Obecná neurofyziologie Axonální transport Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni Typologie nervových vláken Reflexy a generátory rytmu Olga Vajnerová, Ústav fyziologie 2. LF UK v Praze

Axonální transport (axoplasmatický, axonový transport) Anterográdní Proteosyntéza v buněčném těle (ER, Golgiho komplex) Retrográdní Přenos chemických signálů z periferie

Anterográdní transport Anterográdní transport rychlý (100 - 400 mm/d) MAP kinesin/mikrotubuly neurotransmitery ve vezikulách a mitochondrie   pomalý (0,5 – 10 mm/d) mechanismus neznámý komponenty cytoskeletu (aktin, myosin, tubulin), metabolické komponenty   Retrográdní transport rychlý (50 - 250 mm/d) MAP dynein/ mikrotubuly staré mitochondrie, vezikuly (pinocytóza, receptorem zprostředkovaná endocytóza, transport např. růst. faktorů),

Axonální transport v patogenezi nemocí Tetanus (Clostridium tetani)  Vzteklina  replikace viru - ve svalových buňkám - v nervových buňkách (retrográdní transport) - CNS behavior projevy a anterográdní transport - v buňkách slinných žláz Tetanus (Clostridium tetani) toxin je transportován retrográdně vyloučen z těla nervové buňky vychytáván zakončeními okolních buněk

Axonální transport ve výzkumu NS     Zkoumání nervových zapojení Anterográdní transport Radioaktivně značené AK (inkorporace do proteinů, transport, detekce autoradiograficky) Injekce do oblasti těla neuronu, identifikuje se distribuce axonů Retrográdní transport Křenová peroxidáza proniká do axonálních zakončení, transportuje se do těla neuronu, je možno ji vizualizovat. Injekce do oblasti axonálního zakončení neuronu, identifikuje se tělo neuronu.

Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni Somatodendritická část – pasivní propagace signálu, s dekrementem Axonální část –akční potenciál, šíření bez dekrementu, zákon vše nebo nic

Klidový membránový potenciál Každá živá buňka v organismu

Membránový potenciál není potenciál Membránový potenciál není potenciál. Je to rozdíl dvou potenciálů, tedy je to z fyzikálního hlediska napětí na membráně.

Klidový membránový potenciál K+ uniká z buňky po koncentračním gradientu A- nemohou uniknout z buňky K+ A- + - Na+ Cl- Na vnější straně membrány je více kladných nábojů Na vnitřní více záporných Vzniká elektrický gradient

Akční potenciál Pouze na axonální části Vzniká při nadprahovém stimulu

Axon – šíření signálu bez dekrementu Zákon vše nebo nic

Vznik akčního potenciálu elektrický stimulus nebo Depolarizace iniciálního segmentu

Dendrit a soma – šíření signálu s dekrementem

Přenos signálu: dendrit – iniciální segment

Excitace nebo inhibice dendritů a těla neuronu SYNAPSE

Axonální část AP – Ca2+ kanály – vylití neurotransmiteru

Somatodendritická část Receptory na postsynaptické membráně Excitační – otevření kanálu pro Na+, Ca2+ depolarizace membrány Inhibiční - otevření kanálu pro K+, Cl- hyperpolarizace membrány EPSP – excitační postsynaptický potenciál IPSP – inhibiční postsynaptický potenciál

Excitační a inhibiční postsynaptický potenciál

Inerakce synapsí

Sumace prostorová a časová Prostorová sumace Časová sumace Presynaptický AP Postsynaptický EPSP Čas Čas

Potenciálové změny v oblasti iniciálního segmentu Interakce všech synapsí   Prostorová sumace – proudy z mnoha vstupů se sčítají Časová sumace – jestliže AP přichází v kratším intervalu, než je trvání EPSP Iniciální segment

Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni 2. EPSP IPSP 3. Iniciální segment depolarizace 4. AP 5. vstup Ca2+ 1. Synapse Neurotransmitter 1. Neurotransmitter releasing

Modulace signálu aktivitou jednotlivé buňky Discharge configurations (Pálící vzorce různých buněk) EPSP IPSP

Modulace signálu aktivitou jednotlivé buňky 1. AP, napětím ovládané Na+ kanály na těle buňky v oblasti iniciálního segmentu 2. ADP, after depolarization (následná depolarizace), vysokoprahové Ca2+ kanály na dendritech, aktivované AP 3. AHP, after-hyperpolarization, Ca2+ ovládané K+ kanály 4. Rebound depolarizace nízkokoprahové Ca2+ kanály, deinaktivované během AHP, aktivované, když se hyperpolarizce zmenší, pravděpodobná lokalizace na těle neuronu Modulace signálu aktivitou jednotlivé buňky Threshold RMP Hammond, C.:Cellular and Molecular Neurobiology. Academic Press, San Diego 2001: str. 407.

Typologie nervových vláken

Myelinizace Lokální proudy musí urazit větší vzdálenost než dosáhnou přístupu k axoplasmě v místě dalšího Ranvierova zářezu (saltatorní vedení) Způsob, jak zlepšit vedení v axonu je jeho myelinizace

Složený akční potenciál Záznam AP na periferním nervu Jestliže mají všechna vlákna jednotnou rychlost vedení Jestliže mají jednotlivá vlákna různou rychlost vedení

Smíšený nerv se všemi typy vláken

Klasifikace nervových vláken podle Erlangera - Gassera

Klasifikace nervových vláken podle Lloyda

Dva odlišné systémy klasifikace nervových vláken

Obecná neurofyziologie Axonální transport Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni Typologie nervových vláken Reflexy a generátory rytmu

Výzkum reflexů Ivan Petrovič Pavlov Rusko Nobelova cena 1904 Sir Charles Scott Sherrington Velká Británie Nobelova cena 1932                   

Reflexní oblouk Patelární reflex (Knee-jerk reflex)

Chování jako zřetězení reflexů? KOBYLKA Dva páry křídel. Každý  pár mává synchronně, ale zadní křídla vedou přední křídla v cyklu posunutém asi o 10o Stále je dodržován správný odstup mezi kontrakcemi předních a zadních křídel.

Donald Wilson - experiment z roku 1961

Složité souhyby svalů jsou zřetězením reflexů Složité souhyby svalů jsou zřetězením reflexů? pokus k potvrzení hypotézy Identifikovat reflexy, které jsou odpovědné za přesnou synchronizaci křídel při letu (flight pattern)   Deafferentace = eliminace senzorického vstupu do CNS Odstranění senzorických orgánů na bázi křídel Odříznutí křídel Odstranění všech částí těla kobylky, která obsahují smyslové orgány Neočekávaný výsledek Motorické signály k létacím svalům stále přicházely se správným časováním tak, aby údery křídel zůstaly synchronizované.

Extrémní experiment Redukce zvířete na hlavu, dno hrudníku a hrudní nervový pruh   Snímací elektrody přiloženy na pahýly nervů, které inervovaly odstraněné létací svaly Nervové impulsy v synchronizovaném pořadí (motor pattern) byly registrovány i v případě absence jakéhokoli pohybu kterékoli části zvířete – fiktivní vzorec (fictive pattern). Létací svalový systém kobylky nevyžaduje žádnou senzorickou zpětnou vazbu k tomu, aby byly zajištěny podněty pro generování rytmu. Složité souhyby svalů nejsou vždy jen zřetězením reflexů!!! Neuronální sítě oscilátor, pacemaker, centrální generátor rytmu, generátor vzorce pohybu

Centrální generátor rytmu (Central pattern generator CPG) Model CPG pro ovládání svalů během plavání u mihule.

Centrální generátory rytmu Síť neuronů schopná produkovat správně časovaný vzorec motorických impulzů i za nepřítomnosti senzorické zpětné vazby. plavání mávání křídly chůze klus cval lízání škrábání dýchání žvýkání

Souhrn Klasifikace nervových vlákem

Transdukce nervového signálu 2. EPSP IPSP 3. Iniciální segment depolarizace 4. AP 5. vstup Ca2+ 1. Synapse Neurotransmitter 1. Neurotransmitter releasing

Děkuji za pozornost Otázky?