FIZJOLOGIA ZWIERZĄT prof. dr hab. Krystyna Skwarło-Sońta rok akad. 2012/2013

Transkrypt

1 FIZJOLOGIA ZWIERZĄT prof. dr hab. Krystyna Skwarło-Sońta rok akad. 2012/2013

2 CZYNNIKI ŚRODOWISKOWE Zmieniająca się w ciągu roku długość dnia i nocy (fotoperiod), wyznacza sezonowość zmian pozostałych czynników: temperatura, wilgotność, dostępność pokarmu, obecność partnerów seksualnych, drapieżników, kryjówek; Te czynniki dostosowują (synchronizują) przebieg wielu procesów fizjologicznych, wykazujących rytmiczne zmiany w ciągu doby, do zmian warunków środowiskowych.

3 DO DZIAŁANIA WKRACZA MELATONINA PRODUKOWANA W SZYSZYNCE KRĘGOWCÓW SCN SZYSZYNKA AKSON WSPÓŁCZ. Światło nm MELATONINA JEST HORMONEM CIEMNOŚCI SZLAK SIATKÓWKOWO- PODWZGÓRZOWY RHT MELATONINA ZWÓJ SZYJNY GÓRNY

4 MELATONINA SYNCHRONIZUJE PRACĘ ENDOGENNEGO ZEGARA SZLAK NERWOWY WSPÓŁCZULNY ŚWIATŁO SZLAK SIATKÓWKOWO- PODWZGÓRZOWY RHT MELATONINA SZYSZYNKA REGULOWANE PROCESY RECEPTORY MEL

5 OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA ŚRODOWISK ŻYCIA NA ZIEMI ŚRODOWISKO WODNE: 72% POWIERZCHNI ZIEMII, Z CZEGO WIĘKSZOŚĆ STANOWIĄ OCEANY I MORZA WYSOKA GĘSTOŚĆ DUŻY OPÓR NISKA I RACZEJ ZMIENNA ZAWARTOŚĆ TLENU NIEWIELKA ZMIENNOŚĆ TEMPERATURY UTRUDNIONY DOSTĘP ŚWIATŁA SŁONECZNEGO ŚRODOWISKO LĄDOWE: 28% POWIERZCHNI ZIEMII, Z CZEGO 380tys. km STANOWIĄ WYBRZEŻA OCEANÓW I MÓRZ NIEZNACZNA GĘSTOŚĆ NISKI OPÓR WYSOKA I RACZEJ STAŁA ZAWARTOŚĆ TLENU ZNACZNE WAHANIA TEMPERATURY ŁATWA PENETRACJA ŚWIATŁA SŁONECZNEGO

6 cząsteczka zapachowa receptory węchowe (nos) kłębuszki opuszki węchowej (mózg) Sposób rozpoznawania zapachów: neurony posiadające dany receptor mogą odpowiadać na więcej, niż jedną cząsteczkę zapachową, choć z różną intensywnością. Receptory są rozproszone w nabłonku węchowym, ale ich aksony konwergują na kłębuszkach opuszki węchowej w mózgu

7 KTO CO SŁYSZY? Wokalizacja ultradźwiękowa gryzoni laboratoryjnych jest ważnym źródłem komunikacji między osobnikami tego samego gatunku. Funkcja sygnałów, nieco zmieniających się z wiekiem, zależy od ich częstotliwości i czasu trwania.

8 Komórkowe i molekularne mechanizmy adaptacyjne do zimna: skupianie się mikrotubul i ruch białek przez siateczkę śródplazmatyczną, wysoka zawartość nienasyconych lipidów błonowych ułatwia utrzymanie odpowiedniej płynności, wysoka stabilność białek soczewki oka, zapewniająca jej przezroczystość w temperaturach znacznie niższych niż te, w których następuje zmętnienie soczewki u zwierząt klimatu umiarkowanego (ryby i ssaki), utrata zdolności do indukowania u nich szoku cieplnego.

9 Cechy adaptacyjne do życia w lodowatej wodzie: nabycie przez większość nototeniowców nowych białek (glikoprotein AFGP), chroniących przed zamarzaniem, produkowanych raczej w trzustce niż w wątrobie; paradoksalna utrata barwników oddechowych i erytrocytów, niezbędnych innym kręgowcom do życia; zmiany w układzie krążenia, z wydatną rolą NO, kontrolującego stan naczyń krwionośnych.

10 Opuszka węchowa Szlak węchowy MÓZGOWIE NARZĄDY ZMYSŁÓW NOS Splot ramienny 8 par nerwów szyjnych JĘZYK Splot lędźwiowy RDZEŃ KRĘGOWY 12 par nerwów piersiowych SKÓRA OKO NARZĄD RÓWNO- WAGI Splot krzyżowy Tu: 1-2 segmentyo gonowe 5 par nerwów lędźwiowych 5 par nerwów krzyżowych tzw. koński ogon i nić końcowa UCHO WRZECIONO MIĘŚNIOWE Układ nerwowy = układ nerwowy ośrodkowy (OUN) + układ nerwowy obwodowy, czyli peryferyczny (PUN); 12 par nerwów czaszkowych i 30 + (1 lub 2) pary nerwów rdzeniowych doprowadza informacje do mózgu i z mózgu do efektorów;

11 SCHEMAT BLOKOWY ANATOMICZNEGO PODZIAŁU UKŁADU NERWOWEGO UKŁAD NERWOWY OŚRODKOWY (OUN) OBWODOWY (PUN)* MÓZGOWIE RDZEŃ KRĘGOWY NERWY ZWOJE CZASZKOWE RDZENIOWE CZUCIOWE (czaszkowe i rdzeniowe) AUTONOMICZNE (współczulne i przywspółczulne) *) Peryferyczny układ nerwowy

12 WEJŚCIE informacji Odbiór informacji - sygnałów Motoneuron I-rz. neuron czuciowy Interneuron Drzewka dendrytyczne (neuron dwubiegunowy) Do ciała komórki N E U R O Integracja sygnałów Przewodzenie sygnałów Dendryt N Y Akson Od ciała komórki Akson Przekazywanie sygnałów WYJŚCIE informacji

13 W aksonie trwa bezustanny transport w obie strony: pęcherzyków i mitochondriów; Wymaga on nakładu energii Pęcherzyk wypełniony neurotransmiterem Jądro neuronu Ośrodek organizacyjny mikrotubul KINEZYNA Mikrotubula Akson ( ) Pęcherzyk pusty DYNEINA Mikrotubula

14 To jest splot nerwowy barkowy Splot szyjny To są grzbietowe zwoje rdzeniowe czuciowe

15 OŚRODKOWY UKŁAD NERWOWY OBWODOWY UKŁAD NERWOWY i (podział anatomiczny) 12 PAR NERWÓW CZASZKOWYCH ZWOJE CZUCIOWE: czaszkowe, rdzeniowe, PARY NERWÓW RDZENIOWYCH ZWOJE AUTONOMICZNE tworzące pnie współczulne, zwoje dodatkowe, zwoje końcowe przywspółczulne Neuron czuciowy pozornie jednobiegunowy Zwój rdzeniowy czuciowy z rogów grzbietowych (tylnych) rdzenia kręgowego

16 Potencjały Hiperpolaryzacja następcza czynnościowe czyli impulsy nerwowe, przewodzone są przez aksony oraz dendryty komórek czuciowych, uczestniczą w ich powstaniu potencjałozależne kanały jonowe; wynosi zwykle od 65 do 55 mv

17 POTENCJAŁ SPOCZYNKOWY KOMÓRKI jest uwarunkowany: Zróżnicowaną przepuszczalnością błony komórkowej: 1. błona jest nieprzepuszczalna dla anionów organicznych (np. białkowych i reszt aminokwasowych ) i nieorganicznych (np. reszt fosforanowych, siarczanowych); 2. błona jest przepuszczalna dla jonów K +, które zgodnie z gradientem swego stężenia uciekają z komórki aż do momentu osiągnięcia potencjału równowagi; 3. błona ma ograniczoną przepuszczalność dla jonów Na + (80 razy mniejszą niż dla K + ), a gradient ich stężeń pcha je do komórki. Wynika stąd nierównomierne rozmieszczenie jonów po obu stronach błony jonów Na + jest więcej na zewnątrz, - jonów K + wewnątrz komórki;

18 ,1 m 1 dendryt 5 2 wzgórek aksonu 3 jądro komórkowe synapsa aksodendrytyczna 5 synapsa akso- 1 somatyczna 6 osłonki mielinowe Do 1 neuronu może dochodzić informacja z synaps Portret neuronu i synapsy

19 Jony sodowe Motoneuron z rdzenia kręgowego Dendryty Przewodzenie i przekazywanie informacji na synapsach Potencjałozależny- ---kanał sodowy Akson Mięsień Przewodzenie impulsów nerwowych Ligandozależny kanał sodowy Na +.* ACETYLOCHOLINA Płytka ruchowa nerwowo-mięśniowa

20 SYNAPSY ELEKTRYCZNE i CHEMICZNE A) PRZEPŁYW PRĄDU W SYNAPSIE B) PRZEPŁYW PRĄDU W SYNAPSIE ELEKTRYCZNEJ CHEMICZNEJ KOMÓRKA: Presynaptyczna Postsynaptyczna Presynaptyczna Postsynaptyczna TYP ODLEGŁOŚĆ MIĘDZY CIĄGŁOŚĆ CYTOPLAZMY ELEMENTY ULTRA- NOŚNIK OPÓŹNIENIE KIERUNEK SYNAPSY BŁONAMI PRE- i MIĘDZY KOMÓRKAMI STRUKTURY INFORMACJI SYNAPTYCZNE PRZEPŁYWU POSTSYNAPTYCZNĄ PRE- i POST- Elektryczna 3,5 nm występuje połączenia szczeli- przepływ jonów praktycznie brak zwykle dwukienowe runkowe Chemiczna nm brak pęcherzyki pre- przekaźnik co najmniej 0,3 ms jednokierunkowy receptory post- chemiczny zwykle 1-5 ms lub >

21 ZAKOŃCZENIA AKSONÓW DOCIERAJĄ DO: MIĘŚNIA GRUCZOŁU INNEGO NEURONU

22 Kolbka synap- tyczna synapsa Receptor zablokowany Receptor związany z ligandem Enzym zablokowany Kanał zblokowany Wydzielane na synapsach neurotransmitery dyfundują przez szczelinę i łączą się ze swoimi receptorami w błonie postsynaptycznej (kanały jonowe ligandozależne). Następuje: - zmiana nośnika informacji i opóźnienie synaptyczne.

23 TYPY NEUROTRANSMITERÓW POBUDZAJĄCE POWODUJĄ DEPOLARYZACJĘ KOMÓRKI POSTSYNAPT. ZWIĘKSZAJĄ PRAWDOPO- DOBIEŃSTWO POWSTANIA W NIEJ POTENCJAŁU CZYNNOŚCIOWEGO PRZYKŁADY: ACETYLOCHOLINA SEROTONINA NORADRENALINA HAMUJĄCE POWODUJĄ HIPERPOLARY- ZACJĘ KOMÓRKI POSTSYN. ZMNIEJSZAJĄ PRAWDOPO- DOBIEŃSTWO POWSTANIA W NIEJ POTENCJAŁU CZYNNOŚCIOWEGO PRZYKŁADY: GABA czyli KWAS gamma-aminomasłowy GLICYNA

24 RECEPTORY JONOTROPOWE PŁYN ZEWNĄTRZKOMÓRKOWY CYTOPLAZMA KANAŁY JONOWE OTWIERAJĄCE SIĘ PO ZWIĄZANIU LIGANDA (1) NEUROTRANSMITER WIĄŻE SIĘ Z RECEPTOREM (2) JONY MOGĄ PRZEJŚĆ PRZEZ BŁONĘ (3) POWODUJĄC GWAŁTOWNĄ ZMIANĘ POTENCJAŁU BŁONOWEGO DZIAŁAJĄ SZYBKO, np. NIKOTYNOWY RECEPTOR ACETYLOCHOLINY

25 RECEPTORY METABOTROPOWE CYTOPLAZMA PŁYN ZEWNĄTRZKOMÓRKOWY NASTĘPUJE ZMIANA STRUKTURY KANAŁU SYGNAŁ PRZEKAZYWANY ZA POŚREDNICTWEM DRUGIEGO PRZEKAŹNIKA DOPROWADZA DO OTWARCIA KANAŁU JONOWEGO (1) NEUROTRANSMITER WIĄŻE SIĘ Z RECEPTOREM (2) AKTYWUJĄC SCIEŻKĘ TRANSDUKCJI SYGNAŁU (3) OTWIERA KANAŁY JONOWE, UMOŻLIWIAJĄC WEJŚCIE JONÓW DO KOMÓRKI (4) MODYFIKUJE AKTYWNOŚĆ ISTNIEJĄCYCH BIAŁEK LUB REGULUJE EKSPRESJĘ GENÓW (5) REGULUJE ODPOWIEDŹ KOMÓRKI DZIAŁAJĄ WOLNO EFEKTY DŁUGOTRWAŁE

26 Do 1 neuronu może dochodzić zakończeń nerwowych (kolbek synaptycznych) I I Wzgórek aksonu Tu występują potencjałozależne kanały jonowe kodowanie cyfrowe kodowanie analogowe Tu występują ligandozależne kanały jonowe

27 EPSP = Exciting Postsynaptic Potential Sumowanie postsynaptycznych potencjałów pobudzających * integracja informacji w neuronach OUN IPSP = Inhibiting Postsynaptic Potential Sumowanie postsynaptycznych potencjałów hamujących

28 depolaryzacja Wzgórek aksonu hiperpolaryzacja p.s. p.s. Sumowanie w czasie i przestrzeni potencjałów postsynaptycznych: EPSP pobudzających i IPSP hamujących Kodowanie analogowe

29 PORÓWNANIE POTENCJAŁÓW: czynnościowego i postsynaptycznego Postać potencjału Amplituda Kanały jonowe Zmiany w błonie Sposób Czas rozprzestrwania trzeniania się do +110 mv Potencjał czynnościowy potencjałozależne zawsze depolary -zacja 1-10ms bez ubytku Potencjał postsynaptyczny EPSP IPSP Od <+1 do +20mV ligandozależne (zależne od trans mitera) depolary -zacja lub hiperpola -ryzacja do kilku minut, a nawet godzin z ubytkiem, czyli z dekrementem

30 Reakcja neuronu na docierające sygnały zależy od sumy sygnałów pobudzających i hamujących; depolaryzacja błony lub jej hiperpolaryzacja są stopniowane (kodowanie analogowe); im większy sygnał pobudzający neuron, tym większa amplituda kodowanie analogowe i tym większa częstotliwość przesyłanych przez akson potencjałów czynnościowych kodowanie cyfrowe binarne: jest lub nie ma, wszystko albo nic, 1 lub 0; w częstotliwości impulsów jest zakodowana wielkość sygnału pobudzającego, zmiany jego nasilenia i czas jego działania; ten sposób kodowania informacji jest najbardziej oporny na błędy; anatomiczne połączenia neuronu (jego wejścia i wyjścia) kodują informacje o lokalizacji sygnału (bodźca) oraz o jego rodzaju (modalności). Mówimy: informacja jest zaadresowana anatomicznie. Zwielokrotnienie takich połączeń świadczy o redundancji.

31 ODRUCHY Są podstawowym sposobem działania układu nerwowego, wynikającym z jego struktury Są to automatyczne, stereotypowe, nieuświadomione reakcje RUCHOWE, WYDZIELNICZE I EMOCJONALNE zachodzące z udziałem OUN w odpowiedzi na bodźce (sygnały) pochodzące ze środowiska zewnętrznego lub wewnętrznego;

32 ODRUCHY Bezwarunkowe Warunkowe - (wrodzone, gatunkowo - specyficzne) (nabyte, wyuczone) reakcje ruchowe, np. - - związane z postawą - - i lokomocją; pokarmowe, np. u - - ssaków związane ze - ssaniem; klasyczne pawłowowskie, instrumentalne; obronne; Odruchy mogą być: somatyczne, autonomiczne, nerwowo-hormonalne;

33 ELEMENTY SKŁADOWE ŁUKU ODRUCHOWEGO: 1) RECEPTOR 2) DROGA DOŚRODKOWA (AFERENTNA) 3) OŚRODEK 4) DROGA ODŚRODKOWA (EFERENTNA) 5) EFEKTOR I-rzędowy np. rdzeń 3 Np.wrzeciono mięśniowe skurcz

34 Do rdzenia przedłużonego Dendryt neuronu czuciowego Akson Droga dośrodkowa aferentna Droga odśrodkowa eferentna MIĘSIEŃ CZWOROGŁOWY EFEKTOR WRZECIONO MIĘŚNIOWE RECEPTOR ŁUK ODRUCHOWY monosynaptyczny reakcja mięśnia na rozciąganie

35 Łuk odruchowy polisynaptyczny Do wyższych pięter OUN Sznury grzbietowe Motoneurony tył Skóra Motoneurony M. dwugłowy uda - zginacz M. czworogłowy uda - prostownik Przeciwstronne wyprostowanie przód Tożstronne zginanie FM zginacz (flexor) EM prostownik (extensor) AKTYWACJA HAMOWANIE

36 Kodowanie analogowe x e Kodowanie cyfrowe x próg Ucisk jest sygnałem wyzwalającym napływ jonów Na + do zakończeń dendrytu neuronu czuciowego; Kanały potencjałozależne CIAŁKO BLASZKOWATE PACINIEGO Im ucisk jest silniejszy, tym więcej jonów napływa do tego zakończenia. Po osiągnięciu progu, następuje depolaryzacja, która jest przetwarzana na impulsy wg zasady wszystko albo nic, - 1 albo 0

37 ORGANIZACJA OBWODOWEGO UKŁADU NERWOWEGO OBWODOWY UKŁAD NERWOWY DROGI ODŚRODKOWE - EFERENTNE DROGI DOŚRODKOWE AFERENTNE CZUCIOWE UKŁAD AUTONOMICZNY UKŁAD SOMATYCZNY MOTORYCZNY WSPÓŁCZULNY TRZEWNY PRZYWSPÓŁCZULNY

38 Łuk odruchu somatycznego Łuk odruchu autonomicznego Droga eferentna 1neuron Zwój rdzeniowy czuciowy - (korzeń tylny, grzbietowy) Droga eferentna 2 neurony Pień współczulny Interneuron m Interneuron Motoneuron somatyczny E R Neuron przedzwojowy Neuron czuciowy Neuron zwojowy E R Zwój współczulny Neuron czuciowy R receptor E efektor 1. Receptor 2. droga dośrodkowa 3. OUN 4. droga odśrodkowa 5. efektor aferentna eferentna (1 lub 2 neurony)