background image

Dr. Suroor Mohammed 


background image

The Nervous System is formed of a number of cells, which are of 2 types:

1. Nerve cells = Neurons

2. Supporting cells = Glial cells

1. 

NEURONS

It is the basic structural unit of the NS.

It generates electrical impulses → transmitted from one part of the body 

to another.

In most neurons: electrical impulses →  release of chemical messengers 

(= neurotransmitters) to communicate with each other.

Neurons are integrators: their output = the sum of the inputs they 

receive from thousands of other neurons that end on them. 


background image

Neurons occur in a wide variety of shapes and sizes, but they share 

common features.  They all possess 4 parts:

1. Cell Body ( Soma):

It contains  nucleus & organelles 

→ provide energy  & sustain metabolic   activity of cells.

2. Dendrites:-

Usually 5-7 process (or  more) highly branched (up to 

400,000) →  to increased surface area.

receive most input &  Transmit impulses toward cell   body only.


background image

3. Axon 

= Nerve Fiber:

- Usually single & long (few μm to 1m).

- Transmits impulses away from soma toward target cell.

-

Axon hillock or initial segment 

(= beginning of axon + part of soma 

where axon joins it) is the trigger zone where electric signals are  

generated in most neurons. Signals are then propagated along axon.

- Near its end the axon undergoes branching.  

4. Axon Terminal 

- Each branch of the axon ends in an axon terminal.

- Responsible for the release of neurotransmitters (NT) from axon. NT 

diffuse out of the axon terminal to next neuron or to a target cell


background image

2.Supporting cells:

There  are 

sex categories 

of supporting cells:

1.Schwann cells 

, which form myelin sheaths around peripheral axons.

2. Satellite cells 

or ganglionic gliocytes , which support neuron cells bodies 

within the ganglia of the PNS.

3. Oligodendrocytes, 

which form myelin sheaths around axons of CNS. 

Unlike Schwann cells, they may branch to form myelin on up to 40 axons


background image

4. Microglia, 

which migrat through the CNS and 

phagocytose foreign and degenerated material.

5. Astrocytes, 

which help to regulate the 

external environment of neurons in the CNS.

6. Ependymal cells

, which line the cavities of the 

brain and the central canal of the spinal cord.

Axons of most (but not all) neurons are coated by a protective 

layer = myelin sheath  termed as  “

myelinated

neurons”.

Myelin sheath is formed by the following cells:

1. In peripheral NS (PNS): by Schwann cells

2. In central NS (CNS): by oligodendrocytes.


background image

Schwann Cells

- They are glia-like cells.

- During embryonic development, these cells attach to growing axons  & 

wrap around them → concentric layers of plasma membrane.

- Myelin sheath of an axon is formed of many Schwann cells that align 

themselves along length of axon.

- Nucleus is located in outermost layer. Each segment is separated from 

the next by a small 

un myelinated

segment called 

node of  Ranvier.

- Plasma membrane of Schwann cells is  80% lipid → myelin sheath is 

mostly lipid → appears glistening white to the naked eye.

Function of myelin sheath:

1. Myelin sheath helps to insulate axons & prevents cross-stimulation of 

adjacent axons.

2. Myelin sheath allows nerve impulses to travel with great speed down the 

axons, “jumping” from one node of Ranvier to the next.

***Some nerve fibers are 

“un myelinated

”.  Their axons are covered by a 

Schwann cell, but there are no multiple wrappings of membrane which

produces myelin.  These axons conduct impulses at a 

much lower rate

.


background image

background image

background image

Nerve Impulse  or Action Potential

Is the electrical current moving from the dendrites to cell body to axon.

It results from the movement of ions (charged particles) into and out a 

neuron through the plasma membrane

Resting Membrane Potential   *RMP*

The resting membrane potential is the potential difference that exists 

across the membrane of excitable cells such as nerve and muscle in the 

period between action potentials (i.e., at rest). 

Is the difference in electrical charge on the outside and inside of the 

plasma membrane in a resting neuron (not conducting a nerve impulse).

The 

outside

has a

positive 

charge and the 

inside 

has a 

negative 

charge.

We refer to this as a polarized membrane.

resting neuron is at about -70mV


background image

Nernst Equation 

The Nernst equation is used to calculate the 

equilibrium potential for an ion at a given concentration  difference across a 

membrane, assuming that the membrane is permeable to that ion. By 

definition, the  equilibrium potential is calculated for one

ion

at

a

time


background image

At rest,  The 

K+ 

conductance or permeability is 

high

and K+ channels are 

almost fully 

open, 

allowing K+ ions to diffuse 

out

of the cell down the 

existing concentration gradient. This diffusion creates a K+ diffusion 

potential, which drives the membrane potential toward the K+ equilibrium 

potential. At rest, 

the Na+ 

conductance is 

low, 

and, thus, the resting 

membrane potential is 

far 

from the Na+ equilibrium potential.

Because of the high ratio of potassium ions inside to outside,  Therefore, if 

potassium ions were the only factor causing the resting potential, the 

resting potential inside the fiber would be equal to –94 mV.

The difference is due to :

1.There is 30 times more K+ inside the cell than outside and about 15 times 

more Na+ outside than inside.

2.There are also large negatively charged proteins trapped inside the cell. 

(This is why it is negative inside.)

3. The action of the Na+/K+ pumps , that pump out 3 Na ions for every 2 K 

ions that they transport into the cell.


background image

background image

background image

Why so much K+ inside

Special protein channels called sodium-potassium pumps moving 3 Na+ out 

and bringing 2 K+ back in, when the cell is at rest. 

**In a resting cell there are no open channels for Na+ to easily move back into 

the cell.  However, there are some K+ channels open at all time. 
**Na+ causes the outside to be positive forcing more K+ into the cell. (Lots of 

potassium ions inside the resting cell.

There is continuous pumping of three sodium ions to the outside for each 

two potassium ions pumped to the inside of the membrane. The fact that 

more sodium ions are being pumped to the outside than potassium to the 

inside causes continual loss of positive charges from inside the membrane; 

this creates an additional degree of negativity Therefore, the net membrane 

potential of k+  with all these factors operative at the same time is  about –

90 mV .


background image

Alterations in the membrane potential are achieved by varying the membrane 

permeability to specific ions in response to stimulations.

The physiology of neurons and muscle cells are their ability to

produce 

and 

conduct  these changes in membrane potential, such an ability is termed 

excitability or irritability.

If appropriate stimulation cause positive charges to flow into the cell. This 

change is called 

depolarization

(hypo polarization).

A return to the RMP is known as 

repolarization

.

If stimulation cause the inside of the cell to become 

more negative 

than the 

RMP this change is 

called hyper polarization 

which can be caused either by 

positive charges leaving the cell or by negative charges enter the cell.

Any potential not the RMP called membrane potential.

Any stimulus can cause action potential 

called threshold stimulus

.

Electrotonic potential 

is a local potential and cannot be propagated and 

produced by sub threshold stimulus.


background image

Action potential or ( nerve impulse)

The shape of action potential is the same in all the nerves but it's magnitude change 

from one nerve to another but it remain 

uniform 

shape.

When the axon membrane has been 

depolarized 

to a threshold level, the 

Na+gates

open 

and the membrane becomes permeable to Na+, this permits Na+ to enter the 

axon by diffusion which further depolarized the membrane(make the inside less 

negative or more positive).

Since the gates for the Na+channels of the axon membrane are voltage regulated, 

this additional depolarization opens more Na+channels and makes the membrane 

even more permeable to Na+and more Na+ can enter the cell and induce a 

depolarization that opens even more voltage– regulated Na+gates

positive

feedback loop is thus created, the explosive increase in Na+permeability

results in a rapid 

reversal

of the membrane potential in that region from(– 70mv) to 

(+30mv). At that point in time, the channels of Na+ close (become inactivated).

At this time, voltage–

gated K+ channels open 

and 

K+ diffuse rapidly out 

of the 

cell, and make the inside of the cell less positive or 

more negative

. This process is 

called 

repolarization

and represents the completion of a negative feed back loop.

Once an action potential has been completed, the 

Na+– K+ pump 

will extrude the 

extra Na+ that has entered the axon and recover the K+ that has diffused out of the 

axon.


background image

background image

Phases of action potential

The first portion ,

local response 

is due to slowly opening of voltage 

gated Na+channels.

At the 

firing

level (–55mv), full complete opening of voltage gated Na+ 

channels, and Na+will rush very rapidly to cell and membrane potential 

will reach ( +35mv). So the 

depolarization

is due to opening of the 

voltage gated Na+channels

.

At ( +35mv) the Na+entarce will stop because:

1. The opening of voltage gated Na+ channels are time limited for short 

constant period and this limited time cause depolarization will reach only 

to (+35mv) and then stop.

2. At (+35mv) K+ channels are opened.

So 

depolarization

from (–70mv to +35mv) is due to  activation of Na+ 

channels. At (+35mv) 

opening of K+ voltage gated 

channels and K+ go 

outside according to concentration gradient by diffusion. The channels are 

opened completely from the first time and 

repolarization

will start from 

(+35mv) to (–55mv), at this point there will be in activation ( closure) of K+ 

channels.

Na+ ions 

concentration inside will 

increase

and this will cause 

stimulation to Na+–K+ pump to exclude Na+ and carry K+ inside, till it 

reach to (–70mv) again 

( RMP), 

so that after potential ( after 

depolarization) phase due to Na+– K+ pump.


background image

There will be loss of energy during action potential, so at after 

depolarization to put the membrane potential again equal to RMP by Na+–

K+ pump is called {

recharging of nerve}, 

so any stimulus at this phase the 

nerve will 

not

response to it.

Why at( –55mv)Na+ channels will not open again ?

When Na+ channels inactivated, they need time more than 0.1msec. to 

return to their original  conformation, and to open Na+ channels again at  

(–55 mv) must apply stimulus more than the first one


background image

Repolarization of the action potential

The upstroke is terminated, and 

the membrane potential repolarizes to the resting level as a result of two 

events. 

1.The 

inactivation gates on the Na+ channels 

respond to depolarization by 

closing, but their response is slower than the opening of the activation gates.

2. Depolarization opens K+ channels and increases K+ conductance 

to

value even higher than occurs at rest. 

The combined effect of closing of the Na+ channels and greater opening of the 

K+ channels makes the K+ conductance much higher than the Na+ 

conductance. Thus, an outward K+ current results, and the membrane is 

repolarized. 

Hyperpolarizing afterpotential (undershoot). 

For a brief period 

following repolarization, the K+ conductance is higher than at rest and the 

membrane potential is driven even closer to the K+ equilibrium potential . 

Eventually, the K+ conductance returns to the resting level, and the membrane 

potential depolarizes slightly, back to the resting membrane potential. 


background image

All or Non law of action potential

If we apply 

sub threshold 

stimulus for the nerve, we get 

no action 

potential because it is un able to bring RMP to firing level. But if we 

apply threshold stimulus, action potential will produced, and any 

increase in the stimulus, there is no change in the magnitude and shape 

or duration of action potential of the same nerve. 

The shape, magnitude, duration and amplitude of action potential is the 

same always all the same all the time and not change regardless to the 

strength of stimulus to the same nerve

If a stimulus 

is strong enough 

to generate an action potential (reaches 

threshold), the impulse is 

conducted

along the entire length of the 

neuron at the 

same strength


background image

Refractory periods:

Means the nerve will 

not

respond to stimulus 

during action 

potential and it is of two types:

Absolute RP

→located between the start of 

depolarization

until one third of repolarization. The 

nerve never 

respond to 

any stimulus whatever it's strength, due to full, complete 

activation of Na+ channels and so no extra channels are 

opened, and then at (+35mv), there will be in activation of 

Na+ channels and it need time to return back to it's original 

condition. 

Each nerve has got specific absolute RP, and this is important 

to limit the number of action potential generated by the 

neurons.

Relative RP

.

→ This period involve from third of 

repolarization

to the end of repolarization. If we apply stimulus stronger 

than the original stimulus, the nerve will respond by new 

action potential, because the Na+ channels will open and can 

overcome the repolarization effects of the open K+ channels.


background image

background image

Factors effecting the conduction velocity of 

nerve impulses

1)_Diameter of the axon

: which is directly proportional with the 

speed of conduction.

All peripheral nerves are mixed nerves ( the nerve contain many 

axons with different threshold levels and different diameter).

Maximal stimulus

is the stimulus when applied to nerve it will 

stimulate all axons in the nerve.

Compound action potential: 

Algebraic summation of all action 

potentials of all the axons in the mixed nerve.

2)_ Myelin sheath

: myelinated nerve is faster than un myelinated 

nerve because, myelin sheath is an insulator material, so the 

depolarization and repolarization will occur between two nods of 

Ranveir, the action potential in myelinated nerve will jump and 

called Saltotary conduction, while in un myelinated nerve the action 

potential will walk.

3). Hypoxia 

( low O2 to the tissue) , it depress the conduction.

4). Local anesthesia.

5). Temperature

.


background image

background image



رفعت المحاضرة من قبل: Haider Abdullah
المشاهدات: لقد قام عضوان و 184 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