изменяется так, что в центре канала образуется пора, и через неё проходят ионы.

Б. метаботропные – не пропускают ионы сразу. Открытие каналов происходит только после связи медиатора с рецептором и каскада реакций через посредников.

 

Виды каналов мембраны.

1. Потенциалнезависимые. Энергозатратные. Работают постоянно. Откачивают из нейрона ионы натрия и накачивают в цитоплазму ионы калия. Для их работы нужна дополнительная энергия, которая получается из расщепления 3-фосфата (АТФ) до 2-фосфата (АДФ). Эта система возвращает клетку к исходному уровню поляризации мембраны. Благодаря работе этих каналов (их называют еще насосными каналами или ионным насосом), постоянно потребляющих энергию, в клетке создается разность концентраций ионов: внутри клетки концентрация ионов калия примерно в 30 раз превышает их концентрацию вне клетки, тогда как концентрация ионов натрия в клетке очень небольшая -примерно в 50 раз меньше, чем снаружи клетки. Свойство мембраны постоянно поддерживать разность ионных концентраций между цитоплазмой и окружающей средой характерно не только для нервной, но и для любой клетки организма. В результате между цитоплазмой и внешней средой на мембране клетки возникает потенциал: цитоплазма клетки заряжается отрицательно на величину около 70мВ относительно внешней среды клетки. В создании этого потенциала участвуют только ионы калия, в связи, с чем этот потенциал получил название «калиевый потенциал покоя», или просто «потенциал покоя».
2. Потенциалзависимые. Пример – натриевые ионные каналы. Если потенциал мембраны деполяризовать (уменьшить поляризацию мембраны) примерно на 10 мВ, натриевый ионный канал открывается. Действительно, в канале имеется своеобразная заслонка, которая реагирует на потенциал мембраны, открывая этот канал при достижении потенциала определенной величины. Такой канал называется потенциалзависимым. Как только канал открывается, в цитоплазму нейрона устремляются из межклеточной среды ионы натрия, которых там примерно в 50 раз больше, чем в цитоплазме. Такое движение ионов является следствием простого физического закона: ионы движутся по концентрационному градиенту. Таким образом, в нейрон поступают ионы натрия, они заряжены положительно. Другими словами, через мембрану будет протекать входящий ток ионов натрия, который будет смещать потенциал мембраны в сторону деполяризации, т. е. уменьшать поляризацию мембраны. Чем больше ионов натрия войдет в цитоплазму нейрона, тем больше его мембрана деполяризуется. Потенциал на мембране будет увеличиваться, открывая все большее количество натриевых каналов.

По избирательности: а) ионоселективные (пропускают только один тип ионов – натрия, калия, кальция или хлора) б) неселективные, пропускающие разные ионы.

Функции каналов мембраны:

Потенциалнезависимые каналы («натриево-калиевый насос») поддерживают необходимую концентрацию ионов калия и натрия внутри и снаружи клетки. За счет этого формируется ПП.

Потенциалзависимые каналы:

А. натриевые каналы. Открываются по достижении критического уровня деполяризации. Запускают входящий ток ионов натрия и дополнительно деполяризуют мембрану. Этот процесс происходит при генерации ПД.

Б. кальциевые каналы. Открываются при приходе импульса в пресинаптическое окончание. В синапсе запускают входящий ток ионов кальция в клетку. Эти ионы связываются с везикулами, содержащими нейромедиатор.

 

4.  Мембранный потенциал покоя и механизм его формирования

 

Главную роль в возбуждении нейрона играют ионные каналы мембраны. Эти каналы бывают двух видов. Одни из них, потенциалнезависимые, работают постоянно и откачивают из нейрона ионы натрия и накачивают в цитоплазму ионы калия. Благодаря работе этих каналов (их называют еще насосными каналами или ионным насосом), постоянно потребляющих энергию, в клетке создается разность концентраций ионов: внутри клетки концентрация ионов калия примерно в 30 раз превышает их концентрацию вне клетки, тогда как концентрация ионов натрия в клетке очень небольшая - примерно в 50 раз меньше, чем снаружи клетки. Концентрационный градиент должен выровнять разницу концентраций, но этого не происходит, так как каналы пропускают только К+, но не ионы Na+. Однако калий не проходит через каналы также, так как его удерживают макромолекулы кислотных остатков. Свойство мембраны постоянно поддерживать разность ионных концентраций между цитоплазмой и окружающей средой характерно не только для нервной, но и для любой клетки организма. В результате между цитоплазмой и внешней средой на мембране клетки возникает потенциал: цитоплазма клетки заряжается отрицательно на величину около 70мВ относительно внешней среды клетки. Измерить этот потенциал можно в лаборатории стеклянным электродом, если в клетку ввести очень тонкую (меньше 1 мкм) стеклянную трубочку, заполненную раствором соли. Стекло в таком электроде играет роль хорошего изолятора, а раствор соли - проводника. Электрод соединяют с усилителем электрических сигналов и на экране осциллографа регистрируют этот потенциал. Оказывается, потенциал порядка - 70 мВ сохраняется в отсутствие ионов натрия, но зависит от концентрации ионов калия. Другими словами, в создании этого потенциала участвуют только ионы калия, в связи, с чем этот потенциал получил название «калиевый потенциал покоя», или просто «потенциал покоя». Таким образом, это потенциал любой покоящейся клетки нашего организма, в том числе и нейрона. При прохождении электрического тока в направлении поляризации ПП возрастает – это явление гиперполяризации. При прохождении тока в обратном направлении ПП снижается – деполяризация. ПП можно снижать только до определённого момента. После того как ПП опускается до 0, происходит смена полярности, в клетке возникает распространяющийся электрический процесс – потенциал действия (ПД).