Курс лекций по "Анатомии и физиология ЦНС"

II семестр

АНАТОМИЯ  И ФИЗИОЛОГИЯ ЦНС

 

 

         Темы:

 

1. Нейрон. Нервная клетка и ее функции.
2. Строение клеточной мембраны и ее свойства.
3. Мембранный потенциал или потенциал покоя и потенциал действия.
4. Проведение возбуждения по нервному волокну
5. РЕФЛЕКС
6. Нервные центры
7. Координационная деятельность ЦНС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема №1                                 Нейрон. Нервная клетка и ее функции.

 

Нервная система в эволюции возникает  сразу, как только появляются многоклеточные организмы. Основная функция: объединение отдельных клеток в единое целое, которое и называется организмом. Объединение или интегрирующая интегративная функции НС, сразу предопределена особенностью строение НК. Такая клетка приобретает звездчатую форму. Среднестатистический нейрон имеет 2 тыс. отростков и соединен с 2 тыс. других клеток. НК в процессе прошли дифференцировку и функционально разделились в своем строении. Часть клеток специализировалась на восприятии раздражительных сигналов, то есть на восприятии возбуждения, а другая часть отростков специализировалась на передаче возбуждения на другие клетки. В результате  возник типичный нейрон. НК есть практически у всех животных, исключая примитивных. Типичный нейрон имеет тело (сому) и отростки. В соме находиться ядро и все необходимые органеллы. Но органелл не так много, поэтому многие функции НК утратила, в ней слабо проходит процесс биосинтеза. А если нет биосинтеза – нет процессов регенерации (восстановления).

От тела клетки отходят отростки, часто короткие, который воспринимаю возбуждение и называются дендритами. Каждый отросток ветвиться и образует дендритическое дерево. У нейрона около тысячи дендрических окончаний. Один отросток очень длинный, в конце ветвиться и называется аксоном (тоже около 1 тысячи окончаний).

(дендриты –воспринимающие отростки, аксоны –передающие отростки)

Основная структурная единица НС – нейрон. В состав НС входит клетки-спутники (глиальные) или сателлиты. Каждая НК окружена 10 глиальными клетками. Функция этих клеток опорно-трофическая – они защищают НК от механических повреждений и поддерживают ее в межклеточном пространстве. Обеспечивают нормальные обменные процессы. При помощи глиальных клеток на НК образуются миелиновые оболочки, которые образуются на быстрых аксонах. Процесс миелизации длиться до 21 года. Функции глиальных клеток еще полностью не изучены. Предполагают, что они могут участвовать в хранении информации и являются морфологической основой памяти (гипотеза).

НС человека содержит от 4-10×10⁹млн. НК. А глиальных клеток от 4-10×10¹⁰. Процесс эволюции НК характеризуется тем, что чем сложнее становиться орган, тем больше нервных клеток он содержит. Низшие животные имеют 10³-10⁴млн. НК. Кольчатые черви содержат 10⁶млн. Моллюски, насекомые, позвоночные - 10⁷-10⁸млн. НК. Основное отличие сводиться не в строении НК, сколько в их количестве. Современные компьютеры содержат функциональных элементов столько, сколько человек – нервных клеток. Основной функциональной единицей компьютера есть диод,  он проводит напряжение в одном направлении. Основной функциональной особенностью НК является то, что она проводит возбуждение в одном направлении от дендрита к аксону. Основой такого одностороннего проведения является структурная соединяющая НК, которая обеспечивает между собой контакт – эта структура называется синапс (контакт). Возьмем два вида синапсов – электрический и химический. Электрический синапс (нексус) встречается в сердечной мышце и проводит возбуждение в двух направлениях и называется плотный контакт. Имеет не дифференцированные, а цветные реакции. Для осуществления дифференцированных реакций существует химический синапс. Он состоит из двух частей – конец аксона (называется присинаптический отдел синапса или присинаптическая колба). Внутри аксона находятся везикулы – пузырьки с медиаторами. А внутри них – вещество, передатчик возбуждения, медиатор.

 

Медиаторы возбуждения:

1. Ацетилхолин      → вещество обеспечивающее нервно-мышечную передачу.
2. Норадреналин  → вещество обеспечивающее передачу возбуждения из клетки в клетку
3. Адреналин         → вещество обеспечивающее передачу возбуждения из клетки в клетку

 

Медиаторы торможения:

1. Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК)
2. Глицин

 

Возбуждение через синапс проходит химическим путем при помощи медиатора. На небольшом расстоянии находиться постсинаптический отдел – это мембрана другой клетки на которую передается возбуждение. На мембране мы видим выросты - это белки рецепторы, это образования, которые чувствительны к действиям медиатора. Обычно в синапсе выделяют один вид медиатора, и соответственно существует рецепторы чувствительные именно к этому виду медиатора. Во всех окончаниях одного нейрона выделяется один и тот же медиатор, этот принцип называется принцип Дейла. Медиатор образуется в теле клетки, и потом по аксону транспортируется в присинаптический отдел. Транспорт происходит в специальных структурах – нейрофибриллах. Передача возбуждения в синапсе проводится из присинаптического отдела, где выделяется определенное количество медиаторов, которые воздействуют на рецепторы постсинаптических мембран. Это приводит к возбуждению этой мембраны. Химический синапс обеспечивает одностороннее проведение возбуждения.

 

 

Тема №2                              Строение клеточной мембраны и ее свойства.

 

Мембрана обладает функциями восприятия и проведения возбуждения, как бы выполняет функции НС. Развитие этой функции привело к образованию  НК. Именно мембраны восприимчивы к действию внешней среды. Основой плазматической мембраны является билипидный слой – жироподобные вещества, которые по химическому составу напоминают жиры. В зависимости от того, какие жирные кислоты входят в состав, жиронасыщеные или нет, мы получаем твердый жир (если насыщенные; пример: говяжий жир). Такие жиры являются структурой холестерина, они вредные. А если в состав входят ненасыщенные – то это жидкие жиры, полезные. Липидов нашем организме – 2%. Из них построены все мембраны организма. Липиды обладают амфотерными свойствами – это отношение к растворимости в воде. Головка липидов хорошо растворима в воде и обладает гидрофильными свойствами. Хвостики бояться воды, не растворимы и являются гидрофобными. Билипидный слой является основой плазматической мембраны. В структуре мембраны есть белковые включения, которые формируют поры плазматической мембраны – это функциональные отверстия, через которые могут двигаться определенные вещества. Белок, пронизывающий мембрану – трансмембранный.

 

Существует три вида пор:

1. Калиевая пора. Называется калиевой, потому что через нее может проходить Калий+ и все вещества имеющие диаметр 3.5 А (Ангстрем) или менее. Пора пассивного транспорта. Образованная трансмембранным белком.
2. Натриевая пора. (с переменным диаметром пассивного транспорта). Белок который имеет четвертичную структуру присоединяет субъединицу белка, которая под действием раздражителя открывается. Имеет диаметр 5 А и может пропускать вещества с таким же диаметром или меньше, в том числе Натрий+.
3. Калиево-натриевый насос. Пора активного транспорта.

 

Одна из главных функций мембраны – регуляция переноса различных веществ. Существует два способа переноса веществ через мембрану:

1. с затратой энергии; выполняется какое-то действие (активный транспорт)
2. без затраты энергии (пассивный транспорт). Он осуществляется, если вещество двигается через мембрану из области с высокой концентрацией в сторону с низкой концентрацией. Такой транспорт называют диффузией.

 

Третий тип пор - активный транспорт или клеточный насос, через который осуществляется перенос вещества против разности концентрации или градиента концентрации. В большинстве клеток существует калиево-натриевый насос. Он осуществляет транспорт веществ через мембрану. К.-н. насосы работают непрерывно и создают градиент (разницу ионов) натрия и кальция. Внутри клетки в 30 раз больше калия чем в межклеточном пространстве. Натрия в 10 раз больше в межклеточном пространстве, чем в клетке.

Внутри клетки находятся крупные органические и неорганические катионы, которые обусловливают отрицательный заряд клетки. Такая разность концентрации поддерживается пока клетка жива. На поддержание разности концентрации мы затрачиваем много энергии – 600-700 кДж.

Клетка покрыта мембраной в  результате работы к.-н. насосов существует разница концентраций внутри и снаружи  клетки. Кроме того клеточная мембрана пропускает меньше калия в состоянии  покоя, а меньше натрия при действии раздражителя.

Активный транспорт осуществляется против градиента концентрации  требует затрата энергии. Он служит для накопления веществ внутри клетки или выведения их из нее, в случае, если этих веществ больше. Источником энергии в основном является АТФ. Одна из актив. транс. систем в клетке отвечает за перенос ионов натрия и калия через клеточную мембрану, работая как молекулярная машина, эта система называется к.-н. насос. Дальше механизм носит универсальный характер и встречается как в клетке корня свеклы, так и в нейронах мозга человека. Транспорт происходит против градиента концентрации при помощи энергии, которая выделяется при расщеплении АТФ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема №3         Мембранный потенциал или потенциал покоя и потенциал действия.

 

Свойства, которыми обладает нервная  клетка:

1. Раздражимость – способность клетки и ткани отвечать на действие раздражителя фактором изменения, как функциональных, так и структурных свойств.
2. Возбудимость – способность клетки и ткани отвечать на раздражение высокоспециализированной реакцией – возбуждением

Возбуждение – сложный биопроцесс, который характеризуется специфическим изменением электрического состояния клетки, процессов метаболизма, теплообразования и проявляющейся специализированной реакцией ткани. Возбудимостью обладают: нервная, мышечная и эпителиальная ткань, обладающая секреторными свойствами. Эти ткани принято называть возбудимыми тканями, поскольку в процессе эволюции они выработали способность изменять свой трансмембранный потенциал.

Мерой возбуждения клетки и ткани  является порог раздражительности. Под порогом раздражительности подразумевают силу раздражителя, например, силу электронного тока, в ответ на которую вызывается возбуждение. Менее сильные раздражители называют подпороговыми, а более сильными – сверхпороговыми. Раздражитель живой клетки может быть любое изменение внешней или внутренней среды. Если оно отвечает определенным условиям, имеет достаточную силу, возникло быстро и продолжается долго. Существует несколько принципов классификации раздражителей.

 

По степени приспособленности био структур к их восприятию раздражители делятся на:

1. Адекватные. Это раздражители, к восприятию которых структура клетки приспосабливает в процессе фитогенеза. Подобный раздражителем является свет для фоторецепторов.
2. Неадекватные. Раздражители, которые действуют на структуру специально не приспособленную для их восприятия. Важно отметить, что для приведения клетки в состоянии возбуждения сила неадекватного раздражителя должна во много раз превышать силу адекватного.

 

По природе раздражители можно разделить на две группы:

1. Химические (гормоны, кислоты)
2. Физические (механические, электрические, световые)

 

По способности вызывать возбуждение:

1. Подпороговые (те, которые не вызывают возбуждение клетки или ткани)
2. Пороговые (вызывают возбуждение клетки или ткани)
3. Сверхпороговые (вызывают возбуждение клетки или ткани с большим запасом прочности)

 

Существуют два основных механизмы, обеспечивающих трансмембранную разность потенциалов.

Мембранный потенциал - 1. Н.-к. насос. 2. Калиевый ток утечки.

Используя энергию АТФ к.-н. насос  создает в клетке высокую концентрацию калия и низкую натрия, попутно  из-за ассиметрии его работы из клетки выводиться за 1 цикл – 3 иона Натрия+ следовательно 3 положительных заряда, а в клетку попадают 2 иона Калия+ и следовательно 2 положительных заряда. Таким образом ассиметрия в работе к.-н. насоса создает разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью клетки. Из-за высокой концентрации внутри клетки калий через специальный канал (пора I типа) выходит из клетки, унося положительный заряд. Так формируется калиевый ток утечки, который служит основным механизмом, формирующим поляризацию мембраны. Помимо калия в формировании мембранного потенциала покоя принимает участие ионы Na+ и Cl-.

Для возбужденных тканей характерно изменение трансмембранного потенциала под действием раздражителя. В  том случае, если трансмембранный  потенциал увеличивается по отношению  к мембранному потенциалу покоя, говорят о гиперполяризации, если уменьшается – о деполяризации. Если после деполяризации трансмембранный потенциал покоя - это реполяризация. Мембрана нейрона способна регулировать 2 принципиально различных по свойствам типа электрических процесса. Это локальный ответ и потенциал действия.