ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ кандидат биологических наук, доцент Григорьева Ольга Витальевна
Физиология – это наука, изучающая функции (сравните «анатомия – наука о морфологии, строении» ). Физиология центральной нервной системы изучает функциональное значение различных отделов нервной системы; механизмы, лежащие в основе деятельности мозга.
Центральную нервную систему (ЦНС) составляют спинной и головной мозг Основными функциями ЦНС являются: 1) регуляция деятельности всех тканей и органов и объединение их в единое целое; 2) обеспечение приспособления организма к условиям внешней среды (организация адекватного поведения соответственно потребностям организма).
Общий обзор нервной системы человека Анатомически нервную систему человека можно разделить на два отдела: отдела • • 1. Центральную нервную систему 2. Периферическую нервную систему. Периферическую В свою очередь центральная нервная система включает в себя: 1. головной мозг, 2. спинной мозг. Периферическая нервная система – это: 1. Нервные волокна, 2. Нервные узлы (ганглии), 3. Нервные окончания
Общий обзор нервной системы человека Функционально нервную систему человека делят на два отдела: 1. соматическая нервная система (иннервирует скелетную мускулатуру, подконтрольна сознанию) 2. Вегетативная (или автономная) нервная система (иннервирует внутренние органы, неподконтрольна сознанию) В свою очередь, вегетативная нервная система делится на два отдела: а). симпатическая нервная система симпатическая б). парасимпатическая нервная система парасимпатическая
Основные функции нервной системы • Поиск и закрепление наиболее оптимальных режимов функционирования организма в соответствии с его биологическими целями и программами (интегративная функция) • Отбор сигналов (прием) • Отбраковка ненужных сигналов (определение биологической значимости сигналов) • Кодирование информации (хранение в памяти нервных клеток) – электрический процесс • Информационная (поиск, получение, переработка и хранение информации) • Регуляторная (кортикализация функций: «cortex» – кора – самые простые рефлексы имеют представительство в коре головного мозга – нельзя отожествлять с сознанием) • Нейросекреция (выделение нервными клетками биологически активных веществ (гипофиз – нейроэндокрин))
Основные принципы работы нервной системы • Самым основополагающим принципом, который лежит в основе всех других принципов нервной деятельности является рефлекс. • У человека и высших животных высокая степень кортикализации функций (даже самые простые рефлексы реализуются в участке с участием головного мозга, коры высших 1 и 2 -х слоев). • Любая сенсорная (чувствительная, афферентная) информация направлена по 2 -м направлениям: » переключение внутри спинного мозга » вверх в высшие отделы ЦНС Ощущение эмоционально окрашено.
Основные принципы работы нервной системы Парабиоз Стадии парабиоза (по Введенскому): • Уравнительная стадия рефлекса • Тормозная стадия • Парадоксальная стадия рефлекса Всю эту цепь явлений Введенский назвал ПАРАБИОЗом (состояние около жизни), парабиоз слухового сигнала – отсутствие слуховой реакции. Ультропарадоксальная стадия (Павлов) на «+» раздражитель «–» реакция. Может развиваться в рецепторах, нервных проводниках, нервных центрах, в коре головного мозга от внешних и внутренних раздражителей. Очень часто его развитие сопровождается разными патологическими рефлексами – рефлекс, который работает во вред организма.
Основные принципы работы нервной системы • Доминанта, возникает только в нервных центрах. Учение о доминанте было предложено в 1912 г. Ухтомским. Доминанта – это застойный очаг возбуждения в определенном центре или центрах нервной системы, который обладает особенностями: • застойность или энертность возбуждения • способность доминантного очага брать на себя возбуждение адресованное другим центрам Доминанта дификации + болевая доминанта усиление акта доминанты. • способность доминантного очага подавлять деятельность других центров.
Основным структурным элементом нервной системы является нервная клетка, или нейрон Через нейроны осуществляется передача информации от одного участка нервной системы информации к другому, обмен информацией между нервной информацией системой и различными участками тела. В нейронах происходят сложнейшие процессы обработки информации С их помощью формируются ответные реакции организма (рефлексы) на внешние и (рефлексы) внутренние раздражения.
Нейрон Нервная клетка (или нейрон) – это структурно-функциональная единица нервной системы. Нейрону присущи все те функции, которые выполняет нервная система в целом. Форма нервной клетки, длина и расположение отростков чрезвычайно разнообразны и зависят от функционального назначения нейрона.
Строение нейрона тело дендриты аксон ядро
Общий план строения клетки 1 - цитоплазматическая мембрана 2 – пиноцетозные пузырьки 3 – клеточный центр 4 - гиалоплазма 5 – эндоплазматическая сеть 6 - ядро 7 - ядрышко 8 – перинуклеарное пространство 9 – комплекс Гольджи (внутриклеточный сетчатый аппарат) 10 - митохондрии 11 – секреторные вакуоли 12 - рибосомы 13 - лизосомы 14 – стадии фагоцитоза
Мембрана клетки 1 – липиды 2 – гидрофобная зона липидных молекул 3 –белковые молекулы 4 – полисахариды гликокаликса
Разнообразие нервных клеток 1 – униполярные 2 – биполярные 3 – псевдоуниполярные 4 – мультиполярные нейроны
Нейроны разделяются на три основных типа: афферентные, эфферентные и промежуточные (вставочные или нейроны-переключатели).
Нервные клетки А – чувствительный нейрон 1 – чувствительные нервные окончания 2 - дендриты 3 – тело нервной клетки 4 – аксон Б – двигательный нейрон 1 – дендриты 2 – тело нервной клетки 3 – аксон 4 – двигательное нервное окончание (нервно-мышечная бляшка)
Афферентные нейроны (чувствительные, или Афферентные нейроны центростремительные) передают информацию от рецепторов в ЦНС. Тела этих нейронов расположены вне ЦНС — в спинномозговых ганглиях и в ганглиях черепномозговых нервов. Афферентный нейрон имеет псевдоуниполярную форму, т. е. оба его отростка выходят из одного полюса клетки. Далее «отросток» разделяется на длинный дендрит, образующий на периферии воспринимающее образование — рецептор, и аксон, входящий через задние рога в спинной мозг. К афферентным нейронам относят также нервные клетки, аксоны которых составляют восходящие пути спинного и головного мозга.
Эфферентные нейроны (центробежные) связаны с Эфферентные нейроны передачей нисходящих влияний от вышележащих этажей нервной системы к нижележащим (например, пирамидные нейроны коры больших полушарий) или из ЦНС к рабочим органам (например, в передних рогах спинного мозга расположены тела двигательных нейронов, или мотонейронов, от которых идут волокна к скелетным мышцам; в боковых рогах спинного мозга находятся клетки вегетативной нервной системы, от которых идут пути к внутренним органам). Для эфферентных нейронов характерны разветвленная сеть дендритов и один длинный отросток — аксон.
Промежуточные нейроны (интернейроны, или Промежуточные нейроны вставочные) — это, как правило, более мелкие клетки, осуществляющие связь между различными (в частности, афферентными и эфферентными) нейронами. Они передают нервные влияния в горизонтальном (например, в пределах одного сегмента спинного мозга) и в вертикальном направлении (например, из одного сегмента спинного мозга в другие — выше или нижележащие сегменты). Благодаря многочисленным разветвлениям аксона промежуточные нейроны могут одновременно возбуждать большое число других нейронов.
Нейрон, нерв и нервное волокно Строение нейрона (А), нерва (Б), нервного волокна (В) 1 – тело клетки 2 – дендриты 3 – аксонный холмик 4 – осевой цилиндр 5 – аксон 6 – миелиновая оболочка 7 – мембрана шванновской клетки 8 – коллатераль аксона 9 – концевые разветвления аксона в мышце 10 – общий ствол нерва 11 – разветвления нервного ствола 12 – оболочка нерва 13 – пучки нервных волокон 14 – миелиновая оболочка 15 – мембрана шванновской клетки 16 – перехват Ранвье 17 – ядро шванновской клетки 18 – аксолемма
Функциональное значение различных структурных элементов нервной клетки Различные структурные элементы нейрона имеют свои функциональные особенности и разное физиологическое значение. Нервная клетка состоит из тела, или сомы, и различных отростков. Многочисленные древовидно разветвленные отростки дендриты (от греч. dendron — дерево) служат входами нейрона, через которые сигналы поступают в нервную клетку. Выходом нейрона является отходящий от тела клетки отросток аксон (от греч. axis — ось), который передает нервные импульсы дальше — другой нервной клетке или рабочему органу (мышце, железе).
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В НЕЙРОНЕ Основной особенностью обмена веществ в нейроне является высокая скорость обмена и преобладание аэробных процессов. Потребность мозга в кислороде очень велика (в состоянии покоя поглощается около 46 мл/мин кислорода). Хотя вес мозга по отношению к весу тела составляет всего 2%, потребление кислорода мозгом достигает в состоянии покоя у взрослых людей 25% от общего потребления организмом, а у маленьких детей — 50%. Даже кратковременное нарушение доставки кислорода кровью может вызвать необратимые изменения в деятельности нервных клеток: в спинном мозгу — через 20 — 30 мин. , в стволе головного мозга — через 15 — 20 мин. , а в коре больших полушарий — уже через 5 — 6 мин.
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В НЕЙРОНЕ Энерготраты мозга составляют 1/6 — 1/8 суточных затрат организма человека. Основным источником энергии для мозговой ткани является глюкоза. Мозг человека требует для обмена около 115 г глюкозы в сутки. Содержание ее в клетках мозга очень мало, и она постоянно черпается из крови. Деятельное состояние нейронов сопровождается трофическими процессами—усилением в них синтеза белков. При различных воздействиях, вызывающих возбуждение нервных клеток, в том числе при мышечной тренировке, в их ткани значительно возрастает количество белка и РНК, при тормозных же состояниях и утомлении нейронов содержание этих веществ уменьшается. В процессе восстановления оно возвращается к исходному уровню или превышает его. Часть синтезированного в нейроне белка компенсирует его расходы в теле клетки во время деятельности, а другая часть перемещается вдоль по аксону (со скоростью около 1— 3 мм в сутки) и, вероятно, участвует в биохимических процессах в синапсах.
Основы электрофизиологии В состояние покоя любая живая (нервная, мышечная, железистая, нервное волокно) клетка изнутри заряжена отрицательно, а снаружи положительно. Опыт показывает, что разница зарядов между наружной и внутренней поверхностями мембраны, полярность мембраны равна от – 30 до – 90 м. В. Так заложено природой, что внутри клетки (с внутренней стороны мембраны) избыток ионов калия, концентрация ионов калия всегда больше в клетке, чем в окружающей среде. Каким же образом создается разница в потенциалах? Внутри калия много, снаружи – мало, мембрана в состоянии покоя проницаема для ионов калия. Создается равновесность потенциалов по калию, т. е. уравновешиваются две силы: Первая – это диффузия, которая выталкивает калий из клетки, Вторая – это электростатическая сила, не выпускает калий из клетки. В каждой клетке свой равновесный потенциал.
Основы электрофизиологии При возбуждении: Сначала меняется проницаемость мембраны для калия, и для натрия. Для калия проницаемость резко понижается, а для натрия резко возрастает. Если мы будем раздражать мембрану, то повышается проницаемость для натрия, натрий начинает входить в клетку. Теперь мембрана дэполяризуется, внутри – будет «плюс» , а снаружи «минус» , причем не до нуля. При раздражении возникает потенциал действия (ПД), который обычно называем или возбуждение, или сигнал, или биопотенциал. При слабом раздражении может не открыться достаточное количество каналов для натрия, т. е. есть критический уровень деполяризации (КУД) или порог не будет достигнут. Например на мышцу наносим стимул, а мышца не сокращается, там происходит локальная деполяризация, которая не приводит к сокращению мышцы, локальный процесс дэполяризации не достигает КУД.
Основы электрофизиологии
Основы электрофизиологии Если натрий в состоянии возбуждения входит в клетку, в итоге в клетке повысится концентрация натрия. Если калий уходит из клетки, в итоге в клетке понизится концентрация калия. В этом случае нарушится та исходная разность концентраций, которая обеспечивает и потенциал покоя (ПП) и потенциал действия (ПД). Калиево-натриевый насос – это белковая молекула, ее задача перекачивать калий в клетку, а натрий из клетки, т. е. насос работает против концентрационного градиента. В этом случае необходима энергия, АТФ. Если мы энергию заблокируем, то насосы работать не будут. Постепенно будет накапливаться в наружной среде калий, во внутренней – натрий, и мышечное волокно постепенно перестает работать.
Основы электрофизиологии • В состоянии покоя мембрана поляризована: снаружи регистрируется положительный заряд, а внутри — отрицательный. В нервной клетке мембранный потенциал покоя равен примерно 70 м. В. • При возбуждающих влияниях увеличение проницаемости мембраны обусловливает вхождение положительно заряженных ионов натрия в клетку и, следовательно, уменьшение разности потенциалов по обе стороны мембраны, т. е. ее деполяризацию.
• В состоянии покоя на мембране нейрона регистрируется мембранный потенциал или потенциал покоя ПП = – 70 м. В Потенциалобразующим ионом в данном случае выступает ион К+ • При возбуждении на мембране нейрона регистрируется потенциал действия ПД = 110– 130 м. В
Под ПД понимают кратковременное колебание мембранного потенциала с последующей перезарядкой мембраны. Этот процесс связан с возникновением через мембрану ионного тока – внутрь клетки при возбуждении устремляется ион Na+ При этом деполяризация мембраны продолжается до наступления равновесного натриевого потенциала (когда концентрация Na+ внутри клетки и на поверхности мембраны уравнивается).
Величина мембранного потенциала является основным параметром, который определяет значения важнейших показателей функционального состояния нейрона — его возбудимость и лабильность. Возбудимость нейрона — это его способность отвечать на воздействие. Она зависит от величины мембранного потенциала. Мембранный потенциал может иметь нормальную величину (для нервной клетки—около 70 м. В), уменьшенную (явление деполяризации) или большую (явление гиперполяризации). Для появления ПД при нормальном уровне мембранного потенциала требуется его сдвиг примерно на 10 м. В.
Лабильность нейрона — это скорость протекания элементарных реакций, лежащих в основе его возбуждения. Наиболее удобная мера лабильности нейрона—максимальная скорость протекания ПД. Например, наибольший максимальный ритм мотонейронов спинного мозга до 100 импульсов в 1 сек.
Синапс • – это место контакта двух клеток, где осуществляется передача возбуждения (импульса) с нервной клетки на другую клетку (нервную, мышечную…)
Схема рефлекторной дуги
Скачать презентацию ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ кандидат биологических наук доцент
ФИЗИОЛОГИЯ ЦНС_1_нейрон, электрофизиология.ppt