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O que determina se um potencial de ação é inibitório ou excitatório?

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O que determina se um potencial de ação é inibitório ou excitatório? É determinado pelos receptores, neurotransmissores ou algum outro mecanismo?


Resposta curta
O estado fisiológico da célula pós-sináptica determina, em última instância, o efeito de um potencial de ação entrante.

Fundo
Um potencial de ação que ocorre em uma sinapse química não é inibitório nem excitatório. Um potencial de ação é um binário '1', um sinal tudo ou nada sem qualquer informação, ou seja, não há um potencial de ação -1 ou +1. Da mesma forma, não existem neurotransmissores excitatórios ou inibitórios.

Notavelmente, o principal neurotransmissor excitatório no sistema nervoso, o glutamato, pode ter efeitos inibitórios dependentes do receptor ativado. Enquanto a maioria dos receptores metabotrópicos de glutamato (mGluRs) e receptores ionotrópicos de AMPA e NMDA são de fato todos excitatórios, os receptores inibitórios de glutamato (iGluRs) não são (Cleland, 1996).

Por outro lado, GABA, o principal neurotransmissor inibitório no sistema nervoso, pode ter efeitos pós-sinápticos excitatórios. Por exemplo, neurônios hiperpolarizados podem realmente despolarizar sobre GABAUMA ativação do receptor, simplesmente porque o potencial de membrana em repouso é mais negativo do que o potencial de reversão de Cl- (ou seja, Cl- fluxos Fora da célula devido ao potencial negativo de membrana) (Marty & Liano, 2005).

A existência de receptores de glutamato excitatórios e inibitórios mostra que é o receptor pós-sináptico que determina se um potencial de ação irá inibir ou excitar o neurônio pós-sináptico. O efeito excitatório do GABAUMA a ativação mostra que, além disso, mesmo os principais neurotransmissores inibitórios (GABA) com os principais receptores inibitórios (GABAUMA) pode excitar um neurônio dependente de seu estado fisiológico.

Além das sinapses químicas, existem as sinapses elétricas. Nessas sinapses, os potenciais de ação são transmitidos diretamente eletricamente por meio de junções comunicantes. Nesse caso, qualquer potencial de ação é excitatório, pois o sinal será transmitido se for forte o suficiente (Purves etudo., 2001).

Referências
- Cleland, Mol Neurobiol (1996); 13(2): 97-136
- Marty & Liano, Trends Neurosci (2005); 28(6): 284-9
- Purves et al., Neurociências, 2WL ed. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2001.


Neurotransmissores Químicos

As células nervosas que são utilizadas para a percepção de eventos externos irão, ao serem excitadas pelo estímulo adequado, transmitir um potencial de ação por seus axônios. Quando o sinal elétrico atinge o feixe terminal do axônio, ele interage com estruturas chamadas botões sinápticos. Estimula um influxo de cálcio (Ca 2+) através de portas de Ca 2+ dependentes de voltagem. Isso causa o movimento das vescículas em direção às membranas dos botões sinápticos. Dentro dessas vesículas estão substâncias químicas neurotransmissoras. Os neurotransmissores são fabricados no corpo celular e viajam pelo axônio para serem armazenados em vesículas associadas aos botões sinápticos. Quando uma vesícula atinge a membrana celular do botão sináptico, ela se funde com a membrana celular e libera seu neurotransmissor na região sináptica. No neurônio pós-sináptico estão os receptores que se ligam especificamente a esses neurotransmissores. O neurotransmissor excitará ou inibirá o disparo do neurônio pós-sináptico.

Um mecanismo de inibição do disparo do neurônio pós-sináptico é causar hiperpolarização como aquela que segue o pulso de um potencial de ação. Isso aumentaria o limiar de disparo do neurônio.

Observe que os neurônios pré e pós-sinápticos foram desenhados de forma idêntica acima, mas isso ocorre apenas por ignorância de quais são as diferenças estruturais.

Autor colaborador: Ka Xiong Charand


O que é uma sinapse?

Os neurônios não se tocam, mas onde o neurônio chega perto de outro neurônio, uma sinapse é formada entre os dois.

Os neurônios se comunicam essencialmente entre si por meio de sinapses. Quando os sinais viajam através dos neurônios até o ponto final, eles não podem simplesmente continuar para o próximo neurônio.

Deve desencadear a liberação de neurotransmissores que, então, carregam os sinais através da sinapse para chegar ao próximo neurônio. Os botões terminais pertencem às terminações pré-sinápticas do neurônio e possuem vasos contendo neurotransmissores. Eles são responsáveis ​​por transmitir sinais a outros neurônios.

Quando um impulso nervoso desencadeia a liberação desses neurotransmissores dos botões terminais, esses produtos químicos são liberados na fenda sináptica e são então captados por receptores na próxima célula.

O neurônio que então recebe os neurotransmissores é o neurônio pós-sináptico. Os neurônios recebem mensagens de muitos botões terminais e, por sua vez, os botões terminais formam sinapses com muitos outros neurônios.

Uma sinapse é uma combinação de:

  • Finais pré-sinápticos - que contêm os neurotransmissores (mensageiros químicos).
  • Fendas sinápticas - que é a lacuna entre os dois neurônios.
  • Finais pós-sinápticos - que contém os locais para receptores (moléculas que recebem sinais para uma célula).

As sinapses também têm a capacidade de comunicar uma mudança na mensagem transmitida. Os neurônios pós-sinápticos também podem enviar comunicações de volta aos neurônios pré-sinápticos, dizendo-lhes para mudar a frequência ou a quantidade de neurotransmissor liberado. Devido a isso, podemos dizer que as sinapses são capazes de se comunicar bidirecionalmente.


O que determina se um potencial de ação é inibitório ou excitatório? - Biologia

Às vezes, um único EPSP é forte o suficiente para induzir um potencial de ação no neurônio pós-sináptico, mas muitas vezes várias entradas pré-sinápticas devem criar EPSPs ao mesmo tempo para que o neurônio pós-sináptico seja suficientemente despolarizado para disparar um potencial de ação. Este processo é chamado somatório e ocorre no outeirinho do axônio, conforme ilustrado na Figura 1. Além disso, um neurônio frequentemente recebe entradas de muitos neurônios pré-sinápticos - alguns excitatórios e outros inibitórios - de modo que os IPSPs podem cancelar EPSPs e vice-versa. É a mudança líquida na voltagem da membrana pós-sináptica que determina se a célula pós-sináptica atingiu seu limite de excitação necessário para disparar um potencial de ação. Juntos, a soma sináptica e o limiar de excitação atuam como um filtro para que o “ruído” aleatório no sistema não seja transmitido como informação importante.

Figura 1. Um único neurônio pode receber entradas excitatórias e inibitórias de vários neurônios, resultando em despolarização da membrana local (entrada EPSP) e hiperpolarização (entrada IPSP). Todas essas entradas são somadas no outeiro do axônio. Se os EPSPs forem fortes o suficiente para superar os IPSPs e atingir o limiar de excitação, o neurônio irá disparar.

Interface cérebro-computador

A esclerose lateral amiotrófica (ALS, também chamada de doença de Lou Gehrig) é uma doença neurológica caracterizada pela degeneração dos neurônios motores que controlam os movimentos voluntários. A doença começa com enfraquecimento muscular e falta de coordenação e, eventualmente, destrói os neurônios que controlam a fala, a respiração e a deglutição, no final, a doença pode levar à paralisia. Nesse ponto, os pacientes precisam da ajuda de máquinas para respirar e se comunicar. Diversas tecnologias especiais foram desenvolvidas para permitir que pacientes “presos” se comuniquem com o resto do mundo. Uma tecnologia, por exemplo, permite que os pacientes digitem frases contraindo as bochechas. Essas frases podem então ser lidas em voz alta por um computador.

Uma linha relativamente nova de pesquisa para ajudar pacientes paralisados, incluindo aqueles com ELA, a se comunicar e manter um grau de autossuficiência é chamada de tecnologia de interface cérebro-computador (BCI) e é ilustrada na Figura 2. Essa tecnologia parece algo saído de ficção científica: permite que pacientes paralisados ​​controlem um computador usando apenas seus pensamentos. Existem várias formas de BCI. Algumas formas usam registros de EEG de eletrodos colados no crânio. Essas gravações contêm informações de grandes populações de neurônios que podem ser decodificadas por um computador. Outras formas de BCI requerem a implantação de um conjunto de eletrodos menor do que um selo postal na área do braço e da mão do córtex motor. Esta forma de BCI, embora mais invasiva, é muito poderosa, pois cada eletrodo pode registrar potenciais de ação reais de um ou mais neurônios. Esses sinais são então enviados para um computador, que foi treinado para decodificar o sinal e alimentá-lo para uma ferramenta - como um cursor na tela do computador. Isso significa que um paciente com ELA pode usar e-mail, ler a Internet e se comunicar com outras pessoas pensando em mover sua mão ou braço (mesmo que o paciente paralisado não possa fazer esse movimento corporal). Avanços recentes permitiram que uma paciente paralisada que sofreu um derrame 15 anos atrás controlasse um braço robótico e até mesmo se alimentasse de café usando a tecnologia BCI.

Apesar dos avanços surpreendentes na tecnologia BCI, ela também tem limitações. A tecnologia pode exigir muitas horas de treinamento e longos períodos de intensa concentração para o paciente, mas também pode exigir uma cirurgia no cérebro para implantar os dispositivos.

Figura 2. Com a tecnologia de interface cérebro-computador, os sinais neurais de um paciente paralisado são coletados, decodificados e, em seguida, enviados para uma ferramenta, como um computador, uma cadeira de rodas ou um braço robótico.

Assista a este vídeo em que uma mulher paralisada usa um braço robótico controlado pelo cérebro para levar uma bebida à boca, entre outras imagens da tecnologia de interface cérebro-computador em ação.



Soma - biologia de nível

Alguém pode me explicar a soma temporal e espacial?
Assisti vídeos, li meu livro, li outro livro, li coisas na internet, ainda tenho tantas dúvidas.

Talvez para começar eu devesse saber o seguinte: existe algo como um neurotransmissor excitatório / inibitório? Ou depende da sinapse?

Não é o que você está procurando? Experimente & hellip

Você pode obter uma sinapse excitatória ou inibitória. Uma sinapse excitatória é a sinapse normal em que o neurotransmissor faz com que os canais de íons de sódio se abram e permite que a despolarização ocorra, permitindo a geração de um potencial de ação. Uma sinapse inibitória faz com que os canais de íon cloreto se abram e, como os íons cloreto são negativos, isso significa que mais íons sódio seriam necessários do que o normal para permitir a geração de um potencial de ação, portanto, seria mais difícil para um potencial de ação ser estimulado no pós neurônio sináptico (portanto, inibitório)

Somação espacial é quando muitos neurônios pré-sinápticos estão conectados a um neurônio pós-sináptico (como espacial basicamente significa que há muitas sinapses no "espaço"), enquanto temporal é quando há um neurônio pré-sináptico conectado a um pós-sináptico, mas é apenas a frequência dos potenciais de ação que muda (como temporal significa tempo, há mais potenciais de ação em um determinado período de tempo)

(Postagem original de AH101)
Você pode obter uma sinapse excitatória ou inibitória. Uma sinapse excitatória é a sinapse normal em que o neurotransmissor faz com que os canais de íons de sódio se abram e permite que a despolarização ocorra, permitindo a geração de um potencial de ação. Uma sinapse inibitória faz com que os canais de íons de cloreto se abram e, como os íons de cloreto são negativos, isso significa que seriam necessários mais íons de sódio do que o normal para permitir a geração de um potencial de ação, portanto, seria mais difícil para um potencial de ação ser estimulado no pós neurônio sináptico (portanto, inibitório)

Somação espacial é quando muitos neurônios pré-sinápticos estão conectados a um neurônio pós-sináptico (como espacial basicamente significa que há muitas sinapses no "espaço"), enquanto temporal é quando há um neurônio pré-sináptico conectado a um pós-sináptico, mas é apenas a frequência dos potenciais de ação que muda (como temporal significa tempo, há mais potenciais de ação em um determinado período de tempo)

O que determina se uma sinapse é excitatória ou inibitória? É o neurônio pós-sináptico?
Eu li que se houvesse mais de uma pré-sinapse, se um potencial de ação é disparado ou não depende do efeito de soma de todas as pré-sinapses. Ou sth nesse sentido

Isso está correto? E o que isso significa?
Eu estou me auto-ensinando tudo e honestamente não entendo nada.


O que determina se um potencial de ação é inibitório ou excitatório? - Biologia

C2006 / F2402 '08 Esboço para Aula 15 -- (c) 2008 D. Mowshowitz - Aula atualizada em 26/03/08.

Apostilas: 15B (parte inferior) Circuitos 15B (parte superior) CNS / PNS 15A não está online - possui diagramas para soma e para sensores. Cópias extras de apostilas de classe estão em caixas do lado de fora do escritório do Dr. M, 7º andar, em Mudd.

Adicionado em 26/3: Uma extensa discussão sobre o papel do receptor (na determinação da resposta) foi incluída na palestra ao vivo, mas não nas notas abaixo. O exemplo usado foi a resposta à epinefrina. As notas sobre isso são publicadas como um suplemento à aula 15.

Nota sobre os períodos refratários: Há alguma discordância entre as autoridades sobre o tempo dos períodos refratários. De acordo com a apostila 13A, e com Becker, o período refratário absoluto vem logo após o pico do potencial de ação. De acordo com alguns, o período refratário absoluto coincide mais ou menos com o pico que o período refratário relativo segue após o pico. Todos concordam sobre o mecanismo subjacente. o absoluto o período refratário corresponde ao tempo em que os canais de Na + são inativados (portanto, a despolarização não é possível). o relativo o período refratário corresponde ao tempo em que os canais de Na + podem ser ativados, mas os canais de K + dependentes de voltagem ainda estão abertos (então a despolarização para o limiar requer um estímulo maior).

Alguns links interessantes:
Prêmio Nobel de Medicina de 1991 por Patch Clamping (Neher & amp Sakmann)
Prêmio Nobel de Medicina de 1936 pela Natureza Química da Transmissão em Sinapses (Dale & amp Loewi)
Prêmio Nobel de Medicina de 1994 pela descoberta de proteínas G (Gilman & amp Rodbell)
Mais duas animações de Steve Berg: Potencial de ação e canal catiônico controlado por tensão.

I. Sinapses Nervo-Nervo, cont. - O que determina se um impulso nervoso será transmitido para o próximo neurônio? Para belas fotos gerais, consulte Sadava 44.13 ou Becker fig. 13-19 e 13-21 (9-21 e 9-23). Parte disso é uma revisão, mas está incluída para maior clareza.

A. Lado pré-sináptico - Transmissores - Veja a Tabela 44.1 de Sadava e Becker fig. 13-20 (9-22).

1. Um tipo principal de transmissor por sinapse (liberado do lado pré-sináptico)

uma. No CNS , muitos diff. transmissores. Normalmente aminoácidos ou seus derivados. Os principais são glutamato (excitatório) e amp GABA (inibitório).

b. Em PNS geralmente norepinefrina (NE) ou acetilcolina (AcCh).

2. Um transmissor por neurônio. Normalmente, apenas um transmissor principal é liberado por qualquer neurônio. Portanto, um grande transmissor é liberado - o mesmo - em todas as sinapses feitas por aquele neurônio.

3. Liberação do transmissor:

uma. Localização do transmissor: Os neurotransmissores estão nas vesículas (exceto para NTs gasosos)

b . Gatilho para liberação: O potencial de ação (AP) estimula a abertura do canal de Ca ++ na membrana plasmática, aumentando o Ca ++ intracelular

c. Exocitose: O Ca ++ intracelular alto promove exocitose e liberação do transmissor.

4. Os efeitos do transmissor (no alvo) podem variar. Alguns transmissores são sempre excitatórios ou inibidores; outros transmissores variam em efeito (depende se você tem um ou mais tipos de receptores para aquele transmissor - veja abaixo).

5. Livrar-se de transmissores

uma. O transmissor não permanece na fenda sináptica por muito tempo.

b. Métodos diferentes para se livrar do dif. transmissores

(1). Difusão longe da fenda

(2) Destruição por enzimas na fenda. Por exemplo, a acetilcolina esterase (AcChE) na fenda quebra o AcCh (a colina é reutilizada). Veja Sadava fig.44.14

(3). Recapturarpor transportadores (transporte ativo secundário) - NE, serotonina removida da fenda por recaptação. (A endocitose recupera os transportadores de membrana, recupera os transmissores.)

c. Muitos medicamentos afetam a liberação / destino dos transmissores por ex.

(1). Prozacevita a recaptação da serotonina - o transmissor permanece por mais tempo & # 8594 mais estimulação.

(2) Malathion (inseticida) & amp; bloqueio de gás nervoso AcChEsterase & # 8594 estimulação contínua & # 8594 espasmos

B . Lado pós-sináptico - PSP's = potenciais pós-sinápticos = pequena mudança no potencial devido à liberação do transmissor

1. Pode ser inibitório (NT gera um IPSP) ou excitatório (NT gera um EPSP)

uma. Inibitório - causa hiperpolarização ou estabiliza a polarização negativa existente devido à abertura dos canais de K + ou Cl -. Ou K + sai ou Cl - entra.

b. Emocionante - causa despolarização devido à abertura dos canais de cátions Na + para dentro & gt & gt K + para fora.

c. Terminologia - um único IPSP ou EPSP geralmente se refere à pequena mudança no potencial devido à liberação do transmissor causada por um único AP. O PSP total depende da soma algébrica de vários IPSP's e EPSP's conforme explicado abaixo.

2. Qualquer sinapse é excitatória ou inibitória - o que a determina?

(1). Um tipo de receptor para neurotransmissor em cada sinapse.

(2) O receptor determina que tipo de sinapse é - excitatória ou inibitória.

(3). O mesmo neurotransmissor pode ser excitatório ou inibitório em diferentes sinapses.

(4). Receptor pode ser

(a) ionotrópico (direto) - o próprio receptor é um canal iônico. Resposta mais rápida A ligação do ligando sempre abre o canal. Para exemplos, consulte Sadava 44.17 ou Becker 13-23 (9-25). Veja também muitas fotos em ambos os livros de junção neuromuscular ou apostila 13.

(b) metabotrópico (indireto) - o receptor usa o GPCR e o segundo mensageiro. A resposta é mais lenta, mas os efeitos podem ser mais variados e mais extensos. Pode ser usado para abrir ou fechar canais de íons. Consulte Sadava 44,16.

(5) Agonistas e antagonistas são usado como ferramentas comuns para estudar receptores para NTs e hormônios. Alguns receptores nomeados por seu ligante comum e agonista ou antagonista mais comum. (Por exemplo, o receptor nicotínico da acetilcolina. Ac Ch = NT nicotina = agonista.) Para obter mais exemplos, consulte a tabela no final das notas.

b. Geral: Um par receptor / neurotransmissor por sinapse.

3. Características dos PSP's totais (para comparar com os AP's)

uma. O total de PSP é classificado - o tamanho é proporcional ao estímulo (como com os potenciais do receptor, veja abaixo). O tamanho não é tudo ou nada. (Ao contrário dos potenciais de ação.)

b. PSP são locais - morrer se não atingir o limite. (Não regenerado como os APs.)

c. PSP's são causados ​​pela abertura / fechamento de ligando fechado canais. (Que tipo de canal é necessário para APs?)

Para revisar o IPSP e o EPSP, tente o problema 8-10.

C. Lado pós-sináptico - Soma - Veja Sadava fig. 44,15 ou Becker 13-24 (9-26 e 9-27).

1. As entradas (IPSP's e EPSP's) para o corpo celular / dendritos são somadas - as mudanças se espalham pelo corpo celular até o segmento inicial (ou morrem).

2. Sem AP no corpo celular. Não há canais controlados por voltagem no corpo celular, então nenhum AP gerado lá

3. Axon Hillock. Os canais controlados por tensão começam no segmento inicial (também chamado de & quottrigger zone & quot ou axônio hillock), então o AP começa aí. Veja Becker fig. 13-14 (9-16) ou Sadava 44,15.

4. Entradas somadas no espaço e / ou tempo - precisa despolarizar além do limiar no outeirinho do axônio para & # 8594 AP. Veja o folheto 15A, abaixo.

uma. Soma espacial: Vários EPSP entregues em locais diferentes podem somar & # 8594 AP

b. Somatório temporal: Vários EPSP entregues próximos o suficiente no tempo podem somar & # 8594 AP

c. Por que você precisa de soma:

(1). Um único EPSP não é suficiente para & # 8594 AP

(2) IPSP's e EPSP's são somados: o efeito líquido depende de Ambas input inibitório e excitatório. Lembre-se de que existem cerca de 1000 sinapses (entradas) no corpo e nos dendritos de um neurônio comum. Veja Becker fig. 13-24 (9-27). (Veja os circuitos abaixo para saber como você usa isso.)

Análise Problema 8-8, partes A a H, e problema de recitação 8-2.

II. Sensores Consulte a apostila 15A (parte superior). Sadava tem um capítulo inteiro sobre sistemas sensoriais. (Capítulo # depende de qual edição do texto você possui.) Apenas alguns princípios gerais discutidos aqui. Veja Sadava para exemplos e detalhes do amplificador.

A. O problema: Como um pequeno estímulo (do meio ambiente) chega ao sistema nervoso?

1. A pergunta: De onde vem a entrada, senão de outro neurônio? Como você obtém informações do ambiente - da visão, do som, etc. - e as envia para o CNS?

2. Os Respostas Curtas :

Tato, audição, etc., produzem uma pequena resposta = mudança na polarização ao abrir / fechar canais em células especiais (células receptoras ou sensores).

A mudança na abertura dos canais (e, portanto, a mudança na polarização) é proporcional ao estímulo.

A pequena mudança na polarização abre canais controlados por tensão que geram uma grande resposta - um AP. (O 'big bang' ou o 'autoclismo', por assim dizer.) Veja o caso mais à esquerda no folheto do 'big bang'.

1. As células especiais (sensoriais) contêm proteínas receptoras para estímulos (pressão, luz, calor, produtos químicos, etc.).

2. Como os receptores de proteínas detectam os estímulos?

uma. Estímulos & # 8594 Mudança na conformação do receptor & # 8594 canais abertos ou fechados na membrana & # 8594 mudança na polarização da membrana.

b. Como os canais são abertos ou fechados? Consulte Sadava 45.1.

(1) Diretamente - o receptor faz parte de um canal = um receptor ionotrópico. Exemplos: receptores para estímulos mecânicos (tato, audição, equilíbrio) e temperatura do amplificador (calor / frio). O receptor muda de forma e o canal é aberto.

(2) Indiretamente - o receptor não faz parte de um canal = um receptor metabotrópico. A mudança na conformação do receptor ativa uma proteína G. Proteína G ou segundo mensageiro abre / fecha o canal. Exemplos: receptores para produtos químicos (gosto, cheiro, etc.), radiação eletromagnética (visão).

C. Potenciais do receptor

1. A resposta ao estímulo é graduada. Estímulo e # 8594 resposta local graduada. Quanto mais estímulos, mais canais se abrem (ou fecham) e maior o potencial graduado (maior despolarização ou maior hiperpolarização) na célula sensorial / receptora.

2. Terminologia - A resposta graduada no receptor / célula sensorial é chamada de potencial gerador ou potencial receptor.

D. Células receptoras. Dois tipos de células sensoriais (também conhecidas como células receptoras) = ​​células especiais com receptores moleculares para a detecção de estímulos

1. Neurônio modificado - a célula sensorial é um neurônio modificado capaz de gerar o próprio PA. (Veja Sadava 45,2 e amp abaixo para um exemplo.)

2. Célula que não pode gerar um AP por si só

uma. Como conseguir um AP? A célula sensorial libera o transmissor e aciona o AP em próximo célula (um neurônio). Veja Sadava 45.5 para um exemplo.

b. Tipo de célula. Este tipo de célula sensorial pode ser um neurônio modificado ou uma célula epitelial.

Pergunta a se fazer: De que tipo de canais uma célula precisa para gerar um AP?

E. Como a resposta graduada gera um AP? - Observe que há dois problemas aqui: Quantas células? (Um ou dois) e se o receptor é ionotrópico (direto) ou metabotrópico (indireto). Veja o folheto 15A.

1. AP está em neurônio modificado - sistema de uma célula. Potencial graduado (potencial gerador *) dispara AP na mesma célula (se o estímulo estiver acima do limite) e entrada # 8594 para CNS.

uma. Exemplo # 1 - direto (receptor ionotrópico) - alongamento. Sadava 45.2 por exemplo.

Estímulo = alongamento nas terminações nervosas & # 8594 canais abertos & # 8594 despolarizar para limiar & # 8594 AP (na própria célula do sensor).

b. Exemplo # 2 - indireto (receptor metabotrópico) - cheiro (olfato). Consulte Sadava 45.4.

Estímulo = Ligante (odorante) & # 8594 Receptor & # 8594 G proteína & # 8594 adenil ciclase & # 8594 cAMP up & # 8594 canal catiônico aberto (canal fechado de nucleotídeo cíclico) & # 8594 despolarizar célula & # 8594 AP.

Pergunta: Onde começará o potencial de ação? Em que parte da célula? Veja Sadava 45.2

2. AP está em célula separada (pós-sináptica) - sistema de duas células

uma. O potencial graduado (potencial do receptor *) desencadeia a liberação / inibição do transmissor pelo receptor / célula sensorial.

b. A quantidade de transmissor liberada pela célula sensorial é proporcional ao estímulo.

c. O transmissor gera IPSP ou EPSP no neurônio (próxima célula = célula pós-sináptica).

d. O transmissor dispara AP no neurônio pós-sináptico se o estímulo ultrapassar o limite e a entrada # 8594 no CNS.

e. Exemplos: visão e paladar (indireto), equilíbrio e audição (direto).

* Em edições mais antigas do Sadava, os termos & quot potencial gerador & quot e & quotreceptor potencial & quot são usados ​​para se referir a esses dois casos diferentes, respectivamente. A maioria dos textos adere ao "potencial do receptor" ou usa os dois termos de maneira intercambiável.

Com que tipo de célula receptora você está lidando no problema 8-16?

F. Todos os estímulos (qualquer que seja a modalidade) transmitem a mesma mensagem ao SNC (= AP's). Se AP é tudo ou nada, como saber qual estímulo foi? E quanto?

1. O número, a frequência dos APs indicam a duração (duração) e a força (intensidade) do estímulo.

2. Fiação (que parte do cérebro é estimulada) = linhas rotuladas = indica a localização do estímulo e tipo (modalidade) de estímulo - gosto, alongamento, etc. Se você levar um soco no olho, você ativa os receptores de luz. Para um exemplo menos violento, pegue um lápis bem afiado e bata no lábio superior. Quais sensores você disparou? (Para contraste, toque em seu braço.)

Para revisar os sensores, tente o Problema 8-16. Para revisar a comunicação elétrica em geral, tente 8-15.

III. Circuitos - - como o sistema nervoso é organizado

A. Circuitos simples - veja o folheto 15B, abaixo ou Sadava 46.3

1. Uma sinapse, 2 neurônios - circuito monossináptico - como o neurônio sensorial sinaliza um efetor.

A palestra ao vivo chegou até aqui. O resto será coberto na próxima vez.

2. Circuito com várias sinapses - como os músculos antagônicos são controlados. (O sinal para o músculo esquelético é sempre + um sinal (+) significa contrair nenhum sinal significa relaxar.)

3. Papel do cérebro - adiciona componente para cima / para baixo (como vs. entrada / saída)

4. Para sua informação: Onde tudo isso está localizado? consulte Sadava 46.3 não será discutido em aula.

B. Como o NS é organizado em geral? Veja o folheto 15 B, Becker 13-1 (9-1) ou Sadava 46.1

1. CNS

uma. CNS = cérebro + medula espinhal

b. Interneurônios. A maioria dos neurônios do SNC são interneurônios (99%)

c. Matéria branca = axônios

d. Massa cinzenta = corpos celulares, interneurônios e dendritos

2. PNS - Nomes das Divisões

uma. Afferente vs Eferente.

(1) Aferente = carregando informação em o CNS
(2) Eferente
= carregando informação longe do CNS

b. Eferente subdividido em: Somático vs autônomo

(1) Somático = controla o músculo esquelético
(2) Autônomo = controla todo o resto

c. Autonômico subdividido em: Parassimpático (PS) vs Simpático (S)

Tente o problema 8-8, parte I.

C. Como PS e S cooperam? (Ver Sadava 46.10) O que eles fazem?

1. O que eles inervam?

uma. Muitos órgãos inervados por ambos

b. Alguns órgãos são inervados (estimulados) por apenas um

(1). fígado, glândulas sudoríparas - apenas S

(2) lágrimas - somente PS

2. Que resultados a estimulação produz?

uma. Nem sempre S excita inibidores de PS. Ex: salivação - S inibe excitações de PS

b. Usualmente:

(1). Resposta S & # 8594 necessária em uma crise

(2) Resposta PS & # 8594 necessária em estado relaxado.

(1). S & # 8594 freqüência cardíaca sobe fígado libera glicose, bexiga relaxa (para segurar mais)

(2) PS & # 8594 freqüência cardíaca baixa, digestão, salivação alta.

D. Configuração geral da fiação do PNS eferente - veja o folheto 15A (todos os detalhes que não forem feitos hoje serão feitos na próxima vez).

1. Primeiro neurônio - mesmo em Somático e Autonômico.

uma. Localização - corpo em CNS

b. Neurotransmissor - libera AcCh

c. Receptor - O receptor AcCh (no efetor / próximo neurônio) é nicotínico

2. Segundo neurônio (pós ganglionar) - encontrado apenas em autônomo

uma. Localização - Corpo em gânglio

b. Neurotransmissor

(1). Parassimpático - libera AcCh

(2) Simpático - geralmente libera NE

c. Receptor (no efetor)

(1). O receptor AcCh (colinérgico) é muscarínico

(2) O receptor NE (adrenérgico) pode ser alfa ou beta (ver tabela abaixo)

d. Medula adrenal & # 8801 segundo neurônio. Medula composta por muitos neurônios com axônios curtos. Libere o neurotransmissor (principalmente E) da extremidade dos axônios curtos (dentro da medula). E vai para o sangue, então E atua como neuroendócrino em vez de neurotransmissor.

Tente o problema 8-8 parte J.

E. Principais tipos de receptores no PNS - Referência e resumo do amp


Potenciais classificados

Mudanças locais no potencial de membrana são chamadas de potenciais graduados e geralmente estão associadas aos dendritos de um neurônio. A quantidade de mudança no potencial de membrana é determinada pelo tamanho do estímulo que a causa. No exemplo do teste de temperatura do chuveiro, água ligeiramente quente iniciaria apenas uma pequena mudança em um termorreceptor, enquanto a água quente causaria uma grande mudança no potencial da membrana.

Os potenciais graduados podem ser de dois tipos: despolarizantes ou hiperpolarizantes (Figura 1). Para uma membrana no potencial de repouso, um potencial graduado representa uma mudança nessa voltagem acima de −70 mV ou abaixo de −70 mV. Os potenciais graduados de despolarização são frequentemente o resultado da entrada de Na + ou Ca 2+ na célula. Ambos os íons têm concentrações mais altas fora da célula do que dentro, porque eles têm uma carga positiva, eles se moverão para dentro da célula fazendo com que ela se torne menos negativa em relação ao exterior. Os potenciais graduados de hiperpolarização podem ser causados ​​pela saída do K + da célula ou pela entrada do Cl & # 8211 na célula. Se uma carga positiva sai de uma célula, a célula se torna mais negativa se uma carga negativa entrar na célula, a mesma coisa acontece.

Figura 1. Potenciais classificados. Potenciais graduados são mudanças temporárias na voltagem da membrana, cujas características dependem do tamanho do estímulo. Alguns tipos de estímulos causam despolarização da membrana, enquanto outros causam hiperpolarização. Depende dos canais iônicos específicos que são ativados na membrana celular.

Tipos de Potenciais Graduados

Para as células unipolares dos neurônios sensoriais - tanto aquelas com terminações nervosas livres quanto aquelas dentro das encapsulações -, potenciais graduados se desenvolvem nos dendritos que influenciam a geração de um potencial de ação no axônio da mesma célula. Isso é chamado de potencial gerador. Para outras células receptoras sensoriais, como células gustativas ou fotorreceptores da retina, potenciais graduados em suas membranas resultam na liberação de neurotransmissores em sinapses com neurônios sensoriais. Isso é chamado de potencial receptor.

UMA potencial pós-sináptico (PSP) é o potencial graduado nos dendritos de um neurônio que está recebendo sinapses de outras células. Os potenciais pós-sinápticos podem ser despolarizantes ou hiperpolarizantes. A despolarização em um potencial pós-sináptico é chamada de potencial pós-sináptico excitatório (EPSP) porque faz com que o potencial de membrana se mova em direção ao limiar. A hiperpolarização em um potencial pós-sináptico é um potencial pós-sináptico inibitório (IPSP) porque faz com que o potencial de membrana se afaste do limiar.

Soma

Figura 2. Soma de potencial pós-sináptico O resultado da soma dos potenciais pós-sinápticos é a mudança geral no potencial de membrana. No ponto A, vários potenciais pós-sinápticos excitatórios diferentes somam-se a uma grande despolarização. No ponto B, uma mistura de potenciais pós-sinápticos excitatórios e inibitórios resulta em um resultado final diferente para o potencial de membrana.

Todos os tipos de potenciais graduados resultarão em pequenas mudanças de despolarização ou hiperpolarização na voltagem de uma membrana. Essas mudanças podem levar o neurônio a atingir o limiar se as mudanças se somam, ou summate. Os efeitos combinados de diferentes tipos de potenciais graduados são ilustrados na Figura 2. Se a mudança total na voltagem na membrana for 15 mV positiva, o que significa que a membrana se despolariza de -70 mV a -55 mV, então os potenciais graduados resultarão na membrana atingindo o limiar.

Para os potenciais do receptor, o limiar não é um fator, porque a mudança no potencial da membrana para as células receptoras causa diretamente a liberação do neurotransmissor. No entanto, potenciais geradores podem iniciar potenciais de ação no axônio do neurônio sensorial, e potenciais pós-sinápticos podem iniciar um potencial de ação no axônio de outros neurônios. Graded potentials summate at a specific location at the beginning of the axon to initiate the action potential, namely the initial segment. For sensory neurons, which do not have a cell body between the dendrites and the axon, the initial segment is directly adjacent to the dendritic endings. For all other neurons, the axon hillock is essentially the initial segment of the axon, and it is where summation takes place. These locations have a high density of voltage-gated Na + channels that initiate the depolarizing phase of the action potential.

Summation can be spatial or temporal, meaning it can be the result of multiple graded potentials at different locations on the neuron, or all at the same place but separated in time. Somatório espacial is related to associating the activity of multiple inputs to a neuron with each other. Somatório temporal is the relationship of multiple action potentials from a single cell resulting in a significant change in the membrane potential. Spatial and temporal summation can act together, as well.

Watch this video to learn about summation.

The process of converting electrical signals to chemical signals and back requires subtle changes that can result in transient increases or decreases in membrane voltage. To cause a lasting change in the target cell, multiple signals are usually added together, or summated. Does spatial summation have to happen all at once, or can the separate signals arrive on the postsynaptic neuron at slightly different times? Explique sua resposta.


Reconhecimentos

We thank Dr. Joel Elmquist for providing POMC-hrGFP transgenic mice and Dr. Hiroyuki Ebinuma for providing purified mouse MMW-adiponectin. This study was supported by Grant-in-Aid for Scientific Research (B) (23390044) and for Challenging Exploratory Research (24659101, 26670453) from Japan Society for the Promotion of Science (JSPS), Strategic Research Program for Brain Sciences (10036069) by the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology of Japan (MEXT), MEXT-Supported Programs for Strategic Research Foundation at Private Universities (S1101022) 2011–2015 (Cooperative Basic and Clinical Research on Circadian Medicine) and (S1311029) 2013–2017, a grant from Salt Science Research Foundation, No. 1434 and a grant from Lilly-Incretin Basic Research Grant from Japan Diabetes Foundation to TY. This study was subsidized by JKA through its promotion funds from KEIRIN RACE to TY.


Diversity and Functions of GABA Receptors: A Tribute to Hanns Möhler, Part B

Hanns Ulrich Zeilhofer , . Mario A. Acuña , in Advances in Pharmacology , 2015

2 Synaptic Disinhibition in Pathological Pain

Fast synaptic inhibition in the spinal dorsal horn is mediated by GABA and glycine acting respectively at GABA UMAR and strychnine-sensitive GlyRs. Plenty of evidence indicates that blockade of spinal GABAUMARs or GlyRs produces signs of allodynia and spontaneous pain ( Beyer, Roberts, & Komisaruk, 1985 Miraucourt, Dallel, & Voisin, 2007 Roberts, Beyer, & Komisaruk, 1986 ). More recent studies provided insights into the mechanism of this sensitization on the level of dorsal horn neuronal circuits. The most consistent observation in these studies was a strong increase in polysynaptic input onto lamina II neurons after application of the GABAUMAR antagonist bicuculline ( Baba et al., 2003 ). A second finding was related to the synaptic input of lamina I projection neurons, which express the neurokinin 1 receptor. These neurons serve an essential role in the relay of pathological pain, as their ablation strongly reduces hyperalgesia induced by inflammation and neuropathy ( Nichols et al., 1999 ). Under normal conditions, these neurons receive sensory input almost exclusively from nociceptors (C and Aδ fibers). Blockade of GABAUMA and GlyRs however led to the de novo appearance polysynaptic responses from Aβ fibers ( Torsney & MacDermott, 2006 ). These newly appearing polysynaptic connections likely underlie the allodynia seen na Vivo after spinal application of bicuculline or strychnine. An increase in polysynaptic Aβ fiber input onto substantia gelatinosa (lamina II) may also occur as an endogenous process in chronic pain states ( Baba, Doubell, & Woolf, 1999 ).

Several groups have identified signaling pathways that reduce inhibitory synaptic transmission in inflammatory or neuropathic pain states ( Fig. 3 ). A prostaglandin E2-mediated phosphorylation of superficial dorsal horn GlyRs renders these receptors less responsive to glycine ( Ahmadi, Lippross, Neuhuber, & Zeilhofer, 2002 Harvey et al., 2004 Reinold et al., 2005 ). Peripheral nerve damage leads to a downregulation of the GABA synthesizing enzyme GAD65 in the spinal cord ( Moore et al., 2002 ), and both inflammation and nerve injury cause an epigenetic downregulation of the same enzyme in the brainstem ( Zhang, Cai, Zou, Bie, & Pan, 2011 ). A large number of neuromodulators interfere with the release of GABA and glycine from inhibitory dorsal horn neurons via activation of G protein-coupled receptors and inhibition of Ca 2 + channels ( Zeilhofer, Wildner, & Yévenes, 2012 ). An endocannabinoid and CB1 receptor-mediated inhibition of glycine and/or GABA release contributes to spinal sensitization evoked by extensive nociceptive input to the dorsal horn ( Pernia-Andrade et al., 2009 ). Microglia activated in the dorsal horn in response to peripheral nerve damage downregulates the expression of the potassium and chloride co-exporter KCC2 in superficial dorsal horn neurons, thereby shifting the reversal potential of GABA and glycine evoked chloride currents to more depolarized values. This shift renders glycinergic and GABAergic input less inhibitory ( Coull et al., 2003, 2005 Keller, Beggs, Salter, & De Koninck, 2007 ), or, if the shift is sufficiently large, glycinergic and GABAergic input may even become excitatory and trigger action potentials in postsynaptic neurons ( Coull et al., 2003 ).

Figure 3 . Four signaling pathways leading to spinal disinhibition in pathological pain states. (1) Prostaglandin E2 (PGE2) produced in the spinal cord in response to peripheral inflammation increases cAMP production after activation EP2 receptors (EP2). The subsequent activation of protein kinase A (PKA) phosphorylates and inhibits GlyR of the superficial dorsal horn. (2) Peripheral nerve damage activates spinal microglia which releases brain-derived neurotrophic factor (BDNF). BDNF downregulates the expression of the potassium/chloride exporter KCC2 leading to an increase in intracellular chloride ([Cl − ]eu) As a consequence GABAergic and glycinergic input becomes less inhibitory (or even excitatory). (3) Several neuromodulators including endocannabinoids reduce presynaptic GABA and glycine release rendering dorsal horn neurons more excitable. (4) Peripheral nerve damage leads to the downregulation of the GABA synthesizing enzyme GAD65 and possible to reduced GABA content in inhibitory dorsal horn neurons.

Pharmacological enhancement of GABAergic synaptic transmission in the dorsal horn should be able to reverse pathological pain states that result from reduced presynaptic GABA release or from reduced responsiveness of postsynaptic GABAUMARs. Some of the disinhibitory processes discussed above do specifically reduce glycinergic inhibition prompting the question whether a potentiation of GABAergic responses would be able to restore proper inhibition in these cases. Many inhibitory dorsal horn neurons, co-release GABA and glycine from the same terminals and even from the same vesicles ( Bohlhalter, Möhler, & Fritschy, 1994 Colin, Rostaing, Augustin, & Triller, 1998 Feng et al., 2005 Todd & Sullivan, 1990 Todd, Watt, Spike, & Sieghart, 1996 ). In most dorsal horn neurons, inhibitory postsynaptic responses are mediated by GABAUMAR and GlyRs ( Baccei & Fitzgerald, 2004 Yoshimura & Nishi, 1995 ) and even in cells, in which no GABAergic component is visible under normal conditions, a GABAergic IPSC component can be revealed with benzodiazepines and neurosteroids ( Keller, Breton, Schlichter, & Poisbeau, 2004 Keller, Coull, Chery, Poisbeau, & De Koninck, 2001 ). It is thus conceivable that pharmacological enhancement of GABAergic neurotransmission would also compensate for reduced glycinergic transmission.

The situation is more complex in those cases where disinhibition results from changes in the transmembrane chloride gradient. As long as the activation of GABAUMAR or GlyRs remains below the threshold of action potential activation, potentiation of GABAUMAR or GlyR may still remain inhibitory. However, as soon as the chloride equilibrium potential reaches the action potential threshold, potentiation of GABAUMAR or GlyR would increase the risk of paradoxical GABAergic and glycinergic excitation ( Prescott, Sejnowski, & De Koninck, 2006 ). We discuss this issue below in the context of preclinical studies on subtype-selective benzodiazepines.


Local Potentials

We now consider the disturbances in membrane potential that occur when a neuron is stimulated. Typically (but with exceptions), the response of a neuron begins at a den-drite, spreads through the soma, travels down the axon, and ends at the synaptic knobs. We consider the process in that order.

Neurons can be stimulated by chemicals, light, heat, or mechanical distortion of the plasma membrane. We'll take as our example a neuron being chemically stimulated on its dendrite (fig. 12.10). The chemical—perhaps a pain signal from a damaged tissue or odor molecule in a breath of air—binds to receptors on the neuron. These receptors are ligand-regulated sodium gates that open and allow Na+ to rush into the cell. The inflow of Na+ neutralizes some of the internal negative charge, so the voltage across the membrane drifts toward zero. Any such case in which membrane voltage shifts to a less negative value is called depolarization. The incoming sodium ions diffuse for short distances along the inside of the plasma membrane and produce a current that travels from the point of stimulation toward the cell's trigger zone. Such a short-range change in voltage is called a local potential.

There are four characteristics that distinguish local potentials from the action potentials we will study shortly (table 12.2). You will appreciate these distinctions more fully after you have studied action potentials.

Large anions that cannot escape cell

Figure 12.9 Ionic Basis of the Resting Membrane Potential.

Note that sodium ions are much more concentrated in the extracellular fluid (ECF) than in the intracellular fluid (ICF), while potassium ions are more concentrated in the ICF. Large anions unable to penetrate the plasma membrane give the cytoplasm a negative charge relative to the ECF. If we suddenly increased the concentration of Cl" ions in the ICF,would the membrane potential become higher or lower than the RMP?

Large anions that cannot escape cell

Saladin: Anatomy & I 12. Nervous Tissue I Text I I © The McGraw-Hill

Physiology: The Unity of Companies, 2003 Form and Function, Third Edition

Chapter 12 Nervous Tissue 457

Chapter 12 Nervous Tissue 457

Figure 12.10 Excitation of a Neuron by a Chemical Stimulus. When the chemical (ligand) binds to a receptor on the neuron, the receptor acts as a ligand-regulated ion gate through which Na diffuses into the cell. This depolarizes the plasma membrane.

Figure 12.10 Excitation of a Neuron by a Chemical Stimulus. When the chemical (ligand) binds to a receptor on the neuron, the receptor acts as a ligand-regulated ion gate through which Na diffuses into the cell. This depolarizes the plasma membrane.

Table 12.2 Comparison of Local Potentials and Action Potentials

Produced by ligand-regulated gates on the dendrites and soma

May be a positive (depolarizing) or negative (hyperpolarizing) voltage change

Graded proportional to stimulus strength

Reversible returns to RMP if stimulation ceases before threshold is reached Local has effects for only a short distance from point of origin Decremental signal grows weaker with distance

Produced by voltage-regulated gates on the trigger zone and axon Always begins with depolarization

All-or-none either does not occur at all or exhibits same peak voltage regardless of stimulus strength Irreversible goes to completion once it begins Self-propagating has effects a great distance from point of origin Nondecremental signal maintains same strength regardless of distance

  1. Local potentials are graded, meaning that they vary in magnitude (voltage) according to the strength of the stimulus. A more intense or prolonged stimulus opens more ion gates than a weaker stimulus. Thus, more Na+ enters the cell and the voltage changes more than it does with a weaker stimulus.
  2. Local potentials are decremental, meaning they get weaker as they spread from the point of stimulation. The decline in strength occurs because as Na+

spreads out under the plasma membrane and depolarizes it, K+ flows out and reverses the effect of the Na+ inflow. Therefore, the voltage shift caused by Na+ diminishes rapidly with distance. This prevents local potentials from having any long-distance effects.

3. Local potentials are reversible, meaning that if stimulation ceases, K+ diffusion out of the cell quickly returns the membrane voltage to its resting potential.

Saladin: Anatomy & Physiology: The Unity of Form and Function, Third Edition

© The McGraw-Hill Companies, 2003

458 Part Three Integration and Control

4. Local potentials can be either excitatory or inhibitory. So far, we have considered only excitatory local potentials, which depolarize a cell and make a neuron more likely to produce an action potential. Acetylcholine usually has this effect. Other neurotransmitters, such as glycine, cause an opposite effect—they hyperpolarize a cell, or make the membrane more negative. The neuron is then less sensitive and less likely to produce an action potential. A balance between excitatory and inhibitory potentials is very important to information processing in the nervous system, and we explore this more fully later in the chapter.