Физиология нервной системы человека Нейроны и другие компоненты

Физиология нервной системы человека Нейроны и другие компоненты НС, структура НС, простые общие принципы, объясняющие работу НС.

Структура нервной системы

Поймем ли мы когда-нибудь работу нашего мозга как целого? • Имеем достаточное количество знаний о работе отдельных нервных клеток. • Выделены простые общие принципы деятельности нервной системы. • До сих пор мозг в целом имеет флер таинственности…

Нервная система – это совокупность клеток и коммуникационных сетей, которая создает целостность тела и его связь с внешней средой Нервная система предназначена для интеграции, регуляции, управления, контроля функций тела.

Основная морфо-функциональная единица -нейрон • Кроме этого, функциональными частями являются нервные проводники, синапсы, глия.

Нейрон и его элементы

Функции нейрона

Функции отдельных частей нейрона • Тело – биосинтетический центр, где находятся ядро, почти все рибосомы, ЭПР, аппарат Гольджи. • Аксонный холмик- место генерации ПД, самая возбудимая часть нейрона. • Аксон – всегда один, длиннее дендритов, проводит ПД от тела к удаленной мишени. Дальний конец аксона ветвится, что позволяет передавать ПД одновременно на много пунктов. • Дендриты – ветвящиеся отростки, увеличивают поверхность приема сигналов, приходящих на нейрон от других клеток.

Связь между нейронами осуществляется с помощью синапсов • Синапс – это контакт между клетками • Как это ни странно контакт не прямой: клетки электрически изолированы (синаптическая щель) и межнейронное взаимодействие связано с превращением электрического сигнала сначала в химический, а химического – снова в электрический.

Синапсы

Ч. Шеррингтон дал название и предсказал функции синапсов • Обязательное участие нейротрансмиттеров • Однонаправленное проведение • Синаптическая задержка

Синапсы подразделяются по: • Морфологии – аксо-соматические, аксодендритические… • Функции – возбуждающие, тормозные. • Способу передачи ПД – химические, электрические.

Виды связей синапсов

Синапс в ЦНС

Работа синапса

Нейроны выполняют 3 основных функции: • Сенсорные – воспринимают и преобразуют стимулы внешней среды. • Интегративные – перерабатывают и хранят всю входящую информацию. • Моторные – регулируют двигательные системы (произвольные и не произвольные. )

Основные типы нейронов

Все эти функции выполняют • Сенсорные нервные клетки. • Моторные нервные клетки. • Вставочные нервные клетки (интернейроны) перерабатывают сенсорную информацию из нескольких различных источников и передают ее для формирования двигательных команд.

Нейроны в ЦНС образуют сети

Физиологические особенности нейронов • Имеют возбудимую мембрану. • Возбудимость мембраны неоднородна: аксонный холмик (в 1 тыс. раз > Nа+ каналов), тело, дендриты. • МП имеет разные величины, а значит и возбудимость: спонтанные нейроны RF, нейроны, работающие в ждущем режиме – мотонейроны спинного мозга. • ПД – носитель информации возбуждения, отвечает закону «Все или ничего» . С помощью изменения частоты ПД кодируется информация о силе приходящих сигналов.

ПД нейрона подчиняется закону «Все или ничего»

Физиологические особенности нейронов • На мембране нейронов имеется огромное количество химических рецепторов (белки), которые чрезвычайно чувствительны к разнообразным химическим веществам (сравните с НМС). • Чувствительность к гипоксии.

Передача возбуждения в химических синапсах происходит с помощью посредников. Посредниками являются: • Нейротрансмиттеры - прямые быстрые химические передатчики сигналов между нейронами через ионотропные каналы мембраны. Также быстро разрушаются в синаптической щели и подвергается реаптейку. • Нейромодуляторы – химические вещества, модифицирующие проницаемость мембраны медленно через метаботропные каналы, при этом сигналы распространяются и на рядом лежащие нейроны. Действие пролонгировано.

Классификация нейротрансмиттеров • По химическому строению: аминокислоты (глутамат, аспартат, глицин, γ-аминомасляная кислота – ГАМК), моноамины (серотонин, гистамин, дофамин, норадреналин, адреналин) и нейропептиды (энкефалин, эндорфин, динорфин, опиоиды, вещество Р, ангиотензин. II, рилизинггормоны гипоталамуса, ВИП, нейропептид - Y), газы – NO. • По функции: возбуждающие (глутамат, аспартат) и тормозные (ГАМК, глицин).

Синапсы в нервной системе не подчиняются правилу Дейла • Думали, что каждый зрелый нейрон выделяет только один вид медиатора – общий для всех синапсов данного нейрона – правило Дейла. Данное положение сегодня пересмотрено: во многих синапсах совместно выделяется несколько нейромедиаторов.

Нервный центр (НЦ) • НЦ – это функциональное объединение нейронов для обеспечения контроля какой-либо строго определенной функции. Нейроны, входящие в нервный центр могут быть локализованы в одном или нескольких отделах ЦНС, на разных ее этажах. Локализация основных НЦ генетически детерминирована, но в онтогенезе НЦ совершенствуются (воспитываются), например, центры ходьбы.

Субординация НЦ • Жесткие и мягкие связи внутри и с другими центрами. • Иерархия. • Энцефализация

Уровни интеграции в нервной системе 1 уровень – один нейрон: • Синаптический аппарат нейрона выступает в этой роли. На постсинаптической мембране в результате взаимодействия нейротрансмиттеров с участкам их связывания на рецепторах открываются каналы для входа Na+, K+, Cl- и в зависимости от того какой канал открылся возникают ВПСП или ТПСП. • ВПСП – возбуждающий постсинаптический потенциал. • ТПСП – тормозный постсинаптический потенциал.

Изменения МП при ВПСП и ТПСП

Регистрация ВПСП и ТПСП

Ионная природа ПСП

2 уровень интеграции – несколько нейронов • • • Дивергенция. Иррадиация. Конвергенция. Общий конечный путь. Суммация: пространственная и временная. Кодирование. Реверберация – сети (net). Трансформация. Пластичность.

Конвергенция. Общий конечный путь.

Схема конвергенции и дивергенции (иррадиации)

Схема общего конечного пути

Временная и пространственная суммация

Схема реверберации

Схема трансформации ритмов ПД

3 уровень интеграции – объединение локальных цепей • Доминанта – главенствующий (доминирующий) в течение определенного времени над другими нервный центр возбуждения. Свойства доминанты: обладает повышенной возбудимостью, стойкостью, инерционностью, способна к суммации (даже слабые раздражители усиливают ее) и вызывает торможение других нервных центров. • А. А. Ухтомский , профессор СПб. ГУ, сформулировал этот принцип в 1904 – 1911 г. г. • Рефлексы.

Схема образования доминанты Д – стойкое возбуждение обхватывательный рефлекс у лягушки (доминанта), вызванное аппликацией стрихнина. Все раздражения в точках 1, 2, 3, 4 не дают ответов, а только усиливают активность нейронов Д.

А. А. Ухтомский

4 уровень интеграции – координация различных рефлексов (функций) • Торможение нервных клеток, центров – паритетный по функциональной значимости с возбуждением нервный процесс. • Но! Торможение не распространяется, оно «привязано» к синапсам, на которых торможение и возникает. • Торможение управляет возбуждением.

Центральное торможение открыл И. М. Сеченов

Опыт И. М. Сеченова

Виды торможения • • • По локализации: Постсинаптическое. Пресинаптическое. По направлению: Прямое. Возвратное. Латеральное. Реципрокное.

Ионная природа постсинаптического торможения

Пресинаптическое торможение. Блокируется пикротоксином

Схема пресинаптического торможения в сегменте спинного мозга. Афферентные импульсы от мышцы – сгибателя с помощью клеток Реншоу вызывают пресинаптическое торможение на афферентном нерве, который подходит к мотонейрону разгибателю.

Постсинаптическое возвратное торможение. . Блокируется стрихнином.

Схема прямого постсинаптического торможения в сегменте спинного мозга. МС, МР – мотонейроны сгибателя и разгибателя.

Пластичность синапса Это функциональная и морфологическая перестройка синапса: • Увеличение пластичности: облегчение (пресинаптическая природа, Са++), потенциация (постсинаптическая природа, повышение чувствительности постсинаптических рецепторов Сенситизация) • Уменьшение пластичности: депрессия (уменьшение запасов нейромедиатора в пресинаптической мембране) – это механизм развития привыкания - габитуации

Долговременные формы пластичности • Долговременная потенциация – длительное усиление синаптической передачи на выскочастотное раздражение, может продолжаться дни и месяцы. Характерна для всех отделов ЦНС (гиппокамп, глутаматергические синапсы). • Долговременная депрессия – длительное ослабление синаптической передачи (низкое внутриклеточное содержание Са++)

Диффузная внесинаптическая передача • Осуществляется с помощью Глутамата и ГАМК. • Изменяет активность целой группы нейронов, располагающихся на расстоянии от источника выделения нейромедиатора. • Внесинаптические рецепторы располагаются на соме, дендритах, аксоне, глиальных клетках.

Работа электрического синапса

Схема передачи ПД в электрическом синапсе

Спасибо за внимание!