NEURON I MIOCYT Co mają wspólnego? Pobudliwość komórki ■ Nadrzędną jednostkę układu nerwowego stanowi komórka nerwowa, czyli ………. . ■ Nadrzędną jednostkę układu nerwowego stanowi komórka nerwowa, czyli neuron. Pobudliwość komórki ■ Jego główne zadanie polega na ………. ■ przyjmowaniu, przetwarzaniu i przekazywaniu informacji w postaci bodźców elektrycznych. ■ W organizmie człowieka znajduje się ok. 30 bilionów neuronów. Pobudliwość komórki ■ Pobudliwość – zdolność komórek do reakcji na bodźce. ■ Komórki pobudliwe czyli wyróżniające się wyjątkową pobudliwością to miocyty i neurony. ■ Warunkiem pobudliwości neuronu jest istnienie potencjału spoczynkowego jego błony komórkowej. Potencjał spoczynkowy ■ W momencie spoczynku i niepobudzenia potencjał elektryczny występujący na błonie komórkowej jest niższy wewnątrz niż na zewnątrz komórki. ■ Jest to spowodowane nierównomiernym rozmieszczeniem jonów po obu stronach błony plazmatycznej. ■ W stanie spoczynku zewnętrzna powierzchnia błony ma przewagę kationów, czyli jest naładowana dodatnio, natomiast wewnętrzna ujemnie. ■ Potencjał spoczynkowy oznacza, że każdy z prądów jonowych (sodowych, potasowych, chlorkowych) ma stałą (różną od zera) wartość, jednak ich suma wynosi zero. Potencjał spoczynkowy ■ Potencjały spoczynkowe mają wartości ujemne, które w komórkach nerwowych wahają się między –65 mV a –90 mV. ■ Powstanie potencjału spoczynkowego jest spowodowane przede wszystkim tendencją jonów potasu do przepływania zgodnie z gradientem stężeń tych jonów z wnętrza na zewnątrz błony komórkowej. ■ Utrzymanie potencjału spoczynkowego jest możliwe dzięki: – gradientowi stężeń jonów, – przepuszczalności błony komórkowej, – działaniu pompy sodowo-potasowej. Pompa sodowo-potasowa ■ Wewnątrz komórki przeważają jony potasu, natomiast na zewnątrz jony sodu. ■ Aby zachować równowagę i utrzymać odpowiednie stężenia jonów, niezbędne jest wykorzystanie pompy sodowo-potasowej, która wbrew gradientowi stężeń transportuje te jony do odpowiednich miejsc. ■ W związku z mechanizmem działania pompy, niezbędnym elementem jest dostarczenie energii pod postacią ATP. Pobudliwość komórki ■ Zmiana stanu komórki może podążać w trzech kierunkach: ■ depolaryzacji – wzrostu potencjału błonowego, ■ repolaryzacji – powolnego spadku potencjału błonowego, ■ hiperpolaryzacji – potencjał błonowy jest niższy od potencjału spoczynkowego. Pobudliwość komórki ■ Elementem niezbędnym do depolaryzacji błony komórkowej jest bodziec. ■ Można wyróżnić trzy rodzaje bodźców: ■ bodźce podprogowe – zbyt słabe do wywołania pobudzenia. Działają punktowo na błonę komórkową, doprowadzając do miejscowej depolaryzacji. W wyniku ich działania może dojść do pobudzenia całej komórki, pod warunkiem że bodźce będą oddziaływać cyklicznie, w bardzo krótkich odstępach czasu; ■ bodźce progowe – najsłabsze bodźce, które powodują depolaryzację błony komórkowej; ■ bodźce nadprogowe – najsilniejsze bodźce powodujące depolaryzację błony komórkowej. Depolaryzacja – potencjał czynnościowy ■ Depolaryzacja – zmniejszenie ujemnego potencjału elektrycznego wewnątrz neuronu spowodowane napływem przez kanały jonowe w błonie komórkowej jonów sody do cytoplazmy komórki (potencjał zmienia się średnio od −80 mV do +10 mV). ■ Prowadzi ona do pobudzenia komórki nerwowej lub mięśniowej. Jeżeli wartość potencjału przekroczy wartość progową to dojdzie do przekazania informacji. ■ Zmiana potencjałów powoduje powstanie siły elektro- motorycznej. Zniesienie gradientu ładunków zaczyna rozszerzać się na sąsiadujące odcinki błony komórkowej, wywołując tzw. falę depolaryzacji. Pomiędzy pobudzonymi a niepobudzonymi częściami błony zaczyna płynąć impuls. Depolaryzacja ■ Szybkość przewodzenia jest zależna od kilku czynników. Należą do nich: ■ sposób przewodzenia (ciągły, skokowy), ■ grubość włókien ■ obecność osłonek, np. mielinowych w neuronach. Repolaryzacja ■ Za repolaryzację komórki odpowiedzialne są procesy inaktywacji sodowej i aktywacji potasowej. ■ Jony sodu transportowane są z wnętrza komórki do przestrzeni międzykomórkowej, a jony potasu w przeciwnym kierunku. W efekcie tych procesów wewnątrz komórki ładunek staje się ujemny, a na zewnątrz dodatni. ■ Repolaryzacja zakańcza potencjał czynnościowy. ■ Jeżeli transport jonów nie zakończy się na tym etapie, może dojść do hiperpolaryzacji, czyli liczba jonów sodu i potasu przekroczy wartości wyjściowe. ■ Po fazie repolaryzacji komórka wraca do potencjału spoczynkowego. Hiperpolaryzacja ■ Refrakcja bezwzględna ■ W momencie depolaryzacji i hiperpolaryzacji komórka jest niepobudliwa. Jest to tzw. refrakcja bezwzględna. W trakcie jej wystąpienia żadne bodźce nie mogą wywołać pobudzenia. ■ Refrakcja względna ■ Z chwilą wyrównywania poziomów sodu i potasu do wartości wyjściowych następuje okres refrakcji względnej. Jest to okres, w którym pobudzenie może zostać wywołane, ale tylko przez silny bodziec (nadprogowy). Neuron – komórka pobudliwa ■ Zrąb komórki stanowi cytoszkielet, który nie tylko nadaje jej odpowiedni kształt, lecz także odgrywa rolę systemu transportującego biologicznie aktywne substancje. ■ Centralną część komórki stanowi ciałko komórkowe. ■ Na zakończeniach dendrytów znajdują się synapsy, w których sygnał wejściowy ulega wzmocnieniu lub osłabieniu, czyli wstępnej modyfikacji. ■ Na końcu aksonu znajdują się drobne, kolbkowate rozszerzenia, tzw. kolbki synaptyczne. Potencjał czynnościowy w komórce nerwowej ■ W obrębie jednej komórki nerwowej impuls przebiega na zasadzie depolaryzacji. ■ Dochodzi do pobudzenia komórki nerwowej (przez inny neuron lub receptor). ■ Bodziec po osiągnięciu potencjału progowego powoduje powstanie potencjału czynnościowego. ■ Następuje depolaryzacja błony komórkowej i przejście impulsu wzdłuż komórki. ■ W komórkach nerwowych mielinowych, które mają przewężenia, impuls przechodzi w sposób skokowy, czyli od jednego przewężenia do drugiego. Synapsy ■ Impuls nerwowy przekazywany jest z neuronu na neuron lub na inną komórkę efektorową przez specjalne połączenie nazywane synapsą. Jest to obszar styku pomiędzy komórkami nerwowymi lub wykonawczymi. ■ W zależności od komórki odbierającej informacje (inny akson lub efektor) można wyróżnić synapsy: – nerwowo-nerwowe, – nerwowo-mięśniowe. ■ Synapsy po stronie neuronu przekazującego impuls (nazywanego kolbką synaptyczną lub zakończeniem presynaptycznym) pokryte są błoną presynaptyczną, a po stronie neuronu odbierającego impuls tzw. błoną postsynaptyczną. ■ Pomiędzy błonami znajduje się szczelina synaptyczna. Wewnątrz synaps (szczególnie w miejscu styku błon) znajdują się pęcherzyki zawierające transmitery i modulatory chemiczne. Synapsy ■ Wyróżnia się dwa rodzaje synaps: chemiczne oraz elektryczne. ■ W synapsach chemicznych sygnał elektryczny zostaje zmieniony na chemiczny. Prowadzi to do wydzielenia (po depolaryzacji błony presynaptycznej) neuroprzekaźników, które następnie łączą się ze swoimi receptorami znajdującymi się na błonie postsynaptycznej. ■ Efektem jest depolaryzacja błony i to może wywołać powstanie potencjału czynnościowego, co prowadzi do przemieszczania się informacji na kolejny neuron. ■ Do transmiterów chemicznych, które pobudzają (otwierają kanały sodowo-potasowe) należą m.in..: acetylocholina, dopamina, adrenalina, serotonina czy histamina. ■ Receptorami tych transmiterów są receptory cholinergiczne i adrenergiczne. Sygnał elektryczny w sygnał chemiczny ■ Przekazanie informacji odbywa się według następującego schematu: 1. depolaryzacja błony komórkowej aksonu; 2. dojście potencjału czynnościowego do błony presynaptycznej; 3. wydzielenie transmiterów synaptycznych do szczeliny synaptycznej; 4. przekazanie informacji do błony postsynaptycznej; 5. połączenie receptora z transmiterem i powstanie potencjału postsynaptycznego; 6. depolaryzacja błony komórkowej aksonu przyjmującego informację. ❖ opóźnienie synaptyczne – jest to czas, w którym informacja musi przejść przez synapsę Pytania kontrolne TKANKA MIĘŚNIOWA Miocyty jako komórki pobudliwe TKANKA MIĘŚNIOWA Co już wiemy? Podstawowe pojęcia ■ Włókno mięśniowe (miofibryla) składa się z białek kurczliwych. W komórce poprzecznie prążkowanej występują dwa rodzaje białek, które są ułożone naprzemiennie: grube, czyli miozyna, i cienkie, czyli aktyna. ■ Mięśnie poprzecznie prążkowane cechuje występowanie tzw. sarkomeru. Sarkomer w swojej środkowej formie ma ciemniejszy prążek (A), który powstał z miozyny, a na obu końcach jasne prążki (I) powstałe z aktyny. W ten sposób uwidacznia się prążkowanie (stąd nazwa mięśni). ■ W trakcie rozkurczu mięśnia nitki aktyny delikatnie i luźno wchodzą pomiędzy nitki miozyny (tworząc prążek H). W trakcie skurczu nitki aktyny wślizgują się pomiędzy nitki miozyny, czego efektem jest skrócenie sarkomeru (zanika prążek H). Mechanizm skurczu mięśnia szkieletowego ■ Mięśnie szkieletowe mają łączność z układem nerwowym. Jeden neuron ruchowy zaopatruje kilka włókien mięśniowych, w związku z czym kurczą się one jednocześnie. 1. Informacja o skurczu dochodzi do mięśnia za pomocą układu nerwowego. 2. Na synapsie nerwowo-mięśniowej wydzielona zostaje acetylocholina, która łączy się z receptorem cholinergicznym i powoduje pobudzenie komórki mięśniowej. 3. Dochodzi do aktywacji kanałów jonowych, co prowadzi do wnikania jonów sodu do wnętrza komórki i depolaryzacji błony komórkowej. 4. Depolaryzacja rozchodzi się po błonie, a za pomocą cewek obejmuje również wnętrze komórki. 5. Uwolnione zostają jony wapnia z cystern siateczki śródplazmatycznej, które wiążą się z troponiną, zmniejszając jej powinowactwo do aktyny. 6. Uwolniona w ten sposób aktyna styka się z miozyną za pomocą mostków poprzecznych, powodując jej aktywność enzymatyczną. Aktywność enzymatyczna miozyny doprowadza do rozkładu ATP i wydzielenia energii. 7. Efektem tego jest zmiana konformacyjna mostków i przesuwanie się nitek aktyny pomiędzy nitki miozyny. Jest to tzw. ślizgowy model skurczu. Efektem skurczu jest skrócenie się sarkomeru oraz skrócenie całego mięśnia. Skurcz mięśnia ■ Skurcz trwa do momentu, aż do wnętrza komórki uwalniane są jony wapnia działające na troponinę. W momencie rozkurczu pompa wapniowa wciąga do cystern siateczki śródplazmatycznej jony wapnia, co powoduje wysunięcie się aktyny i rozkurcz mięśnia. ■ Występuje kilka rodzajów skurczu mięśnia poprzecznie prążkowanego: – skurcz pojedynczy – powstaje w wyniku pobudzenia bodźcem pojedynczym, ale w przerwach dłuższych niż czas skurczu mięśnia; – skurcz tężcowy niezupełny – jest to skurcz fizjologiczny, następuje, gdy przerwa pomiędzy pobudzeniami jest krótsza niż cały okres skurczu mięśnia; – skurcz izotoniczny – następuje, gdy w czasie pobudzenia mięsień skraca się przy stałym poziomie napięcia; – skurcz auksotoniczny – w początkowej fazie rośnie napięcie w mięśniu, ale jego długość nie ulega zmianie, po czym mięsień zaczyna się skracać, ale napięcie pozostaje niezmienione (chodzenie, bieganie); – skurcz izometryczny – powstaje, gdy obciążenie mięśnia jest większe niż jego siła; nie występuje skracanie, a wynikiem jest np. utrzymanie ciężaru bez wykonywania ruchu. Rodzaje komórek mięśniowych ■ W organizmie człowieka występuje kilka rodzajów komórek mięśniowych. W zależności od pracy, którą wykonują, wyróżniamy komórki powolne, szybkie i mieszane. ■ Komórki powolne, tzw. czerwone – charakteryzują się dużą liczbą naczyń krwionośnych i mitochondriów. Skurcz w tych komórkach narasta powoli. Wykonują pracę wolną, niedokładną, ale długotrwałą. Należą do nich np. mięśnie grzbietu ■ Komórki szybkie (białe) – wyróżniają się tym, że występuje w nich szybki wzrost napięcia i szybkie zmęczenie z przewagą metabolizmu beztlenowego. Cechują się szybką, precyzyjną, ale krótkotrwałą pracą. Do tej grupy należą np. mięśnie palców. ■ Komórki mieszane stanowią większość komórek mięśni szkieletowych. Następuje u nich szybki skurcz, ale z przewagą metabolizmu tlenowego.