Czynność komórek
nerwowych i
mięśniowych
Pobudliwość i
pobudzenie
• Pobudzenie (excitation) jest to
zmiana właściwości błony
komórkowej lub metabolizmu
komórkowego pod wpływem
czynników działających z zewnątrz
komórki, czyli pod wpływem
bodźców.
• W warunkach fizjologicznych
bodźcami działającymi na
przeważającą liczbę komórek w
organizmie są przekaźniki chemiczne.
Komórki natomiast, tworzące w
organizmie narządy odbiorcze, czyli
receptory, odbierają w warunkach
fizjologicznych również bodźce
fizyczne w różnej postaci, np. fal
świetlnych, fal akustycznych, energii
cieplnej, energii mechanicznej (jako
ucisk lub rozciąganie itp.).
• Bodźce fizjologiczne są to takie
bodźce, które nie uszkadzają komórki
wywolują całkowicie odwracalne
procesy.
• Pobudliwość (excitability) jest to zdolność
reagowania na bodziec.
• do pobudliwych zalicza się te tkanki, których
komórki szybko odpowiadają na bodźce.
• Są to tkanki zbudowane z komórek
nerwowych i ich wypustek oraz z komórek
mięśniowych: mięśni poprzecznie
prążkowanych, mięśni gładkich i mięśnia
sercowego.
• W komórkach mięśniowych i
nerwowych pod wpływem bodźca
dochodzi do wędrówki jonów do
wnętrza komórki, a następnie z
wnętrza komórki na zewnątrz. Tym
szybkim wędrówkom przez błonę
komórkową jonów obdarzonych
ładunkiem elektrycznym towarzyszą
wahania potencjału elektrycznego.
Potencjał spoczynkowy
• Pomiędzy wnętrzem komórek tkanek
pobudliwych a płynem
zewnątrzkomórkowym występuje
stale w spoczynku różnica potencjału
elektrycznego, czyli potencjał
spoczynkowy błony komórkowej
(resting membrane potential).
Potencjał spoczynkowy
• Jest on spowodowany właściwościami
błony komórkowej, przez ktorą jony o
dodatnim ładunku elektrycznym
przenikają z trudnością.
• Stężenie poszczególnych jonów w
płynie wevrnątrzkomórkowym nie
zmienia się, jeśli metabolizm nie
ulegnie zmianie i jeśli na błonę
komórkową nie działają bodźce z
zewnątrz. W tych warunkach
wytwarza się równowaga pomiędzy
stężeniem poszczególnych jonów
na zewnątrz i wewnątrz komórek.
Pompa sodowo-potasowa
• Utrzymanie wewnątrz komórek
dużego stężenia K+ i małego
stężenia Na+ wymaga aktywnego
transportu obu tych kationów przez
błonę komórkową przeciwko
gradientowi stężeń.
• Napęd pompy sodowo-potasowej
wiąże się z metabolizmem
wewnątrzkomórkowym. Okolo
30% całego metabolizmu
komórkowego tkanek pobudliwych
jest zużywane na napęd pompy
sodowo-potasowej.
Optymalna praca pompy i związana z tym
optymalna pobudliwość wymagają:
• 1) stałego dopływu do komórek tlenu i
substancji energetycznych (glukozy);
• 2) stałej resyntezy ATP z ADP i fosforanu w
procesie oddychania komórkowego;
• 3) stałego odprowadzania z komórek
ostatecznego produktu rozpadu substancji
energetycznych - dwutlenku węgla;
• 4) odpowiedniego stosunku kationów
[Na+] do [K+] w płynie
zewnątrzkomórkowym;
• 5) odpowiedniej temperatury dla procesów
enzymatycznych wewnątrzkomórkowych,
jaką jest 37°C.
• Wystarczy zmiana jednego z wymienionych
warunków, aby nastąpiło zwolnienie lub
zatrzymanie pompy sodowo-potasowej.
• Po zatrzymaniu pompy następuje
wyrównanie stężenia Na+ i K+ po obu
stronach błony komórkowej i zanika różnica
potencjałów elektrycznych pomiędzy
wnętrzem komórki a otoczeniem.
• Po wyrównaniu różnicy
potencjałów pomiędzy wnętrzem
komórki a jej otoczeniem wskutek
zatrzymania pompy komórki tkanek
pobudliwych tracą swoje
właściwości. Przestają reagować na
bodźce i stają się niepobudliwe.
Komórka nerwowa
• W organizmie człowieka znajduje się około 30
miliardów komórek nerwowych, czyli neuronów.
• Znaczna większość z nich skupia się w
ośrodkowym układzie nerwowym.
• Stosunkowo niewielka ich liczba występuje poza
ośrodkowym układem nerwowym w zwojach
nerwowych. Są to zwoje nerwowe nerwów
czaszkowych i nerwów rdzeniowych oraz zwoje
nerwowe należące do układu autonomicznego.
• Zasadniczą funkcją
neuronu jest
przekazywanie
informacji
zakodowanych w postaci
impulsów nerwowych.
• W organizmie człowieka występują
zarówno neurony o krótkich
aksonach rozgałęziających się w
pobliżu ciała komórki, jak i o długich
aksonach, z których najdłuższe mają
około 1,2 m.
• Jedne z największych komórek
nerwowych w organizmie człowieka,
o długich aksonach, występują w
jądrach ruchowych pnia mózgu i
rdzenia kręgowego.
• Aksony tych komórek biegną w
nerwach czaszkowych lub nerwach
rdzeniowych do mięsni
szkieletowych, gdzie znajdują się ich
zakończenia.
Odmienną budowę mają
neurony czuciowe w zwojach
rdzeniowych
• Jedna ich wypustka, długa, podobna do
aksonu, odbiera pobudzenie z
receptorów i przewodzi je w postaci
impulsów nerwowych do ciała
komórkowego.
• Za pośrednictwem zaś krótszej wypustki,
wstępującej do rdzenia kręgowego,
neurony przekazują do innych komórek
nerwowych impulsy nerwowe.
Potencjał czynnościowy
• Bodziec działając na błonę
komórkową neuronu zmienia jej
właściwości, co z kolei wywołuje
potencjał czynnościowy.
Depolaryzacja błony
komórkowej
• Zjawisko napływania jonów Na+ do
wnętrza neuronu, co powoduje wyrównanie
ładunków elektrycznych pomiędzy
wnętrzem a otoczeniem.
– Jony Na+ początkowo wnikają do wnętrza
neuronu tylko w miejscach zadziałania bodźca.
Z chwilą wyrównania ładunków elektrycznych w
tym jednym miejscu depolaryzacja zaczyna się
rozszerzać na sąsiednie odcinki błony
komórkowej, przesuwając się również wzdłuż
aksonów.
Impuls nerwowy
• Impulsem nerwowym jest
przesuwanie się fali
depolaryzacji od miejsca
zadziałania bodźca na błonę
komórkową aż do zakończenia
neuronu.
• Miejsce stykania się ze sobą błony
komórkowej zakończenia aksonu z
błoną komórkową drugiej komórki
nosi nazwę synapsy.
• Błonę komórkową neuronu
przekazującego impuls przyjęto
nazywać błoną presynaptyczną,
błona komórkowa neuronu
odbierającego impuls nosi zaś nazwę
błony postsynaptycznej.
Postsynaptyczny potencjał
pobudzający
• Z zakończeń aksonów w obrębie
synaps wydzielają się przekaźniki
chemiczne, czyli transmittery, które
zmieniają właściwości błony
postsynaptycznej.
Postsynaptyczny potencjał
pobudzający c.d.
• Pod wpływem cząsteczek transmittera, który
pośredniczy w przewodzeniu przez synapsę
impulsów pobudzających, jony Na+ wnikają do
wnętrza neuronu odbierającego impuls nerwowy.
• Zmniejszenie się ujemnego potencjału
wewnątrzkomórkowego przyjęto nazywać
postsynaptycznym potencjałem pobudzającym
- EPSP (excitatory postsynaptic potential),
• synapsy wywołujące depolaryzację błony
komórkowej noszą zaś nazwę synaps
pobudzających.
Potencjał iglicowy
• Pod wpływem transmittera
wydzielającego się na synapsach
pobudzających depolaryzacja błony
komórkowej neuronu osiąga pewien
próg, przy którym dochodzi do
wyzwolenia potencjału iglicowego.
• Potencjał progowy czyli krytyczny
potencjał błony komórkowej ciała
neuronu.
• Po szybko
narastającej
depolaryzacji
zakończonej
nadstrzałem
następuje
repolaryzacja
błony
komórkowej,
Potencjał następczy
• Zjawisko zwalniania repolaryzacji
błony komórkowej neuronu po
powrocie ujemnego potencjału
wewnątrzkomórkowego i po
przekroczeniu potencjału progowego.
Postsynaptyczny potencjał
hamujący
• Transmitter hamujący zmienia właściwości
błony komórkowej w ten sposób, że jony K+
uciekają z wnętrza neuronu na zewnątrz i
jednocześnie jony Cl- wnikają do wnętrza.
• Ubywanie jonów o dodatnim ładunku
elektrycznym i przybywanie jonów o
ładunku ujemnym powoduje zwiększenie
ujemnego potencjału elektrycznego we
wnętrzu komórki.
Transmittery pobudzające
• Do transmitterów chemicznych
pobudzających zalicza się
acetylocholinę, aminy (dopamina,
adrenalina, noradrenalina, serotonina
i histamina) oraz aminokwasy (sole
kwasu asparaginowego i
glutaminowego).
Transmittery hamujące
• Zasadniczym transmitterem
hamującym jest kwas gamma-
aminomasłowy - GABA powstający
w wyniku dekarboksylacji
aminokwasu - kwasu glutaminowego.
Modulatory synaptyczne
• poza transmitterami z pęcherzyków
synaptycznych uwalniają się również
związki o większej cząsteczce,
którym przypisuje się rolę
modulatorów synaptycznych.
Modulatory synaptyczne
• Do związków tych zalicza się biologicznie
aktywne peptydy. (wazopresyna
argininowa, neurotensyna, cholecystokinina)
• Modulatory synaptyczne uwolnione z
zakonczeń nerwowych oddziałują na błonę
postsynaptyczną i presynaptyczną.
• Aktywują lub inaktywują enzymy
występujące w tych błonach, tym samym
zmieniają właściwości błon komórkowych,
wzmacniając lub tłumiąc działanie
transmitterów.
Hamowanie
presynaptyczne
W zależności od lokalizacji synaps na błonie
postsynaptycznej neuronu odbierającego dzielą
się one na trzy zasadnicze rodzaje:
1)
dendrytów, zwane synapsą aksono-
dendrytyczną,
2)
ciała neuronu, czyli synapsa aksono-
somatyczna,
3)
aksonów, zwane synapsą aksono-aksonalną.
• Neurony kończące się synapsami
pobudzającymi mogą również
hamować przekazywanie impulsów
przez inne neurony pobudzające w
wyniku hamowania
presynaptycznego.
• Ten typ hamowania wywołują synapsy
aksono-aksonalne.
Błona komórkowa ciała neuronu i
odcinka początkowego aksonu:
I w spoczynku,
II - w czasie depolaryzacji ciała
neuronu,
III - w czasie przewodzenia
depolaryzacji wzdłuż aksonu bez
osłonki mielinowej.
Przewodzenie impulsów we
włóknach bezrdzennych.
Błona komórkowa ciała neuronu i
odcinka początkowego aksonu:
I w spoczynku,
II - w czasie depolaryzacji ciała
neuronu,
III - w czasie przewodzenia
skokowego depolaryzacji wzdłuż
aksonu z osłonką mielinową.
Przewodzenie impulsów
we włóknach rdzennych.
Grupy włókien nerwowych
• Włókna nerwowe dzieli się zarówno
pod względem morfologicznym, jak i
czynnościowym.
Morfologiczne kryteria
podziału
odnoszą się do:
• obecności lub braku osłonki
mielinowej,
• średnicy aksonów,
• miejsca występowania:
– zarówno w ośrodkowym układzie
nerwowym, gdzie tworzą drogi nerwowe,
jak i obwodowym układzie nerwowym,
gdzie są skupione w postaci nerwów.
Czynnościowe kryteria
podziału
pod względem czynnościowym
włókna nerwowe dzielą się na
przewodzące impulsy:
• z obwodu do ośrodków - są to włókna
dośrodkowe, czyli aferentne,
• z ośrodków na obwód - włókna
odśrodkowe, czyli eferentne,
Mięśnie poprzecznie
prążkowane
Komórka mięśniowa:
Miesień poprzecznie
prążkowany, czyli
szkieletowy, jest
zbudowany z wielu
tysięcy komórek
mięśniowych
tworzących pęczki.
• Włókienko mięśniowe, czyli
miofibryla, ma odcinki o większym i
mniejszym współczynniku załamania
światła występujące naprzemiennie.
• Odcinki silniej załamujące światło
tworzą ciemniejsze prążki zwane
prążkami anizotropowymi (A),
odcinki słabiej załamujące światło
tworzą zaś jasne prążki izotropowe
(I),
Sarkomer
Sarkomer obejmuje
jeden cały prążek
anizotropowy i
sąsiadujące z nim dwie
połówki prążka
izotropowego.
• Prążek anizotropowy tworzą nitki
grube miozyny, prążek izotropowy
zaś nitki cienkie aktyny, które są
doczepione do błony granicznej Z.
• Błona Z dzieli każdy prążek
izotropowy na dwie połówki, należące
do dwóch sąsiednich sarkomerów.
• W czasie skracania się komórki
mięśniowej nitki aktyny tworzące
prążki izotropowe wsuwają się
pomiędzy nitki miozyny i dzięki
temu wszystkie prążki I nikną.
• W rozkurczu nitki aktyny wysuwają
się spomiędzy nitek miozyny i prążki
I ponownie stają się widoczne.
Skurcze mięśni
• Pod wpływem działającego na komórkę
mięśniową pojedynczego bodźca o sile
progowej lub wyższej od progowej jego
błona komórkowa ulega depolaryzacji, po
której następuje skurcz całej komórki.
• Bodziec podprogowy me wywołuje
depolaryzacji błony komórkowej i komórka
mięśniowa nie kurczy się.
• Komórka mięśniowa odpowiada na bodziec
zgodnie z prawem „wszystko albo nic”,
Wyróżnia się dwa rodzaje
pojedynczych skurczów mięśni
szkieletowych
• izotoniczne
• (W czasie skurczu izotonicznego komórki
mięśniowe skracają się i cały miesień ulega
skróceniu, jego napięcie zaś nie zmienia się.
Przyczepy mięśnia w układzie szkieletowym
zbliżają się do siebie).
• izometryczne
• (Skurcz izometryczny charakteryzuje się
wzrostem napięcia mięśnia bez zmian jego
długości. Przyczepy mięśnia w układzie
szkieletowym nie zmieniają swojej
odległości).
• Powtarzające się z pewną
częstotliwością bodźce nadprogowe
wywołują kolejne skurcze mięśnia.
• Przy pewnej częstotliwości bodźca
zaczyna występować zjawisko
sumowania się skurczów
pojedynczych.
• Dochodzi do skurczu tężcowego
zupełnego lub do skurczu
tężcowego niezupełnego.
• Skurcz tężcowy zupełny występuje
wtedy, kiedy bodźce pobudzają
miesień w odstępach czasu krótszych,
niż trwa skurcz pojedynczy.
• Pobudzanie mięśnia w odstępach
czasu dłuższych niż czas trwania
skurczu pojedynczego pozwala na
częściowy rozkurcz mięśnia pomiędzy
bodźcami.
• Pobudzenie wszystkich komórek
mięśniowych wywołuje skurcz
maksymalny.
Jedna komórka nerwowa, jej
wypustka biegnąca do mięśnia i
wszystkie komórki mięśniowe
przez nią unerwione stanowią
jednostkę motoryczną.
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.
Napięcie mięśniowe jest
regulowane:
• przez nadrzędne ośrodki ruchowe w
ośrodkowym układzie nerwowym.
2. dzięki samoregulacji (muscle tonus
regulation).
Samoregulacja napięcia
mięśniowego
• Rozciągnięcie mięśnia wyzwala
odruchowy wzrost jego napięcia.
• Na przykład skurcz izotoniczny zginaczy
powoduje jednoczesne rozciągnięcie mięśni
antagonistycznych, czyli prostowników, i
wzrost ich napięcia mięsniowego na drodze
odruchowej.
W mięśniach szkieletowych
występują dwa rodzaje
komórek mięśniowych:
• komórki ekstrafuzalne
• komórki intrafuzalne
Komórki mięśniowe
intrafuzalne
• w swej części środkowej nie mają poprzecznego
prążkowania i część ta nie kurczy się.
• są skupione w pęczki, czyli wrzecionka
nerwowo-mięśniowe, które otacza torebka
łącznotkankowa.
• wrzecionka nerwowo-mięśniowe przyczepiają
się swoimi końcami do komórek
ekstrafuzalnych. We wrzecionkach tych
znajdują się receptory wrażliwe na rozciąganie
mięśnia.
Komórki mięśniowe
ekstrafuzalne
• stanowią podstawową masę każdego mięśnia
szkieletowego,
• unerwione są przez duże neurony ruchowe,
zwane neuronami alfa.
• Komórki intrafuzalne unerwiają mniejsze
neurony ruchowe, zwane neuronami gamma.
• Pobudliwość receptorów wrażliwych na
rozciąganie we wrzecionkach nerwowo-
mięśniowych jest regulowana przez neurony
gamma.
Wrzecionko nerwowo-mięśniowe.
W nerwie mięśniowym biegną
włókna aferentne:
pierwotne od zakończeń
pierścieniowato-spiralnych (IA),
wtórne - od zakończeń w postaci
„wiązanki kwiatów",
oraz wlokna eferentne kończące
się zakończeniami synaptycznymi
nerwowo-mięśniowymi w
odcinkach poprzecznie
prążkowanych intrafuzalnych
komórek mięśniowych (wg
Barkera).
• W każdej jednostce motorycznej
występuje jedna komórka nerwowa,
która łączy się z komórkami
mięśniowymi za pomocą zakończeń
aksonu.
• Miejsce stykania się wypustki komórki
nerwowej, czyli aksonu, z komórką
mięśniową nosi nazwę zakończenia
synaptycznego nerwowo-
mięśniowego (terminatio synapsis
neuromuscularis).
Mięśnie gładkie
• Komórka mięśniowa gładka
(myocytus glaber) w odróżnieniu od
komórki mięśniowej poprzecznie
prążkowanej nie ma jednostek
kurczliwych w postaci sarkomerów.
Komórki mięśniowe gładkie występują
w organizmie w dwóch różnych pod
względem czynnościowym
skupieniach. Tworzą one:
1. Wielojednostkowe mięśnie
gładkie, w których poszczególne
komórki kurczą się niezależnie i
pobudzenie nie przenosi się z jednej
komórki na drugą. Występują w
ścianach naczyń krwionośnych i w
tęczówce.
2. Trzewne mięśnie gładkie
stanowiące warstwy lub pierścienie
równolegle ułożonych komórek, w
których pobudzenie przenosi się z
jednej komórki na drugą. Trzewne
mięśnie gładkie występują w
ścianach przewodu pokarmowego, w
moczowodach, pęcherzu moczowym
i macicy.
Mięśnie gładkie kurczą się pod
wpływem:
• Samoistnego pobudzenia
które występuje rytmicznie w
niektórych komórkach trzewnych
mięśni gładkich. Pobudzenie szerzy
się na komórki sąsiednie
doprowadzając cały miesień do
skurczu. Komórki te spełniają funkcję
rozrusznika dla pozostałych komórek..
Mięśnie gładkie kurczą się pod
wpływem:
• Czynnika miejscowego
mechanicznego lub chemicznego
działającego bezpośrednio na
komórki, np. rozciąganie mięśnia,
zmiany pH, wzrost prężności
dwutlenku węgla.
Mięśnie gładkie kurczą się pod
wpływem:
• Związków chemicznych
wytworzonych w odległych tkankach
i przenoszonych drogą humoralną -
kontrola humoralna, np. hormony
rdzenia nadnerczy.
Mięśnie gładkie kurczą się pod
wpływem:
• Związków chemicznych
wydzielonych z aksonów neuronów
należących do układu
autonomicznego,
czyli na zasadzie kontroli nerwowej
za pośrednictwem uwalnianych
transmitterów.
Na komórki mięśniowe gładkie
działają dwa transmittery:
• noradrenalina (NA) wydzielana na
zakończeniach neuronów zazwojowych
należących do układu współczulnego
(pars sympathica systematis
autonomici)
• acetylocholina (ACh) wydzielana na
zakończeniach neuronów układu
przywspółczulnego (pars
parasympathica systematis autonomici).
Mięsień sercowy
Mięsień sercowy składa się w istocie
z dwóch mięśni. Są to:
• miesień przedsionków i
• miesień komór,
odgrodzone od siebie pierścieniami
włóknistymi (anuli fibrosi)
otaczającymi ujścia przedsionkowo-
komorowe (ostia atrioventricularia).
• Siła skurczu mięśnia sercowego
zależy od początkowej długości jego
komórek, podobnie jak to występuje
w mięśniach poprzecznie
prążkowanych szkieletowych.
• Energię potrzebną do skurczów
miesień sercowy czerpie ze
składników odżywczych.
• Są nimi w 60% tłuszcze, których
połowę stanowią wolne kwasy
tłuszczowe – FFA, w 35%
węglowodany oraz aminokwasy, ciała
ketonowe, kwas mlekowy i kwas
pirogronowy.
Komórki układu
przewodzącego serca
• Poza komórkami mięśnia
przedsionków i mięśnia komór
występują w sercu komórki układu
przewodzącego.
Komórki układu
przewodzącego
W komórkach tych brak jest wyraźnego
poprzecznego prążkowania, są bogate w glikogen i
zawierają więcej sarkoplazmy.
Lezą bezpośrednio pod wsierdziem tworząc
skupienia:
• węzeł zatokowo-przedsionkowy, czyli węzeł
Keitha-Flacka,
• węzeł przedsionkowo-komorowy, czyli węzeł
Aschoffa-Tawary,
• pęczek przedsionkowo-komorowy, czyli pęczek
Palladino-Hisa, który dzieli się na dwie odnogi
kończące się komórkami mięśniowymi sercowymi
przewodzącymi (włóknami Purkinjego).
• komórki układu przewodzącego
samoistnie i rytmicznie pobudzają
się. Tworzą tym samym rozrusznik
(pacemaker) dla całego mięśnia
sercowego
• komórki węzła zatokowo-
przedsionkowego
narzucają swój rytm wszystkim
pozostałym komórkom układu
przewodzącego i komórkom całego
mięśnia sercowego.
KONIEC