cns-i
TRANSCRIPT
NEURON – OSNOVNA FUNKCIONALNA JEDINICA
Više od 100 milijardi neurona
Ulazne informacije – preko dendrita ili tela
Izlazeći signal preko jednog aksona (koji se grana)
Kontakt – preko SINAPSI
Većina sinapsi sprovodi signal samo unapred – oddendritima ka aksonim
Neuroni su organizovani u mnoštvo NEURONSKIHMREžA (SKUPOVA) koje odredjuju funkciju nervnog sistema
Većina aktivnosti nervnog sistema inicirana jesenzornim doživljajem koji potiče iz senzornih receptora (vizuelni, auditivni, taktilni...)
SENZORNI DOžIVLJAJ
TRENUTNA REAKCIJA
MEMORISANJE
SOMATOSENZORNA OSOVINA
Somatski deo – prenosi informaciju kroz periferne nerve sa receptora površine tela ili iz nekih dubokihstruktura.Senzorna područja:
1. kičmena moždina2. retikularna formacija medule, ponsa i mezencefalona3.cerebelum4. talamus5. područja cerebralnog korteksa
MOTORNA OSOVINAMOTORNE FUNKCIJE:1. Kontrakcije skeletnih mišića2. Kontrakcije glatkih mišića u unutrašnjim organima3. sekrecija egzokrinih i endokrinih žlezda
autonomni nervni sistemautonomni nervni sistem
Skeletni mišići mogu biti kontrolisani sa mnogorazličitih nivoa CNS-a:
1. kičmene moždine2. retikularne formacije ponsa, medule i mezencefalona3. bazalne ganglije4. cerebeluma5. motornog korteksa
1
2
3
4
5
Niži delovi – automatizovani, trenutni odgovori nasenzornu stimulacijuViši delovi – namerni pokreti (posledica procesa mišljenja)
Glavna funkcija nervnog sistema je da obradi pristižuću informaciju kako bi nastali prikladnimentalni ili motorni odgovori (više od 99% informacija se odbaci kao nevažne ili beznačajne)
Posle selekcije, važna informacija se usmerava u odgovarajuće motorne regione mozga da bi seizazvao željeni odgovor. Ovo usmeravanje i sprovodjenje informacija naziva se
INTEGRATIVNA FUNKCIJA NERVNOG SISTEMA
Ključno mesto u obradi i usmeravanju informacija igraju SINAPSE jer deluju selektivno blokirajući ili pojačavajući signale.
DEPONOVANJE INFORMACIJA – PAMĆENJE
Svaki put kada odredjena vrsta senzornih signala prolazi kroz niz sinapsi, one postaju sve sposobnije za propuštanje istih signala kada sledeći put pristignu (proces FACILITACIJE) Kada senzorni signali veliki broj puta prodju kroz sinapse, one postaju toliko facilitirane da signali nastali u samom mozgu mogu takodje uzrokovati transmisiju impulsa kroz isti niz sinapsi čak i kada senzorni ulaz nije ekscitiran. Precizni mehanizmi facilitacije nisu do kraja poznati.
Kada se informacija jednom uskladišti u nervnom sistemu ona postaje sastavni deo mehanizma za obradu. Proces mišljenja u mozgu uporedjuje nove senzorne doživljaje sa deponovanim informacijama; pamćenje pomaže da se izabere nova, važna senzorna informacija i da se usmeri u odgovarajuće regione mozga gde će se deponovati i koristiti u budućnosti, ili u motorna područja da bi izazvala trenutnu reakciju tela.
1. nivo kičmene moždine
2. nivo nižih delova mozga subkortikalni nivo
3. nivo viših delova mozga kortikalni nivo
GLAVNI NIVOI U FUNKCIJI CENTRALNOG NERVNOG SISTEMA
Neuronske veze u kičmenoj moždini mogu izazvati:
1. pokrete koračanja
2. refleks uklanjanja dela tela od bolnog objekta
3. refleks koji ukrućuje noge da bi se poduprlo telo nasuprot sile zemljine teže
4. reflekse koji kontrolišu lokalne krvne sudove, pokrete u gastrointestinumu i refleks koji kontroliše urinarnu ekskreciju
Viši nivoi nervnog sistema najčešće ne šalju signale direktno na periferiju tela, već u kontrolne centre kičmene moždine komandujući tim centrima da obave svoje funkcije.
PRVI NIVO – KIČMENA MOŽDINA
prednji rogovi
zadnj rogovi
poprečni presek kičmene moždine
siva masa
bela masa
Većinu aktivnosti koje mi nazivamo podsvesnim, kontrolišu niži delovi nervnog sistema (drugi nivo) u meduli, ponsu, mezencefalonu, hipotalamusu, talamusu, cerebelumu i bazalnim ganglijama.
medula – produžena moždina
pons
mezencefalon
bazalne ganglije
DRUGI – SUBKORTIKALNI NIVO
-Podsvesnu kontrolu arterijskog krvnog pritiska obavljaju medula i pons
-Kontrola ravnoteže- kombinovana funkcija delova cerebeluma i retikularne formacije medule ponsa i mezencefalona
-Refleksi vezani za uzimanje hrane – regioni u meduli, ponsu, mezencefalonu, amigdalnim jedrima i hipotalamusu
-Emocionalni obrasci ponašanja (ljutnja, uzbudjenost, seksualni odgovor, reakcija na bol ili reakcija zadovoljstva)
PRIMERI FUNKCIJA NA SUBKORTIKALNOM (DRUGOM) NIVOU
TREĆI NIVO – CEREBRALNI KORTEKS
Cerebralni korteks je pre svega ogromno skladište pamćenja
Bez korteksa funkcije nižih delova su često neprecizne (deponovane informacije u korteksu modifikuju funkcije nižih delova u vrlo usmerene i precizne operacije)
U korteksu se odvija najveći deo procesa mišljenja (niži nivoi iniciraju budnost korteksa i tako otvaraju njegovo skladište informacija potrbno za proces mišljenja)
Korteks otvara “virtualni svet “ sastavljen od deponovanih informacija koji stoji na raspolaganju našoj svesnosti
Činjenica da osnovne komponente elektronskog računara odgovaraju onima u nervnom sistemu ljudi, ukazuje na to da je mozak u osnovi kompjuter koji neprestano sakuplja senzorne informacije koje koristi zajedno sa uskladištenim informacijama za proračun svakodnevnog redosleda telesnih aktivnosti.
Kod savremenih računara dodata je jedinica koja se naziva “centralna jedinica za programiranje” – ona je analogna mehanizmu u našem mozgu koji nam dozvoljava da usmerimo našu pažnju prvo na jednu misao, osećaj ili aktivnost, a zatim na drugu i tako redom sve dok ne nastanu složeni redosledi misli ili pokret.
U CNS-u se informacija uglavnom prenosi u obliku akcionih potencijala (nervni impuls), kroz neurone koji su poredjani u nizu jedan za drugim.
Svaki se impuls može:
1. zaustaviti u prenosu sa jednog neurona na drugi
2. izmeniti od pojedinačnog u više ponavljanih impulsa
3. integrisati sa impulsima iz drugih neurona kada nastaju veoma složeni obrasci impulsa u uzastopnom nizu neurona
Sve ove funkcije su SINAPTIČKE FUNKCIJE neurona!!!
Postoje dve glavne vrste sinapsi:1. hemijske sinapse2. električne sinapse
Kod ljudi su u CNS-u uglavnom sve sinapse hemijske.U ovim sinapsama prvi neuron sekretuje u sinaptičkupukotinu hemijsku supstancu nazvanu neurotransmiterkoji zatim deluje na receptorske proteine u membranisledećeg neurona i može da ga ekscitira, inhibira ili pak da modifikuje njegovu osetljivost na neki drugi način.
Električne sinapse karakteriše postojanje direktnih, otvorenih, tečnošću ispunjenih kanala za sprovodjenje električne struje sa jednog na drugi neuron (gap junction – porozne veze)
U CNS-u je nadjeno nekoliko ovakvih medjućelijskih spojeva ali u visceralnim glatkim mišićima kao i u srčanom mišiću ovakvi spojevi su veoma značajni (brzo prenošenje akcionih potencijala sa jedne na drugu ćeliju – funkcionalni sincicijum)
JEDNOSMERNO SPROVODJENJE KROZ HEMIJSKE SINAPSE
Hemijske sinapse sprovode impulse uvek u jednom smeru: od neurona koji sekretuju transmiter (presinaptički neuron) do neurona na koji transmiter deluje (postsinaptički neuron)
Jednosmerno sprovodjenje kroz sinapse omogućuje signalima da budu usmereni ka specifičnim ciljevima – u odredjena i precizno lokalizovana područja nervnog sistema, što omogućava nervnom sistemu obavljanje različitih funkcija vezanih za osećaje, kontrolu motorike, pamćenje i mnoge druge.
Primer jednog neurona (motoneuron prednjih rogova kičmene moždine) –glavni delovi:
1. soma ili telo
2. jedan akson (proteže se u periferni nerv)
3. mnogobrojni dendriti
Presinaptički završeci– završavaju se na dendritima ili somi (10.000 – 200.000)
Presinaptički završeci su krajevi nervnih vlakana (aksona) koja potiču iz mnogih drugih neurona
presinaptička membrana postsinaptička membrana
Transmiterske vezikule sadrže neurotransmitere koji se oslobadjaju u sinaptičku pukotinu i vezuju za receptorske proteine na postsinaptičkoj membrani izazivajući ekscitaciju ili inhibiciju, zavisno od vrste receptora.
Neurotransmiter se oslobadja u sinaptičku pukotinu kada se akcioni potencijal propagira preko presinaptičke membrane.
Mitohondrije u presinaptičkom završetku obezbedjuju energiju (ATP) za sintezu novih količina neurotransmitera
Važnu ulogu u oslobadjanju neurotransmitera iz vezikula igraju joni Ca – mehanizam nije do kraja razjašnjen
Receptorski proteini na membrani
Molekuli receptorskih proteina imaju dve važne komponente:
1. vezujuću komponentu koja štrči izvan membrane u sinaptičku pukotinu i za koju se vezuje neurotransmiter, i
2. jonoforsku komponentu (jonofora) koja može biti jedna od dve vrste:
a. jonski kanal koji dozvoljava prolazak specifične vrste jona kroz membranu
b. aktivator sistema “sekundarnog glasnika” koji nije jonski kanal, već je isturen molekul i aktivira jednu ili više supstanci unutar postsinaptičkog neurona (sekundarni glasnici su supstance koje menjaju unutrašnje, specifične ćelijske funkcije)
Jonski kanali na postsinaptičkoj membrani mogu biti katjonski (propuštaju najčešće jone Na, ali i jone K i/ili jone Ca) ili anjonski (uglavnom propuštaju jone Cl)
Ulazak katjona izaziva ekscitaciju postsinaptičke membrane, pa se neurotransmiteri koji otvaraju katjonske kanale nazivaju ekscitacijskim.
Ulazak anjona izaziva inhibiciju postsinaptičke membrane, pa se neurotransmiteri koji otvaraju anjonske kanale nazivaju inhibicijski.
Jonski kanali za natrijum – negativno naelektrisanje u unutrašnjosti odbija anjone a privlači pozitivno naelektrisane jone natrijuma
Jonski kanali nisu pogodni za izazivanje dugotrajnih promena u postsinaptičkom neuronu (što je recimo neophodno za proces pamćenja), zato što se ovi kanali zatvaraju unutar milisekunde posle nestanka transmiterske supstance.
Dugotrajna aktivacija neurona ostvaruje se aktivacijom sistema “sekundarnog glasnika’ u unutrašnjosti postsinaptičkog neurona
Najčešća vrsta sistema “sekundarnog glasnika” u neuronima koristi grupu proteina nazvanu G-regulatorni protein (tri subjedinice alfa, beta i gama; alfa je aktivatorski deo). G-protein se aktivira vezivanjem transmitera za receptorski protein što može dalje dovesti do: otvaranja jonskih kanala, aktivaciju enzimskog sistema u membrani, aktiviranja intracelularnih enzima ili transkripcije gena.
MEHANIZMI INHIBICIJE I EKSCITACIJE NEURONA
EKSCITACIJA:
1. otvaranja natrijumskih kanala (najčeći način)2. smanjena propustljivost za jone Cl i/ili K3. promene unutrašnjeg metabolizma ćelije (povećana ćelijska aktivnost, povećan broj ekscitacijskih receptora i/ili smanjen broj inhibicijskih receptora)
INHIBICIJA:
1. otvaranje jonskih kanala za Cl
2. povećana propustljivost za jone K
3. aktivacija receptorskih enzima koji inhibišu ćelijske metaboličke funkcije ili koji povećavaju broj inhibicijskih receptora ili smanjuju broj ekscitacijskih receptora
MALI MOLEKULI, BRZO DELUJUĆI NEUROTRANSMITERI
Izazivaju akutne odgovore nervnog sistema, kao što je transmisija senzornih signala u mozak i motornih signala nazad ka mišićima
NEUROPEPTIDI, SPORO DELUJUĆI NEUROTRANSMITERI
Imaju prolongirana dejstva kao što su: dugotrajne promene u broju receptora, dugotrajno otvoreni ili zatvoreni kanali ili dugotrajne promene broja sinapsi ili veličine sinapsi
Membranski potencijal mirovanja kod spinalnog motoneurona iznosi -65mV (nešto manje nego kod perifernih nerava) – moguća promena i u pravcu ekscitacije i u pravcu inhibicije
Razlike u koncentracijama jona Na, K i Cl posledica su aktovmosti pumpi za ove jone pri čemu je ulazak jona Cl otežan i zbog elektronegativnosti unutar ćelije koja sprečava ulazak negativnih jona Cl (membrana je inače prilično propustljiva za jone Cl)
E Na+= + 61mVEK+= - 86mVECl- = - 70mV
E = ± 61 log Ci/Co
Kada se u sinaptičku pukotinu izluči transmiter koji deluje na ekscitacijske receptore poveća se propustljivost membrane za jone natrijuma što dovodi do nastanka ekscitacijskog postsinaptičkog potencijala (EPSP). Ako je EPSP dovoljno veliki na aksonu će okinuti akcioni potencijali.
Akcioni potencijal nastaje na inicijalnom segmentu aksona jer je on bogat voltaž-zavisnim natrijumskim kanalima.
Kada se u sinaptičku pukotinu izluči transmiter koji deluje na inhibicijske receptore poveća se propustljivost membrane za jone kalijuma i hlora što dovodi do nastanka inhibicijskog postsinaptičkog potencijala (IPSP). Ulazak jona Cl i izlazak K dovodi do hiperpolarizacije membrane
Presinaptička inhibicija nastaje kada na presinaptičkom nervnom vlaknu postoji inhibicijska sinapsa (važno u senzornim putevima jer se susedna vlakna medjusobno inhibiću što smanjuje bočno širenje signala u senzornim putevima – precizno vodjenje impulsa)
Istovremeno paljenje samo nekoliko sinapsi neće dovesti do sumiranog potencijala koji bi bio dovoljan da izazove akcioni potencijal. Ako istovremeno ispaljuje mnogo sinapsi, sumirani potemcijal će se povećati do praga ekscitacije i izazvaće superponiran akcioni potencijal.
Efekat sumacije simultano nastalih postsinaptičkih potencijala, zbog aktivacije mnogobrojnih završetaka na širokoj površini membrane, naziva se prostorna sumacija
Ako se iz pojedinačnog završetka ispaljuju akcioni potencijali velikom brzinom uzastopno, postsinaptički potencijali se mogu sabirati jedan sa drugim. Ovaj tip sumacije se naziva vremenska sumacija
Često je sumirani postsinaptički potencijal po svojoj prirodi ekscitacijski, ali ne poraste dovoljno visoko da bi dostigao prag podražljivosti. Kada se to dogodi, kaže se da je neuron facilitiran
Mnogi dendriti nisu u stanju da prenose akcione potencijale (mali broj voltaž-zavisnih natrijumskih kanala). Oni prenose elektrotoničku struju do some (direktno širenje struje jonskim vodjenjem kroz tečnost dendrita bez nastajanja akcionog potencijala)
Dendriti su dugački a njihova membrana tanka i veoma propustljiva za jone hlora i kalijuma, zbog čega se veliki deo ekscitacijskog potencijala izgubi pre nego što stigne do some. To se zove dekrementno vodjenje
Sinapse koje leže bliže somi imaju veći efekat od sinapsi koje se nalaze daleko od some (zbog dekrementnog vodjenja)
Ako u odredjenom trenutku postoji veći stepen ekscitacije nego inhibicije kažemo da postoji stanje ekscitacije – u suprotnom postojaće stanje inhibicije
Kada stanje ekscitacije neurona poraste iznad praga podražaja, tada će neuron ponavljano paliti (repetitivno) sve dok stanje ekscitacije ostaje na tom nivou.
Neki neuroni u centralnom nervnom sistemu neprekidno ispaljuju zato što je njihovo normalno ekscitacijsko stanje iznad njihovog praga okidanja.
Kada se ekscitacijske sinapse uzastopno podražuju velikom učestalošću, frekvencija okidanja postsinaptičkog neurona je u početku velika ali u narednim milisekundama ili sekundama postepeno postaje sve manja – zamor sinapse (iscrpljivanje depoa transmitera, progresivne inaktivacije postsinaptičkih membranskih receptora, nakupljanje nenormalno velike količine jona u unutrašnjosti postsinaptičkog neurona)
Alkaloza značajno povećava ekscitabilnost neurona (7.8-8.0 –epileptičke konvulzije – kod pcijenata testom hiperventilacije)
Acidoza značajno smanjuje aktivnost neurona (ispod7.0 – komatozno stanje –kod dijabetičke ili uremičke acidoze)
Hipoksija za samo nekoliko sekundi – potpuna nepodražljivost neurona –gubitak svesti.
Uticaj različitih lekova: kofein, teofilin, teobromin povećavaju ekscitabilnost (smanjuju prag podražaja neurona); strihnin takodje povećava ekscitabilnost tako što sprečava delovanje nekih normalnih inhibicijskih transmitera na neurone (glicin u kičmenoj moždini – snažni tonički spazmi mišića); većina anestetika povećava prag podražljivosti i tako smanjuju sinaptičku transmisiju.
Sinaptičko zadržavanje je vreme potrebno da se nervni impuls prenese sa jednog na drugi neuron (svi molekuloarni procesi nanivou sinapse) Najkraće vreme iznosi 0.5milisekundi (koristi se za procenu broja neurona u nekom neuronskom krugu)
NEKE POSEBNE KARAKTERISTIKE SINAPTIČKE TRANSMISIJE