FIZJOLOGIA NERWÓW I MIĘŚNI

•

Budowa i podział neuronów, połączenia

•

Rodzaje synaps

•

Podstawowe pojęcia elektrofizjologii

•

Synapsa nerwowa, przekaźnictwo synaptyczne

•

Przewodzenie impulsów we włóknach nerwowych

•

Synapsa nerwowo-mięśniowa

•

Miary pobudliwości komórki/tkanki

•

Charakterystyka bodźców

•

Powstawanie stanu czynnego komórki

Fizjologia (od gr. physis - natura + logos - nauka) – nauka o czynnościach

(funkcjach) organizmów żywych. Bada prawa rządzące pracą narządów,
komórek, tkanek tych organizmów oraz mechanizmy komunikacji
wewnątrzustrojowej. Można wyróżnić:

•fizjologię roślin (fitofizjologia)

•fizjologię zwierząt

•fizjologię człowieka

•elektrofizjologię

•fizjologię układu nerwowego (neurofizjologia)

•fizjologię komórek (cytofizjologia)

•fizjologię mowy

•fizjologię patologiczną (patofizjologia)

•fizjologię drobnoustrojów

Neurofizjologia bada czynność układu nerwowego, szczególnie ośrodkowego
– OUN
Jednostka funkcjonalna OUN - odruch (łac. reflexus – odwrócony, odbity).

Podstawowe pojęcia elektrofizjologii:

Podstawowe pojęcia elektrofizjologii:

Pobudliwość

Pobudliwość - zdolność komórki lub tkanki do reagowania stanem
pobudzenia na bodziec w sposób swoisty: mięsień - skurczem, kom. nerwowa –
impulsem, tk. gruczołowa – wydzielaniem itd.

Pobudzenie

Pobudzenie

-

- zmiana stanu spoczynku na stan czynny; zmiany

fizykochemiczne w tkance/komórce wskutek działania bodźca. Aby wywołać
pobudzenie tkanka musi być pobudliwa, a bodziec odpowiednio silny.

Impuls nerwowy

Impuls nerwowy

- zmiana elektryczna lub fala depolaryzacji rozchodząca się

- zmiana elektryczna lub fala depolaryzacji rozchodząca się

wzdłuż włókna nerwowego (aksonu) i rejestrowana w postaci zmiany

wzdłuż włókna nerwowego (aksonu) i rejestrowana w postaci zmiany

potencjału

potencjału

Stymulacja

Stymulacja

– wywoływanie stanu czynnego działaniem bodźca

– wywoływanie stanu czynnego działaniem bodźca

Bodziec

Bodziec

-

- dostatecznie silna i szybka zmiana środowiska zewnętrznego lub

wewnętrznego wywołująca pobudzenie komórki lub tkanki
Stan spoczynku = potencjał błonowy = potencjał spoczynkowy –
wstępnie istniejąca różnica potencjałów pomiędzy wnętrzem a otoczeniem
komórki; polaryzacja (elektroujemność wnętrza względem powierzchni
zewnętrznej komórki); w komórce nerwowej wynosi -70mV
Depolaryzacja - zmniejszenie wstępnie istniejącej różnicy potencjałów
Hiperpolaryzacja - pogłębienie wstępnie istniejącej różnicy potencjałów

Podział bodźców ze względu na ich siłę:
Bodźce podprogowe – bodźce zbyt słabe do wywołania
pobudzenia,
Bodziec progowy – najmniejszy bodziec wywołujący
reakcję
Bodźce nadprogowe – bodźce o sile większej niż
progowy (im silniejszy bodziec tym silniejsza reakcja)
Bodziec maksymalny – najmniejszy bodziec wywołujący
maksymalną reakcję. Większy bodziec nie powoduje
zwiększania wielkości reakcji
Bodziec supramaksymalny lub ponadmaksymalny –
zwiększenie bodźca bez większego efektu, po określonej
sile bodziec supramaksymalny jest bodźcem
uszkadzającym mięsień.
Podział bodźców ze względu na swoistość:
Swoiste (adekwatne)
Nieswoiste (nieadekwatne)

Pod względem kierunku
przekazywania sygnału neurony
dzielimy na:

•czuciowe (dośrodkowe, aferentne,
wstępujące) - biegną od receptora do
ośrodka;

•ruchowe (odśrodkowe, eferentne,
zstępujące) – biegną z OUN do efektora;

•pośredniczące

(

kojarzeniowe,

interneurony) – występują m. in.
pomiędzy neuronami czuciowymi i
ruchowymi

Ośrodki nerwowe - skupiska
neuronów tworzących zespoły
czynnościowe:

•jądra – z wyraźnymi granicami
anatomicznymi, położone w OUN

•pola, strefy lub obszary – bez
wyraźnych granic, położone w OUN
(znaczenie funkcjonalne, a nie
morfologiczne)

•zwoje - poza mózgowiem lub
rdzeniem kręgowym

Cechy przewodnictwa impulsu w nerwach
1. Przewodzenie we włóknach rdzennych i
bezrdzennych – skokowe i ciągłe, odpowiednio
2. Zależność szybkości przewodzenia od średnicy
włókna nerwowego
Im większa średnica, tym większa prędkość (mniejszy
opór przewodnika)
3. Zależność szybkości przewodzenia od stopnia
zmielinizowania włókna nerwowego
Im bardziej zmielinizowane, tym większa prędkość
przewodzenia
4. Prawo izolowanego przewodnictwa
Impuls nerwowy nie przenosi się na równoległe
włókna nerwowe, nawet gdy nie posiada ono osłonek
5. Prawo jednokierunkowego przewodnictwa w
rdzeniu kręgowym – 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 mięśnia – motoneuron + włókna
mięśniowe, które ten motoneuron unerwia

Rodzaje skurczów mięśniowych:
1) izotoniczny – mięsień ulega skróceniu, napięcie się nie zmienia (zmienia się

długość, stałe napięcie), (skrócenie mięśnia)

2) izometryczny – długość taka sama, zmienia się napięcie (prioproreceptory),

(zmiana napięcia mięśniowego)

3) auksotoniczny – jednoczesne skrócenie i zwiększenie napięcia mięśnia (L > 0

oraz F > 0) (wykonana praca)

OUN – reguluje efekt skurczu mięśnia poprzez:
1) zmianę siły mięśnia (skurcz izometryczny, regulacja izometryczna)
2) zmianę szybkości skurczu (regulacja izotoniczna)

Siła skurczu mięśnia w organizmie zależy od:
1) liczby jednostek motorycznych biorących udział w skurczu
2) częstotliwości, z jaką poszczególne jednostki motoryczne są pobudzane
3) stopnia rozciągnięcia mięśnia przed jego skurczem

Miary pobudliwości tkanki /komórki

Krzywa Horvega – Weissa – Lapicque’a

si

ła

b

od

źc

a

c z a s d z i a ł a n i a b o d ź c a

C h

R

2 R

Próg pobudliwości najmniejsza siła
bodźca wywołującego reakcję

Czas użyteczny - najkrótszy czas
działania bodźca potrzebny do
wywołania reakcji

Reobaza (R) najmniejsze natężenie
prądu elektrycznego konieczne do
wywołania reakcji

Chronaksja (Ch) – czas użyteczny
dla bodźca o sile podwójnej reobazy
(2R)

Labilność - maksymalna
częstotliwość bodźców, na którą w
przedziale czasu odpowie
tkanka/komórka
Większa labilność – większa
pobudliwość

•

Im dłuższy czas działania

bodźca tym potrzebna jest
mniejsza jego siła do
wywołania pobudzenia

• Im większa siła bodźca 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

+

warunkują istnienie potencjału

spoczynkowego, natomiast jony Na

+

–

potencjału czynnościowego

- 9 0

- 8 0

- 7 0

- 6 0

- 5 0

- 4 0

- 3 0

- 2 0

- 1 0

0

+ 1 0

+ 2 0

+ 3 0

A

[ m V ]

I g l ic a ( 0 ,4 m s )

Z m i a n y n a s tę p c z e ( 8 0 - 1 1 5 m s )

u je m n y p o te n c ja ł n a s tę p c z y

( 1 0 - 1 5 m s )

d o d a tn i p o te n c ja ł n a s tę p c z y

( 7 0 - 1 0 0 m s )

z m ia n y

e le k t r o to n ic z n e

de

po

la

ry

za

cj

a

h ip e r p o la r y z a c ja

n a d s tr z a ł

p o t e n c ja ł s p o c z y n k o w y

p o te n c ja ł p r o g o w y ( k r y t y c z n y )

zm

ia

ny

p

o

bu

d

liw

o

śc

i

z m ia n y

e le k tr o to n i c z n e

z a s a d n ic z y o k r e s

r e f r a k c ji w z g lę d n e j

+

_

r e f r a k c ja

b e z w z g lę d n a

( 0 , 5 - 1 m s )

r e f r a k c ja

w z g lę d n a

e g z a lta c ja

( n a d p o b u d liw o ś ć )

Podłoże jonowe potencjału czynnościowego

grup

a

podgrup

a

średnic

a (m)

szybkość

przewodze

nia (m/s)

osłonk

a

przynależn

ość do UN

występowanie

A

α

12-20

70-120

mielina

somatyczne

wł. niektórych protoneuronów

(dendryty) i motoneuronów (aksony)

β

5-12

30-70

somatyczne

dendryty protoneuronów dotyku i ucisku

γ

3-6

15-30

somatyczne

aksony motoneuronów

δ

2-5

12-30

somatyczne

dendryty protoneuronów bólu i

temperatury

B

ok. 3

13-15

autonomiczn

e

i bólowe

wł. autonomiczne przedzwojowe

C

s

0,4-1,3

0,5-2

nagie

autonomiczn

e

i bólowe

wł. sympatyczne zazwojowe

dr

wł. aferentne korzeni grzbietowych

Podział włókien ze względu na budowę anatomiczną, funkcje i
występowanie

stężenie (mol / ml)

jon

strona zewnętrzna

strona wewnętrzna

E

potencjał równowagi

(mV)

K

+

4

155

– 90

Cl

–

120

5

– 90

Aniony organiczne

7

155

– 90

Na

+

145

10

+65

Podłoże jonowe potencjału spoczynkowego (błonowego)

Podłoże jonowe potencjału spoczynkowego (błonowego)

Równanie Nernst’a – potencjał równowagi dla jonów

Równanie Nernst’a – potencjał równowagi dla jonów

R

R

– stała gazowa;

– stała gazowa;

T

T

– temperatura absolutna ustroju;

– temperatura absolutna ustroju;

F

F

– stała

– stała

Faraday’a

Faraday’a

wew

X

zew

X

F

RT

E

]

[

]

[

lg



PODZIAŁ

PODZIAŁ

ODRUCH

ODRUCH

ÓW

ÓW

1. ze względu na złożoność (ilość synaps pomiędzy

protoneuronem a motoneuronem):

• monosynaptyczne (odruch proprioreceptywny)

• oligosynaptyczne

• polisynaptyczne (odruchy eksteroreceptywne)

2. ze względu na rodzaj receptora:

• proprioreceptywny (odruch własny mięśnia) –

proprioreceptor

• interoreceptywny – interoreceptor (zlokalizowany w

ścianach narządów wewnętrznych)

• eksteroreceptywny – eksteroreceptor (reagujący na

bodźce pochodzące ze środowiska zewnętrznego

)

3.

ze względu na poziom integracji:

•

rdzeniowe – odcinkowe i międzyodcinkowe
(protoneuron i motoneuron związane są z tym
samym lub różnymi segmentami rdzenia
kręgowego, odpowiednio)

•

podkorowe – nadodcinkowe – integrowane
powyżej rdzenia kręgowego

•

korowe – nadodcinkowe

1. ze względu na rodzaj efektora:

•

somatyczne

•

wegetatywne (trzewno-ruchowe lub wydzielnicze)

1. ze względu na znaczenie biologiczne (3+1):

•

pokarmowe

•

seksualne

•

obronne

•

eksploracyjne

Cechy reakcji odruchowej (wg

Sherringtona):

1.pośrednictwo OUN
2.jednokierunkowość

przewodzenia

3.czas działania bodźca nie

pokrywa się z czasem reakcji

4.rekrutacja
5.promieniowanie
6.sumowanie stanu pobudzenia

w czasie i przestrzeni

1.konwergencja

1.dywergencja

Odruch jest to reakcja
organizmu na bodziec,
zachodząca przy udziale OUN

Elementy łuku odruchowego:

Elementy łuku odruchowego:
zredukowany (2-elementowy):
droga doośrodkowa – droga
odośrodkowa
5-elementowy: receptor-droga
doośrodkowa (neuron czuciowy) –
ośrodek (1 lub więcej neuronów w
OUN) – droga odośrodkowa (neuron
ruchowy) – efektor (mięsień, kom.
gruczołowa)

ODRUCH ZGIĘCIA - odruch
eksteroreceptywny, odruch obronny

Bodźcem adekwatnym do wywołania reakcji
jest bodziec

nocyceptywny

–

uszkadzający. W o

druchu zgięcia ma

miejsce

hamowanie antagonistyczne

-

pobudzenie zginaczy przy jednoczesnym
hamowaniu prostowników po tej samej
stronie (ipsilateralnej)

P

Z

R

SKRZYŻOWANY ODRUCH WYPROSTNY

SKRZYŻOWANY ODRUCH WYPROSTNY

-

-

skoordynowany ruch dwóch kończyn

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
kończyn

Pobudzenie kończyny
przedniej

Pobudzenie kończyny
tylnej

REAKCJE INTEGROWANE NA POZIOMIE RDZENIA

REAKCJE INTEGROWANE NA POZIOMIE RDZENIA

KRĘGOWEGO

KRĘGOWEGO