Το Ανθρώπινο Νευρικό Σύστημα: Μέρος Δεύτερο Α: Η διαβίβαση του νευρικού και ηλεκτρικού σήματος στο νευρικό μας σύστημα

 

της Δήμητρας Σπανού 

καθηγήτριας Χημικού

υπό κατασκευή

Της Δήμητρας Σπανού Χημικού

ΠΩΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΕΙΤΑΙ ΤΟ  ΝΕΥΡΙΚΟ ΣΗΜΑ

Νευρικό σήμα δημιουργείται όταν κινείται ηλεκτρικό φορτίο από τον ένα νευρώνα (προσυναπτικό) προς τον άλλον (μετασυναπτικό) διαμέσου των νευρικών συνάψεων

Υπάρχουν δύο ειδών συνάψεις μεταξύ των νευρώνων, οι ηλεκτρικές και οι χημικές.

 

Δυναμικό ηρεμίας και Δυναμικό ενέργειας 

Το νευρικο κύτταρο σε γενικές γραμμές, είναι  όπως κάθε κύτταρο του οργανισμού μας. 

 Με τον πυρήνα , το κυτταρόπλασμα και την κυτταρική του μεμβράνη που το διαχωρίζει από τον εξωκυττάριο χώρο, ελέγχει την επικοινωνία, την διέλευση ουσιών  αλλά και την διέγερση του κυττάρου από εξωκυττάριους παράγοντες

Αυτές οι λειτουργίες της μεμβράνης ευνούνται, διότι υπάρχει μια διαφορά ηλεκτρικοχημικού δυναμικού μεταξύ του κυτταροπλάσματος και του εξωκυττάριου χώρου που ενισχύει τις λειτουργίες αυτές και τους παρέχει ενέργεια σαν μια μπαταρία. Είναι το

 μεμβρανικό δυναμικό (ή διαμεμβρανικό δυναμικό) είναι είναι η διαφορά μεταξύ του ηλεκτρικού δυναμικού στο κυτταρόπλασμα (V_{i}) και του ηλεκτρικού δυναμικού στον εξωκυττάριο χώρο (V_{o}), δηλαδή(V_{i}-V_{o}).

 

Δυναμικό ηρεμίας  Ό ταν  οι τιμές του μεμβρανιακού  δυναμικού οι φυσιολογικές

 διαφορά δυναμικού στις άκρες της κυτταρικης μεμβράνης απομακρυνθεί από  απομακρυνθεί από τις φυσιολογικές τιμές, και είναι ο τρόπος για να επανέλθουν

Το δυναμικό αυτό σε φυσιολογικές συνθήκες παίρνει διάφορες τιμές αναλόγως το κύτταρο  -60mV για τα κύτταρα λείου μυός, -40mV για τους φωτουποδοχείς, -95mV για τα κύτταρα σκελετικών μυών και οφείλεται σε ιόντα Καλίου, χλωρίου, ασβεστίου κ.α. που υπάρχουν μέσα και έξω από το κάθε κύτταρα αλλά και στον προσανατολισμό ορισμένων μορίων της κυτταρικής μεμβράνης πρωτεινών, γλυκεριδίων κ.α. που εμφανίζουν πολικότητα.

Ειδικότερα στα νευρικά κύτταρα και από αυτά στους νευρώνες αυτή η διαφορά δυναμικού δεν παραμένει πάντα σταθερή ώστε να έχουμε το δυναμικό ηρεμίας που είναι  -60 έως-70 mV 

Δυναμικό ενέργειας

Όταν με το ένα ή τον άλλο τρόπο η μεταβολή φτάσει  μια κρίσιμη ποσότητα  των 15mV ,  δηλαδή στα νευρικά κύτταρα όταν ανέβει στα   ή στα -50mV 

 Η κρίσιμη ποσότητα ονομάζεται ουδός

Το Δυναμικό ονομάζεται Δυναμικό ενέργειας 

 ΤΟΤΕ ΚΑΙ ΜΟΝΟ το κύτταρο εκπολώνεται  ώστε να επανέλθει στο δυναμικό ηρεμίας του.

Ο τρόπος που εκπολώνεται είναι η διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος κατά μήκος του νευροάξονα του μετασυναπτικού νευρώνα με κατεύθυνση το επόμενο κύτταρο- νευρώνα.  Έτσι  επανέρχεται στο δυναμικό ηρεμίας του.

 

Υπάρχουν δυο τρόποι να κινηθεί ηλεκτρικό φορτίο και να γίνει η εκπόλωση όπ

ως αναφέρθηκε. 

 

Α Ηλεκτρική διαβίβαση 

Κατά τον ηλεκτρική διαβίβαση, κινείται  ηλεκτρικό φορτίο από τον προσυναπτικό στο μετασυναπτικό νευρώνα παθητικά με διάχυση. Αυτό γίνεται,

 1.μέσω κυλινδρικών καναλιών  από πρωτείνες (δίαυλοι διέλευσης ιόντων ή χασμοσύνδεσμοι)

Αυτά δεν υπάρχουν μόνιμα αλλά  αποτελούνται από δύο ημικύλινδρους , φτιαγμένους από  διαμεμβρανιακές πρωτείνες που είναι τοποθετημένοιται - ένας ημικύλινδρος  σε κάθε νευρώνα -κοντά συναπτική σχισμή και πάνω στην μεμβράνη εκάστου νευρώνα, από τον έξω χώρο προς το κυτταρόπλασμα .

  Ενώνονται σε δίαυλους με ευθυγράμμιση μόνο όταν πρέπει να γίνει η διέλευση ιόντων από το ένα νευρικό κύτταρο στο άλλο που λέγονται χασμοσύνδεσμοι  και γεμίζουν από κοινό κυτταρόπλασμα 

Οι χασμοσύνδεσμοι χρησιμοποιούνται σε ορισμένες περιπτώσεις διαβιβάσεων όπως στον συντονισμό των συστολών των μυών της καρδιάς

Χρησιμοποιούνται κυρίως  όταν υπάρχει ανάγκη γρήγορης επικοινωνίας  αλλά όχι επεξεργασίας των μυνημάτων

Μεταδίδονται δυναμικά ενέργειας αλλά και δυναμικά κάτω από την ουδό.

Ακολουθούν σταθερή πορεία, μεταδιδονται από τον έναν νευρώνα στον άλλο

Υπάρχει επίσης επιλογή στον τύπο των ιόντων που μπορούν να εισέλθουν και να εξέλθουν από το κύτταρο (εκλεκτική διέλευση ιόντων )

 Υπάρχουν ειδικοί και μη ειδικοί δίαυλοι, που εξαρτάται από το φορτίο μέσα στην οπή που σχηματίζει ο δίαυλος καθώς και από το μέγεθος και το σχήμα του. 

 

2. Κίνηση ιόντων μέσω διάυλων ηρεμίας Καλίου - Νατρίου που είναι διαρκώς ανοικτοί και επιτρέπουν την διέλευση συγκεκριμένων ιόντων από τοκυτταρόπλασμα στον μεσοκυττάριο χώρο και αντίστροφα. Είναι σημαντικοι στην διατήρηση του Δυναμικού ηρεμίας (απαραίτητογια την λειτουργία του κυττάρου)

3. Κίνηση ιόντων μέσω τασιοελεγχόμενων διαύλων Νατρίου αλλά και ασβεστίου χλωρίου και καλίου που σε δυναμικό ηρεμίας είναι κλειστοί, αλλά 

Image result for δίαυλοι ελεγχόμενης μεταφοράς

ανοίγουν σε τρεις περιπτώσεις

α. εάν η διαφορά δυναμικου υπερβεί κάποια τιμή

β. αν προσδεθεί κάποιο μικρό μόριο (δεύτερος αγγελιοφόρος)

γ. με διάταση της μεμβράνης

4. Μεταφορά ιόντων μέσω την αντλίας Καλίου -Νατίου, που είναι μια διαμεμβρανιακή πρωτεϊνη που 

 

(Αν μιλάμε για τους νευρώνες του Περιφεριακού Νευρικού Συστήματος όπου κάθε κύτταρο- νευρώνας συνδέται με έναν προηγούμενον και έναν επόμενο (που μπορεί να είναι και μυικός οπότε μιλάμε για νευρομυική σύνδεση)

 

Α Η Χημκή διαβίβαση 

Κατά την χημική διαβίβαση κάθε δυναμικό ενέργειας έχει σαν αποτέλεσμα την κίνηση ιόντων ασβεστίου από την συναπτική σχισχή των δύο νευρώνων στον προσυναπτικό νευρώνα. Διαπερνά την μεμβράνη και επιρρεάζει τα κυστίδια με τον νευροδιαβιβαστή που βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα και προωθείται προς την συναπτική σχισμή όπου η μεμβράνες των κυστιδίων με τον διαβιβαστή συγχωνεύονται με την κυτταρική μεμβράνη του προσυναπτικού νευρώνα και το 

περιεχόομενό τους ελευθερώνεται στην μετασυναπτική σχισμή, μεταξύ των δύο νευρώνων.  Ορισμένα από τα χιλιάδες μόρια του διαβιβαστή, συνδέονται σε περιοχές της μεμβράνης του μετασυναπτικού νευρώνα (υποδοχείς)  και επιφέρουν τροποποιήσεις στην μεμβράνη του μετασυναπτικού νευρώνα. 

Ανάλογα με τουςυποδοχείς που συνδέονται, οι ίδιοι διαβιβαστέςμπορούν να φέρουν διαφορετικά αποτελέσματα.  Διέγερσης ή αναστολής.

Οι Χημικές διεγέρσεις είναι πολύπλοκες με πολύπλοκες συμπεριφορές

 

Ένταση καιταχύτητα του νευρικού σήματος

  • Το μέγεθος των ηλεκτρικών σημάτων που εισέρχονται στο κυτταρόπλασμα και ο χρόνος που απαιτείται γι αυτό, εξαρτάται από την αντίσταση και την χωρητικότητα της μεμβράνης σε ηλεκτρικό φορτίο.
  • Η αντίσταση της μεμβράνης και του κυτταροπλάσματος κατά μήκος του νευροάξονα καθώς και τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους (πάχος, μήκος, διάμετρος επηρρεάζουν την ταχύτητα διάδοσης του σήματος από νευρώνα σε νευρώνα

Στις χασμοσυνδέσεις η δημιουργία των χασμοσυνδέσεων,  ρυθμίζεται από την διαφορά δυναμικού , το PH, και την συγκέντρωση ασβεστίου

 Αυτά επιρρεάζει και την ένταση του νευρικού ερεθίσματος

 Θεωρητικά στο κυτταρόπλασμα υπάρχει περίσσεια αρνητικού φορτίου περίπου 65mV. 

Και το PH έξω από το κύτταρο είναι PH =7 ενώ στο κυτταροπλάσμα είναι PH=5,4. 

Η συγκέντρωση Ασβεστίου επιρρεάζει την δημιουργία χασμοσυνδλεσμων. Μεγάλη συγκέντρωση ασβεστίου στον μεσοκυττάριο χώρο ευννοεί και επιταχύνει την δημιουργία χασμοσυνδέσμων

Στην χημική διαβίβαση, η ένταση μετξυ των άλλων εξαρτάται αριθμό των μορίων του διαβιβαστή που προσδένονται στον μετασυναπτικό νευρώνα

 

                   

ΠΗΓΕΣ 

https://repository.kallipos.gr/bitstream/11419/4312/1/02_chapter%2005.pdf

repository.kallipos.gr/bitstream/11419/4831/1/ch_3.pdf

  •  

 

ΠΗΓΕΣ

WWW RESPI-GAM NET/NODE/4015

Nευροεπιστήμη και συμπεριφορά Eric Kandel, James Schwartz, Thomas Jessel

MNHMH Από τον νου στα μόρια Larry Squire Eric Kandel

https://slideplayer.gr/slide/15248380/