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.
Глутаминовая кислота (Glu) – главный возбуждающий медиатор (около 40% всех нейронов); проведение основных потоков информации в ЦНС (сенсорные сигналы, двигат. команды, память).
Память – способность мозга сохранять информацию и воспроизводить её через некоторые промежутки времени. По времени сохранения информации память бывает кратковременной и долговременной. В основе кратковременной памяти лежит циркуляция нервных импульсов в замкнутых нейронных цепях. Долговременная память связана со структурными изменениями в нейронных сетях. Специальные пептиды, синтезируемые нейронами, облегчают процесс возбуждения клеток в моменты извлечения информации «из памяти». В формировании памяти участвуют нейроны височных долей больших полушарий, ретикулярная формация ствола мозга, гипоталамус. Различают следующие виды памяти: двигательную, зрительную, слуховую, осязательную, смешанную.
Наиболее изучены NMDA-
рецепторы. Уникальная особенность NMDA-рецепторов состоит в том, что их канал может блокировать ион Mg2+ («магниевая пробка»). В такой ситуации рецептор выключен, и ВПСП не возникает. Однако, если заряд в нейроне оказывается выше уровня -30 мВ, Mg2+ удаляется из канала («выбивание пробки»), и рецептор переходит в рабочее состояние.
Этот механизм – один из важнейших способов резко усилить эффективность работы синапса, создать новый канал для передачи информации. Подобные изменения лежат в основе процессов обучения и формирования памяти. Наиболее очевидный способ
удаления Mg2+: ПД, запущенный с помощью не-NMDA-рецепторов (например, АМРА), находящихся на той же постсин. мембране.
Данный синапс исходно не пропускал слабые сигналы, вызывающие небольшой выброс Glu.
После однократной сильной стимуляции, запустившей ПД через не-NMDA-рецепторы, произошло «выбивание пробок».
Теперь на постсин. мембране включились NMDA-рец. (их м.б. в неск. раз больше, чем не-NMDA), и даже слаб. сигнал вызывает большой ВПСП, запуская ПД.
Подобного рода синапсы, способные практически мгновенно увеличить эффективность работы, характерны для коры больш. полушарий и, особенно, гиппокампа, избирательно связанного с кратковременной памятью.
Входящий в клетку Са2+ может запускать цепь хим. реакций, активиру-ющих не-NMDA-рецепторы (прежде всего, за счет присоединения фосф. кислоты к АМРА-рецепторам – фосфорилирования).
В обоих случаях измененное состояние синапса сохраняется в течение нескольких минут-часов («кратковременная память»).
Более длительные изменения обеспечиваются передачей сигнала посредством ионов Са2+ на ядерную ДНК, активацией генов не-NMDA-рецепторов, синтезом дополнительных белков-рецепторов и их встраиванием в постсинаптическую мембрану. Подобная реакция требует значительного времени (часы-сутки), но зато измененное состояние синапса сохраняется неограниченно долго («долговременная память»). Таким образом, индивидуальная память в большинстве ее проявлений – это сформированные в Ц Пусть мы учим крысу прыгать на полку в ответ на звонок (иначе она получает удар эл. током). Это – пример условного рефлекса («ассоциативное обучение»).
Произошло формирование нового канала для передачи
информации, образованного интернейронами коры за
счет повышения эффективности Glu-синапсов.
В основе – синтез белков. Но это не «белки памяти», а Glu-рецепторы.
То есть дело не в белках, а в информационных каналах (вернее, в том,
что они соединяют; сама траектория движения сигнала не так уж важна и индивидуально очень вариабельна).
В связи с такой организацией памяти мы технически еще очень далеки от того, чтобы считывать информацию с мозга и записывать ее прямо в ЦНС.
НС каналы для передачи информации («ассоциации» между нейронами). В основе формирования таких каналов – увеличение эффективности Glu-синапсов по одному из описанных механизмов.
3) 12-3. Гормоны задней доли гипофиза (вазопрессин и окситоцин), их функции, влияние на работу ЦНС. Центры жажды гипоталамуса, роль осморецепторов и ангиотензина.
Большинство гормонов гипоталамуса и гипофиза – белковые и пептидные молекулы. В гипоталамусе они син-тезируются в телах нейросекретор-ных 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, путем диффузии попадают в кровь и с кровью доставляются к клеткам-мишеням.
Паравентрикулярное и супраоптическое ядра
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.
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 ее активностью («тропные гормоны», характерны для передней доли гипофиза).
Экзоцитоз зависит от ПД, приходящих по аксону (для сравнения сверху показан обычный нейрон, снизу – обычная эндокринная клетка). Рецепторы гормонов имеются и на нервных клетках, благодаря чему эндокринная и нервная системы тесно взаимодействуют.
Гормоны, которые, синтезируются в гипоталамусе (паравентрикулярное и супраоптическое ядра) и выбрасываются в кровь в задней доле гипофиза. Это пептиды вазопрессин (антидиуре-тический
гормон – ADH; влияет на почки) и окситоцин (матка, молочная железа).
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
(но об этом позже). 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).
Из нервных окончаний клеток гипоталамуса в сосуды задней доли гипофиза поступают два пептидных гормона, каждый из которых состоит из девяти аминокислотных остатков: антидиуретический гормон (АДГ, или вазопрессин) и окситоцин.
Центр питьевой потребности: уже знакомые нам паравентрикулярные (PVN) и супраоптические (SON) ядра (сверху справа срезы мозга козы).
Здесь находятся осморецепторы: клетки, реагирующие на содержание NaCl в крови (идеально около 0.7%). При росте концентрации NaCl – выделение вазопрессина (экономия воды на уровне почек) и чувство жажды (запуск соответствующих поведенческих реакций).
На функционирование центра питьевой потребности влияют рецепторы растяжения сосудов и предсердий (реакция на потерю воды), а также гормон ангиотензин.
Синтез ангиотензина II (пептид, 8 а/к) происходит в крови под влияние почек, реагирующих на падение давления крови. Ангиотензин вызывает сужение сосудов и чувство жажды.
Препараты, блокирующие образование ангиотензина – важная группа лекарств против гипертонии.
Ангиотензин усиливает также выделение минералокортикоидов (экономия солей).
Билет №13
Хемочувствительные ионные каналы:сравнение свойств, возбуждающие и тормозные эффекты, функции в синапсах, нервных и мышечных клетках.
Хемочувствительные ионные каналы: особый тип белковых каналов, находятся на мембране, окружающей синаптический контакт. Открывание — при появлении медиатора.
3 класса: избирательно проницаемые по отношению к:
1.) ионам Na
2.) ионам К
3.) ионам Cl
Открывание 1. - вход в клетку Na, деполяризация, возникновение возбуждающего постсинаптического потенциала(ВПСП), заряд нейрона повышается, для запуска ПД необходим меньший стимул.
Открывание 2 и 3 — вход в клетку К, Cl, гиперполяризация, возникает тормозный постсинаптический потенциал(ТПСП), для запуска ПД — больший стимул. Такие функции мозга, как внимание и двигательный контроль, основаны на работе ТПСП.
Работа ТПСП, основанная на 3, заметна только на фоне ВПСП, в связи с тем,что Cl несет отрицательный заряд и нормальный ПП мешает его входу.
ВПСП и ТПСП — длительность около 10мс(иногда 50-100мс)
амплитуда 5-10мВ(в крупном нервно-мышечном синапсе аналог ВПСП-потенциал концевой пластинки-может достигать 40мВ и более)
Одиночный ВПСП не может запустить ПД, для достижения порога запуска необходима временная и/или пространственная суммация. При этом идет конкуренция с ТПСП, для которых тоже возможна суммация. ПД возникает, если разность всех ВПСП и ТПСП больше порогового стимула.
Суммация необходима для того, чтобы сигнал «подтвердил свою значиомсть» для НС
По принципу пространственной суммации идет, например, опознавание сенсорных образов, при этом каждый синапс сообщает о наличии определенного признака.
Взаимодействие синапсов, генерирующих ВПСП и ТПСП, лежащих на одном постсинаптическом нейроне лежит в основе всех «вычислительных операций» мозга(например, конкуренция возбуждающих и тормозных сигналов на нейроне промежуточного ядра серого вещества спинного мозга)
Эпилепсия:диагностика, причины и проявления;опасность судорожных припадков. Противоэпилептически препараты, механизмы их действия на работу мозга.
Около 0.5% населения (предрасположены 2%).
В большинстве случаев в мозге больного есть зона постоянной активации (эпилептический очаг), из которого при определенных условиях (сильные эмоции, интенсивные сенсорные стимулы, ишемия) или самопроизвольно возбуждение распространяется по ЦНС, вызывая судороги.
Судороги опасны сами по себе (потеря сознания, падение, перегрузка сердечно-сосуд. системы), а также тем, что в это время в нейроны входит огромный избыток Са2+ (через Glu-рецепторы).
Избыток Са2+ приводит к гиперактивации ферментных систем и «выгоранию» клеток («нейротоксическое действие Glu»).
В связи с этим очень важно не допустить новых припадков (используют агонисты ГАМК-рецеп-торов, вальпроаты, антагонисты Glu и др.).
Барбитураты: открыты более 100 лет назад в день Св. Варвары., продолжительное общее тормозящее действие, используются для длительного наркоза, при сильной эпилепсии — как успокаивающее.(барбитал, люминал, гексенал)
Бензодиазепины: открыты в середине 20 в., более мягкое действие, используются как трнаквилизаторы, снотворные, при умеренной эпилепсии(валиум, фенозипам, гидазепам)
Основные проблемы: наличие побочных эффектов(снижение скорости реакции, заторможенность мышления, сонливость)
привыкание и зависимость
Вальпроаты (соли вальпроевой кис-лоты) – блокаторы ГАМК трансферазы
Мемантин: антагонист NMDA-рецептора глутаминовой кислоты, блокирует канал рецептора в его верхней
части; снижает тревожность и вероятность
эпилептических припадков
Диагностика по ЭЭГ: над эпилепт. очагом – характерные мед-ленные волны высокой амплитуды, кот. стабилизируются перед и во время припадка («раскачка» таких волн – гипервенти-ляция, вспышки света).
Причины: родовые травмы (прежде всего, асфиксия), черепно-мозговые травмы (гематомы), опухоли, сосудистые и эндокринные заболевания, генетические отклонения (например, мутации ГАМКА-рецептора).
Ребенок-эпилептик при адекватном лечении лишь в 25% случаев остается эпилеп-тиком в зрелом возрасте.
Центры голода и пищевого насыщения гипоталамуса, их взаимодействия и последствия повреждения. Роль глюкорецепторов и лептина.
Находятся в средней части гипоталамуса — сером бугре, центры голода в латеральном, центры насыщения в вентромедиальном ядрах
Они получают сигналы от клеток-глюкорецепторов, оце-нивающих концентрацию глюкозы и инсулина в крови (инсулин – гормон поджелу-дочной железы, регулиру-
ющий усвоение клетками глюкозы после еды).
Идеальная концентрация глюкозы в плазме крови составляет около 0.1%. Если она меньше, то активируется центр голода, если больше (и высокое содержание инсулина), то центр насыщения.
Разрушение латерального ядра (центра голода) вызывает потерю аппетита, а его стимуляция – потребление пищи даже сытым животным
(при инсульте, незрелости: нет чувства голода).
Разрушение вентромеди-ального ядра вызывает патологический аппетит, очень быстрый набор веса
(при инсульте: постоянное чувство сильного голода).
Важнейшую роль в системе регуляции аппетита играет лептин – белковый гормон, выделяемый адипоцитами (клетками жировой ткани). Он снижает аппетит (торможение центра голода), усиливает подвижность и выброс АКТГ (рост катаболизма – тратим энергию, теряем массу; проти-воположный процесс – запасание энергии и рост массы тела = анаболизм).
Чем больше жировой ткани, тем больше лептина; но с возрастом лептин хуже проходит ГЭБ.
Билет №14
Роль ионов Na и Na-каналов в деятельности нервных клеток:участие в формировании ПП,ПД, ВПСП, ритма пейсмекеров.
Потенциал покоя — постоянный внутриклеточный заряд, возникает за счет разности концентраций K и Na внутри и снаружи клетки(внутри в 30 раз больше К и в 10 раз меньше Na), создается за счет работы Na-K-АТФазы.
При созревания нейрона на мембране образуются постоянно открытие К-каналы, идет диффузия К из клетки. Достигает равновесного потенциала(выход К за счет диффузии становится равен входу К за счет притяжения отрицательного заряда цитоплазмы) при -91мВ(по уравнению Нернста). Реальный ПП — -70мВ.Причина — существование некоторого кол-ва постоянно открытых Na-каналов.
вход Na+ ведет к сдвигу заряда цитоплазмы вверх
и частичной потере ПП (отсюда название – «ток утечки Na+ »).
вход Na+ ведет к сдвигу заряда цитоплазмы вверх
и частичной потере ПП (отсюда название – «ток утечки Na+ »).
Чем ближе ПП к -50 мВ (чем > у нейрона
постоянно открытых Na+-каналов), тем
< порог. стимул, т.е. выше возбудимость.
Восходящая фаза (деполяризация): вход в клетку «порции» Na+.
Открытие электрочувствительного Na+-канала «разрешает»
вход Na+ в клетку. Открытие электрочувствительного
К+-канала «разрешает» выход К+ из клетки.
Na+-каналы открываются очень быстро после стимула и
самопроизвольно закрываются примерно через 0.5 мс.
Для закрытия Na+-кана-лов на пике ПД служит дополнительная (внутриклеточная, инактивационная, И-) створка – h-ворота.
Вторая створка
(активационная, А-) –
m-ворота.
Открывание хемочувствительных Na-каналов - вход в клетку Na, деполяризация, возникновение возбуждающего постсинаптического потенциала(ВПСП), заряд нейрона повышается, для запуска ПД необходим меньший стимул.
Нейроны-пейсмекеры (водители ритма): у некоторых клеток так много постоянно открытых Na+-каналов, что заряд цитоплазмы не способен удерживаться на стабильном уровне и медленно смещается вверх (деполяризация).
При достижении порога запуска ПД происходит генерация импульса, после заряд нейрона отбрасывается к «минимуму» (около -60 мВ и даже ниже). Затем вновь начинается деполяризация, запуск ПД и т.д.
Чем больше постоянно открытых Na+-каналов, тем чаще следуют ПД. Регуляция частоты разрядов идет также за счет открывания особых типов К+-каналов, реагирующих на гормоны, медиаторы и др. Чем > та-
ких каналов открыто, ниже «минимум» и реже частота ПД.
Синтез и значение ГАМК в нервных клетках. Типы рецепторов к ГАМК, их свойства. Агонисты и антагонисты ГАМК:примеры и разнообразие эффектов.
Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) – главный тормозный медиатор (около 40% всех нейронов); запрет проведения «ненужной» информации (внимание, двигательный контроль).
Непищевая аминокислота:
аминогруппа в 3-м () поло-жении.
Нормальная деятельность ЦНС обеспечивается тонким балансом Glu и ГАМК.
Нарушение этого баланса (как правило, в сторону уменьшения торможения) негативно влияет на многие нервные процессы – вплоть до возникно-вения мощных локальных очагов возбуждения, что ведёт к развитию эпилептических припадков.
Синтез – из глутаминовой кислоты за счет отщеп-
ления СО2 (фермент
глутамат декарбоксилаза).
ГАМК может использоваться в качестве медиатора, но может терять аминогруппу (фермент ГАМК-трансфераза) и быстро окисляться с выдел. энергии.
ГАМК на 10% проходит ГЭБ. Однако при ее системном введении (таблетки «Аминалон») наблюдается не столько торможение ЦНС, сколько «питание» нейро-нов и улучшение их общего состояния (ноотропное действие ГАМК).
Первым ноотропом стал ноотропил, (пирацетам) созданный путем химической модификации ГАМК: исходную молекулу замкнули в кольцо и присоединили к азоту дополнительный радикал.
Ноотропы, являющиеся производными ГАМК, улучшают выработку энергии нейронами.
Рецепторы —
ГАМК А, ионотропный, 5 белковых субъединиц, образующих хлорный канал, обычно — на постсинаптической мембране, вызывают ТПСП
ГАМКБ — метаботропные, связаны с калиевым каналом, чаще на пресинаптической мембране; тормозят экзоцитоз различных медиаторов.
Антагонисты ГАМК: вызывают судороги.
Бикукулин – мешает ГАМК присо-единяться к рецептору А-типа; токсин североамериканского травянистого растения дицентры клобучковой (Dicentra cucullaria).
Пикротоксин – блокирует хлорный канал; токсин плодов индийского кустарника Anamirta cocculus.
Барбитураты: открыты более 100 лет назад в день Св. Варвары., продолжительное общее тормозящее действие, используются для длительного наркоза, при сильной эпилепсии — как успокаивающее.(барбитал, люминал, гексенал)
Бензодиазепины: открыты в середине 20 в., более мягкое действие, используются как трнаквилизаторы, снотворные, при умеренной эпилепсии(валиум, фенозипам, гидазепам)
Основные проблемы: наличие побочных эффектов(снижение скорости реакции, заторможенность мышления, сонливость)
привыкание и зависимость
Вальпроаты (соли вальпроевой кис-лоты) – блокаторы ГАМК трансферазы
Транквилизаторы, анксиолитики, успокаивающие средства – группа лек. препаратов (в основном агонистов ГАМК), снижающих активность центров заднего гипоталамуса (отрицат. эмоции, страх, агрессия).
Оборонительное поведение и типы запускающих его влияний. Роль гипоталамуса и миндалины в реализации реакций страха и агрессии.
Центры страха и агрессии:
реакция на реально или потенциально вредные (стрессогенные) стимулы; эти центры отвечают за «потребность в безопасности».
Примеры «вредных» стимулов: боль, сверхсильные раздражители (зрительные, звуковые, обонятельные), специфические раздражители (феромоны страха и агрессии, «образ врага» и т.п.).
Два варианта реагирования: пассивно-оборонительный (уход от опасности, бегство, затаивание; страх и тревожность) и активно-оборонительный (нападение на источник опасности; агрессия, ярость).
Простейшие программы – уже на уровне спинного мозга (рефлекс отдергивания от источника боли), продолговатого мозга и моста (кашель, мигание). Задняя часть гипоталамуса вместе с миндалиной создают соответствующую мотивацию («готовность к запуску оборонительных поведенческих ответов»), обеспечивают вегетатив-ное сопровождение таких ответов.
Реакции страха и агресии (и соответствующие нервные центры) конкурируют между собой. Обычно вначале запускаются пассивно-оборонительные программы, как более безопасные; но если «загнать в угол» – они заменяются на активно-оборонительные.
То, насколько легко и быстро происходит такая замена, – одна из существенных черт темперамента (у холериков – очень легко).
Миндалина обеспечивает, в первую очередь, сбор и проведение стрессогенных сигналов; гипоталамус – вегетативную, эндокринную (выброс CRH, АКТГ) и эмоциональную составляющие реагирования.
The Paths of Fear (Пути страха);
аmygdala = миндалина.
High road: запуск вегетативного, эндокринного и эмоционального сопровождения оборонительных программ, являющихся результатом обучения.
Low road: то же для врожденно обусловленных программ.
Степень агрессивности в значительной мере зависит от уровня тестостерона, а также активности NE.