Дубынин Вячеслав - Электрические процессы в мозге. Курс: Химия» мозга

• Лекция посвящена углублению в принципы работы мозга.  

• Основное внимание уделяется электрическим процессам в нервной системе.  

• Половина активности нервных клеток связана с передачей сигналов на химическом уровне.  

• Нервные клетки работают как компьютеры, преобразуя мысли и чувства в электрические импульсы.  

• Потенциал действия ПД бежит по аксону, кодируя информацию.  

• Для работы нейрона требуется постоянный электрический заряд, называемый потенциалом покоя ПП.  

• Потенциал покоя ПП — это постоянный отрицательный заряд нервной клетки.  

• Для регистрации ПП используются стеклянные микроэлектроды.  

• Микроэлектроды позволяют проникнуть внутрь нейрона и измерить заряд.  

• Микроэлектрод вводится в нервную клетку, регистрируя изменения заряда.  

• После прокола мембраны показания прибора резко падают, указывая на отрицательный заряд.  

• Потенциал покоя сохраняется в живой нервной клетке.  

• Потенциал покоя создается натрий-калиевым насосом.  

• Насос переносит ионы натрия и калия через мембрану, создавая разницу концентраций.  

• В результате работы насоса в клетке становится больше калия, чем натрия, что создает отрицательный заряд.  

• В исходном состоянии нервная клетка не заряжена.  

• В эмбриональном мозге до трех месяцев развития потенциал покоя отсутствует.  

• Избыток калия в цитоплазме необходим для нормального функционирования клеток.  

• Показана цитоплазма незрелой нервной клетки с ионами калия и отрицательными ионными парами.  

• Включается ген для постоянно открытых калиевых каналов, которые встраиваются в мембрану нейрона.  

• Калий начинает активно выходить из клетки, создавая отрицательный заряд.  

• Калий выходит из клетки, создавая отрицательный заряд, который притягивает калий обратно.  

• В итоге достигается состояние динамического равновесия, когда калий выходит и возвращается, создавая стабильный уровень заряда.  

• Это состояние называется потенциалом покоя.  

• Потенциал покоя определяется как отрицательный заряд цитоплазмы, останавливающий диффузию калия.  

• Уравнение Нерста описывает это состояние, включая соотношение концентраций ионов снаружи и внутри клетки.  

• В условиях тела человека потенциал покоя составляет около -90 мВ.  

• Ионы натрия также могут входить в клетку, увеличивая заряд.  

• Натрий-калиевый насос вычерпывает натрий, заменяя его на калий, поддерживая потенциал покоя.  

• Итоговый потенциал покоя зависит от равновесия трех процессов: уход калия, вход натрия и работа насоса.  

• Добавление калия в межклеточную среду увеличивает потенциал покоя.  

• Удаление калия из межклеточной среды уменьшает потенциал покоя.  

• В организме эти изменения контролируются почками, предотвращая глобальные сдвиги.  

• Разные нейроны имеют разный потенциал покоя, что влияет на их возбудимость.  

• Нейроны с высоким потенциалом покоя легче реагируют на стимулы.  

• Нейроны с низким потенциалом покоя требуют более сильных стимулов для активации.  

• Строфантин, токсин из африканской лианы, блокирует работу натрий-калиевого насоса.  

• Это приводит к накоплению натрия в клетке и увеличению потенциала покоя.  

• Строфантин используется для изучения работы натрий-калиевого насоса и его влияния на потенциал покоя.  

• Растения вырабатывают токсины для защиты от травоядных животных.  

• Токсины могут быть использованы для создания лекарств, таких как строфантин.  

• Растения не заботятся о здоровье человека, а лишь защищают себя.  

• Потенциал покоя можно сравнить с лодкой на поверхности воды.  

• Вход ионов натрия снижает потенциал покоя.  

• Натрий-калиевый насос поддерживает баланс, предотвращая утопление клетки.  

• Потенциал действия возникает при достижении определенного уровня заряда.  

• Нейрон реагирует на стимул, поднимая заряд до уровня минус пятьдесят милливольт.  

• Потенциал действия длится около одной миллисекунды и включает восходящую и нисходящую фазы.  

• Восходящая фаза вызвана входом натрия, нисходящая — выходом калия.  

• Натриевые и калиевые каналы реагируют на заряд цитоплазмы.  

• Электрочувствительные каналы открывают и закрывают створки в зависимости от заряда.  

• Натриевые каналы открываются мгновенно, но закрываются через полмиллисекунды.  

• Калиевые каналы открываются через полмиллисекунды после стимула, когда натрий уже почти вышел.  

• Эти каналы обеспечивают перезарядку нейрона и генерацию новых потенциалов действия.  

• Натриевый канал имеет две створки: малую и большую.  

• Малая створка находится внутри белковой молекулы, большая - со стороны цитоплазмы.  

• Большая створка открывается при потенциале покоя и закрывается при потенциале действия.  

• Потенциал действия включает пять основных точек: исходное положение, восходящая фаза, пик потенциала действия, нисходящая фаза и потенциал покоя.  

• Малая створка открывается при повышении заряда выше минус пятидесяти, большая створка начинает закрываться.  

• Натрий входит в клетку, калий выходит, и канал перезаряжается.  

• Калийный канал имеет одну створку, которая медленно открывается.  

• Калий выходит из клетки, пока не достигнет уровня потенциала покоя.  

• Большая створка открывается, когда потенциал действия достигает пика.  

• Тетродотоксин блокирует натриевые каналы, что приводит к параличу и остановке дыхания.  

• В Японии существует культура поедания рыбы фугу, где повара готовят сашими из фугу.  

• Тетродотоксин используется в африканской культуре вуду для зомбирования.  

• Тетраэтил-аммоний блокирует калиевые каналы, что увеличивает длительность нисходящей фазы потенциала действия.  

• Калий продолжает выходить через постоянно открытые калиевые каналы, что нарушает нормальное проведение информации.  

• Натрий-калиевый насос устраняет последствия потенциала действия, обеспечивая высокую концентрацию калия и низкую концентрацию натрия.  

• Насос работает как зарядное устройство, поддерживая активность нейрона.  

• Натрий-калиевые насосы потребляют более 90% всей энергии в мозге.  

• Потенциал действия ПД возникает в определенной точке мембраны.  

• ПД распространяется по мембране, вызывая открытие натриевых каналов в соседних точках.  

• Процесс напоминает круги на воде, где ПД распространяется от центральной точки к аксону и синапсу.  

• ПД можно сравнить с бенгальским огнем, где одна точка поджигает соседние.  

• Процесс медленный, так как связан с открытием белковых молекул.  

• Скорость распространения ПД составляет 1-2 метра в секунду, что значительно медленнее, чем в электронных системах.  

• Эволюция нашла способы увеличить скорость проведения ПД.  

• У беспозвоночных это достигается за счет толстых аксонов, как у кальмаров.  

• У позвоночных и членистоногих используются миелиновые оболочки, которые изолируют участки аксона, ускоряя передачу сигнала.  

• Миелиновые оболочки формируются глиальными клетками, изолируя участки аксона.  

• Перехваты Ранвье позволяют сигналу быстро перескакивать между изолированными участками.  

• Это увеличивает скорость проведения ПД до 100-200 метров в секунду, что значительно быстрее, чем 1-2 метра в секунду.  

• Миелиновые оболочки состоят из липидно-белкового комплекса миелина.  

• Белое вещество мозга состоит из аксонов, покрытых миелином.  

• Серое вещество мозга содержит тела нейронов и мало миелина.  

• Олигодендроциты создают миелиновые оболочки и поддерживают нейроны.  

• Глиальные клетки в 10 раз больше нейронов и выполняют роль "нянек".  

• Астроциты создают механическую опору и переносят вещества между нейронами и капиллярами.  

• Гематоэнцефалический барьер предотвращает проникновение веществ из крови в мозг.  

• Микроглиальные клетки собирают мусор и вирусы в мозге.  

• Нейроны-пейсмекеры генерируют электрические импульсы без внешних воздействий.  

• Они важны для управления дыханием и сердечными сокращениями.  

• Местные анестетики блокируют натриевые каналы, вызывая потерю чувствительности.  

• Они используются в стоматологии и могут вызывать побочные эффекты.  

• Яд лягушек батрахотоксин блокирует натриевые каналы в открытом положении.  

• Это вызывает судороги и паралич, но не смертельно для человека.  

• Электрический угорь использует мышечные клетки для генерации электрического тока.  

• Он может выдавать до 700 вольт, что достаточно для оглушения добычи и защиты.  

• Электрические рыбы используют электричество для осязания и обнаружения объектов.  

• Акулы и дельфины также обладают органами, чувствительными к электрическим полям.  

• Видео завершается благодарностью за внимание.