Du känner nog till hur nervcellerna och nervsystemet fungerar på ett ungefär. Men den här DVD:n tar dig vidare, med på en resa in i ditt inre som förklarar exakt vad som sker. Hur fungerar en reflexbåge? Vad är nervcellernas vilooch aktionspotential? Det är bara några av frågorna du får svaret på. Denna DVD förklarar i detalj, steg för steg, vad som sker. Serien förklarar: 1. Nervcellernas vilopotential 2. Nervcellernas aktionspotential 3. Synapserna 4. Reflexbågen 5. Centrala nervsystemet 6. Inlärningsförmågan 7. Autonoma nervsystemet Fakta Produktion: GIDA GmbH Längd: 39 min Från: 15 år Ämne: Biologi Filmnr: 7042 Inledning Nervsystemet är ett organsystem som samordnar sinnesintryck och beteende i relation till omgivningen. Förmåga att reagera på yttre stimuli med förändringar (signaler) i cellmembranerna finns hos de flesta celler, men är speciellt utvecklad hos nervceller (neuroner). Människans nervsystem kan indelas i centrala och perifera nervsystemet. 1.1. Nervcellernas vilopotential Precis innan vi springer iväg är musklerna i beredskapsläge. Det är möjligt tack vare nervcellernas vilopotential. För att kunna förklara nervcellernas vilopotential måste vi ta oss in ända till axonmembranet; kontaktytan mellan nervcellens cytoplasma och extracellulär-rummet. Inuti axonen, liksom utanför cellen, simmar mängder av olika joner. Men för att förstå de följande processerna är det bara positivt laddade natrium- och kaliumjonerna som är viktiga. Vid cellmembranet råder en tydlig koncentrationsskillnad. I cytoplasman finns det fler kaliumjoner och utanför cellen finns det fler natriumjoner. Kaliumjonerna kan ta sig igenom cellmembranet tämligen enkelt. Hela tiden vandrar kaliumjoner ut ur cytoplasman för att jämna ut koncentrationsskillnaden. Natriumjonerna har det svårare att ta sig igenom cellmembranet: Bara ett fåtal lyckas ta sig in, och då mestadels genom särskilda kanaler i cellmembranet. En jonpump i cellmembranet motarbetar hela tiden jonernas vandring. Den drar in kaliumjoner i cytoplasman och skickar ut natriumjoner ur cellen. På så sätt hålls jonkoncentrationerna på båda sidor om cellmembranet konstanta. Skillnaden i jonkoncentration är mycket viktig för nervcellens funktion. Totalt sett leder jonförflyttningen i membranet till att något fler kaliumjoner flyttas ut än natriumjoner flyttas in. Det skapar inte bara en koncentrationsskillnad runt cellmembranet, utan också en lätt
elektrisk spänning mellan den minusladdade insidan och den plusladdade utsidan. Det är den så kallade vilopotentialen i axonen och hela nervcellen. Den ligger på ungefär minus 60 millivolt. (Läs mer i stycket 1.2). 1.2. Aktionspotential Föreställ dig att du springer iväg i samma ögonblick som startskottet går. Trots väntan är musklerna blixtsnabba på att reagera. Det är möjligt tack vare nervcellernas aktionspotential. När musklerna vilar är vilopotentialen över axonmembranet minus 60 millivolt (läs mer om det i stycket 1.1). Startsignalen från hjärnan når nervcellkroppen. Där bildas en receptorpotential, som vandrar längs cellmembranet till axonkäglan. Spänningen över cellmembranet sjunker. Och i samma ögonblick som spänningen når tröskelvärdet minus 50 millivolt uppstår en aktionspotential i axonen. Genom det lätta spänningsfallet över axonmembranet öppnas blixtsnabbt spänningsstyrda natriumkanaler. De släpper in stora mängder natriumjoner i axonens inre. Resultatet blir ett spänningsomslag över membranet till plus 30 millivolt aktionspotentialen. Det tar bara 1-2 millisekunder; sedan stängs natriumkanalerna igen. Strax därpå öppnas sedan ett flertal spänningsstyrda kaliumkanaler i axonmembranet. Nu strömmar stora mängder kaliumjoner ut. På så sätt vänds potentialen och blir återigen negativ: det sker en hyperpolarisering till minus 80 millivolt. Aktionspotentialen är över på cirka tre millisekunder. Och då har natrium-kaliumpumparna i axonmembranet fullt upp med att transportera tillbaka jonerna igen: Kalium ska pumpas in och natrium ska ut. På så sätt återställs ursprungstillståndet i den här delen av axonmembranet vilopotentialen blir återigen minus 60 millivolt. 1.3. Synapser Signalvägen från hjärnan till respektive muskel utgörs för det mesta av flera sammanlänkade neuroner, som kopplas ihop med synapser. Här en synaps vid en axons motoriska ändplatta, vilket är kopplingsstället mellan neuronen och en muskelfiber. Axonen slutar i så kallade nervändslut. I synapsblåsorna finns en signalsubstans lagrad, till exempel acetylkolin. I nervändslutets membran finns spänningsstyrda kalciumjon-kanaler. Den smala synapsklyftan skiljer det presynaptiska membranet från det postsynaptiska membranet. I det sistnämnda finns signalsubstans-styrda natriumjon-kanaler. Detta är synapsens viktigaste beståndsdelar. Så här fungerar det: Aktionspotentialer går in i nervändslutet och får spänningsstyrda kalciumkanaler att öppnas. De inströmmande kalciumjonerna gör så att synapsblåsorna fastnar mot det presynaptiska membranet och utsöndrar signalsubstansen acetylkolin i synapsklyftan. Den elektriska aktionspotentialen har omvandlats till en kemisk signal. På andra sidan av klyftan, i det postsynaptiska membranet, binder sig en del av acetylkolin-molekylerna på natriumkanalernas receptorer. Det får kanalerna att öppnas och natriumjoner strömmar in i den postsynaptiska cellen. Resultatet blir en PSP, en postsynaptisk potential, som yttrar sig om en depolarisering över cellmembranet och kan leda till ett spänningsomslag. Ju mer aktionspotentialer som når synapsen, desto mer signalsubstans frigörs och desto starkare blir depolariseringen. Och när membranpotentialen överskrider ett visst tröskelvärde leder det till en muskelkontraktion. Eller så utlöses fler aktionspotentialer vid axonkäglan, om den är kopplad till en annan nervcell. I vilket fall omvandlas den kemiska signalen återigen till en elektrisk signal. Den kemiska retningen i synapsen får inte pågå för länge. Efter att natriumkanalerna har öppnats lossnar därför acetylkolinet snabbt och bryts ned av enzymer. Resterna, acetat och kolin, kan transporteras tillbaka in i den presynaptiska cellen och återigen syntetiseras till acetylkolin. Hittills har du bara läst om pådrivande synapser. De skapar en EPSP i den postsynaptiska cellen en excitatorisk postsynaptisk potential.
En sådan EPSP orsakar en mer eller mindre stark depolarisering över den postsynaptiska cellens membran. Men det finns även bromsande synapser, som använder andra signalsubstanser för att skapa en IPSP, en inhibitorisk postsynaptisk potential. Denna IPSP strävar efter att hyperpolarisera den postsynaptiska cellen. Membranpotentialen vid axonkäglan är alltså ett resultat av bromsande och pådrivande potentialer från de intilliggande synapserna. Om depolariseringen dominerar uppstår aktionspotentialer i den avledande axonen. Men om hyperpolariseringen dominerar, ställs aktionspotentialerna in. Det finns tre möjligheter: 1. En temporal summation. Postsynaptiska potentialer som uppstår nära inpå varandra i en synaps kan summeras tills tröskelvärdet för en aktionspotential har nåtts. 2. En spatial summation. Potentialer i tätt intilliggande synapser kan summeras. 3. Bromsande och pådrivande potentialer motverkar varandra tills en summa nås. Sist men inte minst: I synapsen kan omvandlingen från elektrisk till kemisk signal bara gå åt ett håll. Synapserna fungerar därmed även som ventiler, eller likriktare i nervsystemet. 1.4. Reflexbågen Reflexer är en blixtsnabb reaktion från ryggmärgen, som inte handlar om någon medveten reaktion från hjärnan. När man t.ex. snubblar böjs underbenet och den främre lårmuskeln sträcks. Detta registreras av en så kallad muskelspole, som ligger insprängd i lårmuskeln. Muskelspolen utlöser aktionspotentialer som blixtsnabbt registreras i ryggmärgen. Och ryggmärgen löser i sin tur genast ut aktionspotentialer i den motoriska lårnerven. Sträckarmuskeln i underbenet kontraheras och benet genomför sedan en ofrivillig sparkrörelse framåt, för att upprätthålla balansen. 2.1. Centrala nervsystemets uppbyggnad Det mänskliga nervsystemet har tre huvudsakliga delar och funktioner: Sensoriska och motoriska nervbanor binder samman alla delar av kroppen, via ryggmärgen, med hjärnan. Nervbanorna utgör det man kallar perifera nervsystemet. Ryggmärgen och hjärnan utgör tillsammans det centrala nervsystemet. Ryggmärgen ligger skyddad inuti ryggraden. I den så kallade vita substansen ligger de otaliga axoner som transporterar signaler från eller till kroppen. I den grå substansen finns de tillhörande nervcellkropparna och olika så kallade interneuroner. Signaler från kroppens sinnesceller löper via de sensoriska nervrötterna in i ryggmärgen. På motsvarande sätt går hjärnans och ryggmärgens signaler ut i kroppen via de motoriska nervrötterna. I huvudsak fungerar hela ryggmärgen alltså som en sorts informationsmotorväg som leder signaler fram och tillbaka mellan olika kroppsdelar och hjärnan. Hjärnan kan delas in i fem regioner: 1. Förlängda märgen styr bland annat livsviktiga reflexer, som exempelvis hostoch nysreflexerna. 2. Mitthjärnan bidrar till att hjälpa människan att koordinera vissa rörelser. 3. I mellanhjärnan uppstår känslor som ilska, rädsla och glädje. Den styr bland annat det autonoma nervsystemet. 4. Lillhjärnan är hjärnans näst största del. Här sker bland annat samordningen av fina muskelrörelser. Till exempel lagras intensivt intränade rörelsemönster som små program i lillhjärnan. 5. Storhjärnan är den allra högst utvecklade delen av hjärnan. Den är centrum för vår varseblivning av omgivningen, för vårt medvetande, vårt tänkande och handlande och för förnimmelsen av känslor. Den kraftigt veckade storhjärnbarken täcker alla andra delar av hjärnan. Den är hjärnans grå substans och i den finns cellkroppar tillhörande runt 20-30 miljarder nervceller. Längre in i hjärnan ligger hjärnans vita substans. Dit löper nervtrådarna nervcellernas axoner. De sköter de extremt komplexa förbindelserna mellan hjärncellerna och utgör grunden för människans intelligens. 2.2. Inlärningsförmågan Vår hjärna har dels ett korttidsminne, dit mängder av information från våra sinnesorgan ständigt strömmar in. Men korttidsminnet håller bara kvar informationen i några minuter. Annars skulle hjärnan förmodligen drabbas av överbelastning av alla intryck. Den ständiga rensningen av lagringsutrymmet kallar vi att glömma. Bara den bråkdel av informationen som
hjärnan bedömer som viktig, hamnar i den första delen av långtidsminnet. Här ligger den kvar i några dagar, i ett slags mellansteg. För precis som det gamla ordspråket säger: Övning ger färdighet: Om man repeterar och övar inlärd kunskap ofta, bedömer hjärnan den som viktig och lagrar den permanent i långtidsminnet. Kunskap som har lärts in och befästs genom repetition och övning kan stanna kvar i minnet i många år. Ju fler sinnesorgan som är delaktiga i inlärningen och övningen, desto bättre fastnar kunskapen. Om man gör något fastnar kunskapen lättare än om man bara läser den. Saker man gör fysiskt sitter också i långtidsminnet: som att springa, arbeta med händerna och skriva. Hämtningen av information från långtidsminnet sker alltid via korttidsminnet. Därför kallar man det också för hjärnans arbetsminne. 2.3. Autonoma nervsystemet Det autonoma nervsystemet styrs av hjärnan. Ett särskilt område i mellanhjärnan, den så kallade hypotalamus, är den centralenhet där det autonoma nervsystemets två huvuddelar börjar: De två delsystemen kallas för det sympatiska och det parasympatiska systemet. De är förbundna med alla kroppens inre organ. Sympatiska nervsystemet består av två nervtrådar, så kallade gränssträngar, som löper längs med ryggradens högra och vänstra sida. Vid varje kota är sympatiska nervsystemet kopplad till ryggmärgen. Från dessa punkter förgrenas också nerver ut till de inre organen. Den andra delen, det parasympatiska nervsystemet, förgrenar sig redan i höjd med halskotorna och bildar nervbanor till alla inre organ. De sympatiska och parasympatiska nervsystemen arbetar mot varandra, med att antingen hämma eller främja vissa organs funktion. Grundprincipen är att sympatiska nervsystemet ställer in kroppen på aktivitet och ökad beredskap. Parasympatiska nervsystemet däremot ansvarar för vila och återhämtning. Ett exempel är någon som springer: 1. Sympatiska nervsystemet får hjärtat att slå snabbare, lungorna att andas tungt och snabbt. 2. Svettkörtlarna stimuleras att utsöndra vätska och på så sätt kyla kroppen. 3. Samtidigt hämmar det sympatiska nervsystemet flera organ som inte behövs vid tillfällig ansträngning: Magens och tarmens aktivitet bromsas, liksom leverns, njurarnas och bukspottkörtelns. 4. Om man stannar och vilar sker en omvänd process; hjärtat lugnar sig, matsmältningsorganen aktiveras etc. Det här systemet är ett arv när det var nödvändigt för våra förfäder att kunna fly snabbt för att överleva. Sympatiska nervsystemet ställer blixtsnabbt om kroppen för maximal prestanda; för att slåss eller fly. Nyckelord/Teman Vilopotential Aktionspotential Kalium Natrium Synaps PSP EPSP IPSP Reflexbåge Perifera nervsystemet Nervbanor Hjärnan Ryggmärgen Förlängda märgen Korttidsminne Långtidsminne Arbetsminne Sympatiska systemet Parasympatiska systemet Aktiviteter före visning Ge exempel på fem olika situationer när nervcellerna och nervsystemet är involverade. Vilka är våra olika sinnesorgan? Frågor efter visning 1. Hur fungerar nervcellernas vilopotential? 2. Hur fungerar nervcellernas aktionspotential? 3. Förklara synapsernas funktion övergripande. 4. Förklara hur reflexbågen fungerar. 5. Vilka huvudsakliga delar och funktioner ingår i centrala nervsystemet? 6. Hur fungerar långtidsminnet? 7. Beskriv det sympatiska och parasympatiska systemet övergripande.
Aktiviteter efter visning Välj något av avsnitten och studera det närmare. Hitta på övningar som kan användas vid redovisningen för att förklara innehållet. Välj valfri redovisningsform. Gör en skiss över en människa, där du ritar ut olika funktioner som förklarar nervcellernas och nervsystemets funktioner övergripande. Internetkällor http://ki.se/ - Karolinska institutet http://www.uu.se/ - Uppsala universitet http://www.lu.se/ - Lunds universitet sv.wikipedia.org/wiki/nervsystemet om nervsystemet http://www.nervsystemet.se/ - utforska nervsystemet http://cns.sahlgrenska.gu.se/goude/nsd/ structure_575 - mer om nervsystemet http://www.sjukvardsradgivningen.se/artikel. asp?categoryid=18401 - Sjukvårdsrådgivningen http://www.google.com - användbar sökmotor http://www.forskning.se - den mesta om mycket http://www.kunskapsbanken.su.se/ FragorSelect.asp - uppslagsverk med frågor om det mesta http://lankskafferiet.skolutveckling.se - länkskafferiet http://www.filmo.se