Informație

11.4: Impulsuri nervoase - Biologie


Când trăsnetele

Acest fulger uimitor de la suprafață la suprafață a avut loc atunci când s-a acumulat o diferență de încărcare electrică într-un nor față de sol. Când acumularea de sarcină a fost suficient de mare, a avut loc o descărcare bruscă de energie electrică. Un impuls nervos este similar cu un fulger. Atât un impuls nervos, cât și un fulger apar din cauza diferențelor de încărcare electrică și ambele duc la un curent electric.

Generarea de impulsuri nervoase

A impuls nervos, ca un fulger, este un fenomen electric. Un impuls nervos apare din cauza diferenței de încărcare electrică în membrana plasmatică a unui neuron. Cum apare această diferență de încărcare electrică? Răspunsul implică ioni, care sunt atomi sau molecule încărcate electric.

Potențial de odihnă

Când un neuron nu transmite activ un impuls nervos, acesta se află într-o stare de repaus, gata să transmită un impuls nervos. În timpul stării de repaus, pompa de sodiu-potasiu menține o diferență de încărcare pe membrana celulară a neuronului. Pompa de sodiu-potasiu este un mecanism de transport activ care mută ionii de sodiu din celule și ionii de potasiu în celule. Pompa de sodiu-potasiu deplasează ambii ioni din zone cu concentrație mai mică spre mai mare, folosind energie în ATP și proteine ​​purtătoare în membrana celulară. Figura ( PageIndex {3} ) arată mai detaliat modul în care funcționează pompa de sodiu-potasiu. Sodiul este ionul principal din fluidul din afara celulelor, iar potasiul este ionul principal din fluidul din interiorul celulelor. Aceste diferențe de concentrație creează un gradient electric pe membrana celulară, numit potențial de odihnă. Controlul strâns al potențialului de repaus al membranei este esențial pentru transmiterea impulsurilor nervoase.

Potențial de acțiune

Un potențial de acțiune, numit și impuls nervos, este o sarcină electrică care se deplasează de-a lungul membranei unui neuron. Poate fi generat atunci când potențialul membranei unui neuron este modificat de semnale chimice de la o celulă din apropiere. Într-un potențial de acțiune, potențialul membranei celulare se schimbă rapid de la negativ la pozitiv pe măsură ce ionii de sodiu curg în celulă prin canale ionice, în timp ce ionii de potasiu curg din celulă, așa cum se arată în Figura ( PageIndex {3} ).

Modificarea potențialului membranei are ca rezultat depolarizarea celulei. Un potențial de acțiune funcționează pe o bază totul sau nimic. Adică, potențialul de membrană trebuie să atingă un anumit nivel de depolarizare, numit prag, altfel, un potențial de acțiune nu va începe. Acest potențial de prag variază, dar este în general cu aproximativ 15 milivolți (mV) mai pozitiv decât potențialul de membrană de repaus al celulei. Dacă o depolarizare a membranei nu atinge nivelul pragului, un potențial de acțiune nu se va întâmpla. Puteți vedea în Figura ( PageIndex {4} ) că două depolarizări nu au atins nivelul de prag de -55mV.

Primele canale deschise sunt canalele ionice de sodiu, care permit intrarea ionilor de sodiu în celulă. Creșterea rezultată a sarcinii pozitive în interiorul celulei (până la aproximativ +40 mV) începe potențialul de acțiune. Aceasta se numește depolarizarea membranei. Canalele ionilor de potasiu se deschid apoi, permițând ionilor de potasiu să curgă din celulă, ceea ce pune capăt potențialului de acțiune. Interiorul membranei devine din nou negativ. Aceasta se numește repolarizare a membranei. Ambele canale ionice se închid apoi, iar pompa de sodiu-potasiu restabilește potențialul de odihnă de -70 mV. Potențialul de acțiune se va deplasa în jos pe axon spre sinapsă, așa cum un val s-ar deplasa de-a lungul suprafeței apei. Figura ( PageIndex {4} ) arată schimbarea potențialului membranei axonice în timpul unui potențial de acțiune. Nervul trece printr-o scurtă perioadă refractară înainte de a curge potențialul de odihnă. În perioada refractară, un alt potențial de acțiune nu poate fi generat

În neuronii mielinizați, fluxurile de ioni apar doar la nodurile Ranvier. Ca rezultat, semnalul potențial de acțiune „sare” de-a lungul membranei axonului de la nod la nod, mai degrabă decât să se răspândească lin de-a lungul membranei, așa cum se întâmplă în axonii care nu au teacă de mielină. Acest lucru se datorează unei grupări de canale ionice Na + și K + la nodurile Ranvier. Axonii nemelinizați nu au noduri de Ranvier, iar canalele ionice din acești axoni sunt răspândite pe întreaga suprafață a membranei.

Transmiterea impulsurilor nervoase

Locul în care un terminal axon se întâlnește cu o altă celulă se numește a sinapsă. Aici are loc transmiterea unui impuls nervos către o altă celulă. Celula care trimite impulsul nervos se numește celulă presinaptică, iar celula care primește impulsul nervos se numește celulă postsinaptică.

Unele sinapse sunt pur electrice și fac conexiuni electrice directe între neuroni. Cu toate acestea, majoritatea sinapselor sunt sinapse chimice. Transmiterea impulsurilor nervoase prin sinapsele chimice este mai complexă.

Sinapse chimice

La o sinapsă chimică, atât zonele presinaptice, cât și cele postsinaptice ale celulelor sunt pline de mașini moleculare care sunt implicate în transmiterea impulsurilor nervoase. Așa cum se arată în Figura ( PageIndex {5} ), zona presinaptică conține multe vase sferice minuscule numite vezicule sinaptice care sunt ambalate cu substanțe chimice numite neurotransmițători. Când un potențial de acțiune ajunge la terminalul axon al celulei presinaptice, acesta deschide canale care permit calciului să intre în terminal. Calciul face ca veziculele sinaptice să se contopească cu membrana, eliberând conținutul lor în spațiul îngust dintre membranele presinaptice și postsinaptice. Această zonă se numește fanta sinaptică. Moleculele neurotransmițătorului călătoresc peste fanta sinaptică și se leagă de receptori, care sunt proteine ​​care sunt încorporate în membrana celulei postsinaptice.

Efectul unui neurotransmițător asupra unei celule postsinaptice depinde în principal de tipul de receptori pe care îl activează, făcând posibil ca un anumit neurotransmițător să aibă efecte diferite asupra diferitelor celule țintă. Un neurotransmițător ar putea excita un set de celule țintă, inhiba altele și poate avea efecte modulatorii complexe asupra altora, în funcție de tipul de receptori. Cu toate acestea, unii neurotransmițători au efecte relativ consistente asupra altor celule.

Revizuire

  1. Definiți impulsul nervos.
  2. Care este potențialul de odihnă al unui neuron și cum este menținut?
  3. Explicați cum și de ce apare un potențial de acțiune.
  4. Descrieți cum se transmite un semnal de la o celulă presinaptică la o celulă postsinaptică la o sinapsă chimică.
  5. Ce determină în general efectele unui neurotransmițător asupra unei celule postsinaptice?
  6. Identificați trei tipuri generale de efecte pe care neurotransmițătorii le pot avea asupra celulelor postsinaptice.
  7. Explicați cum un semnal electric într-un neuron presinaptic determină transmiterea unui semnal chimic la sinapsă.
  8. Fluxul a ce tip de ion în neuron are ca rezultat un potențial de acțiune?
    1. Cum ajung acești ioni în celulă?
    2. Ce face acest flux de ioni cu sarcina relativă din interiorul neuronului în comparație cu exteriorul?
  9. Pompa de sodiu-potasiu:
    1. este activat de un potențial de acțiune
    2. necesită energie
    3. nu necesită energie
    4. pompează ioni de potasiu din celule
  10. Adevărat sau fals. Unele potențiale de acțiune sunt mai mari decât altele, în funcție de cantitatea de stimulare.
  11. Adevărat sau fals. Veziculele sinaptice din celula presinaptică intră în celula postsinaptică.
  12. Adevărat sau fals. Un potențial de acțiune într-o celulă presinaptică poate determina în cele din urmă inhibarea celulei postsinaptice.
  13. Numiți trei neurotransmițători.

Biologie

Puteți lua o perioadă de încercare gratuită de o lună pentru oricare În gândire site-ul dacă nu ați avut nici un abonament plătit și nici o perioadă de încercare gratuită pentru acest subiect în ultimii doi ani.

Site-urile noastre pentru profesori includ ACCES INTEGRAT LA STUDENȚI, care vă permite să setați sarcini și să oferiți feedback online. Accesul studenților este ușor de configurat, puteți seta citirea, scrierea, discuțiile și sarcinile cu alegeri multiple și puteți urmări progresul elevilor.

Ne pare rău că încercările noastre gratuite sunt disponibile numai pentru școlile IB.

Autentificare


11.4: Impulsuri nervoase - Biologie

Neuronii trimit mesaje electrochimic, ceea ce înseamnă că substanțele chimice (ioni) provoacă un impuls electric. Neuronele și celulele musculare sunt celule excitabile electric, ceea ce înseamnă că pot transmite impulsuri nervoase electrice. Aceste impulsuri se datorează evenimentelor din membrana celulară, deci pentru a înțelege impulsul nervos trebuie să revizuim unele proprietăți ale membranelor celulare.

Potențialul membranei de repaus [inapoi sus]

Când un neuron nu trimite un semnal, acesta se află la „odihnă”. Membrana este responsabilă pentru diferitele evenimente care apar într-un neuron. Toate membranele celulare animale conțin o pompă proteică numită pompă sodiu-potasiu (Na + K + ATPaza). Aceasta folosește energia din divizarea ATP pentru a pompa simultan 3 ioni de sodiu din celulă și 2 ioni de potasiu în.

Dacă pompa ar continua să nu fie verificată, nu ar mai rămâne ioni de sodiu sau potasiu pentru pompare, dar există și sodiu și potasiu canale ionice în membrană. Aceste canale sunt în mod normal închise, dar chiar și atunci când sunt închise, ele „se scurge”, permițând scurgerea ionilor de sodiu și a scurgerii ionilor de potasiu, în josul gradienților lor de concentrație.

Concentrația ionilor în interiorul și în afara neuronului în repaus:

Ion Concentrația în interiorul celulei / mmol dm -3 Concentrația în afara celulei / mmol dm -3 De ce ionii nu își scad gradientul de concentrație?
K + 150.0 2.5 Ionii K + nu se mișcă din neuron în josul gradientului de concentrație din cauza acumulării de sarcini pozitive în afara membranei. Aceasta respinge mișcarea oricăror ioni K + din celulă.
Na + 15.0 145.0
Cl- 9.0 101.0 Ionii de clorură nu se mișcă în citoplasmă, deoarece moleculele proteice încărcate negativ care nu pot traversa membrana de suprafață le resping.

Combinația dintre pompa Na + K + ATPază și canalele de scurgere determină un dezechilibru stabil al ionilor Na + și K + pe membrană. Acest dezechilibru al ionilor provoacă o diferență de potențial (sau tensiune) între interiorul neuronului și împrejurimile sale, numit potențial de repaus al membranei. Potențialul membranei este întotdeauna negativ în interiorul celulei și variază în mărime de la 20 la 200 mV (milivolt) în diferite celule și specii (la om este de 70 mV). Se crede că ATPaza Na + K + a evoluat ca un osmoregulator pentru a menține potențialul intern al apei ridicat și astfel a opri pătrunderea apei în celulele animale și a le sparge. Celulele vegetale nu au nevoie de acest lucru, deoarece au pereți celulari puternici pentru a preveni explozia.

  • K + trece cu ușurință în celulă
  • Cl- și Na + au o trecere mai dificilă
  • Moleculele proteice încărcate negativ din interiorul neuronului nu pot trece membrana
  • Pompa Na + K + ATPase folosește energie pentru a muta 3Na + afară pentru fiecare 2K + în neuron
  • Dezechilibrul tensiunii determină o diferență de potențial între membrana celulară - numită potențial de repaus

Potențialul de acțiune [inapoi sus]

Potențialul de odihnă ne spune despre ce se întâmplă atunci când un neuron este în repaus. Un potențial de acțiune apare atunci când un neuron trimite informații pe un axon. Aceasta implică o explozie a activității electrice, în care potențialul membranelor de odihnă și celulele musculare se schimbă.

În celulele nervoase și musculare membranele sunt excitabil electric, ceea ce înseamnă că își pot schimba potențialul de membrană și aceasta este baza impulsului nervos. Canalele de sodiu și potasiu din aceste celule sunt cu tensiune, ceea ce înseamnă că se pot deschide și închide în funcție de tensiunea din membrană.

Potențialul normal al membranei în interiorul axonului celulelor nervoase este de 70mV și, deoarece acest potențial se poate schimba în celulele nervoase, se numește potențial de odihnă. Când se aplică un stimul, se produce o scurtă inversare a potențialului membranei, care durează aproximativ o milisecundă. Această scurtă inversare se numește potențial de acțiune:

Un potențial de acțiune are două faze principale numite depolarizare și repolarizare:


Tipuri de sinapse

Există două tipuri de sinapse:

Sinapse electrice

În sinapsele electrice, doi neuroni sunt conectați prin intermediul proteinelor de canal pentru transmiterea unui impuls nervos. Impulsul nervos traversează membrana axonului sub forma unui semnal electric. Semnalul este transmis sub formă de ioni și, prin urmare, este mult mai rapid decât sinapsele chimice.

În sinapsele electrice, decalajul sinaptic este de aproximativ 0,2 nm, ceea ce favorizează și o conducere mai rapidă a impulsului nervos.

Sinapse chimice

SNC și impulsul nervos

Neuronii ajută la transmiterea semnalelor sub forma unui impuls nervos din sistemul nervos central către părțile periferice ale corpului. Neuronii sunt o rețea complexă de fibre care transmit informații de la capătul axon al unui neuron la dendrita unui alt neuron. Semnalul ajunge în cele din urmă la celula țintă unde arată un răspuns.

În conducerea impulsului nervos, următoarele joacă un rol major:

  • Axon- Ajută la propagarea impulsurilor nervoase către celula țintă.
  • Dendrite - Primiți semnalele de la capetele axonului.
  • Axon Ending - Acționează ca un emițător de semnale.

Axonul joacă un rol major în proces prin transmiterea de semnale sub formă de impulsuri nervoase prin sinapse către celulele țintă. Neuronul este responsabil pentru transferul semnalelor către trei celule țintă:

Și acest lucru are ca rezultat contracția mușchilor, secreția de către glande și ajută neuronii să transmită potențialul de acțiune.


Sistemul nervos este format din nervi. A nerv este un pachet de celule nervoase. O celulă nervoasă care poartă mesaje se numește neuron (Figura de mai jos). Mesajele purtate de neuroni sunt numite impulsuri nervoase. Impulsurile nervoase pot călători foarte repede deoarece sunt impulsuri electrice.

Gândiți-vă la răsucirea unui întrerupător atunci când intrați într-o cameră. Când răsuciți comutatorul, electricitatea curge către lumină prin fire din pereți. Este posibil ca electricitatea să fie nevoită să parcurgă mulți metri pentru a ajunge la lumină, dar lumina se aprinde de îndată ce răsuciți comutatorul. Impulsurile nervoase călătoresc la fel de repede prin rețeaua de nervi din interiorul corpului.

Figura ( PageIndex <1> ): Axonii multor neuroni, precum cel prezentat aici, sunt acoperiți cu un strat gras numit teacă de mielină. Teaca acoperă axonul, la fel ca învelișul de plastic al unui fir electric și permite impulsurilor nervoase să se deplaseze mai repede de-a lungul axonului. Nodul lui Ranvier, prezentat în această diagramă, este orice spațiu din teaca de mielină care permite transmiterea mai rapidă a unui semnal.

Cum arată un neuron?

Un neuron are o formă specială care îi permite să treacă semnale de la o celulă la alta. Un neuron are trei părți principale (Figura de mai sus):

The corpul celulei conține nucleul și alte organite. Dendritele și axonii se conectează la corpul celulei, similar cu razele care ies din soare. Dendrite primesc impulsuri nervoase de la alte celule. Axoni transmite impulsurile nervoase către alte celule. Un singur neuron poate avea mii de dendrite, deci poate comunica cu alte mii de celule, dar cu un singur axon. Axonul este acoperit cu un teacă de mielină, un strat gras care izolează axonul și permite semnalului electric să circule mult mai repede. The Nod de ranger este orice decalaj din teaca de mielină care expune axonul și permite transmiterea chiar mai rapidă a unui semnal.

Tipuri de neuroni

Neuronii sunt de obicei clasificați pe baza rolului pe care îl joacă în organism. Două tipuri principale de neuroni sunt neuronii senzitivi și neuronii motori.

  • Neuroni senzitivi transportă impulsurile nervoase de la organele de simț și organele interne la sistemul nervos central.
  • Neuroni motorii transporta impulsurile nervoase din sistemul nervos central către organe, glande și mușchi și mdash direcția opusă.

Ambele tipuri de neuroni funcționează împreună. Neuronii senzoriali transportă informații despre mediul găsit în interiorul sau în afara corpului către sistemul nervos central. Sistemul nervos central folosește informațiile pentru a trimite mesaje prin neuronii motori pentru a spune organismului cum să răspundă la informație.

Sinapsa

Locul în care axonul unui neuron întâlnește dendrita altuia se numește a sinapsă. Sinapsele se găsesc, de asemenea, între neuroni și alte tipuri de celule, cum ar fi celulele musculare. Axonul neuronului expeditor nu atinge de fapt dendrita neuronului receptor. Există un mic decalaj între ele, fanta sinaptică (Figura de mai jos).

Figura ( PageIndex <1> ): Această diagramă arată o sinapsă între neuroni. Când un impuls nervos ajunge la capătul axonului, neurotransmițătorii sunt eliberați și se deplasează către dendrita unui alt neuron, transportând impulsul nervos de la un neuron la altul.

Următorii pași descriu ce se întâmplă atunci când un impuls nervos ajunge la capătul unui axon.

  1. Când un impuls nervos ajunge la capătul unui axon, axonul eliberează substanțe chimice numite neurotransmițători.
  2. Neurotransmițătorii traversează sinapsa dintre axon și dendrita următorului neuron.
  3. Neurotransmițătorii se leagă de membrana dendritei.
  4. Legarea permite impulsului nervos să călătorească prin neuronul receptor.

Ai urmărit vreodată o cursă de ștafetă? După primele curse de alergători, el sau ea trece ștafeta următorului alergător, care preia controlul. Neuronii seamănă puțin cu alergătorii de ștafetă. În loc de un baston, ei trec neurotransmițătorii către următorul neuron. Exemple de neurotransmițători sunt substanțele chimice precum serotonina, dopamina și adrenalina.

Puteți urmări o animație a impulsurilor nervoase și a neurotransmițătorilor la http://www.mind.ilstu.edu/curriculum/neurons_intro/neurons_intro.php.

Unii oameni au un nivel scăzut al neurotransmițătorului numit serotonină în creier. Oamenii de știință cred că aceasta este una dintre cauzele depresiei. Medicamentele numite antidepresive ajută la readucerea nivelului de serotonină la normal. Pentru multe persoane cu depresie, antidepresivele controlează simptomele depresiei și îi ajută să ducă o viață fericită și productivă.


Sistemul nervos uman

The sistem nervos central este compus din creier și măduva spinării
The sistem nervos periferic este compus din toți nervii care nu se găsesc în limitele sistemului nervos central, precum și din colecțiile de celule nervoase numite ganglioni.

Structura sistemului nervos uman

Unitatea funcțională a sistemului nervos uman este neuron.

Există trei tipuri de neuroni:

  1. Neuroni senzitivi: transportă impulsuri către sistemul nervos central.
  2. Interneuroni: transportă impulsurile de la un neuron la altul complet în sistemul nervos central.
  3. Neuronii motori: transportă impulsurile de la un interneuron la un efector.
  • Un efector este un organ sau țesut care efectuează o acțiune ca răspuns la un semnal din sistemul nervos.

Neuron senzorial:

Caracteristicile neuronilor senzoriali:

  • Dendritele neuronului senzorial fac adesea parte din organele senzoriale specializate (de exemplu, ochiul, urechea etc.)
  • Au o dendrită foarte lungă
  • Corpul celulei se găsește ÎN AFARA sistemului nervos central în structuri numite ganglioni rădăcină dorsală
  • În general, au axoni mai scurți decât neuronii motori

Funcția neuronilor senzoriali:

Interneuron:

Caracteristicile interneuronilor:

  • Găsit complet în sistemul nervos central
  • Transferați mesajul / impulsul de la neuronii senzoriali la neuronii motori
  • Au dendrite foarte scurte și axoni foarte scurți

Motor neuron:

Caracteristicile neuronilor motori:

  • Au dendrite foarte scurte
  • Au un axon foarte lung
  • Corpul celulei se află în cadrul sistemului nervos central

Funcția neuronilor motori:

Componente ale celulelor neuronale

  • Dendrite: primesc impulsuri de la alți neuroni și transmit impulsul către corpul celulei
  • Corpul celulei: situat între dendrite și axon. Este responsabil pentru întreținerea celulei și pentru producerea substanțelor neurotransmițătoare.
  • Neurotransmițător: substanță chimică eliberată de un neuron pentru a transmite un impuls nervos către alt neuron sau efector.
  • Axon: transportă impulsurile departe de corpul celulei către terminalele axonului.
  • Teaca de mielină: straturi de lipide formate dintr-o celulă Schwann care se înfășoară în jurul axonului și dendritelor neuronilor. Izolează axonul / dendrita menținând și accelerând impulsul electrochimic.
  • Celula Schwann: produce teaca de mielină.
  • Terminale axonice: prezente la capătul axonului și conțin vezicule sinaptice care conțin neurotransmițători.
  • Vezicule sinaptice: conțin substanțe chimice neurotransmițătoare. Se fuzionează cu membrana celulară atunci când un impuls ajunge la terminalul axon. Aceasta eliberează neurotransmițătorul.

Impuls nervos:

Impulsul nervos este un semnal electrochimic de scurtă durată care se deplasează de-a lungul neuronilor prin mișcarea ionilor chimici în și din neuron.

Transmiterea impulsului nervos către un alt neuron:
Apare la sinapse.

Sinapsi: structură în care doi neuroni intră în contact strâns, astfel încât un impuls nervos poate fi transmis între cei doi neuroni.

  • Impulsul nervos ajunge la un terminal axon (neuron presinaptic)
  • Veziculele sinaptice sunt stimulate să fuzioneze cu membrana celulară
  • Substanțele chimice ale neurotransmițătorilor sunt eliberate din veziculă în decalajul dintre cei doi neuroni, numite fante sinaptice exemple de substanțe neurotransmițătoare includ: acetilcolina, noradrenalina și dopamina.
  • Odată ce neurotransmițătorul se află în fanta sinaptică, acesta parcurge distanța scurtă până la dendrita neuronului postsinaptic, unde stimulează membrana celulară pentru a permite ionilor să curgă spre interior, stabilind un nou impuls electrochimic.
  • Neurotransmițătorul este apoi fie descompus de enzime, fie reabsorbit în neuronul presinaptic.
  • Permiteți transmiterea impulsului de la un neuron la altul.
  • Controlați direcția impulsului & # 8211 impulsul nu poate călători înapoi.
  • Acționați ca joncțiuni care permit împărțirea impulsului și călătoriți de-a lungul multor neuroni diferiți sau uniți mai multe impulsuri într-un singur impuls.

Sistemul nervos periferic:Simturile

1. Vedere:

Ochii sunt organele de simț pentru vedere.

Funcțiile părților ochiului uman:

  • Conjunctivă: produce mucoase protejând partea din față a ochiului.
  • Cornee: parte transparentă a sclerei care protejează partea din față a ochiului, permite, de asemenea, intrarea luminii în ochi și refractează ușor razele de lumină ca parte a focalizării luminii pe retină.
  • Iris: parte colorată a tipului de ochi de mușchi neted care se poate contracta și relaxa ca răspuns la cantitatea de lumină care intră în ochi atunci când lumina este strălucitoare irisul se contractă limitând cantitatea de lumină care intră atunci când lumina este slabă, irisul se relaxează permițând mult mai mult lumină în ochi.
  • Elev: gaură în partea internă a ochiului chiar în spatele irisului, permite luminii să intre în ochi, iar dimensiunea sa este controlată de iris, pare negru datorită luminii care intră și nu iese din ochi, deoarece este absorbit de ochi.
  • Umor apos: lichid apos prezent chiar în interiorul corneei care dă formă părții din față a ochiului.
  • Umor vitros: lichid vâscos prezent în interiorul globului ocular care menține forma ochiului prin menținerea presiunii exterioare asupra sclerei.
  • Corp ciliar: tip de mușchi neted care înconjoară lentila care se poate contracta și relaxa schimbând forma lentilei ca parte a luminii de focalizare pe retină.
  • Ligament suspensor: se atașează și înconjoară corpul ciliar oferind o pârghie pentru contracția mușchiului ciliar.
  • Obiectiv: structura transparentă menținută de corpul ciliar și ligamentul suspensiv schimbă forma ca răspuns la contracția și relaxarea corpului ciliar responsabil cu focalizarea luminii pe retină.
  • Sclera: alb al ochiului care acoperă întreaga bilă a ochiului, cu excepția părții din față, protejează ochiul și acționează ca suprafață de atașament pentru mușchii externi care mișcă ochiul în direcții diferite.
  • Coroida: strat puternic pigmentat situat între retină și sclera absoarbe toată lumina care intră în ochi și ajută la prevenirea reflexiei în ochi.
  • Retină: structura sensibilă la lumină a ochiului conține tije și conuri tijele sunt sensibile doar la conurile alb-negru sunt sensibile la lumina roșie, verde și albastră.
  • Fovea: regiunea retinei în care converg toate razele de lumină atunci când privești direct un obiect compus în mare parte din conuri.
  • Punct orb: regiunea retinei unde toate fibrele nervoase din retină converg și ies din ochi și se deplasează către creier, nu există celule sensibile la lumină în aceste regiuni, există una în fiecare ochi.
  • Nervul optic: colecție de neuroni senzoriali care transportă mesaje către creier din retină.

Tulburări ale ochiului:

Miopie (hipermetropie):
Simptom:

Miopie:
Simptom:

Auz:

  • Detectarea sunetului.
  • Urechea este responsabilă pentru detectarea sunetului.
  • Urechea este compusă din trei părți:
  1. Urechea externa
  2. Urechea medie
  3. Urechea internă
  • Compus din pinna și canalul auditiv. Acestea ridică unde sonore și le canalizează către timpan.
  • Undele sonore ajung la timpan și sunt transferate pe cele trei oase mici ale urechii & # 8211 osiculele. Se numesc ciocan, nicovală și etrier. Transferă unde sonore pe urechea internă. Pot amplifica sunetele moi și pot diminua sunetele puternice.
  • Tubul Eustachian face parte, de asemenea, din urechea medie. Este conectat la gât, astfel încât diferențele de presiune pot fi egalizate în timpul înghițirii, prevenind deteriorarea timpanului.
  • Funcții atât în ​​auz, cât și în echilibru.
  • Compus din două structuri principale: cohleea și aparatul vestibular.
  • Primește vibrații sonore de la osici prin fereastra ovală & # 8211, care este deschiderea către cohlee acoperită de o membrană subțire. Această membrană subțire vibrează cu aceeași frecvență cu care vibrează osiculele.
  • Este umplut cu limfa prin care trec undele sonore.
  • Există celule de păr în peretele interior al cohleei care simt vibrațiile limfei din cohlee și transformă aceste vibrații în impulsuri electrice care sunt apoi trimise în creier prin nervul auditiv.
  • În cele din urmă, există o fereastră rotundă sub fereastra ovală care vibrează cu o fază opusă ferestrei rotunde, permițând transferarea vibrațiilor în limfă mai eficient.
  • Se compune din trei canale semicirculare umplute cu limfă.
  • Fiecare canal are celule de păr care își acoperă pereții interni.
  • Pe măsură ce capul se mișcă, limfa se deplasează în interiorul canalelor stimulând celulele de păr.
  • Mișcarea limfei este transformată în impulsuri electrice de către celulele părului și aceste impulsuri sunt transferate în creier prin nervul vestibular.

Tulburarea urechii:
Ureche de lipici:
Simptom:

  • Simțul mirosului se mai numește și olfacție.
  • Apare în cavitatea nazală.
  • Există celule specializate numite celule receptoare olfactive.
  • Acest grup de celule simte mirosurile și trimite semnale către creier prin bulbul olfactiv și nervul olfactiv.
  • Gustul este simțul detectării aromelor.
  • Mugurii gustativi din limbă sunt organele asociate gustului.
  • Există cinci gusturi de bază: dulce, acru, sare, amar și umami.
  • Mugurii gustativi sunt distribuiți uniform pe suprafața superioară a limbii.
  • Pielea este principalul sistem de organe asociat cu atingerea.
  • Există receptori tactili pe toată pielea, dar concentrația lor variază.
  • Vârfurile degetelor au concentrații mari de receptori tactili.

Sistemul nervos central

Creierul

Creierul este cel mai complex organ al corpului uman. Este compus din mai multe părți diferite: cerebrul cerebel medulla oblongata hipotalamus glanda pituitară.

  • Cea mai mare parte a creierului.
  • Compus din două emisfere simetrice (stânga și dreapta).
  • Suprafață pliată înaltă, oferind o suprafață suplimentară pentru neuroni.
  • Împărțit în lobi diferiți: lob frontal lob temporal lob parietal lob occipital, fiecare lob având funcții specifice.

1. Lob frontal: funcții în raționament, memorie pe termen scurt, inteligență, personalitate, rezolvarea problemelor, emoție, limbaj și mișcare.
2. Lobul temporal: funcție în memoria pe termen lung, vorbire, auz.
3. Lobul parietal: funcționează în senzații, atingere și relația lor cu mișcarea.
4. Lobul occipital: funcții în vedere.

Medulla oblongata:

  • Aparține unei părți a creierului numită trunchiul cerebral (deasupra măduvei spinării).
  • Funcții în respirație, ritm cardiac, tensiune arterială, vărsături, tuse, strănut și înghițire.

Hipotalamus:

  • Mică regiune a creierului situată chiar deasupra trunchiului cerebral și a hipofizei.
  • Funcții în controlul sistemului endocrin prin secreția de neurohormoni, cum ar fi hormonul care eliberează hormonul de creștere (GHRH) și hormonul care eliberează tirotropina (TRH).
  • De asemenea, funcționează în controlul temperaturii corpului, al foamei și al setei.

Glanda pituitară:

  • Glanda pituitară este legătura dintre sistemul nervos și sistemul endocrin.
  • Eliberează mulți hormoni, inclusiv: hormonul de creștere (GH) și hormonul stimulator al tiroidei (TSH).

Tulburare a sistemului nervos: boala Parkinson și # 8217s)

  • Moartea anumitor neuroni adânci în creier. Motivele morții acestor neuroni sunt necunoscute, dar se crede că sunt cauzate de expunerea la pesticide.
  • Scuturarea și tremurul mâinilor, brațelor și picioarelor în timpul mișcării, un corp rigid și rigid și o privire fixă.

Măduva spinării:

  • Măduva spinării este un pachet de fibre nervoase închise în coloana vertebrală, acoperite în trei straturi de membrane specializate numite meningele și scăldate în lichid cefalorahidian.
  • Poartă mesaje către și dinspre creier.
  • Are 31 de perechi de nervi spinali.
  • Există structuri numite rădăcină dorsală, ganglion rădăcină dorsală și rădăcină ventrală asociată cu fiecare nerv spinal.
  • Rădăcina dorsală poartă neuroni senzoriali.
  • Ganglionul rădăcinii dorsale conține corpurile celulare ale acestor neuroni senzoriali.
  • Rădăcina ventrală poartă neuronii motori.
  • Măduva spinării este compusă din substanță albă și materie cenușie, cu regiunea exterioară a substanței albe a măduvei spinării și regiunea interioară cenușie.
  • Există un canal central care este umplut cu lichid cefalorahidian.

Acțiune din reflex:

Acțiunile reflexe sunt răspunsuri involuntare la un stimul.

  • Acțiunile reflexe sunt adaptări pentru a permite unui animal să se protejeze de situații periculoase.
  • Acțiunile reflexe sunt efectuate de arcuri reflexe.
  • Arcurile reflexe constau dintr-un neuron senzorial, un interneuron și un neuron motor.
  • O acțiune reflexă obișnuită este reflexul de retragere și # 8211 unde, dacă atingi ceva fierbinte, îți vei trage mâna foarte repede.
  • Neuronul senzorial detectează că a fost atins ceva fierbinte și trimite un mesaj către măduva spinării prin rădăcina dorsală.
  • Neuronul senzorial se sinapsează cu un interneuron chiar în interiorul substanței gri a măduvei spinării și transmite mesajul.
  • Interneuronul transmite mesajul către neuronul motor, al cărui corp celular se află chiar în substanța cenușie a măduvei spinării.
  • Neuronul motor trimite un mesaj prin rădăcina ventrală către mușchii scheletici ai brațului pentru a trage mâna departe de obiectul fierbinte.

Comparația sistemului nervos cu sistemul endocrin:

Sistem nervos:
Viteza de răspuns: rapidă
Mesaje transmise de: Electrochimice (mișcare ionică)
Viteza de transmitere a mesajului: rapid
Durata răspunsului: de scurtă durată
Zonele afectate: Zonele specifice

Sistemul endocrin:
Viteza de răspuns: lentă
Mesaje transmise de: Hormoni chimici
Viteza de transmitere a mesajului: lent
Durata răspunsului: de lungă durată
Zonele afectate: Zonele largi


11.4: Impulsuri nervoase - Biologie

# 1) Tensiunea este presiunea electrică. (Dar tensiunea zero nu este definibilă: există doar diferențe) O diferență de tensiune = „un potențial”

O diferență de tensiune între o parte a unei membrane și cealaltă parte a membranei respective este un „potențial de membrană”

# 2) Nervii sunt un fel de fire (dar și oarecum diferite).

Nervii poartă semnale electrice, dar nu prin simpla conducere a unui curent electric.

Semnalele nervoase („impulsuri”) seamănă mai mult cu arderea unei siguranțe, în loc de curenți electrici de-a lungul unui fir.

O schimbare într-o locație provoacă mai multe schimbări în zonele adiacente, cum ar fi căldura unei flăcări care determină arderea următoarei părți a siguranței

# 3) Fiecare fibră nervoasă este un fir de citoplasmă, iar membrana sa plasmatică suferă modificări ale permeabilității la ioni.

Nervii transmit semnale de atingere, durere, căldură etc. de pe piele
(Nervii senzoriali)
și același tip de semnale controlează contracțiile mușchilor.
(Nervii motori)

O ÎNTREBARE PENTRU DISCUȚIA CLASEI:
Ce se întâmplă când brațul sau piciorul tău „se culcă”?
(ciupirea nervilor: previne propagarea impulsurilor nervoase de-a lungul nervilor senzoriali și inițiază, de asemenea, semnale aleatorii)

# 4) Ce sunt ionii?
Când clorura de sodiu se dizolvă în apă, produce miliarde de ioni de sodiu fiecare cu o sarcină pozitivă, "Na +" și, de asemenea, miliarde de ioni de clorură, fiecare cu o sarcină negativă. Cl -

Când clorura de potasiu se dizolvă în apă, produce miliarde de ioni de potasiu fiecare cu o sarcină pozitivă, „K +” și, de asemenea, miliarde de ioni de clorură, fiecare cu o sarcină negativă. Cl -

Există, de asemenea, lucruri precum ioni de calciu = Ca ++ și ioni de aluminiu = Al +++ etc. etc.

# 5) Pompe de ioni: Proteine ​​de membrană care folosesc energia ATP pentru a trage ioni anumiți dintr-o parte a membranei respective către exterior.

„Pompa de sodiu-potasiu” folosește aproape jumătate din aportul de celule ATP
să pompeze ioni de sodiu din celule și să pompeze ioni de potasiu spre interior, în citoplasmă.

Într-o celulă sănătoasă, concentrația de potasiu din interior este de aproximativ 30 de ori mai mare decât în ​​exterior.

Sodiul este de 10 sau mai multe ori mai concentrat în exterior. Ionii de calciu sunt puternic pompați de ATPaze diferite și păstrați la concentrații FOARTE scăzute în interiorul celulelor.

# 6) Potențial de odihnă: apare în aproape toate celulele diferențiate ale corpului, inclusiv celulele nervoase și celulele musculare. (de asemenea, toate celelalte celule, dar majoritatea oamenilor știu doar despre nervi)

Potențialul de repaus constă într-o diferență de tensiune între citoplasmă și exteriorul celulei, = aproximativ 70 mii de volt. Cu alte cuvinte, aproximativ șaptezeci de milivolți.
Exteriorul este mai pozitiv decât interiorul interior este mai negativ decât exteriorul

# 7) Cauza potențialului de odihnă este că ionii de potasiu se scurg prin membrana plasmatică. (dar celelalte tipuri de enzime nu se pot scurge nici la fel de mult)

Observați că acest lucru pare oarecum paradoxal! .
Ionii de potasiu sunt mai concentrați în interiorul celulei!
Ionii de potasiu au sarcini pozitive!
Cu toate acestea, ele fac ca interiorul să fie încărcat negativ!

Ca primul pas către înțelegerea de ce este acest lucru,
Vă sugerez să vă amintiți că este înapoi.

Explicația este că acești ioni care scurg își duc sarcina pozitivă spre exterior, pe măsură ce se scurg. Se pare că osmoza este cauzată de scurgerea de apă de la concentrație mare la scăzută și creând o presiune mai mare a apei în locul în care se difuzează.

Dacă ionii de sodiu s-ar putea scurge prin membrană, atunci rezultatul ar fi ca interiorul să fie încărcat pozitiv.

# 8) Impulsurile nervoase sunt cauzate de faptul că membrana plasmatică devine temporar mai permeabilă la sodiu decât potasiul.

Această modificare a permeabilității face ca tensiunea să devină aproximativ 15 milivolți negativă în exterior (direcția inversă dinainte).

Impulsul nervos este un exemplu de potențial de acțiune.

# 9) Celulele nervoase și celulele musculare (și foarte puține altele) vor propaga potențialele de acțiune, deoarece membranele lor plasmatice au canale de sodiu cu tensiune specială, care lasă să se difuzeze sodiu (pentru o perioadă foarte scurtă de timp> 1 mi-secundă).

Aceste canale se deschid (mai repede decât un declanșator al camerei și mai scurt) ori de câte ori potențialul de odihnă devine mai mic decât, să zicem, 65 mv. (potențialul prag)

Deci, dacă ceva face ca repausul să scadă sub prag într-o singură locație, asta induce deschiderea canalelor de sodiu acolo, ceea ce lasă sodiul să difuzeze spre interior, ceea ce face ca întreaga zonă să se polarizeze, deschizând mai multe canale.

# 10) „Canale cu tensiune” înseamnă canale care se deschid ca răspuns la anumite modificări de tensiune.

Ghiciți ce schimbare determină deschiderea „canalelor de sodiu cu temperatură”.

Ghici ce ar provoca deschiderea „canalelor de sodiu cu porți chimice”.

Dar canalele de clorură cu glicină?

Imaginați-vă că anumite plante sintetizează o anumită substanță chimică care ar provoca cumva deschiderea canalelor de sodiu închise la căldură? Ce gust ar avea acea plantă?

Îți place mâncarea mexicană? Te-ai întrebat cum funcționează?

Ce s-ar întâmpla dacă cineva va injecta o soluție concentrată de sare de potasiu lângă celulele nervoase sau musculare?

# 11) Perioada refractară (= perioadă insensibilă) Canalele de sodiu cu tensiune se deschid doar scurt, mai puțin de o miime de secundă.

After that, these channels close , and remain closed for about thousandth of a second, during which they are NOT able to re-open , even though the voltage difference across the plasma membrane is still less than the threshold voltage.

This allows time for repolarization = the reestablishment of the resting potential

(which is achieved by potassium leaking out, and does NOT require functioning of the sodium pump! Contrary to what many elementary textbooks claim.

A given nerve fiber can propagate a hundred thousand or more nerve impulses even after the sodium pump is poisoned somehow.

A thought question , if the refractory period were 5 milliseconds, then what would be the maximum number of action potentials that could be propagated per second along that nerve?

(for this calculation, assume that 5 milliseconds is the sum of the refractory period and the time of the depolarization itself)

Another thought question : What would happen if repolarization were slowed down enough that a nerve wasn't able to re-establish its resting potential (above the threshold for opening Na + channels) by the end of the refractory period of those channels? (DDT does that)

Please Guess The Following : When a nerve fiber sends a stronger signal , such as to report more heat, or more pain, or to increase the contraction of a muscle, etc. do you guess this is done by sending BIGGER nerve impulses , or by sending MORE nerve impulses of the same size?

ALSO GUESS: is the same mechanism of nerve impulses used for sensory nerves as for motor nerves (that stimulate muscles to contract)? What about the waves of stimulation that sweep across heart tissue, to cause the heart beat? Could/should that also work by voltage-gated sodium channels?

Questions that you should be able to answer on an exam:

b) How to the concentrations of sodium ions differ, inside versus outside the plasma membrane of a healthy cell?

c) How are voltages related to electricity?

d) What is another word for a voltage difference? What phrase refers to a voltage difference between the inside of a cell, as compared with the outside?

e) If a cell's plasma membrane were much more permeable to sodium ions than to any other ions, then what voltage difference would that create across the plasma membrane?

f) In an ordinary cell, or a resting nerve or muscle cell (when it isn't currently propagating a signal), which ion is its plasma membrane most permeable to?

g) Explain the seeming paradox that the outside of a cell is given a positive voltage by diffusion of a positive ion that has a higher concentration inside the cell.

h) Why do potassium ions tend to diffuse from the inside to the outside of cells?

i) If the concentration of potassium ions were higher on the outside of cells, then in which direction would these ions tend to diffuse?

j) What prevents more than just a millionth of the potassium ions from diffusing out of cells (even if the sodium pump were turned off)?

k) The propagation of nerve impulses is caused by temporary opening of what kind of channels through the plasma membrane that let which kind of ion diffuse through them?

l) What stimulates the temporary opening of these channels?

m) What is the positive feedback that causes these channels to open in one area, and then in nearby areas, etc.

n) For what medical purpose could you use a drug that prevents this temporary opening of sodium channels?

o) Why does there have to be a refractory period in order for a nerve fiber to repolarize after passage of an action potential (=nerve impulse)?

p) If the refractory period were a hundredth of a second (actually, it is less) then how many impulses could that nerve propagate per second?

q) Which kinds of cells have resting potentials? Which other kinds also?

r) Which kinds of cells also propagate action potentials?

s) Why do cells have to have resting potentials in order to propagate action potentials? (in other words, why can't you have nerve impulses unless you have resting potentials?)

t) If somebody injected a water solution with potassium salts dissolved in it under your skin: Would it hurt? Would it cause muscles to contract?

u) What about injecting water with a high concentration of sodium ions dissolved in it? What effect would you expect, if any? Explica.

v) In what sense is a pay phone "money gated"?

w) If a chemical blocked nerve cells from becoming permeable to sodium, then how could it be used by dentists as a local anaesthetic?

x) Would you expect nerve impulses (action potentials) to be able to propagate in both directions along nerve fibers, even though they normally only propagate in one direction? Explain why or why not?

y) If two nerve impulses were propagating in opposite directions along a nerve fiber, then they would both be destroyed where they "collided", rather than passing through each other. Can you figure out why that happens?

*z) Can you invent a way that would make action potentials behave as if they "bounced off" part of a cell, as if they were being reflected so that an action potential comes back in the other direction.

**!) If our bodies didn't use electrical signalling mechanisms, then would electric shocks kill us? (would you expect?)

**@) Conversely, explain why "magnetic chairs" might be used to execute people, if we used propagating magnetic fields to send signals from one part of the body to another?

**#) Let's invent some different (science fiction) mechanism by which signals could propagate rapidly along long-narrow cells! For example, suppose that the cell pumps water inward, creating a pressure, and that holes then open whenever this pressure falls below a certain threshold amount. then what?


Conduction of Nerve Impulse

Action potential of site is reversed, and an action potential is generated at site B. Thus, the impulse (action potential) generated at site A arrives at site B. When a stimulus is applied at a site on the polarised membrane, the membrane at the site A becomes freely permeable to Na + . This leads to a rapid influx of Na + followed by the reversal of the polarity at that site, i.e., the outer surface of the membrane becomes negatively charged and the inner side becomes positively charged. The polarity of the membrane at the site is thus reversed and hence depolarised. The electrical potential difference across the plasma membrane at the site A is called the action potential, which is in fact termed as a nerve impulse.

At sites immediately ahead, the axon (e.g., site B) membrane has a positive charge on the outer surface and a negative charge on its inner surface. As a result, a current flows on the inner surface from site A to site B. ptic neuron, which may or may not be separated by a gap called synaptic cleft. There are two types of synapses, namely, electrical synapses and chemical synapses. At electrical synapses, the membranes of pre- and post-synaptic neurons are in very close proximity. Electrical current can flow directly from one neuron into the other across these synapses. Transmission of an impulse across electrical synapses is very similar to impulse conduction along a single axon. Impulse transmission across an electrical synapse is always faster than that across a chemical synapse. Electrical synapses are rare in our system.

At a chemical synapse, the membranes of the pre- and post-synaptic neurons are separated by a fluid-filled space called synaptic cleft. The rise in the stimulus-induced permeability to Na + is extremely shortlived. It is quickly followed by a rise in permeability to K + . Within a fraction of a second, K + diffuses outside the membrane and restores the resting potential of the membrane at the site of excitation and the fibre becomes once more responsive to further stimulation.

Transmission of Impulses generate a new potential in the post-synaptic neuron. The new potential developed may be either excitatory or inhibitory.


The Pathway and Adaptive Value of a Simple Spinal Reflex Involving 3 Neurones

  • Stimulus causes receptor to generate nerve impulse along SENSORY NEURONE
    • Moves along dendrite, dorsal root, to the cell body
    • Cell body is in the dorsal root ganglion, outside the cord/CNS
    • From cell body along axon
    • De exemplu. release neurotransmitter into muscle cell &rarr contract
    • Their long fibres run through ascending (to brain) and descending tracts in the white matter of the spinal cord

    11.4: Nerve Impulses - Biology

    Neurons & the Nervous System

    The human nervous system consists of billions of nerve cells (or neurons)plus supporting (neuroglial) cells. Neurons are able to respond to stimuli (such as touch, sound, light, and so on), conduct impulses, and communicate with each other (and with other types of cells like muscle cells).

    The nucleus of a neuron is located in the cell body. Extending out from the cell body are processes called dendrites and axons. These processes vary in number & relative length but always serve to conduct impulses (with dendrites conducting impulses toward the cell body and axons conducting impulses away from the cell body).



    http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Complete_neuron_cell_diagram_en.svg

    Neurons can respond to stimuli and conduct impulses because a membrane potential is established across the cell membrane. In other words, there is an unequal distribution of ions (charged atoms) on the two sides of a nerve cell membrane. This can be illustrated with a voltmeter:

    With one electrode placed inside a neuron and the other outside, the voltmeter is 'measuring' the difference in the distribution of ions on the inside versus the outside. And, in this example, the voltmeter reads -70 mV (mV = millivolts). In other words, the inside of the neuron is slightly negative relative to the outside. This difference is referred to as the Resting Membrane Potential. How is this potential established?

    The membranes of all nerve cells have a potential difference across them, with the cell interior negative with respect to the exterior (a). In neurons, stimuli can alter this potential difference by opening sodium channels in the membrane. For example, neurotransmitters interact specifically with sodium channels (or gates). So sodium ions flow into the cell, reducing the voltage across the membrane.

    Once the potential difference reaches a threshold voltage, the reduced voltage causes hundreds of sodium gates in that region of the membrane to open briefly. Sodium ions flood into the cell, completely depolarizing the membrane (b). This opens more voltage-gated ion channels in the adjacent membrane, and so a wave of depolarization courses along the cell &mdash the action potential.

    As the action potential nears its peak, the sodium gates close, and potassium gates open, allowing ions to flow out of the cell to restore the normal potential of the membrane (c) (Gutkin and Ermentrout 2006).

    Establishment of the Resting Membrane Potential

    Membranes are polarized or, in other words, exhibit a RESTING MEMBRANE POTENTIAL. This means that there is an unequal distribution of ions (atoms with a positive or negative charge) on the two sides of the nerve cell membrane. This POTENTIAL generally measures about 70 millivolts (with the INSIDE of the membrane negative with respect to the outside). So, the RESTING MEMBRANE POTENTIAL is expressed as -70 mV, and the minus means that the inside is negative relative to (or compared to) the outside. It is called a RESTING potential because it occurs when a membrane is not being stimulated or conducting impulses (in other words, it's resting).

    What factors contribute to this membrane potential?

    Two ions are responsible: sodium (Na+) and potassium (K+). An unequal distribution of these two ions occurs on the two sides of a nerve cell membrane because carriers actively transport these two ions: sodium from the inside to the outside and potassium from the outside to the inside. AS A RESULT of this active transport mechanism (commonly referred to as the SODIUM - POTASSIUM PUMP), there is a higher concentration of sodium on the outside than the inside and a higher concentration of potassium on the inside than the outside (Animation: How the Sodium-Potassium Pump Works).


    Pompa de sodiu-potasiu
    Used with permission of Gary Kaiser


    Source: http://ifcsun1.ifisiol.unam.mx/Brain/mempot.htm

    The nerve cell membrane also contains special passageways for these two ions that are commonly referred to as GATES or CHANNELS. Thus, there are SODIUM GATES and POTASSIUM GATES. These gates represent the only way that these ions can diffuse through a nerve cell membrane. IN A RESTING NERVE CELL MEMBRANE, all the sodium gates are closed and some of the potassium gates are open. AS A RESULT, sodium cannot diffuse through the membrane & largely remains outside the membrane. HOWEVER, some potassium ions are able to diffuse out.

    OVERALL, therefore, there are lots of positively charged potassium ions just inside the membrane and lots of positively charged sodium ions PLUS some potassium ions on the outside. THIS MEANS THAT THERE ARE MORE POSITIVE CHARGES ON THE OUTSIDE THAN ON THE INSIDE. In other words, there is an unequal distribution of ions or a resting membrane potential. This potential will be maintained until the membrane is disturbed or stimulated. Then, if it's a sufficiently strong stimulus, an action potential will occur.

    Voltage sensing in a sodium ion channel. The voltage sensors in a sodium channels are charged 'paddles'
    that move through the fluid membrane interior. Voltage sensors (two of which are shown here) are linked mechanically to
    the channel's 'gate'. Each voltage sensor has four positive charges (amino acids) (Modified slightly from Sigworth 2003).

    In a cross section view of the voltage-dependent potassium channel,
    two of the four paddles move up and down, opening and closing the
    central pore through which potassium ions flow out of the cell, restoring the
    cell's normal negative inside, positive outside polarity.

    An action potential is a very rapid change in membrane potential that occurs when a nerve cell membrane is stimulated. Specifically, the membrane potential goes from the resting potential (typically -70 mV) to some positive value (typically about +30 mV) in a very short period of time (just a few milliseconds).

    What causes this change in potential to occur? The stimulus causes the sodium gates (or channels) to open and, because there's more sodium on the outside than the inside of the membrane, sodium then diffuses rapidly into the nerve cell. All these positively-charged sodiums rushing in causes the membrane potential to become positive (the inside of the membrane is now positive relative to the outside). The sodium channels open only briefly, then close again.

    The potassium channels then open, and, because there is more potassium inside the membrane than outside, positively-charged potassium ions diffuse out. As these positive ions go out, the inside of the membrane once again becomes negative with respect to the outside (Animation: Voltage-gated channels) .

    Threshold stimulus & potential

    • Action potentials occur only when the membrane in stimulated (depolarized) enough so that sodium channels open completely. The minimum stimulus needed to achieve an action potential is called the threshold stimulus.
    • The threshold stimulus causes the membrane potential to become less negative (because a stimulus, no matter how small, causes a few sodium channels to open and allows some positively-charged sodium ions to diffuse in).
    • If the membrane potential reaches the potențial de prag (generally 5 - 15 mV less negative than the resting potential), the voltage-regulated sodium channels all open. Sodium ions rapidly diffuse inward, & depolarization occurs.

    All-or-None Law - action potentials occur maximally or not at all. In other words, there's no such thing as a partial or weak action potential. Either the threshold potential is reached and an action potential occurs, or it isn't reached and no action potential occurs.

      • During an action potential, a second stimulus will not produce a second action potential (no matter how strong that stimulus is)
      • corresponds to the period when the sodium channels are open (typically just a millisecond or less)

        • Another action potential can be produced, but only if the stimulus is greater than the threshold stimulus
        • corresponds to the period when the potassium channels are open (several milliseconds)
        • the nerve cell membrane becomes progressively more 'sensitive' (easier to stimulate) as the relative refractory period proceeds. So, it takes a very strong stimulus to cause an action potential at the beginning of the relative refractory period, but only a slightly above threshold stimulus to cause an action potential near the end of the relative refractory period

        The absolute refractory period places a limit on the rate at which a neuron can conduct impulses, and the relative refractory period permits variation in the rate at which a neuron conducts impulses. Such variation is important because it is one of the ways by which our nervous system recognizes differences in stimulus strength, e.g., dim light = retinal cells conduct fewer impulses per second vs. brighter light = retinal cells conduct more impulses per second.

        How does the relative refractory period permit variation in rate of impulse conduction? Let's assume that the relative refractory period of a neuron is 20 milliseconds long and, further, that the threshold stimulus for that neuron (as determined, for example, in a lab experiment with that neuron) is 0.5 volt. If that neuron is continuously stimulated at a level of 0.5 volt, then an action potential (and impulse) will be generated every 20 milliseconds (because once an action potential has been generated with a threshold stimulus [and ignoring the absolute refractory period], another action potential cannot occur until the relative refractory period is over). So, in this example, the rate of stimulation (and impulse conduction) would be 50 per second (1 sec = 1000 ms 1000 ms divided by 20 ms = 50).

        If we increase the stimulus (e.g., from 0.5 volt to 1 volt), what happens to the rate at which action potentials (and impulses) occur? Because 1 volt is an above-threshold stimulus, it means that, once an actional potential has been generated, another one will occur in less than 20 ms or, in other words, before the end of the relative refractory period. Thus, in our example, the increased stimulus will increase the rate of impulse conduction above 50 per second. Without more information, it's not possible to calculate the exact rate. However, it's sufficient that you understand that increasing stimulus strength will result in an increase in the rate of impulse conduction.

        Impulse conduction - an impulse is simply the movement of action potentials along a nerve cell. Action potentials are localized (only affect a small area of nerve cell membrane). So, when one occurs, only a small area of membrane depolarizes (or 'reverses' potential). As a result, for a split second, areas of membrane adjacent to each other have opposite charges (the depolarized membrane is negative on the outside & positive on the inside, while the adjacent areas are still positive on the outside and negative on the inside). An electrical circuit (or 'mini-circuit') develops between these oppositely-charged areas (or, in other words, electrons flow between these areas). This 'mini-circuit' stimulates the adjacent area and, therefore, an action potential occurs. This process repeats itself and action potentials move down the nerve cell membrane. This 'movement' of action potentials is called an impulse.

        • impulses typically travel along neurons at a speed of anywhere from 1 to 120 meters per second
        • the speed of conduction is influenced by the presence or absence of myelin
        • Neurons with myelin (or myelinated neurons) conduct impulses much faster than those without myelin.


        The myelin sheath (blue) surrounding axons (yellow) is produced by glial cells (Schwann cells in the PNS, oligodendrocytes in the CNS). These cells produce large membranous extensions that ensheath the axons in successive layers that are then compacted by exclusion of cytoplasm (black) to form the myelin sheath. The thickness of the myelin sheath (the number of wraps around the axon) is proportional to the axon's diameter.

        Myelination, the process by which glial cells ensheath the axons of neurons in layers of myelin, ensures the rapid conduction of electrical impulses in the nervous system. The formation of myelin sheaths is one of the most spectacular examples of cell-cell interaction and coordination in nature. Myelin sheaths are formed by the vast membranous extensions of glial cells: Schwann cells in the peripheral nervous system (PNS) and oligodendrocytes in the central nervous system (CNS). The axon is wrapped many times (like a Swiss roll) by these sheetlike membrane extensions to form the final myelin sheath, or internode. Internodes can be as long as 1 mm and are separated from their neighbors by a short gap (the node of Ranvier) of 1 micrometer. The concentration of voltage-dependent sodium channels in the axon membrane at the node, and the high electrical resistance of the multilayered myelin sheath, ensure that action potentials jump from node to node (a process termed "saltatory conduction") (ffrench-Constant 2004).

        Schwann cells (or oligodendrocytes) are located at regular intervals along the process (axons and, for some neurons, dendrites) & so a section of a myelinated axon would look like this:

        Between areas of myelin are non-myelinated areas called the nodes of Ranvier. Because fat (myelin) acts as an insulator, membrane coated with myelin will not conduct an impulse. So, in a myelinated neuron, action potentials only occur along the nodes and, therefore, impulses 'jump' over the areas of myelin - going from node to node in a process called saltatory conduction (with the word saltatory meaning 'jumping'):

        Because the impulse 'jumps' over areas of myelin, an impulse travels much faster along a myelinated neuron than along a non-myelinated neuron.

        Types of Neurons - the three main types of neurons are:


        Multipolar
        neuron

        Unipolar
        neuron

        Bipolar neuron

        Neuroni multipolari are so-named because they have many (multi-) processes that extend from the cell body: lots of dendrites plus a single axon. Functionally, these neurons are either motor (conducting impulses that will cause activity such as the contraction of muscles) or association (conducting impulses and permitting 'communication' between neurons within the central nervous system).

        Unipolar neurons have but one process from the cell body. However, that single, very short, process splits into longer processes (a dendrite plus an axon). Unipolar neurons are sensory neurons - conducting impulses into the central nervous system.

        Neuroni bipolari have two processes - one axon & one dendrite. These neurons are also sensory. For example, biopolar neurons can be found in the retina of the eye.

        Neuroglial, or glial, cells - general functions include:

        1 - forming myelin sheaths
        2 - protecting neurons (via phagocytosis)
        3 - regulating the internal environment of neurons
        in the central nervous system

        Synapse = point of impulse transmission between neurons impulses are transmitted from pre-synaptic neurons to post-synaptic neurons

        Synapses usually occur between the axon of a pre-synaptic neuron & a dendrite or cell body of a post-synaptic neuron. At a synapse, the end of the axon is 'swollen' and referred to as an end bulb or synaptic knob. Within the end bulb are found lots of synaptic vesicles (which contain neurotransmitter chemicals) and mitochondria (which provide ATP to make more neurotransmitter). Between the end bulb and the dendrite (or cell body) of the post-synaptic neuron, there is a gap commonly referred to as the synaptic cleft. So, pre- and post-synaptic membranes do not actually come in contact. That means that the impulse cannot be transmitted directly. Rather, the impulse is transmitted by the release of chemicals called chemical transmitters (or neurotransmitters).


        http://www.nia.nih.gov/NR/rdonlyres/4E12F6CF-2436-47DB-8CC5-607E82B2B8E4/2372/neurons_big1.jpg


        Micrograph of a synapse (Schikorski and Stevens 2001).


        Post-synaptic membrane receptors


        Structural features of a typical nerve cell (i.e., neuron) and synapse. This drawing shows the major components of a typical neuron, including the cell body with the nucleus the dendrites that receive signals from other neurons and the axon that relays nerve signals to other neurons at a specialized structure called a synapse. When the nerve signal reaches the synapse, it causes the release of chemical messengers (i.e., neurotransmitters) from storage vesicles. The neurotransmitters travel across a minute gap between the cells and then interact with protein molecules (i.e., receptors) located in the membrane surrounding the signal-receiving neuron. This interaction causes biochemical reactions that result in the generation, or prevention, of a new nerve signal, depending on the type of neuron, neurotransmitter, and receptor involved (Goodlett and Horn 2001).

        When an impulse arrives at the end bulb, the end bulb membrane becomes more permeable to calcium. Calcium diffuses into the end bulb & activates enzymes that cause the synaptic vesicles to move toward the synaptic cleft. Some vesicles fuse with the membrane and release their neurotransmitter (a good example of exocytosis). The neurotransmitter molecules diffuse across the cleft and fit into receptor sites in the postsynaptic membrane. When these sites are filled, sodium channels open & permit an inward diffusion of sodium ions. This, of course, causes the membrane potential to become less negative (or, in other words, to approach the threshold potential). If enough neurotransmitter is released, and enough sodium channels are opened, then the membrane potential will reach threshold. If so, an action potential occurs and spreads along the membrane of the post-synaptic neuron (in other words, the impulse will be transmitted). Of course, if insufficient neurotransmitter is released, the impulse will not be transmitted.


        Impulse transmission - The nerve impulse (action potential) travels down the presynaptic axon towards the synapse, where it activates voltage-gated calcium channels leading to calcium influx, which triggers the simultaneous release of neurotransmitter molecules from many synaptic vesicles by fusing the membranes of the vesicles to that of the nerve terminal. The neurotransmitter molecules diffuse across the synaptic cleft, bind briefly to receptors on the postsynaptic neuron to activate them, causing physiological responses that may be excitatory or inhibitory depending on the receptor. The neurotransmitter molecules are then either quickly pumped back into the presynaptic nerve terminal via transporters, are destroyed by enzymes near the receptors (e.g. breakdown of acetylcholine by cholinesterase), or diffuse into the surrounding area.

        This describes what happens when an 'excitatory' neurotransmitter is released at a synapse. However, not all neurotransmitters are 'excitatory.'

        Types of neurotransmitters:

          1- Excitatory - neurotransmitters that make membrane potential less negative (via increased permeability of the membrane to sodium) &, therefore, tend to 'excite' or stimulate the postsynaptic membrane

        2 - Inhibitory - neurotransmitters that make membrane potential more negative (via increased permeability of the membrane to potassium) &, therefore, tend to 'inhibit' (or make less likely) the transmission of an impulse. One example of an inhibitory neurotransmitter is gamma aminobutyric acid (GABA shown below). Medically, GABA has been used to treat both epilepsy and hypertension. Another example of an inhibitory neurotransmitter is beta-endorphin, which results in decreased pain perception by the CNS.


        Neurotransmitters (acetylcholine described starting at about 2:55)

          1 - Temporal summation - transmission of an impulse by rapid stimulation of one or more pre-synaptic neurons

        2 - Spatial summation - transmission of an impulse by simultaneous or nearly simultaneous stimulation of two or more pre-synaptic neurons

        Citate din literatura

        ffrench-Constant, C., H. Colognato, and R. J. M. Franklin. 2004. Neuroscience: the mysteries of myelin unwrapped. Science 304:688-689.

        Goodlett, C.R., and K. H. Horn. 2001. Mechanisms of alcohol-induced damage to the developing nervous system. Alcohol Research & Health 25:175&ndash184.

        Gutkin, B. and G. B. Ermentrout. 2006. Neuroscience: spikes too kinky in the cortex? Nature 440: 999-1000.

        Sigworth, F. J. 2003. Structural biology: life's transistors. Nature 423:21-22.

        Zhou, M., João H. Morais-Cabral, Sabine Mann and Roderick MacKinnon. 2001. Potassium channel receptor site for the inactivation gate and quaternary amine inhibitors. Nature 411:657-661.


        Priveste filmarea: URECHEA, ORGAN AL AUZULUI ȘI AL ECHILIBRULUI (Ianuarie 2022).