Sinh lý học tế bào thần kinh

cho tới tái cực là khoảng 1/3 thời gian, và “khoảng thơi gian trơ tương đối”, kéo dài từ thời điểm để bắt đầu sau khi khử cực. Trong thời gian trơ tuyệt đối, không có kích thích, không cần biết nó mạnh như thế nào, sẽ kích thích thần kinh, nhưng trong khoảng thời gian trơ tương đối, mạnh hơn kích thích thông thường có thể gây kích thích. Sau khi khử cực, ngưỡng giảm 1 lần nữa và sau khi gây tăng cực, lại tăng lên. Những thay đổi trong ngưỡng có tương quan với các giai đoạn của điện thế động trong hình 9. Hình 16:Sự thay đổi tương đối trong khả năng kích thích của một màng tế bào thần kinh khi truyền tải 1 xung động. Chú ý là khả năng kích thích là sự đảo lại của ngưỡng (Modified from Morgan CT: Physiological Psychology. McGrawHill, 1943.) Nguồn gốc của điện thế động Hình 17: Dòng chảy cục bộ (sự di chuyển của các điện tích dương) xung quanh 1 xung động trong 1 trục. Ở trên: trục không được myelin hóa. Ở dưới: trục được myelin hóa. Các điện tích dương từ màng ở phía trước và phía sau điện thế động đổ vào khu vực của điện tích âm đại diện bởi điện thể động (“current sink”). Trong sợi trục được myelin hóa, sự khử cực nhảy từ eo ranvier này đến eo ranvier kế cận. Dẫn truyền nhảy vọt Dẫn truyền trong sợi trục myelin hóa dựa vào 1 mô hình tương tự dòng điện tròn, tuy nhiên myelin là 1 chất cách điện hiệu quả, và dòng qua nó là không đáng kể. Thay vào đó, sự khử cực trong trục myelin hóa nhảy từ 1 eo ranvier sang eo kế cận, với “current sink” tại eo hoạt động phục vụ cho việc khử cực điện tại eo trước điện thế động đến mức ngưỡng (hình 10). Sự khử cực nhảy từ eo này sang eo khác gọi là dẫn truyền nhảy vọt. Nó là 1 quá trình rất nhanh mà tuân theo trục myelin để dẫn truyền nhanh gấp 50 lần các sợi không được myelin hóa. Dẫn truyền thuận dòng và ngược dòng. Một trục có thể dẫn truyền 1 trong 2 hướng. Khi 1 điện thế động bắt đầu ở giữa của nó, 2 xung động di chuyển về các hướng đối diện được thiết lập bởi sự phân cực điện trên cả 2 phía của current sink. Trong 1 tình huống tự nhiên, các xung động vượt qua theo 1 hướng duy nhất, tức là, từ các mối nối synapse hoặc thụ thể dọc theo trục đến các đầu tận của chúng. Sự dẫn truyền như vậy được gọi là thuận dòng. Sự dẫn truyền theo hướng ngược lại gọi là ngược dòng. Bởi vì các synapse, không giống các trục, cho phép sự dẫn truyền theo 1 hướng duy nhất, 1 xung động ngược chiều sẽ vượt qua synapse đầu tiên mà chúng bắt gặp và chết tại điểm đó. Điện thế động 2 pha Những mô tả điện thế nghỉ của màng và điện thế động dựa trên sự ghi nhận với 2 điện cực, 1 ở trong tế bào và 1 ở trong nó. Nếu cả 2 điện cực đặt trên bề mặt của trục, thì không có sự chênh lệch điện thế giữa chúng. Khi thần kinh bị kích thích và 1 xung động được dẫn truyền qua 2 điện cực, 1 chuỗi những thay đổi điện thế xảy ra. Khi sóng khử cực đến các điện cực gần kích thích nhất, điện cực này trờ nên âm tương quan với điện cực kia (hình 11). Khi xung động đi tới 1 phần của dây thần kinh giữa 2 điện cực, điện thế trở về 0, và sau đó, khi nó vượt qua điện cực thứ 2, điện cực ban đầu trờ nên dương tương quan với cái thứ 2. Đó là thông thường để kết nối theo cách mà khi điện cực ban đầu trở nên âm tương quan với cái thứ 2, 1 sự chênh lệch hướng lên được ghi nhận. Do đó, những ghi nhận thể hiện sự lệch được tuân theo bởi 1 khoảng đẳng điện và sau đó lệch xuống phía dưới. Kết quả này gọi là điện thế động 2 pha. Hình 18: Điện thế động 2 pha. Cả 2 điện cực được ghi nhận thì nằm ngoài màng thần kinh. Đó là thông thường để kết nối theo cách mà khi điện cực ban đầu trở nên âm tương quan với cái thứ 2, sự chênh lệch hướng lên được ghi nhận. . Do đó, những ghi nhận thể hiện sự lệch được tuân theo bởi 1 khoảng đẳng điện và sau đó lệch xuống phía dưới. Tính chất của các dây thần kinh hỗn hợp Các dây thần kinh ngoại biên ở động vật có vú được tạo thành từ nhiều trục bị ràng buộc với nhau trong 1 bao sợi gọi là vỏ dây thần kinh. Điện thế thay đổi được ghi nhận trong tế bào từ các sợi thần kinh này, do đó đại diện cho tổng đại số của định luật tất cả hoặc không có gì của nhiều trục. Các ngưỡng của các sợi trục thần kinh và khoảng cách của chúng từ các điện cực kích thích. Với kích thích dưới ngưỡng, không có trục nào bị kích thích và không có phản ứng nào xảy ra. Khi kích thích trong cường độ ngưỡng, các trục với kích thích ngưỡng thấp và 1 sự hay đổi điện thế nhỏ xảy ra. Khi cường độ của kích thích tăng lên, các trục với ngưỡng cao hơn sẽ đổi dấu. Phản ứng điện tăng lên theo tỷ lệ cho đến khi kích thích đủ mạnh để kích thích tất cả các trục của thần kinh. Kích thích mà tạo ra sự kích thích của tất cả các trục gọi là kích thích cực đại, và áp dụng cho cái lớn hơn, kích thích siêu cực đại tạo ra điện thế không tăng hơn nữa về độ lớn. Các loại sợi thần kinh và chức năng Sau khi kích thích được áp dụng cho 1 dây thần kinh, có 1 khoảng thời gian tiềm tàn trước khi bắt đầu 1 điện thế động. Khoảng thời gian này phù hợp với thời gian cần để 1 xung động truyền dọc theo trục từ vị trí kích thích tới điện cực được ghi nhận. Thời lượng của nó thì tỷ lệ với khoảng cách giữa kích thích và điện cực ghi nhận và tỷ lệ nghịch với tốc độ dẫn truyền. Nếu thời lượng của thời gian tiềm tàn và khoảng cách giữa kích thích và điện cực ghi nhận được biết, thì vận tốc dẫn truyền theo trục có thể được tính toán. Erlarger & gasser chia các sợi thần kinh ở động vật có vú thành các nhóm A, B, C, và có thể chia nhỏ hơn nữa. Trong bảng 1, các kiểu sợi thần kinh khác nhau được liệt kê với đường kính, tính chất điện, và chức năng. Bằng cách so sánh sự thiếu hụt neuron gây ra bởi khu vực rễ sau hoặc là các thí nghiệm cắt thần khác với sự thay đổi mô học trong các dây thần kinh đó, chức năng và tính chất mô học của mỗi hệ trục chịu trách nhiệm cho cao điểm của điện thế động phức hợp được tạo thành. Thông thường, đường kính lớn hơn của 1 sợi thần kinh càng lớn thì tốc độ dẫn truyền thần kinh càng nhanh. Các trục lớn có liên quan chủ yếu với proprioceptive, chức năng vận động dinh dưỡng, xúc giác, tạo áp suất, khi các trục nhỏ hơn gây đau và cảm giác nhiệt độ và chức năng tự chủ. Các sợ nhóm C dẫn truyền các xung động được tạo thành bởi xúc giác và các thụ thể da bên cạnh các xung động bắt nguồn bởi sự đau và thụ thể nhiệt độ. Các nghiên cứu khác cho thấy không phải tất cả các thành phần kí tự được mô tả cổ điển và đồng nhất và 1 hệ thống số La Mã được sử dụng bởi 1 số nhà sinh lý học để phân loại các sợ cảm giác. Thật không may, điều này đã dẫn đến nhầm lẫn. Một sự so sánh về hệ thống số và hệ thống chữ được biểu diễn ở bảng 2. Ngoài các biến đổi trong tốc độ dẫn truyền và đường kính sợi, các lớp khác nhau của các sợi trong hệ thần kinh ngoại biên khác nhau về độ nhạy của chúng để giảm oxy trong máu và gây mê (bảng 43). Thực tế này đã được chứng nhận lâm sàn cũng như sinh lý. Gây mê cục bộ làm giảm sự dẫn truyền trong các sợi thần kinh nhóm C trước khi chúng tác động đến các sợi xúc giác nhóm A. Ngược lại, áp lực lên 1 dây thần kinh có thể gây mất sự dẫn truyền trong sợi vận động, sợi cảm giác, sợi chịu áp lực có đường kính lớn khi cảm giác đau vẫn còn tương đối nguyên vẹn. Mô hình của loại này đôi khi được nhìn thấy ở những người khi ngủ gối cánh tay ở dưới đầu trong 1 thời gian dài gây nén các dây thần kinh ở cánh tay. Bởi vì sự kết hợp của giấc ngủ sâu với sự ngộ độc rượu, hội chứng phổ biến nhất vào cuối tuần nên đã được đặt 1 cái tên thú vị là “chứng tê liệt đêm thứ 7 và sáng chủ nhật”. Neurotrophins Hỗ trợ dinh dưỡng của neuron Một số protein cần thiết cho sự sống còn và phát triển của tế bào thần kinh đã được cô lập và nghiên cứu. Một số các neurotrophins là sản phẩm của các cơ hoặc cấu trúc khác mà các tế bào thần kinh phân bố, nhưng các sản phẩm khác thì được sản xuất bởi astrocyte. Các protein nối kết với các thụ thể tại đầu tận của 1 neuron. Chúng được tiếp thu và sau đó được vận chuyển bởi sự vận chuyển nghịch đến thân tế bào thần kinh, nơi mà chúng thúc đẩy sản xuất các protein liên kết với phát triển neuron, tăng trưởng và sống còn. Các neurotrophins khác được sản xuất trong tế bào thần kinh và vận chuyển theo kiểu thẳng đến đầu tận thần kinh nơi chúng duy trì tính toàn vẹn của các neuron trước synapse. Thụ thể 4 neurotrophin được tạo ra và 3 thụ thể có ái lực cao của chúng được liệt kê trong bảng 4. Mỗi thụ thể trk dimer hóa, và sự tự phosphorylation khởi đầu này trong phạm vi tyrosine kinase thuộc tế bào chất của các thụ thể. Một thụ thể NGF có ái lực thấp phụ thêm là một protein 75kDa được gọi là p75NTR. Thụ thể này liên kết với tất cả bốn neurotrophins đã được liệt kê với ái lực bằng nhau. Có một số bằng chứng cho thấy nó có thể tạo thành một heterodimer với monomer trk A và dimmer này đã tăng ái lực và đặc trưng cho NGF. Tuy nhiên, hiện nay người ta còn cho rằng thụ thể p75NTR có thể hình thành homodimers trong trường hợp vắng mặt thụ thể trk gây ra apoptosis, một hiệu ứng đối lập với sự thúc đẩy phát triển bình thường và sự nuôi dưỡng tác động của neurotrophins. Các hoạt động Các neurotrophin đầu tiên được mô tả đặc điểm là NGF, một yếu tố tăng trưởng protein mà cần thiết cho sự tăng trưởng và duy trì các neuron giao cảm và 1 số neuron cảm giác. Nó hiện diện trong 1 phổ rộng các loài động vật, bao gồm cả con người, và được tìm thấy trong các mô khác nhau. Ở những con chuột đực, có 1 nồng độ cao đặc biệt trong tuyến nước bọt dưới hàm và mức độ này bị giảm bởi việc thiến, giống như ở chuột cái. Các yếu tố này được chia làm 2 tiểu đơn vị. Các tiểu đơn vị này, mỗi trong số đó có khối lượng phân tử là 13200 Da, có tất cả các hoạt động thúc đẩy tăng trưởng thần kinh, các tiểu đơn vị có hoạt động giống trypsin, và các tiểu đơn vị là serine protease. Chức năng của protease thì chưa biết. Cấu trúc của các đơn vị của NGF tương tự của insulin. NGF được dón nhận bởi neuron và được vận chuyển theo kiểu nghịch từ đầu tận của neuron đến thân tế bào của chúng. Nó cũng tồn tại trong não và chịu trách nhiệm cho sự tăng trưởng và duy trì các neuron trong não trước và thể vân. Việc tiêm huyết thanh miễn dịch kháng AGF ở động vật sơ sinh dẫn đến sự tiêu hủy hoàn toàn của các hạch giao cảm; do đó nó tạo ra chứng immunosympathectomy. Có bằng chứng cho rằng việc duy trì các tế bào thần kinh của NGF là do giảm apoptosis. Brainderived neurotrophic factor (BDNF), neurotrophin 3 (NT3), NT4/5, và NGF duy trì một mô hình khác nhau của neuron, mặc dù ở đây có một sự trùng lấp. Tổn hại của NT3 bởi một gene bất thường(knockout gene) gây ra tổn thất rõ rang của thụ thể tiến tố da, ngay cả trong heterozygotes. BDNF hoạt động nhanh chóng và có thể thực sự phân cực neuron. BDNF con chuột thiếu tế bào thần kinh ngoại biên mất cảm giác và có những thay đổi thoái hóa trầm trọng trong hạch tiền đình của chúng . Các yếu tố khác ảnh hưởng đến tăng trưởng neuron Quy luật của sự tăng trưởng neuron là một quá trình phức tạp. TB Schwann và astrocyte sản xuất yếu tố thần kinh có mao (CNTF). Yếu tố này thúc đẩy sự tồn tại của neuron bị hư hại và neuron thuộc phôi dây sống và có thể chứng minh được giá trị trong điều trị bệnh của con người trong đó neuron vận động bị thoái hóa. Glial cell linederived neurotrophic factor (GDNF) duy trì các neuron dopaminergic midbrain trong ống nghiệm. Tuy nhiên, GDNF Knockouts có tế bào thần kinh dopaminergic xuất hiện bình thường, nhưng chúng không có thận và không để phát triển một hệ thống thần kinh ruột. Một yếu tố khác giúp nâng cao sự tăng trưởng của tế bào thần kinh là bệnh bạch cầu ức chế yếu tố (LIF). Ngoài ra, tế bào thần kinh cũng như các tế bào khác đáp ứng với insulinlike yếu tố tăng trưởng I (IGFI) và các hình thức khác nhau của biến đổi yếu tố tăng trưởng (TGF), yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi (FGF), và yếu tố tăng trưởng có nguồn gốc từ tiểu cầu (PDGF) Clinical box2: so sánh khả năng tái sinh tế bào thần kinh sau chấn thương thần kinh trung ương và ngoại biên. Tái tạo theo trục Tổn thương dây thần kinh ngoại biên thường là thuận nghịch. Mặc dù trục sẽ thoái hóa dần đến phá hủy, nhưng các yếu tố liên kết của cái gọi là các gốc xa thường tồn tại. Sự mọc ra theo trục từ gốc đầu gần, phát triển cho đến đầu tận TK. Đây là kết quả của các yếu tố thúc đẩy tăng trưởng tiết ra bởi tế bào Schwann thu hút sợi trục đối với gốc ngoại biên. Các phân tử bám dính của immunoglobulin superfamily (ví dụ, NgCAM/L1) thúc đẩy tăng trưởng trục cùng màng tế bào và các chất ngoại bào. Phân tử ức chế trong perineurium đảm bảo các sợi trục tái sinh lớn lên trong một quỹ đạo chính xác. Cắt gốc đầu xa có khả năng sản xuất upregulate neurotrophins thúc đẩy tăng trưởng. Một khi các axon tái tạo đạt mục tiêu của nó, một chức năng mới kết nối (ví dụ, mối nối thần kinh cơ) được thành lập. Sự tái tạo cho phép phục hồi mặc dù không phải là đáng kể. Ví dụ, một sự điều khiển vận động tốt có thể bị làm hư hại chủ yếu bởi mộ vài neuron vận động được hướng dẫn đến một sợi không thích hợp. Các gốc đầu gần của một trục bị thiệt hại trong CNS sẽ hình thành mầm ngắn, nhưng phục hồi gốc xa thì rất hiếm, và các sợi trục bị hư hỏng không có khả năng hình thành synapse mới. Điều này là do các neuron thần kinh trung ương không có các hóa chất thúc đẩy tăng trưởng cần thiết để tái sinh. Trong thực tế, CNS myelin là một chất ức chế mạnh sự tăng trưởng axonal. Ngoài ra, sau chấn thương thần kinh trung ương một số sự kiệnastrocytic phổ biến hạt nhân, kích hoạt của microglia, hình thành sẹo, viêm, và cuộc xâm lược của miễn dịch tế bào, cung cấp một môi trường không thích hợp cho tái sinh. Vì vậy, xử lý của não và tổn thương tủy sống thường xuyên tập trung vào việc phục hồi chức năng chứ không phải là đảo ngược những thiệt hại thần kinh. New nghiên cứu là nhằm xác định cách thức để bắt đầu và duy trì tăng trưởng axonal, để trực tiếp tái tạo sợi trục tế bào thần kinh kết nối lại với mục tiêu của chúng, và để reconstitute gốc tế bào thần kinh mạch. Tóm tắt • Có hai loại chính của microglia và macroglia. Microglia là những tế bào tiêu hóa. Macroglia bao gồm các tế bào ít nhánh, các tế bào Schwann, và astrocyte. Việc đầu tiên của cả hai này là tham gia vào việc hình thành myelin; astrocyte sản xuất các chất được tropic to tế bào thần kinh, và chúng giúp duy trì nồng độ thích hợp của các ion và dẫn truyền thần kinh. • Neurons được tạo thành từ một than tế bào (soma) là trung tâm trao đổi chất của tế bào thần kinh, đuôi gai mở rộng ra phía ngoài của than tế bào và một sợi trục dài bắt nguồn từ một khu vực khá dày của than tế bào gọi là các gò sợi trục. • Các sợi trục của tế bào thần kinh có một vỏ bọc myelin, một phức hợp protein, lipid được quấn quanh các axon. Myelin là một chất cách điện có hiệu quả, và bởi sự khử cực ở sợi trục có myelin nhảy từ một eo Ranvier đến eo kế tiếp, với “current sink” tại 1 eo hoạt động cung cấp .thuộc điện đến the firing level • Orthograde giao thông xảy ra dọc theo microtubules chạy theo chiều dài của axon và đòi hỏi phải có động cơ phân tử, dynein, và kinesin. • Hai loại rối loạn xảy ra ở tế bào thần kinh hóa lý: điện thế cục bộ, nonpropagated (synapsetic, nguồn phát, hoặc electrotonic điện thế) và điện thế lan truyền (điện thế động). • Để đối phó với một kích thích depolarizing, cổng điện áp kênh Na+ kênh trở thành hoạt động, và khi điện thế ngưỡng được đạt tới, tạo ra một điện thế. Điện thế màng, đang hướng tới khả năng cân bằng cho Na+. Các kênh Na+ nhanh chóng đi vào một trạng thái đóng (bất hoạt nhà nước) trước khi trở về trạng thái nghỉ. Sự định hướng của gradient điện tích cho Na+ bị đảo ngược khi the overshoot bởi điện thế màng bị đảo ngược, và giới hạn dòng Na+. Một yếu tố thứ ba gây tái cực là sự mở cửa của cổng điện áp kênh K+. Sự mở này chậm và kéo dài hơn so với việc mở các kênh Na+, và do đó, phần lớn sự gia tăng dẫn đến K+ sau khi tăng Na+. Mạng lưới di chuyển điện tích dương ra khỏi tế bào do K+ giúp hoàn tất quá trình tái cực. Sự trở lại chậm của các kênh K + đối với trạng thái đóng cũng giải thích sự gây tái cực sau đó, rồi đến điện thế nghỉ. • Sợi thần kinh được chia thành các loại đường kính khác nhau dựa trên vận tốc dẫn truyền theo trục, và chức năng. • Neurotrophins được sản xuất bởi astrocyte và vận chuyển bằng vận chuyển ngược vào thân tế bào thần kinh, nơi chúng thúc đẩy sản xuất các protein liên kết với phát triển tế bào thần kinh, tăng trưởng, và sự sống còn của dây TK.