Тема 2 Биоэлектрические процессы возбуждения в клетке

Тема 2 Биоэлектрические процессы возбуждения в клетке • 2. 1. фундаментальные процессы – возбуждение и торможение в ЦНС • 2. 2. физиология и нейрохимия нейронов и глии

Биоэлектрические потенциалы • Биоэлектрические потенциалы - электрические потенциалы в тканях и клетках живых организмов. • Биоэлектрические потенциалы связаны: - с процессами возбуждения и торможения у животных и человека; - с раздражительностью у растений.

Возбудимость - способность клетки и ткани при воздействии раздражителя переходить в состояние физиологической активности. Возбудимость характеризует процессы в нервной, мышечной и железистой тканях

Возбудимые ткани

Возбуждение • Возбуждение - переход живой системы от состояния относительного физического покоя к активной деятельности. • Для организма возбуждение означает переход к условно-рефлекторной или безусловно-рефлекторной активности.

Возбуждение • Возбуждение - динамический физиологический процесс, посредством которого нервные живые клетки отвечают на внешнее воздействие. • Возбуждение выражается в ряде последовательных реакций, сопровождающихся освобождением живой тканью различных видов энергии. • В естественных условиях возникновению возбуждения предшествуют процессы, преобразующие внешнее раздражение в электрический импульс.

Торможение • Торможение - активный физиологический процесс в центральной нервной системе, приводящий к задержке возбуждения. • Торможение направлено на ослабление или полное прекращении того или иного вида деятельности организма. • Торможение возникает в момент встречи двух возбуждений, одно из которых является тормозящим, а другое - тормозным. • Большинство видов торможения базируется на взаимодействии тормозного медиатора со специфическими молекулами постсинаптической мембраны

Возбуждение • В процессе В. проницаемость клеточной мембраны для ионов натрия в месте раздражения увеличивается, в связи с этим значительно уменьшается разность потенциалов на мембране клетки (деполяризация). • Это порождает кратковременный электрический импульс, который распространяется на соседний участок мембраны и вызывает новый процесс возбуждения.

Нейрон (схема электронной микрофотографии)

Схема строение мембраны клетки

Схема строение мембраны клетки • мембрана клетки (оболочка) - это тонкая структура, которая отделяет содержимое клетки от окружающей среды. Она состоит из двойного слоя липидов с белковыми молекулами толщиной примерно 75 ангстрем. • Клеточная мембрана сплошная, но у нее имеются многочисленные складки, извилины, и поры, что позволяет регулировать прохождение через нее веществ.

Схема строения возбудимых мембран А — гипотетическая структура клеточной мембраны (по И. Даниели, 1950) Б — мозаичная модель клеточной мембраны (по Л. Бергельсону, 1975)

Строение возбудимых мембран • Мембрана состоит из липидов, белков и мукополисахаридов. • Бимолекулярный слой липидов составляет матрикс мембраны. • Белки, вкрапленные в липидный матрикс, образуют каналы для воды и ионов, формируют ионные насосы и т. п.

Потенциал покоя • У всех исследованных физиологами клеток животных и растений поверхностная мембрана в покое электрически поляризована. • Величину разности потенциалов у нервных клеток и волокон называют мембранным потенциалом покоя (МПП). • В миелинизированных нервных волокнах у позвоночных потенциал покоя мембраны перехвата Ранвье составляет около 70 м. В.

Возникновение электрохимического равновесия на мембране • Диффузионное давление (1) в равновесии с противоположной электростатической силой (2), стремящейся удержать вместе ионы с противоположными зарядами

Мембранный потенциал Поляризация мембраны за счет деятельности Nа+, К+ -помпы / — внешняя среда, // — мембрана, III — содержимое клетки;

Потенциал действия • Потенциал действия (ПД) - это электрический компонент возбуждения нервных и большинства мышечных клеток (волокон). • ПД возникает в ответ на достаточное по силе раздражение. • В потенциале действия (ПД) различают пик (спайк) и следовые потенциалы. • Причиной развития ПД является вызываемое электростимуляцией, точнее критической деполяризацией мембраны, открытие потенциалозависимых каналов в мембране.

Сопоставление развития потенциала действия (А) с изменениями проницаемости мембраны (Б) I — нарушение деятельности Nа+, К+ -помпы, изменение проницаемости мембраны, вхождение ионов Nа внутрь клетки и изменение заряда мембраны (деполяризация): II - выход ионов К наружу (реполяризация); III - возобновление деятельности Nа+, К+ -помпы

Сопоставление одиночного возбуждения (/) с фазами возбудимости (//): а — мембранный потенциал (исходная возбудимость), б — локальный ответ, или ВПСП (повышенная возбудимость), в — потенциал действия (абсолютная и относительная рефрактерность), г — следовая деполяризация (супернормальная возбудимость), д — следовая гиперполяризация (субнормальная возбудимость)

Изменение мембранного потенциала и формирование потенциала действия в зависимости от силы раздражения • А — схема опыта: 1 — стимулирующий, 2 — отводящий микроэлектроды; • Б— графики регистрации потенциала действия: I —потенциал покоя до раздражения, III— местное возбуждение (раздражение током возрастающей силы), IV —потенциал действия— бегущая волна возбуждения

Интенсивность диффузии ионов Nа внутрь волокна и ионов К наружу в сопоставлении с биопотенциалом нервного волокна

A. Схематичное изображение потенциала действия. B. Реальный потенциал действия пирамидного нейрона гиппокампа крысы.

Схема распределения зарядов по разные стороны мембраны возбудимой клетки в спокойном состоянии (A) и при возникновении потенциала действия (B)

Этапы распространения возбуждения по аксону нервной клетки (А, Б, В) (по Б. Катцу и Е. Жукову, 1970)

Нейрон и его компоненты А — нервная клетка, аксон, мышца; Б — строение нервного волокна

Синаптические процессы в невозбужденном и возбужденном синапсах

Фоновая и вызванная импульсная активность нейронов

Нервный импульс • Нервный импульс - биоэлектрический потенциал, распространяющийся в нервных и мышечных клетках. • Нервный импульс обеспечивает передачу информации от рецепторов в центральную нервную систему и от нее к исполнительным органам.

Проведение возбуждения в нервных волокнах • I — немиелинизированное волокно • I I— миелинизированное волокно (сальтаторное проведение)

Нейрон

модель нейрона с тремя входами (дендритами),

Вызванные потенциалы (ВП) в коре больших полушарий

Особенности проведения возбуждения в ЦНС • • суммация, трансформация ритма, утомляемость, конвергенция, дивергенция, окклюзия, облегчение, ревербация

суммация • суммация возбуждения -- снижение порога раздражителя и (или) усиление реакции возбудимого образования, обусловленные сочетанием нескольких раздражений. • суммация возбуждения временная (син. С. возбуждения последовательная) -- С. в. при повторяющемся раздражении. • суммация возбуждения пространственная -- С. в. при одновременном множественном раздражении.

трансформация ритма • Трансформация ритма – заключается в том, что сигналы, которые уходят от нервного центра по своим параметрам (частота, сила) отличаются от таковых пришедших к нервному центру.

утомляемость • УТОМЛЕНИЕ - состояние временного снижения работоспособности вследствие напряженной или длительной деятельности

Конвергенция нервных импульсов • Процессы • принцип конвергенции был заключаются в впервые открыт схождении Шеррингтоном и различных назван «воронкой импульсных потоков Шеррингтона» от нескольких нервных клеток к одному и тому же нейрону

Дивергенция • Дивергенцией называется способность нервной клетки устанавливать многочисленные синаптические связи с различными нервными клетками. Благодаря этому одна нервная клетка может участвовать в нескольких различных реакциях, передавать возбуждение значительному числу других нейронов, обеспечивая иррадиацию возбуждения.

Иррадиация возбуждения • От лат. Irradio - освещать • Иррадиация возбуждения - распространение процесса возбуждения из одного участка центральной нервной системы в другие участки. • при сильном и длительном раздражении импульсы, поступающие в ЦНС, возбуждают не только данный рефлекторный центр, но и другие центры.

окклюзия • феномен окклюзии - Если два нервных центра рефлекторных реакций имеют частично перекрываемые рецептивные поля, то суммарная реакция ниже суммы реакции при изолированном раздражении этих рецептивных полей

облегчение • феномен облегчения - Если два нервных центра рефлекторных реакций имеют частично перекрываемые рецептивные поля, то суммарная реакция выше суммы реакции при изолированном раздражении этих рецептивных полей

ревербация • реверберация возбуждения (лат. reverbero отбрасывать, отражать) -- длительная циркуляция импульсов возбуждения в сетях нейронов или между различными структурами ц. н. с.