Zadanie úlohy:

Pre vypreparovaný nerv meraním stanovte rýchlosť šírenia excitácie.

Teoretická časť:

Nervový vzruch sa šíri nervovými vláknami – axónmi. Nervovú sústavu väčších organizmov možno rozdeliť na centrálnu a periférnu. Práve periférna časť nervovej sústavy, ktorá zahŕňa aj axóny, sprostredkúva vzájomný prenos informácií medzi zmyslovými orgánmi a svalmi na jednej strane a centrálnou nervovou sústavou na strane druhej.

Aferentné signály – signály, ktoré sa šíria v smere zmyslové orgány → centrálna nervová sústava

Eferentné signály – postupujú axónmi od centrálnej sústavy k svalom

Axóny sú z anatomického hľadiska dlhé výrastky nervových buniek – neurónov. V nervovej bunke sa schádzajú informácie vo forme elektrických signálov prichádzajúcich od mnohých susedných neurónov cez spojenia – synapsy – do jej kratších výbežkov dendritov. Excitácia bunky vzniká v dôsledku elektrochemických procesov lokalizovaných v membráne, ktoré sú viazané na prenos malých iónov Na⁺, K⁺, Cl^- (čiastočne Ca²⁺). Nervy a svaly sú schopné generovať elektromotorické napätie – biopotenciály. Elektrická aktivita buniek sa prejavuje vo forme krátkych impulzov (~ 1 ms) s opakovacou frekvenciou od 10 ms. Vnútro nervového vlákna sa nazýva axoplazma.

Pre živé bunky je charakteristický rozdiel v koncentrácií iónov Na⁺, K⁺, Cl^- na oboch stranách membrán. Tieto koncentračné gradienty jednotlivých iónov sú udržiavané v ustálenom stave membrány pomocou mechanizmov aktívneho transportu.

Elektrické napätie merané ako rozdiel potenciálov na vonkajšej a vnútorne strane membrány vyjadruje Hodgin – Katzov vzťah

F – Faradayov náboj

C_xⁱ a C_x^e koncentrácie príslušných iónov X zvnútra (v axoplazme) a zvonka membrány

P_x – permeabilita membrány pre ión X

u_x – pohyblivosť iónov X,

Δx – hrúbka membrány

V ustálenom stave je pomer permeabilít pre ióny Na⁺, K⁺, Cl^- nasledovný

- P_K : P_Na : P_Cl = 1 : 0,04 : 0,45

- typická hodnota Δφ = 67 mV

- pri excitácií sa pomery zmenia P_K : P_Na : P_Cl = 1 : 20 : 0,45

- typická hodnota Δφ = -43 mV

Akčný potenciál – rozdiel medzi napätím mebrány v pokoji a pri excitácii. Na tvorbe akčného potenciálu parcitipujú 2 druhy kanálov, selektívne priepustných pre ióny sodíka a draslíka. Ich otvorenie sa deje po sebe. V prvej fáze excitácie vzrastá permebilita sodíka, v druhej (s časovým oneskorením asi 1 ms) permeabilita draslíka.

Pri depolarizácií úseku membrány vznikajú elektrické prúdy, ktoré pretekajú okolitým prostredím. Tieto prúdy excitujú susedné úseky membrány.

Experimentálna časť:

Stimuláciu uskutočňujeme vhodným impulzovým generátorom pravouhlých impulzov s nastavenou opakovacou frekvenciou, amplitúdou, a šírkou impulzu. Zvyšovaním amplitúdy stimulačných impulzov možno pozorovať prahovú amplitúdu stimulácie. Pri ďalšom zvyšovaní amplitúdy veľkosť odozvy narastá (dochádza k zapájaniu ďalších nervových vlákien zo zväzku v nerve do činnosti) až po maximálnu hodnotu. Pri vyšších amplitúdach stimulačných impulzov odozva zostáva konštantná.

Schéma zapojenia:

Na elektródy sa položil nerv z potkana

Namerané hodnoty:

- Minimálna amplitúda : U = 0,2 V / 62,5 Hz

- Maximálna amplitúda : U = 1,8 V / 62,5 Hz

- Maximálna frekvencia: f = 666,6 Hz t = 1,5 ms

- Rýchlosť šírenia: 4 cm za 1,1 ms v = 36,36 m/s

Záver:

Odozva preparovaného nervu, zloženého zo zväzku súbežných axónov niekoľkých nervových buniek sa prejavovala takto:

Najnižší zaznamenaný impulz bol 0,2V a najväčší 1,8V. Pri tomto napätí sa už používajú všetky vlákna a väčší signál sa už neprenesie.

Zo vzdialenostíí stimulačných a meracích elektród sme vypočítali rýchlosť šírenia po tomto axóne, rýchlosť bola 36,36 m/s. Pri sledovaní vplyvu alkoholu na nerv sme zistili, že prudko klesá amplitúda odozvy až zanikne.