Opracowanie:

Podstawy neurofizjologii: właściwości i aktywność elektryczna komórki nerwowej.

Marzena:

1.              Typy komórek występujących w ośrodkowym układzie nerwowym, funkcje komórki nerwowej;

* Komórki nerwowe(neurony)

Ich zasadniczą funkcją jest przekazywanie informacji zakodowanych w postaci impulsów nerwowych. Neurony składają się z ciała komórkowego ( perykarionu ) oraz 2 rodzajów wypustek: aksonu i licznych dendrytów.  Perykarion jest zasadniczym miejscem metabolizmu i syntezy składników komórkowych. Dendryty przewodzą informacje dokomórkowo (do ciała komórki) a aksony (od komórkowo). Dendryty odchodzą promieniście na zewnątrz od ciała komórki i wielokrotnie się rozgałęziają. Typowy neuron ma również długi akson, który bierze początek w nieco pogrubiałej okolicy ciała neuronu nazywanej wzgórkiem aksonalnym. Akson dzieli się na gałęzie końcowe z których każda ma na swym końcu kolbki synaptyczne. Kolbki te zawierają pęcherzyki w których przechowywane są przekaźniki (transmitery). Aksony wielu neuronów mają osłonkę zbudowaną z mieliny. Poza układem ośrodkowym mielina wytwarzana jest przez komórki Schwanna. W OUN aksony większości neuronów mają osłonkę mielinową wytwarzaną przez oligodendrocyty. Osłonka mielinowa pokrywa akson na całej jego długości oprócz jego zakończeń i przewężeń Ranviera.

* Komórki glejowe ( Nie ma ich na kole, ale są na egzaminie- taką notkę miałam zapisaną na kartce z pierwszych ćw. fizjologii.)

Nie przewodzą impulsów nerwowych lecz stanowią tkankę podporową dla komórek nerwowych i metabolizują transmitery uwalniane do przestrzeni synaptycznej. Komórki glejowe dzielą się na neuroglej i mezoglej (mikroglej)

- Ośrodkowy neuroglej – Należą  do niego: astrocyty, oligodendrocyty, ependymocyty. Oligodendrocyty wytwarzają mielinę spełniającą funckję izoltora oddzielającego od siebie kom. nerwowe. Astrocyty- oddzielają kom. nerwowe od bezpośredniego kontaktu z naczyniami włosowatymi krwionośnymi i pośredniczą w wymianie substancji budulcówych, energetycznych pomiędzy krwią i kom. nerwowymi

- Mikroglej – Jego  komórki wykazują właściwości żerne ( pożerają fragmenty obumarłych komórek nerwowych)

2.              Budowa błony komórkowej;

Błona komórkowa zbudowana jest z białek i lipidów. Podstawowe lipidy błony to fosfolipidy takie jak fosfatydylocholina i fosfatydyloetanoloamina. Lipidy tworzą podwójną warstwę- zrąb błony. Głowa cząsteczki lipidu zawierająca część fosforanową jest łatwo rozpuszczalna w wodzie- jest polarna czyli hydrofilowa. Ogony są nierozpuszczalne w wodzie- są niepolarne, hydrofobowe. Hydrofilowe końce są skierowane do środowiska obmywającego komórki z zewnątrz oraz do cytoplazmy.  Końce hydrofobowe spotykają się we wnętrzu błony.

W błonę wbudowanych jest wiele różnych białek.

-białka integralne przechodzą przez błonę

-białka powierzchniowe rozmieszczone są na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni błony

-białka nośnikowe tworzą kanały aktywnego transportu cząsteczek przez błonę ( wbrew gradientowi stężeń, wymaga nakładu energii)

-białka tworzące kanały jonowe ( transport bierny, zachodzi zgodnie z gradientem stężeń, bez nakładów energii)

-białka receptorowe- wiążą swoiście ligandy np. przekaźniki chemiczne

Białka często są przymocowane do błony kom. przez GPI ( kotwice glikozylofosfatydyloinozytolowe). Inne białka są lipidowane czyli przyłączają określone lipidy.

3.              Funkcje błony komórkowej;

- otacza komórkę i oddziela ją od środowiska

- zapewnia wybiórczy transport substancji do i z komórki ( selektywna przepuszczalność)

- utrzymuje różnicę stężeń niektórych jonów( liczne jony przechodzą przez błonę tylko przy udziale białek transportowych)

4.              Przepuszczalność błony komórkowej;

Przenikanie substancji apolarnych ( tlen, dwutlenek węgla, amoniak, alkohol) zachodzi przez całą grubość błony i jest proporcjonalne do ich rozpuszczalności lipidowej. Natomiast dyfundowanie substancji polarnych ( woda, elektrolity i niektóre substancje organiczne ) zachodzi za pośrednictwem porów w błonie.

5.              Transport bierny przez błonę komórkową;

Transport jonów przez błony biologiczne zachodzi za pośrednictwem wyspecjalizowanych białek nazywanych kanałami jonowymi. Większość kanałów posiada specyficzny mechanizm bramkujący, który może ulec aktywacji (otwarcie kanału) pod wpływem zmian potencjału błonowego (kanały zależne od potencjału) lub związania się specyficznego agonisty z receptorem (kanały zależne od receptora). Właściwymi czynnikami regulującymi mogą być białka G, ATP lub zmiany środowiska jonowego.

Część kanałów nazywana kanałami przeciekowymi lub kanałami prostej dyfuzji nie posiada specjalnego mechanizmu bramkującego, a stopień ich otwarcia zależy od mechanicznego rozciągnięcia błony komórkowej.

6.              Klasyfikacja kanałów jonowych;

1) Bramkowane napięciem ( potencjałozależne ) – Czynnikiem otwierającym kanały jonowe jest zmiana potencjału elektrycznego błony komórkowej. Kanały napięciozależne mogą znajdować się w trzech stanach: otwartym, zamkniętym, inaktywowanym.

2) Bramkowane przez ligandy ( ligandozależne) - Przyłączenie się ligandu spowoduje otwarcie kanału jonowego; odłączenie się ligandu spowoduje zamknięcie kanału jonowego. Wyjątkiem są kanały wyciekowe- one pozostają otwarte po odłączeniu się ligandu. Kanały zależne od ligandu mogą znajdować się w trzech stanach: otwartym, zamkniętym, desensytyzowanym.

7.              Transport aktywny przez błonę komórkową;

Transport aktywny umożliwia przechodzenie substancji przez błonę kom. przeciwko gradientowi stężeń, wymaga nakładu energii i nie ustaje, nawet gdy stężenie transportowanej substancji jest większe po stronie, w kierunku której transport się odbywa. Transport akt. może być pierwotny i dotyczy jednego typu substancji lub może być to transport akt. wtórny, gdy transport aktywny jednej substancji stwarza niezbędny gradient chemiczny lub elektryczny do transportu drugiej substancji.

8.              Mechanizm działania pompy sodowo - potasowej;

Utrzymanie wewnątrz komórek dużego stężenia jonów K + i małego stężenia jonów Na + wymaga aktywnego transportu obu tych kationów przez błonę komórkową przeciwko gradientowi stężeń. Kationy sodowe napływające do wnętrza komórki przez kanały dla prądów jonów sodowych zostają po stronie wewnętrznej błony związane z enzymem. Znajduje się on w samej błonie komórkowej i transportuje jony sodu na zewnątrz błony. Jednocześnie ten sam enzym zabiera ze sobą jony potasu z zewnętrznej powierzchni błony i transportuje je do wnętrza komórki. Enzym transportujący jony sodu i potasu przez błonę przeciw gradientowi stężeń czerpie energię z hydrolizy ATP do ADP. Enzym ten aktywowany jest przez jony sodu i potasu, stąd pochodzi jego nazwa: NA-K-ATP-aza. Rozpad ATP do ADP pod wpływem NA-K-ATP-azy zachodzi w obecności jonów magnezowych zawartych w płynie wewnątrzkomórkowym. Energia wyzwolona z rozpadu 1 mola ATP do ADP wykorzystywana jest na antyport 3 moli jonów sodu z komórki i 2 moli jonów potasu do komórki.

9.              Fizjologiczne rola pompy sodowo-potasowej;

- generowanie gradientu stężeń jonów sodu i potasu

- generowanie ujemnego ładunku wewnątrz komórki tzw.  aktywność elektrogenna

- regulacja bilansu wodnego

- podtrzymywanie potencjału błonowego

10.              Potencjał równowagi;

Potencjał równowagi- jest to taki potencjał błonowy, przy którym gradient chemiczny zostaje zrównoważony przez gradient elektryczny. Czyli przy którym siła dyfuzji jonów związana z różnicą stężeń po obu stronach błony zostaje zrównoważona przez powstającą różnicę potencjału elektrycznego danego jonu. Wartość potencjału określa równanie Nernsta.

11.              Równanie Nernsta;

Równanie Nernsta służy do obliczenia potencjału równowagi.

12.              Równanie Goldmana;

Równanie Goldmana służy do obliczenia potencjału błony komórkowej ( np. potencjału spoczynkowego)

13.              Potencjał spoczynkowy komórki nerwowej;

To stabilny potencjał błony komórkowej na którą nie działa żaden bodziec, na której nie występują skutki wcześniejszego działania bodźca i która nie wykazuje spontanicznej aktywności elektrycznej. Powstaje on na skutek : różnicy stężeń jonów po obu stronach błony, dyfuzji tych jonów, selektywnej przepuszczalności błony dla poszczególnych jonów i czynnego transportu jonów sodu i potasu przez błonę komórkową przy udziale Na-K-ATP-azy.

14.              Geneza potencjału spoczynkowego komórki nerwowej;

Jej elementy to :

- gradient stężeń dla jonów sodu i potasu ( stężenie jonów potasu jest wyższe wewnątrz komórki niż na zewnątrz, stężenie jonów sodu jest wyższe na zewnątrz niż wewnątrz)

-występowanie w błonie komórkowej kanałów wyciekowych potasowych( dzięki którym w czasie potencjału spoczynkowego możliwy jest ruch jonów potasu- tzw. prąd potasowy przez błonę komórkową. Prąd potasowy dąży do wyrównania potencjału błony z potencjałem równowagi dla jonów potasu)

- elektrogenna aktywność pompy sodowo potasowej ( generowanie ładunku ujemnego wewnątrz komórki)

- obecność dużych anionów organicznych ( wpływają one na ruch innych jonów przez błonę komórkową)

Ruchem jonów przez błonę komórkową kierują dwie siły : chemiczna i elektrostatyczna. Siła chemiczna kieruje ruchem zgodnie z gradientem stężeń, a elektrostatyczna kieruje ruchem poprzez odziaływania elektrostyczne.

Jeśli siła elektrostatyczna i chemiczna są w innym kierunku przy czym:

* jedna siła przeważa - to istnieje możliwość ruchu jonów w kierunku siły przeważającej o ile w błonie występują otwarte kanały jonowe

* siły się równoważą - wówczas nie ma możliwości ruchu jonów przez błonę kom.

Jeśli siła chemiczna i elektrostatyczna mają taki sam kierunek to istnieje możliwość ruchu jonów przez błonę o ile występują w błonie otwarte kanały jonowe.

Elektrogenna aktywność pompy i obecność dużych anionów organicznych powodują, że komórka wewnątrz ma ładunek ujemny a na zewnątrz dodatni)

15.              Potencjał lokalny;

Lokalna wymiana jonów pomiędzy wnętrzem komórki a jej otoczeniem.

16.              Potencjał czynnościowy komórki nerwowej;

Potencjał czynnościowy kom. nerwowej jest przejściową zmianą potencjału błony związaną z przekazywaniem informacji. Miejscem jego powstania w neuronach jest zwykle wzgórek aksonu lub cieśń węzła.

Potencjał progowy :

Jest to wielkość potencjału błony komórki, która musi zostać przekroczona, aby mógł być wygenerowany potencjał czynnościowy. Zawiera się zwykle w granicach od -40 do -55 mV.

17.              Fazy potencjału czynnościowego komórki nerwowej;

* Depolaryzacja - jest to wzrost potencjału błony powyżej potencjału spoczynkowego. Wynika z napływu jonów sodu przez napięciozależne kanały sodowe. Napływ jonów sodu przez napięciozależne kanały sodowe nasila odkomórkowy prąd potasowy. Aby powstał potencjał czynnościowy dokomórkowy prąd sodowy musi przeważyć odkomórkowy prąd potasowy. W większości komórek pobudliwych depolaryzacja wykracza poza zero i potencjał błonowy(wnętrza komórki) sięga do wartości dodatnich. Dodatnia, krótkotrwała część potencjału czynnościowego jest nazywana nadstrzałem.

* Repolaryzacja - jest to obniżenie potencjału błony do wartości potencjału spoczynkowego. Wynika z ruchu jonów potasu na zewnątrz przez napięciozależne kanały potasowe. Repolaryzacja zachodzi początkowo szybko, ale potem ulega zwalnianiu, w miarę jak powraca ujemny potencjał błonowy. Te zmiany potencjału obserwowane pod koniec albo już po repolaryzacji określa się jako potencjały następcze.

* Hiperpolaryzacja - jest to spadek potencjału błony poniżej wartości potencjału spoczynkowego.  Jest to efekt nadmiernej ucieczki jonów potasu z komórki.

Po zamknięciu kanałów potasowych zostaną uruchomione elementy genezy potencjału spoczynkowego.

18.              Cechy potencjału czynnościowego komórki nerwowej;

1) powstaje wg zasady „wszystko albo nic”, która oznacza, że powstanie on zawsze, gdy bodziec osiągnie co najmniej wartość progową, przy czym jego wartość (amplituda) nie zależy od siły bodźca.

2) jest nie wygasający

3) rozprzestrzenia się, przy czym przemieszcza się od miejsca powstawania zawsze w kierunku zakończenia aksonu.

19.              Refrakcja względna i bezwzględna;

Refrakcja (niepobudliwość) bezwzględna – jest  to okres w czasie potencjału igilicowego kiedy żaden z bodźców, niezależnie od swej siły, nie jest zdolny do wywołania pobudzenia.

Refrakcja względna – ...