Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Érzékelők: érzékszervi receptorok Információtovábbítás: idegrostok, ingerület Kapcsolatok: idegsejtek csatlakozása, szinapszisok TARTALOMJEGYZÉK Hogy.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Érzékelők: érzékszervi receptorok Információtovábbítás: idegrostok, ingerület Kapcsolatok: idegsejtek csatlakozása, szinapszisok TARTALOMJEGYZÉK Hogy."— Előadás másolata:

1

2

3 Érzékelők: érzékszervi receptorok Információtovábbítás: idegrostok, ingerület Kapcsolatok: idegsejtek csatlakozása, szinapszisok TARTALOMJEGYZÉK Hogy a bennünket érő hatásokat érzékeljük, ezeket 1.észlelni és mérni kell. Az észlelést végző „ műszerek” az érzékszervek. Öt érzékszervünk van - esetleg még egy „hatodik érzék” - vagy még több? 2.Az észlelt adatokat megfelelő kódolás után a rendszer a központi idegrendszer idegsejtjeihez továbbítja, ahol aztán utasítások születnek a szükséges változások végrehajtásához. A továbbítás az idegrostok feladata. 3.A továbbítás és a feldolgozás során az idegsejtek között kapcsolatokat kell létesíteni, ez a munka a szinapszisokra vár.

4 Alessandro Volta A paviai egyetem fizikaprofesszora Bioelektromos jelens é gek Carlo Matteucci A pisai egyetem fizikaprofesszora Emile du Bois-Reymond A berlini egyetem anatómia professzora Luigi Galvani A bolognai egyetem anatómiaprofesszora

5 5

6 Luigi Galvani (1737–1798) a bolognai egyetem anatómiaprofesszora arról értesült munkatársaitól, hogy azok – egy békacomb idegének kipreparálása közben – a békacomb rángatózását figyelték meg, amikor egyikük boncolókésével az ideghez ért, miközben másikuk az akkor minden laboratóriumban megtalálható dörzselektromos gépet működtette, és azon éppen egy szikra ugrott át. Galvani részletesen leírja, hogy hogyan figyelt fel erre a jelenségre, és milyen különböző kísérleteket végzett, amelyekről azonban csak 1791-ben számolt be. Mai szemmel nézve meg kell állapítani, hogy amennyiben a békacomb rángatózása valóban a szikra átugrásával egy időben történt, akkor ezzel Galvani munkatársai tulajdonképpen a szikrából kiinduló elektromágneses hullámok vételét észlelték. Galvani a későbbiekben megállapította, hogy a rézhorog segítségével az ablak vasrácsára kiakasztott békacombok akkor is rángatóztak, ha véletlenül a békacomb nekiütődött a vasrácsnak. Ez a tény Galvanit meggyőzte arról, hogy nem a viharnak és ezen keresztül az atmoszféra-elektromosságnak van köze a dologhoz. Így végül a laboratóriumban kiterjedt vizsgálatokat végzett, és ahhoz a következtetéshez jutott hogy az elektromos jelenségek eredete a békacombban van, és ezért ezt a jelenséget állati elektromos jelenségnek nevezte. Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete, 3., átdolgozott kiadás, Gondolat Kiadó, Budapest, 1986, 17. és 306–316. o.

7

8 Benjamin Franklin: a villámlás is elektromos szikra 8 A laboratóriumi asztalon a békacomb a szikrainduktor működése közben megrándult: az erkélyrácsra akasztott békaizom villámlás közben megrándul Click! Luigi Galvani észleletei és kísérletei,

9 Elmaradt a villámlás,de feltámadt a szél A rézhorogra akasztott békaizom villámlás nélkül is összerándult, amint (a szél miatt) a vas erkélyrácshoz ütődött. 9

10 A jelenséget Galvani a laboratóriumi asztalon is előidézte vasból és rézből készült eszközzel.

11 Galvani így illusztrálta felfedezését (1791)

12 Később két különböző fémből készült készűlt csipesszel… Galvani a rángatódzások okát az állati test elektromos töltésére, az „állati elektromosságra” vezette vissza. Kísérletei eredményéről 1791-ben számolt be „Az izommozgásban megfogalmazott elektromos erőkről” című tanulmányában. luigigalvani

13

14 Galvani úgy vélte hogy felfedezte a bioelektromosságot (állati elektromosság: animal electricity). ALESSANDRO VOLTA szerint, Galvani nem az „állati elektromosságot”, hanem a galvánelemet fedezte fel.... Vasárnapi Újság, 1854: A távirdák (telegraphok) és azok fejl ő désének rövid története) „Az ide mellékelt kép épen illy Volta-oszlopot ábrázol, hol a h bötüvel jegyzettek a horganylapokat*, az r bötüvel jegyzettek a rézlapokat és az n-nel jeleltek a tudományos nyelven nedves vezet ő nek nevezett és közönségesen sós vizbe mártott posztódarabokat jelentik.” * horgany: cink 14

15

16 16 Érzékeny árammérő (galvanométer) segítségével  A „sértési áram” mérhető. A sérülés negatív az ép izomfelülethez képest. A sejt belseje negatív a sejtközi folyadékhoz képest (Bioelektromos alaptörvény). Galvani makacsul ragaszkodott feltevéséhez, ezért újabb kísérleteket végzett SZIKÉVEL LEMETSZETTE AZ IZOM VÉGÉT

17 A Galvani és Volta közötti tudományos vita békés körülmények között, minden személyeskedés és ellenségeskedés nélkül zajlott le. Ezt részben Galvani nemes természetének, részben pedig Volta emelkedett stílusának volt köszönhető. luigigalvani

18 18 Amikor a sérülést eléri a leeső ideg, a hozzátartozó izom összerándul. izom sérülés Galvani később bebizonyította, hogy fémes kontaktus nélkül is kimutatható az elektromosság békaizmon:

19 izom sérülés Amikor a sérülést eléri a leeső ideg, a hozzátartozó izom összerándul. Galvani később bebizonyította, hogy minden fémes kontaktus nélkül is kimutatható az elektromosság békaizmon:

20 ”Ez a sikeres tudós életének utolsó évét jövedelem nélkül, koldusszegénységben, elhagyottan tengette, szülőházába visszavonulva. Az történt ugyanis, hogy június 19-én Bonaparte Napóleon csapatai elfoglalták Bolognát. A tolentói béke következményeképpen a pápai állam nemcsak a várost, hanem egész Romagna tartományt elvesztette. Miután megalakult a Cisalpin Köztársaság, március 26-án Bolognában kihirdették, hogy minden állami tisztviselőnek hűségesküt kell tennie az új rendszernek. Erre azonban Galvani nem volt hajlandó az antiklerikális beállítottságú kormány miatt. Ezért megfosztották katedrájától, és még arra sem volt lehetősége, hogy tanítványait magánúton fogadhassa. Kizárták az egyetemről, és minden jövedelmétől megfosztották.” luigigalvani

21

22 ingerlés izomrángás Matteucci, (fizikus) ; Emil du Bois-Reymond (orvos). ( ) Következtetés: izomműködés közben elektromosság termelődik (akciós áram), és ez a másik izomhoz csatlakozó idegen keresztül továbbjut az izomhoz, amely összerándulva jelzi az inger érkezését. 22 Mégiscsak létezik az „állati elektromosság”, mai nevén: bioelektromosság – a nyugalmi és az akciós potenciál. Ma már nélkülözhetetlen az orvosi diagnosztikában EKG, EEG

23

24

25 Az ingerület szinterei: Vázizomzat szívizom Idegsejtekidegrostok idegvégződések szinapszisok

26 Mit tudtak a XIX. század közepén? Az élő sejtek elektromos feszültséget generálnak: ez a nyugalmi potenciál Egyes sejttípusok (izom és idegsejtek) „ingerelhetőek”, és ingerületben megváltoztatják a nyugalmi potenciált, gyors potenciál ingadozást, ú.n. akcióspotenciált hoznak létre (du Bois-Reymond, 1844). szívizom Nyugalmi potenciál akcióspotenciál Membránpotenciál (mV) ms 1 ms Nyugalmi potenciál akcióspotenciál Membránpotenciál (mV) vázizom ms Nyugalmi potenciál akcióspotenciál Membránpotenciál (mV) idegsejt, idegrost Harántcsíkolt izom simaizom Szívizom (syncytium)

27 harántcsíkolt izomrost simaizom-rost Idegrost Ezeket a sejteket és rostokat bonyolult szerkezetű membrán veszi körül, amely lehetővé teszik a nyugalmi potenciál létét és amelyben az ingerületi folyamatok lejátszódnak.

28 Az információtovábbítás fő eszközei az idegrostok. Kétféle idegrostot ismerünk:

29 1.) Nem-mielines (velőhüvely nélküli) idegrost A nem-mielines idegrost egyetlen hosszabb-rövidebb cső, amelynek falát a működését felelős membrán alkotja. A cső belsejét sejtplazma tölti ki. Átmérője változó: ~ 1 és - szélső esetben – 1000  m közötti.

30 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ +++ _ _ _ +++ Akcióspotenciál terjedése nem-mielines idegrostban

31 Az idegrost (axon) átmérője ~1  m, de ezt az idegrostot szigetelőréteg veszi körül. 2.) Mielines (mielinhüvelyes, velőhüvelyes) idegrost

32 Az axonok felületének rövid szakaszait erre specializálódott sejtek (Schwann- sejtek) membránja borítja be oly módon, hogy az egyedfejlődés során a Schwann-sejt membránja az axon köré tekeredik. Schwann-sejt axon Hogyan keletkezik ez a szigetelőréteg?

33 Nem méretrányos: az axonátmérő  m nagyságrendű, két Ranvier nodus távolsága 1-2 mm, kb. az átmérő néhány százszorosa, esetleg közel ezerszerese Ranvier nodus Mielinhüvelyes ideg hosszmetszeti vázlata: 2-3  m Egy kicsit méretarányosabban:  m 1,5 mm=1500  m 1-3  m

34 Az axon-membrán csak a Ranvier nodusokban érintkezik a sejtközti oldattal, a mielinhüvely a membrán többi részét elektromosan szigeteli. Igy az ingerületben lévő membránszakasz a legközelebbi nodust ingerli, az akcióspotenciál mintegy „átugrik” egyik nodusról a másikra (saltatorikus vezetés). Ezáltal az akcióspotenciál terjedési sebessége jelentősen nagyobb, mint nem mielines idegekben, amelyek esetén a lokális áramok a szomszédos (1-2 mm távolságban lévő) membránszakaszt ingerlik. Hidegvérűek mielines idegeiben az akcióspotenciál sebessége eléri a 30m/s-ot, melegvérűekben a 120 m/s-ot.

35 A terjedési sebességet befolyásoló tényezők A rost vastagsága – vastagabb rostok gyorsabban vezetnek, mint ugyanazon csoport vékonyabb axonjai Myelinizáció – Ugyanolyan vastag axonok esetében a myelinhüvelyes axonok gyorsabban vezetnek, Hőmérséklet – A vezetési sebesség a hőmérséklet csökkentésével lassul INGERLŐ + OSZCILLOSZKÓP

36 Ingerületvezetés Nem-mielines idegben Mielines idegben 1 – 2 cm/s m/s 10 – 120 m/s 100 m/s = m/ó= 360 km/ó

37 Ingerületvezetés Nem-mielines idegben Mielines idegben 1 – 2 cm/s m/s 10 – 120 m/s

38 Érzékszervek, receptorok Szag50 bit/sec Íz10 bit/sec Fájdalom100 bit/sec BESZÉD35 bit/s Látás bit/s ~ 20 MBe Hallás bit/s ~ 14,3 KBe Tapintás bit/s ~ 5,7 KBe Hőérzékelés bit/s ~ 57 Be

39 Környezet (fizikai-kémiai hatások) Kódgép Modalitás- specifikus receptor inger Receptor válasz (kódolt jel) Jelátviteli csatorna szinapszis Processzor (központi idegrendszer: az agy) Effektorok (izmok, mirigyek, stb.) visszacsatolások Az érzékelés informatikai rendszerének diagramja Energiaforrás: oxidatív foszforiláció Aktív transzport membránpotenciál

40 (Molekuláris receptorok (Molekuláris receptorok Olyan fehérjék, amelyek képesek hormonok, neurotranszmitterek és más anyagok felismerésére és megkötésére, ezáltal válaszreakciókat indítanak el.) Az érzékszervi receptorok 1.specializálódott energiaátalakítók: bármilyen fizikai energia hatására elektromos válaszjelet produkálnak 2.rendkívül érzékenyek: attojoule ( J) energiájú ingert érzékelnek 3.hatékony erősítők: a válaszjel energiája egy milliószorosa a bemeneti jel (inger) energiájának

41 INGER Mechanikai- Fény- Hő- energia Milliószoros, további kódolás elektromos Energia, ANALÓG KÓDOLÁS Kódolt információ (frekvencia- modulált digitális Kód) E= aJ ( J) erősítő 10 6 x E= pJ ( J) Energia- átalakító A kódolás a bejövő jel (inger) erősségére vonatkozó információt tartalmazza

42 AZ ÁLTALÁNOS RECEPTOR- VÁLASZ: A RECEPTORPOTENCIÁL UmV t [ ms] INGER AMPLITÚDÓ AMPLITÚDÓ mV 50 INGERERŐSSÉG PL. mPa 100 A RECEPTORPOTENCIÁL FÜGGÉSE AZ INGERERŐSSÉGTŐL ANALÓG KÓDOLÁS receptor idegrost Receptor- potenciál Ingerület-vezetés: akcióspotenciál kódolás

43 A KÓDGÉP MŰKÖDÉSE : IMPULZUS-KÓD MODULÁCIÓ INGER RECEPTOR- POTENCIÁL (analóg kódolás) MODULÁLT IMPULZUSKÓD (AKCIÓSPOTENCIÁL-SOROZAT FORMÁJÁBAN KÓDOLT ÜZENET) GYENGÉBBERŐSEBB Erősen adaptálódó receptorok : pl. tapintás, szaglás, hőérzet receptorai Vannak nem adaptálódó receptorok (pl. egyes fájdalomérzékelők, pl.: fogfájás!) Az impulzusfrekvencia csökkenése: adaptáció Adaptáció: tartós inger érzékelése megszűnik (pl. a légnyomás), vagy csökken az érzet erősságe

44 Morfológiailag megkülönböztethetünk KORPUSZKULÁRIS (amely lehet tokba zárt – pl. Paccini-test – vagy burok nélküli -- pl. az ízlelőbimbó – ) és NEM KORPUSZKULÁRIS receptorokat. Ez utóbbiak puszta idegvégződések (pl. a termoreceptor, több kémiai receptor, a feszülés érzékelő receptor.)

45 Puszta idegvégződés mint receptor Nem korpuszkuláris receptorok: Vezetés (akcióspotenciál) kódolás Receptorfunkció (receptorpotenciál)

46

47 Korpuszkuláris receptorok

48 hőmérséklet idő frekvencia hőmérséklet 0 o C50 o C hidegreceptorokmelegreceptorok Paradox hidegérzet A hőérzékelés receptorainak működési frekvenciája a hőmérséklet függvényében. Folytonos működésű receptorok A folytonos működésű receptorok (pl. a hőérzékelés hideg- és meleg-receptorai, vagy a halak elektroceptorai) – változatlan körülmények között állandó frekvenciájú – akcióspotenciál-sorozatot bocsátanak ki. Az adekvát paraméter változása frekvencia-csökkenést vagy - növekedést idéz elő. x xx x x x xx x x x xx x x x xx x x xx x xx x x x x x x x Akcióspotenciál- sorozat a hidegreceptorból Akcióspotenciál- sorozat a melegreceptorból Kerülgeti, mint macska a forró kását….

49 Az adaptációra jellegzetes példa a hőérzékelő receptorok működése (fizikus a fürdőkádban) CoCo perc hideg hűvös indifferens langyos meleg langyos indifferens hűvös hideg A hőérzet változása 0,45 C o /perc melegítés és 0,87 C o /perc hűtés esetén. 29 o Az adaptáció miatt ugyanazon hőmérséklethez (29 o ) melegítés vagy hűtés közben más hőérzet (langyos illetve hideg) tartozik.

50 A Pacini-test Az idegrosthoz csatlakozó receptort réteges burkolat veszi körül. Ez közvetíti a környezet deformációjából eredő ingert a receptorhoz. A szőrszál mint egy emelő nagy erőt fejt ki, és igy a gyenge ingereket felerősíti. A szőrszál igen kis elmozdulását is érzékelhetjük. Így segíti ez a mechanizmus a gyenge légmozgások (szellő) érzékelését. Az emelő forgástengelye A szőrtüsző mellett lévő nyomás-receptor erő

51 A legfontosabb érzékmodalítások, adekvát receptorok és érzékszervek (az első 11 helyen a tudatosuló érzések) ÉrzésmodalításReceptorÉrzékszerv 1LátásCsapok és pálcikákSzem 2HallásSzőrsejtekFül (Corti-szerv) 3SzaglásOlphactorius neuronSzagló nyálkahártya 4IzlésIzlelő-receptor sejtekÍzlelőbimbó 5SzöggyorsulásSzőrsejtekFélkörös ívjáratok (a belsőfülben) 6Lineáris gyorsulás SzőrsejtekUtriculus és sacculus (a belsőfülben) 7Tapintás, nyomásIdegvégződésekTöbbféle 8MelegIdegvégződésekTöbbféle 9FájdalomIdegvégződésekTöbbféle 10HidegIdegvégződésekTöbbféle 11Izületi helyzet és mozgás IdegvégződésekTöbbféle

52 A legfontosabb érzékmodalítások, (mindegyikhez érzékszerv, és adekvát receptor tartozik) Tudatosuló érzésmodalítások Nem tudatosuló érzésmodalítások 1 Látás (szem) 1Izomhossz 2 Hallás (fül)2Izomfeszülés 3 Szaglás (orr) 3Artériás vérnyomás 4 Ízlés (nyelv)4Centrális vérnyomás 5 Meleg – Hideg (bőr) 5Vérhőmérséklet 6 Tapintás, nyomás (-”-)6Vér oxigéntartalma 7 Lineáris gyorsulás + fordulás7Liquor-Ph 8 Fájdalom 8Ozmózisnyomás

53

54 Szinapszisok (Ingerületáttevődés)

55 (Az idegsejt-izomrost kapcsolatot létrehozó szinapszist véglemeznek vagy végtalpnak is nevezik. Működése megegyezik az idegsejtek közti kémiai ingerlő szinapszisok működésével.) A szinapszisok feladata lehet a kapcsolat létrehozásamegakadályozásasegítése  INGERLŐ (EXCITÁTOROS) SZINAPSZIS  GÁTLÓ (INHIBITOROS) SZINAPSZIS  S ERKENTŐ (FACILITÁLÓ) SZINAPSZIS

56  INGERLŐ (EXCITÁTOROS) SZINAPSZIS  GÁTLÓ (INHIBITOROS) SZINAPSZIS  SERKENTŐ (FACILITÁLÓ) SZINAPSZIS

57  Elektromos szinapszis (csak ingerlő)  Kémiai szinapszis (ingerlő, gátló vagy serkentő) Működését tekintve a szinapszis lehet

58 HAT ALEGYSÉGBŐL ÁLLÓ FEHÉRJE (CONNEXIN) POSZTSZINAPTIKUS MEMBRÁN PRESZINAPTIKUS MEMBRÁN

59 Az elektromos szinapszisok működése során az információt szállító akcióspotenciálok azonnal (szinaptikus késés nélkü) átterjednek a csatlakozó idegsejtre Elektromos szinapszisok működése.

60

61

62 preszinaptikus akcióspotenciál posztszinaptikus akcióspotenciál Az elektromos szinapszist gyors működés jellemzi, kicsiny (csaknem 0) a szinaptikus késés 1 ms posztszinaptikus akcióspotenciál Szinaptikus késés (~0,5 - 2 ms) Egyirányú átvitel kétirányú átvitel preszinaptikus akcióspotenciál Elektromos szinapszisKémiai szinapszis Nincs szinaptikus rés nm szinaptikus rés

63

64 Egy idegsejt felületén nagyon sok (többszáz, vagy ezer) szinapszis lehet, Az ábra jelképes, csak néhány szinapszist ábrázol a többszázból, és aránytalanul nagyra rajzoltan. Valójában a szinapszisok mérete a sejthez képest sokkal kisebb. A gátló szinapszisok működése enyhe hiperpolarizációt okoz, és ezzel képes közömbösíteni a közelében lévő ingerlő szinapszis depolarizációját és így megakadályozza az akciós- potenciál létrejöttét. A serkentő szinapszisok enyhe depolarizáló hatása csökkenti az ingerküszöböt, növeli az exocitózis bekövetkezési valószínűségét és ezáltal lehetővé válik, hogy kisebb posztszinaptikus potenciál is akcióspotenciált váltson ki. Ez a facilitáló hatás sok másodpercig (esetleg több tíz másodpercig) fennállhat. A különböző funkciójú szinapszisok sem morfológiailag, sem az átvitelben szerepet játszó transzmitter révén nem különböztethetők meg egymástól; a működés módját többnyire valószínűleg elsősorban a posztszinaptikus receptorok specificitása határozza meg. dendrit axon mielinhüvely ingerlő gátló

65

66 NEMSZINAPTIKUS KÉMIAI INGERÜLETÁTVITEL U.n. nemszinaptikus, kémiai jellegű ingerület-átvitel jöhet létre egyes központi idegrendszeri területeken, ahol a dendritek gyöngyfűzérhez hasonlóan elhelyezkedő kidudorodásai transzmitter-anyagot tartalmaznak és azt akcióspotenciál áthaladásakor a sejtközti térbe ürítik. A diffuzió révén terjedő transzmitter a közeli neuronok nyúlványaiban ingerületet hozhat létre. kiváltott akciósponenciál primer akcióspotenciál Transzmitter

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77 piramissejtek

78 Egy idegsejt szerteágazó dendrithálózata többezer szinapszisban végződik, és ezek együttesen átlagosan kapcsolatot létesítenek. The average neuron makes about 1000 synaptic connections[1].[1] Mivel összesen kb ( 100 MILLIÁRD ) neuronunk van, a kombinációs lehetőségek száma a végtelenhez közelít. A szinapszisok olyan mértékben növelik meg a dendritek felületét, hogy azok az agykéreg összfelületének 60%-át teszik ki. {–érzékeltetésként: km- 70-szerese a Föld – Szaturnusz távolságának: ennyi kilométert megtéve 35- ször utazhatnánk a Szaturnuszig és vissza... –}érzékeltetésként ( Idan Segev "Synapses, Neurons and Brains„ c. előadása nyomán ) Idan Segev

79

80

81

82


Letölteni ppt "Érzékelők: érzékszervi receptorok Információtovábbítás: idegrostok, ingerület Kapcsolatok: idegsejtek csatlakozása, szinapszisok TARTALOMJEGYZÉK Hogy."

Hasonló előadás


Google Hirdetések