...things we need to know Σύναψη είναι η λειτουργική σύνδεση μεταξύ των νευρώνων -συναπτικό κενό (synaptic cleft), Οι νευρώνες μεταδίδουν σήματα, λαμβάνουν και επεξεργάζονται πληροφορίες (input-output) για να συντονίσουν τη συμπεριφορά μας [Προσυναπτικός (πομπός) - μετασυναπτικός νευρώνας (δέκτης) H μετάδοση ενός σήματος κατά μήκος του νευράξονα είναι ηλεκτρική Η επικοινωνία μεταξύ των νευρώνων είναι χημική H μετάδοση των σημάτων οργανώνεται σε όλα τα νευρικά κύτταρα με τον ίδιο τρόπο (01011010) – οι διαφορές είναι στο λειτουργικό αποτέλεσμα *τα σήματα είναι παντού το ίδιο... Έτσι εάν κοιτάξω κάπου στον εγκέφαλο, αυτό που θα δω θα είναι παντού το ίδιο.. Χωρίς αυτό να σημαίνει ότι λειτουργικά όλοι κάνουν το ίδιο πράγμα

...things we need to learn: Δυναμικό Ηρεμίας Κάθε κύτταρο περικλείεται από μια μεμβράνη που ελέγχει την εκροή-εισροή χημικών ουσιών Σε κατάσταση ηρεμίας (απουσία εξωτερικής επίδρασης) η μεμβράνη είναι αρνητικά φορτισμένη στο εσωτερικό (εκπόλωση) Δυναμικό ηρεμίας (resting potential) είναι αυτή η διαφορά τάσης και οφείλεται στην άνιση κατανομή ιόντων μέσα και έξω από το κύτταρο : -70mV -Na+ (x10) συγκέντρωση εξωτερικά -K+(x20) συγκέντρωση εσωτερικά Ηλεκτρικό δυναμικό= διαφορά τάσης Ηλεκτρικό δυναμικό= διαφορά τάσης

Από το δυναμικό ηρεμίας στο δυναμικό ενέργειας Για να διεγερθεί ένας νευρώνας πρέπει να δεχθεί ένα ανάλογο ερέθισμα (> κατώφλι) Ουδός πυροδότησης = ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται προκειμένου να ξεκινήσει να παράγει σήματα, δυναμικά ενέργειας, ένας νευρώνας (-55mV) Οι δενδρίτες δέχονται τοπικά δυναμικά που είναι διαβαθμιζόμενης έντασης, από αυτά τα τοπικά δυναμικά εξαρτάται εάν ένα κύτταρο θα «αντιδράσει» στην εισερχόμενη πληροφορία Σε αντίθεση με τα τοπικά δυναμικά, τα δυναμικά ενέργειας έχουν σταθερή ένταση και μεταδίδονται κατά μήκος του νευράξονα χωρίς να μειώνονται Ανάλογο με της έννοια αρκετά ισχυρό αρκετά δυνατό τόσο ώστε να αρχίσει να διαφοροποιείται η διαφορά ηλεκτρικής τάσης στο νευρώνα

Η νευρική ώση χρειάζεται χρόνος για να ταξιδέψει μια πληροφορία από/προς τον εγκέφαλο: τσίμπημα ώμων < τσίμπημα αστραγάλων (20 άτομα) το σήμα δεν πρέπει να εξασθενήσει κατά μήκος του νευράξονα πρωταγωνιστές: κυτταροπλασματική μεμβράνη + ιόντα άνιση κατανομή ιόντων μέσα και έξω (Na+, K+) 2 παράγοντες επηρεάζουν το προς τα πού θέλεουν να πάνε τα ιόντα: κλίση συγκέντρωσης και κλίση φορτίων (διαφορά δυναμικού) κλίση συγκέντρωσης: νάτριο Na+ x10 έξω, κάλιο K+ x20 μέσα για το κάλιο οι τάσεις είναι ανάποδες και τα κανάλια μισάνοιχτα, ενώ για το νάτριο οι τάσεις είναι ίδιες (να μπει μέσα) αλλά τα κανάλια κλειστά επιλεκτική διαπερατότητα: ειδικοί, ξεχωριστοί δίαυλοι (κανάλια) για τα διάφορα ιόντα. Σε ηρεμία έχουμε μέτρια ροή K+ και τα κανάλια του Na+κλειστά, οπότε το K+ κανονίζει η τάση του K+ να φύγει (λόγω κλίσης συγκέντρωσης) ή να μείνει (λόγω αρνητικού δυναμικού) εξισορροπείται στη κατάσταση ηρεμίας δυναμικό ηρεμίας: ηλεκτρική πόλωση -70mv (μέσα αρνητικό)

Το δυναμικό ενεργείας ένα ακόμα ηλεκτροδιάκι στο 2.13 για να δώσω ρεύμα (κανονικά ποιος δίνει;) υπερπόλωση (της μεμβράνης) εκπόλωση (της μεμβράνης) ουδός (κατώφλι) πυροδότησης (εδώ στα – 55mV πιθανότητα 50%) δυναμικό ενέργειας νευρική ώση / εκφόρτιση νόμος του όλου ή ουδενός (σταθερό μέγεθος + μορφή), σαν computer 0 or 1 συχνότητα εκφόρτισης (frequency coding)

Η μοριακή βάση του δυναμικού ενέργειας τασεοεξαρτώμενοι δίαυλοι (κανάλια) νατρίου και καλίου σε μικρή εκπόλωση: ανοίγουν λίγο τα κανάλια νατρίου, λίγο Na+ μέσα, ανοίγουν τα κανάλια καλίου, λίγο K+ έξω, εξισορρόπηση στα -70mv δυναμικό ενέργειας/εκφόρτιση/νευρική ώση: εκπόλωση πέρα από το κατώφλι (-55mv), ανοίγουν πολύ τα κανάλια νατρίου, πολύ Na+ μέσα, το K+ έξω αλλά δεν μπορεί να παρακολουθήσει, ανοίγουν ακόμα περισσότερο τα κανάλια Na+, και άλλο Na+ μέσα (σα χιονοστιβάδα), μέχρι +30mv η αναστροφή ηλεκτρικής κλίσης, δηλαδή το ότι το εσωτερικό γίνεται πολύ θετικό +30mv σε σχέση με το εξωτερικό, εμποδίζει άλλο Na+ από το να μπει στην κορύφωση του ΔΕ κλείνουν τα κανάλια Na+ και ανοίγουν πολύ τα κανάλια K+, το K+ βγαίνει προς τα έξω και έχουμε τελικά επαναφορά στο δυναμικό ηρεμίας (επαναπόλωση με προσωρινή υπερπόλωση) ανερέθιστη περίοδος: για ~1ms μετά το ΔΕ δε μπορεί να παραχθεί καινούργιο ΔΕ (συνέπειες: max ρυθμός εκφόρτισης 1KHz, φορά ροής προς τη μία μόνο μεριά του νευράξονα) η κλίση συγκέντρωσης αλλάζει ελάχιστα (1% άλλάζει για το Na+) η αντλία Na+/K+ (ενεργητική μεταφορά 3 Na+ έξω, 2 K+ μέσα ) κρατάει μακροπρόθεσμα τις συγκεντρώσεις σταθερές σκορπιός: Na+ ανοιχτά, K+ κλειστά τοπικά αναισθητικά: μπλοκάρουν τα κανάλια Na+ γενικά αναισθητικά: ανοίγουν τα κανάλια K+

Αντλία Κ+ - Νa+ Ενεργητική Μεταφορά

Quiz τοπικά αναισθητικά: προσκολλώνται στους δίαυλους του Na+ και εμποδίζουν την εισροή τους ⇢ δεν παράγονται δυναμικά ενέργειας: το αισθητικό μήνυμα δε φτάνει ποτέ στον εγκέφαλο Γενικά αναισθητικά: ανοίγουν τους διαύλους Κ+ ⇢ η εισροή του Κ+ αυξάνεται, δημιουργείται υπερπόλωση και μειώνεται η πιθανότητα παραγωγής δυναμικού ενέργειας Δηλητήριο σκορπιού: ανοιχτοί οι δίαυλοι Na+ – κλειστοί του Κ+ ⇢ παρατεταμένη εκπόλωση: το κύτταρο δεν επανέρχεται ποτέ σε κατάσταση ηρεμίας Που πρέπει να εφαρμοστούν τα τοπικά αναισθητικά για να μη νιώσουμε πόνο; Σε αλγοϋποδοχείς!!!!

Πως μεταδίδεται το Δυναμικό Ενέργειας; αμύελοι νευράξονες Ο εκφυτικός κώνος παράγει το ΔΕ (= αυξημένη εκπόλωση της κυτταρικής μεμβράνης) Η μετάδοση του σήματος κατά μήκος του νευράξονα δε φθίνει παρά το γεγονός ότι οι νευράξονες δεν είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού. Πως; Η εκπόλωση ταξιδεύει κατά μήκος του νευράξονα: το ΔΕ αναγεννάται διαρκώς σχεδόν με τον ίδιο τρόπο που δημιουργήθηκε αρχικά – ενεργητική μεταφορά Εάν ήταν παθητική η μεταφορά το σήμα αυτό θα έφθινε!

Πως μεταδίδεται το Δυναμικό Ενέργειας; αμύελοι νευράξονες Πως μεταδίδεται το Δυναμικό Ενέργειας; αμύελοι νευράξονες Κατά τη διάρκεια ενός ΔΕ η εισροή ιόντων Na+ αυξάνει το θετικό φορτίο της περιοχής αυτής σε σχέση με τις γειτονικές Το θετικό φορτίο ταξιδεύει τόσο κατά μήκος του νευράξονα όσο και από τη μια πλευρά της μεμβράνης στην άλλη Αυτή η διαφορά επηρεάζει και τις γειτονικές περιοχές, οι οποίες εκπολώνονται με αποτέλεσμα η αντιστροφή του ηλεκτρικού φορτίου που εκλύει ένα ΔΕ να συμβαίνει κατά μήκος του νευράξονα Τι εμποδίζει το ΔΕ να κινηθεί προς την άλλη κατεύθυνση; Τίποτα! Γιατί κινείται το ηλεκτρικό φορτίο προς 2 κατευθύνσεις πάντα. Στους νευρώνες όμως υπάρχει η ανερέθιστη περίοδος που το αποτρέπει Μετάδοση σαν κύμα

Η μετάδοση του ΔΕ το ΔΕ «ξαναγεννιέται» σε κάθε σημείο κατά μήκος του άξονα και έτσι έχει αμείωτη ένταση (με μια «παθητική» μεταφορά η ένταση θα μειωνόταν σε συνάρτηση με την απόσταση, γιατί οι άξονες δεν είναι και τόσο καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού έχουμε 2 ειδών αντιστάσεις, μία μεταξύ των πλευρών της μεμβράνης και μία στο εσωτερικό του νευράξονα – το ρεύμα θα πάει προς τη μικρότερη αντίσταση, την εσωτερική (αν υπάρχει διαφορά δυναμικού εσωτερικά) με την εσωτερική ροή του ρεύματος από το + στο - η γειτονική μεμβράνη εκπολώνεται πάνω από το κατώφλι και έτσι δημιουργείται ένα νέο ΔΕ δίπλα στο προηγούμενο πιο αργό από το ηλεκτρικό ρεύμα, 1 m/s σε λεπτούς άξονες (μικρότερη μέσα/έξω αντίσταση => μικρότερη διανυμένη απόσταση) και 10 m/s στους παχύς. με έλυτρο μυελύνης η ταχύτητα στα 100 m/s ορθόδρομη και αντίδρομη (μόνο τεχνητά, λόγω ανερέθιστης περιόδου) κατεύθυνση μετάδοσης του ΔΕ

Δυναμικό Ενέργειας

Ταχύτητα μετάδοσης (αμύελοι νευράξονες)   Με αυτή την ταχύτητα σκεφτείτε ότι χρειάζεται ένα περίπου δευτερόλεπτο για να φτάσει ένα δυναμικό ενεργείας από τον αστράγαλο μιας καμηλοπάρδαλης στον Ε της. Το Φως κινείται με 300.000.000m/s. Η ταχύτητα αυτή είναι πολύ μικρή για το συντονισμό γρήγορων αντιδράσεων

Περισφίξεις του Ranvier: αγωγή κατά άλματα

Περισφίξεις του Ranvier

Έλυτρο Μυελίνης Εμμύελοι Νευράξονες Περισφύξεις του Ranvier

Μετάδοση ΔΕ κατ’ άλματα - εμμύελοι νευράξονες Μετάδοση ΔΕ κατ’ άλματα - εμμύελοι νευράξονες το έλυτρο μυελίνης διακόπτεται ανά διαστήματα (1mm) = αυτά τα ακάλυπτα μέρη του νευράξονα ονομάζονται περισφίξεις του Ranvier: δίαυλοι Na+ σε αφθονία καθόλου δίαυλοι ωστόσο όσο υπάρχει το έλυτρο: τα ιόντα δεν μπορούν να διασχίσουν την μεμβράνη όσο υπάρχει η μυελίνη (δε βγαίνουν έξω) ↪ το ηλεκτρικό φορτίο μεταδίδεται πολύ πιο γρήγορα και δημιουργεί σε κάθε περίσφιξη που συναντά εκπόλωση (⇢ ΔΕ) ↪ εξοικονόμηση ενέργειας! Άρα στην ουσία το ΔΕ αναγεννάται σε λιγότερα σημεία και όχι σε κάθε σημείο του νευράξονα!!! Το ρεύμα στην ουσία φθίνει πολύ λιγότερο όσο υπάρχει το έλυτρο!

Εκφυλιστικές παθήσεις Σκλήρυνση κατά πλάκας: το έλυτρο μυελίνης καταστρέφεται Τα ΔΕ επιβραδύνονται ή δεν αναπαράγονται καθόλου Μένει γυμνό το κύτταρο, χωρίς διαύλους Νa+ στο μεγαλύτερο τμήμα του, με αποτέλεσμα να μη μπορεί να δημιουργήσει ΔΕ

Μεταφορά μηνυμάτων χωρίς ΔΕ Που; Σε κυτταρικά σώματα, δενδρίτες, μικρούς νευρώνες με κοντό ή καθόλου άξονα: Δεν παράγουν ΔΕ αλλά τοπικά δυναμικά (εκπολώσεις - υπερπολώσεις) Διαβαθμιζόμενης έντασης Η ένταση φθίνει κατά τη διάδοσή του Μεταφέρεται προς γειτονικές περιοχές- όχι σε μακρινά κύτταρα Εξαρτάται από το είδος και την ένταση του ερεθισμού, (άρα ισχύει ο νόμος του όλα ή τίποτα;) Παθητική μεταφορά: δεν υπάρχει σαφής κατεύθυνση στη ροή της πληροφορίας