Czynność komórek nerwowych(cz.2)
Pobudliwość- jest to zdolność reagowania na bodziec.
Tkanki pobudliwe-to te które szybko odpowiadają na bodźce. Są to tkanki zbudowane z komórek nerwowych i ich wypustek oraz z komórek mięśni poprze cznie prążkowanych, gładkich i mięśnia sercowego.
Pobudzenie- jest to zmiana właściwości błony komórkowej lub metabolizmu komórkowego pod wpływem bodźców (chemicznych lub fizycznych) czyli czynników działających z zewnątrz na komórki.
Potencjał spoczynkowy błony komórkowej-Pomiędzy wnętrzem komórek tkanek pobudliwych, a płynem zewnątrz komórkowym występuje w spoczynku stale ujemny potencjał spoczynkowy błony komórkowej, który w kom.neuronu wynosi od –60 do-80mV, a w kom.m.poprzecznie prążkowanych od –80 do –90mV.
Potencjał spoczynkowy błony komórkowej-W zależności od stanu czynnościowego komórki, białka błony komórkowej tworzące kanały jonowe dla prądów poszczególnych jonów otwierają się lub zamykają się.
Potencjał spoczynkowy błony komórkowej, Pompa sodowo-potasowa:
Utrzymanie wewnątrz komórki dużego stężenia jonów K+ i małego Na+ wymaga aktywnego transportu obu tych kationów przez błonę komórkową przeciwko gradientowi stężeń.
Pompa sodowo-potasowa-Enzym transportujący jony Na+ i K+ przez błonę komórkową wbrew gradientowi stężeń wymaga nakładu energii, którą czerpie z hydrolizy ATP do ADP w obecności jonów magnezowych.
Nosi on nazwę Na-K-ATP-aza, która jest aktywowana przez jony Na+ i K+.
Energia wyzwolona z rozpadu 1 mol ATP do ADP jest wykorzystana na transport 3moli Na+ z komórki i 2 moli K+ do komórki.
Pompa sodowo-potasowa-Prawidłowa jej praca zależy od:
1.Stałego dopływu tlenu i substancji energetycznych do komórek
2.Stałej resyntezy ATP z ADP i fosforanu w procesie oddychania komórkowego
3.Stałego odprowadzania z komórek CO2.
4.Odpowiedniego stosunku kationów Na+ do K+ w płynie zewnątrzkomórkowym
5.Odpowiedniej temperatury dla procesów enzymatycznych wewnątrzkomorkowych, która wynosi 37o C.
Komórka nerwowa-W organiźmie człowieka znajduje się około 1 biliona komórek nerwowych i od kilkunastu do kilkudziesięciu razy więcej komórek podporowych czyli glejowych.
Znaczna większość komórek nerwowych jest skupiona w ośrodkowym układzie nerwowym, a niewielka ich ilość występuje poza tj w zwojach nerwów czaszkowych, rdzeniowych, układu autonomicznego i splotach p. pokarmowego.
Neuron składa się z ciała komórkowego i z 2 rodzajów wypustek tj. aksonu i licznych dendrytów.
Zasadniczą funkcją neuronu jest przekazywanie informacji zakodowanej w postaci impulsów nerwowych.
Ciała neuronów są zasadniczym miejscem metabolizmu i syntezy składników komórkowych.
Wyróżnia się dwa rodzaje transportu od ciała neuronu do aksonu: -transport szybki, -transport wolny.
Neurony o krótkich aksonach są pozbawione osłonki mielinowej i tworzą włókna bezrdzenne.
Neurony o długich aksonach biegnące przez istotę białą w ośrodkowym u.n. i w nerwach rdzeniowych mają osłonkę rdzenną i noszą nazwę włókien rdzennych.
Dendryty-przewodzą impulsy nerwowe w kierunku do ciała komórkowego.
Potencjał czynnościowy-Bodziec działając na błonę komórkową neuronu zmienia jej właściwości, co wywołuje potencjał czynnościowy.
Impuls nerwowy-jest to przesuwanie się fali depolaryzacji od miejsca zadziałania bodźca na błonę komórkową aż do zakończeń neuronu.
Synapsa-jest to miejsce stykania się ze sobą błony komórkowej zakończenia aksonu z błoną komórkową drugiej komórki.
Błona presynaptyczna-błona komórkowa neuronu przekazującego impuls.
Błona postsynaptyczna- błona komórkowa neuronu odbierającego impuls.
Transmittery -Są to przekaźniki chemiczne wydzielane z zakończeń aksonów w obrębie synapsy, zmieniające właściwości błony postsynaptycznej.
Po ich związaniu z receptorem błonowym następuje aktywacja sodowa i otwierają się kanały dla dokomórkowego prądu sodowego i tj depolaryzacja i po 0,5ms następuje inaktywacja sodowa z jednoczesną aktywacją potasową-wychodzenie K+ z komórki tj.repolaryzacja.
Transmittery chemiczne pobudzające: Acetylocholina, Dopamina, Noradrenalina, Serotonina, Adenozyna, Sole kwasu asparaginowego i glutaminowego.
Transmittery synaptyczne pobudzające – tlenek azotu.
Transmitter hamujący-GABA- kwas gamma –aminomasłowy prowadzi do hiperpolaryzacji błony postsynaptycznej czyli powstaje postsynaptyczny potencjał hamujący.
Modulatory synaptyczne:
1.Są to związki o większych cząsteczkach uwalniane poza transmitterami w czasie egzocytozy z pęcherzyków synaptycznych
2.Działają na błonę pre- i postsynaptyczną.
3.Aktywują lub inaktywują enzymy błonowe wpływając na inter- i ekster- nalizację receptorów błon komórkowych.
4.Wykryto je w podwzgórzu, przysadce oraz w przewodzie pokarmowym.
5.Osobną grupę modulatorów stanowią peptydy opioidowe-działające tłumiąco na przewodnictwo synaptyczne.
6.Przewodnictwo synaptyczne modulują też adenozynotrifosforany i prostoglandyny.
Kontrola ekspresji genów:
Przepływ informacji między neuronami :
1.procesy zachodzące w błonie komórkowej
2.synteza transmitterów i modulatorów
3.stale postępujący i wsteczny przepływ substancji chemicznych (peptydy)
4.po wniknięciu do jądra komórki oddziaływują na aparat genetyczny.
5.przyspieszają lub opóźniają proces transkrypcji mRNA dla polipeptydów (pełniących rolę modulatorów) i białek (uczestniczących w syntezie transmitterów)
6.Dzięki kontroli ekspresji genów w aparacie genetycznym jądra komórkowego neurony wzajemnie oddziaływują na siebie.
Hamowanie presynaptyczne-W zależności od umiejscowienia na błonie post synaptycznej neuronu odbierającego synapsy dzielą się na 3 rodzaje(są to zakończenia syna ptyczne aksonów na błonie postsynaptycznej):
Dendrytów-synapsa aksono-dendrytyczna
Ciała neuronu-synapsa aksono-somatyczna
Aksonów-synapsa aksono-aksonalna.
Przewodzenie impulsów we włóknach bezrdzennych-Polega na przesuwającej się w sposób ciągły fali depolaryzacji, za którą postępuje repolaryzacja.Przewodzone są one na zmianę z narastającą i zmniejszającą się częstotliwością. Dzięki temu tworzą one salwy impulsów.
Grupy włókien nerwowych-Podział pod względem:
-morfologicznym (występowanie lub nie osłonki mielinowej, do średnicy aksonu)
-czynnościowym(w zależności miejsca przewodzenia impulsów)
Morfologiczne-tworzą w ośrodkowym układzie nerwowym drogi nerwowe, a w obwodowym układzie nerwowym tworzą skupiska w postaci nerwów.
Czynnościowe-
włókna dośrodkowe czyli aferentne (przewodzące impuls z obwodu do ośrodka), stanowią część łuków odrucho wych somatycznych i autonomicznych.
włókna odśrodkowe czyli eferentne (przewodzące impuls z ośrodka na obwód) są to nerwy czaszkowe i rdzeniowe.
Nerwy czaszkowe i rdzeniowe-W organiźmie człowieka znajduje się: 12 par nerwów czaszkowych, 31 par nerwów rdzeniowych.
We wszystkich nerwach czaszkowych i rdzeniowych biegną włókna aferentne, pokryte osłonką mielinową lub bez osłonki.
Włókna eferentne opuszczają oś.u.n.i biegną do:
-m.szkieletowych p.p.i tworzą układ somatyczny lub
-m.gładkich i gruczołów tworząc układ autonomiczny
Nerwy rdzeniowe: 7 nerwów szyjnych, 12 nerwów piersiowych , 5 nerwów lędźwiowych, 5 nerwów krzyżowych, 2 nerwy guziczne.
Komórki glejowe: *Są one znacznie liczniejsze niż nerwowe. *Nie przewodzą impulsów. *Pełnią funkcję podporową dla komórek nerwowych. *Wychwytują i metabolizują transmittery-wpływając na przewodnictwo synaptyczne. *Dzielą się na neuroglej(astrocyty, oligodendrocyty,ependymocyty, gliocyty, neurolemocyty) i mezoglej czyli mikroglej(mające właściwości żerne, wytwarzające IL-1-wywołującą odczyn gorączkowy).
Układ mięśniowy-To drugi rodzaj komórek występujących w ośrodkowym i obwodowym układzie nerwowym.
Mięśnie poprzecznie prążkowane czyli szkieletowe:
1.Zbudowane z kilku tysięcy komórek mięśniowych tworzących pęczki
2.Mają długość od kilku mm do 50 cm
3.Na obu końcach są przyczepione do ścięgien
4.Komórka mięśniowa jest otoczona sarko-lemą-pobudliwą błoną komórkową
5.Wnętrze komórki wypełnia sarkoplazma i pęczki włókien mięśniowych
6.Włókno mięśniowe- miofibryla ma na przemian ułożone odcinki silniej załamujące światło tworzące prążki ciemniejsze (anizotropowe A) i słabiej załamujące światło jaśniejsze(izotropowe I).
Mięśnie poprzecznie prążkowane czyli szkieletowe-Włókienko mięśniowe składa się z nitek kurczliwych grubych(miozyny) i cienkich (aktyny i tropomiozyny, na której osadzone są cząsteczki troponiny T,I,C, każda z nich ma odmienne właściwości, T-łączy się z tropomiozyną; I- z aktyną; C-z jonami wapnia).
Sarkomer -Obejmuje 1cały prążek anizotropowy i sąsiadujące z nim 2 połówki prążka izotropowego. W czasie skurczu nitki aktyny tworzące prążki izotropowe wsuwają się pomiędzy nitki miozyny i wszystkie prążki I nikną.
W czasie rozkurczu nitki aktyny wysuwają się spomiędzy nitek miozyny i prążki I stają się widoczne.
Mechanizm skurczu:
1.Po zadziałaniu bodźca fizjlogicznego na komórki mięśni szkieletowych(jakim jest uwolniona na synapsie nerwowo- mięśniowej acetylocholina) dochodzi do pobudzenia błony komórkowej czyli depolaryzacji
2.Następuje aktywacja kanałów dla doko- mórkowego szybkiego prądu jonów Na+
3.Depolaryzacja przesuwa się po powie- rzchni bł.komórkowej obejmując wnętrze
4.Ze zbiorników końcowych uwalniają się wolne jony wapniowe
5.Następuje wiązanie jonów Ca z troponiną C, zmniejszając jej powinowactwo do aktyny
6.Cząstki aktyny stykając się z miozyną wyzwalają jej aktywność enzymatyczną
7.Aktywna miozyna rozkłada ATP do ADP i fosoranu
8.Ślizgowe nasuwanie się nitek cienkich aktyny na grube miozyny, powoduje skracanie się komórek m.p.p. i skurcz mięśnia.
Skurcz mięśni:
Bodziec pojedynczy o sile progowej lub większej od niej działając na komórkę mięśniową powoduje depolaryzację błony komórkowej, po której następuje skurcz całej komórki zgodnie z prawem”wszystko albo nic”
Bodziec podprogowy nie powoduje depolaryzacji błony i komórka nie kurczy się
Skurcz izotoniczny-komórki mięśniowe skracają się i cały mięsień skraca się, lecz jego napięcie nie zmienia się, a przyczepy zbliżają się do siebie.
Skurcz izomeryczny-polega na zwiększeniu napięcia mięśnia bez zmian długości, a przyczepy nie zmieniają swojej odległości.
Skurcz tężcowy zupełny-wywołany jest sumowaniem się skurczów pojedynczych przy pewnej częstotliwości bodźca, gdy bodziec pobudza mięsień w odstępach krótszych niż trwa pojedynczy skurcz.
Skurcz maksymalny-wywołany pobudzeniem wszystkich komórek mięśniowych.
Porównując ze sobą funkcje różnych grup mięśniowych można zauważyć, że jedne z nich kurczą się szybciej, a inne męczą się szybko, zależy to od aktywności miozyna-ATP-aza i właściwości syntezy ATP.
1.Włókna wolno kurczące się odporne na zmęczenie: Mają małą aktywność ATP-azy ; Zdolne są do długotrwałej pracy; Są bogate w mitochondria i sieć naczyń; Nie rozwijają dużego napięcia; Są to głównie prostowniki; Skurcz mięśni
2.Włókna szybko kurczące się odporne na zmęczenie: Wysoka aktywność ATP-azy ; Bogata sieć naczyń włosowatych; Dobrze ukrwione, szybko się kurczą; Męczą się,tylko gdy są w skurczu zadługo
3.Włókna szybko kurczące się nieodporna na zmęczenie: Wysoka aktywność ATP-azy , Niewielkie zaopatrzenie w krew; Mają mało mitochondriów; Duża zdolność do przemian glikogenu i szybko się męczą- są to zginacze.
Energetyka skurczu mięśnia:
1.Obejmuje zamianę energii chemicznej na prace mechaniczną i energie cieplną
2.Proces energetyczny może odbywać się w warunkach tlenowych jak i beztlenowych,
3.Wyzwolona energia w czasie spalania tylko częściowo jest zamieniona w pracę mechaniczną
4.Ta część wyrażona jest w stosunku procentowym do całkowitej energii wytworzonej w związku z pracą mięśniową stanowi 30-36% i tj tzw. wydajność mechaniczna
Tkanka mięśniowa dysponuje 3 mechanizmami energetycznymi:
1.Fosfagenowy-czyli bez mleczanowy (nie związany z powstawaniem k.mlekowego)
2.Glikolityczny- czyli mleczanowy
3.tlenowy
Skurcz mięśni:
1.Źródłem energii potrzebnej do skurczu jest ATP.
2.ATP rozpada się do ADP i ortofosforanu.
3.Energia do resyntezy ATP pochodzi z metabolizmu składników odżywczych (glukozy) do produktów końcowych tj CO2 i H2O
Glikoliza tlenowa-gdy jest dostateczna prężność tlenu w komórce
Substrat energetyczny+P+02 CO2+H2O+ATP
Glikoliza beztlenowa- w czasie narastającego wysiłku fizycznego spada dowóz tlenu do komórek mięśnia i dochodzi do dysocjacji mioglobiny(która uwalnia związany tlen), lecz zapasy te tlenu są zbyt małe w stosu- nku do potrzeb i energia potrzebna do resyntezy ATP jest czerpana z glikolizy beztlenowej i hydrolizy fosfokreatyny, które jest mniej wydajne , wskutek spadku pH i wzrostu mleczanów.
Energia cieplna w komórce mięśniowej pochodzi z:
-metabolizmu spoczynkowego
-reakcji chemicznych w czasie aktywacji miozyny
-skracania komórki mięśniowej
-rozkurczu i wydłużania się komórki mięśniowej
-odnowa związana z resyntezą ATP i działaniem pompy sodowo-potasowej.
Jednostka motoryczna-Jest ustanowiona przez jedną komórkę nerwową, jej wypustkę, która biegnie do mięśnia i unerwia wszystkie komórki mięśniowe.
Ruchy kończyn i całego ciała- Są spowodowane skurczami tężcowymi izotonicznymi, izometrycznymi i auksotonicznymi(jednoczesne zbliżenie przyczepów i zwiększenie napięcia).
Siła skurczu -Zależy od: *Liczby jednostek motorycznych w czasie skurczu, *Częstotliwości pobudzania jednostek motorycznych, *Stopnia rozciągania mięśnia przed skurczem.
Regulacja napięcia mięśniowego:
1.Ośrodki nadrzędne ruchowe w ośrodkowym układzie nerwowym.
2.Samoregulacja.
Synapsa nerwowo-mięśniowa:
Zakończenie synaptyczne nerwowo –mięśniowe jest to miejsce stykania się wypustek komórki nerwowej (aksonu) z komórką mięśniową.
Włókno nerwowe w pobliżu unerwianej komórki mięśniowej traci osłonkę mielinową dzieli się na wiele stopek końcowych.
Z pęcherzyków synaptycznych włókna nerwowego uwalnia się acetylocholina wywołująca depolaryzację błony komórki mięśniowej co powoduje wahnięcie potencjału elektrycznego i tj tzw.potencjał zakończenia synaptycznego nerwowo-mięśniowego.
Enzym rozkładający acetylocholinę jest-to esteraza cholinowa.
Na przewodnictwo nerwowo-mięśniowe mają też wpływ jony wapniowe (pobudzają Ach) i jony magnezowe (hamują Ach).
Czynność układów kontrolno-regulujących:
Aktywność mięśniowa opiera się prawie zawsze na zintegrowanej czynności całego organizmu,
Działają one zasadzie sprzężeń zwrotnych ujemnych i mogą stanowić układy typu nerwowego i humoralnego.
Zasadniczym celem funkcjonowania tych układów jest zapewnienie niezbędnej równowagi fizjologicznych i biochemicznych funkcji ustrojowych , będącej warunkiem pożądanej stałości środowiska wewnętrznego.
Wysiłek fizyczny wraz ze swoimi „produktami” zmierzając do zaburzenia tej równowagi, uruchamia równocześnie cały szereg mechanizmów niwelujących te zaburzenia, dążąc do utrzymania stanu równowagi tj do wystąpienia skurczu mięśniowego
Wystąpienie skurczu mięśniowego zależy od: *stałości anatomicznej i sprawności fizjologicznej elementów nerwowo-mięśn; *Pobudzenia tk.mięśniowej przez u.n; *Dostawa energii zabezpieczającej zmiany mechaniczne związane ze skróceniem włókien mięśniowych, *Eliminacji produktów przem.materii i nadmiaru energii cieplnej
Aktywność mięśniowa człowieka , angażuje aparat ruchu oraz cały szereg narządów wewnętrznych.
Istota czynności mięśnia : Podstawową funkcją w działalności ruchowej człowieka jest czynność samych mięśni szkieletowych, odpowiednio zbudowanych i posiadających określone właściwości fizjologiczne tj: pobudliwość i kurczliwość tzn ze mają zdolność reagowania skurczem. Podstawą skurczu mięśnia jest tworzenie wiązań mostkowym między aktyną i miozyną w wyniku reakcji chemicznych. Porównując funkcje grup różnych mięśni, należy stwierdzić, że jedne szybciej się kurczą a inne szybko się męczą, wynika to z różnic w aktywności miozyna ATP.
Mięśnie gładkie-Cechy:
1.Komórki mięśni gładkiej nie mają sarko- merów czyli jednostek kurczliwych.
2.Wnętrze wypełniają nitki kurczliwe ułożone równolegle, wzdłuż osi komórki.
3.W czasie skurczu nitki skracają się (nasuwanie aktyny na miozynę).
4.W cytoplaźmie kalmodulina łączy się z napływającymi jonami wapnia.
5.Następuje aktywacja enzymów miozyny.
6.Hydroliza ATP-nitki cienkie aktyny przesuwają się wzdłuż grubych miozyny.
Mięśnie gładkie-Kurczą się pod wpływem: *Samoistnego pobudzenia, występującego rytmicznie(rozrusznik dla pozostałych); *Czynnika miejscowego mechanicznego lub chemicznego np. zmiany pH, rozciąganie, *Przekaźników chemicznych wytworzonych w odległych miejscach i przenoszonych na drodze humoralnej-np. hormony rdzenia nadnerczy; *Przekaźników chemicznych wydzielonych z aksonów neuronów układu autonomicznego.
Na komórki m.gładkich działają 2transmittery:
1.Noradrenalina-wydzielana na zakończeniach układu współczulnego- działa na komórki mięśni gładkich za pośrednictwem receptorów alfa i beta adrenergicznych
2.Acetylocholina-wydzielana na zakończeniach układu przywspółczulnego. Wiąże się z receptorami muskarynowymi M2 i M4 wywołując aktywację fosfolipazy C i uwalnianie IP3 .
Mięsień sercowy:
1.Składa się z m. przedsionków i komór oddzielonymi od siebie pierścieniami włóknistymi otaczającymi ujścia przedsionkowo-komorowe.
2.Zbudowany jest z włókienek mięśniowych zawierających elementy kurczliwe czyli sarkomery.
3.Błony sąsiednich komórek ściśle do siebie przylegają i tworzą wstawkę, dzięki którym pobudzenie przenosi się z jednej na drugą.
4.Odpowiada on na bodziec maksymalnym skurczem zgodnie z prawem „wszystko albo nic”.
*Potencjał spoczynkowy komórki m.serca wynosi 90mV.
*W czasie spoczynku jony K+ stale wychodzą z komórek przez kanały potasowe w bł.kom.tworząc odkomórkowy wolny prąd jonów K+, jednocześnie do komórki wchodzą jony Na+ tworząc dokomórkowy wolny prąd jonów Na+ .
*W czasie pobudzenia komórek m.serca występuje potencjał czynnościowy składający się z czterech faz:
-faza 0 bardzo szybkiej depolaryzacji
-faza 1 nieznaczna repolaryzacja
-faza 2 stała depolaryzacja
-faza 3 powrót do potencjału spoczynkowego
Prawo Sterlinga-Siła skurczu mięśnia serca zależy od początkowej jego długości włókien i przy optymalnym wypełnieniu jam serca i rozciągnięciu komórek mięśnia serca występuje jego maksymalny skurcz.
Układ przewodzący serca:
1.Węzeł zatokowo-przedsionkowy
2Węzeł przedsionkowo-komorowy
3.Pęczek przedsionkowo-komorowy, dzielący się na dwie odnogi, kończące się włóknami Purkiniego.
Rozrusznik serca- stanowią komórki węzła zatokowego, które pobudzają się samoistnie i najszybciej 72/min.
Samoistne pobudzenie komórek węzła zatokowego wywołane jest powolną depolaryzacją błony komórkowej między potencjałami czynnościowymi.
Deficyt i dług tlenowy:
1.W czasie pracy mięśni naczynia krwionośne w mięśniach ulegają rozszerzeniu, i w ten sposób zwiększa się podaż tlenu, ale tylko do pewnego momentu zużycie tlenu jest proporcjonalne do energii wydatkowanej
2.W czasie dużego wysiłku tlenowa resynteza energii zmagazynowanej nie może nadążyć za jej zużytkowaniem i wówczas do resyntezy ATP jest zużywana fosforylokreatyna.
3.Częściowa resynteza ATP jest kosztem energii uwolnionej w beztlenowym rozpadzie glukozy do mleczanu.
4.Droga metaboliczna dla procesów metabolicznych jest samoograniczająca się, gdyż mimo szybkiego przenikania mleczanu do krwi krążącej, to nadal gromadzi się on w mięśniach, aż do przekroczenia poj.buforowej tkanki wywołując spadek pH-przy którym działanie enzymów jest zahamowane.
5.Po skończeniu wysiłku następuje dodatkowy pobór tlenu w celu usunięcia nadmiaru mleczanu, odnowy zmagazynowanej fosforylokreatyny, ATP i uzupełnienia niewielkiej ilości tlenu pobranej z mioglobiny.
6.Ilość dodatkowo pobieranego tlenu jest proporcjonalna do zapotrzebowania energetycznego, w czasie wysiłku fizycznego, który przewyższał wydajność procesów tlenowych potrzebnych do magazynowania energii tj.w jakim stopniu był zaciągnięty dług tlenowy.
Deficyt i dług tlenowy-Wielkość długu tlenowego może 6-krotnie przekroczyć podstawowe zużycie tlenu.
Deficyt tlenowy-jest to niedobór tlenu w czasie pracy, będący różnicą między zapotrzebowaniem tlenowym a jego dostarczaniem.
Klasyfikacja wysiłków sportowych:
1.Wysiłki lekkie-wydatek do 5kcal/min np.łucznictwo-4,2, golf-5,0
2.Wysiłki umiarkowane wydatek do 7,5kcal/min np.tenis stołowy 5,5
3.Wysiłki ciężkie-wydatek do 10kcal/min np. tenis ziemny, ciężary, koszykówka
4.Wysiłki bardzo i skrajnie ciężkie >10 kcal/min np.zapasy, pływanie, sprint.