ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА МН

Модель нейрона

Цель работы:

изучить на математической модели нейрона, как влияет деполяризация и гиперполяризация мембраны на порог раздражения, критический уровень деполяризации и возбудимость клетки, по сравнению с интактным нейроном; показать как клеточная возбудимость в процессе жизнедеятельности нейрона регулируется при помощи механизма изменения мембранного потенциала.

I. ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

Персональный компьютер, обучающая программа МН «Модель нейрона», миллиметровая бумага.

II. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

а) Изучить теоретический материал по конспекту лекций и учебникам [Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, изд. 3-е, исп. М.: Высшая школа, 1987. , с.

258-260].

б) Изучить содержание лабораторной работы.

в) Подготовить конспект и бланк отчета по лабораторной работе.

г) Подготовить ответы на вопросы к лабораторной работе:

1.Что такое нейрон? Какова структура и функция нейрона (ответ поясните рисунком).

2.Что такое мембранный потенциал покоя, каково его происхождение, как можно рассчитать его величину (формула Гольдмана-Ходжкина-Катца).

3.Что такое локальный ответ? Как изменяется возбудимость нейрона во время локального ответа и почему (ответ поясните рисунком).

4.Что такое потенциал действия, каковы его основные фазы? Как изменяется возбудимость во время потенциала действия (ответ поясните рисунком).

5.Что такое критический уровень деполяризации, чему он равен и как связан с возбудимостью клетки?

6.Что такое возбудимость клетки? Как изменяется возбудимость клетки и порог раздражения при деполяризации и гиперполяризации мембраны?

7.Напишите формулу для определения амплитуды потенциала действия, сделайте пояснения.

8.Напишите формулу для определения амплитуды распространяющегося потенциала действия, сделайте пояснения.

9.Опишите механизм распространения потенциала действия по мякотному и безмякотному волокнам (ответ поясните рисунком).

10.Как зависит амплитуда локального ответа от силы и длительности раздражающего воздействия (ответ пояснить рисунками).

11.Объяснить, как изменяется критический уровень деполяризации при переходе от деполяризации к гиперполяризации (ответ пояснить рисунком).

12.Описать основные этапы возбуждения клетки с позиции проницаемости мембраны, как изменяются при этом потоки ионов через мембрану (ответ пояснить рисунком).

III. ТЕОРИЯ МЕТОДА, ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И СПОСОБА ИЗМЕРЕНИЯ

Нейрон (от латинского слова – neuronum, что в дословном переводе означает нерв или нервная клетка) является основным структурным и функциональным элементом нервной системы. Нейрон способен воспринимать раздражение, переходить в состояние возбуждения, вырабатывать (генерировать) нервные импульсы, так называемые потенциалы действия (ПД) и передавать их другим клеткам.

Структура и размеры нейронов сильно варьируют. Так размер клеток-зёрен коры больших полушарий составляет всего 4-6 микрометров, тогда как размер пирамидных клеток больших полушарий достигает 130 микрометров. Нейрон имеет сому или тело клетки и два вида отростков:

дендриты (от греческого слова – dendron, что означает дерево) многочисленные ветвящиеся отростки, проводящие нервные импульсы к телу клетки;

аксон (от греческого слова – axon, что в переводе означает ось) проводящий нервные импульсы к другим нейронам или эффекторным клеткам. Место отхождения аксона от тела нейрона называется аксонным холмиком.

Вцентральной нервной системе тела нейронов сосредоточены в сером веществе больших полушарий головного мозга, подкорковых образований, мозгового ствола, мозжечка и спинного мозга. Покрытые миелином аксоны нейронов образуют белое вещество различных отделов головного и спинного мозга.

Тело нейрона и его отростки покрыты мембраной избирательно проницаемой для ионов калия и натрия. Следует отметить, что потоки калия и натрия через мембрану клетки существенно изменяются при возбуждении, при этом значительно изменяется мембранный потенциал. Под мембранным потенциалом (МП), как вы знаете, понимают разность потенциалов между внутренней и наружной поверхностью мембраны. Мембранный потенциал покоя большинства нервных клеток обычно варьирует в пределах 50 – 80 милливольт, а потенциал действия – 90

– 135 милливольт. Длительность пика потенциала действия (ПД) обычно составляет 1 – 3 миллисекунды. Пик потенциала действия, как правило, сопровождается следовыми потенциалами – следовой деполяризацией и следовой гиперполяризацией. Следовые потенциалы можно зарегистрировать с помощью микро электрода, введенного внутрь клетки. Потенциал действия возникает, в ответ на раздражение, при деполяризации мембраны клетки до критического уровня. Под критическим уровнем деполяризации (КУД), таким образом, понимают такую минимальную деполяризацию клеточной мембраны при которой возникает потенциал действия. В свою очередь, та минимальная сила раздражителя, которая приводит к генерации потенциала действия, называется порогом раздражения нервной клетки. Более высокой возбудимостью обладает мембрана в области аксонного холмика и начального сегмента аксона, где аксон не покрыт миелиновой оболочкой. Для возникновения потенциала действия в этом участке достаточно деполяризовать

144