Funkcje autonomiczne

1
Funkcje autonomiczne
Cialo sklada sie z dwóch czesci Czesc wisceralna
(trzewia) organy wewnetrzne narzady klatki
piersiowej (serce, pluca) i jamy brzusznej
(zoladek, jelita). Czesc somatyczna aparat
miesnioszkieletowy
A. Hipotetyczny prymitywny strunowiec z
rozdzielona czescia wisceralna i somatyczna.B.
Nizszy kregowiec (ryba) wykazujacy wieksza
integracje dwóch skladowych ciala. Z Romer, A.
S. 1964. The Vertebrate Body. W. B. Saunders.
Philadelphia.
2
Uklad autonomiczny i somatyczny
Uklad autonomiczny (wegetatywny) unerwia narzady
wewnetrzne. Dzialanie u.a. powoduje reakcje
niezaleznie od naszej woli (np. wydzielanie soków
zoladkowych) i utrzymuje podstawowe parametry
fizjologiczne (temeperatura, cisnienie krwi) na
poziomie dostosowanym do aktualnego zachowania i
warunków srodowiska. Uklad somatyczny kieruje
praca miesni szkieletowych, gruczolów skórnych i
komórek barwnikowych skóry. W duzym stopniu
podlega kontroli swiadomosci.
Podzial ukladu nerwowego
3
Uklad autonomiczny i somatyczny
Organizacja somatycznych i autonomicznych dróg
motorycznych. W ukladzie autonomicznym neurony
motoryczne efektorów znajduja sie w zwojach poza
CUN. Dywergencja wlókien przedzwojowych do
pozwojowych wynosi 110.
4
Uklad wspólczulny (sympatyczny) i przywspólczulny
(parasympatyczny)
Komórki przedzwojowe ukladu sympatycznego tworza
kolumne w rdzeniu kregowym. Komórki przedzwojowe
ukladu parasympatycznego znajduja sie w pniu
mózgu oraz w segmentach krzyzowych rdzenia
kregowego. Glówne narzady docelowe ukladu
autonomicznego to glowa, pluca, serce, uklad
krwionosny, zoladek, nerki, pecherz moczowy i
genitalia.
5
Reakcje ukladu autonomicznego

• Uklad przywspólczulny
• zwezenie zrenicy
• hamowanie wydzielania sliny
• hamowanie czynnosci serca (zmniejszanie sily
  skurczu)
• zwezenie oskrzeli
• rozszerzenie naczyn krwionosnych powodujace
  spadek cisnienia tetniczego krwi
• nasilenie skurczów przewodu pokarmowego
• kurczenie pecherza moczowego

• Uklad wspólczulny
• wzmozone wydzielanie gestej sliny,
• szybsza praca serca
• zwiekszenie dostawy glukozy do miesni i mózgu
  przez rozklad glikogenu w watrobie,
• rozszerzenie zrenic,
• rozkurcz miesnia rzeskowego oka (zwolnienie
  akomodacji),
• stroszenie wlosów,
• wydzielanie potu na dloniach,
• rozkurcz miesnia wypieracza moczu i jednoczesny
  skurcz miesnia zwieracza cewki moczowej
  (trzymanie moczu),
• pobudzenie nadnerczy do produkcji adrenaliny
  (hormonu walki),
• wzmozony skurcz miesni gladkich
• podwyzszenie cisnienia tetniczego krwi poprzez
  zwezenie naczyn krwionosnych,
• rozszerzenie miesni oskrzeli w plucach
  (zwiekszenie przeplywu powietrza przez pluca).

odpoczywac i trawic rest and digest
"walcz albo uciekaj fight or flight
6
Reakcje ukladu autonomicznego detektor klamstw
Poligraf mierzy podczas przesluchania, reakcje
fizjologiczne (cisnienie krwi, tetno, oddech,
przewodnictwo skóry) kontrolowane przez aktywnosc
ukladu sympatycznego.
The National Academy of Sciences extrapolated
that if the test were sensitive enough to detect
80 of spies (a level of accuracy which it did
not assume), in a hypothetical polygraph
screening of 10,000 employees including 10 spies,
8 spies and 1,598 non-spies would fail the test.
Thus, roughly 99.6 percent of positives (those
failing the test) would be false positives.
7
Miejsca dzialania ukladu autonomicznego
Gruczoly Miesnie gladkie Miesnie serca
8
Gruczoly

• Gruczoly endokrynne (dokrewne) wydzielaja do
  krwi substancje (hormony) regulujace czynnosc
  tkanek.
• Gruczoly egzokrynne wydzielaja do duktów
  substancje pelniace rózne funkcje w ciele.

• Gruczoly wydzielania wewnetrznego (do krwi)
• 1- szyszynka (ang. Pineal gland)
• 2 - przysadka mózgowa (Pituitary gland)
• 3 - tarczyca (Thyroid gland)
• 4 - grasica (Thymus)
• 5 - nadnercza (Adrenal gland)
• 6 - trzustka (Pancreas)
• 7 - jajniki (Ovary)
• 8 - jadra (Testis)
• podwzgórze
• przytarczyce

Dukty prowadza od komórek gruczolów egzokrynnych
do powierzchni w ciele. Np. skóra, jelita, jama
ustna, wnetrze pluc.
9
Uwalnianie substancji z komórki gruczolu
Uwalnianie substancji z komórki gruczolu jest
procesem podobnym do uwalniania neurotransmitera.
Depolaryzacja blony powoduje aktywacje wtórnego
przekaznictwa (second messenger sm), wzrost
stezenia Ca2, ruch czasteczek do blony
komórkowej i uwolnienie substancji.
10
Miesnie gladkie
Miesnie gladkie nie maja poprzecznego
prazkowania, skladaja sie z pojedynczych komórek
i znajduja sie w scianach tetnic i zyl, pecherza
moczowego, macicy, przewodów meskich i zenskich
ukladów rozrodczych, jelit, przewodów ukladu
oddechowego, trawiennego i zrenicy. W miesniach
gladkich nie wystepuja plytki koncowe.
Cholinergiczne receptory muskarynowe sa sprzezone
z siecia przekaznictwa wtórnego. Aktywacja
receptora powoduje naplyw wapnia, co aktywuje
kalmoduline (odpowiednik troponiny w miesniu
szkieletowym). Efektem tego jest przylaczenie
glówki miozyny do aktyny i skurcz komórki miesnia.
A. Trzy zdjecia izolowanej komórki miesnia
gladkiego jelita w roztworze normalnym, 15s po
aplikacji ACh, po 4 minutach. B. Odpowiedz
komórki na agoniste Ach muskaryne. Widoczne
salwy potencjalów Ca2 generujace skurcz
miesnia.
Komórki miesni gladkich w jelicie.
11
Miesnie gladkie perystaltyka jelit
Miesnie gladkie w jelitach wykazuja spontaniczna
aktywnosc miogeniczna. Rytmiczny skurczu miesni
wywolany jest mechanizmem cyklicznym wolno
inaktywujacy prad depolaryzuje blone komórki i
powoduje generacje salw. Naplyw Ca2 aktywuje
wapniowo zalezne kanaly K, co repolaryzuje
blone. ACh depolaryzuje blone i przyspiesza
rytm, NE (norepinefryna) obniza napiecie
zwalniajac rytm.
12
Miesnie serca

• Komórki miesnia sercowego
• poprzeczne prazkowanie i aparat kurczliwy zlozony
  z peczków miofilamentów (podobny do miesni
  prazkowanych)
• sprzezone przez zlacza szczelinowe
• wyspecjalizowane w wykonywaniu rytmicznych i
  skoordynowanych ruchów aktywnosc rozrusznikowa
  jest uwarunkowana powolna depolaryzacja,
  wystepujaca w stanie spoczynkowym.

Komórki miesniowe serca (1), jadra komórkowe (2),
wstawki - synapsy elektryczne (3)
13
Budowa i czynnosc serca
Serce zlozone jest z dwóch przedsionków (atrium)
i dwóch komór (ventricle). Przedsionki przyjmuja
krew, komory reprezentuja pompe Sygnal
elektryczny powstaje w wezle zatokowo-przedsionkow
ym (sinus node) w prawym przedsionku. Potencjaly
czynnosciowe rozchodza sie po drodze elektrycznej
w przedsionkach, powodujac skurcz. Skurcz komór
nastepuje z opóznieniem odbywa sie za
posrednictwem wezla przedsionkowo-komorowego (AV)
i przez wlókna Purkinjego peczka Hisa. Pobudzenie
z wlókien Purkiniego dochodzi do wierzcholka
serca i wywoluje skurcz komór.

• Cykl pracy serca ( 0.8 s)
• Okres pauzy, trwa okolo polowy cyklu w tej fazie
  miesnie komór i przedsionków sa rozkurczone. Krew
  naplywa do serca z zyl glównych i zyl plucnych.
  Zastawki przedsionkowo-komorowe sa zamkniete.
• Wypelnienie komór poprzez skurcz przedsionków.
  Faza ta trwa ponad 0.1 sekundy.
• Skurcz komór i wyrzut do aorty i tetnicy plucnej
  przez otwarte zastawki pólksiezycowate. Faza trwa
  0.3 s

14
Potencjal czynnosciowy w miesniu sercowym
Mechanizm powstawania potencjalu czynnosciowego w
miesniu sercowym Powolna depolaryzacja
potencjal rozrusznikowy (spadek IK, wolny wzrost
ICa) Szybki wzrost nagly wzrost ICa Powolny
spadek spadek INaCa i wzrost IK Wyjscie z
hiperpolaryzacji - wzrost If (prad Na i K
aktywowany hiperpolaryzacja)
15
Autonomiczna kontrola serca
Antagonistyczne dzialanie ukladu autonomicznego
na serce Uklad przywspólczulny uwalnia
acetylocholine (ACh), co zmniejsza
przepuszczalnosc dla Ca2 i zwalnia prace
serca. Uklad wspólczulny uwalnia noradrenaline
(NE), co otwiera kanaly wapniowe i zwieksza sile
skurczu oraz przyspiesza prace serca.
16
Aktywnosc ruchowa

• System ruchowy generuje
• - odruchy
• ruchy rytmiczne
• ruchy zamierzone

17
Odruchy i wzorce ruchowe
18
Krótka historia odruchów
The reflexion of sensorial into motor
impressionstakes place in the sensorium comune
(common sensory center).This reflexion may take
place either with consiousness or without Georg
Prochaska, 1784
Charles Sherrington ok. 1890. Odruch -
podstawowa jednostka funkcjonalna rdzenia
kregowego oraz innych czesci ukladu
nerwowego. Jednostka zachowania (unit of
behavior).
Luk odruchowy droga impulsu nerwowego od
receptora do efektora
Konrad Lorenz ok. 1950. Wiekszosc akcji i
odpowiedzi motorycznych mozna opisac jako
fixed-action pattern. Sa one czescia wiekszej
jednostki zachowania obejmujacej 3 elementy
dazenie do zrozumienia kontekstu bodzca,
rozpoznanie, wrodzona reakcja odpowiednia do
sytuacji.
Obecnie response, complex reflex, motor pattern,
behavior opisuja kompletna i celowa odpowiedz
ruchowa na wyzwalajacy ja bodziec.
19
Odruchy skórne u pijawki droga monosynaptyczna
N noxious T touch P pressure L motoneuron
- longitudinal muscles AE motoneuron annulus
erector muscles
C. Wewnatrzkomórkowe zapisy z neuronów
sensorycznych i motorycznych, pokazujace
przekaznictwo chemiczne, elektryczne i sumowanie
impulsów. D. Obwód odruchów skórnych. Synapsy
chemiczne sa zaznaczone malymi kólkami, synapsy
elektryczne linia lamana.
20
Odruch ucieczki u raka kontrola centralna
MG medial giant fiber LG lateral giant
fiber MoGs - motoneurons
Zachowanie raka w wyniku pobudzenia MG i LG.
Zgiecie ogona w wyniku aktywacji MG powoduje ruch
do tylu. Aktywacja LG powoduje ruch do góry. Na
schemacie polaczen, duze kropki oznaczaja synapsy
elektryczne, gwiazdki brak synaps. W odruchy
ucieczki u raka nie ma kontroli zwrotnej. Ruch
wyzwolony przez bodziec peryferyjny podlega
calkowicie kontroli centralnej.
21
Odruch ucieczki
22
Odruch ucieczki u raka droga polisynaptyczna
Mechaniczna stymulacja pokrycia ciala aktywuje
receptory dotyku TA, które pobudzaja synapsy
chemiczne w neuronie LG i w interneuronie T.
Interneurony tworza synapsy elektryczne z komórka
LG. Impuls w LG pobudza kolejne motoneurony (MoG)
podczas propagacji wzdluz aksonu. Pobudzone
motoneurnony wywoluja skurcz miesni.
Róznice z obwodem u pijawki Poli- vs.
monosynaptyczna droga Wszystko albo nic u raka
vs. reakcja stopniowana u pijawki Inne -
habituacja i modulacja wplyw ukladów
pobudzajacych (glodny rak jest pobudzony i próg
na odruch jest wysoki. Po zdobyciu pozywienia
próg sie natychmiast obniza).
23
Neuromodulacja u kraba
Na zachowanie motoryczne (posture) raka wplywaja
neuromodulatory serotonina i oktopamina.
Serotonina postawa walczaca, oktopamina
postawa submisywna.
Znakowane komórki zawierajace serotonine u kraba
Odmienny wplyw amin wynika nie z ich dzialania na
miesnie, lecz na motoneurony. Na wykresach widac
wplyw oktopaminy na motoneurony unerwiajace
miesnie zginaczy. F5 - motoneuron hamujacy,
pozostale pobudzajace. Odwrotne zaleznosci
wystepuja dla serotoniny. Aminy te, poprzez wplyw
na motoneurony, wspólpracuja z centralnymi
obwodami prostowania i zginania.
Walka raków
24
Odruch ucieczki u kregowców
25
Obwody odruchu ucieczki u kregowców
Duze komórki Mauthnera odpowiedzialne za odruch
ucieczki (wygiecie w C). Droga mono- i
dwusynaptyczna oraz zwrotna kontrola. Poza
komórkami Mauthnera, sa jeszcze inne komórki (np.
reticulospinal neurons) zaangazowane w odruch
ucieczki.
26
Odruchy rdzeniowe - odruch miotatyczny na
rozciaganie
27
Odruchy miesniowe i skórne
Badanie obwodów odruchów. Porównanie odpowiedzi w
aksonie motoneuronu w rdzeniu kregowym na
stymulacje wlókna wrzecionka miesniowego (wlókna
przewodzace szybkie) i wlókna czuciowego skóry
(wlókna przewodzace wolne droga
polisynaptyczna).
28
Rodzaje wlókien nerwowych
29
Polaczenia monosynaptycze i polisynaptyczne
neuron pobudzajacy
neuron hamujacy
A. Badanie obwodów odruchów. B. Porównanie
odpowiedzi w aksonie motoneuronu w rdzeniu
kregowym na stymulacje wychodzacych wlókien
miesniowych.

• Wnioski
• - aferenty Ia tworza droge pobudzajaca
  monosynaptyczna z wlasnymi motoneuronami i
  dwusynaptyczna hamujaca droge z motoneuronami
  antagonistycznymi
• aferenty II tworza dwusynaptyczna pobudzajaca
  droge ze wlasnymi motorneuronami.

30
Odruchy rdzeniowe
31
Odruchy rdzeniowe i wyzsze
Bodzce czuciowe wyzwalaja refleksy poprzez obwody
rdzenia i dluzsze obwody wyzsze. Krótkie napiecie
miesnia kciuka powoduje szybka odpowiedz M1 w
rozciaganym miesniu i wolniejsza odpowiedz M2
bioraca sie z obwodu zawierajacego kore
motoryczna.
32
Koordynacja odruchów
Hamujace interneurony koordynuja odruchy. A. Ia
interneuron umozliwia koordynacje miesnia
przeciwstawnego pojedynczym sygnalem. Dodatkowo,
otrzymuje on wyjscia z obwodów wyzszych dzieki
czemu sygnal zstepujacy aktywujacy jedna grupe
miesni, automatycznie rozluznia grupe
przeciwstawna. Inne wejscia zstepujace tworza
polaczenia hamujace i pobudzajace, zwiekszajac
mozliwosci kontroli. B. Komórki Renshawa tworza
hamowanie zwrotne z motoneuronami. Umozliwia to
regulacje pobudzenia motoneronów i stabilizacje
ich czestosci odpalania. Wejscia zstepujace
modulujace pobudzenie komórek Renshawa moduluja
pobudliwosc motoneuronów w stawie.
33
Lokomocja
34
Eadweard Muybridge i zoopraxiskop (1879)