פרק 2 - תאי מערכת העצבים, מבנם ותפקודיהם

מערכת העצבים המרכזית - CNS

מה כוללת?
כל מה ששייך למערכת העצבים ומוגן על ידי עצם - 

• המוח על ידי הגולגולת, כ-90 מיליארד נוירונים
• מוח השדרה על ידי חוליות השדרה, כמיליארד נוירונים

תפקידים עיקריים

• עיבוד המידע
• תפיסה
• ייצוג מידע
• קבלת החלטות
• אינטגרציה של מידע
• תכנון התנהגות
• הוצאה לפועל של פקודות לתאי הPNS
  

---

מערכת העצבים ההיקפית PNS

מה כוללת?
כל שאר העצבים העוברים בגוף וברקמות השונות.

תפקידים עיקריים

• לקלוט מידע מכלל המערכות הפנימיות והחיצוניות ולהעביר לCNS - חישה, ראיה טמפרטורה, לחץ דם, דופק, רמת סוכר ועוד רבים. על מנת לכוון את ההתנהגות הפיזיולוגית והפסיכולוגית.
• מפעיל את הגוף - מחובר לשרירים ויכולים לייצר התנהגות.

• היחידה הבסיסית של עיבוד מידע והעברת מידע במערכת העצבים
• נוירון אחד יכול לקבל מידע מעשרות או אף מאות נוירונים אחרים, וכל אחד מאלה יכול מצידו ליצור עימו מספר רב של קשרים סינפטיים

---

סוגי נוירונים
קיימים נוירונים בצורות מרובות ובסוגים שונים, לפי התפקידים שהם ממלאים.

ישנם 3 סוגי נוירונים המחולקים לפי תפקידם:

1. ---

   סנסוריים Sensory neuron
   • חישתי
   • תפקיד: מגלה שינויים בסביבה החיצונית או הפנימית ומשגר למערכת העצבים המרכזית מידע על שינויים אלה
   • מיקום: נמצא בPNS

2. ---

   מוטוריים Motor neuron
   • תנועתי
   • מצוי במערכת העצבים המרכזית 
   • תפקיד: שולט על התכווצות שריר או על הפרשה מבלוטה
   • מיקום: נמצא בCNS

3. ---

   אינטרנוירון Interneuron
   • נוירון ביניים
   • תפקיד: מתווכים בין הסנסורים למוטורים
   • מיקום: נמצא בCNS
   • אינטרנוירונים מקומיים local interneurons - יוצרים מעגלים עצביים עם נוירונים סמוכים ומעבדים פיסות מידע קטנות
   • אינטרנוירונים של ממסר Relay interneurons - מקשרים בין מעגלים של אינטרנוירונים מקומיים באזורי מוח שונים

---

חלקי הנוירון
ברוב הנוירונים יש בצורה זו או אחרת ארבעה מבנים או אזורים:

1. גוף התא
2. דנדריטים
3. אקסון
4. כפתורים סופיים

מכיל את גרעין התא ואת מרבית המנגנונים האחראים לתהליכי החיים בתא.

---

האם זהה בכל הנוירונים?
צורתו שונה מאוד בסוגים שונים של נוירונים.

רב-קוטבי
גוף התא שולח אקסון אחד וגבעולים מרובים של דנדריטים

---

דו-קוטבי
יוצאות שתי שלוחות עצביות משני קצוות נגדיים של גוף התא

•  האקסון 
• העץ הדנדריטי

בדרך כלל נוירון סנסורי - הדנדריט שלו מבחין באירועים החלים בסביבה ומעביר מידע עליהם למערכת העצבים המרכזית.

---

חד-קוטבי

• גבעול יחיד היוצא מגוף התא ומתפצל במרחק קצר משם לשני ענפים.
• מעביר מידע מהסביבה אל ה-CNS 
• ההסתעפויות שבצד המרוחק מה-CNS הן דנדריטים
• אלה שבתוך ה-CNS מסתיימות בכפתורים סופיים.
• קולטים בדרך כלל גירויי מגע, שינויי טמפרטורה ואירועים תחושתיים אחרים החלים על פני העור, באירועים החלים במפרקים, בשרירים ובאיברים הפנימיים שלנו

תהליך אקטיבי שבו חומרים מובלים לאורך המיקרוטובולים העוברים לאורך האקסון.

מבנה

• בצורה דמוית כוכב, מכונים "תא-כוכב"
• מעניקים תמיכה פיזית לנוירונים - תבנית מחזיקה את הנוירונים במקומם, מקיפה ומבודדת  את הסינפסות וכך מצמצמת את פיזור הנוירוטרנסטמיטרים שפולטים הכפתורים הסופיים.
• נכרכים סביב כלי דם או חלקים שונים של נוירונים, כך שהממברנה הדנדריטית של הנוירון מוקפת במידה רבה בתא האסטרוציט
• 
  

---

תפקידי התא

הפרשת וקליטת חומרים חיונים
הדרושים לתפקוד נוירונים, מסיימים בשמירה על ההרכב הכימי של הנוזל החוץ תאי, המקיף את הנוירונים באמצעות קליטה פעילה או הפרשה פעילה של אותם חומרים שריכוזם בנוזל חייב להישמר ברמה קבועה

פגוציטוזה - סילוק פסולת

• תאים מסוימים של אסטרוציטים מסלקים לדוגמא תאים מתים
• יכולים לנוע בתוך הCNS. 
• פושטים ומכווצים את שלוחותיהם ומתקדמים בגישה כמו אמבות. 
• כאשר נתקלים בפירור פסולת, נדחקים אליו מקיפים ו"בולעים" ומעכלים אותו.
• כשכמות הפסולת גדולה, האסטרוציטים מתחלקים ומוספים תאים חדשים בכמות מספקת לביצוע הפינוי.
• לאחר הפינוי, תיוותר רקמת צלקת מאסטרוציטים הממלאת את האזור.
  

אספקת המזון לנוירונים 

• האסטרוציט מקבל גלוקוז מנימי הדם
• מפרק את הגלוקוז ללקטט - החומר הנוצר בשלב הראשון של מטבוליזם הגלוקוז
• הלקטט נפלט לנוזל החוץ תאי סביב הנוירון, אשר סופג את הלקטט
• הלקטט מועבר למיטוכונדרים ומפיק ממנו אנרגיה
• יתרון משמעותי לשימוש בלקטט - תהליך מהיר יותר לפירוק עבור הנוירון, מאשר פירוק ישיר של הגלוקוז.
• מאחסנים גליקוגן - 
  • פחמימה
  • כשקצב חילוף החומרים גבוה במיוחד בנוירונים, יכולים להפיק מן הגליקוגן קלוקוז ולאחר מכן לקטט.

חומרים שמותרים למעבר, כגון גלוקוז, מועברים באופן פעיל על ידי חלבונים ייעודים.

אופן השיגור של פוטנציאל פעולה מגוף התא דרך האקסון עד הכפתורים הסופיים, שם הוא מורה על פליטת נוירוטרנסמיטר כלשהו.

• פעולה האטה, עכבה, שמקורה במוח.
• מעגלים עצביים במוח משגרים למוח השדרה מידע העוצר את רפלקס הרתיעה.

---

לדוגמא
החזקת ספל חם, למרות הרתיעה ממנו, על מנת שלא יפול, שלבי התהליך:

1. הספל החם צורב את היד
2. הכאב מעורר רפלקס רתיעה שכמעט גורם להרפיית האחיזה מהספל
3. אקסון היוצא מנוירון שבמוח מגיע אל מוח השדרה והכפתורים הסופיים שלו יוצרים שם סינפסות עם אינטרנוירון מעכב, הוא נעשה פעיל ומעורר את האינטרנוירון המעכב.
4. האינטרנוירון פולט טרנסמיטר מעכב ומקטין את פעילות הנוירון המוטורי ובכך חוסם את רפלקס הרתיעה.
   
   

אלקטרוליט 
חומרים אשר בהיותם מומסים במים מתפרקים לשניחלקים, יונים, כאשר לכל אחד מהם מטען חשמלי מנוגד.

---

לחץ אלקטרוסטטי 
הכוח המופעל על ידי המשיכה או הדחיה של היונים.

---

לאיזה כיוון ינועו החלקיקים ?

• בעלי מטען זהה דוחים זה את זה
• בעלי מטען הפוך נמשכים זה לזה
• בסופו של דבר - קטיונים נדחפים מאזורים של עודף קטיונים ואניונים נדחפים מאזורים שיש בהם עודף אניונים.

תנועת השדר לאורך האקסון

---

חוק הכל או כלום

• מתאר את התרחשות פוטנציאל הפעולה במלואו כשמתח הממברנה מגיע לסף העירור, או לא יתרחש כלל אם לא מגיע לערך הסף.
• משהופעל הוא מועבר עד קצה האקסון.
• גודל פוטנציאל הפעולה קבוע ועוצמתו זהה תמיד.
• גם אם מגיע לנקודת התפצלות באקסון, עוצמתו נשמרת בכל אחת מההסתעפויות.
• יכול לנוע בשני הכיוונים, אך ביצורים חיים תמיד נע מהקצה הקרוב לגוף התא אל הכפתורים הסופים.

---

חוק התדר
העיקרון שלפיו שינויים בעוצמתו של גירוי או בכל מידע אחר המועבר באקסון מיוצגים באמצעות תדר הירי של האקסון.

---

הולכה דועכת - חוק הכבל

• המתח הולך וקטן אבל עודנו גדול דיו להצית פוטנציאל פעולה במרווח החשוף.
• באזור המכוסה מיילין לא יכולה להתרחש זרימת נתרן אל פנים התא כשתעלות הנתרן נפתחות מפני שאין כלל נתרן חוץ־תאי.
• האקסון מוליך באופן פסיבי את השינוי החשמלי מהנקודה שפוטנציאל הפעולה נוצר בה עד מרווח ראנווייה הבא, באופן דומה לזרם חשמלי העובר בכבל חשמלי מבודד. 

---

הולכה בקפיצות

• הולכת פוטנציאלי פעולה באקסונים בעלי מיילין.
• פוטנציאל הפעולה כאילו "קופץ" ממרווח ראנווייה אחד למשנהו.
• פוטנציאל הפעולה מאותחל או מתחדש בכל מרווח ראנווייה והשינוי החשמלי שנוצר בעקבותיו עובר בהולכה דועכת (פסיבית) באזור המכוסה מיילין עד למרווח הבא.
• יתרונות:
  • חיסכון - 
    • אקסון בעל מיילין צורך פחות אנרגיה 
    • לא צריך להוציא אותה כמות יונים החוצה מאקסון ללא מיילין, על מנת לשמור על מאזן הנתרן.
  • מהירות - 
    • באזורים עטופי מיילין אין צורך בחידוש פוטנציאל פעולה על ידי הפעלת תעלות.
    • מונע דליפת מתח מהאקסון
    • מגדיל את המרחק בו יכולה להתרחש הולכה פסיבית ללא איבוד מתח
    • מאפשר לתגובת החיה בפועל להיות מהירה יותר.

---

איך ניתן להגביר את מהירות ההולכה?
הגדלת קוטר, מגבירה את מהירות על ידי הפחתת ההתנגדות הפנימית לזרימה הפאסיבית

• צומת החיבור בין הכפתורים הסופים בקצוות ההסתעפויות האקסוניות של נוירון אחד, לבין הממברנה של נוירון אחר.
• מיקומן על התא -
  • אקסו-דנדריטיות - על שטח הפנים של הדנדריטים, הרוב.
  • על עוקצים דנדריטים, בליטות קטנות הפזורות על הדנדריטים של כמה סוגי נוירונים גדולים במוח.
  • גוף התא
  • אקסו-אקסוניות - על אקסונים של תאים אחרים.

---

ממברנה פרה-סינפטית
ממברנת הכפתור הסופי הסמוכה לממברנה הפוסט-סינפטית, פולטת את הנוירוטרנסמיטר

---

ממברנה פוסט-סינפטית 
ממברנת התא שמול הכפתור הסופי בסינפסה, הקולטת את השדר.

---

מרווח סינפטי 

• חלל בין שתי הממברנות
• גודלו משתנה בין סינפסה לסינפסה, לרוב 20 ננומטר.
• מכיל נוזל חוץ תאי אשר דרכו מתפזר הנוירוטרנסמיטר
• חוצה אותו רשת של סיבים דקים על מנת לשמור את המימברנות מיושרות זו מול זו.

אחראים על העברת חומרים בין גוף התא לכפתור הסופי

• מבנה קטן וחלול המכיל מולקולות של נוירוטרנסמיטר
• כל כפתור סופי יכול להכין בין מאות למיליון שלפוחיות סינפטיות.

---

סוגי שלפוחיות בכפתור הסופי

קטנות

• ממוקמות בעיקר בקרבת הממברנה הפרה-סינפטית, בסמוך לאזור הפליטה, ממנו נפלט הנוירוטרנסמיטר לסינפסה.     
• מיוצרות באברון גולג'י שבגוף התא, חלקן אפילו מחומרים ממוחזרים בכפתור הסופי.
• נישאות באמצעות תובלה אקסופלזמית מהירה את הכפתורים הסופים.
• בין עשרות למאות
• מכילות:
  • חלבוני העברה - אחראים על הכנסת הנוירוטרנסמיטר לשלפוחית
  • חלבוני שינוע -
    • פליטת הנוירוטרנסמיטר
    • מחזור השלפוחית

גדולות

• צפופות ליבה
• כל אחת מכילה פפטיד אחד מקבוצת פפטידים.
• ממברנת השלפוחית - בנוי מכ-10 אלף מולקולות ליפיד וכ-200 מולקולות חלבון.

---

3 מאגרי שלפוחיות סינפטיות

• מוכנות לפליטה - מעוגנות בחלק הפנימי של ממברנהנ הפרה-סינפטית ומוכנות לפלוט את תוכנן כשמגיע פוטנציאל הפעולה. כ-1% מכלל השלפוחיות.
• מאגר המחזור - 10-15%%
• מאגר המלאי - 85-90%

---

עדיפות למאגר שלפוחיות

• אם קצב הירי של האקסון נמוך, יכנסו לפעולה רק המוכנות לפליטה. 
• אם הקצב עולה, יצטרפו ממאגר המחזור, ולבסוף גם ממאגר המלאי.

השלפוחיות הקטנות עוברות אחד משני התהליכים:

• מגע ובריחה
• התמזגות ומחזור

---

מגע ובריחה 

• נקב האיחוי נסגר
• השלפוחית מתנתקת מהממברנה הפרה-סינפטית
• מתמלאת מחדש בנוירוטרנסמיטר

---

התמזגות ומחזור

• הממברנה שלהם מתאחה כולה עם הממברנה הפרה-סינפטית, ומאבדת את זהותה.
• ניצני ממברנה עודפים קטנים ניתקים לתוך הציטופלסמה והופכות לשלפוחיות סינפטיות
• החלבונים הנחוצים משובצים בממברנה השלפוחית.
• מתמלאת מחדש בנוירוטרנסמיטר

---

שלפוחיות ממאגר המלאי -אנדוציטוזה רחבת היקף
תהליך מחזור:

• פיסות ממברנה גדולות מתקלפות לתוך הכפתור הסופי, מתנתקות ונכנסות לציטופלזמה.
• שלפוחיות חדשות נוצרות מניצני ממברנה קטנים המתנתקים מהחתיכות הגדולות.

---

משך תהליכי המחזור:

• מוכנות לפליטה - פחות משניה
• מאגר המחזור - כמה שניות
• מאגר המלאי - כמה דקות.

---

האם נוירוטרנסמיטר נכנס לתא גם?
לא, מולקות הנוירוטרנסמיטר אינן נכנסות, אלא רק יונים.

---

2 שיטות לפתיחת תעלות היונים:

1. ---

   שיטה ישירה
   • פשוטה יותר
   • השלבים:
     1. נוירוטרנסמיטר נקשר לאתר הקשירה של קולטן יונוטרופי
        • רגיש לאצטילכולין
        • בעל תעלות נתרן
     2. תעלות הנתרן נפתחות
     3. יוני נתרן נכנסים לתא
     4. מתרחשת דפולריזיה

2. ---

   שיטה עקיפה
   • מורכבת יותר, צורכת אנרגיה מהתא וארוכה יותר.
   • ממוקמים בסמיכות לחלבוני G.
   • השלבים: 
     1. הנוירוטרנסמינטר, הנחשב לשליח ראשוני, נקשר לקולטן מטבוטרופי
     2. תת יחידה של חלבון G, הנקראת a, מפעילה אנזים המאתחל ייצור של שליח שניוני.
     3. המולקולות של השליח השניוני נודדות בציטופלזמה ונצמדות לתעלות יונים קרובות.
     4. התעלות נפחות, והשינוי ביונים גורם לדפולריזציה.

פוטנציאלים פוסט סינפטיים הם קצרים, ומסתיימים במהירות על ידי שני מנגנונים:

1. קליטה חוזרת
2. דאקטיבציה אנזימטית

---

קליטה חוזרת

• מסיים את מרבית הפוטנציאלים הפוסט-סינפטיים
• מנצלת אנרגיה תאית.
• מולקולת נשא מיוחדת ממברנת הכפתור הסופי מסלקת את הנוירוטרנסמיטר חזרה לציטופלזמת התא.

---

דאקטיבציה אנזימטית

• אנזים המפרק נוירוטרנסמיטר
• בדר"כ עבור -
  •  אצטילכולין ACh - 
    • מתווך העברה עצבית
    • מצוי במוח, מוח השדרה וחלק ממערכת העצבים ההיקפית
    • אחראי על התכווצות שרירים
    • פוטנציאלים פוסט-סינפטיים קצרים ביותר
    • מפורק על ידי האנזים אצטילכוליןאסטרז AChE, למרכיבים - כולין ואצטט. אף אחד מהחומרים אינו מסוגל להפעיל קולטן.
  • נוירוטרנסמיטרים המורכבים ממולקולות פפטידיות

התהליך בו פוטנציאלים פוסט-סינפטיים מעכבים ומעוררים מסתכמים יחד וקובעים את קצב הירי של הנוירון

לפי הפעילות היחסית של סינפסות מעוררות וסינפסות מעכבות על פני גוף התא והדנדריטים שלו.