Физиология ЦНС

1.

1
Физиология ЦНС
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

2.

2
Список литературы
1. В. А. Дубынин и др. Регуляторные системы организма человека. Дрофа, 2003.
2. Фундаментальная и клиническая физиология. Под ред. А.Г.Камкина и
А.А.Каменского, М., Академия, 2004, 1072с.
3. А.Д. Ноздрачев, Р.С. Орлов. Начала (Основы) физиологии.
4. Физиология человека. Под ред. Шмидта Р. и Тевса Г.
5.От нейрона к мозгу. Дж. Г. Николлс, А. Р. Мартин, Б. Дж. Валлас, П. А. Фукс
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

3.

Повторение
Нейрон
3
нейроны составляют ≈ 10% всех клеток нервной
ткани
нейрон – основная структурно-функциональна
единица нервной ткани
Ф у н к ц и и нейрона:
а) основная - получение, переработка,
проведение и передача информации,
закодированной в виде электрических или
химических сигналов;
б) дополнительная - синтез и выделение
биологически активных веществ
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

4.

Повторение
Строение
и функции нейрона
4
нейрон
сома
отростки
дендриты
перехват Ранвье
аксонный холмик
аксон
миелиновая оболочка
ядро с
ядрышком
коллатераль
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко
терминали
- дендриты и сома – получение
информации (сигналов)
- сома – переработка информации
- аксонный холмик – кодирование
информации
- аксон – проведение и передача
информации (сигналов)

5.

Повторение
Свойства нервной ткани
5
а) возбудимость – способность воспринимать раздражения и отвечать на них
специфическими изменениями своего функционирования (деятельности):
- функциональная активность клетки возрастает или снижается
- это свойство характерно для клеток т.н. возбудимых тканей:
- железистых клеток – изменяется процесс секреции биологически активных веществ,
производимых этими клетками
- нейронов – изменение мембранного потенциала клетки
- мышечных клеток – сокращение или расслабление клетки
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

6.

Повторение
Свойства нервной ткани
6
б) проводимость – способность обеспечить распространение сигнала по
мембране клетки и передачу его клетке-мишени
- на мембране нейронов и мышечных клеток сигнал – электрический:
- это изменение мембранного потенциала, которое возникает в результате
изменения ионных токов, проходящих через мембрану клетки
Изменения
мембранного
потенциала нейрона
ПД
- потенциал покоя (ПП) – относительно стабильный
мембранный потенциал невозбужденного нейрона
- возбуждение / торможение нейрона - изменение его
мембранного потенциала
- при возбуждении нейрона сигнал распространяется
по аксону в виде электрической волны – это нервный
импульс (потенциал действия - ПД)
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

7.

Повторение
Синапс
7
это контакт нейрона с
клеткой-мишенью, в котором
осуществляется передача
сигнала от нейрона на
иннервируемую им клеткумишень:
• другой нейрон
• мышечная клетка
• железистая клетка
• рецепторная клетка
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

8.

Строение синапса
- синапс состоит из 3-х частей:
8
а) пресинаптическая часть – часть нейрона, от которой передается сигнал
- как правило, расширение терминали аксона – синаптическая бляшка / синаптический бутон
б) синаптическая щель - пространство между контактирующими клетками
в) постсинаптическая часть – мембрана клетки-мишени, которая получает сигнал
Астроцит
- синапс окружен астроцитами,
выполняющими вспомогательные
функции:
• поддерживают баланс ионов К+,
Са2+
• удаляют продукты метаболизма
нейрона из околосинаптического
пространства
• участвуют в синтезе и удалении
медиатора из синаптической щели...
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

9.

Повторение
Классификации синапсов
9
I. В зависимости от
контактирующих структур
А) аксо-дендритный
Б) аксо-соматический
В-Г) аксо-аксональный
- дендро-дендритный, дендросоматический /сомато-дендритный и др.
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

10.

Повторение
10
Электрический синапс
сигнал передают ионы
II. В зависимости от
механизма передачи сигнала
Химический синапс
ионы
сигнал передает медиатор
(нейромедиатор, нейротрансмиттер)
везикулы
молекулы
медиатора
- быстрая передача сигнала
- двусторонняя передача сигнала
- передача сигнала с задержкой
- односторонняя передача сигнала
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко
рецепторы

11.

Повторение
Работа химического синапса
11
по пресинаптической
мембране распространяется ПД он вызывает выброс
медиатора в синаптическую щель (экзоцитоз) медиатор перемещается к
постсинаптической мембране взаимодействует с ее рецепторами
вызывает ответ клетки-мишени
– ответ клетки-мишени на пришедший
сигнал - в виде изменения ее активности
изменение
мембранного
потенциала
ВПСП
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко
изменения
уровня
метаболизма
изменение
секреторной
активности
сокращение
мышечной
клетки

12.

Повторение
12
III. В зависимости от нейромедиатора
Холинергический синапс – медиатор ацетилхолин (АХ, Acetylcholine - Ach)
Адренергический синапс – медиатор норадреналин (НА, Norepinephrine - NE)
Дофаминергический синапс – медиатор дофамин (ДА, Dopamine – DA)
Серотонинергический синапс – медиатор серотонин (СТ, 5-гидрокситриптамин, Serotonin, 5hydroxytryptamine - 5-НТ)
Глутаматергический синапс – медиатор глутамат (глутаминовая кислота, Glutamate - GLU)
ГАМКергический синапс – медиатор гамма-аминомасляная кислота (ГАМК, gamma-аminobutyric acid GABA)
Опиоидергический синапс – медиатор опиоидный пептид
Глицинергический синапс – медиатор глицин
Пуринергический синапс – медиатор пурин
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

13.

Повторение
13
IV. В зависимости от ответа клетки-мишени
возбуждающие (возбудительные)
синапсы
в ответ на пришедший сигнал
активность клетки-мишени возрастает
тормозные синапсы
в ответ на пришедший
сигнал активность клетки-мишени
снижается / прекращается
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

14.

V. В зависимости от количества контактирующих структур
14
розетка
Простой синапс
одно пресинаптическое
окончание и одна
постсинаптическая часть
дивергенция
Сложный синапс
несколько
контактирующих
структур
конвергенция
дендритный шипик
Терминаль
гломерула
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

15.

15
Механизмы распространения сигнала в НС
Дивергенция (А) (иррадиация) –
расхождение сигнала (информации) от
одной структуры (нейрона, центра) к
нескольким структурам (клеткам,
нейронам, центрам)
обеспечивает:
повышение надежности в
распространении сигнала
повышение скорости переработки
информации
сложную многокомпонентную
переработку информации
многокомпонентные ответные
реакции
Конвергенция (Б)
схождение сигналов
(информации) от нескольких
структур (нейронов, центров) к
одной структуре (нейрону,
центру)
обеспечивает:
суммацию и усиление
слабых сигналов
интеграцию разнообразной
информации на одном элементе
системы
объединение структур для
сообщения целостности
ответной реакции – единства
действия (воронка
Шеррингтона)

16.

16
Синапсы ЦНС
VI. В зависимости от клетки-мишени
Нервно-мышечный синапс (концевая
пластинка, синапс соматической НС)
Нейросекреторный
(аксо-вазальный) синапс
мотонейрона
Синапсы ВНС
Нейрогормон
поперечно-полосатое
скелетное мышечное
волокно
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

17.

Повторение
17
Отличия ВНС от соматической НС
соматическая НС
мотонейрон
ВНС
ЦНС
1-й (центральный) нейрон ВНС
преганглионарные волокна
вегетативный ганглий
Периферическая НС
2-й (исполнительный, эффекторный)
нейрон ВНС
постганглионарные волокна
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

18.

Повторение
18
Мембранный потенциал
- ионы распределяются неравномерно снаружи и внутри клетки
- это обусловлено избирательной проницаемостью клеточной мембраны
-
внутри клетки преобладают
- анионы органических веществ
- катионы - К+
- в межклеточной среде преобладают
– ионы Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

19.

Повторение
19
Мембранный потенциал
→ в результате:
А) создаётся разность зарядов между
наружной и внутренней поверхностью
мембраны
существует разность потенциалов
между наружной и внутренней
поверхностью мембраны
– это мембранный потенциал
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

20.

Повторение
20
Ионные каналы клеточной мембраны
- это специализированные интегральные белки,
пронизывающие клеточную мембрану
- каждый ионный канал имеет определенные конфигурацию
(конформацию) и распределение зарядов пропускает
только определенный вид ионов
в мембране имеются К+-каналы, Nа+-каналы и др.
- ионы диффундируют сквозь
канал по закону осмоса - это
ионный ток
происходит перенос заряда
что и ведет к изменению
мембранного потенциала
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

21.

Типы ионных каналов
21
Закрытые
Постоянно открытые
открываются при определенных условиях
пропускают постоянный ионный
ток
- диффузия ионов по закону осмоса
обеспечивают
поддержание
потенциала
покоя нейрона
(ПП)
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко
обеспечивают
генерацию
потенциала
действия (ПД)
обеспечивают
генерацию
постсинаптических
потенциалов (ПСП)

22.

Иллюстрация
Потенциалзависимые / Электрочувствительные
Механочувствительные
22
Типы ионных
каналов
Створка
Створка
Створка
Лигандзависимые / Хемочувствительные
Лиганд
4. Постоянно открытые

23.

Дополнительно
23
Потенциалзависимые /электрочувствительные (voltagegated) ионные каналы. Воротный механизм работы
в канале имеется створка (ворота) –
участок молекулы канального белка, имеющий
определенную конфигурацию и определенный
заряд
в состоянии ПП канал закрыт – створка втянута
в канал
при изменении мембранного потенциала
створка перемещается и канал открывается
(Створка)
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

24.

Повторение
Нервные процессы
24
возбуждение
возбуждение нейронов сопровождается
генерацией ПД / возрастанием частоты ПД
обеспечивает распространение сигнала в
нервных сетях
возбуждение нейрона –
генерация ПД
торможение
активный нервный процесс,
сопровождающийся снижением частоты
ПД / прекращением генерации ПД
ограничивает распространение
сигнала в нервных сетях
торможение нейрона –
прекращение генерации ПД
изменение
мембранног
о
потенциала
ПП
торможение нейрона –
снижение частоты ПД
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко
возбуждение нейрона –
возрастание частоты ПД

25.

Повторение
Нервные процессы
25
Возбуждение
обеспечивает распространение сигналов (информации) в нервных сетях
поддержание
определенного
состояния (эмоции,
мотивации)
комплексная
переработка
информации
разнообразные и
сложные ответные
реакции
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

26.

Нервные процессы
Повторение
26
Торможение
- реализуется через тормозные интернейроны
Обеспечивает:
- регуляцию и контроль распространения возбуждения
координированную работу нервных центров
адекватность ответных реакций
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

27.

27
Виды торможения
возвратное торможение
(аутотроможение,
торможение Реншоу)
возбуждающий нейрон через тормозный
интернейрон тормозит сам себя
саморегуляция по принципу
отрицательной обратной связи
реципрокное (сопряженное, сочетанное,
взаимоисключающее) торможение
торможение одной структуры (нейрона, центра) при
одновременном возбуждении другой структуры
(нейрона, центра)
торможение антагонистических центров (нейронов),
обеспечивающее координированную работу этих центров
(нейронов)
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

28.

Иллюстрация
28
Реципрокное торможение
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

29.

29
Нейронная сеть (нейросеть) – элементарная
микросистема мозга
нейросеть - это система нейронов, объединенных множеством связей, имеющая
специфические афферентные «входы» (1) и эфферентные «выходы» (3)
ее нейроны вовлечены в общий процесс переработки информации (2-5)
выполняют общую специфическую физиологическую функцию
5

30.

Структура нейросети
30
(1) афферентные волокна – общие информационные «входы» в нейросеть
(2, 4) интернейроны – переработка информации за счет дивергенции, конвергенции и
циркуляции сигналов в нейросети
(5) тормозные интернейроны – защита от перевозбуждения, контроль и
координированная работа нейронов нейросети
(3) релейные нейроны – их аксоны образуют эфферентные «выходы» из нейросети
5
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

31.

Повторение
31
Элементарные (локальные) нейросети
(микросистемы)
Нейронный модуль коры БПШ
- группа нейронов, глиальных клеток и кровеносных сосудов, расположенных в коре в
виде дискретного колончатого блока (диаметр 300-600 мкм), связанных между собой
специфическими вертикальными связями
- имеет специфический набор афферентных волокон (общий вход)
обеспечивает стандартную дискретную переработку
информации
формирует общий эфферентный выход к
определенным структурам мозга
Ориентационные
микроколонки
первичной
зрительной коры

32.

Нейронный модуль коры БПШ
Повторение
длительная
циркуляция сигналов
32
возбуждающие
нейроны - I-III слои
защита от
перевозбуждения в
нейронных
контурах
Оптимизация
работы
нейронных
сетей
интеграция и
переработка
информации
(контроль
информационных
потоков)
(III, V, VI слои выведение сигналов из
модуля)
(IV слой -
получают
информацию)
общий эфферентный выход к
определенным структурам ЦНС
общий информационный входдоцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

33.

33
Элементарные (локальные) нейросети
(микросистемы)
нейросети гиппокампа
интрамуральный ганглий ВНС
ядра гипоталамуса

34.

Поведение – целостный системный механизм
34
двигательный компонент непосредственное взаимодействие
с внешней средой (мышечная
деятельность)
обеспечивает соматическая НС
Исполнительные аппараты НС
каждый нейрон в конкретный момент
времени может давать только один тип
ответа - возбуждение или торможение
Исполнительные аппараты организма
каждый исполнительный орган в
конкретный момент времени может
выполнять только одну реакцию
мотонейроны
соматической
нервной системы
поперечно-полосатые
скелетные мышцы
вегетативный компонент:
• перестройка работы внутренних
органов, сосудов, желез;
перераспределение ресурсов
организма с целью обеспечения
максимальной эффективности
текущего поведения
центральные нейроны ВНС,
передающие сигнал на
исполнительные нейроны
ВНС
гладкие мышцы внутренних органов и
сосудов, железы, миокард
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

35.

Принцип общего конечного пути
35
В каждый конкретный момент времени в ЦНС
поступает огромный поток информации по
множеству сенсорных каналов (входов)
каждый сенсорный вход несет
определенную информацию, т.е.
имеет определенное значение для
организма и может вызвать ответную
поведенческую реакцию –
двигательный ответ и его
вегетативное сопровождение
в итоге все информационные потоки конвергируют (сходятся) к
исполнительным нейронам, которые являются общим конечным
выходом (путем) к исполнительным органам
????
???
НО в каждый
конкретный момент
времени реакция
может быть только
одна
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко

36.

Принцип общего конечного пути
36
Поэтому информационные потоки конкурируют за общий
конечный путь – мотонейроны соматической НС и
центральные нейроны ВНС
в этой конкурентной борьбе побеждает
один наиболее значимый в данный момент
информационный канал
этот информационный
канал «захватывает»
общий конечный путь
определяет характер
текущего поведения
(ответная реакция двигательный ответ и
его вегетативное
сопровождение)
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко
Конкуренция – через взаимное торможение
разных информационных входов
центр запуска
ответной
реакции

37.

37
Принцип общего конечного пути
(принцип «воронки Шеррингтона»)
- в каждый конкретный момент в ЦНС поступают разнообразные информационные
потоки из внешней среды и из внутренней среды организма
эти потоки конкурируют за общий конечный путь:
группы мотонейронов и иннервируемые ими скелетные мышцы
нейроны ВНС и иннервируемые ими внутренние органы, сосуды, железы
в этой конкурентной борьбе побеждает один наиболее значимый в данный
момент информационный канал, который и определяет характер текущего
поведения
воронка Шеррингтона - единство координированной деятельности всех
эффекторных структур, обеспечивающих целостный системный ответ организма
на поступивший сигнал
доцент ИП им.Л.С.Выготского РГГУ, к.б.н. А.Б.Усенко