Νευρικά Κύτταρα & Νευρική Ώση
Νευρώνες, νευρογλοιακά κύτταρα, δυναμικό ηρεμίας, νευρική ώση, συνάψεις
Αγγίζεις κατά λάθος ένα καυτό τηγάνι και το χέρι σου φεύγει πριν καλά-καλά το καταλάβεις. Το μήνυμα ταξίδεψε από το δάχτυλο στο νωτιαίο μυελό και πίσω στους μυς σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Ποιο είναι αυτό το «ηλεκτρικό καλώδιο» και πώς περνά το μήνυμα από κύτταρο σε κύτταρο;
Το νευρικό σύστημα
Το νευρικό σύστημα, μαζί με το σύστημα των ενδοκρινών αδένων, συμβάλλει στη διατήρηση σταθερού εσωτερικού περιβάλλοντος (ομοιόσταση), ελέγχοντας και συντονίζοντας τις λειτουργίες των άλλων συστημάτων. Οι πληροφορίες για τις μεταβολές του περιβάλλοντος συλλέγονται από τους υποδοχείς, μεταβιβάζονται στο κεντρικό νευρικό σύστημα και, μετά την επεξεργασία, δίνονται εντολές στους μυς και στους αδένες.
- Κεντρικό Νευρικό Σύστημα (ΚΝΣ): εγκέφαλος και νωτιαίος μυελός.
- Περιφερικό Νευρικό Σύστημα (ΠΝΣ): τα νεύρα.
Ο νευρικός ιστός έχει δύο είδη κυττάρων: τους νευρώνες (δομική και λειτουργική μονάδα του νευρικού συστήματος, αντιδρούν σε μεταβολές θερμοκρασίας, πίεσης, φωτός, pH κ.ά.) και τα νευρογλοιακά κύτταρα, που είναι πολύ περισσότερα και έχουν βοηθητικό ρόλο.
Νευρώνες
Κάθε νευρώνας έχει κυτταρικό σώμα (πυρήνας και οργανίδια) και αποφυάδες:
- Δενδρίτες: συνήθως μικρές αποφυάδες με πολλές διακλαδώσεις.
- Νευράξονας ή νευρίτης: μήκος που φτάνει ως ένα μέτρο· διακλαδίζεται σε απολήξεις που καταλήγουν στα τελικά κομβία.
Ανάλογα με τη λειτουργία τους οι νευρώνες διακρίνονται σε:
- Αισθητικούς: μεταφέρουν μηνύματα από τις περιοχές του σώματος προς νωτιαίο μυελό και εγκέφαλο.
- Κινητικούς: μεταφέρουν μηνύματα από εγκέφαλο και νωτιαίο μυελό στα εκτελεστικά όργανα (μύες → σύσπαση, αδένες → έκκριση).
- Ενδιάμεσους ή συνδετικούς: βρίσκονται αποκλειστικά σε εγκέφαλο και νωτιαίο μυελό· κατευθύνουν τα μηνύματα των αισθητικών στις κατάλληλες περιοχές και τελικά στους κινητικούς.
Νευρογλοιακά κύτταρα (γλοία = κόλλα): προμηθεύουν θρεπτικά συστατικά στους νευρώνες, απομακρύνουν άχρηστες ουσίες και, όσα περιβάλλουν τον νευράξονα, συμβάλλουν στη μόνωσή του και στην επιτάχυνση της νευρικής ώσης.
Πού βρίσκονται αποκλειστικά οι ενδιάμεσοι νευρώνες;
Δυναμικό ηρεμίας
Όταν ένας νευρώνας βρίσκεται σε ηρεμία (δεν δέχεται ερεθίσματα ή δέχεται ερεθίσματα με ένταση μικρότερη από μια οριακή τιμή), ανάμεσα στην εξωτερική και την εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης του υπάρχει διαφορά δυναμικού, το δυναμικό ηρεμίας (περίπου , γιατί το εσωτερικό είναι αρνητικό ως προς το εξωτερικό).
- Έξω: υψηλή συγκέντρωση ιόντων νατρίου ().
- Μέσα: μεγάλη συγκέντρωση ιόντων καλίου () και αρνητικών ιόντων.
Η άνιση κατανομή διατηρείται με την αντλία (ενεργητική μεταφορά): για κάθε 3 που βγάζει, βάζει 2 . Θυμήσου από τη Χημεία τι είναι τα ιόντα.
Νευρική ώση
Νευρική ώση είναι ένα κύμα ηλεκτρικής δραστηριότητας που παράγεται στη μεμβράνη του νευρώνα και διαδίδεται κατά μήκος του. Ερεθίσματα μπορεί να είναι χημικά, ηλεκτρικά, μηχανικά, θερμικά κ.ά.
- Ερέθισμα με ένταση μεγαλύτερη από μια συγκεκριμένη τιμή αυξάνει για περίπου 1 msec τη διαπερατότητα της μεμβράνης σε .
- Τα εισρέουν μαζικά και η εσωτερική επιφάνεια φορτίζεται θετικά σε σχέση με την εξωτερική.
- Οι σύντομες αυτές μεταβολές του δυναμικού προκαλούν αντίστοιχες αλλαγές σε γειτονικές περιοχές της μεμβράνης — έτσι η ώση διαδίδεται κατά μήκος του νευράξονα.
Ερεθίσματα με ένταση μικρότερη από την οριακή τιμή δεν προκαλούν νευρική ώση.
Σε ηρεμία ο νευρώνας είναι «αλάτι απ' έξω, μπανάνα από μέσα»: το νάτριο (, όπως στο αλάτι) είναι έξω, το κάλιο (, όπως στη μπανάνα) μέσα. Στη νευρική ώση το «αλάτι» ορμάει μέσα.
Συνάψεις
Σύναψη είναι η περιοχή λειτουργικής σύνδεσης των τελικών κομβίων ενός νευρώνα με άλλο νευρικό κύτταρο ή με ειδικά διαμορφωμένες θέσεις των εκτελεστικών οργάνων.
- Προσυναπτικό άκρο: τα τελικά κομβία, με πολλά μιτοχόνδρια και συναπτικά κυστίδια με νευροδιαβιβαστή.
- Μετασυναπτικό άκρο: η υποδεκτική επιφάνεια με τους υποδοχείς του νευροδιαβιβαστή.
- Συναπτική σχισμή: ο χώρος ανάμεσά τους (15–20 nm) — τα δύο άκρα δεν ακουμπούν.
Όταν η ώση φτάσει στα τελικά κομβία, απελευθερώνεται νευροδιαβιβαστής (ο πιο διαδεδομένος: ακετυλοχολίνη), διαχέεται στη σχισμή και προσδένεται στους υποδοχείς. Αν δρα διεγερτικά, αυξάνει τη διαπερατότητα της μετασυναπτικής μεμβράνης σε και δημιουργεί νέα ώση. Ο νευροδιαβιβαστής δρα για λίγο, γιατί επαναρροφάται ή αποικοδομείται από ένζυμα.
Οι συνάψεις καθορίζουν την κατεύθυνση της ώσης: μόνο από το προσυναπτικό προς το μετασυναπτικό άκρο.
Γιατί η νευρική ώση περνά μια σύναψη μόνο προς μία κατεύθυνση;
Μέθοδος: περιγραφή της πορείας ενός μηνύματος
- Ερέθισμα πάνω από την οριακή τιμή → εισροή → νευρική ώση.
- Η ώση διαδίδεται κατά μήκος του νευράξονα ως τα τελικά κομβία.
- Σύναψη: απελευθέρωση νευροδιαβιβαστή → διάχυση στη σχισμή → πρόσδεση σε υποδοχείς.
- Διεγερτική δράση → νέα ώση στον επόμενο νευρώνα ή απάντηση του εκτελεστικού οργάνου (σύσπαση μυός, έκκριση αδένα).
Άσκηση: Σωστό ή Λάθος; Αιτιολόγησε. (α) Κάθε ερέθισμα προκαλεί νευρική ώση. (β) Σε ηρεμία η συγκέντρωση είναι μεγαλύτερη έξω από τον νευρώνα. (γ) Σε ηρεμία η συγκέντρωση είναι μεγαλύτερη έξω.
Λύση:
(α) Λάθος: μόνο ερεθίσματα με ένταση πάνω από μια οριακή τιμή προκαλούν ώση.
(β) Σωστό: στην εξωτερική επιφάνεια υπάρχει υψηλή συγκέντρωση .
(γ) Λάθος: τα είναι συγκεντρωμένα στο εσωτερικό, μαζί με τα αρνητικά ιόντα.
Άσκηση τύπου διαγωνίσματος: (α) Τι είναι το δυναμικό ηρεμίας και πώς διατηρείται; (β) Πώς δημιουργείται η νευρική ώση; (γ) Τι ρόλο έχουν τα νευρογλοιακά κύτταρα στη μεταφορά της;
Λύση:
(α) Η διαφορά δυναμικού ανάμεσα στην εξωτερική (θετική, πολλά ) και την εσωτερική (αρνητική, και αρνητικά ιόντα) επιφάνεια της μεμβράνης ενός νευρώνα σε ηρεμία. Διατηρείται με την αντλία (3 έξω, 2 μέσα).
(β) Ερέθισμα πάνω από την οριακή τιμή αυξάνει για ~1 msec τη διαπερατότητα σε · τα εισρέουν μαζικά, το εσωτερικό γίνεται θετικό, και η μεταβολή προκαλεί αλλαγές στις γειτονικές περιοχές, οπότε διαδίδεται.
(γ) Όσα περιβάλλουν τον νευράξονα τον μονώνουν και επιταχύνουν τη μεταφορά της νευρικής ώσης.
Στους νευράξονες που είναι μονωμένοι από νευρογλοιακά κύτταρα η νευρική ώση τρέχει με ταχύτητες έως περίπου 100 m/s — πάνω από 350 km/h. Γι' αυτό ένα μήνυμα διασχίζει το μέτρο από το νωτιαίο μυελό ως το δάχτυλο του ποδιού σου σε περίπου ένα εκατοστό του δευτερολέπτου.
Η αντλία βγάζει 3 και βάζει 2 σε κάθε κύκλο. (α) Μετά από 1.000 κύκλους, πόσα θετικά φορτία έχουν συνολικά απομακρυνθεί από το εσωτερικό; (β) Γιατί αυτό βοηθά το εσωτερικό να είναι αρνητικό σε ηρεμία;
Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση
(α) Σε κάθε κύκλο βγαίνουν 3 και μπαίνουν 2 θετικά φορτία, άρα καθαρά 1 θετικό φορτίο φεύγει. Σε 1.000 κύκλους: θετικά φορτία.
(β) Χάνονται περισσότερα θετικά ιόντα από όσα μπαίνουν, ενώ τα αρνητικά ιόντα του εσωτερικού διαχέονται ελάχιστα. Έτσι η εσωτερική επιφάνεια μένει αρνητική ως προς την εξωτερική — το δυναμικό ηρεμίας.
Ποια μεταβολή προκαλεί ένα ερέθισμα πάνω από την οριακή τιμή σε ένα σημείο της μεμβράνης;
- Ανάποδη θέση ιόντων. Σε ηρεμία: έξω, μέσα.
- «Όλα τα ερεθίσματα δίνουν ώση». Μόνο όσα ξεπερνούν την οριακή τιμή.
- Τα άκρα της σύναψης ακουμπούν. Χωρίζονται από τη συναπτική σχισμή· το μήνυμα περνά χημικά με τον νευροδιαβιβαστή.
- Δενδρίτης = νευράξονας. Ο νευράξονας είναι η μακριά αποφυάδα που καταλήγει στα τελικά κομβία.
- ΚΝΣ: εγκέφαλος και νωτιαίος μυελός· ΠΝΣ: νεύρα. Νευρικός ιστός: νευρώνες και νευρογλοιακά κύτταρα.
- Νευρώνας: κυτταρικό σώμα, δενδρίτες, νευράξονας με τελικά κομβία· αισθητικοί, κινητικοί, ενδιάμεσοι.
- Δυναμικό ηρεμίας: έξω, και αρνητικά ιόντα μέσα· αντλία (3 έξω, 2 μέσα).
- Νευρική ώση: ερέθισμα πάνω από οριακή τιμή → εισροή για ~1 msec → διάδοση.
- Σύναψη: νευροδιαβιβαστής (ακετυλοχολίνη)· μονόδρομη μεταβίβαση από προσυναπτικό σε μετασυναπτικό.