Лекция 6 23-03-2013

1. Строение и функции мембраны нервной клетки, ионные каналы и насосы

2. Раздражимость и возбудимость. Порог раздражения.

3. Вне и внутриклеточное ионное неравновесие.

4. Формирование потенциала покоя и потенциала действия. Роль натрий-калиевой АТФ-азы

5. Распространение потенциала действия по нервному волокну

В основе всех процессов, кот возникают в нервной системем лежит особое строение мемебраны нервных клеток и ионное неравновесие, которое существует между содержимым клетки и окружающей средой.

Мембрана – это липидные головки и углеводородные хвосты. Толщина мембраны 6 нанометров – это жидкая фаза мембраны. Она выполняет свою функцию за счет встроенных белков. Есть белки трансмембранные, интегративные, зигзагообразные. Эти белки наиболее важные, тк внутри проходит канал. Канал нужен, тк мембрана не проницаема для воды и ионов, а функции заложены в том, что есть ионное неравновесие, которое приводит к движению нейронов. ВНутри клетки много ионов калия. А такие загзагообразные молекулы и строят каналы, а для каждого ионов, которые участвуют в процессе торможения и возбуждения имеется свой канал. В каждой мембране есть рецепторы. Эти рецепторы могут быть чувствительны к горомонам в крови. Тоже за счет этих белковых молекул кот образуют рецепторы, Эти белки кроме того образуют ферментативные системы, и образующиеся там ферменты регулируютобменные процессы в нервной клетке.

фОТО0 - НАЙТИ

Для натрия - 4 домена, а участков 6. Между 5 и 6 участком находится пора, для прохождения натрия. – фото1

Каким образом устроен канал – фото2

В мембране имеются белковые молекулы, кот выполняют функции насоса и могут перемещать вещества не по концентрационному градиенту. Калий и Натрий входят в клетку в сторону меньшей концентрации (по закону концентрационному градиенту) и клетки не надо. Но может накапливаться Натрий и калий и нужен механизм, которые будет выкачивать в окуржающую среду (где его и так много). Таким оьразом насосы работают вне зависимости от концентрации, но для них нужна энергия. Поэтому для работы нужна энергия, но не сразу.

Раздражимость – способность клетки отвечать на любые изменения в окружающей среде. Клтека или ткань может отвечать -

• изменением формы клетки,

• -изменением структуры клетки

• началом роста, деления клетки

• Синтез вещества (если это глиальная? клетка)

• Сократиться (мышечная клетка)

Раздражители:

По природе - о физических, химический, механических

По силе – подпороговоые, пороговые, сверхпороговые

По адекватности – адекватный стимул – генетически предопределенный для данного вида. Ткани более чувствительные к адекватным, а не к неадекватным

Возбудимость – это свойство мембраны отвечать на раздражение изменением ионной проницаемости, электрическим состоянием.

Состояния мембраны:

-Покоя – мембрана поляризована

Возбуждения – мембрана деполяризована

Торможения – мембрана гиперполяризована

Гигантский аксон кальмара – концентрация, микромоль на литр

Ион	Цитоплазма	Кровь	Морская вода
К+ Na+	360 69	10,0 425	10,0 460
Cl-	157	500	560
Ca2+	0,4	10,0	10,0

Состояние покоя и возбуджения заложены в нервавной концентрации ионов Калия и Натрия в состоаве клетки и окружаюшей среды.

Нервное волокно – рисунок

Мебранный потенциал может быть от 50 до 125 миливольт

Разность потенциалов говорит о том, насколько мембрана поляризована.

Поляризация вызвана (разность потенциалось), тк в клетки избыточное собержание Калия, а в окружающей среде натрия. Из за разности концентрации возникает разность потенциалов. Например минус 70 минивольт.

Причина поляризации

• Избыток калия внутри и недостаток снаружи

• В мембране имеются клиевые каналы, которые в составе покоя открыты и по закону диффузии и концентрационногому градиенту калий ухоит из клетки и выносит с собой положительный заряд, который накапливается на верхней поверхности мембраны, а внутри сохраняется отриц заряд. Внутри остаются аминокисоты (пирофинограная и аспарогиновая кислоты), которые несут отрицательный заряд. В этот момент натриевый канал закрыт. ВЫход калия из клетки останавливает равновесие межуд силами диффузии и электростатической силы, которая создается плюсовыми ионами калия на внешней стороне мембраны. Например 70 минивольт – это равновесный потенциал у калия.

При раздражении мембраны каналы для калия становятся менее проницаемыми, но открываются каналы для натрия, а тк натрия снаружи больше, он входит в клетку и вносит положительный заряд, а снаружи остается отрицательный заряд. Таким образом происходит деполяризация мембраны, уменьшается мембранный потенциал.

На люой ли стимул будет отвечать мембраны деполяризацией? Это будет зависеть от возбудимости мембраны. Возбудимость можно проверить при помощи нервно мышчного препарата, готовится из ляшушки (икроножной). Мы с помощью тока раздражем нерв и смотрим сокращается ли мышца, если она нет, то ткой стимул подпороговый. Увеличиваем силу стимула и получаем еле заметное сокращение мышцы – получаем порог. Порог – это минимальная сила раздражения, на которое отвечает данное возбудимое образование. Если мы дальше увеличим стимул то получим все болье и больше ответ, но до пределенного значение. Это зависит от свойства скелетной мышцы. Нервные и мышечные волонкна обладают разной возбудимостью и разным порогом, Меньшая сила разражения – возбудимость больше.

ЧТобы померить возбудимость надо померить порог. Мышца отвечает более высоким порогом, она менее возбудима.

Поэтмоу если мы наносим стимул на мемебрану, это привоит к тому что состояния мембраны меняетсяи какое то количество каналов открывается и деполярицаяи возникает и будет небольшой, и это не приводит к возбуждение этой клетки и волокна. Насносим больший стимул, но полноценного возбудимомго ответа, тк надо чтобы сила достигла порога (критического уровня деполяризации).

На рисунке обозначаем КУД, если деполяризация достигает критического уровня, то обязательно возникает потенциал действия или возбуждения. И возникает овершут – величина потенциала. Которая превышает 0. Это явление называется поляризацией.

После критического кровня деполряизации натрий лавинообразно входит в клетку и процесс остановить невозможно, поэтому он критичсекйи.

Деполяризация достигает пика, максимальной величины, - происходит натриевая инактивация. В процессе возбуждения воявляется момент когда мембрана становится невозбудимой – на пике потенциала действия. В этот момент выступает абсолютный рефрактерный период. Это значит, что если деполяр достигла пика и раздраажть мембрану мы не полуим результатат, так как натриевый каналы инактивируются. Ворота закрываются на пике потенциала действия.Снова открываются каналы для калия, калий выходит из клетки и восстанавливается поляризация – это процесс реполяризации.

Самый большой рефрактерный период – на сердце. Величина рефрактерного периода 1/2500 секунды. Это отсутствие возбудимости 0 рефракторный период. Это говорит о том, что нервное волоно может раздражать импульсы с частотой 1/2500 секунды. По мышце 1/000 секунды. Сердце сокращается 60 раз в минуту. Сердце обладает свойство автоматии, там находится та область, которая обеспечивает сокращение сердца. Длительный рефрактерный период влияет на то, что не на каждое раздражение сердце реагирует.

Если нарушается исходная разность концентрации, то активируется фермента натриево калиевой АТФазы и когда она активируется, то активируютяс насоссы (это белок, сост и2 молекл, которые перекачивает 3 иона натрия из клетки и 2 иона калия в клетку против концентрационного градиента, таким образом уравнивая исходную разность концентрации.

Как изучались каналы? Искали их блокаторы, брали разные вещества, пробовали. Есть 2 вещ которые могут натриевые каналы – тетродотоксин (обнаружен в брюхе рыбы фугу). Калиевые каналы блокируются - тетраэтиламинием. КРоме того натриевый канал блокируется –ледокаином, левокаином.

Если заблокировать натриевый канал как изменится ппотенциал действия? Не будет деполяризации

Если закрыть К канал, то не будет реполяризации

Потенциал действия в клетке формируется в промежуточном и эфферентном нейроне, то он формируется на мембране сомы и распространяется по аксону путем (зависит от того каой аксон. ЧЕм больше диаметр миелинизированного волокна аксона (120 м с секунду, например), меньше диаметр меньше скорость (60 м с секунду), если немиелинизированный . например, постгаганглионарные волокны симпатической нервной системы (волокны группы С), самые медленные. Скорость зависит от диаметра. Самый большой диаметр нервных волокон у гигантских аксонов кальмара. Самая большая скорость. Природа не могла идти путем увеличения диаметра нервных волокон, поэтмоу возникла миелиновая оболочка.

Фото

ВОзникает петля тока, которая замыкается между плюсом и минусом и возбуждение будет распространятся в обе стороны. Далее снова восстановятся и далее возникнет петля тока. ПЕтля тока от плюса к минусу. Каждая возбужденная точка на мембране возбуждает слседнюю точку мемебраны и в ту и другую сторону. Обычно это сравнивают с бикфордовым шнуром.

Фото – миелинизированное нервное волокно. Возбуждение распространяется скачкообразно по перехватам ранвье (описаны в 1877 году). Только в перехватах раньвбе находятся натриевые каналы и если мы наносим раздражение но происходит деполяризация но не нужно раздражать кажду точку мембраны, а только между перехватами, а это болльшое расстояние.