background image

Physiology excitable tissues   

( Nerve Fibers )

 

 

 


background image

 


background image

EXCITABLE TISSUE 

:

 

• When an external  stimulation (electrical , 

chemical ,mechanical ,physical ) is  applied 
,  an electrical activity is generated and 
conducted along their fibers 


background image

Neurons and Neuroglia 

 

The human central nervous system (CNS) 

contains about 

100 billion 

neurons 

(electrical impulse conducting cells)

. It 

also contains 

10-50 times 

this number of 

glial cells (supporting cells)

The neurons are the basic building blocks 

of the nervous system, their specialized 
function is to integration and 
transmission of nerve impulses. 


background image

Morphology of the nerve cell 

Neurons in the CNS have 
different shapes and size; 
however most of them 
have the same parts: 

A. Dendrites 
B. Cell Body ( soma ) 
C. Axon 
D. Nerve ending 
E. Myelin 


background image

• Cell body: 

contains nucleus, 

cytoplasm and cell organelle. 

• Dendrites:

 are multiple small 

projections from the cell body, their 
function is acting as receptors of 
nerve impulses from another nerve 
cell and transmit the impulses 
toward the cell body. 

 


background image

• Axon:

 originate from thickened area 

of the cell body called axon hillock
the first part of the axon is called 
initial segment, the axon ends by 
dividing into terminal branches each 
ending by a number of synaptic 
knobs
 .The function of the axon is 
transmission of  nerve impulses to 
the nerve ending.  

 


background image

• Nerve ending: 

terminal parts of 

the axon, they divide into a 
number of synaptic knobs is 
called (terminal buttons) contain 
granules or vesicles in which the 
synaptic transmitters secreted by 
the nerve are stored. 

 


background image

• Myelin: 

is a sheath of protein-lipid 

complex that wrapped around the axon 
of many nerve fiber (myelinated).In the 
CNS it is formed by the oligodendrocyte 
and in the PNS is formed by shwan cells

*the myelin sheath envelops the axon 

except at their ending  and at Ranvier 
nodes which are a  periodic  constrictions. 
The myelin sheath is considers as 
electrical insulator. 

 


background image

*some nerves are unmyelinated thus 

simply surrounded by shwan cells 
without the wrapping that forms myelin. 

*in the multiple sclerosis crippling 

autoimmune disease patchy destruction 
of myelin occur in CNS. 

*the loss of myelin is associated with 

delayed or blocked conduction in the 
demyelinated axon. 


background image

 Functional organization of neurons 

 

There are 4 functional zones in neurons  :                         
• 1)  Receptor Zone : it is represented by soma 

and dendrites , where nervous impulses are 
received
 ,integrated and multiple graded 
electro genesis occurs 

• 2)  Initial Segment Zone : represented by the 

initial segment of the axon where origination 
of conducted impulses occurs 

 


background image

• 3)  Axonal Zone : transmission & conduction of 

impulses , represented by axon and its 
branches 

• 4)  Nerve Ending Zone: where impulses causes 

secretion of synaptic neurotransmitters to 
affect other tissues (gland ,skeletal muscles)  
,represented by synaptic vesicles 

 


background image

Protein Synthesis and Axoplasmic 

Transporort   

 

 

• Neurons are secretory cells that synthesize 

proteins in cell body by endoplasmic reticulum 
and Golgi apparatus, then, the proteins are 
secreted from axonal endings ( synaptic 
vesicles ) , therefore ,there should be a method 
of transportation between cell body and 
terminals called " AXOPLAXMIC TRANSPORT 
,it occurs along the microtubules , the 
axoplamic transport divided in to two types : 


background image

• 1)   Anterograded Transport : transporting substances 

from soma to axonal endings , occurs at 2 speeds : 

 

• A)  Fast : occurs at rate  (400 mm\day) , transports cell 

organelles ( synaptic vesicles ) mediated by Kinesin 
(microtubular protein) 

• B)   Slow : occurs at rate ( 0.5- 10 mm\day ), it involes 

the polymerization and depolymerization of 
cytoskeleton 

•   2 )  Retrograde Transport :  the transport from axon 

terminal to soma , at rate of ( 200 mm\day) , involoves 
the transport of used vesicles, viruses , Nerve Growth 
Factors (NGF) , mediated by cytoplasmic Dyenin 
(microtubular protein ) 

 

 


background image

Excitation and neuronal conduction 

 

Nerve cells have a low threshold for 

excitation. The stimulus may be electrical, 
chemical, or mechanical. Two types of 
physicochemical disturbances are 
produced:- 

1. 

Local, non propagated 

potentials called 

generator, or 

electrotonic potentials

. (CNS) 

2

Propagated disturbances

, the 

action 

potentials

 (or nerve impulses- PNS).  

 


background image

Resting Membrane Potential

 

 
 

 

Distribution of ions 

( intracellular and extracellular) : 

• Na+ (outside): 142 mEq/L 
• Na+ (inside): 14 mEq/L 
• K+ (outside): 4 mEq/L 
• K+ (inside):  140 mEq/L 

 


background image

 


background image

 


background image

THE IONIC BASIS OF  RMP  

 

• How The RMP is maitaned  nearly  -70 mv ?? 
• There are three primary factors : 
• 1)  Active   (Na+  –   K+) pump 
• 2)  Membrane permeability (difference 

between Na , K) 

• 3)  Presence of anions inside the cell 

 

 


background image

• In neurons, like other cells , there is an active         

( Na+  -  K+) pump system that pushs Na+ actively 
to the outside of the cell and draws K+ actively to 
the inside of the cell. 

 

 

• As a result,  Na+ will accumulates outside the cell 

while K+ inside the cell, Na+ ions tries to enter 
inside the cell passively down its concentration 
gradient , 

 


background image

but since  the cell membrane is much more 
permeable (50-100) times to K+  than Na+, so 
passive K+ efflux (from inside to outside ) is more 
than the passive Na+ influx ( from outside to insid 
) leading to accumulation of more positive charges 
outside the cell than the inside. 

 


background image

• Moreover, there are proteins (negatively 

charged) inside the cell that cannot get out 
increasing the negativity inside , all the three 
factors cause the cell (neuron) to be polarized 
in the resting state,  it's  RMP. 

 


background image

Resting Membrane Potential of Nerves 

 

The resting membrane potential of large 

nerve fibers when not transmitting nerve 
signals is about 

–70 millivolts. That is, the 

potential inside the fiber is 70 millivolts 
more negative than the potential in the 
extracellular fluid on the outside of the 
fiber. 


background image

• Resting Stage.  
This is the resting membrane potential 

before the action potential begins. 
The membrane is said to be 

polarized  duri g this stage  e ause 

of the 

–70 millivolts negative 

membrane potential that is present. 


background image

• Nerve Action Potential 
Nerve signals are transmitted by 

action potential

s, which are 

rapid 

changes in the membrane potential 
that spread rapidly along the nerve 
fiber membrane. 


background image

 


background image

background image

• These are the only electrical responses 

of neurons and other excitable tissues, 
and they are the main language of the 
nervous system. They are due to 
changes in the conduction of ions 
across the cell membrane that are 
produced by alterations in ion channels. 

• The impulse is normally transmitted 

(conducted) a long the axon to its 
termination. 

 


background image

• Each action potential begins with a sudden 

change from the normal resting negative 
membrane potential to a positive potential 
and then ends with an almost equally rapid 
change back to the negative potential. 

• To conduct a nerve signal, the action 

potential moves along the nerve fiber until 
it  o es to the fi er’s e d. The su essive 
stages of the action potential are as follows 


background image

• Depolarization Stage.  
At this time, the membrane suddenly 

becomes very permeable to sodium ions, 
allowing tremendous numbers of 
positively charged sodium ions to diffuse 
to the interior of the axon. The normal 

polarized  state of –70 millivolts is 

immediately neutralized by the inflowing 
positively charged sodium ions, with the 
potential rising rapidly in the positive 
direction. This is called  depolarization 


background image

• In large nerve fibers, the great excess of 

positive sodium ions moving to the inside 
causes the membrane potential to 
a tually  overshoot   eyo d the zero 
level and to become somewhat positive. 
In some smaller fibers, as well as in many 
central nervous system neurons, the 
potential merely approaches the zero 
level and does not overshoot to the 
positive state. 


background image

• Repolarization Stage.  
Within a few 10,000ths of a second 

after the membrane becomes highly 
permeable to sodium ions, the 
sodium channels begin to close and 
the potassium channels open more 
than normal. Then, rapid diffusion of 
potassium ions to the exterior 


background image

• re-establishes the normal negative resting 

membrane potential. This is called 
repolarization of the membrane. To explain 
more fully the factors that cause both 
depolarization and repolarization, we need 
to describe the special characteristics of 
two other types of transport channels 
through the nerve membrane: the voltage-
gated sodium and potassium channels. 

 


background image

The Events That Cause the Action Potential 

  

During the resting state, before the action 

potential begins, the conductance for 
potassium ions is 50 to 100 times as great as 
the conductance for sodium ions. This is 
caused by much greater leakage of potassium 
ions than sodium ions through the leak 
channels.  


background image

• However, at the onset of the action 

potential, the sodium channels 
instantaneously become activated and 
allow up to a 5000-fold increase in 
sodium conductance. Then the 
inactivation process closes the sodium 
channels within another fraction of a 
millisecond. 

 


background image

• The onset of the action potential also 

causes voltage gating of the potassium 
channels, causing them to begin opening 
more slowly a fraction of a millisecond after 
the sodium channels open. At the end of 
the action potential, the return of the 
membrane potential to the negative state 
causes the potassium channels to close 
back to their original status, but again, only 
after an additional millisecond or more 
delay. 


background image

Initiation  of the action potential 

  

A Positive-Feedback Vicious Cycle Opens the 

Sodium Channels. 

  

As long as the membrane of the nerve fiber remains 

undisturbed, no action potential occurs in the 
normal nerve. However, if any event causes 
enough initial rise in the membrane potential 
from 

–90 millivolts toward the zero level, the 

rising voltage itself causes many voltage-gated 
sodium channels to begin opening. 


background image

This allows rapid inflow of sodium 

ions,which causes a further rise in the 
membrane potential, 


background image

Thus, opening still more voltage-gated 

sodium channels and allowing more 
streaming of sodium ions to the interior 
of the fiber. This process is a positive-
feedback vicious cycle that, once the 
feedback is strong enough, continues 
until all the voltage-gated sodium 
channels have become activated 
(opened). 

 


background image

Threshold for Initiation of the Action 

Potential 

 An action potential will not occur until the 

initial rise in membrane potential is great 
enough to create the vicious cycle 
described in the preceding paragraph.. A 
sudden rise in membrane potential of 15 to 
30 millivolts usually is required. 


background image

Therefore, a sudden increase in the 

membrane potential in a large nerve 
fiber from 

–90 millivolts up to about –65 

millivolts usually causes the explosive 
development of an action potential. This 
level of 

–65 millivolts is said to be the 

threshold for stimulation. 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Ismail AL Jarrah
المشاهدات: لقد قام 3 أعضاء و 858 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل