Az irányítás két alapformája
Irányítás két alapformája
- Az élő rendszerekben végbemenő folyamatok meghatározott irányítás alatt állnak
- Alapjel képzés: valamilyen jellemzőnek tervezett értéket kell adni
- Kell érték
- Mérés: ugyanannak a jellemzőnek a tényleges értékét méri a rendszer
- Van érték
- Összehasonlítás: a különbség meghatározása a kell és a van érték között
- Hibajel
- Döntés: beavatkozás a rendszer működésébe
- a szabályozás módszerei a vezérlés és a szabályozás
- Alapjel képzés: valamilyen jellemzőnek tervezett értéket kell adni
- Vezérlés: az irányított rendszert egyirányítóan működteti a vezérlő
- Az irányított rendszer működése során nem hat a vezérlő központra
- Egyirányú kapcsolat
- Szabályozás: az irányított rendszer folyamatosan visszajelez a központnak, befolyásolva annak működését, ez egy kétirányú kapcsolat
- Visszacsatolások szerepe a szabályozásban
- Negatív visszacsatolás: a rendszerből kilép hatások gyengítik a belépő hatásokkal, ellentétesek azokkal
- A biológiai szabályzás alapja
- A szabályozó rendszer a hibajellel ellentétes előjelű hatással módosítja a rendszer működését
- Példa:
- Alacsony környezeti hőmérséklet esetén a testhőmérséklet csökken
- A központ összehasonlítja a kell és a van értéket, létrejön a hibajel
- A fűtőközpont aktivitása fokozódik (belépőhatás)
- A testhőmérséklet emelkedik (kilépőhatás)
- Ez csökkenti a fűtőközpont aktivitását
- Önszabályozás: ha a rendszer egy dinamikus egyensúlyi állapotban tartja fenn magát
- Pozitív visszacsatolás: a rendszerből kilépő hatások tovább erősítik a belépő hatásokat, azonos irányúak azokkal
- Negatív visszacsatolás: a rendszerből kilép hatások gyengítik a belépő hatásokkal, ellentétesek azokkal
- Kommunikáció
- A szervezet homeosztázisát a biológiai szabályzás teszi lehetővé
- A szervek működésének összehangolása
- Alapja a jelek: kémiai, elektromos
- Egyes sejtek kibocsájtják
- A célsejtek felismerik, melynek következtében a működését megváltoztatják
- Endokrin kommunikáció: hormonális
- Neurokrin kommunikáció: idegi szabályozás
- Parakrin kommunikáció: a tápcsatorna falában termelődő szöveti hormonok
- Autokrin kommunikáció: az elválasztott anyag a sejt saját működését befolyásolja
- Hormonrendszer és idegrendszer összehangolt működése
- Szoros kölcsönhatásban dolgoznak
- Neuroendokrin rendszer
- A belső elválasztású mirigyek szabályzása:
- Neuroszekréció: pl. az agyalapi mirigy elülső lebenye
- Közvetlen idegek: pl. a mellékvesevelő sejtjei
- Hormonok közvetítése: pl. az agyalapi mirigy pajzsmirigyserkentő hormonja
- Belső környezetváltozás: pl. az inzulin termelődését a vércukorszint szabályozza
- Funkciója:
- Morfogenetikus hatású: bizotsítja a gének által meghatározott testméretek kialakulását
- a belső környezet szabályozása, fenntartja a homeosztázist
- lehetővé teszi a fajfennmaradást (ivarsejtek termelődése, embrionális fejlődés zavartalansága, szaporodáshoz szükséges magatartásformák)
Idegrendszer: sejtszintű folyamatok
Idegsejt felépítése, változatossága, funkciója
- Ingerület keletkezése
- Ingerület: az inger haladása az idegsejtekben
- Bioelektromos jelenség
- A megfelelő ingerre az ingerlékeny szövetek anyagcseréjük megváltoztatásával válaszolnak
- Ingerület vezetése
- Ha az inger kellő erősségű, az ingerület nem szorítkozik az ingerlés közvetlen helyére, hanem szétterjed az egész szövetben
- Megnyilvánulásának jellegét az ingerlékeny szövet tulajdonságai határozzák meg
- Válasz pl:
- Izomösszehúzódás
- Mirigy-válladéktermelés
- Ingerületvezetés
- Az ingerület a keletkezési helyétől minden irányba szétterjed a membránon
- Sebesség néhány cm/s – 120 m/s
- a már depolarizált membránrészletek hatással vannak a nyugvó membránrészletekre és azokat depolarizálják
- az ingerület visszafelé nem terjedhet (refrakter stádium)
- Idegrostok esetén a depolarizáció csak a gliasejtek közötti befűződésekben jöhet létre -> az idegrostok ugrálva terjed (saltatorikus vezetés)
- Gyorsabb ingerületvezetés
- Gerinctelenekben nincs velőshüvely borítás -> axon vastagságának növelésével fokozzák a vezetés sebességét
- Pl. óriásaxon a tintahalakban
- Minél nagyobb az idegrost átmérője, annál gyorsabb a vezetés, mert nő a felületen található ioncsatornák mennyisége
- Ingerület más sejtekre való továbbadása
- Az ingerületvezetés a potenciálkülönbségen alapszik
- Minden sejtre jellemző, de a különbség nem túl nagy
- Ingerületvezető sejtek csak:
- Idegsejtek
- Izomsejtek
- Ingerületvezető sejtek csak:
Potenciálkülönbség
- Kémiai és elektromos potenciálok összefüggése az ionmozgásokkal
- A sejtek elektrokémiai tulajdonságainak hajtóereje:
- Koncentrációkülönbségek a kémiai potenciált alakítják ki
- Bizonyos ion vagy molekula a sejten kívüli és belüli térben eltérő koncentrációjú
- Hajtóereje lehet az adott ion vagy molekula mozgásának
- Töltéskülönbségek az elektromos potenciált alakítják ki
- A sejten belüli és kívüli tér között töltéskülönbség
- A töltéssel rendelkező ionok és molekulák törekednek a töltéskülönbség semlegesítésére
- Mindkét hajtóerő egyszerre van jelen az élő szervezetben
- Az adott sejt elektrofiziológiai állapota e két hajtóerő eredőjeként alakul ki
- Koncentrációkülönbségek a kémiai potenciált alakítják ki
- A sejtek elektrokémiai tulajdonságainak hajtóereje:
- Élő sejtek membránjának két oldalán az ionok koncentrációja nem azonos
- Membránpotenciál: minden élő sejtre jellemző, a sejthártya két oldalán a sejten belüli és sejten kívüli tér között potenciálkülönbség van =feszültség
- Membránpotenciál ennek a feszültségnek az értéke
- 20 és 100 mV között
- Kialakulásának oka: a sejthártya két oldalán a különböző töltéssel rendelkező részecskék megoszlása eltérő
- A feszültség mérése: a sejt belsejébe és a sejten kívüli térbe helyezett mikroelektródák között, mV-ban (Donnan-féle egyensúly)
- Egyenlőtlen ioneloszlás hozza létre
- Membránpotenciál: minden élő sejtre jellemző, a sejthártya két oldalán a sejten belüli és sejten kívüli tér között potenciálkülönbség van =feszültség
- Nyugalmi potenciál, idegsejteknél: -70mV (-50 és -90 mV között)
- Hatásoktól mentes sejt membránpotenciálja
- A membránpotenciál értékét negatív előjellel vesszük (megállapodás alapján)
| Ion | Koncentráció sejten belül (mmol/dm3) | Koncentráció sejten kívül (mmol/dm3) |
| Na+ | 15 | 150 |
| K+ | 150 | 5,5 |
| Cl- | 9 | 125 |
| Fehérjeanion | Sok | elvetve |
- Sejten belüli tér jellemzői:
- Nem diffundáló, nagymértékű anionokat tartalmaz
- Fehérjék
- Foszforilált anyagcsere köztestermékek
- RNS
- Magas K+ koncentráció
- Alacsony Na+ koncentráció
- Alacsony Cl- koncentráció
- Elektród negatív potenciálú
- Sejten kívüli tér jellemzői:
- Magas Na+ koncentráció
- Alacsony K+ koncentráció
- Magas Cl- koncentráció
- Magas Ca+ koncentráció (főleg szívizomban van jelentősége)
- Elektród pozitív potenciálú
- Nem diffundáló, nagymértékű anionokat tartalmaz
- Helyi (lokális) potenciál kialakulásának helye és feltételei
- Membránpotenciál értéke változhat
- Hipopolarizáció: a membránpotenciál értéke csökken (Na+ beáramlása, serkentő szinapszisok)
- Depolarizáció: a membrán polarizációja megszűnik
- Hiperpolarizáció: a membránpotenciál értéke nő (K+ kiáramlása, gátló szinapszisok)
- Egyenlőtlen ioneloszlás: ionáramok megváltozása
- Ioncsatornák, ionpumpák
- Na-K-pumpa (ATP-áz, ATP-bontó enzim)
- Aktív transzporttal 1 ATP hidrolízise mellett 3 Na+-t juttat ki és 2 K+-t visz be a sejtbe
- A sejt ATP készletének 30%-át haszánlja el
- Funkció
- Eltávolítja a sejt belsejéből az enzimműködést gátló Na+-t
- Szabályozza a sejt ozmotikus nyomását
- Biztosítja a sejt optimális alakját
- Blokkolásakor a sejt duzzadni kezd
- Nyugalomban a sejtek Na+ és K+ készletei állandóak
- A sejthártyában található szivárgási csatornákon keresztül a sejt folyamatosan K+-t veszít és Na+-t vesz fel diffúzióval
- Ioncsatornák
- Ligand- és feszültésgfüggő csatornák
- Egyes ionok külön csatornái
- Nyithatók és zárhatók
- Gyors vagy lassú
- Na-K-pumpa (ATP-áz, ATP-bontó enzim)
- Ioncsatornák, ionpumpák
- A nyugalmi potenciál értéke változhat
- Endogén módon: a sejtek anyagcseréjének változása okán
- Külső inger nélkül, megváltozik az ionáramok erőssége
- Automatikus működés
- Pl. szívizomsejtek (szinuszcsomó), egyes idegsejtek, simaizomsejtek
- Működésük alapja a biológiai időmérésnek (biológiai óra)
- Külső inger hatására
- Endogén módon: a sejtek anyagcseréjének változása okán
- Membránpotenciál értéke változhat
- Tovaterjedő potenciál kialakulásának helye és feltételei
- Akciós potenciál: idegsejtek, izomrostok, izomsejtek, mirigysejtek inger hatására ingerületi állapotba kerülhetnek, képesek nyugalmi potenciáljuk gyors megváltoztatására és helyreállítására
- Szakaszai a nyugalmi potenciált követően
- Depolarizáció (Na+ és vagy Ca2+ beáramlás) -> a sejttesten vagy dendriten helyi, lokális potenciálváltozás alakul ki
- Erőssége arányos az inger erősségével (az ingerületátvivő anyag mennyisége, terjedése térben és időben csökkenő mértékű)
- Ha nem éri el az ingerküszöböt, visszaáll a nyugalmi potenciál
- Ha egy sejttesten egyidejűleg több helyi potenciál -> hatása az axondombnál összegződhet
- Ha eléri az ingerküszöb értékét -> a feszültségfüggő Na+-csatornák tömegesen nyílnak meg az axoneredésen -> akciós potenciálhullám alakul ki
- Csúcspotenciál (+30 mV)
- Repolarizáció (K+ kiáramlás)
- Hiperpolarizáció (K+ kiáramlás)
- Mivel nagy mennyiségű K+ ion hagyja el a sejtet, kis mennyiségű Cl- is beáramlik a sejtbe
- A nyugalmi potenciálnak megfelelő ioneloszlást a Na-K-pumpa állítja helyre
- A folyamat gyors, kb. 3-4ms
- A folyamatok összessége az akciós potenciál (1-5 ms-ig)
- Depolarizáció (Na+ és vagy Ca2+ beáramlás) -> a sejttesten vagy dendriten helyi, lokális potenciálváltozás alakul ki
- Nyugalmi és akciós potenciál összehasonlítása
Inger
- Inger: külső, belső környezeti hatások, amelyek megváltoztatják egyes sejtek működését, anyagcseréjét
- Ingerület (akciós potenciál): inger hatására bekövetkező anyagcsere-változás, membránpotenciál-változás
- Ingerküszöb: a legkisebb inger (potenciálváltozás), amely kiváltja az akciós potenciált
- a membránnak az a legkisebb változása, amelyik kiváltja az akciós potenciált
- küszövinger: az a legkisebb energiamennyiség, amelynek hatására már kialakul az akciós potenciál
- Példa: hogyan változhat meg az ingerküszöb külső és belső környezeti hatásokra
- Külső hatások:
- Küzdelem esetén endogén opiátok képződnek -> ingerküszöb emelő hatás, csökkent fájdalomérzet a sérülések során
- Belső hatások
- Alacsony testfolyadékok (vér) kalciumszintje, csökken az izomrostok membránjának ingerküszöbe
- Fokozódik az ideg-izom ingerlékenység -> vázizmok görcsösen összehúzódnak
- Külső hatások:
- Inger erőssége a csúcspotenciál hullámsorozat szaporaságában kódolt
- Az inger erősségét az idegsejt a csúcspotenciálok sorozatának szaporaságában (frekvenciájában) kódolja
- Erősebb ingerek nagyobb frekvenciájú akciós potenciálokat eredményeznek
- A preszinapszisból ürülő átvivőanyagok mennyisége arányos a preszinapszis membránján terjedő akciós potenciálok frekvenciájával
- A posztszinapszison kialakuló helyi potenciálváltozás arányos az ürült neurotranszmitterek mennyiségével
- Gyenge ingerek:
- Kevés átvivőanyag a szinaptikus részben
- Esetleg rövid idő alatt egymást követő küszöb alatti ingerek hatásai összeadódva válthatják ki az akciós potenciált
- Erősebb ingerek:
- Nagy mennyiségű neurotranszmitter ürülését eredményezik
- Minden vagy semmi törvénye: ha egy inger erőssége eléri az ingerküszöb értékét, a kialakuló akciós potenciál értéke maximális, amplitúdója tovább nem fokozható
- Az erősebb ingerek a frevenciát növelik
- Ha a helyi potenciálok nagysága nem éri el az ingerküszöb értékét, nem alakul ki akciós potenciál
- Az idegsejt membránpotenciáljának változásai az axoneredésnél tovaterjedő csúcspotenciált válthatnak ki
- Csúcspotenciál(ok) akkor alakulhat(nak) ki az axoneredésen, ha a helyi potenciálok eredője az axondombon meghalad egy küszöbértéket (ingerküszöböt)
Receptor
- Receptor: ektodermális eredetű, módosult idegsejtek, a reflexív első tagjai
- Olyan sejt vagy idegvégződés, amely különféle ingereket képes felfogni azáltal, hogy a környezeti hatások ingerületi folyamatokat, potenciálváltozást eredményeznek működésével
- Elhelyezkedésük lehet egyesével vagy csoportosan
- Érzékszervek: ha támasztósejtekkel vannak körülvéve
- Felfogják a külső és belső ingereket
- Receptornak megfelelő (adekvát) inger
- Az adekvát ingerek energiát tartalmaznak, melyet a receptor bioelektromos jelenséggé alakít át
- Az az inger, mellyel szemben a receptornak a legkisebb az ingerküszöbe, ennek megfelelően receptorfajták (mechano-, foto-, termo-, kemoreceptorok)
- Típusai
- Mechanikai (tapintás, hallás)
- Nyomást érzékeli
- Bőr, szőr
- Kémiai (ízlelés, szaglás)
- Kémiai anyagokat érzékel
- Ízlelőbimbók, szaglósejtek, vérkoncentráció
- Fény (látás)
- Fényt érzékeli
- Retina, szem
- Hő (hőség, hidegérzet)
- Hőmérsékletváltozást érzékeli
- Bőr
- Fájdalom (szöveti sérülés)
- Mechanikai (tapintás, hallás)
A szinapszis
Szinapszis fogalma
- Szinapszis: az idegsejtek kapcsolódásai más idegsejtekkel, izom-, ill. mirigysejtekkel
- A neuro-kommunikáció helyei
- Emberi idegrendszerben 1014-1015 számú szinapszis
- Kémiai szinapszis
- Ingerületátvivő anyagok (neurotranszpitterek) közvetítik az ingerületet egyik sejtről a másikra
- Pre- és posztszinaptikus membrán módosulatok
- Kettő között szinaptikus rés (20-50 nm)
- A neurotranszmitterek szinaptikus hólyagokban tárolódnak, exocitózissal ürülnek
- Átvitel egyirányú (a szinaptikus hólyagok csak a szinapszis előtti sejtvégződésben keletkeznek
- Serkentő és gátló szinapszisok: az átvivő anyag típusától és a receptorfehérje fajtájától függően
- Preszinapszis lehet:
- Axonvég
- Sejttest
- Dedritek
- Posztszinapszis lehet:
- Sejttest
- Dendritek
- Axon
- A preszinaptikus idegsejt aktivitásakor (ingerületi állapotakor)
- A szinaptikus hólyagok tartalma exocitózissal a szinaptikus résbe ürül
- A szinaptikus résben: az ingerületátvivő anyag diffúzióval jut el a posztszinaptikus membránig
- A posztszinaptikus sejt membránján az ingerületátvivő anyag specifikus fehérje receptorokon kötődik meg
- Receptorok: ioncsatornák
- Gátló szinapszisokban Cl- be, K+ kiáramlása
- Membrán hiperpolarizálása
- Serkentő szinapszisokban Na+ és vagy Ca2+ beáramlása
- Helyi hipopolarizációt okoz
- Egyenként nem érik el az ingerküszöböt, de hatásuk összegződhet
- Beáramló ionok: megváltoztatják a sejthártya töltésviszonyait (membránpoteniál) -> megváltoztatják a sejt aktivitátsát
- Serkentő szinapszisok: csökkentik (-50mV-ra)
- Gátló siznapszisok: növelik (-100mV-ra)
- Divergens szinapszisok:
- Egy axon elágazik és több másik neuron aktivitását befolyásolja
- Konvergens szinapszisok:
- Egy neuronhoz több helyről érkezik információ
- Neurotranszmitterek lehetnek (aminosav, aminosav származék, peptid)
- Glutaminsav: a központi idegrendszerben a leggyakoribb (tanulás és emlékezés folyamata, epilepszia kialakulása)
- Acetilkolin: központi és környéki idegrendszer
- Szerotonin: normális magatartási folyamatok, alvás-ébrenlét
- Dopamin
- Adrenalin, noradrenalin
- Gamma-amino-vajsav
| Aminosavak | Aminosav-származékok | Peptidek |
| Glutaminsav | Acetilkolin | Encefalin |
| Gamma-aminovajsav | Noradrenalin | Szomtosztatin |
| Glicin | Dopamin | P-anyag |
| szerotonin |
- Egy neuron csak egyféle neurotranszmittert képes termelni
- Hatásukat rövid ideig fejtik ki
- Enzimek lebontják
- Kimosódnak
- Visszakerülnek aktív transzporttal a preszinapszisba
- Elektromos szinapszis
- A két sejt membránja csak 2-3 nm távolságra van
- Az érkező akciós potenciál csak „átugrik”, így depolarizálja a másik sejt membránját
- kétirányú
- Serkentő hatás az átvivő anyag és receptor kölcsönhatásával
- Na+ és/vagy Ca2+ ion áramlik a posztszinaptikus idegsejtbe
- Gátló hatás az átvivő anyag és receptor kölcsönhatásával
- Cl- áramlik be vagy K+ áramlik ki a posztszinaptikus idegejtbe/ből
| Serkentő szinapszis | Gátló szinapszis | |
| Típusa | Kémiai | Kémiai |
| Ingerületátvivő anyaga | Acetilkolin, noradrenalin, glutaminsav, szerotonin | Gamma-amino-vajsav, glicin |
| Elhelyezkedése | Dendrit, sejttesteken | A sejttesten az axoneredésnél |
| Hatása | A membránpolaritás csökken (depolarizáció, hipopolarizáció) | A membránpolaritás nő (hiperpolarizáció) |
| A hatás eredménye | Az ingerküszöb csökken | Az ingerküszöb nő |
| A szinaptikus hólyag | Gömb alakú | tojásdad |
Drogok hatása
- Függőség kialakulása
- Rendszeres droghasználat során alakul ki
- A szer csökkent bevitele vagy hiánya megvonásos tünetekkel jár
- A negatív visszacsatolás miatt a droghoz hasonló hatású természetes transzmitterek termelődése csökken
- Tolerancia kialakulása: a szer tartós használata miatt annak hatása egyre csökken
- A drogot lebontó enzimek aktivitásának növekedése miatt
- Receptorok számának csökkenése miatt
- Hogyan hatnak a drogok a szinapszis működésére
- A szinapszisok működésének befolyásolásával
- Idegmérgek:
- A szinapszisok működését befolyásolja
- Curare: dél-amerikai indiánok nyílmérge
- Az izmok axetilkolin receptoraihoz kapcsolódva megakadályozza az ideg-izom szinapszis működését
- Az izom mozgásképtelenné válik
- A szinapszisok működését befolyásolja
- Jelátvivő anyag működésének fokozása
- Gyorsító drogok
- Kokain: gátolja az átvivőanyagok visszavételét
- Amfetamin: serkenti az átvivőanyagok ürülését
- Lassító drogok
- Ópiátok: gátolják a transzmitterek ürülését
- Gyorsító drogok
- Receptormódosítás
- Morfin, THC, nikotin: az idegsejtek receptoraihoz kötődnek, serkentik vagy gátolják a neuronok működését
Érettségi harmincévesen 