Нейроны и глиальные клетки: общая характеристика, разнообразие, функции. Серое и белое вещество мозга (на примере спинного мозга)
| Вид материала | Документы |
- План лекции: Общая характеристика функций спинного мозга Нейронная организация спинного, 696.17kb.
- Серое и белое вещество головного и спинного мозга, 551.63kb.
- Острая вирусная инфекция, поражающая нервную систему (серое вещество спинного мозга), 22.2kb.
- Большие полушария головного мозга. Конечный мозг, 36.23kb.
- Программа научно-практической конференции «Актуальные вопросы хирургического лечения, 33.37kb.
- Название работы, 116.86kb.
- Название работы, 5377.92kb.
- Аневризмы сосудов головного и спинного мозга, 45.11kb.
- Цель: систематизировать полученные знания о строении и функциях головного и спинного, 39.31kb.
- План Проблема отношения психических процессов и мозга, рождение нейропсихологии. Принципы, 96.52kb.
3) 9-3. Дыхательный центр продолговатого мозга и моста, принципы его функционирования.
Роль нейронов-пейсмекеров, механорецепторов легких, хеморецепторов.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
- Головной мозг располагается в полости черепа.
Мозг имеет сложную форму, которая соответствует рельефу свода черепа и
черепных ямок. Верхне-боковые отделы головного мозга вы-
выпуклые, основание уплощено и имеет неровности. В области ос-
основания от головного мозга отходят 12 пар черепных нервов.
Строение и функции мозга связаны с особенностями его
развития. Продолговатый мозг является непосредственным продол-
продолжением спинного мозга. Нижней его границей считают место
выхода корешков первого шейного спинномозгового нерва или перекрест пирамид, верхней границей является задний край моста.
- Мост (Варолиев мост) имеет вид лежащего поперечно
утолщенного валика, от латеральной стороны которого справа
и слева отходят средние мозжечковые ножки. Задняя поверх-
поверхность моста, прикрытая мозжечком, как и задняя поверх-
поверхность продолговатого мозга, участвует в образовании
ромбовидной ямки. Передняя поверхность внизу образует четкую
границу с продолговатым мозгом, а вверху мост граничит с
ножками мозга. Передняя поверхность моста поперечно
исчерчена в связи с поперечным направлением волокон,
которые идут от собственных ядер моста в средние мозжечковые
ножки и дальше — в мозжечок.
- Продолговатый мозг и мост выполняют важнейшие
функции. В чувствительные ядра черепных нервов, расположен-
расположенные в этих отделах мозга, поступают нервные импульсы от ко-
кожи головы, слизистых оболочек рта и полости носа, глотки и
гортани, от органов пищеварения и дыхания, от органа слуха,
вестибулярного аппарата, сердца и сосудов. По аксонам
клеток двигательных и вегетативных (парасимпатических) ядер
продолговатого мозга и моста импульсы следуют не только к
скелетным мышцам головы (жевательным, мимическим, язы-
языка и глотки), но и к гладкой мускулатуре органов
пищеварения, дыхания (бронхи) и сердечно-сосудистой системы,
к слюнным и другим железам. Через ядра продолговатого мозга выполняются многие
рефлекторные акты, в том числе защитные (кашель, мигание,
слезоотделение, чихание). Нервные центры (ядра) продолго-
продолговатого мозга участвуют в рефлекторных актах глотания, сек-
секреторной функции пищеварительных желез. Вестибулярные
(преддверные) ядра, в которых берет начало преддверно-спин-
номозговой путь, выполняют сложнорефлекторные акты пе-
перераспределения тонуса скелетных мышц, равновесия, обес-
обеспечивают «позу стояния». Эти рефлексы получили название
установочных рефлексов. Расположенные в продолговатом
мозге важнейшие дыхательный и сосудодвигательный (сер-
(сердечно-сосудистый) центры участвуют в регуляции функции
дыхания (вентиляции легких), деятельности сердца и сосу-
сосудов; повреждение их приводит к смерти.
В ретикулярных ядрах продолговатого мозга и моста нахо-
находятся центры сна и бодрствования, а также двигательные
центры, образующие спинно-ретикулярный тракт. В верхней
части ромбовидной ямки находится область, называемая
«голубое пятно».
Продолговатый мозг и мост выполняют ряд «жизненно важных» функций; здесь находятся :
дыхательный и сосудодвигательный центры;
центры, обеспечивающие врождённое пищевое поведение (вкусовая чувствительность, сосание, глотание, слюноотделение и др.);
ряд двигательных центров, связанных с мозжечком;
слуховые и вестибулярные ядра ; центры сна и бодрствования и др.
Центральная часть – ретикулярные ядра (ретикулярная формация – РФ); окружена ядрами, связанными с V-XII черепными нервами и рядом других ядер (голубое пятно, нижняя олива и т.д.)
Дыхательные нейроны, активность которых вызывает инспирацию (вдох) или экспирацию (выдох), называются соответственно инспираторными и экспираторными нейронами. Инспираторные и экспираторные нейроны иннервируют дыхательные мышцы.
Среди нейронов вдоха ключевую роль играют клетки-пейсмекеры, находящиеся в ядрах нижней части ромбовидной ямки.
Врождённо обусловленная частота их активации у человека : примерно 1 волна в 5 сек (12 раз в минуту = частота дыхания во сне).
От клеток-пейсмекеров (генераторов ритма)( Интересным вариантом генерации ПД являются пейсмекер-
ные нейроны (клетки-пейсмекеры). Они обладают большой по-
постоянной проницаемостью мембраны для ионов Na+. В резуль-
результате у клеток-пейсмекеров не существует стабильного ПП. Раз-
Разность потенциалов на их мембране постоянно стремится вверх.
Когда она достигает порогового значения, происходит запуск
ПД. ) ПД передаются к другим дыхательным нейронам и мотонейронам шейных и грудных сегментов спинного мозга, запускающим сокращение диафрагмы и межрёберных мышц.
Вдох приводит к постепенному растяжению лёгких и стенок грудной клетки. Растяжение активирует особые механорецепторы (отростки чувствительных нервных клеток, входящие в состав X нерва), передающие сигнал в продолговатый мозг и мост. Этот сигнал тормозит инспираторные и включает экспираторные нейроны (вдох сменяется выдохом). После выдоха возникает пауза (до нового включения пейсмекеров). На частоту работы пейсмекеров (долю постоянно открытых Na+-каналов) влияют сигналы от хеморецепторов и ствола мозга.
Хеморецепторы: концентрация O2 и CO2 в крови; влияния ствола: эмоции (голубое пятно), температура (гипоталамус), центры бодрствования, боль, стресс и др. Возможен, кроме того, произвольный контроль дыхания.
Ещё о дыхательных центрах:
инспираторные нейроны – это не только пейсмекеры, но и клетки, «зацикливающие» ПД по замкнутому контуру, что даёт возможность оказывать на мотонейроны стабильное активирующее действие;
хеморецепторы CO2 (и H+) представляют собой нейроны на дне ромбовидной ямки; активируются в основном при физической нагрузке;
хеморецепторы O2 расположены в каротидном синусе (область разветвления на наружную и внутреннюю сонные артерии); важны, например, при подъёме в горы (на высоте 5км воздуха в 2 раза меньше);
пробуждение приводит к активации пейсмекеров центрами бодрствования, и частота дыхания растёт до 16-18 в мин; при эмоциях и физической нагрузке – до 30-40 в мин.
Передача информации о содержании O2 в крови идёт по волокнам IX нерва.
Билет №10.
1) 10-1. Потенциал покоя (ПП) нервных клеток. Роль Na+-K+-насоса и постоянно открытых
ионных каналов. Уравнение Нернста, связь ПП с диффузией ионов Na+ и К+.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Электрические свойства нейронов. Потенциал покоя и потенциал действия.
Сигнал по мембране нейрона передаётся в виде коротких электрических импульсов – потенциалов действия (ПД). Этот процесс можно сравнить с передачей информации с помощью включения и выключения фонарика (ПД= «вспышка света»).
Но для того, чтобы фонарик работал, нужна батарейка – источник электрической энергии. В случае нейрона таким источником является постоянный внутриклеточный заряд – потенциал покоя (ПП).
- Потенциал покоя нейрона – его постоянный отрицательный заряд, равный в среднем –70 мВ. Измерить ПП можно с помощью тончайшей, особым образом вытянутой стеклянной трубочки-микроэлектрода. Его кончик имеет диаметр <1 мкм, что позволяет практически без повреждения мембрану клетки. Микроэлектрод (в т.ч. канал внутри кончика) заполнен раствором соли, проводящим электрический ток. Это позволяет оценить, сравнить заряд цитоплазмы нейрона с зарядом межклеточной среды.
- Наличие ПП – результат жизнедеятельности нейрона, совместного функционирования всех биополимеров и органоидов клетки; погибший нейрон быстро теряет ПП. Первопричина ПП – разность концентраций ионов K+ и Na+ внутри и снаружи нейрона. Эту разность создаёт работа особого белка-насоса Na+-K+-АТФазы (Na+-K+-насоса).
- Na+-K+-АТФаза обменивает находящиеся внутри клетки ионы Na+ на захваченные в межклеточной среде ионы K+, затрачивая значительное количество АТФ.
В результате работы Na+-K+-АТФазы в нейроне оказывается примерно в 10 раз меньше Na+ и в 30 раз больше K+, чем в межклеточной среде.
K+ “out” : K+ “in” = 1 : 30
Na+ “out” : Na+ “in” = 10 : 1
Несмотря на всё это, до момента созревания (происходит на 2-3 месяце эмбрионального развития) нейрон не имеет заряда, и количество положительных (прежде всего, K+) и отрицательных ионов в его цитоплазме примерно одинаково. Признак созревания – появление на мембране нейрона постоянно открытых K+-каналов (определяется включением соответствующего гена). В результате становится возможной диффузия K+ из клетки.
Как долго идёт диффузия K+ из нейрона?
Очевидный вариант («до выравнивания концентраций») неверен, поскольку двигаются заряженные частицы, и выход K+ сопровождается накоплением в цитоплазме отрицательного заряда. Этот отрицательный заряд мешает диффузии и в конце концов останавливает её. Возникает состояние «динамического равновесия»: число ионов K+, покинувших клетку благодаря диффузии = числу ионов K+, втянутых в клетку отрицательным зарядом цитоплазмы.
ПП – это отрицательный заряд цитоплазмы, останавливающий диффузию ионов K+ в межклеточную среду.
- «Уравнение Нернста»: ПП ~ lg (K+ “out”/K+ “in”)
Коэффициент пропорциональности равен 61.5 мВ для Т=36.6С; логарифм равен –1.48 (для соотношения концентраций 1/30).
С учётом этого ПП = -91 мВ («равновесный потенциал» для K+)
Такой вход Na+ ведёт к сдвигу заряда цитоплазмы вверх и частичной потере ПП (отсюда название – «ток утечки Na+»).
В реальной клетке ПП находится ближе к нулю (в среднем –70мВ). Причина: существование небольшого количества постоянно открытых каналов для ионов Na+. Избыток ионов Na+ в межклеточной среде, а также их притяжение к отрицательно заряженной цитоплазме приводят к входу Na+ в клетку.
- Ограничивает вход Na+,
во-первых, малое число постоянно открытых Na+-каналов;
во-вторых, работа Na+-K+-АТФазы, которая «откачивает» Na+, обменивая его на K+.
- В целом ПП зависит от 3х главных факторов:
диффузии K+ из клетки ;
диффузии Na+ в клетку ;
работы Na+-K+-АТФазы.
Диффузия K+ из клетки определяется разностью концентраций K+ “out” и K+ “in”.
Если увеличить K+ “out”, то разность концентраций станет меньше, диффузия – слабее, и для её остановки потребуется не столь значительный ПП (произойдёт сдвиг заряда цитоплазмы вверх до достижения новой точки равновесия).
Если снизить K+ “out” , то разность концентраций станет больше, диффузия – сильнее, и для её остановки потребуется более значительный ПП (сдвиг заряда цитоплазмы).
Диффузия Na+ в клетку зависит, прежде всего, от концентрации постоянно открытых Na+-каналов на мембране. Эта величина, в свою очередь, является стабильным свойством конкретного нейрона. Чем больше таких каналов, тем ПП ближе к нулю, чем меньше – тем ПП ближе к уровню –91мВ.
Чем ближе ПП к нулю, тем возбудимее нейрон (такие нужны, например, в центрах бодрствования); чем ближе ПП к уровню –91 мВ, тем ниже возбудимость (минимальна в центрах, запускающих движения).
- Работа Na+-K+-АТФазы может быть нарушена химическими веществами, например, токсином одной из тропических лиан строфантином.
В этом случае ток утечки Na+ не будет полностью компенсироваться и ПП сместится в сторону нуля (степень смещения зависит от дозы токсина = доля заблокированных насосов).
Большая доза токсина настолько нарушает работу Na+-K+-АТФаз, что ПП теряется (происходит разрядка батарейки «фонарика»).
Аналогия : Na+-K+-АТФаза -- «зарядное устройство» нейрона.
Заключительная аналогия: лодка на поверхности водоёма.
Уровень воды = нулевой уровень; уровень бортов над водой= ПП (зависит от «веса лодки» = разность концентраций K+ во внешней среде и цитоплазме).
Ток утечки Na+ = отверстия в лодке, через которые втекает вода и снижает абсолютное значение ПП (приближая его к нулю).
Na+-K+-АТФаза – ковш, которым вычерпываем воду, удерживая лодку на плаву («поломка ковша» строфантином приведёт к тому, что лодка утонет).
Билет №10.
2) 10-2. Никотин и алкоголь: механизмы действия на организм и ЦНС; причины и последствия формирования привыкания и зависимости.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
- Никотиновый рецептор
ионотропный («быстрый»)
всегда генерирует ВПСП (вход Na+)
пример : нервно-мышечные синапсы
состоит из 5 белковых молекул-субъединиц (чаще всего: 2+++; расположены по кругу и образуют пору)
антагонисты : курарин (блокирует активный центр), -нейротоксин яда кобры (белок, блокирует пору)
пропускает, кроме Na+, ионы K+ и, гораздо слабее, Ca2+ (в реальных условиях доминирует вход Na+ ; ионы Cl- отталкиваются отрицательными зарядами на стенках поры.
Никотин – токсин табака, агонист Ацх, защищает табак от поедания насекомыми; для человека – слабый «разрешённый наркотик».
Никотин при табакокурении практически не влияет на нервно-мышечные синапсы (иначе были бы судороги, как у насекомых, поедающих табак). Обычно при первых попытках курения никотин сильнее всего стимулирует работу постганглионарных парасимпатических нейронов (развиваются парасимпатические эффекты : тошнота, скачки давления и т.п.). Через некоторое время эти эффекты обычно исчезают и сменяются преимущественной стимуляцией постганглионарных симпатических нейронов (активация сердечно-сосудистой системы, ослабление сигналов от ЖКТ + психологические эффекты от курения «за компанию»). У части курильщиков никотин преодолевает ГЭБ и начинает оказывать действие на головной мозг, постепенно вызывая формирование привыкания и зависимости.
Никотин также способен оказывать нормализующее действие (курят, чтобы «взбодриться», чтобы успокоиться).
Но при этом Ацх-синапсы начинают снижать активность, «рассчитывая» на постоянное введение агониста. В итоге для получения всё того же нормализующего эффекта курильщик должен повышать дозу («привыкание»).
При попытке отказаться от табака выясняется, что без никотина мозг функционирует плохо (скачки настроения, работоспособности) – т.е. проявляет себя «синдром отмены» (абстинентный синдром) и, следовательно, возникла потребность Ацх-синапсов в никотине («зависимость»).
Формирование привыкания и зависимости – типичное следствие приёма практически любых препаратов, серьёзно влияющих на мозг (не только наркотических, но и лекарственных).
Для того, чтобы деятельность Ацх-синапсов восстановилась, нужны недели и месяцы. Явный признак наличия зависимости – с утра хочется курить, и первая сигарета доставляет наибольшее удовольствие.
Формирование привыкания и зависимости происходит также в центрах положительных эмоций.
- Алкоголь CH3-CY2-OH
Легко преодолевает мембраны, растворяется в липидах и воде. Эндогенный алкоголь : 0.005-0.01% в крови.
- «Типичная» картина развития эффектов экзогенного (внешнего) алкоголя:
малая доза : усиление выброса дофамина, возможно снятие усталости, «растормаживание», эмоциональная лабильность (на психическом уровне проявляется очень индивидуально);
средняя доза : депрессантное действие (активация ГАМК-системы, торможение Glu-синапсов), уменьшение количества объектов в фокусе внимания, снижение интеллекта и адекватности самооценки;
большая доза : ухудшение работы всех медиаторных систем; двигательные, сенсорные и вегетативные нарушения; отравление продуктами распада алкоголя; постепенное засыпание.
- В ходе развития алкоголизма: прежде всего, истощение системы дофамина, формирование привыкания и зависимости на уровне DA-синапсов.
Позже: гибель DA-нейронов, ухудшение состояния ГАМК-системы, нарастающая дегенерация корковых структур (синдром «грецкого ореха»).
Симптомы: ежедневный приём алкоголя, увеличение доз и потеря самоконтроля при потреблении, деградация личности, изменённые состояния психики во время опьянения, нарушения памяти, запои, необходимость «опохмелиться», неоднократные и неудачные попытки бросить пить и т.д.
«Переваривание алкоголя» :
CH3-CH2-OH (этиловый спирт; влияние на DA-синапсы)
(фермент алкоголь-дегидрогеназа – АДГ)
CH3-COH (ацетальдегид; токсические эффекты: похмелье)
(фермент ацетальдегид-дегидрогеназа – АцДГ)
CH3-COOH (ацетат – остаток уксусной кислоты)
дальнейшее расщепление с участием кислорода
При плохой работе АцДГ моментально развивается похмелье (головная боль, тошнота и т.п.); такие люди не пьют
Плохая работа АДГ – предпосылка к активному взаимодействию алкоголя с DA-системой, «база» для развития алкоголизма (5% населения).
Блокада АцДГ тетурамом усиливает похмельный синдром до опасного уровня («торпедирование»); налоксон снимает удовольствие от принятия алкоголя.
Билет №10.
3) 10-3. Гипоталамус как эндокринный центр: реакция на концентрацию гормонов в крови; выделение либеринов и статинов, конкретные примеры их функций.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Гипоталамус является главным центром эндокринной и вегетативной регуляции, а также главным центром биологических потребностей (и связанных с ними эмоций).
Ядра, регулирующие деятельность эндокринной системы: прежде всего, это паравентрикулярное и супраоптическое.
Эти ядра содержат нейроэндокринные клетки, аксоны которых идут в заднюю долю гипофиза и здесь выбрасывают гормоны в кровь. Другие нейроны, расположенные в основном в средней части гипоталамуса(«серый бугор»), выделяют в сосудистое сплетение гормоны, регулирующие работу передней доли гипофиза.
Большинство гормонов гипоталамуса и гипофиза – белковые и пептидные молекулы. В гипоталамусе они синтезируются в телах нейросекреторных клеток (вырезаются из белков-предшественников), загружаются в везикулы и переносятся по аксонам к месту экзоцитоза. Здесь гормоны выделяются в межклеточную среду с наружной стороны покровных клеток стенки капилляров, путём диффузии попадают в кровь и с кровью доставляются к клеткам-мишеням.
Действие гормонов на клетки-мишени развивается обычно теми же путями, что и в случае медиаторов: гормон действует на специфические рецепторы, запуская (через G-белки) синтез вторичных посредников, которые влияют на активность белков-насосов, ферментов, включают и выключают гены (на уровне ДНК) и т.д.
В ряде случаев гормон действует на клетки другой эндокринной железы, управляя её активностью («тропные гормоны», характерны для передней доли гипофиза).
Рецепторы гормонов имеются и на нервных клетках, благодаря чему эндокринная и нервная системы тесно взаимодействуют.
Экзоцитоз зависит от ПД, приходящих по аксону.
Гормоны, которые синтезируются в гипоталамусе(парвентрикулярное и супраоптическое ядра) и выбрасываются в кровь в задней доле гипофиза:
Это пептиды
вазопрессин (антидиуре-тический гормон – ADH; влияет на почки)
Основной эффект вазопрессина: усиление обратного всасывания воды в почках (точнее, в нефронах; анти-диурез).
Кроме того, он сужает сосуды («вазопрессор»).
В ЦНС вазопрессин и его фрагменты в очень низких дозах улучшают обучение и память (перспективные ноотропы).
Вазопрессин выделяется при повышении концентрации NaCl в крови: сигнал для почек «экономить воду»; параллельно возникает чувство жажды.
и
окситоцин (матка, молочная железа).
Главные эффекты окситоцина:
запуск сокращений гладкомышечных клеток матки (роды) и протоков молочной железы (лактация; не путать с действием пролактина, усиливающим образование молока).
В ЦНС окситоцин и его фрагменты противодействуют эффектам вазопрессина, ухудшая обучение и память.
Как и пролактин, окситоцин выделяется в ходе акта сосания (при механической стимуляции соска; нервно-эндокринная дуга).
Переходим к гормонам передней доли гипофиза. Их существенно больше; это уже знакомые нам пролактин и опиоидные пептиды (эндорфины; регуляция уровня болевой чувствительности).
Кроме того, в передняя доля гипофиза вырабатывает тропные гормоны:
тиреотропный (тиреостимулирующий – TSН; влияет на щитовидную железу);
адренокортикотропный (АСТН; влияет на кору надпочечников);
FSH и LH влияют на половые железы мужчин и женщин;
гормон роста (соматотропный) – на рост тела, его общий размер.
- Выброс каждого из гормонов передней доли гипофиза регулируется гормонами гипоталамуса («рилизинг»-факторы), которые могут активировать секрецию гипофиза (либерины) либо
тормозить ее (статины). Так, дофамин является статином для пролактина и некоторых тропных гормонов.
- Статины и либерины выделяются в кровь нейроэндокринными клетками серого бугра, измеряющими содержание в крови «конечного» гормона (тироксина, половых гормонов и др.).
Избыток конечного гормона ведет к выбросу статина и снижению секреции гипофизом тропного гормона. Если конечного гормона в крови мало, то усиливается выброс соответствующего либерина (и тропного гормона).
Наличие таких отрицательных обратных связей позволяет поддерживать стабильное содержание в крови многих важнейших гормонов.
Начнем со щитовидной железы. Она выделяет йодсодержащие гормоны тироксины, усиливающие обмен веществ (образование энергии) во всех клетках организма, в т.ч. в мозге.
Выделение тироксинов (Т4 и Т3) усиливает тиреотропный гормон передней доли гипофиза (TSH).
Гипоталамус, измеряя концентрацию тироксинов в крови, усиливает выделение либо статина (его роль играет дофамин) либо либерина (тиролиберина, TRH; является также либерином пролактина).
Тиролиберин активирует выброс TSH.
Опасен как дефицит, так и избыток тироксинов в организме.
При дефиците (например, из-за нехватки йода в пище) – снижение обмена веществ, вялость, депрессии («микседема»); у новорожденных – оставание умственного развития.
При избытке – нервозность, бессонница, повышенный аппетит и худоба, гиперактивность симпатической НС, «выпученные» глаза.
Причиной в обоих случаях могут быть аутоиммунные нарушения.
Тиролиберин (трипептид Glu-His-Pro) значимо влияет на работу ЦНС.
Он «дополняет» действие тироксинов: увеличивает уровень бодрствования, оказывает антидепрессантное действие, усиливает работу дыхательного центра
(в клинике: введение недоношенным детям).
Соматотропный гормон (гормон роста – GH).
Как тропный гормон, активирует выделение печенью IGF-1 (иммуно-подобного фактора роста) и совместно с ним определяет рост скелета, мышц и конечный рост (размер тела) человека.
Гипоталамус оценивает концентрацию гормона роста и IGF-1, изменяя баланс между выделением соответствующих статина (соматостатина) и либерина (соматолиберина – GHRH = соматотропин-рилизинг фактор).
Нарушение работы этой системы ведет к карликовости; избыточная активность – к гигантизму.
Акромегалия – результат резкого увеличения продукции соматотропного гормона в зрелом возрасте (лишь часть органов способна продолжать рост: гипертрофия сердца, хрящевых тканей и др.).
- Влияния на ЦНС соматостатина: снижение пищевой мотивации, уровня эмоциональности и болевой чувствительности, небольшое снижение уровня бодрствования.
Соматостатин оказывает тормозящее действие на ЖКТ, подавляет активность многих других внутренних органов («всеобщий ингибитор»).