Informace

Nervový systém: Překlad signálu


Pokud by bylo vytvořeno zařízení pro sledování nervových signálů ze srdce, včetně stabilních srdečních tepů, rychlých srdečních tepů atd., A toto zařízení by dokázalo přenášet „stabilní srdeční tep“ do srdce, mělo by to nějaké nepříznivé nebo výhodné účinky pro lékařské Věda?


Měření elektrických signálů (= nervových signálů) ze srdce se v medicíně často provádí, říká se tomu elektrokardiografie. Vypadá to takto (ze stejného článku):

Ovlivnění srdce může být také provedeno kardiostimulátory. V závislosti na potřebách pacienta může trvale stimulovat srdce nebo to udělat pouze tehdy, jsou -li splněna určitá kritéria, která vyžadují zásah nezbytný k prevenci zástavy srdce. Nesprávná stimulace může ve skutečnosti lidi zabít, protože pokud srdeční stimulace není správná, dojde k zástavě srdce. To je důvod, proč se pacienti s kardiostimulátorem musí držet dál od silných magnetických polí, kvůli nimž jejich kardiostimulátory selhávají a nechávají je bez řádné stimulace.

Tuto techniku ​​ovlivňování srdce zvenčí používají defibrilátory, které k ovlivnění srdečního tepu používají elektrický šok. Používá se k léčbě srdečních dysrytmií, ventrikulární fibrilace a bezpulsní ventrikulární tachykardie, což vše vede k úmrtí, pokud se neléčí. Speciální formou jsou automatizované externí defibrilátory, které měří elektrokardiogram a podle jeho formy pak rozhodují, zda je zapotřebí úraz elektrickým proudem.


16.6 Nervový systém

Když to čtete, váš nervový systém plní několik funkcí současně. Vizuální systém zpracovává to, co je vidět na stránce, motorický systém ovládá vaše pohyby očí a otáčení stránek (nebo kliknutí myší) prefrontální kůra udržuje pozornost. I základní funkce, jako je dýchání a regulace tělesné teploty, jsou řízeny nervovým systémem. Nervový systém je jedním ze dvou systémů, které vykonávají kontrolu nad všemi orgánovými systémy těla, druhým je endokrinní systém. Ovládání nervového systému je mnohem konkrétnější a rychlejší než hormonální systém. Sděluje signály prostřednictvím buněk a drobných mezer mezi nimi, nikoli prostřednictvím oběhového systému jako v endokrinním systému. Používá spíše kombinaci chemických a elektrochemických signálů než čistě chemických signálů používaných endokrinním systémem k rychlému pokrytí dlouhých vzdáleností. Nervový systém získává informace ze smyslových orgánů, zpracovává je a poté může zahájit reakci buď prostřednictvím motorické funkce, vedoucí k pohybu, nebo změnou fyziologického stavu organismu.

Nervové systémy v celé živočišné říši se liší strukturou a složitostí. Některé organismy, jako mořské houby, postrádají skutečný nervový systém. Jiní, jako medúzy, postrádají skutečný mozek a místo toho mají systém oddělených, ale spojených nervových buněk (neuronů) nazývaných „nervová síť“. Ploché červy mají jak centrální nervový systém (CNS), tvořený ganglionem (shluky spojených neuronů), tak dvě nervové šňůry, a periferní nervový systém (PNS) obsahující systém nervů, které se rozprostírají po celém těle. Hmyzový nervový systém je složitější, ale také poměrně decentralizovaný. Obsahuje mozek, ventrální nervovou šňůru a ganglia. Tyto ganglia mohou ovládat pohyby a chování bez vstupu z mozku.

Ve srovnání s bezobratlými jsou nervové systémy obratlovců složitější, centralizovanější a specializovanější. Přestože mezi různými nervovými systémy obratlovců existuje velká rozmanitost, všechny sdílejí základní strukturu: CNS, který obsahuje mozek a míchu a PNS tvořený periferními senzorickými a motorickými nervy. Jedním zajímavým rozdílem mezi nervovým systémem bezobratlých a obratlovců je, že nervové šňůry mnoha bezobratlých jsou umístěny ventrálně (směrem k žaludku), zatímco míchy obratlovců jsou umístěny dorzálně (směrem dozadu). Mezi evolučními biology se vede debata o tom, zda se tyto různé plány nervového systému vyvinuly odděleně, nebo zda se uspořádání plánu těla bezobratlých během evoluce obratlovců „převrátilo“.

Nervový systém se skládá z neuronů, specializovaných buněk, které mohou přijímat a přenášet chemické nebo elektrické signály, a glia, buněk, které zajišťují podpůrné funkce pro neurony. Typy neuronů a glií, které jsou přítomny v různých částech nervového systému, jsou velmi rozmanité.

Neurony a gliové buňky

Nervový systém společné laboratorní mouchy, Drosophila melanogaster, obsahuje přibližně 100 000 neuronů, stejný počet jako humr. Toto číslo je srovnatelné se 75 miliony u myší a 300 miliony u chobotnice. Lidský mozek obsahuje přibližně 86 miliard neuronů. Navzdory těmto velmi odlišným číslům nervový systém těchto zvířat ovládá mnoho stejných chování - od základních reflexů až po komplikovanější chování, jako je hledání jídla a námluvy. Schopnost neuronů komunikovat mezi sebou navzájem i s jinými typy buněk je základem všech těchto chování.

Většina neuronů sdílí stejné buněčné složky. Ale neurony jsou také vysoce specializované - různé typy neuronů mají různé velikosti a tvary, které souvisejí s jejich funkčními rolemi.

Stejně jako ostatní buňky má každý neuron buněčné tělo (nebo soma), které obsahuje jádro, hladké a drsné endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, mitochondrie a další buněčné složky. Neurony také obsahují jedinečné struktury pro příjem a odesílání elektrických signálů, které umožňují komunikaci mezi neurony (obrázek 16.19). Dendrity jsou stromové struktury, které se rozprostírají od těla buňky a přijímají zprávy od jiných neuronů na specializovaných křižovatkách nazývaných synapse. Ačkoli některé neurony nemají žádné dendrity, většina má jeden nebo mnoho dendritů.

Dvouvrstvá lipidová membrána, která obklopuje neuron, je pro ionty nepropustná. Pro vstup nebo výstup z neuronu musí ionty procházet iontovými kanály, které překlenují membránu. Některé iontové kanály je třeba aktivovat, aby se otevřely a umožnily iontům projít do buňky nebo ven z buňky. Tyto iontové kanály jsou citlivé na prostředí a podle toho mohou měnit svůj tvar. Iontové kanály, které mění svou strukturu v reakci na změny napětí, se nazývají napěťově řízené iontové kanály. Rozdíl v celkovém náboji uvnitř a vně článku se nazývá membránový potenciál.

Klidový neuron je záporně nabitý: vnitřek buňky je přibližně o 70 milivoltů zápornější než vně (–70 mV). Toto napětí se nazývá klidový membránový potenciál, je způsobeno rozdíly v koncentracích iontů uvnitř a vně buňky a selektivní propustností vytvořenou iontovými kanály. Sodium-draselné pumpy v membráně produkují různé iontové koncentrace uvnitř a vně buňky tak, že do sebe přivádějí dva ionty K + a odstraňují tři ionty Na +. Činnosti této pumpy jsou nákladné: na každé kolo se spotřebuje jedna molekula ATP. Až 50 procent ATP neuronu se používá k udržení jeho potenciálu spočívat v membráně. Ionty draslíku (K +), které jsou uvnitř buňky vyšší, se pohybují poměrně volně z neuronu draslíkovými kanály. Tato ztráta kladného náboje vytváří uvnitř buňky čistý záporný náboj. Sodné ionty (Na +), které jsou uvnitř nízké, mají hnací sílu pro vstup, ale pohybují se méně volně. Jejich kanály jsou závislé na napětí a otevřou se, když je spustí malá změna membránového potenciálu.

Neuron může přijímat vstup od jiných neuronů, a pokud je tento vstup dostatečně silný, odeslat signál do neuronů po proudu. Přenos signálu mezi neurony je obecně nesen chemikálií, nazývanou neurotransmiter, která difunduje z axonu jednoho neuronu do dendritu druhého neuronu. Když se molekuly neurotransmiteru vážou na receptory umístěné na dendritech neuronu, neurotransmiter otevírá iontové kanály v plazmatické membráně dendritů. Toto otevření umožňuje vstup iontů sodíku do neuronu a vede k depolarizaci membrány - snížení napětí na membráně neuronu. Jakmile je signál přijat dendritem, putuje pak pasivně do těla buňky. Do axonu dosáhne dostatečně velký signál z neurotransmiterů. Pokud je dostatečně silný (to znamená, že pokud je dosažen práh excitace, depolarizace na přibližně –60 mV), pak depolarizace vytvoří pozitivní zpětnou vazbu: jak do buňky vstupuje více iontů Na +, axon se dále depolarizuje a otevírá se více sodíkových kanálů v dalších vzdálenostech od těla buňky. To způsobí, že se napěťově závislé Na + kanály dále v axonu otevřou a do buňky vstoupí více kladných iontů. V axonu se tento „signál“ stane samovolně se šířícím krátkým zvratem klidového membránového potenciálu, kterému se říká akční potenciál.

Akční potenciál je událost typu všechno nebo nic, ať už se stane, nebo ne. Aby neuron „vystřelil“ akční potenciál, musí být dosaženo prahu excitace. Jak sodíkové ionty spěchají do buňky, depolarizace ve skutečnosti obrací náboj přes membránu z -70 mV na +30 mV. Tato změna v membránovém potenciálu způsobí otevření napěťově řízených K + kanálů a K + začne opouštět buňku a repolarizovat ji. Současně se kanály Na + deaktivují, takže do buňky nevstupuje žádný další Na +. Ionty K + nadále opouštějí buňku a membránový potenciál se vrací do klidového potenciálu. Při klidovém potenciálu se kanály K + zavírají a kanály Na + se resetují. Depolarizace membrány probíhá vlnou po délce axonu. Pohybuje se pouze jedním směrem, protože sodíkové kanály byly deaktivovány a nedostupné, dokud se membránový potenciál v tomto bodě znovu blíží klidovému potenciálu, v tomto okamžiku se resetují na uzavřené a lze je znovu otevřít.

Axon je trubkovitá struktura, která šíří signál z těla buňky do specializovaných zakončení nazývaných axonové terminály. Tyto terminály se následně synchronizují s jinými neurony, svaly nebo cílovými orgány. Když akční potenciál dosáhne axonového terminálu, způsobí to uvolnění neurotransmiteru na dendrit jiného neuronu. Neurotransmitery uvolněné na axonových terminálech umožňují přenos signálů do těchto ostatních buněk a proces začíná znovu. Neurony mají obvykle jeden nebo dva axony, ale některé neurony neobsahují žádné axony.

Některé axony jsou pokryty speciální strukturou zvanou myelinový plášť, který funguje jako izolátor, aby se elektrický signál při přenosu axonem nerozptýlil. Tato izolace je důležitá, protože axon z lidského motorického neuronu může být dlouhý až metr (3,2 stopy) - od spodní části páteře k prstům. Myelinový obal je produkován gliovými buňkami. Podél axonu jsou v myelinové pochvě periodické mezery. Tyto mezery se nazývají Ranvierovy uzly a jsou to místa, kde se signál „dobíjí“, když cestuje podél axonu.

Je důležité si uvědomit, že jeden neuron nepůsobí sám - neuronová komunikace závisí na spojeních, která mezi sebou neurony vytvářejí (stejně jako s jinými buňkami, jako jsou svalové buňky). Dendrity z jednoho neuronu mohou dostat synaptický kontakt z mnoha dalších neuronů. Například se předpokládá, že dendrity z Purkyňových buněk v mozečku přijímají kontakt až z 200 000 dalších neuronů.

Každodenní připojení

Neurogeneze

Najednou vědci věřili, že se lidé narodili se všemi neurony, jaké kdy měli. Výzkum provedený v posledních několika desetiletích naznačuje, že neurogeneze, zrození nových neuronů, pokračuje až do dospělosti. Neurogeneze byla poprvé objevena u zpěvných ptáků, kteří při učení písní produkují nové neurony. U savců hrají důležitou roli při učení také nové neurony: v hippocampu (struktura mozku zapojená do učení a paměti) se každý den vyvine asi 1 000 nových neuronů. Zatímco většina nových neuronů zemře, vědci zjistili, že nárůst počtu přežívajících nových neuronů v hippocampu koreloval s tím, jak dobře se krysy naučily novému úkolu. Je zajímavé, že cvičení i některá antidepresiva také podporují neurogenezi v hippocampu. Stres má opačný účinek. Zatímco neurogeneze je ve srovnání s regenerací v jiných tkáních poměrně omezená, výzkum v této oblasti může vést k nové léčbě poruch, jako je Alzheimerova choroba, mrtvice a epilepsie.

Jak vědci identifikují nové neurony? Výzkumník může do mozku zvířete vstříknout sloučeninu zvanou bromdeoxyuridin (BrdU). Zatímco všechny buňky budou vystaveny BrdU, BrdU bude začleněno pouze do DNA nově generovaných buněk, které jsou ve fázi S. K připojení fluorescenční značky k začleněnému BrdU lze použít techniku ​​zvanou imunohistochemie a výzkumník může pomocí fluorescenční mikroskopie vizualizovat přítomnost BrdU, a tedy nových neuronů, v mozkové tkáni (obrázek 16.20).

Koncepty v akci

Navštivte tento odkaz interaktivní laboratoř a podívejte se na další informace o neurogenezi, včetně interaktivní laboratorní simulace a videa, které vysvětluje, jak BrdU označuje nové buňky.

Zatímco gliové buňky jsou často považovány za podpůrné buňky nervového systému, počet gliových buněk v mozku ve skutečnosti převyšuje počet neuronů faktorem 10. Neurony by nemohly fungovat bez životně důležitých rolí, které plní tyto gliové buňky. Glia vede vyvíjející neurony na místo určení, vyrovnávací ionty a chemikálie, které by jinak poškodily neurony, a poskytuje myelinové pochvy kolem axonů. Když glia nefunguje správně, může být výsledek katastrofální - většina nádorů na mozku je způsobena mutacemi v glii.

Jak komunikují neurony

Všechny funkce prováděné nervovým systémem - od jednoduchého motorického reflexu po pokročilejší funkce, jako je vytváření paměti nebo rozhodování - vyžadují vzájemnou komunikaci neuronů. Neurony komunikují mezi axonem jednoho neuronu a dendrity a někdy i tělem buňky jiného neuronu přes mezeru mezi nimi, známou jako synaptická štěrbina. Když akční potenciál dosáhne konce axonu, stimuluje uvolňování molekul neurotransmiterů do synaptické štěrbiny mezi synaptickým knoflíkem axonu a postsynaptickou membránou dendritu nebo soma další buňky. Neurotransmiter se uvolňuje exocytózou vezikul obsahujících molekuly neurotransmiteru. Neurotransmiter difunduje přes synaptickou štěrbinu a váže se na receptory v postsynaptické membráně. Tyto molekuly receptoru jsou chemicky regulované iontové kanály a otevřou se, což sodíku umožní vstup do buňky. Pokud byl uvolněn dostatečný neurotransmiter, může být v další buňce zahájen akční potenciál, ale není to zaručeno. Pokud se uvolní nedostatečný neurotransmiter, nervový signál v tomto bodě zemře. Existuje řada různých neurotransmiterů, které jsou specifické pro typy neuronů, které mají specifické funkce.

Centrální nervový systém

Centrální nervový systém (CNS) se skládá z mozku a míchy a je pokryt třemi vrstvami ochranných obalů nazývaných mozkové blány („meninges“ je odvozeno z řečtiny a znamená „membrány“) (obrázek 16.21). Nejvzdálenější vrstva je dura mater, střední vrstva je pavučinovitá arachnoidální hmota a vnitřní vrstva je pia mater, která se přímo dotýká a pokrývá mozek a míchu. Prostor mezi arachnoidem a pia mater je vyplněn mozkomíšním mokem (CSF). Mozek plave v mozkomíšním moku, který funguje jako polštář a tlumič nárazů.

Mozek

Mozek je část centrálního nervového systému, která je obsažena v lebeční dutině lebky. Zahrnuje mozkovou kůru, limbický systém, bazální ganglia, thalamus, hypotalamus, mozeček, mozkový kmen a sítnice. Nejvzdálenější částí mozku je tlustý kus tkáně nervového systému, kterému se říká mozková kůra. Mozková kůra, limbický systém a bazální ganglia tvoří dvě mozkové hemisféry. Obě hemisféry spojuje tlustý svazek vláken zvaný corpus callosum (corpus = „tělo“ callosum = „houževnatý“). Ačkoli existují některé mozkové funkce, které jsou lokalizovány více na jedné hemisféře než na druhé, funkce těchto dvou hemisfér jsou do značné míry nadbytečné. Ve skutečnosti je někdy (velmi zřídka) odstraněna celá hemisféra k léčbě těžké epilepsie. Zatímco pacienti po operaci trpí určitými nedostatky, mohou mít překvapivě málo problémů, zvláště když se operace provádí u dětí, které mají velmi nezralý nervový systém.

Při jiných operacích k léčbě těžké epilepsie se místo odstranění celé hemisféry rozřízne corpus callosum. To způsobuje stav nazývaný rozdělený mozek, který poskytuje pohled na jedinečné funkce obou hemisfér. Když je například pacientovi předložen předmět do levého zorného pole, nemusí být schopen objekt slovně pojmenovat (a může tvrdit, že objekt vůbec neviděl). Důvodem je, že zrakový vstup z levého zorného pole přechází a vstupuje do pravé hemisféry a nemůže poté signalizovat do centra řeči, které se obecně nachází na levé straně mozku. Je pozoruhodné, že pokud je pacient s rozděleným mozkem požádán, aby zvedl konkrétní předmět ze skupiny předmětů levou rukou, pacient to zvládne, ale stále jej nebude schopen verbálně identifikovat.

Koncepty v akci

Navštivte následující web, kde se dozvíte více o pacientech s rozděleným mozkem a zahrajete si hru, kde si sami můžete modelovat experimenty s děleným mozkem.

Každá polokoule obsahuje oblasti zvané laloky, které jsou zapojeny do různých funkcí. Každá hemisféra mozkové kůry savců může být rozdělena na čtyři funkčně a prostorově definované laloky: frontální, parietální, temporální a týlní (obrázek 16.22).

Čelní lalok se nachází v přední části mozku, nad očima. Tento lalok obsahuje čichovou bulbu, která zpracovává pachy. Čelní lalok obsahuje také motorickou kůru, která je důležitá pro plánování a realizaci pohybu. Oblasti v motorické kůře mapují různé svalové skupiny. Neurony ve frontálním laloku také ovládají kognitivní funkce, jako je udržování pozornosti, řeči a rozhodování. Studie lidí, kteří si poškodili čelní laloky, ukazují, že části této oblasti se podílejí na osobnosti, socializaci a hodnocení rizika. Parietální lalok se nachází v horní části mozku. Neurony v temenním laloku se podílejí na řeči a také na čtení. Dvě z hlavních funkcí parietálního laloku jsou zpracování somatosenzace - dotykové vjemy jako tlak, bolest, teplo, chlad - a zpracování propriocepce - pocit, jak jsou části těla orientovány v prostoru. Parietální lalok obsahuje somatosenzorickou mapu těla podobnou motorické kůře. Týlní lalok se nachází v zadní části mozku.Primárně se podílí na vidění - vidění, rozpoznávání a identifikaci vizuálního světa. Temporální lalok se nachází na spodní části mozku a primárně se podílí na zpracování a interpretaci zvuků. Obsahuje také hippocampus (pojmenovaný z řečtiny „mořský koník“, kterému tvarově připomíná), strukturu, která zpracovává formování paměti. Role hippocampu v paměti byla částečně určena studiem jednoho slavného epileptického pacienta, HM, kterému byly ve snaze vyléčit epilepsii odstraněny obě strany hippocampu. Jeho záchvaty zmizely, ale už si nedokázal vytvořit nové vzpomínky (i když si pamatoval některá fakta z doby před operací a mohl se naučit nové motorické úkoly).

Propojené mozkové oblasti nazývané bazální ganglia hrají důležitou roli v řízení pohybu a držení těla. Bazální ganglia také regulují motivaci.

Thalamus funguje jako brána do a z kůry mozkové. Přijímá smyslové a motorické vstupy z těla a také dostává zpětnou vazbu z kůry. Tento mechanismus zpětné vazby může modulovat vědomé povědomí o smyslových a motorických vstupech v závislosti na pozornosti a stavu vzrušení zvířete. Thalamus pomáhá regulovat stavy vědomí, vzrušení a spánku.

Pod thalamem je hypotalamus. Hypotalamus ovládá endokrinní systém vysíláním signálů do hypofýzy. Mezi dalšími funkcemi je hypotalamus tělesným termostatem - zajišťuje udržování tělesné teploty na příslušných úrovních. Neurony v hypotalamu také regulují cirkadiánní rytmy, někdy nazývané spánkové cykly.

Limbický systém je propojený soubor struktur, které regulují emoce, stejně jako chování související se strachem a motivací. Hraje roli při formování paměti a zahrnuje části thalamu a hypotalamu, stejně jako hippocampus. Jednou důležitou strukturou v limbickém systému je struktura spánkového laloku zvaná amygdala. Dvě amygdaly (jedna na každé straně) jsou důležité jak pro pocit strachu, tak pro rozpoznávání strašidelných tváří.

Mozeček (mozeček = „malý mozek“) sedí na spodní části mozku na vrcholu mozkového kmene. Mozeček ovládá rovnováhu a pomáhá při koordinaci pohybu a učení se novým motorickým úkolům. Mozeček ptáků je ve srovnání s jinými obratlovci velký kvůli koordinaci vyžadované letem.

Mozkový kmen spojuje zbytek mozku s míchou a reguluje některé z nejdůležitějších a základních funkcí nervového systému včetně dýchání, polykání, trávení, spánku, chůze a integraci senzorických a motorických informací.

Mícha

Spojením s mozkovým kmenem a protažením těla páteří je mícha. Mícha je tlustý svazek nervové tkáně, který přenáší informace o těle do mozku a z mozku do těla. Mícha je obsažena v mozkových obalech a kostech páteře, ale je schopna přenášet signály do a z těla prostřednictvím spojení s míšními nervy (část periferního nervového systému). Průřez míchy vypadá jako bílý ovál obsahující šedý tvar motýla (obrázek 16.23). Axony tvoří „bílou hmotu“ a těla buněk neuronů a glií (a interneurony) tvoří „šedou hmotu“. Axony a buněčná těla v míšní hřbetě přenášejí převážně smyslové informace z těla do mozku. Axony a buněčná těla v míše primárně přenášejí signály řídící pohyb z mozku do těla.

Mícha také ovládá motorické reflexy. Tyto reflexy jsou rychlé, nevědomé pohyby - jako automatické sejmutí ruky z horkého předmětu. Reflexy jsou tak rychlé, protože zahrnují místní synaptická připojení. Například kolenní reflex, který lékař testuje při rutinní fyzické aktivitě, je řízen jedinou synapsí mezi senzorickým neuronem a motorickým neuronem. Zatímco reflex může vyžadovat pouze zapojení jedné nebo dvou synapsí, synapse s interneurony v páteři přenášejí informace do mozku, aby sdělovaly, co se stalo (koleno sebou trhlo nebo ruka byla horká).

Periferní nervový systém

Periferní nervový systém (PNS) je spojení mezi centrálním nervovým systémem a zbytkem těla. PNS lze rozdělit na autonomní nervový systém, který ovládá tělesné funkce bez vědomé kontroly, a senzoricko-somatický nervový systém, který přenáší smyslové informace z kůže, svalů a smyslových orgánů do CNS a vysílá motorické příkazy z CNS do svalů.

Autonomní nervový systém slouží jako relé mezi CNS a vnitřními orgány. Ovládá plíce, srdce, hladké svaly a exokrinní a endokrinní žlázy. Autonomní nervový systém ovládá tyto orgány do značné míry bez vědomé kontroly, může nepřetržitě sledovat podmínky těchto různých systémů a provádět změny podle potřeby. Signalizace do cílové tkáně obvykle zahrnuje dvě synapse: preganglionický neuron (pocházející z CNS) synapsí k neuronu v ganglionu, který zase synapsí na cílovém orgánu (obrázek 16.24). Existují dvě divize autonomního nervového systému, které mají často protichůdné účinky: sympatický nervový systém a parasympatický nervový systém.

Sympatický nervový systém je zodpovědný za okamžité reakce zvířete, když se setká s nebezpečnou situací. Jedním ze způsobů, jak si to pamatovat, je přemýšlet o reakci „bojuj nebo uteč“, kterou člověk pociťuje při setkání s hadem („had“ a „sympatický“ začínají na „s“). Příklady funkcí ovládaných sympatickým nervovým systémem zahrnují zrychlenou srdeční frekvenci a inhibované trávení. Tyto funkce pomáhají připravit tělo organismu na fyzickou zátěž potřebnou k útěku z potenciálně nebezpečné situace nebo k odrazení predátora.

Zatímco sympatický nervový systém je aktivován ve stresových situacích, parasympatický nervový systém umožňuje zvířeti „odpočívat a trávit“. Jedním ze způsobů, jak si to pamatovat, je myslet si, že během klidné situace, jako je piknik, je parasympatický nervový systém pod kontrolou („piknik“ a „parasympatikus“ začínají písmenem „p“). Parasympatické preganglionické neurony mají buněčná těla umístěná v mozkovém kmeni a v sakrální (směrem dolů) míše (obrázek 16.25). Parasympatický nervový systém obnoví funkci orgánu po aktivaci sympatického nervového systému, včetně zpomalení srdeční frekvence, snížení krevního tlaku a stimulace trávení.

Senzoricko-somatický nervový systém je tvořen hlavovými a míšními nervy a obsahuje jak senzorické, tak motorické neurony. Senzorické neurony přenášejí senzorické informace z kůže, kosterního svalu a smyslových orgánů do CNS. Motorické neurony přenášejí zprávy o požadovaném pohybu z CNS do svalů, aby se stáhly. Bez svého senzoricko-somatického nervového systému by zvíře nemohlo zpracovávat žádné informace o svém prostředí (co vidí, cítí, slyší atd.) A nemohlo by ovládat motorické pohyby. Na rozdíl od autonomního nervového systému, který má obvykle dvě synapsí mezi CNS a cílovým orgánem, mají senzorické a motorické neurony obvykle pouze jednu synapsi - jeden konec neuronu je v orgánu a druhý je v přímém kontaktu s neuronem CNS.


Nervový systém: Překlad signálu - biologie

Nyní, když jsme diskutovali o základní anatomii neuronu, můžeme se obrátit na fyziologii, která je základem neuronální signalizace.

Neurony používají volání typu vše nebo nic akční potenciály k přenosu elektrických impulsů dolů axonem do synaptického boutonu. Jak prozkoumáme v následující části, akční potenciály nakonec způsobí uvolnění neurotransmiterů do synaptické štěrbiny.

Klidový potenciál

Všechny neurony vykazují a klidový membránový potenciál. To znamená, že mezi vnitřkem neuronu a extracelulárním prostorem je rozdíl elektrického napětí (napětí). Obvykle je to asi –70 mV, přičemž vnitřek neuronu je negativní vůči vnějšímu. Neurony využívají selektivní propustnost pro ionty a Na+/K+ ATPáza k udržení tohoto negativního vnitřního prostředí, jak ukazuje obrázek 4.3.

Postava 4.3. Údržba potenciálu klidové membrány Na + /K + ATPáza udržuje klidový membránový potenciál –70 mV pohybem 3 iontů Na + z buňky na každé 2 ionty K + přesunuté do buňky.

Jako každá jiná buňka je neuronální plazmatická membrána poměrně nepropustná pro nabité druhy. Protože plazmatická membrána obsahuje silnou nepolární bariéru (zbytky mastných kyselin), není pro ionty energeticky příznivé, aby tuto bariéru překročily. Uvnitř neuronu je [K +] vysoký a [Na +] nízký. Mimo neuron je [Na +] vysoký, zatímco [K +] je nízký. Negativní klidový potenciál je generován jak záporně nabitými proteiny v buňce, tak relativně větší propustností membrány pro K + ve srovnání s Na +. Pokud je buněčná membrána propustnější pro K + a koncentrace iontů je uvnitř vyšší, K + bude difundovat po svém gradientu ven z buňky. Co to znamená z hlediska pohybu náboje? K + je kladně nabitý, takže jeho pohyb mimo buňku má za následek záporný vnitřek buňky. Jinými slovy, pokud předpokládáme, že membrána začíná na nule, a odebereme kladný náboj, skončíme s negativním nábojem uvnitř buňky: 0 - (+1) = –1. Na + nemůže snadno vstoupit v klidu, takže negativní potenciál je zachován.

Klidový membránový potenciál je závislý na koncentracích intra- a extracelulárních iontů, relativní propustnosti membrány pro tyto různé ionty a nábojích těchto iontů. Napěťová rovnice Goldman – Hodgkin – Katz spojuje tyto různé faktory do jedné rovnice, která předpovídá klidový membránový potenciál. Tato rovnice je probrána v kapitole 8 MCAT Biochemistry Review.

Na + /K + ATPáza je důležitá pro obnovení tohoto gradientu po spuštění akčních potenciálů. Transportuje tři Na + z buňky na každé dvě K + do buňky na úkor jednoho ATP. ATP je nezbytný, protože jak Na +, tak K + se tímto procesem pohybují proti jejich gradientům, takže se to kvalifikuje jako primární aktivní transport. Pokaždé, když pumpa pracuje, výsledkem je, že vnitřek buňky se stává relativně zápornějším, protože na každé tři vyjmuté jsou přesunuty pouze dva kladné náboje.

Axon Hillock

Neurony mohou přijímat excitační i inhibiční vstup. Příčiny excitačního vstupu depolarizace (zvýšení membránového potenciálu, PROTIm(ze svého klidového potenciálu) a zvyšuje tak pravděpodobnost, že neuron vystřelí akční potenciál. Příčiny inhibičního vstupu hyperpolarizace (snížení membránového potenciálu z jeho klidového potenciálu) a tím snižuje pravděpodobnost, že neuron vystřelí akční potenciál. Pokud pahorek axonu obdrží dostatek excitačního vstupu, aby mohl být depolarizován na práh hodnota (obvykle v rozmezí –55 až –40 mV), spustí se akční potenciál.

To znamená, že ne každý podnět nutně generuje odpověď. Malý budicí signál nemusí být dostačující k tomu, aby se pahorek axonu dostal na práh. Postsynaptický neuron dále může přijímat informace od několika různých presynaptických neuronů, z nichž některé jsou excitační a některé jsou inhibiční. Aditivní efekty více signálů jsou známé jako shrnutí.

Existují dva typy součtu: časové a prostorové. v časové shrnutí, během relativně krátkého časového období je integrováno více signálů. Několik malých excitačních signálů vyzařujících téměř ve stejný okamžik by mohlo přenést postsynaptickou buňku na práh, což umožní akční potenciál. v prostorové shrnutí, aditivní efekty jsou založeny na počtu a umístění příchozích signálů. Velký počet inhibičních signálů střílejících přímo na soma způsobí hlubší hyperpolarizaci axonového návrší než depolarizaci způsobenou několika excitačními signály střílejícími na dendrity neuronu.

Ionové kanály a membránový potenciál

Graf membránového potenciálu vs. doba během akčního potenciálu je znázorněna na obrázku 4.4.

Postava 4.4. Generování potenciálu akce Dostatečná depolarizace přes buněčnou membránu k prahu vede ke generování akčního potenciálu, následuje repolarizace a hyperpolarizace, než se vrátí k klidovému membránovému potenciálu.

Pokud je buňka uvedena na práh, v membráně se otevřou napěťově řízené sodíkové kanály. Jak naznačuje název, tyto iontové kanály se otevírají v reakci na změnu potenciálu membrány (depolarizace) a umožňují průchod sodíkových iontů. Existuje silný elektrochemický gradientkterý podporuje migraci sodíku do buňky. Z elektrického hlediska je vnitřek článku negativnější než vnější článek, což podporuje pohyb kladně nabitých sodných kationtů do článku. Z chemického hlediska je mimo buňku vyšší koncentrace sodíku než uvnitř, což také podporuje pohyb sodíku do buňky. Jak sodík prochází těmito iontovými kanály, membránový potenciál se stává pozitivnějším, to znamená, že buňka rychle depolarizuje. Sodné kanály se nejen otevírají v reakci na změny membránového potenciálu, ale jsou jimi také deaktivovány. Když PROTIm blíží +35 mV, sodíkové kanály jsou deaktivován a bude muset být přiveden zpět do blízkosti klidového potenciálu deaktivován. Tyto sodíkové kanály tedy mohou existovat ve třech stavech: Zavřeno (než buňka dosáhne prahu a po zrušení inaktivace), otevřeno (od prahu do přibližně +35 mV) a neaktivní (od přibližně +35 mV do klidového potenciálu).

KLÍČOVÝ KONCEPT

Na + chce jít do buňky, protože buňka je uvnitř negativnější (elektrický gradient) a má nižší koncentraci Na + uvnitř (chemický gradient).

Pozitivní potenciál uvnitř buňky nejenže spouští napěťově řízené sodíkové kanály k deaktivaci, ale také spouští napěťově řízené draselné kanály. Jakmile sodík depolarizuje buňku, dojde k elektrochemickému gradientu podporujícímu odtok draslíku z neuronu. Jak jsou kladně nabité kationty draslíku vyhnány z buňky, dojde k obnovení tzv. Negativního membránového potenciálu repolarizace. Výtok K + způsobuje překročení klidového membránového potenciálu, hyperpolarizaci neuronu. Tato hyperpolarizace plní důležitou funkci: činí neuron refrakterní na další akční potenciály. Existují dva typy žáruvzdorná období. Během absolutní refrakterní období, žádné množství stimulace nemůže způsobit výskyt dalšího akčního potenciálu. Během relativní refrakterní období, tam musí býtvětší než normálně stimulace způsobit akční potenciál, protože membrána vychází z potenciálu, který je negativnější než jeho klidová hodnota.

Na + /K + ATPáza působí tak, že obnovuje nejen klidový potenciál, ale také gradienty sodíku a draslíku, které byly částečně rozptýleny akčním potenciálem.

KLÍČOVÝ KONCEPT

Akční potenciály se spoléhají na elektrické i chemické gradienty. Neuron začíná na klidovém potenciálu, kolem –70 mV. V klidovém potenciálu je draslík vysoký uvnitř buňky a nízký mimo buňku, zatímco sodík je vysoký mimo buňku a nízký uvnitř buňky. Jakmile buňka dosáhne prahu, sodíkové kanály se otevřou a sodík zaplaví buňku, čímž je uvnitř pozitivnější (depolarizace). Poté jsou sodíkové kanály deaktivovány a draslíkové kanály otevřeny. To umožňuje draslíku vytékat z buňky, čímž se potenciál dostane do negativního rozsahu (repolarizace) a ve skutečnosti přestřelí klidový potenciál (hyperpolarizace). Na + /K + ATPase pak pracuje na obnovení klidového potenciálu.

Šíření impulzů

Dosud jsme diskutovali o pohybech iontů v jednom malém segmentu axonu. Aby byl signál přenesen do jiného neuronu, musí akční potenciál cestovat po axonu a zahájit uvolňování neurotransmiteru. Tomuto pohybu se říká šíření impulzů a je znázorněn na obrázku 4.5. Jak sodík spěchá do jednoho segmentu axonu, způsobí depolarizaci v okolních oblastech axonu. Tato depolarizace přivede následné segmenty axonu k prahu a otevře sodíkové kanály v těchto segmentech. Každý z těchto segmentů pak pokračuje zbytkem akčního potenciálu vlnovým způsobem, dokud akční potenciál nedosáhne nervového zakončení. Poté, co akční potenciál vystřelí v jednom segmentu axonu, se tento segment na okamžik stane žáruvzdorným, jak bylo popsáno dříve. Funkčním důsledkem toho je, že informace mohou proudit pouze jedním směrem.

Postava 4.5. Šíření potenciálu akce Akční potenciály se šíří po axonu, když se proximální sodíkové kanály otevírají a depolarizují membránu, což indukuje otevření sousedních sodíkových kanálů, protože vzhledem k žáruvzdornému charakteru těchto kanálů se akční potenciál může pohybovat pouze jedním směrem.

Volal toxin tetrodotoxin (TTX) se nachází v pufferfish, lahůdce v Japonsku. TTX blokuje napěťově řízené Na + kanály, čímž blokuje přenos neuronů. To může rychle způsobit smrt, protože brániční nervy inervující bránici již nemohou depolarizovat, což vede k ochrnutí svalu a zastavení dýchání. Z tohoto důvodu musí být kuchaři, kteří připravují pufferfish, speciálně vyškoleni a licencováni.

Místní anestetika fungují blokováním napěťově řízených kanálů Na +. Tyto léky působí zvláště dobře na senzorické neurony, a proto blokují přenos bolesti. Upřednostňují neurony bolesti, protože tyto neurony mají malý průměr axonů a malý nebo žádný myelin, což umožňuje snadný přístup k sodíkovým kanálům. Koncentrace anestetik jsou udržovány dostatečně nízké na to, aby blokovaly neurony bolesti bez výrazných účinků na jiné smyslové modality nebo motorické funkce.

Rychlost pohybu akčních potenciálů závisí na délce a ploše průřezu axonu. Zvětšená délka axonu má za následek vyšší odpor a pomalejší vedení. Větší průřezové plochy umožňují rychlejší šíření v důsledku sníženého odporu. Účinek plochy průřezu je významnější než účinek délky. Aby se maximalizovala rychlost přenosu, savci mají myelin. Myelin je mimořádně dobrý izolátor, který zabraňuje rozptylu elektrického signálu. Izolace je tak účinná, že membrána je propustná pouze pro pohyb iontů v uzlech Ranvier. Signál tedy „přeskakuje“ z uzlu na uzel a říká se, čemu se říká slané vedení.

Tato izolace od myelinu je mimořádně účinná. Lidská mícha je asi tak silná jako prst. Bez této izolace by musel být kabel téměř tak široký jako telefonní sloup, aby se zabránilo ztrátě signálu.

Je důležité si uvědomit, že všechny akční potenciály v rámci stejného typu neuronu mají během depolarizace stejný potenciální rozdíl. Zvýšená intenzita stimulu nevede ke zvýšení potenciálního rozdílu akčního potenciálu, ale spíše ke zvýšené frekvenci střelby.

Jak již bylo zmíněno dříve, neurony nejsou ve skutečnosti v přímém fyzickém kontaktu. Mezi neurony je malý prostor nazývaný synaptická štěrbina, do které jsou sekretovány neurotransmitery, jak ukazuje obrázek 4.6. Pro objasnění terminologie se neuron předcházející synaptické štěrbině nazývápresynaptický neuron neuron po synaptické štěrbině se nazývá postsynaptický neuron. Pokud neuron signalizuje žláze nebo svalu, spíše než jinému neuronu, postsynaptická buňka se nazývá efektor. Většina synapsí je chemikálie v přírodě používají malé molekuly označované jakoneurotransmitery odesílat zprávy z jedné buňky do druhé.

Postava 4.6. Synapse Synaptické vezikuly se uvolňují z presynaptického neuronu a difundují přes synaptickou štěrbinu, aby aktivovaly receptory na postsynaptickém neuronu (nebo žláze nebo svalu).

Neurotransmitery

Před uvolněním jsou molekuly neurotransmiterů uloženy ve váčcích vázaných na membránu v nervovém terminálu. Když akční potenciál dosáhne nervového zakončení, otevřou se napěťově řízené kalciové kanály, které umožní vápníku proudit do buňky. Toto náhlé zvýšení intracelulárního vápníku spouští fúzi membránově vázaných váčků s buněčnou membránou v synapse, což způsobuje exocytózu neurotransmiteru.

KLÍČOVÝ KONCEPT

Je důležité pochopit rozdíl mezi elektrickým a chemickým přenosem. V neuronu se elektřina používá k přenosu signálů po délce axonu. Mezi neurony se používají chemikálie (neurotransmitery) k přenosu signálů do následného neuronu (nebo žlázy nebo svalu).

Po uvolnění do synapsí molekuly neurotransmiteru difundují přes rozštěp a navážou se na receptory na postsynaptické membráně. To umožňuje přenos zprávy z jednoho neuronu do druhého. Jak jsme uvedli dříve, neurony mohou být buď excitační nebo inhibiční, toto rozlišení skutečně přichází na úrovni receptorů neurotransmiterů, které mají tendenci být buď ligandem řízené iontové kanály, nebo receptory spřažené s G proteinem. Pokud je receptorem ligandem řízený iontový kanál, postsynaptická buňka bude buď depolarizována nebo hyperpolarizována. Pokud se jedná o receptor spojený s G proteinem, způsobí to buď změny hladin cyklického AMP (cAMP), nebo příliv vápníku. Fyziologie receptorů je dále diskutována v kapitole 3 MCAT Biochemistry Review.

Neurotransmise musí být regulována a neexistují téměř žádné okolnosti, za kterých by byla žádoucí konstantní signalizace do postsynaptické buňky. Proto musí být neurotransmiter odstraněn ze synaptické štěrbiny. K dosažení tohoto cíle existují tři hlavní mechanismy. Za prvé, neurotransmitery lze rozložit pomocí enzymatických reakcí. Rozpis acetylcholin (ACh) od acetylcholinesterázy (AChE), znázorněný na obrázku 4.7, je klasickým příkladem.

Postava 4.7. Rozdělení neurotransmiteru na enzym Acetylcholin (ACh) může být štěpen acetylcholinesterázou (AChE).

Za druhé, neurotransmitery lze přenést zpět do presynaptického neuronu pomocí nosiče zpětného vychytávání. Opětovné převzetí serotonin (5-HT), znázorněný na obrázku 4.8, je klasickým příkladem tohoto mechanismu. Dopamin (DA) a norepinefrin (NE) také použít nosiče zpětného vychytávání.

Postava 4.8. Zpětné vychytávání neurotransmiteru Serotonin (5-HT) může být převzat zpět presynaptickou buňkou a autoreceptor bude signalizovat presynaptické buňce, aby přestala uvolňovat serotonin a zahájila proces zpětného vychytávání.

Za třetí, neurotransmitery mohou jednoduše difundovat ze synaptické štěrbiny. Oxid dusnatý (NE), plynná signální molekula, patří do této kategorie.

Mnoho běžných léků (buď v klinickém použití nebo pouliční drogy) upravuje procesy, které se vyskytují v synapsi. Například kokain působí tak, že blokuje nosiče zpětného vychytávání neuronů, čímž prodlužuje působení neurotransmiterů v synapse. Existují klinicky užitečné léky (z nichž některé se používají k léčbě Alzheimerovy choroby, glaukomu a myasthenia gravis), které inhibují acetylcholinesterázu, čímž zvyšují synaptické hladiny acetylcholinu. Nervové plyny, které byly použity ve válčení a terorismu, jsou extrémně silné inhibitory acetylcholinesterázy. Nervový plyn způsobuje rychlou smrt tím, že brání relaxaci kosterního svalu (hlavně bránice), což vede k zástavě dechu.

Kontrola konceptu MCAT 4.2:

Než budete pokračovat, zhodnoťte pomocí těchto otázek své porozumění materiálu.

1. Jaká neurální struktura iniciuje akční potenciál?

2. Která entita udržuje klidový membránový potenciál? Jaké je přibližné napětí klidového membránového potenciálu?

3. Jaký je rozdíl mezi časovým a prostorovým součtem?

4. Který iontový kanál se během akčního potenciálu otevře jako první? Jak je tento iontový kanál regulován? Jaký vliv má otevření tohoto kanálu na polarizaci buňky?

5. Který iontový kanál se během akčního potenciálu otevře jako druhý? Jak je tento iontový kanál regulován? Jaký vliv má otevření tohoto kanálu na polarizaci buňky?

6. Jaký je rozdíl mezi absolutním a relativním refrakterním obdobím?

& middot & emsp Absolutní refrakterní období:

& middot & emsp Relativní refrakterní období:

7. Jaký ion je primárně zodpovědný za fúzi vezikul obsahujících neurotransmiter s membránou nervového zakončení?

8. Jaké jsou tři hlavní metody, kterými lze zastavit činnost neurotransmiteru?

Pokud jste držitelem autorských práv na jakýkoli materiál obsažený na našich stránkách a máte v úmyslu jej odstranit, obraťte se prosím na správce našeho webu se žádostí o schválení.


Neuronální komunikace

Nyní, když jsme se dozvěděli o základních strukturách neuronu a roli, kterou tyto struktury hrají v neuronální komunikaci, podívejme se blíže na samotný signál - jak se pohybuje neuronem a poté přeskakuje na další neuron, kde proces se opakuje.

Začínáme na neuronální membráně. The neuron existuje v tekutém prostředí - je obklopeno extracelulární tekutinou a obsahuje intracelulární tekutinu (tj. cytoplazmu). Neuronální membrána udržuje tyto dvě tekutiny oddělené- což je klíčová role, protože elektrický signál, který prochází neuronem, závisí na tom, že intra- a extracelulární tekutiny jsou elektricky odlišné. Tento rozdíl v náboji přes membránu, nazývaný membránový potenciál, poskytuje energii pro signál.

Elektrický náboj tekutin je způsoben nabitými molekulami (ionty) rozpuštěnými v tekutině. Polopropustná povaha neuronové membrány poněkud omezuje pohyb těchto nabitých molekul a v důsledku toho mají některé nabité částice tendenci být koncentrovanější buď uvnitř, nebo mimo buňku.

Mezi signály je potenciál neuronové membrány udržován ve stavu připravenosti, kterému se říká klidový potenciál. Ionty se natahují a čekají, až začnou působit, a tak se ionty seřadí na obou stranách buněčné membrány, připravené vyrazit přes membránu, když se neuron aktivuje a membrána otevře brány (tj. sodno-draselné čerpadlo který umožňuje pohyb iontů přes membránu). Ionty v oblastech s vysokou koncentrací jsou připraveny k přesunu do oblastí s nízkou koncentrací a kladné ionty jsou připraveny k přesunu do oblastí s negativním nábojem.

V klidovém stavu je sodík (Na +) ve vyšších koncentracích mimo buňku, takže bude mít tendenci se do buňky přesouvat. Draslík (K +) je na druhé straně koncentrovanější uvnitř buňky a bude mít tendenci se z buňky pohybovat (Obrázek 3). Kromě toho je vnitřek buňky ve srovnání s vnějškem mírně záporně nabitý. To poskytuje další sílu na sodík, což způsobuje jeho přesun do buňky.

Obrázek 3. V klidovém potenciálu je Na+ (modré pětiúhelníky) více koncentrovaný mimo buňku v extracelulární tekutině (znázorněno modře), zatímco K+ (purpurové čtverečky) je koncentrovanější v blízkosti membrány v cytoplazmě nebo intracelulární tekutině. Jiné molekuly, jako jsou chloridové ionty (žluté kruhy) a záporně nabité bílkoviny (hnědé čtverečky), přispívají k pozitivnímu čistému náboji v extracelulární tekutině a zápornému čistému náboji v intracelulární tekutině.

Z tohoto klidového potenciálního stavu dostane neuron signál a jeho stav se náhle změní (Obrázek 4). Když neuron přijímá signály na dendrity - kvůli neurotransmiterům ze sousedního neuronu se váže na jeho receptory - na neuronální membráně se otevřou malé póry nebo brány, což umožní iontům Na + poháněným rozdíly v náboji a koncentraci pohyb do buňka. S tímto přílivem pozitivních iontů se vnitřní náboj buňky stává pozitivnějším. Pokud tento náboj dosáhne určité úrovně, nazývá se práh buzení, neuron se aktivuje a začíná akční potenciál.

Otevírá se mnoho dalších pórů, což způsobuje masivní příliv iontů Na + a obrovský pozitivní nárůst membránového potenciálu, špičkového akčního potenciálu. Na vrcholu hrotu se sodíkové brány zavírají a draselné brány se otevírají. Jak kladně nabité ionty draslíku odcházejí, buňka rychle zahájí repolarizaci. Nejprve se hyperpolarizuje, stává se o něco negativnější než klidový potenciál, a pak se ustálí a vrátí se k klidovému potenciálu.

Obrázek 4. Během akčního potenciálu se elektrický náboj přes membránu dramaticky mění.

Tento pozitivní výkyv představuje akční potenciál: elektrický signál, který se obvykle pohybuje z těla buňky dolů axonem k terminálům axonu. Elektrický signál se pohybuje axonem dolů jako vlna v každém bodě, některé sodné ionty, které vstupují do buňky, difundují do další části axonu, čímž se náboj zvýší za práh excitace a spustí nový příliv iontů sodíku. Akční potenciál se pohybuje až dolů po axonu k tlačítkům terminálu.

Akční potenciál je vše nebo nic jev. Zjednodušeně to znamená, že příchozí signál z jiného neuronu je buď dostatečný, nebo nedostatečný k dosažení prahu excitace. Neexistuje žádný meziprostor a nelze vypnout akční potenciál, jakmile začne. Představte si to jako odeslání e -mailu nebo textové zprávy. Můžete přemýšlet o odeslání všeho, co chcete, ale zpráva nebude odeslána, dokud nestisknete tlačítko Odeslat. Kromě toho, jakmile zprávu odešlete, nelze ji zastavit.

Protože je to všechno nebo nic, akční potenciál je znovu vytvořen nebo šířen v plné síle v každém bodě podél axonu. Podobně jako zapálená pojistka petardy nezmizí, když cestuje po axonu. Je to vlastnost vše nebo nic, která vysvětluje skutečnost, že váš mozek vnímá zranění vzdálené části těla, jako je váš prst na noze, stejně bolestivé jako nos.

Jak již bylo uvedeno dříve, když akční potenciál dorazí na koncové tlačítko, synaptické vezikuly uvolní své neurotransmitery do synapse. Neurotransmitery cestují přes synapsu a vážou se na receptory na dendritech sousedního neuronu a proces se opakuje v novém neuronu (za předpokladu, že signál je dostatečně silný, aby spustil akční potenciál). Jakmile je signál doručen, přebytečné neurotransmitery v synapse odcházejí, jsou rozděleny na neaktivní fragmenty nebo jsou reabsorbovány v procesu známém jako zpětné vychytávání. Zpětné vychytávání zahrnuje čerpání neurotransmiteru zpět do neuronu, který ho uvolnil, aby se vyčistila synapse (Obrázek 5). Vymazání synapsí slouží k zajištění čistého stavu „zapnuto“ a „vypnuto“ mezi signály a k regulaci produkce neurotransmiteru (plné synaptické vezikuly poskytují signály, které nevytvářejí žádné další neurotransmitery).

Obrázek 5. Zpětné vychytávání zahrnuje přesun neurotransmiteru ze synapsí zpět do axonového terminálu, ze kterého byl uvolněn.

Neuronální komunikace je často označována jako elektrochemická událost. Pohyb akčního potenciálu po délce axonu je elektrická událost a pohyb neurotransmiteru přes synaptický prostor představuje chemickou část procesu.

Odkaz na učení


Reflexní oblouk [zpět na začátek]

Tyto tři typy neuronů jsou uspořádány v obvodech a sítích, z nichž nejjednodušší je reflexní oblouk.

V jednoduchém reflexním oblouku, jako je trhnutí kolena, je podnět detekován receptorovou buňkou, která se synapsí se senzorickým neuronem. Senzorický neuron přenáší impuls z místa podnětu do centrálního nervového systému (mozek nebo mícha), kde se synchronizuje s interneuronem. Interneuron synapsí s motorickým neuronem, který přenáší nervový impuls ven do efektoru, jako je sval, který reaguje stahováním.

Reflexní oblouk může být také reprezentován jednoduchým vývojovým diagramem:


Přednáška 24: Nervový systém 1

Stáhněte si video z iTunes U nebo internetového archivu.

Přednáška 21: Vývoj - 1

Přednáška 22: Vývoj - 2

Přednáška 24: Nervový systém 1

Přednáška 25: Nervový systém 2

Přednáška 26: Nervový systém 3

Následující obsah je poskytován pod licencí Creative Commons. Vaše podpora pomůže MIT OpenCourseWare nadále nabízet vysoce kvalitní vzdělávací zdroje zdarma. Chcete -li přispět nebo si prohlédnout další materiály ze stovek kurzů MIT, navštivte MIT OpenCourseWare na adrese ocw.mit.edu.

HAZEL SIVE: Dobře, podívejme se na některé vaše otázky. Mnoho z nich je-- víte co, pravděpodobně budu tuto obrazovku používat většinu času. Protože tohle se nehodí. Ale podívejme se na tuto obrazovku.

Vaše otázky se skutečně soustředily na buňky IPS a druh magie buněk IPS. A vyvstalo několik zásadních otázek. Jaký je problém s terapeutickým používáním buněk IPS?

No, existuje číslo. Zaprvé, jsou tak nové, že opravdu nevíme, jaké typy buněk mohou tyto buňky IPS vytvářet, takže není jasné, jak je používat. Další problém, na kterém můj kolega profesor Jaenisch pracuje, je otázka, jak tyto buňky skutečně pěstovat.

Dnes ráno mám problém s hlasem. Takže víš, čím jsi tišší, tím víc budeš moci slyšet má slova.

IPS buňky, lidské buňky, rostou v laboratoři velmi pomalu. A je velmi obtížné je pěstovat. V biologii tedy existuje několik základních otázek, jak tyto buňky pěstovat na dostatečný počet, který by byl ve skutečnosti užitečný.

Ale tady je další, který je velmi důležitý. Transkripční faktory, které používáme k převodu dospělých buněk na buňky IPS, zahrnovaly onkogen nazývaný c-Myc. A Myc je druh genu, který nechcete, aby se vznášel kolem vašeho těla hezky a aktivně ve vašich buňkách, protože vám způsobí rakovinu.

Úkolem tedy je, jak skutečně použít Myc a další účinné transkripční faktory k přeměně dospělých buněk na kmenové buňky, ale bez toho, aby kmenové buňky způsobily rakovinu příjemce. A existuje několik velmi chytrých způsobů, jak se to lidé snaží obejít.

Je opravdu nemožné vás to naučit, pokud o vás mluví nějaké skupiny. Prostě to nedokážu. Takže kdo z vás mluví, prosím ne. Děkuji.

Dobře, v čem tedy spočívá IPS buňka? Hlavní věc je, že mohou být vaše vlastní. Teoreticky- a možná v praxi, deset let, možná pět let od nynějška- vaše vlastní buňky, vaše kožní buňky by vám mohly být odebrány, mohly by být zpracovány v laboratoři, přeměněny na vaše vlastní kmenové buňky a vráceny zpět do vašeho vlastního těla, a budou vaše vlastní.

Takže by vás samozřejmě neodmítli. A to je obrovská dohoda. Říká se jim autologní buňky. Existuje etický problém, že nemusíte sbírat žádná embrya, abyste získali linie kmenových buněk. A to je velký problém.

A tady je koncepční řešení. Když jsme hovořili o vývoji, mluvili jsme o této směrové cestě, kde se nerozlišené buňky angažovaly. Skutečně se mělo za to, že je to jednosměrná cesta.

Ale to, co ukázala technologie IPS buněk- podívejme se na to-- v pořádku, můžeme získat nápad z jedné z těchto dvou obrazovek. Technologie buněk IPS ukázala, že můžete zvrátit diferenciaci. Můžete si vzít diferencované dospělé buňky a se správnými regulačními faktory z nich udělat kmenové buňky. A tak koncepčně je to velký problém. Velmi dobré, skvělé otázky.

Moje další úřední hodiny jsou v pondělí 12-1. Přijďte nebo mi napište. Ale teď se budeme věnovat novému modulu, a tím je nervový systém. A tady jsme v kurzu.

Dokončili jste veškerý základní materiál. Mluvili jsme o formaci. A teď budeme hovořit o systémech a zejména o nervovém systému.

Začněme otázkou, co je to systém. Budování, složitost toho, o čem v životě mluvíme. Systém označuje mnoho orgánů, které spolupracují s jednou společnou funkcí. Mnoho orgánů pracuje společně s jednou celkovou funkcí.

A v kurzu budete mluvit o dvou. S profesorem Jacksem si promluvíte o nervovém systému a imunitním systému. Nervový systém, který je tématem následujících tří přednášek, má co do činění s komunikací- souvisí s komunikací zvenčí do vnitřku zvířecího těla, souvisí s komunikací uvnitř těla a má co do činění s komunikací, která má přimět organismus- zvíře, protože rostliny nemají nervový systém- zvíře něco udělat. Nervový systém je tedy o komunikaci do nebo z těla zvířete.

V kurzu jsme měli řadu elektrických analogií. Pamatujete si slavnou signální analogii zapnutí vypínače světla na zdi. Nyní však přejdeme k další elektrické analogii, která je ve skutečnosti pravdivější.

A použiji analogii pro nervový systém, když mluvíme o drátech, které přenášejí signál, kterými buňky komunikují. Budu mluvit o konektorech mezi dráty. A pak budu mluvit o obvodech.

A to budou témata příštích tří přednášek. Tedy dráty, konektory a obvody. A to budou nervové soustavy 1 až 3, přednášky v tomto modulu.

Dnes budeme mluvit o drátech. A témata budou tři. První je typ buňky, který má něco společného s kabeláží pro tuto komunikaci. Druhé je něco, čemu se říká akční potenciál, což je signál, kterým buňky komunikují uvnitř sebe. A třetí má co do činění s iontovými kanály a čerpadly.

Začněme však tím, že problém formulováme jakýmsi chladným způsobem. Podíváte-li se do člověka- podívejme se na tuto obrazovku. Podíváte -li se do člověka a obkreslíte nervy. A kdybyste se šli podívat na živé, změkčené lidské exponáty, viděli byste změkčené nervy.

Jsou opravdu výjimeční. Síť nervů, které jsou jednotkou komunikace v celém těle. Je obrovský.A zahrnuje téměř každou část těla.

Buňka, která je zapojena do komunikace- to za chvíli nakreslíme- je neuron. A jedna z věcí o neuronech je, že mají velmi dlouhé procesy, nazývané axony, kterými se dnes budeme hlouběji zabývat.

Pojďme ale věci formulovat intuitivněji. Takhle vypadá náš mozek. Ve skutečnosti nemají nervy, které by je inovovaly. A pokud tedy skutečně máte operaci mozku, můžete během operace opravdu vzhůru. Protože v mozku nejsou žádné nervy, nebo alespoň v mozku nejsou žádné receptory bolesti. Mozek má samozřejmě nervy, ale v mozku nejsou žádné receptory bolesti.

Lidský mozek. Miliardy a miliardy a biliony neuronů. O číslech si povíme v budoucích přednáškách. Podívejme se však trochu hlouběji do mozku, abyste viděli, jak je nabitý neurony a jak jsou propojení mezi neurony tak neuvěřitelně složitá, že přemýšlení o tom, jak používáte obvody ke konstrukci lidského nervového systému- nebo skutečně většiny zvířat- je obrovský problém.

Profesor Sebastian Seung zde- jehož jméno je mimo obrazovku, a omlouvám se mu, je to obrazovka snafu, bude na vašich silových bodech, když si je stáhnete z webu- pracuje na úkolu dát dohromady všechny spojení v lidském mozku. A počínaje malou kostkou mozku-to je asi 100 mikronů, není to úplně krychle, ale je to přibližně kostka o velikosti 100 mikronů-pracoval na tom, aby se pokusil zjistit, jaká jsou všechna spojení buněk a jaké všechny buňky jsou v této malé kostce mozku, což je jen malá, malá část vašeho mozku.

Tak se podívejte na tohle. Toto je elektronový mikrograf, který dal dohromady hromadu elektronových mikrofotografií, aby vytvořil tuto 3D strukturu. A teď jeho studenti a studenti profesora Lichtmana z Harvardu jdou a nastíní konkrétní buňku v sériových sekcích, skrz tuto kostku. Jedná se o velmi malé části. Jedná se o asi pět nanometrů.

A pak dali tyto sekce dohromady. A můžete získat trojrozměrnou strukturu neuronu, jak prochází kostkou. A můžete začít mapovat, jak tento neuron leží vedle ostatních neuronů. Dobře, tam to jde pozpátku.

A existují dvě buňky ležící vedle sebe, které můžete získat ve 3D vykreslování, s tímto velmi pečlivým procesem, nejprve získat části mozku, dát je všechny dohromady do kusu a poté dekonstruovat jednotlivé tvary buněk v tomto kusu . Pokud to uděláte pro celý kus tkáně, získáte to. Je tam ten červený a zelený neuron. Tady je modrá, tam je žlutá, limetková, fialová, červená, tmavě modrá, žlutá, oranžová. Je to skličující.

Tady máš. V tom malém kousku mozku jsou buňky tak nabité. A spojení mezi nimi je obrovské. A to je jen necelá miliontina vašeho mozku.

Zjistit všechna spojení, všechny obvody v nervovém systému, je obrovský úkol. A my to nevíme. O tom, co víme, si povíme později. Ale chtěl jsem pro vás problém zarámovat, abyste měli představu, kam se snažíme dostat.

Vraťme se k neuronu. A pojďme si promluvit o buněčném typu a o tom, jak je buněčný typ důležitý pro přemýšlení o signalizaci v nervovém systému. Stejně jako všechno ostatní v těle, komunikace využívá buňky jako svou měnu. A buněčný typ je speciální druh buněčného typu, kterým je neuron. Spojovacími/vodičovými buňkami jsou tedy neurony.

V nervovém systému je druhý typ buněk, které jsou pro funkci nervového systému skutečně klíčové a které se nazývají glia. A to jsou buňky, které se označují jako podpůrné buňky. Ale to opravdu není fér. Vedou neurony, a jak si zmíníme později, izolují také neurony, aby dráty nezkratovaly. Vedou a izolují neurony.

Struktura neuronu je důležitá pro pochopení jeho funkce. Jako všechny buňky má jádro a cytoplazmu. A tady je, jádro, cytoplazma. A této oblasti neuronu se říká tělo buňky.

Ale na rozdíl od jiných buněk, které z tohoto buněčného těla vycházejí, existují procesy. A jsou to velmi podstatné procesy. Na jedné straně těla buňky jsou obvykle poměrně krátké procesy. Mohou být rozvětvené a může jich být spousta. A těm se říká dendrity.

Dendrity jsou procesy, které přijímají signál. Jsou tedy místem, kde je signalizace- nech mě se zbavit toho dendritu- je zde signalizační vstup. Signál, který dendrity přijímají, se pohybuje přes tělo buňky do dalšího procesu, který se nazývá axon a je velmi dlouhý.

A skutečnost, že je velmi dlouhá, je vlastně to, o čem je tato přednáška. Axon je tedy drát. Axony mohou být až metr dlouhé. Tady je axon.

A existují axony, které začínají ve vaší míše a pohybují se až po noze, z jedné buňky. Za chvíli si povíme, proč tomu tak je. Tyto axony se na svých koncích větví. A připojí se k jinému neuronu nebo něčemu jinému, ale nakreslíme další neuron.

Tady je další neuron s jeho dendrity a další axon. Spojení- zde je neuron 1 a neuron 2. A spojení mezi axony a dendrity- nebo jak zjistíte, axony v těle buňky- se nazývá synapse. Někteří lidé říkají, že synapse- to je spojení- buď je v pořádku.

Věc je, že tento vstup, který je na levé straně desky, je přenesen podél axonu do dalšího neuronu a poté do dalšího neuronu. Toto je signál. A musíme přemýšlet o tom, proč buňky mohou chtít mít tyto velmi dlouhé procesy, aby to udělaly, a pak jak je signál přenášen.

Důvod, proč buňky dostaly tyto dlouhé procesy, než ... No, pojďme vlastně o chvíli ustoupit. Zamysleme se nad tím, jak by buňky mohly navzájem komunikovat. Dovedete si představit celou hromadu malých kulatých buněk, seřazených tak, aby jich tam bylo metr, který jde z míchy dolů do vaší nohy. A to by vám dalo řetězec komunikace z míchy do nohy. A mohli byste mít jeden zpět do mozku a tak dále.

A to by teoreticky fungovalo dobře. Ukazuje se však, že komunikace buňka-buňka je velmi pomalá a že buňky vymyslely způsob přenosu signálu po vlastní délce, který je velmi rychlý.

Víte, že mezi podnětem a reakcí je konečný čas. Víte, dotknete se něčeho horkého, můžete říct, že to vlastně chvíli trvá, než zjistíte, že je to horké. To je rychlost přenosu signálu do vašeho mozku. A říkáte si, páni, to je horké, pohněte prstem.

Pokud byste měli buňky, které se spojovaly, a ne dlouhé procesy jedné buňky, trvalo by vám to mnohem déle, než to skutečně vytvoříte- možná 10krát déle- než se toto spojení vytvoří. A měli byste špatně spálený prst.

Axon je tedy věc, která umožňuje rychlý přenos signálu. Axon je tedy dlouhý. Vede k intracelulárnímu signálu. A to je velmi rychlé, vzhledem k mezibuněčnému signálu.

Jak ale přenášíte signál podél buňky? Axony to dělají pomocí pohybu iontů. Signál podél axonu je tedy způsoben pohybem iontů. A tomu se říká akční potenciál, jak budeme diskutovat.

A tento proces vychází z vlastnosti všech buněk, které neurony využily. Téměř všechny buňky tedy mají potenciální rozdíl na své membráně, protože na plazmatické membráně je rozdíl v náboji. Téměř všechny buňky mají takzvaný membránový potenciál, což je rozdíl membránového potenciálu.

A obecně jsou buňky zvenčí pozitivnější než uvnitř. Takže mimo buňku- a to stojí za to si pamatovat- je to pozitivnější. A je to pozitivnější, protože je zde mnoho sodíkových iontů. Uvidíte, proč je to důležité. Je zde nízký draselný ion a vysoký chloridový iont. Ale ve skutečnosti je důležité, že mimo buňku je velmi vysoká koncentrace sodíku.

Naopak uvnitř buňky je evidentně negativnější. Sodíku je málo. Draslík je vyšší, ale stále není příliš vysoký. A v buňce je hromada iontů.

Proč je toto důležité? Podívejme se, co tady mám dál. Dobře, většina buněk vykazuje potenciální rozdíl. Tady to je. Zde je napsán potenciální rozdíl. Neurony jsou někde mezi minus 70 a minus 60 milivolty, kde mluvíte o relativním rozdílu potenciálu uvnitř a venku, proto je negativní. A můžete vidět, že nádorové buňky mají skutečně velmi nízký membránový potenciál, který může, ale nemusí být významný.

Jaká je povaha signálu, který neurony používají k přenosu ze vstupu podél axonu do další buňky? Zejména je to signál, který je přenášen podél axonu? A odpovědí je něco, čemu se říká akční potenciál. Je to signál přenášený podél axonu, drátu, o kterém jsem mluvil.

A potenciál nehody, který budu zkracovat jako AP, bude definovat- a vy to za chvíli pochopíte- jako místní, přechodnou depolarizaci. Místní, přechodné- trvá jen okamžik- depolarizace, změna membránového potenciálu. A většinu toho udělám na desce. Máte rozdání, ale většinu z toho udělám na tabuli, protože to funguje lépe jako konverzace než jako demonstrace.

Nakreslíme trochu axonu. Tady je axon. Dvě plazmatické membrány- venku, uvnitř, venku. Toto je tedy axon. Plazmová membrána, PM.

A co budeme dělat- a tady je cytoplazma- to, co uděláme, je vzít kus axonu a vyhodit ho do vzduchu a soustředit se pouze na jednu plazmatickou membránu, na jednu stranu axonu a podívat se a podívejte se podrobně, co se tam děje. Vezměme tedy tento kus a vyhodíme ho do vzduchu, takže nyní máme plazmatickou membránu-a pamatujete si, že je to lipidová dvojvrstva. Ale kreslím to jako jednu linii, protože je to opravdu ovládání bolesti nakreslit to jako lipidovou dvojvrstvu. Ale víte, že je to lipidová dvojvrstva.

Na jedné straně- a tady je mimo buňku a uvnitř buňky. Na jedné straně je spousta kladných nábojů. A na druhé straně je méně a relativně více negativních nábojů.

Když axon vypadá takto, při této rovnováze kladných a záporných nábojů má údajně klidový potenciál. A klidový potenciál je asi minus 60 milivoltů.

Dobře, jaký je náš cíl? Naším cílem je začít zde, na této hvězdičce, a vysílat signál po délce tohoto kusu axonu a vysílat signál směrovým způsobem. Naším cílem je tedy vyslat směrový signál.

Nakreslíme tři časové body, z nichž každý má plazmatickou membránu tohoto konkrétního segmentu axonu. A pojďme se trochu přesunout na tuto stranu tabule- pojďme je tady, tady a tady. A tak budeme mít časový vektor diagonálně napříč deskou.

A začali jsme s něčím, co vypadalo, jako by to vypadalo na desce výše s klidovým potenciálem. A teď budeme- přes velmi krátký segment membrány zvrátíme membránový náboj, nebo to buňka udělá. Takže na vnější straně je nyní malá část membrány, která je venku negativní a uvnitř pozitivní. A zbytek je zvenčí pozitivní a uvnitř negativní.

Časem se tomu říká depolarizace, obrácení membránového potenciálu. Časem se ta depolarizace, ta počáteční depolarizace napraví. Vrátí se to k tomu, jak to bylo.

Takže venku dostanete opět kladné náboje. Ale segment membrány vedle se depolarizuje, takže se nyní stane negativním venku a pozitivním uvnitř. A zbytek je zvenčí pozitivní a uvnitř negativní.

Ten malý kousek membrány, druhý- takže to je depolarizace 1, tady je depolarizace 2. Opět se postupem času dočkáte nápravy té druhé depolarizace. A teď máte představu, že se bude pohybovat dále po axonu.

Tady je depolarizace 3. A pamatujete si, že toto je mimo a uvnitř axonu. Když se tedy podíváte na můj diagram- nedal jsem vám žádný mechanismus- ale můžete vidět, že máme signál, který se pohybuje tímto směrem, podél axonu.

Každá z těchto depolarizací, které jsem nakreslil, se nazývá akční potenciál. A za chvíli vám dám několik dalších vlastností, abyste poznali akční potenciál, až ho uvidíte. Ale z tohoto snadno nakresleného diagramu vyvstává několik otázek.

Za prvé, jak se to skutečně děje? Jak se náboje obracejí přes membránu? Za druhé, proč je signál jednosměrný? Proč to nejde dozadu? A za třetí, jak resetujete depolarizaci, jakmile k ní dojde?

A všechny tyto věci uvidíte, jsou propojené, ale pojďme si položit tyto otázky. Jak se to tedy děje? Proč je jednosměrný? A co to znamená- nebo jaký je mechanismus resetování membránového potenciálu poté, co došlo k depolarizaci? Jako například zde jste resetovali membránový potenciál.

Odpověď na toto všechno je tedy složitá. A odpovíme na kousky, jak to v této třídě obvykle děláme. A první věc, na kterou odpovíme, je změna membránového potenciálu.

Začněme znovu s naším kusem axonu, s vnějškem a uvnitř, a distribucí náboje, která má klidový potenciál. A přichází nějaký druh vstupu. Může to být dotek, může to být další neuron, který se dotýká druhého neuronu. Může to být vidění, světlo, nějaký vstup.

Tady to je. A tento vstup působí na velmi lokální část membrány. A mění to jen nepatrně membránový potenciál, takže membránový potenciál může dosáhnout něčeho, čemu se říká prahový potenciál.

Podívejme se, nakreslíme to. Tady to je. Jen něco málo přes malý kousek membrány dochází k nějakému druhu obrácení náboje. Kladné náboje přicházejí zvenčí a pohybují se dovnitř. A tomuto potenciálnímu rozdílu rozdílu budeme říkat potenciál. A pokud chcete číslo, je to asi minus 55 milivoltů.

Co se stane po prahu? Dobře, chápete, co je to práh. Znamená to, že se něco stane, protože jste dosáhli bodu, ze kterého není návratu. A co se stane je, že nyní existuje akční potenciál a dochází k masivnímu pohybu pozitivních sodíkových iontů do buňky.

Takže z prahového potenciálu je obrovský pohyb, opět ven a dovnitř. Takže teď máte místo této malé malé oblasti depolarizace, máte velkou oblast depolarizace. Toto je malý depol- pro depolarizaci- vedoucí k velmi velké depolarizaci toho druhu, který jsem předtím nakreslil na desku.

Tato velká depolarizace se nazývá akční potenciál. A má několik vlastností. Akční potenciál téměř úplně obrací membránový potenciál. Takže v této oblasti membrány je to asi plus 60 milivoltů. Jde tedy o masivní depolarizaci. Zcela zvrátíte distribuci iontů v malé oblasti membrány.

Je to však velmi místní. Akční potenciál se vyskytuje více než- nebo k této masivní depolarizaci dochází přibližně na mikronu membrány. Nastavení trvá jednu až dvě milisekundy. Zahrnuje pohyb asi 10 až 5 iontů zvenčí dovnitř. A řekl jsem vám potenciál.

Další věc, které je opravdu důležité, které musíte porozumět, je něco, co se nazývá vše nebo nic. Depolarizace, kterou získáte s akčním potenciálem, je buď úplná, nebo k ní nedojde. Pokud dosáhnete prahu, obrátíte polaritu a dostanete tuto úplnou depolarizaci na plus 60 milivoltů z minus 60. Nedostanete částečnou depolarizaci na plus 10 nebo 20 nebo 30 někdy, nebo 35.

Pro daný neuron získáte konkrétní akční potenciál. A buď se to stane, nebo se to nestane. Takže nic, velmi důležité. Žádný malý ani velký akční potenciál.

A teď máme depolarizaci, ale neodpověděli jsme na dvě otázky. Neodpověděli jsme na otázku jednosměrnosti a neodpověděli jsme ani na otázku resetování. Udělejme to tedy na další desce.

A začněme vlastně akčním potenciálem. A já vlastně nakreslím akční potenciál, tak nějak uprostřed tohoto axonu. Uvidíš proč.

Když získáte akční potenciál, děje se to, že sodíkové ionty se pohybují zvenčí dovnitř. A ty sodné ionty- protože jsou to jen ionty- začnou difundovat v cytoplazmě. A jak budou difundovat vedle, změní membránový potenciál, který dosáhne prahu, což spustí akční potenciál v sousedním membránovém bloku. A pak se tyto ionty rozptýlí, aby kus sousední membrány dosáhl prahového potenciálu. A spustíte akční potenciál atd.

Ale ionty, protože jsou to jen ionty, se mohou pohybovat v obou směrech. Iony se tedy mohou vrátit zpět. Pokud se právě zde odehrál váš akční potenciál, ionty by se mohly pohybovat tímto směrem a spustit akční potenciál, který by se vracel zpět, nahoru axonem, k tělu buňky.

Proč se to nestane? To se nestane, protože jakmile spustíte akční potenciál, tato membrána se stane žáruvzdornou a na chvíli nemůže spustit další akční potenciál. A během té doby, kdy membrána není schopna reagovat a vytvořit další akční potenciál, ionty difundovaly a pokračovaly dolů po axonu. A tak získáte jednosměrné šíření.

Zkusme to nakreslit. Takže tady je akční potenciál. A ionty, které se pohybují, budou difundovat. A vezmou membránu vedle na práh. A tak hned vedle spustí akční potenciál.

Ty ionty fúzující pozpátku nemohou nic dělat. Protože jakmile má membrána akční potenciál, nemůže mít chvíli jinou. Takže tato membrána zde, vedle akčního potenciálu, je odolná vůči depolarizaci- to je tam opravdu strašná pravopisná práce, depolarizace- na nějakou dobu. Řekněme, že asi na sekundu nebo o něco méně, ale někde v okolí.

A tak to znamená, že akční potenciál je jednosměrný. Ionty mohou difundovat v obou směrech, ale akční potenciál může jít pouze v jednom. To vám dává směr vašeho signálu.

A také jsem tam kavalírsky nakreslil, že membránový potenciál se obrátí a resetuje sám, kde se dříve vyskytoval akční potenciál. A o tom si povíme více za chvíli. Zde se tedy membránový potenciál resetoval.

Jedná se tedy o teoretickou procházku akčními potenciály. A dal jsem vám spoustu podkladů. Ale nebudu je procházet, protože je můžete použít jako test nebo cvičení po hodině, abyste zjistili, jak moc jste rozuměli.

Jedna z věcí o vodivosti podél axonu je, že je velmi rychlá. Od dotyku té horké věci trvá velmi krátce, než si uvědomíte, že jste se jí dotkli. Ale jeden z důvodů, proč je tak krátký, je ten, že neposíláte akční potenciál celou cestu podél axonu, jako kreslíme.

Ve skutečnosti nedojde k postupné části depolarizace membrány.Protože to je ve skutečnosti, i když je to rychlejší než mezibuněčné připojení, poměrně pomalé. Existuje tedy způsob, jak se buňka izoluje, axon se izoluje, aby vám poskytl akční potenciál jen na určitá místa. A to opravdu zrychluje přenos akčního potenciálu.

A mám to tady na snímku a jsme hned na palubě. Takže během depolarizace a po ní a po celou dobu dochází k úniku iontů z axonu. A to snižuje frekvenci tvorby akčního potenciálu.

A co dělají buňky, je to něco jako zkrat- ne, není to zkratování, ale je to špatný elektrický vodič. Buňka se tedy izolovala vrstvami tukových buněk. A tyto buňky jsou opravdu jakési úžasné.

Většina buněk, které izolují neurony v nervovém systému, obtéká neurony, jako v tomto diagramu. Tady vidíte buňku. A tyto linie jsou proto, že jedna buňka se omotala kolem neuronu. Víte, že plazmatická membrána je lipidová. Nevede ionty, takže máte opravdu mastnou vrstvu izolace.

A to, co izoluje buňky, je něco, co se nazývá myelinový obal, což je lipid plus nějaký protein. Ale je to opravdu hydrofobní vrstva, která obaluje neurony a izoluje je.

Podél izolovaných neuronů existují konkrétní místa, kde izolace není. A právě tam se odehrává akční potenciál. Akční potenciály se tedy odehrávají přikyvováním bez myelinu.

A to je jeden ze způsobů, jak neurony skutečně zrychlují rychlost své vodivosti. A tak jsem sem dal akční potenciální frekvenci, ale ve skutečnosti to není správné. Budu mluvit o rychlosti přenosu.

Jak to tedy všechno jde dohromady? Podívejme se na film, kde je neuron a zde je axon, přenášející akční potenciál po celé své délce. A zde je jiný způsob znázornění akčního potenciálu jako graf napětí proti času. A to je něco, co si procvičíte v sekci.

Ale chci, abys viděl, že podél axonu se pohybuje akční potenciál. A axon může přenášet mnoho, mnoho akčních potenciálů, jeden po druhém, s krátkou dobou zotavení mezi nimi.

Stále jsme zcela neodpověděli na otázku, jak fungují akční potenciály. A odpověď na to je zvážit iontové kanály a pumpy, protože celá tato distribuce náboje se neděje jen tak. Je to nastaveno buňkou a je to nastaveno iontovými kanály a pumpami, které můžeme napsat Regulovat membránový potenciál.

Podívejme se velmi stručně, co jsou iontové kanály a pumpy. Hovořili jsme o nich. Musíte ale znát některé esence pro tento konkrétní modul.

Iontové kanály umožňují ionty přes membránu difúzí. Tady je iontový kanál. A kreslím kanál, který je otevřený. A ionty se pohybují difúzí přes kanál.

Existují však i jiné třídy iontových kanálů, které nejsou vždy otevřené. Říká se jim brána. A mluvili jsme o nich, když jsme mluvili o sekreci bílkovin, lokalizaci proteinů.

Uzavřené kanály pod určitým podnětem lze tedy zavřít a poté změnit na otevřené potvrzení poté, co jim byl dán příslušný podnět. Takže tady je nějaký druh stimulu. A otevře se kanál, který je uzavřen.

Třetím druhem způsobu, jak dostat ionty přes membránu, je použít čerpadlo, kde je čerpadlo lokalizováno také v plazmatické membráně. Ale místo procesu řízeného difúzí, aby se ionty dostaly přes membránu, čerpadlo aktivně pohybuje ionty přes membránu.

Iontová čerpadla tedy aktivně transportují ionty. A obecně k tomu potřebují energii, ATP. A všechny tyto věci jsou zásadní pro nastavení membránového potenciálu a pro jeho změnu během tvorby akčního potenciálu.

Pokud vezmeme v úvahu klidový potenciál- ve skutečnosti mi dovolte podívat se, co zde mám na diapozitorech. To je opravdu skvělá věc. Dobře, nech mě projít naší prací na palubě a poté uděláme to, co je opravdu skvělé, po nebo v pondělí.

Abyste mohli nastavit klidový potenciál, musíte znát několik druhů kanálů a pump. Jeden z nich- který je biggie a za který byla před několika desítkami let udělena Nobelova cena- se nazývá sodno-draselná pumpa. A to je opravdu velká věc. Říká se mu také ATPáza sodno -draselný. A to, co dělá, je pumpovat tři sodíkové ionty z buňky a dát do buňky dva ionty draslíku. A to je nesmírně důležité čerpadlo pro život. A vidíte, co dělá, je zvýšit koncentraci sodíku mimo buňku a zvýšit koncentraci draslíku uvnitř.

Existuje také něco, čemu se říká otevřený draslíkový kanál, který umožní, aby všechen tento draslík, který je čerpán sodno -draselnou pumpou, začal difundovat ven z buňky. Ale ve skutečnosti to všechno nerozptýlí. Protože dopadá zvenčí na kladné náboje sodíkových iontů a dochází k elektrostatickému odpuzování.

A tak to omezuje, kolik draslíku- do pondělí buď budu moci mluvit do pondělí, nebo úplně ztratím hlas. Budete mít možnost. Otevřený draslíkový kanál tedy propouští draslík difúzí, dokud není odpuzován nebo zastaven elektrostatickými silami přicházejícími ze sodných iontů. A pak třetí ion, který je otevřený, iontový kanál, který je otevřený, je chloridový kanál, o kterém teď nebudeme diskutovat.

Během akčního potenciálu existuje nesmírně důležitý iontový kanál, což je poslední věc, o které se dnes zmíním. A tomu se říká napěťově řízený sodíkový kanál. Jedná se o iontový kanál, který se jako mnoho iontových kanálů skládá z komplexu proteinů. Zapíšeme si to, příště si to poznamenám.

Napěťově řízený sodíkový kanál je však citlivý na membránový potenciál. A když je dosaženo prahového potenciálu, dojde ke změně v potvrzení tohoto kanálu, který je normálně uzavřen při klidovém obsahu, ale při prahovém potenciálu se otevře, aby vedl k akčnímu potenciálu. A otevírá se vlastně klouzáním jedné z alfa šroubovic, které tvoří bílkoviny kanálu. A klouzavé alfa helixy kloužou, protože se mění jejich náboje, mění se náboje aminokyselin. A tím se kanál otevírá.

Ukážu vám tedy jeden obrázek posledního sodíkového kanálu, napěťově řízeného sodíkového kanálu. Tady to je. A pak skončíme.

Podívejte se na to rychle. Zde je napěťově uzavřený sodíkový kanál uzavřen. Aminokyseliny blokující póry. A tam se otevírá, aby pustil ionty dovnitř. A skončíme v pondělí.


Nervový systém švábů

Centrální nervový systém se skládá z nadezofageálního ganglia nebo mozku, subezofageálního ganglia a nervové šňůry.

Supraesofageální ganglion nebo mozkový ganglion je dvouboká struktura umístěná v hlavě před jícnem, nad tentoriem a téměř mezi základnami antén. Vzniká fúzí tří párů ganglií. Představuje mozek a zabývá se především smyslovými funkcemi.

Z nadezofageálních ganglií vznikají dvě cirkumezofageální spojky, které obepínají jícen a setkávají se pod ním s podjícnovým ganglionem. Subezofageální ganglion je také umístěn v hlavě a vzniká fúzí 3 párů ganglií.

Supraesofageální ganglion, circumoesophageal connectives a subesophageal ganglion dohromady tvoří nervový prstenec kolem jícnu v hlavové kapsli. Subezofageální ganglion je hlavním motorickým centrem a ovládá pohyby svalů, částí úst, křídel a nohou.

Ze subezofageálního ganglia vzniká dvojitá nervová šňůra, která prochází hrudníkem a břichem pod zažívacím kanálem na ventrální straně až k zadnímu konci těla. Nervová šňůra má v hrudníku tři velké ganglia, po jednom pro pro-, mezo- a metathorakální segmenty, proto se jim říká protorakální, mezotorakální a metathorakální ganglia.

Nervová šňůra má dále šest ganglií v břiše, které leží v 1., 2., 3., 4., 5. a 7. segmentu.

Každý ganglion nervové šňůry je vytvořen fúzí dvou ganglií kromě ganglionu v 7. segmentu. Ganglion v 7. břišním segmentu je největší ze všech břišních ganglií a pravděpodobně vznikl fúzí 3 párů ganglií. Obě nervové šňůry probíhají paralelně a velmi blízko sebe, ale na rozdíl od žížaly nejsou uzavřeny ve společném plášti.

Ale jsou fúzovány pouze v místě přítomnosti ganglií a jsou pevné.

Periferní nervový systém švábů:

Nervy pocházející z nervového prstence a ventrálního nervového provazce k inervaci různých částí těla tvoří periferní nervový systém.

Tři páry nervů pocházejí z nadezofageálního ganglia-optické, anténní a labrofrontální nervy. První dva inervují oči a antény, ale třetí se dělí na labralní nerv zásobující labrum a frontální nerv, který běží dopředu, aby se připojil k sympatickému nervovému systému.

Podobně tři páry nervů pocházejí z podjícnového ganglia-mandibulární, maxilární a labiální pro inervaci čelistí, čelist a labium. Z každého hrudního ganglia vzniká několik párů nervů, které zásobují různé části jejich vlastního segmentu.

Dvojice nervů z metathorakálního ganglia inervuje 1. břišní segment. Nervy pocházející z prvních pěti břišních ganglií inervují 2., 3., 4., 5. a 6. břišní segment. Z posledního břišního ganglia jsou uvolněny tři páry nervů, které zásobují 7., 8. a 9. segment. Poskytuje také větev pro inervaci cerusu a dalších souvisejících struktur.

Podpůrný nervový systém:

Autonomní nebo stomogastrický nebo sympatický nebo viscerální nervový systém švábů se skládá z některých ganglií a jejich spojovacích prvků. Zahrnuje frontální, okcipitální, viscerální nebo ingluviální a preventrikulární ganglia. Nervy z těchto ganglií jsou spojeny s nadezofageálním ganglionem.

Čelní ganglion je malý ganglion umístěný na jícnu před nadezofageálním ganglionem. Dvojice frontálních spojek z čelního ganglia je spojena s nadezofageálním ganglionem, medián rekurentního nervu z něj přechází dozadu a spojuje týlní nebo hypo cerebrální ganglion za nadezofageálním ganglionem.

Tři nervy, dva postranní a jeden medián pocházejí z týlního ganglia, boční nervy jsou spojeny s corpora cardiaca a corpora allata, což jsou žlázy s vnitřní sekrecí, zatímco střední nerv běží dozadu přes jícen a spojuje viscerální ganglion umístěný na plodině.

Z viscerálního ganglia dodává dvojice trávicí kanál, jeden z nich je spojen s proventrikulárním ganglionem umístěným na žaludku (obr. 73.27).


Ribozomální struktura a mechanismus translace

Krystalické struktury ribozomů publikované v posledních několika letech přinesly revoluci v našem chápání strukturálního základu selekce tRNA a aktivity ribozomu vytvářející peptidové vazby. Přesné mechanismy jednotlivých kroků syntézy proteinů však stále nejsou známy. Tento problém řešilo několik řečníků, včetně Venki Ramakrishnana (MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, UK), který představil svou nedávnou práci, která ukazuje, že ribozom podporuje přesnou selekci tRNA v místě ribozomálního A a že rozpoznávání interakce příbuzného kodonu a antikodonu indukuje 30S ribozomální podjednotku, aby přijala uzavřenou konformaci. Tento pohyb s největší pravděpodobností zrychluje rychlost hydrolýzy GTP a následující akomodační krok, pozorovaný jinými skupinami z kinetické analýzy. Další prezentace se zaměřily na strukturální přestavby ribozomu během prodloužení a translokace a společně tato strukturální data zdůraznila dynamickou povahu struktury ribozomů během různých kroků translace a přiměla publikum k zamyšlení nad tím, které konformační změny během překladu omezují rychlost.

Strukturální analýza eukaryotického ribozomu spojeného s translačními faktory také přinesla nové poznatky. U eukaryot je zahájení translace obecně závislé na přítomnosti 5 'cap struktury na messengerové RNA. Zahájení translace závislé na čepičce je složitý proces, usnadněný velkým počtem iniciačních faktorů (eIF), které tvoří komplikovanou síť kooperativních interakcí s 40S ribozomální podjednotkou. John McCarthy (Manchester Interdisciplinary Biocentre, UK) informoval o rekonstrukcích kryo-elektronovou mikroskopií (cryo-EM), které naznačují, že vazba eIF1A na ribozomální podjednotku 40S indukuje významné konformační změny v podjednotce. Tyto pohyby mohou vytvořit náborově kompetentní stav podjednotky 40S, který zprostředkovává kooperativní vazbu jiných eIF za vzniku iniciačního komplexu 43S. Struktura komplexu 43S navíc naznačuje, že přechod 40S na 43S zahrnuje velkou rotaci hlavy malé podjednotky, což je myšlenka tak, že odráží otevření kanálu mRNA, což zase může usnadnit vazbu mRNA a následné skenování.

Dráha iniciace translace nezávislá na čepičce, využívaná virovými i buněčnými mRNA, využívá vysoce strukturované oblasti iniciace translace na mRNA dabovaných vnitřních vstupních místech ribozomů (IRES). IRES z viru kriketové paralýzy (CrPV) přímo sestavuje ribozomy kompetentní k prodloužení v nepřítomnosti kanonických eIF a iniciátorové tRNA, methionyl-tRNA. Eric Jan ze skupiny Petera Sarnowa (Stanford University, USA) popsal experimenty využívající kryo-EM k vizualizaci CrPV-IRES vázaného na lidské 40S podjednotky a 80S ribozom. Ukázalo se, že IRES vytváří specifické kontakty se složkami ribozomálních míst A, P a E a indukuje konformační změny v ribozomu. Tyto změny byly podobné těm, které byly pozorovány, když se IRES viru hepatitidy C (HCV) váže na podjednotku 40S a když se prodlužovací faktor eEF2 váže na ribozom 80S. To naznačuje, že CrPV IRES funguje jako translační faktor na bázi RNA, který aktivně manipuluje s ribozomem, aby zprostředkoval neobvyklý způsob zahájení translace viru. Souhrnně strukturální data o ribozomu a jeho přidružených komplexech prezentovaných během setkání vedla publikum k uznání ribozomu jako dynamického stroje, jehož zkroucení podléhá značnému vlivu jak regulačních proteinů, tak struktur RNA.


Prameny

Informace o zdravotním stavu IQWiG jsou psány s cílem pomoci lidem porozumět výhodám a nevýhodám hlavních možností léčby a služeb zdravotní péče.

Protože IQWiG je německý institut, některé zde uvedené informace jsou specifické pro německý systém zdravotní péče. Vhodnost kterékoli z popsaných možností v individuálním případě lze určit rozhovorem s lékařem. Neposkytujeme individuální konzultace.

Naše informace jsou založeny na výsledcích studií dobré kvality. Je napsán týmem zdravotnických odborníků, vědců a redaktorů a je zkontrolován externími odborníky. Můžete najít podrobný popis toho, jak jsou naše zdravotní informace vytvářeny a aktualizovány našimi metodami.


Část 6: Otázky a odpovědi založené na pasáži

Demyelinizační choroby způsobují destrukci myelinové pochvy, zatímco šetří axony. Demyelinizace může být důsledkem zánětlivého procesu, virové infekce, získané metabolické poruchy nebo kardiovaskulárních poruch. Mezi nemoci, které mohou způsobit zánětlivou demyelinizaci CNS, patří roztroušená skleróza (MS), akutní diseminovaná encefalomyelitida (ADEM) a akutní hemoragická leukoencefalitida. Demyelinizační onemocnění mohou také způsobit akutní respirační selhání při postižení míchy.

17letá řecká žena byla hospitalizována na JIP kvůli akutnímu respiračnímu selhání vyžadujícímu mechanickou ventilaci. Jeden měsíc před návštěvou měl pacient horečnaté onemocnění v anamnéze, které zahrnovalo akutní nástup paraplegie, diplopie, progresivní jednostranné slabosti paže a dušnosti. Za základní stav bylo stanoveno demyelinizační onemocnění centrálního nervového systému (CNS), pravděpodobně po infekční encefalomyelitidě (ADEM).

MRI mozku odhalila přítomnost lézí zahrnujících zrakový nerv, bazální ganglia mozeček, most a prodlouženou dřeň. Došlo také k rozšířenému postižení podél míchy. Krevní práce dále odhalila zvýšené počty bílých krvinek v mozkomíšním moku.

Pacient vyžadoval mechanickou ventilaci po dobu dvou měsíců. Poté byla převezena do rehabilitačního centra. O tři roky později zůstává ochrnutá. Od té doby neutrpěla žádný další demyelinizační útok.

Otázka 1: Na základě informací v pasáži, která z následujících možností je možným vlivem základního stavu pacienta?

A) Snížená synaptická rychlost

B) Snížená rychlost vedení elektrických signálů

C) Zvýšená citlivost v končetinách

D) Snížené míry poznání

Otázka 2: Za které z následujících funkcí jsou nejpříměji zodpovědné struktury, které u tohoto pacienta utrpěly poškození?

A) Odesílání signálů do jiných buněk

B) Příjem signálů z jiných buněk

D) Uchovávání genetického materiálu

Otázka 3: Slabost paže pacienta je s největší pravděpodobností způsobena vadou ve které z následujících struktur?

A) Aferentní neurony v centrálním nervovém systému

B) Eferentní neurony v periferním nervovém systému

C) Senzorické neurony v periferním nervovém systému

D) Interneurony v míše

Otázka 4: Podle informací uvedených v pasáži by poškození které z následujících struktur vedlo k fyzickým symptomům, které tento pacient projevil?

Otázka 5: Který z následujících přesně popisuje relativní refrakterní období po akčním potenciálu?

A) Akční potenciál nelze znovu generovat žádným podnětem

B) Akční potenciál je možné znovu generovat slabším podnětem

C) Akční potenciál je možné znovu generovat silnějším než obvyklým podnětem

D) Akční potenciál je možné znovu generovat normálním podnětem, ale stává se energeticky nákladnějším

Klíč odpovědí na otázky založené na pasáži

Volba odpovědi B je správná. Pasáž uvádí, že pacient má základní demyelinizační onemocnění centrálního nervového systému. Myelin izoluje nervová vlákna, což zvyšuje rychlost vedení elektrických signálů po délce axonů. Po délce axonu by tedy existovala rychlost vedení (volba B je správná). Protože demyelinizace neovlivňuje nervové terminály, rychlost synapsí není ovlivněna demyelinizací (volba A je nesprávná). I když může být ovlivněna kognice a citlivost, není dostatek informací, které by předpokládaly, že k tomu dojde (volby C a D jsou nesprávné).

Volba odpovědi A je správná. Axony jsou dlouhé výrůstky z neuronu, které vysílají signály do jiných buněk (volba A je správná). Dendrity jsou kratší výrůstky, které slouží k příjmu signálů (volba B je nesprávná).Soma neboli buněčné tělo je místem jádra, endoplazmatického retikula a ribozomů, které syntetizují proteiny (volby C a D jsou nesprávné).

Volba odpovědi B je správná. Eferentní neurony přenášejí informace z mozku ke stimulaci svalové kontrakce a pohybu. Periferní nervový systém zahrnuje všechny neurony, které nejsou v mozku nebo míše, včetně nervů, které inervují paži (volba B je správná). Aferentní neurony přenášejí senzorické informace do mozku (volby A a C jsou nesprávné). Interneurony se nejčastěji podílejí na reflexních obloucích a nejsou zde relevantní (volba D je nesprávná).

Volba odpovědi A je správná. Tento pacient prodělal demyelinizační onemocnění, které se pravděpodobně zaměřuje na gliové (pomocné) buňky produkující myelin. Jednostranná slabost paže pacientky naznačuje, že její příznaky svědčí spíše o defektu PNS než o defektu CNS. Oligodendrocyty myelinizují nervová vlákna v centrálním nervovém systému (volba B je nesprávná). Schwannovy buňky myelinizují nervová vlákna v periferním nervovém systému (volba A je správná). Přestože pacientovy horní a dolní motorické neurony mohou být také poškozeny, neexistuje žádný výslovný důkaz, že by byly zaměřeny samotné neurony (volby C a D jsou nesprávné).

Volba odpovědi C je správná. Během relativního refrakterního období může být akční potenciál znovu generován pouze silnějším než obvyklým podnětem (volby B a D jsou nesprávné). Během absolutní refrakterní periody nemůže být akční potenciál znovu generován žádným podnětem, dokud se buňka nevrátí ke svému klidovému membránovému potenciálu (volba A je nesprávná).


Podívejte se na video: Nervový systém - Doc. MUDr. Švíglerová Jitka. (Listopad 2021).