Миеленді, миеленсіз аксондарда жүйке импульстарының туындауы және өткізілуі. Өткізу жылдамдығы. Мембраналық потенциал, тыныштық потенциалы және әрекет потенциалы. Биология, 9 сынып, дидактикалық материал.

Дидактикалық материалдар

1-қосымша

Импульстар жүйке жасушалары арқылы қалай қозғалады?

 Импульстар бір нейроннан екінші нейронға жасушаның ішкі және сыртқы иондарының электрлік потенциал айырмашылығына байланысты тасымалданады. Жасуша мембранасы калий иондарын селективті өткізсе, натрий иондарын өткізбейді.

 Негізгі кезеңдері:

 1 Тыныштық кезең.

Нейрон импульс өткізбейді.

Клетка ішінде калий концентрациясы жоғары.

Клетка сыртында натрий концентрациясы жоғары.

2 Деполяризация кезеңі.

Жүйке жасушасы стимуляцияланады.

Na⁺ иондары жасуша мембранасы арқылы оңай ішке тасымалданады.

Жасуша мембранасының сыртқы беті жасуша ішіне қарағанда көбірек оң зарядталған.

3 Реполяризация кезеңі.

Жасуша мембранасы деполяризацияланғанда К⁺ иондары автоматты түрде жасуша мембранасы арқылы сыртқа шығады.

4 Импульстың өту кезеңі.

Аксон жасушаларындағы иондардың қозғалысы арқылы импульс өтеді. Омыртқалы жануарлардың жүйке жасушалары миелин қабығымен қапталған. Арасында буындары (узел) болады.

Миелин қабығы диэлектрик болып табылады. Ион алмасу тек буындарында жүзеге асады.

5 Синапс арқылы берілу кезеңі.

Синапс деп бір нейронның аксоны мен екінші нейронның дендритінің арасындағы байланысты айтады.

Импульстар нейротрансмиттер деп аталатын химиялық мессенджерлер көмегімен синапс арқылы беріледі. 30 аса нейротрансмиттерлер бар.

Нейротрансмиттер қызметі:

1 Келесі жүйке жасушасының әрекет потенциалын стимуляциялайды.

2 Импульстың өтуін жылдамдатады.

3 Келесі жүйке жасушасының әрекет потенциалын тоқтатады.

4 Импульстың өтуін баяулатады немесе толықтай тоқтатады.

6 Рефракторлы кезең.

Тыныштық кезеңіне өту кезеңі. Ол 0,004 с уақытты құрайды. Жүйке импульстары дененің бір бөлігінен екінші бөлігіне бірнеше миллисекунд ішінде беріледі. Яғни, тітіркендіргіштерге тез жауап қайтарады.

Бірақ жүйке импульстары, электр проводындағы тоқтың жүру жылдамдығынан төменірек. Электр тоғы 3х108 м/с.

Жүйке импульсының өту жылдамдығы 3 факторға тәуелді:

1Температура. Температура жоғары болған сайын импульстың өту жылдамдығы да жоғары болады. Мысалы, жылықанды гомойотермды жануарларда, салқынқанды пойкилотермділерге қарағанда жүйке импульсы тез беріледі.

2Аксон диаметрі. Аксон диаметрі үлкен болған сайын импульстың берілуі де жылдам болады.

Мысалы, 0⁰С температура шамасында тіршілік ететін теңіз омыртқасыздарының аксондары қалың болып келеді. Кальмарлардың алып аксондары болады.

3 Миелин қабығы. Тек омыртқалы жануарларда аксонды каптайтын миелин қабығы болады.

Аксонда миелин қабығы жоқтарда импульстың максимальді жылдамдығы 1 м/с болса, миелин қабығы барда 100 м/с. Ранвье және миелин қабығының буындарындағы ион каналдары күшті электрлік изолятор болып табылады. Яғни. электрлік импульстарды жақсы өткізеді.

2-қосымша

Миелинді қабықша.

Миелин — жүйке талшығының миелинді қабықшасын түзетін зат.

Миелинді қабықша — көпдеген нейрондардың акондарын қаптайтын электроқшаулаушы қабықша. Миелинді қабықшаны глиальды жасушалар түзеді: перифириялық жүйке жүйесінде – Шванн жасушалары, орталық жүйке жүйесінде – олигоденроциттер. Миелинді қабықша глиальды жасушаның жалпақ денесінен түзіледі, аксонды бірнеше рет орап қаптайды, изоляциялық лента тәрізді қаптайды. Өсіндіде цитоплазмасы жоқ дерлік, нәтижесінде миелинді қабықша жасушалық мембрананың көп қабаттарынан құралады.

Миелин үзілісі Ранвье буындары аймақтарында үзіледі, осы буындар әрбір 1 мм аралықтарда кездеседі. Ионды ағыс миелин арқылы өте алмағандықтан, иондардың кіруі мен шығуы тек Ранвье буындары аймақтарында жүзеге асады. Бұның себептерінен жүйке импульсінің өту жылдамдығының артуына әкеледі. Миелинденген талшықтар арқылы имупльс шамамен 5-10 есе жылдам өтеді, миеленденбеген талшықтарға қарағанда.

Жоғарыда айтылғаннан, миелин және миелиндік қабықша синоним болып келеді. Бұл әрекет потенциалының таралуын сальтаторлы деп атайды (лат. Сальтаре - секіру) импульстің таралу жылдамдығы 120 м/с жетуі мүмкін.

Схема – миелинді (А) және миеленденбеген (Б) аксондар бойымен әртүрлі ұзындықты жергілікті тізбектерде түзілуін сипаттайды. Бірінші жағдайда жүйкелік өткізгіштік сальтаторлы деп аталады, секірмелі, себебі әрекет потениалы жылдам Ранвье буындары арқылы «секіреді»

Миелиннің химиялық құрамы мен құрылысы: әртүрлі глиальды жасушалардан түзілетін миелиннің химиялық құрамы әртүрлі болады, түсі – ақ. Шамамен миелиннің 70-75% липидтерден құралады, 20-25% нәруыздардан.

Склероз – аутоиммундық ауру, кейбір жүйкелердің аксондардың миелинді қабықшаның бұзылуымен байланысты болады, координацияның және тепе теңдіктің бұзылуына әкеледі.

Миелинді қабықша омыртқалыларға тән, ал миеленденбегенталшықтар омыртқасыздарға тән болып келеді. Бұл аксндардағы импульстің таралу жылдамдығы 0,5 м/с құрайды.

Жүйкелік код.

Организм қалай шын мәнінде қалай тітіркндіргіштің күшін қалай анықтайды (сигналдың)? Сигналдың интенсивтілігі әрекет потенциалының санына әсер етеді, уақыт бірлігіде пайда болған, сигнал неғұрлым күшті болса (белгілі шек аралығында) – соның әсерінен жүйкелік импульстер генерацияланады. Сонымен, сөз жиілік код туралы айтылады.

«Бәрі немесе ештеңе» (все или ничего) заңы: сигналдың интенсивтілігі төмен болғанда әрекет потенциалы мүлдем пайда болмайды, ал егер ол пайда болса, оның амплитудасы сигнал интенсивтілігіне тәуелді болмайды және бірқалыпты болады.

Табалдырықты тітіркендіргіштер жауап реакциясын тудырмайдi (ештеңе), табалдырық тітіркендіргіштерге максимальды жауап реакциясы туындайды (бәрі).

Суретте «бәрі немесе ештеңе» типі бойынша жауап берілген. Нейрондарда әркет потенциалы п.б. үшін, тітіркендіргіш белгілі бір «табалдырықты күшке» жетуі тиісті. Кейінгі тітіркендіргіштіктің күшінің жоғарылауы келесі әрекет потенциалдарының амплитудаларының жоғарылауына әкелмейді, бірақ олардың генерация жиілігі жоғарылайды.

Рефракторлық кезең

Рефракторлық кезең – бұл тыныштық потенциалы. Нейронның ішкі және сыртқы жасуша мембранасының беттінің потенциалының әртүрлілігі жасушаның ішкі беті сыртқы ортаға қарағанда теріс зарядталған. Бұл феномен мембрананың поляризациясы деп аталды. Тыныштық потенциалы -70 мВ құрайды. Бұл потенциал иондардың мембрана арқылы белсенді тасымалы және диффузия салдарынан сақталады.

Аксонның аксоплазмсында (цитоплазма) калий иондары көп, ал натрий иондары аз болып келеді. Қоршаған ортада қарама қарсы бейне бақыланады, калий иондарының концентрациясы аз, ал натрий иондарының иондары керісінде жоғары болады. Соның салдарынан ондардың трансмембараналық электрохимиялық градиенті түзіледі. Иондардың электрохимиялық қасиеттері олардың зарядтарымен анықталады: біркелкі зарядтар итеріледі, әртүрлі зарядтар тартылады. Иондардың қозғалысына ерітіндідегі олардың концентрациясы де әсер ететді.

Тыныштық потенциалы иондардың олардың электрохимиялық градиетіне қарсы натрий-калий насосы арқылы сақталады, белсенді тасымал жүзеге асырылу арқылы. Насос тасымалдаушы – нәруыздардан құралған, олар жасуша мембаранасына орнатылған (құрамына кіреді). Бұл насос жұмысы үшін АТФ энергиясы қажет және антипорт принципі бойынша жұмыс жасайды,аксоннан натрий иондарын сыртқа «тартып» шығарады, ал калий иондарын ішке «сорып» алады.

Иондардың белсенді тасымалына қарсы әрекет енжер трансмембраналық диффузия әсер етеді. Спецификалық ионды каналдар арқылы электрохимиялық градиент бойынша диффузия жүзеге асады. Бұл диффузияның жылдамдығы белгілі ион үшін өткізгіштігімен анықталады. Аксонда бұл өткізгіштік калий иондары үшін 20 есе жоғары болады, натрийге қарағанда. Нәтижесінде аксонда катиондар аз бола бастайды және теріс заряд қалыптасады. Бұл тыныштық потенциалын қалыптастырады. Тыныштық потенциалы негізінен (басты) калийдің электрохимиялық градиентімен анықталады.

Миелинсіз жүйке талшығының құрылысының схемасы:

Миелинсіз жүйке талшығының құрылысы

А –бойлық кесіндісі; Б –көлденең кесіндісі; 1 - осьтік цилиндрлер; 2 - аксолемма; 3 - мезаксон; 4 –нейролеммоциттің жасуша қабықшасы (шванн жасушасы); 5 –нейролеммоциттің цитоплазмасы; 6 –нейролеммоциттің ядросы; 7 –екі нейролеммоциттердің контакттары

Жүйке талшықтары (neurofibrae) жүйке жасушаларының өсінділері болып келеді, олигоденроциттер (нейролеммоциттер немесе шванн жасушалары) түзген қабықшамен қапталған. Миелинді және миелинсіз талшықтардың түрлері ажыратылады. Миелинсіз талшықтарда, вегетативті жүйке жүйесінің талшықтарында кездесетін, нейрондардың өсінділерін, (осьтік цилиндрлері) осы өсінділерді қаптайтын олигоденроциттің цитоплазмалық мембранасын майыстырады. Бір шванн жасушасына бірнеше осьтік цилиндірлер енуі мүмкін.

Миелинді жүйке талшығының құрылысы

Жүйке талшығында миелиндік қабықшаның түзілуі:

1 –нейролеммоцитте (шванн жасушасы) аксолемма және цитолемманың контакты;

2 –жасушааралық саңылау, тесік (щель);

3 - нейролеммоциттің аксолеммасы және цитолеммоцитті;

4 - нейролеммоциттің цитоплазмасы;

5 - мезаксон

Миелинді жүйке талшықтары миелинсіз талшықтарға қарағанда жуан болады, себебі шванн жасушасы (нейролеммоцит) спиральды түрде жүйке жасушаның осьтік цилиндірге (аксон) оралады. Миелин – нейролеммоцит цитоплазмалық мембранасының екі қабатқа бірнеше рет оралуы болып келеді. Қатты және жуан миелинді қабықша липидтерге бай, жүйке талшығын изоляциялайды және осьтік цилиндірден жүйке импульсінің ағып кетуін тоқтатады.Әрбір нейролеммоцит осьтік цилиндірдің тек бір бөлігін орайды, ұзындығы 1 мм шамасында, жүйке талшықтың буынаралық сегментін құрайды. Екі көршілес нейролеммоциттердің шекараларында жүйке талшығының жіңішкеруі түзіледі – бұл жүйке талшығының буынын құрайды (Ранвье буыны), оның ені 0,5 мкм, бұл жерде миелиндік қабық жоқ болады. Бұл жерде осьтік цилиндір нейролеммоциттердің цитолеммасымен контакт жасайды.

Миелиндік жүйке талшығының құрылысы:

1 - мезаксон;

2 - осьтік цилиндр;

3 - нейролемманың кертіктері (насечки);

4 –жүйке талшығының буыны;

5 –нейролеммоциттің цитоплазмасы;

6 –нейролеммоциттің ядросы;

7 - нейролемма;

8 - эндоневрий (по В.Г. Елисееву и др.)

3-қосымша

Әрекет потенциалы

Аксонға электр тоғымен стимуляция жасағанда ішкі мембрананың бетіндегі потенциалы өзгереді -70 +40 мВ дейін. Бұл поляризацияның өзгерісі – әрекет потенциалы деп аталады және екі сәулелі осцилографпен тіркеледі, қисық сызық түрінде.

Бұл құбылыстың салдары – натрий каналдарының өзгерісі болып келеді. Олар қақпамен қамтамасыз етілген, ерекше полипептидті тізбектердің арқасында ашыла алады және жабыла алады. Қақпалары жабық болғанда мембрананың, иондарға сәйкес келетін каналдар үшін, өткізгіштігі төмендейді; ал ашық күйде – өседі. Жасуша тыныштық күйде болғанда, натрийлі қақпалар жабық болады, сондықтан да мембрана калий иондары үшін 20 есе өткізгіш болып келеді.

Әрекет потенциалы натрийлі қақпалардың кенеттен, қысқа уақыт аралығында ашылуынан п.б. Бұл аксон мембранасының табалдырықты деполяризациясына әкелетін, сигналға жауап ретінде пайда болады. Оның трансмембраналық айырманың потенциалын азайтуға әкеледі, үлкен емес бірақ осы реакция үшін жеткілікті айрмаға жеткілікті болады. Қақпалардың ашылуы мембраналардың натрий иондары үшін өткізгіштігін жоғарылатады және олар жасушаға диффузия жолмен енеді. Бұл жасушаның ішінде оң иондардың мөлшерін үлкейтеді, одан жоғары деполяризацияға әкеледі: трансмембраналық потенциал терістен нөлдік деңгейге дейін өзгереді (толық деполяризациялақ күйі), содан кейін оң болып қалады. Натрий қақпалары деполяризацияға сезгіш болғандықтан, осы құбылыс кезінде олардың ашылу саны да өседі. Бұл жасуша ішіне натрийдің келуін күшейтеді және одан ары деполяризациясына әкеліп соғады. Сонымен тыныштық және әрекет потенциалдары бір-бірін стимуляциялайды, оң теріс қайтымды байланыс арқылы механизмі бойынша дамиды. Аксон ішіне натрийдің ағымының жылдадығы артады. Максимальды трансмембраналық потенциалдардың айырмасы + 40 мВ дейін жетеді. Төмендегі кестеде көрсетілгендей, бұл концентрация жасуша ішіндегі натрий иондарының максимальды концентрациясына сәйкес келеді. Потенциалдардың айырмасының амплитудасы -70 +40 мВ дейін жетеді, 110 мВ сәйкес келеді. Есептеулер көрсеткендей, аксон ішіне натрий иондарының аз ғана мөлшері енуі қажет болады – іште орналасатын миллионнан бір үлесіндей.

Натрий қақпалары ашылғаннан кейін деполяриздалған мембрана калий қақпаларының ашылуына әкеледі. Нәтижесінде жасушадан калий иондары диффузиясы күшейеді, ал олардың заряды натрий иондарының зарядтарына сәйкес келтіндіктен, олардың шығуы аксонның ішкі ортасын аздау оң етеді – реполяризация процессі басталады, алғашқы тыныштық потенциалына қайта оралады.

Әрекет потенциалы өзінің максимальды деңгейіне жеткенде натрий қақпалары жабыла бастайды, мембрананың натрий үшін өткізгіштігі төмендейді. Бірақ осы кезде натрий-калий насостары өзінің жұмысын тоқтатпайды, соның салдарынан тыныштық потенциалы қалпына келеді. Реполяризациясы әрекет потенциалының шының алғашқы деңгейіне төмендеуіне дейін әкеледі. Мембрана потенциалы теріс деңгейге дейін төмендейді. Гиперполяризация жүреді, себебі калий насостары натрий насостарына қарағанда кешірек жабылады және жасушала олар арқылы «артық» оң зарядтарды жоғалтады. Бірақ калий иондары жасушаға енуі тоқтамайды, біртіндеп трансмембраналық электрохимиялық тыныштық потенциалы қалыпына келеді.

Тыныштық потенциалы калий иондарымен анықталады, ал әрекет потенциалы – натрий иондарымен анықталады.

Жүйке импульстері – әрекет потенциалы болып келеді, аксон бойымен таралатын, деполяризация толқыны түрінде. Аксонның сыртқы беті потенциал пайда болған жерінде теріс зарядты болады.

4-қосымша

Тапсырма №1. Жүйке импульстарының жүру ретін көрсетіңіз:

Тапсырма№ 2. Жүйке импульсының өту жылдамдығына тәуелді факторларды сипаттаңыз.

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Тапсырма №3.Сәйкестендіріңіз.

1Жасуша ішінде калий концентрациясы жоғары; 2 Жүйке жасушасы стимуляцияланады; 3 Аксон жасушаларындағы иондардың қозғалысы арқылы импульс өтеді; 4 калий иондары жасуша мембранасының сыртына шығады 5 бір нейронның аксоны мен екінші нейронның дендриті арасындағы байланыс - синапс жүзеге асады 6 нейротрансмиттерлер қолданылады 7 тыныштық кезеңге өту кезеңі 8. Белсенді тасымалдану жүзеге асады.

Тапсырма №4. Жүйке импульсінің туындау механизмін түсіндіріңіз

.............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Тапсырма №5. Жүйке импульсінің аксон бойымен өтуінің «мылқау» графигін жазыңыз

1....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

2....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

3....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

4....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

5....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Тапсырма №6.Берілген кестеден миелинді және миелинсіз нейрондардаға сәйкес келетін сипаттамаларды анықта. Берілген сандарды кестедегі сәйкес орынға теріп жаз.

• Қалың май қабаты бар
• Электр импульстардың өту жылдамдығы 70-120 м/сек
• Электр импульстардың өту жылдамдығы 0,5 м/сек. 
• Жұқа жіңішке талшықтар
• Қозудың таралуы секірмелі
• Невриллемамен қапталған
• ӘП қозу күйіндегі және одан кейінгі тыныштық күйдегі Ранвье үзілістері арасында туындайды.
• Қозған және қозбаған үлескілер арасында пайда болатын бір орындағы (жергілікті) қозудың көмегімен іске асады.
• Вегетативті жүйке жүйесіне және омыртқасыз жануарларға тән
• Оталық жүйке жүйесіне және омыртқалы жануарларға тән