Skrypt 2 – Nerwy, charakterystyka reakcji odruchowych

Układ nerwowy zawiera dwa główne typy komórek: neurony i komórki gleju. Neurony
odpowiadają na sygnały ze środowiska poprzez generowanie sygnału elektrycznego,
natomiast komórki glejowe mogą pełnić bardzo różne funkcje.
Typowy neuron jest zbudowany z ciała komórki (perikarion) oraz odchodzących od niego
wypustek: aksonu i dendrytów.
Neuron może mieć jeden lub wiele dendrytów. Dendryty są zazwyczaj silnie rozgałęzione są
pokryte tysiącami synaps, przez które odbierają informację pochodzącą z zakończeń
aksonalnych innych neuronów i przekazują ją do ciała komórki.
Neurony mają zazwyczaj tylko jeden akson wychodzący z z ciała komórki w miejscu
nazwanym wzgórkiem aksonu. Zakończenia aksonów są miejscem kontaktu z innymi
neuronami (lub innym typem komórki), czyli tworzą synapsę
Synapsy są miejscem komunikacji neuronu z innym neuronem lub komórką efektorową
(komórką mięśniową lub gruczołową). Synapsa składa się z części presynaptycznej, którą
stanowi błona komórkowa zakończenia aksonu oraz z części postsynaptycznej, którą stanowi
błona komórkowa innego neuronu (zazwyczaj dendrytu, ale synapsy mogą też być tworzone
na ciele komórki lub aksonie innego neuronu) lub komórki efektorowej. Między częścią
presynaptyczną a postsynaptyczną znajduje się szczelina synaptyczna.
Większość synaps to synapsy chemiczne, które przekształcają sygnał elektryczny (impuls
nerwowy) dochodzący do zakończenia aksonu w sygnał chemiczny poprzez wydzielenie
neuroprzekaźnika z błony presynaptycznej do szczeliny synaptycznej. Neuroprzekaźnik łączy
się z receptorami w błonie postsynaptycznej wywołując depolaryzację przekształcenie
informacji z powrotem w sygnał elektryczny.
Znacznie rzadziej spotykane są synapsy elektryczne, w których szczelina synaptyczna jest
bardzo wąska, a impuls nerwowy jest przekazywany bezpośrednio z jednego neuronu na drugi
poprzez koneksony - specjalne kanały tworzące ścisłe połączenie między neuronami.
Neurony są elektrycznie pobudliwe, czyli zdolne do generowania i przewodzenia potencjałów
elektrycznych. Niepobudzony neuron utrzymuje potencjał spoczynkowy (będący różnicą
między potencjałem elektrycznym wnętrza neuronu a zewnętrznej powierzchni błony) dzięki
działaniu leżących w błonie pomp jonowych, które przenoszą określone jony przez błonę i
generują różnicę w stężeniu tych jonów po obu stronach błony.
Pod wpływem dostatecznie silnego bodźca (bodziec progowy) dochodzi do zmian w
przepuszczalności określonych jonów przez błonę, co prowadzi do powstania potencjału
czynnościowego - sygnału elektrycznego, który rozprzestrzenia się wzdłuż aksonu do synaps
znajdujących się w zakończeniach aksonu.
W stanie niepobudzonym potencjał elektryczny wewnątrz komórki nerwowej jest niższy niż
na zewnątrz. Różnica ta jest nazywana potencjałem spoczynkowym neuronu i wynosi ok. 70 mV. Jest spowodowana nierównomiernym rozmieszczeniem naładowanych jonów po obu
stronach błony. Za utrzymywanie potencjału spoczynkowego odpowiada działanie leżących w
błonie komórkowej aktywnych pomp sodowo-potasowych, które wypompowują kationy sodu
poza komórkę, a także odmienna przepuszczalność błony komórkowej dla różnych jonów.
W wyniku pobudzenia neuronu przez odpowiednio silny bodziec (np. pobudzenie synaps na
dendrytach neuronu przez inne neurony) dochodzi do powstania potencjału czynnościowego
wskutek zmian w przepuszczalności błony komórkowej neuronu dla poszczególnych jonów.
Następuje otwarcie się kanałów sodowych i gwałtowny napływ dodatnio naładowanych
jonów sodu do wnętrza komórki. Prowadzi to do wyrównania potencjałów po obu stronach
błony (0 mV), a następnie do odwrócenia się polaryzacji błony (do ok. +35 mV) - jest to tzw.
faza depolaryzacji. Następnie kanały sodowe ulegają inaktywacji, otwierają się natomiast
kanały potasowe, co powoduje wypływ dodatnio naładowanych jonów potasu na zewnątrz
komórki i powrót do ujemnej polaryzacji błony komórkowej - jest to tzw. faza repolaryzacji.
Faza depolaryzacji i repolaryzacji potencjału czynnościowego (iglica) trwa nie więcej niż 1
ms. Po nich następuje trwająca kilka milisekund hiperpolaryzacja następcza czyli spadek
potencjału błony poniżej potencjału spoczynkowego (do ok. -80 mV), a następnie powrót do
wartości potencjału spoczynkowego.
Podczas trwania potencjału czynnościowego błona komórkowa neuronu jest całkowicie
niepobudliwa, co oznacza że neuron nie może wytworzyć nowego potencjału
czynnościowego. W czasie hiperpolaryzacji następczej pobudliwość neuronu jest silnie
zmniejszona. Okresy niepobudliwości i zmniejszonej pobudliwości neuronu zwane są
odpowiednio refrakcją bezwzględną i względną. Dzięki nim istnieje ograniczenie dla
maksymalnej częstotliwości potencjałów czynnościowych jakie może wytwarzać neuron.
Ponadto dzięki temu, że fragment błony neuronu w którym właśnie wystąpił potencjał
czynnościowy jest niepobudliwy, potencjał czynnościowy może przenosić się wzdłuż aksonu
tylko w jednym kierunku.
Przewodzenie sygnałów przez neuron podlega zasadzie wszystko albo nic tzn. neuron
wytwarza potencjał czynnościowy lub nie. Wszystkie powstające potencjały czynnościowe w
danej komórce nerwowej mają tę samą wielkość, bez względu na wielkość bodźca (o ile tylko
jest on wystarczająco intensywny aby wywołać powstanie potencjału). Silniejsza stymulacja
neuronów (bodźcami ponadprogowymi) nie prowadzi do wytwarzania silniejszych
potencjałów. Może natomiast prowadzić do zwiększenia częstotliwości wytwarzania
potencjałów przez neuron.
Budowa komórki nerwowej
Zmiany potencjałów błonowych w czasie potencjału czynnościowego
Resting membrane potential – potencjał spoczynkowy błony
Synapsa elektryczna i chemiczna
Gap junction – połączenie szczelinowe (typu neksus)