Потенциал покоя нервной клетки

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Московский городской психолого-педагогический университет

Факультет дистанционного обучения

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Учебная дисциплина: Физиология ЦНС

Студента: Васильева Л.К.

преподаватель: Ковалёва А.В., доцент

Москва 2010

1. Какие ионы участвуют в формировании потенциала покоя нервной клетки? Что такое активный и пассивный транспорт ионов

Формирование потенциала покоя - образовывается с появлением электрического заряда на нервных клетках.

В норме, когда клетка готова к работе, у неё уже есть электрический заряд на поверхности мембраны. Он называется мембранный потенциал покоя, заряд мембраны измеряется изнутри клетки, а не снаружи.

Потенциал покоя - это разность электрических зарядов между внутренней и наружной сторонами мембраны, когда клетка находится в состоянии покоя. Его средняя величина составляет -70 милливольт.

Наши клетки только снаружи положительные, а внутри они отрицательные, и в них существует избыток отрицательных частиц - анионов и недостаток положительных частиц - катионов. Внутренняя электроотрицательность клетки возникает не из-за появления лишних отрицательных частиц (анионов), а наоборот - из-за потери некоторого количества положительных частиц (катионов). Положительно заряженные частицы - это ионы натрия - Na+ и калия - K+.

В мембране нервной клетки постоянно работают насосы-обменники, образованные специальными белками, встроенными в мембрану. Они меняют "собственный" натрий клетки на наружный "чужой" калий. Из-за этого в клетке оказывается в конце концов недостаток натрия, который ушёл на обмен. И в то же время клетка переполняется ионами калия, который в неё натащили эти молекулярные насосы, невыгодно обменивает его на натрий, отдавая 3 иона натрия за 2 иона калия. Поэтому она тратит на этот обмен энергию АТФ. До 70% всех энергозатрат нейрона может уходить на работу натрий-калиевых насосов.

Ионные насосы мембраны создают разность концентраций ионов или перепад концентрации, между внутриклеточной и внеклеточной средой.

Итак, результат деятельности мембранных ионных насосов-обменников: это дефицит натрия (Na+) в клетке и избыток калия (K+) в клетке.

По закону выравнивания концентраций, который действует в растворах, натрий "хочет" снаружи войти в клетку, но не может, так как мембрана в обычном состоянии плохо его пропускает. Его заходит немножко и клетка его опять тут же обменивает на наружный калий. Поэтому натрий в нейронах всегда в дефиците.

А вот калий как раз может легко выходить из клетки наружу. В клетке его полно, и она его удержать не может, он и выходит наружу через особые белковые дырочки в мембране (ионные каналы).

Калий заряжен положительным зарядом, и поэтому он, когда выходит из клетки, выносит из неё не только себя, но и положительные заряды. На их месте в клетке остаются отрицательные заряды. Это и есть мембранный потенциал покоя.

Мембранный потенциал покоя - это дефицит положительных зарядов внутри клетки, образовавшийся за счёт утечки из клетки положительных ионов калия.

Калий-натриевый насос создает предпосылки для возникновения потенциала покоя. Это - разность в концентрации ионов между внутренней и наружной средой клетки. Отдельно проявляет себя разность концентрации по натрию и разность концентрации по калию. Попытка клетки выровнять концентрацию ионов по калию приводит к потере калия, потере положительных зарядов и порождает электроотрицательность внутри клетки. Эта электроотрицательность составляет большую часть потенциала покоя. Меньшую его часть составляет непосредственная электрогенность ионного насоса, т.е. преобладающие потери натрия при его обмене на калий.

2. Опишите механизм проведения возбуждения по миелинизированному волокну

Часть нервных волокон в ходе эмбриогенеза подвергается миелинизации.

Миелиновая оболочка не является непрерывной - по всей длине нервного волокна на равном расстоянии друг от друга в ней имеются небольшие перерывы перехваты Ренвье. В области перехватов аксон лишен миелиновой оболочки.

В миелинизированном нервном волокне участки мембраны, покрытые миелиновой оболочкой, являются невозбудимыми; возбуждение может возникать только в участках мембраны, расположенных в области перехватов Ранвье.

При развитии потенциала действия в одном из перехватов Ранвье происходит перезарядка мембраны. Между отрицательными и положительными участками мембраны возникает электрический ток, который раздражает соседние участки мембраны. Однако в состояние возбуждения может перейти только участок мембраны в области следующего перехвата Ренвье. Таким образом, возбуждение распространяется по мембране скачкообразно от одного перехвата Ранвье к другому.

Скорость такого способа проведения возбуждения значительно выше и он более экономичен по сравнению с непрерывным проведением возбуждения, поскольку в состояние активности вовлекается не вся мембрана, а только ее небольшие участки в области перехватов.

Скорость такого способа проведения возбуждения значительно выше и он более экономичен по сравнению с непрерывным проведением возбуждения, поскольку в состояние активности вовлекается не вся мембрана, а только ее небольшие участки в области перехватов.

3. Функции различных клеток нейроглии

Нейроглия, глия, клетки в мозге, своими телами и отростками заполняющие пространства между нервными клетками - нейронами - и мозговыми капиллярами.

С возрастом количество нейронов в ЦНС уменьшается, а клеток Нейроглия - увеличивается, т.к. последние, в отличие от нейронов, сохраняют способность к делению. Основные функции Нейроглия: создание между кровью и нейронами гематоэнцефалического барьера, необходимого для защиты нейронов, и регуляции поступления веществ в ЦНС и обеспечение реактивных свойств нервной ткани (образование рубцов после травмы, участие в реакциях воспаления, в образовании опухолей и др.).

Различают макроглию и микроглию. Макроглии составляют: астроглию, олигоглию или олигодендроглию и эпендиму.

А также микроглию, которая занимает особое место среди клеток.

Астроглия - звездообразные клетки с многочисленными тонкими отростками, оплетающими нейроны и стенки капилляров. Основной элемент гемато-энцефалического барьера- регулирует водно-солевой обмен нервной ткани.

Олигоглия - более мелкие, округлые клетки с короткими отростками. Окружают тела нейронов и нервные проводники - аксоны. Отличаются высоким уровнем белкового и нуклеинового обмена - ответственны за транспорт веществ в нейроны. Участвуют в образовании миелиновых оболочек аксонов.

Эпендима состоит из клеток цилиндрической формы. Играет роль барьера между кровью и спинномозговой жидкостью ? выполняет и секреторную функцию.

Основные функции нейроглии:

1. Опорная роль.

2. Изоляция, обособление нейронов. Глиальные клетки могут выполнять роль электрических изоляторов, а также служить пространственным барьером для распространения медиаторов или ионов. Например, установлено, что клетки нейроглии способны поглощать некоторые виды медиаторов.

3. Участие в восстановлении и регенерации нервной ткани. Как уже указывалось, клетки нейроглии способны к делению в течение всей жизни организма. Благодаря этой способности они участвуют в образовании рубцовой ткани. При регенерации нервов последние прорастают из оставшихся шванновских клеток. При этом регенерация идет не беспорядочно, а только в направлении иннервируемого органа. Это дает основание предполагать существование химического сродства, которое направляет регенерирующий аксон к месту его назначения.

4. Роль глиальных клеток в индивидуальное развитие организма нервной системы.

За счет пространства нейроны и глионы обеспечиваются кислородом, питательными веществами. Глиальные клетки ритмически увеличиваются и уменьшаются с частотой несколько колебаний в час. Это способствует току аксоплазмы по аксонам и продвижению межклеточной жидкости. Таким образом глионы служат опорным аппаратом ЦНС. обеспечивают обменные процессы в нейронах, поглощают избыток нейромедиаторов и продукты их распада. Предполагают, что глия участвует в формирование условных рефлексов и памяти.

4. Сравните химический и электрический синапсы. Какой тип синапсов чаще встречается у высокоразвитых организмов и почему?

нервный клетка синапс медиатор

По принципу осуществления передачи синапсы бывают: химические и электрические.

В синапсах с химической передачей возбуждение передаётся с помощью медиаторов (посредников). Медиаторы в зависимости от их природы делятся на несколько групп:

- моноамины (ацетилхолин, дофамин, норадреналин, серотонин и др.);

- Аминокислоты (гамма-аминомасляная кислота ? ГАМК, глутаминовая кислота, глицин и др.);

- нейропептиды вещество Р, эндорфины, нейротензин, АКТГ, ангеотензин, самотастотин и др.).

Электрический способ передачи возбуждения, который использовался на ранних стадиях эволюции, имел одно несравненное достоинство: не требовал сколько-нибудь значительного времени. Химический способ - длинная процедура. Она занимает от 0,5 до 2 миллисекунд.

Электрический синапс хорошо функционирует, если щель между клетками невелика. Он работает как выпрямитель, пропускающий ток от одного нервного волокна к другому значительно легче, чем в обратном направлении. Двустороннее проведение возбуждения тоже не исключено, и в этом одно из отличий электрического способа. Развитый мозг использует химические синапсы и разнообразные медиаторы.

Главным передатчиком служит ацетилхолин. У высших млекопитающих он находится в синапсах нервных окончаний, передающих приказы мышцам. В волокнах, по которым информация бежит в мозг, используется другой медиатор. У насекомых, наоборот, приказы мозга на периферию передаются с помощью глютаминовой кислоты, а в мозг информация поступает и циркулирует внутри центральной нервной системы с помощью ацетилхолина.

Химическое звено в синапсе выполняет функцию усилителя. Но синаптическая задержка в химическом синапсе составляет около 0,5 мс. Причем основная часть этого времени тратится на процесс секреции медиатора. Химический синапс - это вентильный механизм, рабочий сигнал в нем передается односторонне.

Электрические синапсы характерны для нервной системы более примитивных животных (нервная диффузионная система кишечнополостных, некоторые синапсы рака и кольчатых червей, синапсы нервной системы рыб), хотя они и обнаружены в мозге млекопитающих. Во всех перечисленных выше случаях импульсы передаются посредством деполяризующего действия электрического тока, который генерируется в пресинаптическом элементе. Хотелось бы также отметить, что в случае электрических синапсов возможна передача импульсов как в одном, так и в двух направлениях. Также у низших животных контакт между пресинаптическим и постсинаптическим элементом осуществляется посредством всего одного синапса - моносинаптическая форма связи, однако в процессе филогенеза осуществляется переход к полисинаптической форме связи, то есть, когда указанный выше контакт осуществляется посредством большего числа синапсов.

5. Перечислите основные критерии (признаки) медиатора в нервной системе

Связь миллиардов нейронов осуществляется посредством медиаторов. В нервных волокнах должны содержаться ферменты, необходимые для синтеза этого вещества. При раздражении нервов вещество выделяется, реагирует со специфическими рецепторами на постсинаптической клетке и вызывает биологическую реакцию. Существуют механизмы, быстро прекращающие действие этого вещества.

Всем этим признакам удовлетворяют два вещества - ацетилхолин и норадреналин. Содержащие их нервы называются: холинергическими и адренергическими. В соответствии с этим эфферентные системы подразделяются на холинорецепторы и адренорецепторы.

К таким медиаторам относят дофамин, адреналин, серотонин, октопамин, гистамин, ГАМК и др. Обширная группа холинорецепторов весьма неоднородна как в структурном, так и в функциональном отношении. Объединяют их медиатор ацетилхолин и общая схема строения синапса.

Ацетилхолин представляет собой сложный эфир уксусной кислоты и холина. Он синтезируется в нервной клетке из холина и активной формы ацетата - ацетилкоэнзима А при помощи специального фермента холин-ацетилтрансферазы (холинацетилазы):

Синапс можно представить себе как узкое пространство (щель), ограниченное с одной стороны пресинаптической, а с другой - постсинаптической мембраной. Пресинаптическая мембрана состоит из внутреннего слоя, принадлежащего цитоплазме нервного окончания, и наружного слоя, образованного нейроглией. Мембрана в некоторых местах утолщена и уплотнена, в других истончена и имеет отверстия для сообщения цитоплазмы аксона с синаптическим пространством. Постсинаптическая мембрана менее плотная, не имеет отверстий. Подобным образом построены и нервно-мышечные синапсы, но они имеют более сложное строение мембранного комплекса.

В общих чертах картину участия ацетилхолина в осуществлении передачи нервного импульса возбуждения можно представить следующим образом. В синаптических нервных окончаниях имеются пузырьки (везикулы) диаметром 30-80 нм, которые содержат нейромедиаторы. При возбуждении высвобождение медиатора происходит «квантами», т.е. путем полного опорожнения каждого отдельного пузырька. В нормальных условиях под влиянием сильного импульса выделяется примерно 100-200 квантов медиатора - количество, достаточное для инициирования потенциала действия в постсинаптическом нейроне.

Деполяризация мембраны синаптических окончаний вызывает быстрый ток ионов Са²⁺ в клетку. Временное увеличение внутриклеточной концентрации ионов Са²⁺ стимулирует слияние мембраны синаптических пузырьков с плазматической мембраной и таким образом запускает процесс высвобождения их содержимого.

Выделенный в синаптическую щель ацетилхолин вступает во взаимодействие с белком-хеморецептором, входящим в состав постсинаптической мембраны. В результате изменяется проницаемость мембраны - резко увеличивается ее пропускная способность для ионов Na⁺. Взаимодействие между рецептором и медиатором запускает ряд реакций

После выделения медиатора должна наступить фаза его быстрой инактивации, или удаления, чтобы подготовить синапс к восприятию нового импульса.

В холинергических синапсах это происходит двумя путями. Первый путь заключается в том, что ацетилхолин подвергается ферментативному гидролизу. Второй путь - это энергозависимый активный транспорт ацетилхолина в нейрон, где он накапливается для последующего повторного использования.

Гидролитический распад ацетилхолина на уксусную кислоту и холин катализируется ферментом, который получил название «ацетилхолинэстераза»:

В нервной ткани существуют и другие эстеразы, которые способны гидролизовать ацетилхолин, но значительно медленнее, чем, например, бутирилхолин. Эти эстеразы называются холинэстеразой (или псевдохолинэстеразой).

В зависимости от чувствительности к той или иной группе химических соединений холинергические нейроны делятся на мускариновые (активируемые мускарином) и никотиновые (активируемые никотином). Мускариновые рецепторы ацетилхолина, имеющиеся во многих нейронах автономной нервной системы, специфически блокируются атропином. Никотиновые синапсы присутствуют в ганглиях и скелетных мышцах. Их ингибиторами являются кураре и активный компонент этого яда D-тубокурарин.

Известно, что в метаболизме катехоламиновых медиаторов особая роль принадлежит ферменту моноаминоксидазе (МАО). Этот фермент удаляет аминогруппу (-NH₂) у норадреналина, серотонина, дофамина и адреналина, тем самым инактивируя указанные медиаторы. В последние годы было показано, что, помимо ферментативного превращения, существует и другой механизм быстрой инактивации, точнее удаления, медиаторов. Оказалось, что норадреналин быстро исчезает из синаптической щели в результате вторичного поглощения симпатическими нервами; вновь оказавшись в нервном волокне, медиатор, естественно, не может воздействовать на постсинаптические клетки. Конкретный механизм этого явления пока не вполне ясен.

Размещено на Allbest.ru