Физиология центральной нервной системы

1. Физиология центральной нервной системы

2.

Отделы центральной нервной системы:
• Головной мозг
• Спинной мозг
Структурно-функциональной единицей ЦНС является нейрон
(100 млрд клеток), имеющий дендриты и аксон. Нейроны (1011)
по свойствам синапсов (1014) объединяют в нейронную сеть.

3.

Основные функции нейрона:
•восприятие, обработка и хранение информации,
•передача сигнала другим нервным клеткам,
•регуляция деятельности клеток различных органов
организма.
В теле нейрона синтезируются
макромолекулы, которые
транспортируются по аксону и
дендритам; тело выполняет
трофическую функцию.
Структуры, воспринимающие
импульсы от других нервных
клеток, — тело и дендриты.
Структура, воспроизводящая ПД,
— тело нейрона и аксонный
холмик, где начинает
формироваться ПД.
ПП нейрона составляет –60...–80
мВ, ПД — 80– 110 мВ. Структура,
проводящая возбуждение к
другому нейрону или к
эффекторной клетке, — аксон.
и
тканей

4.

Структура, передающая импульсы на другую клетку, — это
пресинаптический аппарат, представляющий собой нервное
окончание
с
пресинаптической
мембраной.
В
нем
синтезируется и запасается медиатор. При возбуждении
нервного
окончания
медиатор
выбрасывается
в
синаптическую щель через пресинаптическую мембрану,
которая обратно захватывает неиспользованный медиатор в
нервное окончание.
По виду
медиатора
нейроны :
•Адренергические
•Холинергические
•Дофаминергические
•Серотонинергические
•ГАМК-ергические
•и т.д.

5.

По влиянию на другие клетки нейроны подразделяются
на:
•возбуждающие (генерируют ВПСП)
•тормозные (генерируют ТПСП)

6.

По
специфичности
воспринимаемой
сенсорной
информации нейроны высших отделов ЦНС:
•Моносенсорные (воспринимают только один вид
раздражителя: химическое вещество или температурное,
или электрическое воздействие, или тд)
•Бисенсорные (воспринимают 2 вида раздражителя,
локализованы во вторичных сенсорных зонах КБП)
•Полисенсорные (воспринимают любые раздражители,
находятся в ассоциативных зонах КБП)
По активности нейроны:
•Фоновоактивные (постоянно генерируют импульсы,
разряжаясь
либо
непрерывно,
либо
«пачками»
импульсов, поддерживая тонус ЦНС)
•«Молчащие» (возбуждаются в ответ на раздражение).
По направлению передачи информации нейроны:
•Афферентные (от рецептора к высшим отделам ЦНС)
•Эфферентные (от ЦНС к органам — эффекторам)
•Вставочные (между нейронами ЦНС различных уровней)

7.

Синапсы ЦНС
классифицируют
по эффекту:
•Возбуждающие
•Тормозные
По локализации:
•Аксосоматические
•Аксодендритные
•Аксо-аксонные
•Дендро-дендритные
•Дендро-соматические
По механизму передачи сигнала к другим клеткам:
•Химические синапсы (подавляющее большинство)
•Электрические синапсы (встречается редко)
•Смешанные синапсы (электрохимические)
•Синапсы, получающие информацию с помощью
гормонов (часть нейронов гипоталамуса).

8.

Электрические синапсы
подразделяются на
возбуждающие и тормозные.
Синаптическая щель
небольшая (2–4 нм), проводят
сигнал в обе стороны без
синаптической задержки,
малочувствительны к
фарм.препаратам,
практически не утомляемы,
как и нервное волокно.
Контактирующие мембраны
клеток в составе
электрического синапса
связаны друг с другом
полуканалами белковой
Через
коннексоны
нейроны
ЦНС
природы — коннексонами.
обмениваются
компонентами
Очень низкое удельное
цитоплазмы:
пептидами,
РНК,
сопротивление сближенных
метаболитами,
циклическими
пре- и постсинаптических
нуклеотидами,
аминокислотами.
мембран обеспечивает
Электрические
синапсы
оказывают
хорошую электрическую
влияние на метаболизм контактирующих
проводимость.

9.

Химические синапсы
имеют относительно
широкую
синаптическую щель
(20–50 нм). В
пресинаптической
терминали содержится
большое число везикул
(диаметр около 50 нм),
заполненных
медиатором, который
синтезируется либо в
теле нейрона и
транспортируется в
пресинаптическое
окончание аксонным
транспортом, либо
Химические синапсы передают сигнал
непосредственно в
относительно медленно, односторонне,
пресинаптическом
менее
надежно,
чем
электрические
окончании.
синапсы.

10.

По механизму активации
постсинаптические рецепторы
химических синапсов :
•Ионотропные (активируются
непосредственно медиатором,
например, Н-холинорецептор);
•Метаботропные (ионные каналы
активируются с помощью
вторичных мессенджеров цАМФ,
цГМФ, например, α1- и α2адренорецепторы).
После каждого цикла передачи
сигнала выделившийся медиатор
инактивируется специфическим
ферментом (например,
ацетилхолин —
ацетилхолинэстеразой,
норадреналин —
моноаминоксидазой)

11.

Основные медиаторы ЦНС
Серотонин является возбуждающим и тормозным медиатором в
нейронах ствола мозга, тормозным — в КБП, большинство
серотонинорецепторов метаботропные. Серотонин содержится в
основном в структурах, отвечающих за регуляцию вегетативных
функций, много его в лимбической системе, спинном мозге.
Серотонин ускоряет процессы обучения, формирование болевых
ощущений, восприятие, засыпание.
Норадреналин является возбуждающим медиатором в гипоталамусе,
тормозным — в клетках Пуркинье мозжечка. В РФ ствола мозга и
гипоталамусе
обнаружены
αи
β-адренорецепторы.
Норадренергические нейроны сконцентрированы в среднем мозге
(несколько сотен). НА регулирует настроение, эмоциональные
реакции, обеспечивает поддержание бодрствования и формирование
фаз сна.
Дофамин является медиатором нейронов среднего мозга (Д1),
гипоталамуса, гипофиза (Д2-рецепторы – при действии на них
дофамина угнетаются синтез и секреция ЛТГ, окситоцина, МСГ,
эндорфина). Дофамин участвует в формировании чувства
удовольствия, в регуляции эмоциональных реакций, поддержании
бодрствования.

12.

Основные медиаторы ЦНС
Гистамин обнаружен в гипофизе и гипоталамусе
(гистаминорецепторы метаботропные - цАМФ). Выделяют Н1(гипоталамус), Н2- (глиальные клетки) и Н3-гистаминорецепторы.
Гистамин участвует в регуляции потребления пищи, в терморегуляции,
секреции пролактина и антидиуретического гормона (АДГ).
Ацетилхолин (АХ) встречается в КБП, в спинном мозге. Известен в
основном как возбуждающий медиатор; в частности, с помощью АХ РФ
активирует КБП, АХ является медиатором α-мотонейронов спинного
мозга, иннервирующих скелетную мускулатуру.
Глицин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) являются тормозными
медиаторами в синапсах ЦНС, глицин — в основном в спинном мозге,
ГАМК — в КБП, мозжечке, стволе мозга, спинном мозге.
Глутамат и аспартат передают возбуждающие влияния и действуют на
соответствующие возбуждающие рецепторы. Рецепторы глутаминовой и
аспарагиновой аминокислот имеются на клетках спинного мозга,
мозжечка, таламуса, гиппокампа, КБП. Глутамат — это основной
возбуждающий медиатор ЦНС.
Энкефалины и эндорфины — опиоидные медиаторы нейронов,
блокирующих, например, болевую импульсацию. Реализуют свое
влияние посредством соответствующих опиатных рецепторов (в
лимбической системе, черной субстанции, ядрах промежуточного мозга).

13.

МЕХАНИЗМ ВОЗБУЖДЕНИЯ НЕЙРОНОВ
Отличительные особенности передачи сигнала в химических синапсах
ЦНС (в сравнении с нервно-мышечным синапсом):
1. Для возбуждения нейрона (возникновения ПД) необходимы потоки
афферентных импульсов и их взаимодействие.
2. В возникновении ПД в нейронах принимают участие ионы Са2+
3. Место возникновения ВПСП, вызывающих ПД нейрона, — тело
нейрона
4. Место возникновения ПД нейрона (на мембране аксонного холмика)
5. Роль дендритов в возникновении возбуждения нейрона
(дендритные синапсы называют модуляторами).

14.

ХАРАКТЕРИСТИКА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ В НЕРВНЫХ
ЦЕПЯХ ЦНС
Возбуждение в нейронных цепях
ЦНС распространяется медленнее,
чем в нервном волокне
вследствие наличия химических
синапсов, в которых происходит
синаптическая задержка. Чем
больше число синапсов в цепи,
тем меньше скорость
распространения по ней
возбуждения. В нейронных цепях,
в рефлекторных дугах происходит
одностороннее распространение
возбуждения от аксона одного
нейрона к телу или дендритам
другого нейрона, что объясняется
свойствами химических синапсов,
которые проводят возбуждение
только в одном направлении.
1. Дивергенция (расхождение)
2. Конвергенция (схождение)

15.

3. Иррадиация
(характерна для зрелой
ЦНС): одна клетка
влияет на множество
других клеток,
следовательно каждый
нейрон способен
перераспределять
импульсы.
4. Мультипликация (за
счет коллатералей).
5. Реверберация
(возбуждение попадает
в замкнутый цикл,
«эффект воронки»)
лежит в основе
кратковременной
памяти.

16.

СВОЙСТВА НЕРВНЫХ ЦЕНТРОВ
Нервный центр – это совокупность нейронов, необходимых
для
осуществления
определенного
рефлекса
или
регуляции
определенной
функции
(дыхательный,
сосудодвигательный, рвотный центры и т.д.).
Нервным центрам присущи
свойства:
1. Одностороннее
проведение возбуждения
2. Центральная
задержка
нервных
импульсов
(представляет
сумму
синаптических задержек)
3. Суммация
возбуждения
(последовательная
и
пространственная)

17.

СВОЙСТВА НЕРВНЫХ ЦЕНТРОВ
4. Низкая лабильность
5. Высокая утомляемость (синаптическая депрессия) связана
с истощением запасов медиатора + нейроны чувствительны к
дефициту кислорода.
6. Избирательная чувствительность к химическим веществам
(нейроны
обладают
высокой
избирательной
чувствительностью ко многим химическим веществам,
растворимым в липидах: спиртам, закиси азота, хлороформу).
7. Тонус нервных центров – наличие определенной фоновой
активности центра, обусловленное наличием определенного
количества нервных клеток в состоянии постоянного
возбуждения, генерирующих фоновые импульсные потоки
(даже во сне).
8. Пластичность — способность центра изменять свое прямое
функциональное назначение и расширять свои возможности
(генетически детерминировано + развивается в результате
тренировки, например при травмах ЦНС, более выражена
пластичность у молодых лиц). Обусловлена пластичностью синапса.

18.

СВОЙСТВА НЕРВНЫХ ЦЕНТРОВ
9. Синаптическая потенциация — улучшение проведения в синапсах
после кратковременной их активации, которая ведет к увеличению
амплитуды постсинаптических потенциалов:
•Кратковременная синаптическая потенциация (до 5 мин) - после
одиночных стимулов она выражена слабо, после раздражающей серии
потенциация в ЦНС длится дольше (связана с накоплением Са2+ в
пресинаптических окончаниях, поскольку ионная помпа не успевает
выводить его, в результате количество медиатора, высвобождающегося
при возникновении каждого импульса в нервном окончании,
увеличивается, в связи с чем возрастает ВПСП). Кроме того, при частом
использовании синапсов ускоряются синтез рецепторов и медиатора,
мобилизация их пузырьков. Напротив, при редком использовании
синапсов синтез медиаторов уменьшается — важнейшее свойство ЦНС.
•Долговременная потенциация (несколько часов) — это
быстроразвивающееся устойчивое повышение возбудимости
постсинаптического нейрона при высокочастотных повторных или
кратковременных сильных активациях пресинаптического нейрона. Она
может сохраняться 10–15 ч и связана с внутриклеточным повышением
концентрации ионов Ca2+, вызванной активацией постсинаптических
NMDA-рецепторов (от N-methyl-D-aspartate) глутаматом. NMDA-рецепторы
являются кальциевыми каналами, пропускающими в клетку большие
количества ионов Ca2+ и Na+, в результате деполяризация

19.

СВОЙСТВА НЕРВНЫХ ЦЕНТРОВ
10. Доминанта (от лат. dominans — господствующий) —
это стойкий господствующий очаг возбуждения в ЦНС,
подчиняющий себе функции других нервных центров.
Явление доминанты открыл А.А. Ухтомский (1923) в
опытах с раздражением двигательных зон коры
большого мозга, вызывающим сгибание конечности
животного – в условиях доминирования центра
мочеиспускания раздражение двигательных зон КБП не
приведет к сгибанию конечности. Биологическая роль
доминантного очага возбуждения в ЦНС заключается в
том, что на его основе формируется конкретная
приспособительная деятельность, ориентированная на
достижение полезного результата, необходимого для
устранения причин, поддерживающих тот или иной
нервный центр в доминантном состоянии

20.

ТОРМОЖЕНИЕ В ЦНС
Торможение – активный самостоятельный физиологический
процесс, вызываемый возбуждением и направленный на
ослабление, прекращение или предотвращение другого
возбуждения.
Торможение, в отличие от возбуждения, не распространяется,
оно «привязано» к синапсам и развивается в форме
локального процесса, поэтому всегда связано с активацией
специфических тормозных или гиперактивацией
возбуждающих синапсов.
Функциональная роль торможения:
•Ограничивает распространение возбуждения в ЦНС
(иррадиацию, реверберацию, мультипликацию и др. ) и
способствует его концентрации. • Координирует функции, т.е.
направляет возбуждение по определенным путям к
определенным нервным центрам (выключает деятельность не
нужных в данный момент нервных центров).
• Защитная роль (защита нервных клеток от чрезмерного
возбуждения и истощения при действии сверхсильных и
длительных раздражителей).

21.

Классификация торможения в ЦНС
• Первичное торможение (не связанно с первоначальным
процессом возбуждения, развивается в результате активации
специальных тормозных структур):
1) Постсинаптическое
2) Пресинаптическое
• Вторичное торможение (не связано с тормозными структурами,
является следствием предшествующего возбуждения):
1) Пессимальное
2) Торможение вслед за возбуждением
3) Запредельное
4) Парабиотическое
По электрическому состоянию постсинаптической мембраны:
1) гиперполяризационное
2) деполяризационное
По отношению к синапсу:
1) постсинаптическое
2) пресинаптическое
По нейрональной организации:
1) поступательное,
2) возвратное,
3) латеральное

22.

Возникновение ТПСП в ответ на афферентное раздражение
обязательно связано с включением в тормозной процесс
дополнительного
звена
тормозного
интернейрона,
аксональные окончания которого выделяют тормозной
медиатор:
ГАМК
или
глицин.
Проницаемость
постсинаптической мембраны под влиянием этих медиаторов
кратковременно
увеличивается для
ионов калия и хлора,
калий выходит наружу,
хлор поступает
внутрь клетки и
возникает
гиперполяризация
мембраны,
повышается порог
возбуждения и
возникает тормозной
постсинаптический
потенциал (ТПСП).

23.

Возвратное: тормозные
вставочные нейроны
действуют на те же нервные
клетки, которые их
активируют с помощью своих
коллатералей. В этом случае
развивающееся торможение
бывает тем глубже, чем
сильнее было
предшествующее
возбуждение (торможение в
мотонейронах спинного мозга)
Латеральное: тормозные
вставочные нейроны
активируются импульсами от
Реципрокное (сопряженное): это взаимное возбужденного центра и
торможение, при котором возбуждение
влияют на соседние клетки с
одной группы нервных клеток
такими же функциями, в
обеспечивает торможение других клеток результате в соседних клетках
через вставочный нейрон (сгибание в
развивается очень глубокое
коленном суставе провоцирует возбуждение в торможение (латеральное
центре мышц-сгибателей (спинной мозг) и
одновременно провоцирует торможение в
нервном центре мышц-разгибателей)
потому, что зона торможения
сбоку от возбужденного
нейрона и инициируется им)

24.

25.

РОЛЬ ПРОЦЕССОВ ТОРМОЖЕНИЯ В ЦНС.
1. Обеспечение координационной деятельности
2.
3.
ЦНС (блокада
торможения ведет к широкой дивергенции возбуждения и судорогам).
Охранительная роль (при отсутствии торможения – истощение
медиаторов в аксонах нейронов и прекращение деятельности ЦНС).
Обработка поступающей в ЦНС информации (особенно выражено у
пресинаптического торможения, которое более точно регулирует
процесс возбуждения, поскольку этим торможением могут быть
заблокированы отдельные синаптические входы): к одному
возбуждающему нейрону могут подходить сотни и тысячи импульсов
по разным терминалям, НО! число дошедших до нейрона импульсов
определяется пресинаптическим торможением.

26.

Координационная деятельность ЦНС
Это согласование деятельности различных отделов ЦНС с помощью
упорядочения распространения возбуждения между ними. Специальных
центров координационной деятельности ЦНС не существует. Она
осуществляется благодаря взаимодействию процессов возбуждения и
торможения. Если выключить один из этих процессов, деятельность
организма нарушается.
Фактор структурно-функциональной связи — это наличие связи между
отделами ЦНС, между ЦНС и различными органами, обеспечивающей
преимущественное распространение возбуждения между ними.
1.Прямая связь (управление другим центром или рабочим органом с
помощью эфферентных импульсов).
2.Обратная связь (управление нервным центром или рабочим органом с
помощью афферентных импульсов, поступающих от них).
3.Возвратная связь (обеспечивает торможение нейронов вслед за их
возбуждением).
4.Реципрокная (взаимная) связь (обеспечивает торможение центраантагониста при возбуждении центра-агониста).
Фактор субординации — это подчинение нижележащих отделов ЦНС
вышележащим.
Фактор силы процесса возбуждения - при поступлении импульсов к
одному и тому же центру от различных рефлексогенных зон (принцип
общего конечного пути) центр реагирует на более сильное возбуждение.

27.

Интегративная роль нервной системы (от лат. integrum —
цельный, объединение каких-либо частей) заключается в
объединении
органов
и
систем
в
единую
функциональную систему — организм. Уровни ЦНС,
обеспечивающие интегративную деятельность ЦНС.
Первый уровень — нейрон
Второй уровень —
нейрональный
ансамбль (модуль)
Третий уровень —
нервный центр
Четвертый уровень —
высший уровень
интеграции,
включающий все
центры регуляции,
объединяемые корой
большого мозга в
единую регулирующую
систему

28. Благодарю за внимание!