FIZJOLOGIA NERWÓW I MI
ĘŚ
NI
•
Budowa i podział neuronów, poł
ą
czenia
•
Rodzaje synaps
•
Podstawowe poj
ę
cia elektrofizjologii
•
Synapsa nerwowa, przeka
ź
nictwo synaptyczne
•
Przewodzenie impulsów we włóknach nerwowych
•
Synapsa nerwowo-mi
ęś
niowa
•
Miary pobudliwo
ś
ci komórki/tkanki
•
Charakterystyka bod
ź
ców
•
Powstawanie stanu czynnego komórki
Fizjologia (od gr. physis - natura + logos - nauka) – nauka o czynno
ś
ciach (funkcjach)
organizmów
Ŝ
ywych. Bada prawa rz
ą
dz
ą
ce prac
ą
narz
ą
dów, komórek, tkanek tych
organizmów oraz mechanizmy komunikacji wewn
ą
trzustrojowej. Mo
Ŝ
na wyró
Ŝ
ni
ć
:
• fizjologi
ę
ro
ś
lin (fitofizjologia)
• fizjologi
ę
zwierz
ą
t
• fizjologi
ę
człowieka
• elektrofizjologi
ę
• fizjologi
ę
układu nerwowego (neurofizjologia)
• fizjologi
ę
komórek (cytofizjologia)
• fizjologi
ę
mowy
• fizjologi
ę
patologiczn
ą
(patofizjologia)
• fizjologi
ę
drobnoustrojów
Neurofizjologia bada czynność układu nerwowego, szczególnie ośrodkowego – OUN
Jednostka funkcjonalna OUN - odruch
(łac. reflexus – odwrócony, odbity).
Podstawowe poj
Podstawowe poj
ę
ę
cia elektrofizjologii
cia elektrofizjologii
:
:
Pobudliwo
ść
Pobudliwo
ść
- zdolno
ść
komórki lub tkanki do reagowania stanem pobudzenia na
bodziec w sposób swoisty: mi
ę
sie
ń
- skurczem, kom. nerwowa – impulsem, tk.
gruczołowa – wydzielaniem itd.
Pobudzenie
Pobudzenie
-
- zmiana stanu spoczynku na stan czynny; zmiany fizykochemiczne w
tkance/komórce wskutek działania bod
ź
ca. Aby wywoła
ć
pobudzenie tkanka musi by
ć
pobudliwa, a bodziec odpowiednio silny.
Impuls nerwowy
Impuls nerwowy
-
-
zmiana elektryczna lub fala depolaryzacji rozchodz
ą
ca si
ę
wzdłu
zmiana elektryczna lub fala depolaryzacji rozchodz
ą
ca si
ę
wzdłu
Ŝ
Ŝ
włókna nerwowego (aksonu) i rejestrowana w postaci zmiany potenc
włókna nerwowego (aksonu) i rejestrowana w postaci zmiany potenc
jału
jału
Stymulacja
Stymulacja
–
–
wywoływanie stanu czynnego działaniem bod
ź
ca
wywoływanie stanu czynnego działaniem bod
ź
ca
Bodziec
Bodziec
-
- dostatecznie silna i szybka zmiana
ś
rodowiska zewn
ę
trznego lub
wewn
ę
trznego wywołuj
ą
ca pobudzenie komórki lub tkanki
Stan spoczynku = potencjał błonowy = potencjał spoczynkowy – wst
ę
pnie istniej
ą
ca
ró
Ŝ
nica potencjałów pomi
ę
dzy wn
ę
trzem a otoczeniem komórki; polaryzacja
(elektroujemno
ść
wn
ę
trza wzgl
ę
dem powierzchni zewn
ę
trznej komórki); w komórce
nerwowej wynosi -70mV
Depolaryzacja - zmniejszenie wst
ę
pnie istniej
ą
cej ró
Ŝ
nicy potencjałów
Hiperpolaryzacja - pogł
ę
bienie wst
ę
pnie istniej
ą
cej ró
Ŝ
nicy potencjałów
Podział bod
ź
ców ze wzgl
ę
du na ich sił
ę
:
Bod
ź
ce podprogowe – bod
ź
ce zbyt słabe do wywołania
pobudzenia,
Bodziec progowy – najmniejszy bodziec wywołuj
ą
cy reakcj
ę
Bod
ź
ce nadprogowe – bod
ź
ce o sile wi
ę
kszej ni
Ŝ
progowy (im
silniejszy bodziec tym silniejsza reakcja)
Bodziec maksymalny – najmniejszy bodziec wywołuj
ą
cy
maksymaln
ą
reakcj
ę
. Wi
ę
kszy bodziec nie powoduje zwi
ę
kszania
wielko
ś
ci reakcji
Bodziec supramaksymalny lub ponadmaksymalny –
zwi
ę
kszenie bod
ź
ca bez wi
ę
kszego efektu, po okre
ś
lonej sile
bodziec supramaksymalny jest bod
ź
cem uszkadzaj
ą
cym mi
ę
sie
ń
.
Podział bod
ź
ców ze wzgl
ę
du na swoisto
ść
:
Swoiste (adekwatne)
Nieswoiste (nieadekwatne)
Pod wzgl
ę
dem kierunku przekazywania
sygnału neurony dzielimy na:
•czuciowe (do
ś
rodkowe, aferentne,
wst
ę
puj
ą
ce) - biegn
ą
od receptora do
o
ś
rodka;
•ruchowe (od
ś
rodkowe, eferentne,
zst
ę
puj
ą
ce) – biegn
ą
z OUN do efektora;
•po
ś
rednicz
ą
ce
(
kojarzeniowe, interneurony)
– wyst
ę
puj
ą
m. in. pomi
ę
dzy neuronami
czuciowymi i ruchowymi
O
ś
rodki nerwowe - skupiska neuronów
tworz
ą
cych zespoły czynno
ś
ciowe:
•j
ą
dra – z wyra
ź
nymi granicami
anatomicznymi, poło
Ŝ
one w OUN
•pola, strefy lub obszary – bez
wyra
ź
nych granic, poło
Ŝ
one w OUN
(znaczenie funkcjonalne, a nie
morfologiczne)
•zwoje - poza mózgowiem lub rdzeniem
kr
ę
gowym
Cechy przewodnictwa impulsu w nerwach
1. Przewodzenie we włóknach rdzennych i bezrdzennych –
skokowe i ci
ą
głe, odpowiednio
2. Zale
Ŝ
no
ść
szybko
ś
ci przewodzenia od
ś
rednicy włókna
nerwowego
Im wi
ę
ksza
ś
rednica, tym wi
ę
ksza pr
ę
dko
ść
(mniejszy opór
przewodnika)
3. Zale
Ŝ
no
ść
szybko
ś
ci przewodzenia od stopnia
zmielinizowania włókna nerwowego
Im bardziej zmielinizowane, tym wi
ę
ksza pr
ę
dko
ść
przewodzenia
4. Prawo izolowanego przewodnictwa
Impuls nerwowy nie przenosi si
ę
na równoległe włókna
nerwowe, nawet gdy nie posiada ono osłonek
5. Prawo jednokierunkowego przewodnictwa w rdzeniu
kr
ę
gowym – prawo Bella-Magendiego
Prawo „wszystko albo nic”: bodziec progowy jest bodźcem maksymalnym
Zgodnie z prawem „wszystko albo nic” reaguje:
-
pojedyncze włókno nerwowe
-
pojedyncze włókno mięśniowe
-
jednostka motoryczna
-
mięsień sercowy (w całości)
Prawo „ wszystko albo nic” nie stosuje się do mięśni szkieletowych
jednostka motoryczna mi
ęś
nia – motoneuron + włókna mi
ęś
niowe, które
ten motoneuron unerwia
Rodzaje skurczów mi
ęś
niowych:
1)
izotoniczny – mi
ę
sie
ń
ulega skróceniu, napi
ę
cie si
ę
nie zmienia (zmienia si
ę
długo
ść
, stałe
napi
ę
cie), (skrócenie mi
ęś
nia)
2)
izometryczny – długo
ść
taka sama, zmienia si
ę
napi
ę
cie (prioproreceptory), (zmiana napi
ę
cia
mi
ęś
niowego)
3)
auksotoniczny – jednoczesne skrócenie i zwi
ę
kszenie napi
ę
cia mi
ęś
nia (L > 0 oraz F > 0)
(wykonana praca)
OUN – reguluje efekt skurczu mi
ęś
nia poprzez:
1)
zmian
ę
siły mi
ęś
nia (skurcz izometryczny, regulacja izometryczna)
2)
zmian
ę
szybko
ś
ci skurczu (regulacja izotoniczna)
Siła skurczu mi
ęś
nia w organizmie zale
Ŝ
y od:
1)
liczby jednostek motorycznych bior
ą
cych udział w skurczu
2)
cz
ę
stotliwo
ś
ci, z jak
ą
poszczególne jednostki motoryczne s
ą
pobudzane
3)
stopnia rozci
ą
gni
ę
cia mi
ęś
nia przed jego skurczem
Miary pobudliwo
ś
ci tkanki /komórki
Krzywa Horvega – Weissa – Lapicque’a
si
ła
b
o
d
ź
ca
czas działania bodźca
Ch
R
2R
Próg pobudliwo
ś
ci najmniejsza siła
bod
ź
ca wywołuj
ą
cego reakcj
ę
Czas u
Ŝ
yteczny - najkrótszy czas
działania bod
ź
ca potrzebny do wywołania
reakcji
Reobaza (R) najmniejsze nat
ęŜ
enie pr
ą
du
elektrycznego konieczne do wywołania
reakcji
Chronaksja (Ch) – czas u
Ŝ
yteczny dla
bod
ź
ca o sile podwójnej reobazy (2R)
Labilno
ść
- maksymalna cz
ę
stotliwo
ść
bod
ź
ców, na któr
ą
w przedziale czasu
odpowie tkanka/komórka
Wi
ę
ksza labilno
ść
– wi
ę
ksza pobudliwo
ść
•
Im d
ł
łł
ł
u
Ŝ
szy czas działania bod
ź
ca
tym potrzebna jest mniejsza jego
siła do wywołania pobudzenia
• Im wi
ę
ksza siła bod
ź
ca tym jest
krótszy czas jego działania do
wywołania pobudzenia
rozkład jonów
stan komórki
strona wewnętrzna strona zewnętrzna
ładunek wnętrza
(mV)
potencjał spoczynkowy
K+
Na+
– 90
depolaryzacja
K+
Na+
K+
Na+
+ 30
repolaryzacja
Na+
K+
– 90
potencjał spoczynkowy
K+
Na+
– 90
(depolaryzacja i repolaryzacja wchodzą w skład potencjału czynnościowego)
Jony K
+
warunkuj
ą
istnienie potencjału
spoczynkowego, natomiast jony Na
+
– potencja
ł
u
czynno
ś
ciowego
- 90
- 80
- 70
- 60
- 50
- 40
- 30
- 20
- 10
0
+ 10
+ 20
+ 30
A
[mV]
Iglica (0,4 ms )
Zmiany nas tępcze (80 - 115 ms )
ujemny potencjał następczy
(10 - 15 ms)
dodatni potencjał następczy
(70 - 100 ms)
zmiany
elektrotoniczne
d
e
p
o
la
ry
z
a
c
ja
re
p
o
la
ry
z
a
c
ja
hiperpolaryzacja
nadstrzał
potencjał spoczynkowy
potencjał progowy (krytyczny)
z
m
ia
n
y
p
o
b
u
d
li
w
o
ś
c
i
zmiany
ele ktrotoniczne
zasa dniczy okres
refrakcji względnej
+
_
refrakcja
bezwzględna
(0,5 - 1 ms)
refrakcja
względna
egzaltacja
(nadpobudliwość)
Podło
Ŝ
e jonowe potencjału czynno
ś
ciowego
w
ł
. aferentne korzeni grzbietowych
dr
w
ł
. sympatyczne zazwojowe
autonomiczne
i bólowe
nagie
0,5-2
0,4-1,3
s
C
w
ł
. autonomiczne przedzwojowe
autonomiczne
i bólowe
13-15
ok. 3
B
dendryty protoneuronów bólu i temperatury
somatyczne
12-30
2-5
δ
aksony motoneuronów
somatyczne
15-30
3-6
γ
dendryty protoneuronów dotyku i ucisku
somatyczne
30-70
5-12
β
w
ł
. niektórych protoneuronów (dendryty) i
motoneuronów (aksony)
somatyczne
mielina
70-120
12-20
α
A
wyst
ę
powanie
przynale
Ŝ
no
ść
do UN
os
ł
onka
szybko
ść
przewodzenia
(m/s)
ś
rednica
(
µµµµ
m)
podgrupa
grupa
Podział włókien ze wzgl
ę
du na budow
ę
anatomiczn
ą
, funkcje i wyst
ę
powanie
s t ę Ŝ e n i e (
µ
m o l / m l)
j o n
s t r o n a z e w n ę t r z n a
s t r o n a w e w n ę t r z n a
E
p o t e n c ja ł r ó w n o w a g i
( m V )
K
+
4
1 5 5
– 9 0
C l
–
1 2 0
5
– 9 0
A n io n y o r g a n ic z n e
7
1 5 5
– 9 0
N a
+
1 4 5
1 0
+ 6 5
Podło
Ŝ
e jonowe potencjału spoczynkowego (błonowego)
Podło
Ŝ
e jonowe potencjału spoczynkowego (błonowego)
R
R
ó
ó
wnanie
wnanie
Nernst
Nernst
’
’
a
a
–
–
potencja
potencja
ł
ł
r
r
ó
ó
wnowagi dla jon
wnowagi dla jon
ó
ó
w
w
R
R
–
–
sta
sta
ł
ł
a gazowa;
a gazowa;
T
T
–
–
temperatura absolutna ustroju;
temperatura absolutna ustroju;
F
F
–
–
sta
sta
ł
ł
a
a
Faraday
Faraday
’
’
a
a
wew
X
zew
X
F
RT
E
]
[
]
[
lg
=
PODZIA
PODZIA
Ł
Ł
ODRUCH
ODRUCH
Ó
Ó
W
W
1. ze wzgl
ę
du na zło
Ŝ
ono
ść
(ilo
ść
synaps pomi
ę
dzy
protoneuronem a motoneuronem):
•
monosynaptyczne (odruch proprioreceptywny)
•
oligosynaptyczne
•
polisynaptyczne (odruchy eksteroreceptywne)
2. ze wzgl
ę
du na rodzaj receptora:
•
proprioreceptywny (odruch własny mi
ęś
nia) – proprioreceptor
•
interoreceptywny – interoreceptor (zlokalizowany w
ś
cianach
narz
ą
dów wewn
ę
trznych)
•
eksteroreceptywny – eksteroreceptor (reaguj
ą
cy na bod
ź
ce
pochodz
ą
ce ze
ś
rodowiska zewn
ę
trznego
)
3.
ze wzgl
ę
du na poziom integracji:
•
rdzeniowe – odcinkowe i mi
ę
dzyodcinkowe
(protoneuron i motoneuron zwi
ą
zane s
ą
z tym samym lub
ró
Ŝ
nymi segmentami rdzenia kr
ę
gowego, odpowiednio)
•
podkorowe – nadodcinkowe – integrowane powy
Ŝ
ej
rdzenia kr
ę
gowego
•
korowe – nadodcinkowe
4.
ze wzgl
ę
du na rodzaj efektora:
•
somatyczne
•
wegetatywne (trzewno-ruchowe lub wydzielnicze)
5.
ze wzgl
ę
du na znaczenie biologiczne (3+1):
•
pokarmowe
•
seksualne
•
obronne
•
eksploracyjne
Cechy reakcji odruchowej (wg
Sherringtona):
1. po
ś
rednictwo OUN
2. jednokierunkowo
ść
przewodzenia
3. czas działania bod
ź
ca nie pokrywa
si
ę
z czasem reakcji
4. rekrutacja
5. promieniowanie
6. sumowanie stanu pobudzenia w
czasie i przestrzeni
7. konwergencja
8. dywergencja
Odruch jest to reakcja organizmu na
bodziec, zachodz
ą
ca przy udziale OUN
Elementy łuku odruchowego:
Elementy łuku odruchowego:
zredukowany (2-elementowy): droga
doo
ś
rodkowa – droga odo
ś
rodkowa
5-elementowy: receptor-droga
doo
ś
rodkowa (neuron czuciowy) –
o
ś
rodek (1 lub wi
ę
cej neuronów w OUN)
– droga odo
ś
rodkowa (neuron ruchowy) –
efektor (mi
ę
sie
ń
, kom. gruczołowa)
ODRUCH ZGI
Ę
CIA - odruch eksteroreceptywny,
odruch obronny
Bod
ź
cem adekwatnym do wywołania reakcji jest
bodziec
nocyceptywny
–
uszkadzaj
ą
cy. W
o
druchu zgi
ę
cia ma miejsce
hamowanie
antagonistyczne
- pobudzenie zginaczy przy
jednoczesnym hamowaniu prostowników po tej
samej stronie (ipsilateralnej)
P
Z
R
SKRZY
ś
OWANY ODRUCH WYPROSTNY
SKRZY
ś
OWANY ODRUCH WYPROSTNY
-
-
skoordynowany ruch dwóch ko
ń
czyn
Pobudzenie zginaczy powoduje
hamowanie prostowników po stronie
ipsilateralnej oraz pobudzenie prostowników
i hamowanie zginaczy po stronie przeciwnej
(kontralateralnej)
P
Z
P
Z
R
FIGURA DIAGONALNA
FIGURA DIAGONALNA
-
-
skoordynowany ruch czterech ko
ń
czyn
Pobudzenie ko
ń
czyny przedniej
Pobudzenie ko
ń
czyny tylnej
REAKCJE INTEGROWANE NA POZIOMIE RDZENIA KR
Ę
GOWEGO
REAKCJE INTEGROWANE NA POZIOMIE RDZENIA KR
Ę
GOWEGO