Fizjologia Całości WYKŁADY PDF

Wykład 1. Hematologia środa, 27 października 2021 18:48 1. Hematologia - po raz pierwszy pojawiła się w tytule dzieła Thomasa Schwencke'a, który był lekarzem a. hemato - (gr. haima) krew, logia - nauka b. nauka o krwi, narządach krwiotwórczych i chorobach krwi c. krew...

Wykład 1. Hematologia środa, 27 października 2021 18:48 1. Hematologia - po raz pierwszy pojawiła się w tytule dzieła Thomasa Schwencke'a, który był lekarzem a. hemato - (gr. haima) krew, logia - nauka b. nauka o krwi, narządach krwiotwórczych i chorobach krwi c. krew ▪ komórki □ erytrocyty □ leukocyty ▪ płytki krwi □ nie są komórkami □ elementy morfotyczne □ powstały z rozpadu megakariocytu ▪ osocze ▪ procesy związane z krwią □ krzepnięcie □ transport tlenu i dwutlenku węgla □ krwiotworzenie (powstawanie i usuwanie) □ przeszczep szpiku kostnego (komórek hematopoetycznych) ▪ narządy krwiotwórcze □ szpik kostny □ śledziona (w mniejszym stopniu) □ oba te narządy należą jednocześnie do układu limfatycznego i krwionośnego ▪ choroby krwi □ problemy z krzepnięciem □ infekcje krwi (sepsa) □ białaczki 2. Układ krwionośny a. dwa główne typy naczyń, centralnie umieszczone w organizmie ▪ tętnicze (główne - aorta) □ transport krwi utlenowanej (zaznaczone na kolor czerwony) □ zabarwienie krwi wiąże się z dużą ilością tlenu, jest jaskrawoczerwona □ krew wychodząca z serca płynie pod znacznie większym ciśnieniem, w związku z czym naczynia tętnicze muszą mieć znacznie grubszą ścianę (mięśniówkę), aby mogły utrzymać tą krew w ryzach □ nie posiadają zastawek ▪ żylne (główne - vena cava/żyła główna) □ transport krwi odtlenowanej (zaznaczone na kolor niebieski) □ zabarwienie krwi ciemnoczerwone, odcień niebieskiego, bardzo dużo dwutlenku węgla □ naczynia, które łatwo widzimy pod skórą, to naczynia żylne, widoczne jako niebieskawe □ krew płynie wolno, w wielu obszarach ciała wbrew grawitacji - muszą istnieć Fizjologia zwierząt (W) Strona 1  □ krew płynie wolno, w wielu obszarach ciała wbrew grawitacji - muszą istnieć zastawki chroniące przed cofaniem się krwi □ zastawki żylne zbudowane z fałdów błony wewnętrznej żyły otwierają się w przeciwnym kierunku niż płynie krew zastawki znajdują się w sercu, w naczyniach limfatycznych (zastawki chłonne) □ żylaki - niewydolność zastawek żylnych najczęściej występują na łydkach (krew płynie wbrew grawitacji) zwyrodnienia struktury naczyń mniejsza ilość tkanki sprężystej w ścianach naczyń krwionośnych ▪ naczynia włosowate □ w kapilarach - przekazanie CO2 i substancji odżywczych do tkanek □ oddanie metabolitów z tkanek do krwi b. pompa - serce, pomaga nadać odpowiednie ciśnienie i nadaje płynny przepływ krwi (krew w naczyniach żylnych przepływa wbrew grawitacji) 3. Układ limfatyczny a. sieć naczyń i narządów limfatycznych (śledziona, grasica) Fizjologia zwierząt (W) Strona 2 a. sieć naczyń i narządów limfatycznych (śledziona, grasica) ▪ naczynia limfatyczne łączą ze sobą węzły chłonne (jest ich najwięcej spośród wszystkich narządów limfatycznych) ▪ chłonne naczynia zbierające (duża średnica) ▪ włosowate naczynia chłonne (mała średnica) □ przechodzą przez naczynia włosowate krwionośne nie łącząc się z nimi □ tam odzyskiwane jest osocze - rola limfy b. zastawki naczyń limfatycznych ▪ naczyń chłonnych włosowatych □ zastawki pierwotne □ prosta budowa □ komórki śródbłonka limfatycznego zachodzą na siebie cebulkowato ▪ naczyń chłonnych zbierających □ zastawki wtórne □ bardziej zaawansowane, przypominają te w naczyniu żylnym c. brak pompy - limfa płynie jeszcze wolniej, niż krew w naczyniach żylnych, również wbrew grawitacji d. limfa - kolor mleczny, białawy e. szpik kostny ▪ zlokalizowany w kości ▪ może występować w dwóch odmianach, z czego jeden przechodzi w drugi □ szpik kostny czerwony - krwiotwórczy, hematopoetycznie czynny, powstają tu elementy morfotyczne krwi □ szpik kostny żółty - przerośnięty tkanką tłuszczową, jego zawartość wzrasta wraz z wiekiem, jest nieczynny hematopoetycznie ▪ już w wieku 25 lat szpik kostny zaczyna przerastać tkanką tłuszczową i traci czynność hematopoetyczną, szpik jest absolutnie cały aktywny w pierwszym roku życia ▪ pierwsze z kości, które zaczynają tracić szpik czerwony, to kości długie (najpierw trzon, z czasem pozostaje tylko w nasadzie) ▪ na zawsze zostają nam w miednicy, w czaszce, w biodrach ▪ szpik kostny stanowi 4-6% masy ciała człowieka, u dorosłego o masie 65 kg szpik waży około 2,6kg ▪ przekrój poprzeczny przez kość Fizjologia zwierząt (W) Strona 3  ▪ przekrój poprzeczny przez kość □ tętnica centralna □ naczynia żylne - w ich świetle, we wnętrzu komórki śródbłonka, zatoki szpiku □ poza naczyniami rezydują komórki hematopoetyczne, po tym jak dojrzeją są transportowane do wnętrza naczyń, a nastepnie transportowane do ogólnego obiegu, poza kości □ w miąższu - mieszanina wszystkich możliwych stadiów komórek krwi 4. Sensem istnienia układów jest to, aby siecią naczyń przepływały tkanki płynne - krew i limfa krew limfa erytrocyty, leukocyt (neutrofile), płytki krwi leukocyty (głównie limfocyty) osocze płyn tkankowy - frakcja płynna zubożała barwa czerwona (erytrocyty) barwa biaława (tłuszcze) transport tlenu i dwutlenku węgla, substancji funkcje obronne, odzyskiwanie osocza z tkanek, odżywczych i metabolitów, utrzymanie transport tłuszczu i witamin rozpuszczalnych w temperatury ciała i pH tłuszczach białka dyfundujące i niedyfundujące (nie białka dyfundujące wnikają do komórek, np. albuminy, globuliny, fibrynogen) krzepnięcie (zawiera fibrynogen) słabe krzepnięcie krąży z i do serca przepływ poza sercem (w jego kierunku), wpływa do krwi (łączy się z układem krwionośnym w okolicach obojczyka) 5. Hematopoeza/hemopoeza/hemocytopoeza - proces wytwarzania i różnicowania się elementów morfotycznych krwi a. produkcja wszystkich elementów komórkowych jest bardzo intensywna - szacuje się, że dziennie powstaje około 500 miliardów komórek dziennie, aby organizm był gotowy na wszystko b. wszystko zaczyna się od jednej, wyjściowej komórki macierzystej, z której powstają dwie komórki progenitorowe ▪ mieloidalna komórka macierzysta - powstają wszystkie elementy morfotyczne krwi poza limfocytami ▪ limfoidalna komórka macierzysta - powstają z niej wszystkie typy limfocytów c. do krwi przechodzą dopiero formy dojrzałe - wyjątkiem jest sepsa, kiedy jest nagłe zapotrzebowanie na komórki Fizjologia zwierząt (W) Strona 4  zapotrzebowanie na komórki d. proces hematopoezy ▪ HSC - komórki macierzyste hematopoezy, nazywane hemocytoblastami □ jest to pełnowartościowa komórka macierzysta z pełną zdolnością do odnawiania się i nieograniczonych podziałów □ najbardziej ogólna forma, z której moąa różnicować się komórki □ 2 cechy zdolność do potencjalnie nieograniczonej liczby podziałów (samoodnawianie się) różnicowanie w komórki innych typów ▪ MPP - multipotencjalne komórki progenitorowe □ stadium, które możliwość bardzo licznych podziałów, ale nie wraca do poprzedniego stadium, może przechodzić tylko w kolejne □ jest to podtyp komórek macierzystych □ swoiste tkankowo komórki macierzyste, występujące w narządach dorosłych osobników, służące do regeneracji tych narządów, a we krwi ma za zadanie ciągłą produkcję komórek krwi □ dzieli się na: CLP - wspólne komórki progenitorowe limfoidalne CMP - wspólne komórki progenitorowe linii mieloidalnej i granulocytarnej Fizjologia zwierząt (W) Strona 5 ▪ CLP → limfoblast - duże komórki o przedziale 10-18 um, szybkie podziały, okrągłe/owalne jądro (zazwyczaj większe niż jedno), zasadochłonna cytoplazma, chromatyna stosunkowo luźna → prolimfocyt - duże komórki o przedziale 10-18 um, może być mniejszy od limfoblastu, okrągłe/owalne jądro ze zbitą chromatyną, zasadochłonna cytoplazma → limfocyty - jądro owalne, mocno regularne w budowie, niewielki zrąbek cytoplazmy ▪ CMP □ monoblast - 12-20 um, owalne jądro centralne lub acentryczne, z początkiem wgłębienia, od 1 do 4 jąderek, cytoplazma bez ziarnistości, tzw. limfocytopoeza → promonocyt - 10-20 um, jądro z większym wgłębieniem, moze wyglądać na zagięte (zachodzące płaty), mniej jąderek, cytoplazma z ziarnistościami → monocyt - pełny repertuar ziarnistości, fasolowato/nerkowate jądro, krążą we krwi → makrofagi zapalne - w stanie infekcji przechodzą z krwi do tkanek stałych □ mieloblast - owalna komórka, 10-18 um z dużym jądrem i małym zrąbkiem cytoplazmy, jadro z 2-4 jąderkami, bez ziarnistości; powstają z niego wszystkie granulocyty, przechodząc przez dokładnie te same nazwy, tzw. granulocytopoeza → promielocyt (bazofilowy/eozynofilowy/neutrofilowy) - są nieco większe, powyżej 20 um (stają się wielką fabryką białek), rozbudowane ER, obecność jąderek, więcej cytoplazmy, pojawiają się ziarnistości I-rzędowe (azurofilne) → mielocyt - mniejsza komórka (12-18 um) z bardziej zbitym jądrem położonym acentralnie, jąderka mogą być wciąż obecne, pojawiają się ziarnistości II-rzędowe (swoiste) → metamielocyt - zwiększona kondensacja chromatyny, jądro ma wpuklenie, brak jąderek, na końcu tej fazy pojawiają się ziarnistości III-rzędowe (żelatynowe) i pęcherzyki wydzielnicze (neutrofile) → formy pałeczkowate - dalsza rearanżacja kształtu jądra (pałeczka) Fizjologia zwierząt (W) Strona 6  (pałeczka) → formy z jądrem segmentowanym 6. Płytki krwi a. Powstawanie płytek krwi -> megakariocytopoeza/trombocytopoeza ▪ megakarioblast - 8-30 um, jądro owalne, 3-5 większe jądro niż objętość cytoplazmy, liczne jąderka, cytoplazma zasadochłonna, raczej brak ziarnistości → promegakariocyt - liczne ziarnistości, endomitoza (częściowa mitoza, proces nie jest pełny i może się zatrzymać w różnych miejscach, nie zachodzi rozdział cytoplazmy), cytoplazma zasadochłona → megakariocyt - 40-100 um, 8-32 jądra b. rozpad megakariocytów ▪ megakariocyt - liczne lobule (jądra), ziarnistości → pseudopodia - powstają na przeciwległym biegunie w stosunku do cytoszkieletu, są bardzo liczne → proplatelet - pseudopodia coraz węższe, uwalniany jest materiał genetyczny fagocytowany przez makrofagi Fizjologia zwierząt (W) Strona 7  fagocytowany przez makrofagi ▪ proces ten jest kontrolowany przez trombopoetynę, która produkowana jest konstytutywnie w wątrobie i nerkach 7. Erytrocyty i erytropoeza a. proerytroblast - duże jądro, 2-3 jąderka ▪ erytroblast zasadofilny - powstaje z podziału poprzedniego stadium, jest nieco mniejszy, zanik jąderek, dużo rybosomów, stadium dzielące się → erytroblast polichromatyczny - obojętna cytoplazma,z podziału erytroblastu zasadofilnego, jądro pyknotyczne, stadium dzielace sie → erytroblast kwasochłonny (normoblast) - znacznie mniejszy, powstaje z podziału polichromatycznego, w czasie przechodzenia przez ścianę zatoki następuje wyrzut jądra, stadium niedzielące sie → retikulocyt - stadium bez jądra, młodociane stadium znajdujące się we krwi, widoczne resztki jądra, synteza hemobloginy, zachodzi usuwanie organelli → erytrocyt - dojrzała forma b. erytrocyty powstają z erytroblastów z szybkością około 120 mln/min c. co się dzieje w dojrzewającym erytrocycie? ▪ pyknoza - nieodwracalna kondensacja chromatyny: im mniejsze jądro, tym łatwiej jest się go pozbyć ▪ dojrzewanie trwa około 3 dni ▪ we wszystkich stadiach dojrzewania dochodzi do produkcji hemoglobiny d. charakterystyka erytrocytów ▪ spełniają także funkcje odpornościowe ▪ kształt dysku z przejaśnieniem centralnym (mniej hemoglobiny), co zwiększa do maksimum wymianę tlenu ▪ kolor różowy (kwasochłonność) - wynika z obecności hemoglobiny (hem+żelazo+tlen) ▪ są w stanie bardzo zmieniać swój kształt, dzięki czemu mogą przeciskać się przez naczynia włosowate ▪ błona erytrocytów decyduje o ich ogromnej odkształcalności □ glikokaliks (zewnętrzna) - krzaczaste struktury; bogata w węglowodany, liczne białka ❖ sjaloglikoproteiny (glikoforyny A, B, C, D, E) - silnie ujemnie naładowane, Fizjologia zwierząt (W) Strona 8  ❖ sjaloglikoproteiny (glikoforyny A, B, C, D, E) - silnie ujemnie naładowane, dzięki ujemnie naładowanej powierzchni błony erytrocytu odpychają się wzajemnie, przez co w trakcie przeciskaniu się przez naczynia włosowate nie zlepiają się ze sobą i z leukocytami oraz mikroorganizmami ❖ podczas starzenia się erytrocyty tracą ujemny ładunek wraz z resztami kwasów sjalowych z glikoforyn, jest to sygnał do ich usunięcia z krążenia □ dwuwarstwa lipidowa (cholesterol i fosfolipidy) - obecne liczne białka transbłonowe □ szkielet błony - sieć białek ulokowanych po wewnętrznej stronie dwuwarstwy lipidowej ❖ spektryny - charakterystyczne, spiralne struktury, poprzetykane innymi białkami ❖ aktyna i ankiryna - łączą spektrynę z białkami glikokaliksu ❖ białka te powodują odwracalną odkształcalność błony erytrocytu e. erytropoetyna - białko kontrolujące erytropoezę ▪ produkowana jest zarówno w nerkach, jak i w wątrobie ▪ jej poziom może się zwiększać przy nagłym zapotrzebowaniu na erytrocyty, natomiast od zaistnienia sygnału musi minąć przynajmniej doba, aby jej poziom wzrósł ▪ czynniki powodujące zmniejszenie zawartości tlenu w tkankach □ zmniejszenie prężności tlenu w powietrzu □ mała objętość krwi krążącej □ mała liczba erytrocytów □ niskie stężenie hemoglobiny □ znaczne zmniejszenie przepływu krwi □ choroby układu oddechowego f. regulacja erytropoezy ▪ hormony płciowe, metabolity estrogenów ▪ hormony płciowe, androgeny ▪ hormony gruczołu tarczowego ▪ czynnik wzrostowy neutrofilów i makrofagów ▪ interleukiny Fizjologia zwierząt (W) Strona 9 Wykład 2. Fizjologia komórki nerwowej niedziela, 19 grudnia 2021 11:54 1. Układ nerwowy a. funkcje ▪ odbieranie bodźców ▪ przetwarzanie (transdukcja) informacji: przetworzenie sygnału mechanicznego/chemicznego/fizycznego na potencjał postsynaptyczny a potem czynnościowy ▪ przechowywanie informacji: zapamiętywanie tych ważnych ▪ przesyłanie (transmisja) informacji na dalekie odległości: od strefy recepcyjnej do strefy efektorowej b. czucie (sense) - przy odbiorze informacji ▪ pobudliwość (excitability)- zdolność do reagowania na bodźce ▪ pobudzenie (excitation)- zmiana stanu błony komórkowej lub/i metabolizmu całej komórki, jest efektem pobudliwości ▪ przewodzenie (conductivity) aktywne i pasywne c. ruch (motility) - zachowanie u organizmu za pomocą np. układu mięśniowego/endokrynnego 2. Budowa układu nerwowego a. część ośrodkowa ▪ tworzą ją: □ brain - mózgowie cerebrum - mózg ◊ półkule mózgowie ◊ wzgórze ◊ podwzgórze cerebellum - móżdżek brain stem - pień mózgu □ spinal cord - rdzeń przedłużony ▪ Galen: rozdział na mózg i mózgowie ▪ mózgowie □ 1,5 kilogramowa struktura, na którą składa się głównie woda, a białko waży ok. 130g □ 130g białka zużywa 20% tlenu organizmu - świadczy to o intensywności pracy tej struktury ▪ porównanie składowych mięśni szkieletowych i mózgowia - wniosek: nie wielkość tkanki i liczba elementów ma znaczenie mięśnie (%) całe mózgowie (%) woda 75 77-78 tłuszcze 5 10-12 białka 18-20 8 węglowodany 1 1 substancje organiczne 3-5 2 nieorganiczne sole 1 1 b. część obwodowa - rdzeń kręgowy i nerwy od niego odchodzące 3. Tkanka nerwowa a. komórki nerwowe (neurony) b. komórki glejowe (glej) 4. Neuron - komórka nerwowa a. nie ważne jak skomplikowany organizm będzie, neuron zawsze będzie miał podobną ogólną budowę ▪ ciało neuronu (soma/somata/perikarion) - zabezpiecza funkcje tworzenia białek potrzebnych do tworzenia błony komórki nerwowej, żadnej innej roli nie spełnia, średnio 20 um, ale może mieć od 5 do 120 um □ tylko tam występuje centralnie położone jądro komórkowe Fizjologia zwierząt (W) Strona 10  □ tylko tam występuje centralnie położone jądro komórkowe □ mitochondria - struktury energetyczne, 1 cząsteczka kwasu pirogronowego wytwarza 17 cząsteczek ATP □ aparat Golgiego - skupisko zamkniętych błon zlokalizowanych w pewnej odległości od jądra, miejsce post-translacyjnej przemiany białek □ gładkie RE □ szorstkie RE i rybosomy wokół błony jądrowej - barwią się w barwieniu Nissla na fioletowo (metoda barwienia wszystkich komórek nerwowych na fioletowo) □ polirybosomy - tworzą wiele kopii tych samych białek, które zostają w cytozolu □ cytoszkielet mirkotubule (20 nm) - polimery białka tubuliny, element dynamiczny, buduje akson i dendryty, pozwala na wędrówkę komórki nerwowej i mobilność w mechanizmie plastyczności neurofilamenty (10 nm) - elementy wstawkowe, sprężyste, nieruchome struktury nadające kształt komórce nerwowej, ciągną się między mikrotubulami a mikrofilamentami mikrofilamenty (5 nm) - szczególnie liczne w neurytach, polimery białka aktyny, są w nieustannym ruchu (elementy dynamiczne) □ cechy odróżniające neuron od innych komórek: wzgórek aksonalny akson ▪ rozgałęzienia ciała komórkowego (neuryty) □ strefa dendrytyczna wiele dendrytów, strefa recepcyjna, mogą zajmować do 90% przestrzeni wokół komórki nerwowej do dendrytów dochodzą do nich aksony komórek sąsiednich przekazując im informacje, to tu znajduje się odbiór bodźca dendryty są odpowiedzialne za przyjmowanie sygnału i przekazywanie go na wzgórek aksonalny w kolcach dendrytycznych: znajduje się retikulum do syntezy białek, jednak nie w takiej liczbie jak w ciele neuronu □ jeden akson i zakończenie aksonu akson jest izolowany włóknami mielinowymi, dlatego wystarczy tylko jeden, aby mógł pełnić swoją funkcję jego zadaniem jest generowanie potencjału czynnościowego na wzgórku aksonalnym i jego przeniesienie do następnej komórki nerwowej jak najszybciej w zakończeniach aksonu znajdują się mitochondria, które są odpowiedzialne za przetwarzanie energii do procesu synaptycznego b. podział ten wynika z tego, że każdy element budujący komórkę nerwową spełnia inną funkcję, więc muszą one być w każdym układzie nerwowym różnych organizmów c. charakterystyka dendrytów ▪ dendryty są włóknami nieizolowanymi mieliną - występuje tam tylko błona komórkowa Fizjologia zwierząt (W) Strona 11  ▪ dendryty są włóknami nieizolowanymi mieliną - występuje tam tylko błona komórkowa oddzielająca wnętrze komórki od jego zewnętrza ▪ liczne kanały, przez które jony mogą uciekać w poprzek komórki (to one przenoszą informację w postaci potencjału postsynaptycznego) ▪ amplituda potencjału wywołanego w strefie recepcyjnej w miarę oddalania się od dendrytów maleje i może być tak mała, że nie wywoła potencjału czynnościowego, a układ nerwowy zawsze działa zgodnie z zasadą: "wszystko albo nic" ▪ jeśli dendrytów jest dużo, to jest większa szansa, że amplituda potencjału postsynaptycznego dotrze wystarczająco mocna, aby wygenerować potencjał czynnościowy ▪ na kolcach dendrytycznych tworzą się połączenia z komórkami, które dochodzą do dendrytu - tworzy się funkcjonalne, silne połączenie, będące plastycznością układu nerwowego (neuroplastyczność: wzmocnienie siły połączenia nietrwałego, funkcjonalnego) ▪ trwałe, funkcjonalne połączenie tworzy się poprzez wzrost liczby kolców na dendrytach (na kolcach - synapsy) d. element funkcjonalny - również jest taki sam w każdym układzie nerwowym e. mikroskop elektronowy: 1950r. ▪ 0,1 mm (100 um) - rozdzielczość oka ▪ 20 um - średnica neuronu ▪ 0,1 um - rozdzielczość mikroskopu świetlnego ▪ 0,02 um (20 nm) - odległość między neuronami, uznano, że teoria komórkowa Schwanna pasuje do budowy układu nerwowego ▪ 0,1 nm - mikroskop elektronowy 5. Zabezpieczenie funkcjonalne sygnału a. do strefy dendrytycznej dochodzą sygnały różnej wartości: hamujące, pobudzające, więc dopiero wypadkowa wszystkich tych pobudzeń i hamowań daje nam efekt w postaci jednego sygnału postsynaptycznego, który albo osiągnie próg pobudliwości we wzgórku aksonalnym albo go nie osiągnie b. potencjały mogą się sumować, co daje dużą amplitudę, która po dotarciu do wzgórka aksonalnego przekroczy próg pobudliwości i wygeneruje potencjał czynnościowy c. istnieją 2 rodzaje sumacji ▪ przestrzenne □ do jednego dendrytu dochodzą trzy aksony innej komórki nerwowych, po których wędrują potencjały czynnościowe w tym samym czasie do synaps znajdujących się na kolcach dendrytycznych □ jak dotrą do dendrytu, to wypadkowa będzie sumą amplitudy tych trzech potencjałów □ jeśli taki potencjał będzie wędrował do wzgórka aksonalnego, to jest szansa na wygenerowanie potencjału czynnościowego ▪ czasowe □ mamy jeden akson, który dochodzi do dendrytu □ na aksonie w krótkim czasie dochodzi wiele potencjałów czynnościowych □ jeżeli ten czas wędrówki potencjałów jest odpowiednio krótki, a odstępy potencjałów na aksonie odpowiednio duże, to również się one zsumują i dadzą odpowiedź Fizjologia zwierząt (W) Strona 12 6. Zależność szybkości przewodzenia potencjału czynnościowego od oporności wewnętrznej (Ri) i błonowej (Rm) aksonu a. duża szybkość przewodzenia w dendrytach oznacza, że spadek amplitudy będzie mniejszy, natomiast jeśli potencjał jest wolno przewodzony, to jonów przez błonę dendrytu wycieka bardzo dużo b. szybkość przewodzenia w układzie nieizolowanym zależy od dwóch parametrów ▪ oporności wewnętrznej - kształtuje ją średnica aksonu □ duża średnica - opór wewnątrz bardzo mały □ mała średnica - opór wewnątrz duży ze względu na trudność w przeciskaniu się przez średnicę ▪ oporności błonowej - kształtuje ją charakter błony □ gruba błona, bez wielu kanałów i uszkodzeń - brak przemieszczania się jonów w poprzek błony i szybkie przewodzenie □ cienka błona, z wieloma kanałami przez które kanały mogą uciekać - wolne przewodzenie 7. Podział komórek nerwowych a. podział ze względu na liczbę neurytów (wypustek) ▪ pseudounipolarne (jednobiegunowe) - z ciała komórki nerwowej wychodzi jedna wypustka, głównie w komórkach sensorycznych ▪ bipolarne z ciała komórki wychodzą dwie wypustki, układ nerwowy bezkręgowców i wielu narządów zmysłów (np. komórki siatkówki, nabłonka węchowego) ▪ multipolarne - najbardziej powszechne, z ciała komórki wychodzi wiele wypustek, duża strefa dendrytyczna b. podział ze względu na kształt ciała ▪ wrzecionowate ▪ okrągłe ▪ piramidowe - największe komórki kory mózgowej c. podział ze względu na występowanie ▪ narządy zmysłów ▪ narządy efektorowe d. podział ze względu na związek, który wydzielają na swoim aksonie ▪ pobudzające ▪ hamujące 8. To, czy dany związek pobudza czy hamuje, zależy od mechanizmu działania na daną tkankę - od tego, jakie jest spolaryzowanie błony na którą działa neurotransmiter a. pobudzenie lub hamowanie jest to uruchomienie kanałów jonowych i przepływ jonów przez błonę, które mogą powodować pobudzenie lub hamowanie b. musimy wiedzieć, jaka jest dystrybucja jonów w danej komórce na którą działa neurotransmiter i w którym kierunku zachodzi c. acetylocholina ▪ hamuje pracę serca -> otwiera kanały potasowe □ potasu jest więcej wewnątrz komórki, niż na zewnątrz □ otwarcie kanałów potasowych powoduje wyjście potasu na zewnątrz □ wnętrze komórki robi się bardziej ujemne (hiperpolaryzacja) □ praca serca zwalnia Fizjologia zwierząt (W) Strona 13  □ praca serca zwalnia ▪ pobudza pracę mięśni szkieletowych -> otwiera kanały sodowe □ sodu jest więcej na zewnątrz komórki □ zgodnie z gradientem stężenia, po otwarciu kanałów sodowych sód wchodzi do środka, powodując zwiększenie dodatniości wnętrza włókna mięśniowego i jego pobudzenie (depolaryzację) d. kwas GABA - powszechnie uważany za hamujący, związany jest z kanałem chlorkowym (jego receptor jest elementem kanału chlorkowego) ▪ jak neurotransmiter zwiąże się z kanałem chlorkowym, to jony chloru wchodzą do środka komórki, bo jest ich dużo na zewnątrz komórki nerwowej -> hamowanie ▪ jeżeli chloru jest więcej we wnętrzu komórki (np. w rozwijającym się układzie nerwowym) to będzie on wychodził na zewnątrz, a wnętrze komórki stanie się dodatnie -> pobudzanie □ tak jest w czasie rozwoju układu nerwowego, kiedy są potrzebne duże pobudzenia, więc wszystkie komórki niejako pracują pobudzającą pracą □ odkomórkowy prąd chlorkowy: prąd ujemny, powoduje depolaryzację błony ▪ stężenie chlorów jonu ma rytmikę okołodobową 9. Jednostką funkcjonalną jest łuk odruchowy: droga, po które informacja przebiega od strefy recepcyjnej do strefy efektorowej a. klasyczny układ ruchowy ma tyle samo elementów, co łuk odruchowy ▪ receptor ▪ droga dośrodkowa (recepcyjna) ▪ interneurony ▪ droga odśrodkowa (eferentna) ▪ narząd efektorowy b. klasyczna komórka nerwowa ▪ dendryty - strefa recepcyjna ▪ włókna dendrytyczne ▪ ciało komórki nerwowej ▪ akson ▪ zakończenie aksonu 10. Cechy charakteryzujące i odróżniające neuron od innych komórek a. pobudliwość b. najwyższy stopień spolaryzowania umożliwiający ▪ przyjęcie sygnału ▪ jego przetworzenie ▪ przewodzenie na dalekie odległości c. zdolność do generowania sygnału elektrycznego 11. Glej - drugi składnik budujący ośrodkowy i obwodowy układ nerwowy a. funkcja ▪ komórki spajające i integrujące neurony - funkcja wspierająca, podporowa i izolująca ▪ odżywcza - jest magazynem glukozy (glikogenu), który jest dostarczany neuronom ▪ produkcja mieliny ▪ żerna - usuwa pozostałości komórkowe ▪ komunikuje neurony - procesy plastyczności, same neurony nie są w stanie być plastyczne ▪ przewodnik w migracji neuronów ▪ tworzenie bariery krew-mózg: pewne związki nie są przenoszone do/z układu nerwowego ▪ wydzielanie czynników wzrostowych ▪ utrzymanie stałego stężenia jonów potasu □ dzięki połączeniom szczelinowym (gap junctions) pompuje go na dalekie odległości, albo przez barierę krew-mózg do krwi □ jony potasu są odpowiedzialne za utrzymanie różnicy stężeń (napięcia, polarności błony) ▪ regulacja stężenie neurotransmitera w szczelinie synaptycznej - stanowią barierę przed dyfuzją neurotransmitera poza szczelinę synaptyczną, nadmiar usuwają dzięki specjalnym białkom transportującym b. budowa komórek glejowych ▪ makroglej (neuroglej) □ oligodendrocyty - budują mielinę w ośrodkowym układzie nerwowym □ komórki Schwanna (neurolemocyty) - budują mielinę w obwodowym układzie nerwowym Fizjologia zwierząt (W) Strona 14  □ komórki Schwanna (neurolemocyty) - budują mielinę w obwodowym układzie nerwowym □ astrocyty (glej astrocytalny) - biorą udział w transporcie jonów (zwłaszcza potasu i wapnia) włókienkowy protoplazmatyczny ▪ mikroglej/mezoglej/komórki Hortegi - fagocytujący, unieczynnia wszystkie te elementy, które powstały w czasie apoptozy, oczyszcza układ nerwowy c. mielinizacja aksonów w: ▪ obwodowym układzie nerwowym przez komórki Schwanna □ jedna komórka Schwanna może mielinizować tylko jeden akson ▪ ośrodkowym układzie nerwowym przez oligodendrocyty □ jeden oligodendrocyt może mielinizować wiele aksonów 12. Poziomy struktury białka a. białka -> aminokwasy -> alfa helisy b. segmenty alfa-helisowe budują kanały jonowe (transbłonowe białka zakotwiczone w błonie komórki nerwowej), dzięki nim: ▪ utrzymywana jest polarność błony, odpowiednie stężenie po obu stronach błony ▪ generowane są zmiany napięcia błonowego poprzez otwieranie kanałów i ruch jonów w poprzek błony c. kanał jest selektywny (przepuszczalny) tylko dla jednego jonu, a dla innych nie, a selektywność kanału zależy od: ▪ średnicy kanału ▪ reszt aminokwasowych wyścielających kanał d. dystrybucja jonów po obu stronach komórki nerwowej ▪ stężenie jonów chloru, sodu i wapnia na zewnątrz jest dużo większe niż wewnątrz, natomiast jonów potasu jest więcej wewnątrz niż na zewnątrz ▪ te błony są odpowiedzialne za utrzymanie potencjału spoczynkowego, generowanie potencjału czynnościowego i sekrecję neurotransmitera Fizjologia zwierząt (W) Strona 15 13. Potencjały a. potencjał spoczynkowy - napięcie elektryczne istniejące w poprzek błony plazmatycznej komórki nerwowej będącej w spoczynku ▪ czynniki składające się na potencjał spoczynkowy □ roztwór soli po obu stronach błony □ budowa błony □ białka łączące błonę (transbłonowe, budujące kanały) ▪ rodzaje kanałów błonowych jonowych □ pasywne - na całym obszarze neuronu, są cały czas otwarte niezależnie od tego, czy komórka jest pobudzana czy hamowana, w większości są to kanały potasowe (kształtujące wartość potencjału spoczynkowego) □ napięciowe - na błonie aksonu i ciała neuronu, otwiera się, kiedy stymulujemy błonę do zmiany napięcia □ chemiczne - na dendrytach i ciele neuronu, otwierają się pod wpływem związku chemicznego, który ma swój receptor w jednym elemencie budującym ten kanał ▪ ruch jonów przez błonę □ dyfuzyjny z wyższego stężenia jony pchane są do miejsca, gdzie jest ich mniej warunki dyfuzji ◊ różnice w stężeniu (gradiencie) po obu stronach błony ◊ kanały błonowe przepuszczalne dla jonów Fizjologia zwierząt (W) Strona 16  ◊ kanały błonowe przepuszczalne dla jonów □ elektryczny - pcha cząsteczki naładowane (jony) od + do -, powodując różnicę potencjału ▪ przepuszczalność błonowa zależy od liczby kanałów - jeżeli jest mało kanałów, to przepuszczalność jest słaba, a jeśli jest ich więcej, to jest duża ▪ pompa sodowo-potasowa □ cały czas, niezależnie od stanu aktywności komórki nerwowej pompuje jony sodu na zewnątrz i potasu do wnętrza komórki wbrew ich gradientowi stężeń □ jest to zabezpieczenie przed powstaniem potencjału równowagowego, utrzymuje ciągłe napięcie □ pompa jonowa (sodowo-potasowa) zużywa 70% całej ilości ATP produkowanej w mózgowiu □ enzym adenozynotrójfosfataza: Na-K-ATP-aza □ przekształcanie 1 mol ATP generuje 3 mole Na z komórki i 2 mole K do komórki □ warunki optymalnej pracy pompy tlen + substancje energetyczne resynteza ATP z ADP odprowadzanie z komórek CO2 odpowiedni stosunek Na do K w płynie zewnątrzkomórkowym odpowiednia temperatura obecność jonów magnezu b. potencjał elektryczny - jest to siła (napięcie, woltaż) wywierana na naładowane cząsteczki, odzwierciedlająca różnice w ładunku między anodą i katodą ▪ inaczej: jest to różnica napięcia między wnętrzem a zewnętrzem wynikająca z ruchu jonów w poprzek błony wynikającego z siły elektrycznej i dyfuzyjnej; jest oznaczany przez V i mierzony w woltach ▪ przewodnictwo elektryczne - łatwość, z jaką ładunek elektryczny może przemieszczać się z jednego punktu do drugiego, oznaczany jako g i mierzony w simensach (S) ▪ oporność elektryczna - odwrotność przewodnictwa (R=1/g), oznaczamy przez R i mierzymy w Omach □ I = gV -> prawo Ohma □ prąd, który płynie w poprzek błony komórki nerwowej jest wynikiem przewodnictwa i różnicy napięcia między dwoma stronami błony □ prąd w komórce nerwowej będzie płynął wyłącznie wtedy, gdy przewodnictwo i napięcie będą różne od 0 c. potencjał błonowy (membranowy) - napięcie błony neuronalnej mierzone w każdym jej stanie (spoczynkowym, czynnościowym), oznaczamy Vm, mierzymy je między wnętrzem komórki a zewnętrzem komórki d. potencjał równowagi - jest to stan równowagi między siłą dyfuzyjną i elektryczną, ustaje ruch jonów ▪ jeśli przewodnictwo jest zerowe, to mimo dużej różnicy potencjału prąd nie płynie ▪ nie ma różnicy napięcia ▪ potrzebne są kanały błonowe i różnica w błonowym potencjale elektrycznym ▪ w fizjologii układu nerwowego taki potencjał nie istnieje, zawsze występuje różnica napięcia, która nie powoduje stanu zatrzymania się tych sił ▪ jonowy potencjał równowagi □ różnica w elektrycznym potencjale błonowym, która dokładnie równoważy jonowy gradient ich stężenia □ dla jonów K+ wynosi on około -80 mV □ potencjał błony w spoczynku wynosi ok. -60/-70 mV, więc jest bardzo bliski potencjałowi równowagi jonów potasu □ oznacza to, że w utrzymaniu potencjału spoczynkowego biorą głównie udział jony potasu ▪ równanie Nernsta - oblicza potencjał równowagi dla poszczególnych jonów biorąc pod uwagę ładunek jonowy, temperaturę i różnicę w stężeniu zewnątrz i wewnątrzkomórkowym ▪ równanie Goldmana - oblicza wartość potencjału spoczynkowego biorąc pod uwagę błonową przepuszczalność jonową □ jony sodowe: ich potencjał równowagi wynosi około 62 mV, więc jego stężenie nie wpływa na potencjał spoczynkowy □ jony chlorkowe mimo potencjału równowagi ok. -65 mV nie są w stanie wpłynąć na potencjał spoczynkowy, ponieważ błona komórkowa w stanie spoczynku jest dla nich Fizjologia zwierząt (W) Strona 17  potencjał spoczynkowy, ponieważ błona komórkowa w stanie spoczynku jest dla nich nieprzepuszczalna □ mając napięcie błony, możemy określić jakie jony przez nią przechodzą, porównując napięcie mierzone przez nas z potencjałem równowagi tych jonów e. siła napędzająca jony - różnica pomiędzy potencjałem błonowym (Vm) a potencjałem równowagi określonych jonów, badamy ją przy napięciu błony w spoczynku ▪ błona ma potencjał spoczynkowy -60 mV, jest to napięcie błony w spoczynku ▪ potencjał równowagi jonów potasu jest to -75 mV ▪ siła napędzająca jony potasu jest bardzo słaba - siła jonów potasu w generowaniu potencjału czynnościowego, w którym otwierane są kanały napięciowo-zależne potasowe jest słaba (15 mV) ▪ siła napędzająca jony sodu to ok. -115 mV, ona tylko czeka na otwarcie napięciowo-zależnych kanałów sodowych, aby w krótkim czasie wejść do wnętrza komórek nerwowych powodując ich depolaryzację ▪ jeżeli różnica pomiędzy potencjałem błony a potencjałem równowagi jonów wyliczonym z równania Nernsta jest duża, to siła napędzająca jony również jest duża ▪ kluczowymi jonami biorącymi udział w generowaniu potencjału czynnościowe są jony sodu f. potencjał czynnościowy/action potential/spike/unit/impuls nerwowy/wyładowanie - krótkotrwałe odwrócenie polarności błony neuronu ▪ wnętrze komórki staje się na chwile dodatnie, a zewnątrz ujemne ▪ następuje depolaryzacja ▪ czas trwania pozwala określić, jaki neurotransmiter przyczynił się do powstania tego potencjału □ 1 ms w nerwach □ 10 ms w mięśniach □ 100 ms w sercu ▪ amplituda: 30 mV, najlepiej ją widać na oscyloskopie ▪ generowanie potencjału czynnościowego - stymulowanie impulsem elektrycznym o odpowiedniej: □ amplitudzie □ szerokości (czasie trwania) □ częstotliwości 14. Składowe potencjału czynnościowego a. poziom spoczynkowy (restin level) - wartość błony komórki nerwowej w spoczynku b. potencjał generatorowy (threshold) - dochodzi do progu pobudliwości c. faza wstępująca (rising phase) - depolaryzacja błony, z wartości ujemnej błona przechodzi w wartość dodatnią ▪ jest to moment chwilowej zmiany napięcia błonowego ▪ w tym czasie po osiągnięciu progu pobudliwości otwierają się napięciowo-zależne kanały sodowe ▪ siła napędzająca jony sodu jest bardzo duża, wynika z dużej różnicy pomiędzy potencjałem równowagi tego jonu a potencjału błony, w której znajdują się te jony ▪ sód wchodzi do wnętrza komórki nerwowej, powodując zmianę napięcia na dodatni d. szczyt potencjału/nadstrzał (peak, overshoot) ▪ wszystkie kanały napięciowo-zależne sodowe są otwarte, więc potencjał na szczycie jest bliski/równy potencjałowi równowagi jonów sodu e. faza zstępująca - repolaryzacja ▪ potencjał wraca do wartości potencjału spoczynkowego ▪ otwierają się napięciowo-zależne kanały potasowe, a jony potasu wychodzą z wnętrza komórki nerwowej, napływają jony ujemne f. hyperpolaryzacja następcza (afterhyperpolarysation undershoot) ▪ potencjał błony schodzi poniżej wartości potencjału spoczynkowego (-65 mV) ▪ jest po to, aby zabezpieczyć komórkę przed kolejnym generowaniem potencjału czynnościowego ▪ aby impuls nerwowy był rozumiany, potencjał czynnościowy musi zawierać wszystkie te fazy ▪ dzięki temu nie dochodzi do nakładania się potencjałów czynnościowych Fizjologia zwierząt (W) Strona 18 15. Kinetyka kanałów, przez które przechodzą prądy a. prądy generowane przez ruch jonów przez kanały napięciowo-zależne sodowe ▪ otwierają się przy wartości -55 mV, jest to wartość progu pobudliwości, umożliwiają jonom sodu wchodzenie do wnętrza i tworzenie prądu sodowego, który jednak szybko gaśnie i wraca do wartości zerowej ▪ kanał sodowy jednak nie zamyka się, a jest inaktywowany ▪ dwie bramki - zabezpieczenie przed zbyt szybkim zamknięciem i odpaleniem kolejnego potencjału czynnościowego □ otwiera i zamyka kanał □ białko, które przy otwartym kanale zapycha otwór kanału, powodując jego inaktywację b. w połowie inaktywacji kanałów sodowych pracują jeszcze kanały potasowe, a jony potasu wychodzą jeszcze z wnętrza komórki ▪ maksimum prądów potasowych jest wtedy, gdy wszystkie kanały napięciowo-zależne potasowe są inaktywowane ▪ w potencjale powodującym hiperpolaryzację następczą biorą udział prawie wyłącznie jony potasu, bo w tym czasie prąd potasowy jest bardzo silny a prądu potasowego prawie nie ma ▪ hiperpolaryzacja następcza ma wartość ok. -80 mV, a więc niemal tyle, ile wynosi potencjał równowagi jonów potasu ▪ dopiero po wygaśnięciu prądu potasowego, następuje powrót wartości błony do potencjału spoczynkowego i gotowość do odpalenia kolejnego potencjału czynnościowego Fizjologia zwierząt (W) Strona 19  c. pomiar potencjałów czynnościowych ▪ wewnątrzkomórkowy ▪ Zewnątrzkomórkowy 16. Skąd układ nerwowy wie, że jeden bodziec jest silniejszy, a drugi słabszy? a. zasada "wszystko albo nic" - po osiągnięciu progu pobudliwości, amplituda odpowiedzi nie zostanie zwiększona, odpowiedź pozostanie taka sama b. bodziec ponadprogowy ma tą samą amplitudę, ale większą częstotliwość bodźców c. siła bodźca zapisana jest w częstotliwości generowanego potencjału czynnościowego - wielkość wszystkich bodźców po osiągnięciu bodźca progowego są takie same d. jak bodziec napływa z większą częstotliwością, to nasz organizm czuje, że jest silniejszy 17. Otwieranie napięciowo-zależnych kanałów w zależności od fazy potencjału czynnościowego Fizjologia zwierząt (W) Strona 20 17. Otwieranie napięciowo-zależnych kanałów w zależności od fazy potencjału czynnościowego 18. Refrakcja - zabezpiecza nakładanie się potencjałów i cofanie się impulsów, w przeciwnym wypadku potencjał zostałby wyciszony; potencjał może być generowany co 1 ms (1000 Hz) a. bezwzględna (absolutna) - w trakcie trwania spike'a, komórka jest zupełnie niepobudliwa b. względna (relatywna) - w czasie trwania połowy repolaryzacji i hiperpolaryzacji następczej, po przyłożeniu silniejszego bodźca, komórka odpowie potencjałem o amplitudzie niższej od poprzedniego Fizjologia zwierząt (W) Strona 21 Wykład 3. Narządy zmysłów niedziela, 19 grudnia 2021 21:32 1. Dychotomia podziałów dróg mózgowych a. drogi specyficzne - biegną po nich konkretne informacje, np. wzrokowe, motoryczne ▪ układ specyficzny wzrokowy - transdukcja sygnału □ siatkówka □ nerw wzrokowy □ skrzyżowanie wzrokowe □ droga optyczna □ ciało kolankowate boczne - jeden z elementów wzgórza (struktura, przez którą przechodzą wszystkie drogi zmysłowe poza węchowymi) ▪ wzgórze - struktura heterogenna □ ciało kolankowate boczne - przewodzi informacje wzrokowe □ informacja dalej promienistością wzrokową przechodzi do kory wzrokowej □ główne elementy (siatkówka, ciało kolankowate i kora wzrokowa) mają budowę warstwową b. drogi niespecyficzne - nie wysyłają żadnej konkretnej informacji, a ich aktywność powoduje wzbudzenie mózgowia, które ułatwia przekazywanie informacji specyficznych 2. Światło - promieniowanie elektromagnetyczne widoczne dla oczu, fala energii a. możemy falę opisać przez: ▪ amplitudę (od minimum do maksimum) ▪ długość fali (od minimum do minimum lub od maksimum do maksimum) ▪ częstotliwość (liczba maksimów/minimum w jednostce czasu) b. ilość energii jest proporcjonalna do częstotliwości fali ▪ duża częstotliwość (krótka fala) - więcej energii ▪ mała częstotliwość (długa fala) - mniej energii c. światło widzialne między 400-700 nm ▪ kolory gorące - mniej energii ▪ kolory zimne - więcej energii d. promień świetlny - optyka ▪ proces widzenia polega na odbiorze światła odbitego od przedmiotu □ promień świetlny w atmosferze napotyka: atomy cząsteczki inne przedmioty na ziemi □ odbicie o 180 stopni przy promieniowaniu prostopadłym o 90 stopni przy promieniowaniu 45 stopni □ pochłanianie - absorpcja czerń pochłania światło widzialne niebieski pochłania fale długie, a odbija krótkie □ barwnik zawarty w komórkach światłoczułych siatkówki wykorzystuje pochłoniętą energię świetlną do generowania zmian w potencjale błonowym Fizjologia zwierząt (W) Strona 22  błonowym □ refrakcja - załamanie (ugięcie), bardzo ważna przy tworzeniu kształtów przedmiotów, kąt ugięcia światła zależy od: kąta padania promieni prędkości przechodzenia światła przez dwa środowiska (prędkość w powietrzu jest większa niż w środowisku wodnym) 3. Budowa oka a. oko - odbiera, lokalizuje i analizuje światło) ▪ źrenica (pupil) - wydaje się czarna z powodu obecności barwnika w siatkówce, w rzeczywistości jest tkanką przezroczystą ▪ tęczówka (iris) - ma mięsnie zmieniające kształt źrenicy ▪ rogówka (cornea) - nie posiada naczyń krwionośnych, odżywiana przez ciecz wodnistą oka, jest tkanką przezroczystą, tu zachodzi pierwsze załamanie światła (drugim elementem jest soczewka) ▪ twardówka (sciera) - białkówka ▪ spojówka (conjuctiva) ▪ nerw wzrokowy (optic nerve) - łączy komórki zwojowe siatkówki przez oczodół do okolic przysadki b. oftalmoskopia - wziernikowanie oka, pozwala określić stan naszego oka (np. mikrowylewy naczyń krwionośnych) ▪ plamka ślepa (optic disk) - brodawka nerwu wzrokowego, miejsce wyjścia nerwów z siatkówki ▪ plamka żółta (macula) - miejsce widzenia centralnego ▪ dołek środkowy plamki żółtej (forvea) - 2 mm średnicy, największe zagęszczenia czopków, anatomiczny punkt odniesienia siatkówki c. anatomia oka ▪ soczewka (lens) - jedyna w pełni przezroczysta tkanka w organizmie człowieka □ choć powstaje z wszystkimi elementami morfotycznymi, w pewnym momencie uruchamia programowaną śmierć tych elementów morfotycznych i zatrzymuje ją, kiedy wszystkie elementy morfotyczne zostaną usunięte Fizjologia zwierząt (W) Strona 23  zostaną usunięte □ musi być przezroczysta ze względu na przepuszczanie promieni świetlnych, dzięki którym widzimy, w przeciwnym wypadku światło mogłoby się załamywać, odbijać i byśmy nie widzieli □ soczewka nie jest w stanie się regenerować, stąd często soczewkę trzeba wymieniać □ kiedy soczewka żółknie, nie przepuszcza promieniowania światła niebieskiego, które wpływa na pracę zegara biologicznego (u starszych ludzi powoduje to zaburzenia snu, kognitywne) □ drugie załamanie światła ▪ obwódka rzęskowa (zone fibers) ▪ mięśnie rzęskowe (ciliary muscle) - tworzą pierścień wewnątrz oka □ przy przedmiotach odległych c.m. jest rozkurczony, a z.f napięta, soczewka jest spłaszczona □ przy przedmiotach bliskich, c.m. jest skurczony, a z.f rozluźniona, soczewka jest kulista ▪ ciałko szkliste (vitreous humor) d. załamanie na rogówce ▪ ogniskowa (focal distance) - odległość od powierzchni załamania do miejsca zogniskowania promieni (u człowieka jest to ok. 2,5 cm), zależy od krzywizny rogówki ▪ dioptria - jednostka ogniskowej, rogówka ma siłę załamania 42 dioptri ▪ przedmioty widziane w wodzie są zamazane, ponieważ prędkość światła jest prawie taka sama jak w oku - siła ogniskowania jest bardzo słaba e. akomodacja soczewki ▪ przy odległościach < 9m promienie świetlne nie padają równolegle na rogówkę, potrzebna jest większa siła do ich załamania ▪ na soczewce - akomodacja, jest ona zależna od wieku f. siatkówka ▪ zachodzi tu transdukcja energii świetlnej na aktywność neuronalną □ komórki fotoreceptorowe (pręciki i czopki) to nie jedyne wrażliwe komórki na światło □ komórki zwojowe to jedyne komórki wychodzące z siatkówki - to one przetwarzają potencjał synaptyczny z potencjałów synaptycznych w pręcikach i czopkach na potencjał czynnościowy w odpowiedzi na światło, są więc wrażliwe na światło □ komórki horyzontalne i bipolarne ▪ laminarna organizacja siatkówki □ warstwa włókien nerwowych - wychodzą z gałki ocznej, tył siatkówki - komórki Mullera (glejowe) □ warstwa komórek zwojowych - to tu najpierw pada światło, w pierwszej kolejności, następnie penetruje wszystkie warstwy docierając do pręcików i czopków □ warstwa splotowa wewnętrzna - synaptyczne połączenia między komórkami zwojowymi, bipolarnymi i amakrynowymi □ warstwa jądrowa wewnętrzna - ciała komórek bipolarnych, horyzontalnych i amakrynowych Fizjologia zwierząt (W) Strona 24  amakrynowych □ warstwa splotowa zewnętrza - synaptyczne połączenia fotoreceptorów z komórkami bipolarnymi i horyzontalnymi □ warstwa jądrowa zewnętrzna - ciała komórek fotoreceptorowych □ warstwa fotoreceptorów - czopki i pręciki □ warstwa barwnikowa - końcówki fotoreceptorów, odbierają informację świetlną □ g. fotoreceptory ▪ budowa □ ilość: około 125 mln □ pręciki są 1000 razy czulsze na światło niż czopki □ stosunek ilości pręcików do czopków to 20:1 □ pręciki zapewniają widzenie nocne, a czopki głównie dzienne (ostre) □ pręciki mają ten sam barwnik, a czopki mają 3 różne barwniki (3 różne typy czopków - widzenie barw) ▪ unerwienie komórek zwojowych z fotoreceptorami □ zniszczenie czopka w ostrym widzeniu (przy 0 stopniu) powoduje, że nie widzimy, ponieważ jedna komórka zwojowa połączona jest z jednym czopkiem: zniszczenie czopku powoduje zanik przebiegu sygnału (1:1) □ peryferyczne obszary siatkówki są bardziej wrażliwe na światło, gdyż pręciki odbierają słabe światło, stosunek fotoreceptorów do komórek zwojowych jest duży, a zniszczenie jednego pręcika nie powoduje zaniku przebiegu sygnału Fizjologia zwierząt (W) Strona 25 4. Wady wzroku a. emmetropia - wzrok miarowy b. hyperopia - dalekowzroczność ▪ promienie załamują się poza siatkówką (daleko poza gałką oczną) c. myopia - krótkowzroczność ▪ promienie załamują się przed siatkówką d. astygmatyzm - niezborność oka, nieregularności w krzywiźnie rogówki i soczewki, powodujące różny stopień załamania światła e. starczowzroczność - twardnienie mięśni rzęskowych i obwódki rzęskowych, terapia to soczewki dwuogniskowe 5. Fototransdukcja a. zamiana energii świetlnej na potencjał błonowy b. mechanizm ▪ światło - bodziec, aktywuje receptor (barwnik: oksynę), co powoduje zmianę Fizjologia zwierząt (W) Strona 26  ▪ światło - bodziec, aktywuje receptor (barwnik: oksynę), co powoduje zmianę konformacji i aktywację białka G ▪ białko G (transducyna) powoduje osłabienie aktywności wtórnych przekaźników, co powoduje, że kanały n-z sodowe ulegają zamknięciu □ zamiana GDP do GTP □ GTP aktywuje enzym fosfodiesterazę (PDF) □ PDF metabolizuje cGMP, skutkując zamknięciem n-z kanałów sodowych ▪ w skrócie: światło zamyka przewodnictwo n-z kanałów sodowych, co oznacza, że w układzie wzrokowym w ciemności błona nie jest zhyperpolaryzowana jak w układzie nerwowym, tylko ma wartość ok. -30 mV c. błona w komórkach światłoczułych jest zdepolaryzowana, występuje prąd ciemny (potencjał błonowy pręcików w ciemności wynosi około -30 mV i jest to potencjał spoczynkowy) d. światło powoduje nie depolaryzację, a hyperpolaryzację do wartości -60 mV na skutek zamknięcia kanałów n-z sodowych e. cGMP - wtórny przekaźnik, produkowany przy udziale enzymu cyklazy guanylowej, otwiera kanały Na, światło powoduje jego hydroksylację do GMP wskutek czego jest nieaktywny f. aktywacja rodopsyny przez światło ▪ rodopsyna (czerwień wzrokowa) - receptor dla światła, zbudowana jest z białka receptorowego (opsyny) mającego 7 transbłonowych alfa-helis typowych łączących się z białkiem G ▪ aktywacja rodopsyny odbywa się poprzez retinal: jest to mała cząsteczka, pochodna witaminy A, jest on agonistą absorbującym światło ▪ światło zmienia konformację retinalu, powodując aktywację opsyny: wybielanie - zmiana koloru z purpurowego na żółty, co powoduje mechanizmy skutkujące zamknięciem n-z kanału sodowego g. każda cząsteczka fotopigmentu aktywuje wiele białek G (transducyny), a każdy enzym fosfodiesterazy (PDF) powoduje zmianę więcej niż jednej cząteczki cGMP ▪ to wzmocnienie daje naszemu układowi wzrokowemu wrażliwość (możliwość) odrożnienia pojedynczego fotonu ▪ foton - elementarna jednostka świetlna ▪ mechanizm metabotropowy daje większą sprawność układowi wzrokowemu 6. Fototransdukcja w czopkach a. istnieje próg hiperpolaryzacji pręcików - dodatkowe silne światło (silne słońce np.) nie powoduje większej hiperpolaryzacji (saturacja) b. widzenie w świetle słonecznym zależy od czopków, których barwniki wymagają więcej energii do wybielenia c. czopki zawierają 3 rodzaje opsyny ▪ niebieskie czopki ▪ zielone czopki ▪ czerwone czopki d. geny kodujące czopki czerwone i zielone są na chromosomie X e. widmo wrażliwości czopków Fizjologia zwierząt (W) Strona 27 7. Czucie chemiczne a. funkcja ▪ pożywienie ▪ trucizna ▪ odnajdywanie partnera ▪ komunikacja komórkowa i narządowa ▪ najstarszy i najbardziej powszechny układ zmysłowy b. narząd smaku ▪ jama nosowa ▪ podniebienie ▪ język ▪ gardło ▪ nagłośnia c. anachroniczna mapa języka z obszarami najniższego progu pobudliwości dla podstawowych smaków d. dlaczego rozróżniamy różne smaki? ▪ każdy rodzaj smaku jest kombinacją aktywacji (podrażnienia) różnych, 4 podstawowych smaków ▪ większość spożywanego pokarmu - jego smak, jest rezultatem smaku i jego powonienia, jednocześnie działających na te dwa zmysły ▪ udział w odbieraniu smaku mają także inne wrażenia sensoryczne □ forma pokarmu □ temperatura e. język, jego brodawki i kubki smakowe ▪ w brodawkach smakowych mamy kubki smakowe, które są receptorami smakowymi ▪ 1 brodawka - kilkaset kubków smakowych Fizjologia zwierząt (W) Strona 28  ▪ 1 brodawka - kilkaset kubków smakowych ▪ 1 kubek smakowy ma od 50-150 receptorów smakowych (czyli komórek smakowych) ▪ budowa komórek smakowych □ komórki podstawne - odżywiają pozostałe komórki receptorowe □ otwór smakowy - odbierane są tu wrażenia smakowe □ nerw smakowy - biegnie tu akson f. liczba kubków smakowych - różna ▪ u człowieka: 2000-5000 ▪ u niektórych zwierząt nawet do 20000 g. próg pobudliwości (koncentracji smaku) ▪ jeśli jest przekroczony, to większość brodawek staje się wrażliwa na jeden z podstawowych smaków (np. słodki albo kwaśny) ▪ jeśli stężenie bodźca smakowego ulega dalszemu zwiększeniu, to większość brodawek staje się mniej selektywna na konkretny smak ▪ to oznacza, że brodawka wrażliwa przy bodźcu słabym (progowym) na słodkość może być przy bodźcu silniejszym wrażliwa na kwasowość i słoność ▪ brak specyficzności - cecha charakterystyczna dla większości komórek zmysłowych □ mamy jeden kubek smakowy, na nim wiele komórek smakowych, które teoretycznie wrażliwe są na jeden rodzaj smaku □ w danym kubku smakowym znajduje się na wiele receptorów, które jednak reagują na różne smaki (słony, gorzki, itd.) w różnej sile □ druga komórka budująca ten sam kubek smakowy również reaguje na wiele smaków w różnej sile □ są to potencjały postsynaptyczne □ brak selektywności w jednym kubku smakowym na odbieranie jednego Fizjologia zwierząt (W) Strona 29  □ brak selektywności w jednym kubku smakowym na odbieranie jednego bodźca ▪ ta plastyczność daje większą wrażliwość kubkom smakowym na odbieranie różnych smaków ▪ w zależności od obecnego mechanizmu transdukcji sygnału, jedna komórka może odbierać jeden bodziec a druga kilka różnych □ bodźce smakowe (tastans) mogą bezpośrednio przechodzić przez kanały jonowe: bodźce słone i kwaśne □ łączą się i blokują kanały: bodźce kwaśne i gorzkie □ łączą się i otwierają kanały: niektóre słodkie aminokwasy □ łączą się z receptorami błonowymi (białkiem G), które aktywują kaskadę wtórnych przekaźników, zamykających lub otwierających kanały jonowe: słodki, gorzki i umami 8. Uruchomienie potencjałów czynnościowych w zależności od smaku a. słoność ▪ 10 mM stężenie Na - wpływa bezpośrednio na pasywne kanały sodowe (nie zależne od napięcia) ▪ kanały pasywne są otwarte w stanie spoczynkowym błony ▪ mechanizm □ sód wchodzi do środka, powodując depolaryzację błony □ otwierają się n-z kanały wapniowe □ wapń wchodzi do środka uruchamiając proces synaptyczny - sekrecję neurotransmitera powodującego potencjał synaptyczny (czynnościowy?) b. kwaśność ▪ obniżone pH powoduje, że protony H aktywują kanały sodowe, które otwierają się ▪ napływ jonów sodu następuje do środka ▪ protony blokują jony potasu (nie wychodzą one z wnętrza) ▪ następuje depolaryzacja ▪ zmiana pH wpływa na większość procesów komórkowych c. słodkość ▪ uruchamia mechanizm metabotropowy □ niektóre słodkie molekuły łączą się ze specyficznymi receptorami, aktywując kaskadę wtórnych przekaźników (cyklazę adenylanową, białkową kinazę A) □ to powoduje fosforylację kanału potasowego, prowadząc do jego zamknięcia □ zwiększa się stężenie dodatnich jonów potasu wewnątrz - depolaryzacja błony do wartości napięcia pozwalającego na otwarcie kanałów wapniowych n-z □ jony wapnia wchodzą do środka, niezbędne są do sekrecji neurotransmitera ▪ inne słodkie bodźce aktywują wtórne przekaźniki wykorzystujące IP3 (trójfosforan inozytolu) ▪ mechanizm w którym kanały kationowe są bezpośrednio otwierane przez cukier ▪ gustycyna - białko G d. gorzkość ▪ gorzkość ma 2 mechanizmy □ bezpośrednie łączenie się z kanałem potasowym - molekuły gorzkości łączą się z nim, zamykając go, jony potasu w kanale pasywnym nie wychodzą z wnętrza komórki, powodując depolaryzację do wartości napięciowo- zależnych kanałów wapniowych □ pośredni: mechanizm metabotropowy, aktywacja wtórnych przekaźników przez białko G, wzrost produkcji IP3, który moduluje wydzielanie wewnątrzkomórkowego wapnia bez zmiany potencjału błonowego ▪ inny receptor wydaje się redukować poziom cAMP, przez aktywację enzymu powodującego jego rozpad e. umami ▪ glutaminian reaguje bezpośrednio na kanały sodowe (napływ sodu do środka powodując depolaryzację) i wapniowe ▪ może także łączyć się z receptorem białka G, powodując spadek poziomu cAMP, który modyfikuje inny, nieznany kanał Fizjologia zwierząt (W) Strona 30  który modyfikuje inny, nieznany kanał ▪ arginina i prolina może otwierać własne kanały ▪ gorzko smakująca leucyna uruchamia inne układy wtórnych przekaźników f. ageusia - brak smaku Fizjologia zwierząt (W) Strona 31 Wykład 4. Przekaźnictwo synaptyczne i nerwowo-mięśniowe poniedziałek, 20 grudnia 2021 13:08 1. Synapsa - wyspecjalizowana strefa kontaktu, w obrębie które następuje komunikacja pomiędzy komórkami nerwowymi (Charles Sherrington, 1857-1952) a. przeważająca większość połączeń synaptycznym w ośrodkowym i obwodowym układzie nerwowym ma charakter chemiczny, w których neuroprzekaźnikiem jest określony związek chemiczny b. przekaźnictwo w synapsach nerwowo-mięśniowych ma mechanizm podobny do przekaźnictwa w synapsach międzyneuronalnych c. synapsa elektryczna ▪ są to pewne struktury, w których spotykają się dwie błony komórek ▪ jeżeli istnieją pomiędzy komórkami nerwowymi, kontaktują się ze sobą dwie wyspecjalizowane struktury: złącza szczelinowe ▪ jest to grupa kanałów, które przebijają przez podwójną błonę białkowo-lipidową komórki ▪ kanały noszą nazwę koneksonów i łączą się ze sobą pomiędzy dwoma komórkami, wchodząc ze sobą w kontakt ▪ konekson - "półkanał", zbudowany z 6 cząsteczek koneksyny, a cały kanał przepuszczający jony między błonami dwóch komórek zbudowany jest z 2 konseksonów (12 cząsteczek koneksyny) ▪ występuje w przypadku komórek hamujących mózgu u ssaków (np. neuroprzekaźnik GABA) 2. Właściwości synaps elektrycznych i chemicznych synapsy elektryczne synapsy chemiczne kontakt cytoplazmy komórki pre i brak kontaktu cytoplazmy komórki pre- i postsynaptycznej, szerokość połączenia postsynaptycznej, szerokość połączenia (szczelina (szczelina synaptyczna) około 2 nm synaptyczna) około 30-50 nm (bardzo mała czynnikiem pośredniczącym jest przepływ czynnikiem pośredniczącym jest przekaźnik jonów chemiczny (neuroprzekaźnik) minimalne opóźnienie synaptyczne, dzięki opóźnienie synaptyczne: 0,5-5ms (czas, jaki mija budowie koneksonów między pobudzeniem komórki synaptycznej a pojawieniem się odpowiedzi na uwolniony przekaźnik) dwukierunkowy przepływ sygnału jednokierunkowy przepływ sygnału 3. Morfologia synaps chemicznych kory mózgowej (14:00) a. typ I wg Gray'a: pobudzające ▪ synapsa asymetryczna Fizjologia zwierząt (W) Strona 32  ▪ synapsa asymetryczna ▪ grube zagęszczenie postsynaptyczne - element postsynaptyczny tworzony przez kolec dendrytyczny: wypustka, której długość może sięgać kilku mikrometrów ▪ okrągłe, przejrzyste pęcherzyki synaptyczne ▪ neuroprzekaźnik: glutaminian b. typ II wg Gray'a: hamujące ▪ synapsa symetryczna ▪ cienkie zagęszczenie postsynaptyczne - brak kolców dendrytycznych, jedynie trzon ▪ spłaszczone, gęste przekaźniki synaptyczne ▪ neuroprzekaźnik: GABA (kwas gamma-aminomasłowy) 4. Mechanizm odruchu rdzeniowego a. układ nerwowy kontaktuje się z systemem mięśni szkieletowych na złączu nerwowo- mięśniowym pomiędzy aksonem motoneuronu (komórka odpowiedzialna za pobudzanie aktywności m. sz.) a rdzeniem kręgowym (?) b. motoneurony wysyłają swoje aksony do mięśni, jednak zasadnicze znaczenie dla uruchomienia aktywności motoneuronów mają synapsy na nich tworzone c. motoneuron - toniczna aktywność spoczynkowa, z pewną niewielką częstotliwością generuje potencjały czynnościowe, jest to jednak bardzo podstawowa aktywność, nie powodująca określonego ruchu kończyn d. aby mógł zostać wygenerować skurcz, potrzebna jest aktywacja wszystkich motoneuronów po uzyskaniu informacji pochodzących z receptorów własnych mięśni, które doprowadzają swoje włókna do rdzenia nerwowego 5. Jednostka ruchowa = motoneuron + włókna mięśniowe a. perikarion motoneuronu i drzewko dendrytyczne znajdują się w rogach brzusznych istoty szarej rdzenia kręgowego b. z perikarionu wychodzi akson, który odpowiednim nerwem dociera do odpowiedniego włókna mięśniowego c. akson u swojego zakończenia dzieli się na wiele rozgałęzień, które wytwarzają tzw. żylakowatości zapewniające kontakt z włóknami mięśniowymi poprzecznie prążkowanymi d. motoneuron tworzy synapsy na włóknie mięśniowym ▪ na wzgórku aksonalnym, gdzie akson wyrasta z perikarionu, jest największa gęstość kanałów n-z sodowych i jest tam jednocześnie największy próg Fizjologia zwierząt (W) Strona 33  gęstość kanałów n-z sodowych i jest tam jednocześnie największy próg pobudliwości - możliwość generowania potencjału czynnościowego ▪ akson pokryty osłonkami mielinowymi (struktury tworzone przez komórki Schwanna), zapewniającymi dobrą izolację, a co za tym idzie dochodzi do skokowego przepływu potencjału czynnościowego (bardzo szybkie przekazywanie sygnału) ▪ impuls przekazywany jest niesamowicie szybko do organów docelowych, co umożliwia sprawne czynności ruchowe ▪ na zakończeniach aksonu znajdują się zakończenia synaptyczne, są to zgrubienia które mają zdolność do magazynowania i uwalniania neuroprzekaźników e. struktura mikroskopowa synapsy (płytki) nerwowo-mięśniowej ▪ fragment zakończenia synaptycznego u góry, na dole fragment włókna poprzecznie prążkowanego ▪ strefa kontaktu nie jest zupełnie płaska tak jak w przypadku neuronu, tylko występują wpuklenia □ jest to charakterystyczne, anatomiczne i funkcjonalne przystosowanie dla synapsy nerwowo-mięśniowej, które maksymalizuje powierzchnię tej strefy kontaktu oraz zwiększa pewność, że sygnał dotrze i efektywnie zadziała na błonę włókna mięśniowego □ wiele receptorów dla neuroprzekaźnika ▪ liczne pęcherzyki synaptyczne - nie są homogenne □ koncentrują się w pewnych miejscach, tzw. strefach aktywnych uwalniania Fizjologia zwierząt (W) Strona 34  □ koncentrują się w pewnych miejscach, tzw. strefach aktywnych uwalniania neuroprzekaźnika □ są to kompleksy białek zaangażowane w proces uwalniania pęcherzyków do szczeliny synaptycznej ▪ w górnej części - mitochondria, ciemne struktury, uwalnianie neuroprzekaźnika wymaga sporej ilości energii generowanej w procesie syntezy wysokoenergetycznego substratu (ATP) 6. Neuroprzekaźnikiem w synapsie nerwowo-mięśniowej jest acetylocholina, której funkcja została odkryta najwcześniej ze wszystkich neurotransmiterów a. acetylocholina to związek chemiczny uwalniany przez zakończenia nerwu błędnego b. metabolizm acetylocholiny w synapsie nerwowo-mięśniowej: cykliczna aktywność/proces ▪ acetylocholina jest magazynowana w pęcherzykach synaptycznych ▪ enzymem, który prowadzi syntezę acetylocholiny jest acetylotransferaza cholinowa, która pełni funkcję enzymu markerowego: w pewnych komórkach acetylocholina jest syntetyzowana, a w innych nie jest, ten enzym jest wykorzystywany do badania obecności acetylocholiny ▪ acetylocholina jest syntetyzowana z 2 związków: □ cholina □ acetylo-CoA ▪ w procesie egzocytozy acetylocholina może być uwalniana z pęcherzyków synaptycznych ▪ podstawową funkcją acetylocholiny jest przekazywanie informacji/sygnału □ tym sygnałem będzie sygnał pochodzący z ośrodkowego układu nerwowego, który przebiegnie przez akson motoneuronu □ w synapsach nerwowo-mięśniowych receptorem uczestniczącym w procesie przekazywania sygnału jest receptor nikotynowy (N) □ receptor N znajduje się w błonie włókna mięśniowego, odbiera sygnał □ sygnał musi być bardzo precyzyjny - potrzebny jest proces, który spowoduje, że sygnał zostanie w szybki sposób przekazany i zakończony, odpowiedzialna jest za to esteraza acetylocholinowa, która inaktywuje neuroprzekaźnik i przeciwciała długotrwałemu działaniu acetylocholiny na jej receptory, dochodzi do jej hydrolizy na cholinę i octan Fizjologia zwierząt (W) Strona 35  c. cykl życiowy pęcherzyka synaptycznego ▪ dokowanie - pęcherzyk synaptyczny jest transportowany dzięki interakcjom z cytoszkieletem komórkowym w pobliżu strefy aktywnej błony pre-synaptycznej ▪ dzięki rozkładowi ATP następuje aktywacja pęcherzyka polegająca na przyjęciu odpowiedniej konformacji wszystkich białek ▪ egzocytoza/fuzja - połączenie się fragmentów błony pęcherzyka synaptycznego z błoną presynaptyczną, powstaje otwór, przez który wylewa się acetylocholina ▪ endocytoza pęcherzyka - zanikanie w obrębie błony, przy udziale białek opłaszczających ▪ translokacja - pęcherzyk najpierw pozbywa się białek opłaszczających, następnie zwiększa się ilość protonów wewnątrz pęcherzyka (zakwaszenie) ▪ fuzja z endosomem ▪ odszczepianie ▪ pobieranie neuroprzekaźnika acetylocholiny (około kilka tysięcy cząsteczek w jednym pęcherzyku) z cytoplazmy i wydalanie protonów ▪ translokacja pęcherzyka do strefy aktywnej 7. Dokowanie i aktywacja pęcherzyka synaptycznego a. bierze w tym udział kilka białek, z czego zasadnicze znaczenie mają: ▪ należące do pęcherzyka synaptycznego □ synaptobrewina zbudowana z domeny hydrofobowej zanurzonej w błonie pęcherzyka synaptycznego i ogon hydrofilowy wystający do cytoplazmy, który wchodzi w kontakt z łańcuchem hydrofilowym wystającym z syntaksyny zapewnia to zamocowanie pęcherzyka synaptycznego do błony komórki presynaptycznej □ synaptotagmina jeden fragment mocno zakotwiczony w błonie, drugi wystaje do cytoplazmy zmiany konformacyjne tego białka pod wpływem podniesienia stężenia jonów wapniowych są głównym czynnikiem warunkującym Fizjologia zwierząt (W) Strona 36  stężenia jonów wapniowych są głównym czynnikiem warunkującym proces egzocytozy ▪ należące do błony presynaptycznej □ napięciowo-zależne kanały wapniowe jony wapniowe odgrywają kluczową rolę w egzocytozie neuroprzekaźnika kanały n-z wapniowe otwierają się po depolaryzacji błony pod wpływem potencjału czynnościowego ponieważ w normalnych warunkach stężenie jonów wapnia jest dość niskie, bardzo ważne jest, aby działały lokalnie, bo mogą aktywować cały szereg aktywności biochemicznych - ta równowaga jest możliwa dzięki temu, że kanały te są w fizycznym kontakcie z pozostałymi białkami tworzącymi kompleks powodujący fuzję pęcherzyka synaptycznego □ syntaksyna □ SNAP-25 b. te wszystkie białka tworzą funkcjonalny kompleks SNARE - tworzą receptor/czujnik, który będzie reagował na podniesienie stężenia jonów wapniowych c. toksyna botulinowa - najsilniejsza znana neurotoksyna ▪ toksyna botulinowa - jad kiełbasiany ▪ wytwarzana jest przez bakterie Clostridium botulinum ▪ najsilniejsza znana neurotoksyna - dożylna dawka śmiertelna dla człowieka to 200-300 pg/kg (1 pikogram= 10-12 g) ▪ blokuje transmisję nerwowo-mięśniową, powoduje paraliż ▪ toksyna botulinowa typu A rozkłada białko SNAP-25 □ toksyna dostaje się do organizmu i dociera do wszystkich narządów, w tym do tych w przestrzeni międzykomórkowych, a w szczególności do synaps nerwowo-mięśniowych □ niektóre białka błony presynaptycznej mają zdolność do przyłączania tej toksyny □ w trakcie endocytozy pęcherzyka synaptycznego cząsteczki toksyny botulinowej mogą dostać się do cytoplazmy □ w wysoce kwaśnym środowisku dochodzi do rozkładu cząsteczki toksyny na dwie części: fragment ciężki (który pozostaje związany) i lekki, który oddziela się, przedostaje do cytoplazmy i wykazuje wysoką aktywność proteolityczną, skierowaną głównie wobec białka SNAP-25 ▪ obecnie toksyna botulinowa jest wykorzystywana w medycynie kosmetycznej, gdzie działa lokalnie i powoduje pozbywanie się zmarszczek (dochodzi do zwiotczenia nadmiernie napiętych mięśni) 8. Fuzja pęcherzyków synaptycznych z błoną zakończenia synaptycznego (59:00) a. widok z wnętrza szczeliny presynaptycznej na błonę presynaptyczną b. w stanie spoczynku: Fizjologia zwierząt (W) Strona 37  b. w stanie spoczynku: ▪ widoczne wystające elementy na zewnątrz komórki ▪ są to cząsteczki n-z kanałów wapniowych c. 5 ms po stymulacji nerwu ▪ w preparacie pojawiają się charakterystyczne otwory, powstały na skutek przyłączenia się pęcherzyków synaptycznych ▪ jednocześnie może przyłączyć się kilkanaście pęcherzyków, które wyrzucają swoją zawartość 9. Strona postsynaptyczna a. receptory ▪ metabotropowe ▪ jonotropowe - np. receptor dla acetylocholiny, można go określić jako kanał jonowy przepuszczalny dla określonych jonów □ są wrażliwe na potencjał błony □ do otwarcia bramki potrzebne jest przyłączenie neuroprzekaźnika b. budowa receptora nikotynowego typu mięśniowego ▪ występuje w mięśniach szkieletowych ▪ pentamer: pięć podjednostek (2 alfa, beta, gamma, delta) ▪ podjednostki alfa zawierają miejsce wiążące acetylocholinę, pozostałe są konieczne, aby receptor stworzył wspólną całość (zmiana konformacji, otwieranie bramki, przepływ jonów) Fizjologia zwierząt (W) Strona 38  ▪ kanał receptora nikotynowego jest przepuszczalny dla jonów sodowych i potasowych □ częściowa jonoselektywność receptora nikotynowego □ ujemnie naładowane reszty aminokwasowe tworzą trzy pierścienie zapewniające tą jonoselektywność (odpowiednia średnica kanału) c. rejestracja aktywności synapsy nerwowo-mięśniowej ▪ przepływ prądu związany z aktywacją receptorów nikotynowych jest najbardziej aktywny w pobliżu uwolnienia neuroprzekaźnika w synapsie ▪ im bardziej oddalamy się od miejsca, w którym następuje uwalnianie acetylocholiny, potencjał postsynaptyczny jest mniejszy d. interakcja kanałów jonowych aktywowanych przez neuroprzekaźnik z kanałami napięciowo-zależnymi ▪ wytworzenie potencjału postsynaptycznego związane jest z napływem jonów sodowych do wnętrza włókna mięśniowego - jest to pierwszy etap, który może prowadzić do pobudzenia ▪ ważna jest amplituda potencjału postsynaptycznego - jeżeli jest wystarczająco duży i więcej motoneuronów doprowadzi do aktywacji połączeń miejscowych albo jeśli więcej neurotransmitera jest uwalniane, może dojść do uwolnienia progu pobudliwości i dopiero wtedy dochodzi do wytworzenia potencjału czynnościowego, wskutek czego dochodzi do skurczu Fizjologia zwierząt (W) Strona 39  e. prąd leżący u podłoża potencjału postsynaptycznego jest wynikiem sumowania aktywności indywidualnych kanałów jonowych receptorów postsynaptycznych ▪ czas, w jakim taki kanał pozostaje otwarty jest zmienną przypadkową ▪ kiedy się zsumuje poszczególne schodki, otrzymamy krzywą, która będzie reprezentować prąd f. tubokuraryna - antagonista kompetycyjny receptora nikotynowego, blokuje generowanie potencjału postsynaptycznego ▪ kontrola □ po aktywacji transmisji nerwowo-mięśniowej najpierw rozwija się potencjał postsynaptyczny □ jeśli przekroczy on wartość progową (-50 mV) pojawia się następny sygnał i dopiero wtedy uruchamia się potencjał czynnościowy □ w komórkach mięśniowych potencjał czynnościowy jest dłuższy niż w komórkach nerwowych ▪ tubokuraryna □ powoduje, że potencjał postsynaptyczny jest zbyt niski, nie przekracza wartości progowej □ nie dochodzi do wygenerowania potencjału czynnościowego 10. Zmiany morfologiczne budowy synapsy nerwowo-mięśniowej w miastenii (Myasthenia gravis) a. objawy fenotypowe: worki pod oczami, opadnięte powieki, opadnięte kąciki ust b. upośledzenie struktury i funkcji błony postsynaptycznej (fragmentu włókien Fizjologia zwierząt (W) Strona 40  b. upośledzenie struktury i funkcji błony postsynaptycznej (fragmentu włókien mięśniowych, które eksponują na swojej powierzchni receptory nikotynowe) c. funkcja uwalniana neuroprzekaźnika jest niezaburzona d. jest to choroba autoimmunologiczna 11. Podsumowanie: kolejność zdarzeń w transmisji nerwowo-mięśniowej a. potencjał czynnościowy w komórce presynaptycznej (motoneuronie) b. depolaryzacja zakończenia synaptycznego c. otwarcie napięciowo-zależnych kanałów wapniowych w błonie zakończenia synaptycznego d. wpływanie jonów Ca2+ do wnętrza zakończenia synaptycznego e. fuzja pęcherzyków synaptycznych, zawierających neuroprzekaźnik, z błoną presynaptyczną f. uwolnienie neuroprzekaźnika do szczeliny synaptycznej g. związanie neuroprzekaźnika z receptorami w błonie postsynaptycznej h. wzrost przepuszczalności błony postsynaptycznej dla jonów sodu i potasu (otwarcie kanałów jonowych) i. depolaryzacja błony komórki postsynaptycznej j. powstanie potencjału czynnościowego w błonie komórki postsynaptycznej k. skurcz mięśnia pod wpływem jonów wapnia uwalnianych z siateczki sarkoplazmatycznej i dzięki wzajemnemu przesuwaniu filamentów aktynowych i miozynowych Fizjologia zwierząt (W) Strona 41 Wykład 5. Funkcje kory mózgowej i rdzenia kręgowego poniedziałek, 20 grudnia 2021 23:39 1. Reakcje odruchowe - grupa rozmaitych zachowań wykonywanych w sposób niezależny od naszej woli a. u podłoża aktywności odruchowej leżą mniej lub bardziej złożone sieci neuronalne, zbudowane z neuronów odbierających sygnały i reagujących odpowiednią reakcją ruchową b. odruch kolanowy - najbardziej elementarny odruch, jest to odruch miotatyczny z receptorów wrzecion mięśniowych ▪ lekkie uderzenie młoteczkiem poniżej rzepki powoduje odruchowy skurcz mięśni prostowników uda ▪ podudzie mimowolnie wykona delikatny ruch c. aktywność odruchowa odbywa się na poziomie rdzenia kręgowego 2. Budowa rdzenia kręgowego a. w grzbietowej części - fragment istoty białej ▪ dość rozbudowany ▪ otacza istotę szarą ▪ zbudowana ze zmielinizowanych aksonów b. istota szara ▪ zbudowana jest z tzw. neurobilu: perykarionu ciał komórek nerwowych i niezmielinizowanych wypustek ▪ rogi grzbietowe ▪ rogi brzuszne - w ich obrębie znajdują się populacje neuronów unerwiających mięśnie (motoneurony) c. nerwy czuciowo ruchowe (rdzeniowe) ▪ dwa typy sygnalizacji □ sygnalizacja dośrodkowa (aferentna) - prowadzą sygnały z różnego rodzaju receptorów □ sygnalizacja odśrodkowa (eferentna) - prowadzą sygnały przez włókna motoneuronów ▪ dwie gałęzie □ korzenie brzuszne - aksony łączą się za pomocą nich z nerwami unerwiającymi mięśnie czuciowo-ruchowe, prowadzą włókna wychodzące z rdzenia □ korzenie grzbietowe - prowadzą włókna wnikające do rdzenia kręgowego w polu korzeniowym tylnym zwoje korzeni grzbietowych - zgrubienia, w których znajdują się perykariony komórek nerwowych Fizjologia zwierząt (W) Strona 42  perykariony komórek nerwowych odbierają sygnały z receptorów peryferyjnych i przewodzą je dośrodkowo do istoty szarej rdzenia kręgowego 3. Organizacja anatomiczna odruchu rdzeniowego (odruch miotyczny) a. u podłoża tego odruchu mechanicznego energia bodźca inicjująca cały proces jest energią mechaniczną b. kolano jest połączeniem między rzepką a kością za pomocą ścięgna rzepkowego c. pierwszym elementem uczestniczącym w całej aktywności odruchowej jest rozciągnięcie mięśni ▪ rzepka jest strukturą mało elastyczną, jednak przenosi energię z bodźca na mięsień, który w efekcie uderzenia młoteczkiem neurologicznym lekko się rozciąga ▪ rozciągnięcie mięśnia jest swoistym sygnałem, który może zostać odebrany przez receptor własny mięśnia ▪ wygenerowany sygnał elektryczny jest transportowany włóknem czuciowym dośrodkowo poprzez korzenie grzbietowe ▪ sygnał dociera w postaci potencjału czynnościowego do istoty szarej rdzenia d. mamy do czynienia z przekazaniem sygnału przez synapsy do motoneuronu ▪ motoneuron generuje potencjał czynnościowy, który jest transportowany przez włókno motoneuronu ▪ akson motoneuronu dociera do tego samego mięśnia, z którego pochodził sygnał (odruch własny mięśnia) ▪ pętla odruchu kończy się w tym samym miejscu, w którym się zaczęła e. zasadą odruchu jest monosynaptyczne pobudzenie motoneuronu prostownika - monosynaptyczne oznacza, że jest tylko jeden etap przekazywania sygnału poprzez synapsę f. sekwencja zdarzeń w monosynaptycznym odruchu rdzeniowym ▪ w efekcie rozciągnięcia mięśnia dochodzi do wytworzenia potencjału receptorowego (zjawisko elektryczne) ▪ jeżeli potencjał receptorowy będzie miał wystarczającą amplitudę do przekroczenia progu pobudliwości, tworzy się potencjał czynnościowy, który jest skokowo transportowany do włókna neuronu ▪ dociera do zakończenia aksonu, gdzie znajduje się synapsa - następuje przekazanie sygnału do motoneuronu, następuje integracja sygnału □ w związku z tym, że do motoneuronu dociera pobudzenie z wielu neuronów czuciowych oraz motoneurony są unerwiane przez różne interneurony i włókna neuronalne pochodzące z wyższych pięter ośrodkowego układu nerwowego, sygnały będą się sumować □ im bliżej będą występowały, tym bardziej będą się sumować (lub odejmować - w przypadku synaps hamujących) sumowanie czasowe - sygnały pobudzające lub hamujące występują prawie w tym samym momencie sumowanie przestrzenne - połączenia synaptyczne prowadzące z wszystkich wymienionych wyżej źródeł mogą się lokować na różnych fragmentach komórki ▪ na poziomie motoneuronu mamy do czynienia z generowaniem potencjału postsynaptycznego - przekroczenie progu pobudliwości - wygenerowanie Fizjologia zwierząt (W) Strona 43  postsynaptycznego - przekroczenie progu pobudliwości - wygenerowanie potencjału czynnościowego ▪ doprowadzenie do skurczu mięśnia g. neuroprzekaźnikiem w tych neuronach czuciowych jest glutaminian 4. Przebieg przekazywania sygnału i jego analiza w pętlach odruchowych a. czynnikiem uruchamiającym przekazywanie sygnału jest pewien bodziec (np. sygnał mechaniczny) b. transdukcja czuciowa - zmiana charakteru danego sygnału na sygnał elektryczny c. intensywność kodowania bodźca - w pewnym zakresie reakcja neuronów czuciowych będzie się zmieniała, im silniejszy bodziec zadziała tym większa będzie częstotliwość generowania potencjałów przez neurony czuciowe (zazwyczaj) d. analiza czuciowa - zachodzi w pewnych strukturach, charakterystyczna dla obwodów neuronalnych o dużej ilości pięter przekazywania sygnałów (interneuronów), jest konieczna do uruchomienia (lub nie) reakcji ruchowej e. integracja czuciowo-ruchowa - informacja o bodźcu będzie przekazana do systemów wykonawczych i efektorowych (np. motoneuronów) f. sygnały przekazywane są do mięśni, które kurczą się w odpowiednim czasie i w odpowiedniej sekwencji 5. Wrzeciono mięśniowe - receptor rozciągania mięśnia a. budowa ▪ struktura przypominająca wrzeciono - centralna część nieco zgrubiała, zawiera szereg wewnątrzwrzecionowych (intrafuzalne) włókien mięśniowych ▪ otoczone przez łącznotkankową torebkę włóknistą ▪ w części wewnętrznej włókna mięśniowe otoczone są przez włókno czuciowe w postaci spirali, posiadają zakończenia pierścienno-spiralne ▪ jest kilka rodzajów włókien czuciowych b. zasadnicza różnica pomiędzy grupą neuronów unerwianiących ekstrafuzalne Fizjologia zwierząt (W) Strona 44  b. zasadnicza różnica pomiędzy grupą neuronów unerwianiących ekstrafuzalne (zewnątrzwrzecionowe) a intrafuzalne włókna mięśniowe ▪ ekstrafuzalne - motoneurony alfa, mają aksony o dużej średnicy i bardzo szybko przewodzą sygnał ▪ intrafuzalne - motoneurony gamma, mniejsze ko