Akcijski potencial sporočilo nevronov

The akcijski potencial to je kratkotrajni električni ali kemični pojav, ki se dogaja v nevronih naših možganov. Lahko rečemo, da je to sporočilo, ki se bo prenašalo na druge nevrone.

Nastaja v telesu celice (jedro), imenovano tudi soma. Potujte skozi celoten akson (podaljšek nevrona, podoben kablu) do konca, imenovan terminalski gumb.

Akcijski potenciali v danem aksonu imajo vedno enako trajanje in intenzivnost. Če se akson odcepi v druge razširitve, je akcijski potencial razdeljen, vendar se njegova intenzivnost ne zmanjša.

Ko akcijski potencial doseže nevronske končne gumbe, izločajo kemikalije, imenovane nevrotransmiterji. Te snovi vzbujajo ali zavirajo nevron, ki jih prejme, saj lahko generira akcijski potencial v omenjenem nevronu.

Veliko tega, kar je znano o akcijskih potencialih nevronov, izvira iz eksperimentov, izvedenih z velikanskimi aksoni lignjev. Je enostaven za študij zaradi svoje velikosti, saj se razteza od glave do repa. Služijo tako, da se žival lahko premika.

Nevronski membranski potencial

Nevroni imajo v njih različne električne naboje kot zunaj. Ta razlika se imenuje membranski potencial.

Ko je nevron v potencial za počitek, pomeni, da se njen električni naboj ne spreminja z ekscitatornimi ali inhibitornimi sinaptičnimi potenciali.

V nasprotju s tem, ko na to vplivajo drugi potenciali, se lahko zmanjša potencial membrane. To je znano kot depolarizacija.

Ali, nasprotno, ko se potencial membrane poveča glede na njegov normalen potencial, se imenuje pojav hiperpolarizacija.

Ko pride do zelo hitre inverzije membranskega potenciala, se pojavi a akcijski potencial. Sestavljen je iz kratkega električnega impulza, ki se prevede v sporočilo, ki potuje skozi akson nevrona. Začne se v celičnem telesu in doseže terminalske gumbe.

Pomembno je poudariti, da morajo za nastop akcijskega potenciala električne spremembe doseči prag, ki se imenuje prag vzbujanja. To je vrednost membranskega potenciala, ki mora nujno biti dosežena za akcijski potencial.

Možnosti delovanja in spremembe v nivojih ionov

V normalnih pogojih je nevron pripravljen za sprejem natrija (Na +) v njem. Vendar pa njena membrana ni zelo prepustna za ta ion.

Poleg tega ima dobro znane "natrijeve transporterje", beljakovino, ki se nahaja v celični membrani in je odgovorna za odstranjevanje natrijevih ionov iz nje in vnos kalijevih ionov v to celico. Zlasti na vsake 3 ekstrahirane ione natrija vnesemo dva kalija.

Ti transporterji ohranjajo nizko raven natrija v celici. Če bi se prepustnost celice povečala in je nenadoma vstopila večja količina natrija, bi se membranski potencial radikalno spremenil. Očitno je to tisto, kar sproži akcijski potencial.

Zlasti bi se povečala prepustnost membrane do natrija, ki bi jih vnesla v nevron. Hkrati pa bi to omogočilo, da kalijevi ioni pridejo iz celice.

Kako pride do teh sprememb v prepustnosti??

Celice imajo številne beljakovine, ki so vgrajene v membrano ionskih kanalov. Te imajo odprtine, skozi katere lahko ioni vstopijo ali zapustijo celice, čeprav niso vedno odprte. Kanali so zaprti ali odprti glede na določene dogodke.

Obstaja več vrst ionskih kanalov in vsaka je običajno specializirana za pogon izključno določenih vrst ionov.

Na primer, odprt natrijev kanal lahko preide več kot 100 milijonov ionov na sekundo.

Kako nastajajo akcijski potenciali?

Nevroni prenašajo informacije elektrokemično. To pomeni, da kemikalije proizvajajo električne signale.

Te kemikalije imajo električni naboj, zato se imenujejo ioni. V živčnem sistemu so najpomembnejši natrij in kalij, ki imajo pozitivni naboj. Poleg kalcija (2 pozitivnih nabojev) in klora (en negativen naboj).

Spremembe potenciala membrane

Prvi korak za akcijski potencial je sprememba membranskega potenciala celice. Ta sprememba mora presegati prag vzbujanja.

Zlasti se zmanjša membranski potencial, ki se imenuje depolarizacija.

Odprtje natrijevih kanalov

Posledično se odprejo natrijevi kanali, ki so vgrajeni v membrano, kar omogoča, da natrij masivno vstopa v nevron. Poganjajo jih sile difuzije in elektrostatičnega tlaka.

Ker so natrijevi ioni pozitivno nabiti, povzročajo hitro spremembo membranskega potenciala.

Odpiranje kalijevih kanalov

Aksonska membrana ima tako natrijeve kot kalijeve kanale. Vendar pa se slednji odprejo kasneje, ker so manj občutljivi. To pomeni, da potrebujejo višjo stopnjo depolarizacije, da se odprejo in zato se odprejo kasneje.

Zaprtje natrijevih kanalov

Pride čas, ko akcijski potencial doseže najvišjo vrednost. Od tega obdobja so natrijevi kanali blokirani in zaprti.

Ne morejo se več odpreti, dokler membrana ponovno ne doseže potenciala mirovanja. Zato ne more več natrija vstopiti v nevron.

Zaprtje kalijevih kanalov

Vendar kalijevi kanali ostanejo odprti. To omogoča pretoku kalijevih ionov skozi celico.

Zaradi difuzije in elektrostatičnega tlaka, ko je notranjost aksona pozitivno nabita, se kalijevi ioni izrinjejo iz celice..

Tako se membranski potencial povrne v svojo običajno vrednost. Malo po malo se kalijevi kanali zapirajo.

Ta kationski izhod povzroči, da membranski potencial obnovi svojo normalno vrednost. Ko se to zgodi, se kalijevi kanali ponovno začnejo zapirati.

V trenutku, ko membranski potencial doseže normalno vrednost, se kalijevi kanali popolnoma zaprejo. Nekaj ​​pozneje se natrijevi kanali ponovno aktivirajo in se pripravijo na novo depolarizacijo, da se odprejo.

Končno, natrijev transporterji izločajo natrij, ki je vstopil, in ponovno pridobijo kalij, ki je ostal pred tem.

Kako se informacija širi z aksonom?

Akson je sestavljen iz dela nevrona, katerega podaljšek je podoben kablu. Lahko so zelo dolge, da omogočijo nevroni, ki so fizično daleč, da se povežejo in pošljejo informacije.

Akcijski potencial se širi vzdolž aksona in doseže terminalske gumbe za pošiljanje sporočil v naslednjo celico.

Če bi izmerili intenzivnost akcijskega potenciala iz različnih področij aksona, bi ugotovili, da je njegova intenzivnost na vseh področjih enaka.

Zakon vseh ali nič

To se zgodi zato, ker aksonsko vodenje sledi temeljnemu zakonu: zakonu vsega ali nič. To pomeni, da se daje ali ne daje akcijski potencial. Ko se začne, potuje po vsej akson do skrajnosti, vedno ohranja enako velikost, ne poveča ali zmanjša. Še več, če se odcepi akson, je akcijski potencial razdeljen, vendar ohranja svojo velikost.

Akcijski potenciali se začnejo na koncu aksona, ki je pritrjen na somo nevrona. Običajno potujejo le v eni smeri.

Možnosti delovanja in vedenja

Možno je, da se na tej točki vprašate: če je akcijski potencial proces, ki je vse ali nič, kako se lahko pojavijo določena vedenja, kot je krčenje mišic, ki se lahko razlikujejo med različnimi stopnjami intenzivnosti? To se dogaja po zakonu o frekvenci.

Zakon o frekvenci

Kaj se zgodi, je, da enotni akcijski potencial ne zagotavlja neposredno informacij. Namesto tega je informacija določena s frekvenco razelektritve ali hitrosti žganja aksona. To je pogostost nastanka akcijskih potencialov. To je znano kot "zakon o frekvenci"..

Tako bi visoka frekvenca akcijskih potencialov privedla do zelo intenzivnega krčenja mišic.

Enako se zgodi z zaznavanjem. Na primer, zelo svetel vizualni dražljaj, ki ga ujamemo, mora ustvariti visoko stopnjo streljanja v aksonih, ki so pritrjeni na oči. Na ta način frekvenca akcijskih potencialov odraža intenzivnost fizičnega dražljaja.

Zato je zakon vsega ali nič dopolnjen z zakonom o frekvenci.

Druge oblike izmenjave informacij

Akcijski potenciali niso edini električni signali, ki se pojavljajo v nevronih. Na primer, pri pošiljanju informacij skozi sinapso obstaja majhen električni impulz v membrani nevrona, ki prejme podatke.

V nekaterih primerih lahko rahla depolarizacija, ki je prešibka, da bi ustvarila akcijski potencial, rahlo spremeni membranski potencial.

Vendar pa se ta sprememba malo zmanjša, ko potuje skozi akson. Pri tej vrsti prenosa informacij se niti natrijevi niti kalijevi kanali ne odprejo ali zaprejo.

Akson tako deluje kot podvodni kabel. Ker se signal prenaša preko njega, se njegova amplituda zmanjša. To je znano kot zmanjševanje prevodnosti in se pojavlja zaradi značilnosti aksona.

Akcijski potenciali in mielin

Aksoni skoraj vseh sesalcev so prekriti z mielinom. To pomeni, da imajo segmente, ki jih obdaja snov, ki omogoča prevajanje živcev, zaradi česar je hitrejši. Mielin se ovija okoli aksona, ne da bi zunajcelične tekočine prišel do njega.

Myelin se v osrednjem živčnem sistemu proizvaja s celicami, imenovanimi oligodendrociti. Medtem ko v perifernem živčnem sistemu nastajajo Schwannove celice.

Segmenti mielina, znani kot mielinski ovoji, so razdeljeni z nepokritimi področji aksona. Ta območja se imenujejo Ranvierjevi noduli in so v stiku z zunajcelično tekočino.

Akcijski potencial se prenaša drugače v neimeliniranem aksonu (ki ga ne pokriva mielin) kot pri mieliniranem..

Akcijski potencial lahko potuje skozi aksonsko membrano, prekrito z mielinom, po lastnostih kabla. Akson na ta način vodi električno spremembo od mesta, kjer se akcijski potencial zgodi do naslednjega nodula Ranvierja..

Ta sprememba se nekoliko zmanjša, vendar je dovolj intenzivna, da v naslednjem vozlišču povzroči akcijski potencial. Nato se ta potencial ponovno sproži ali ponovi v vsakem Ranviejevem vozlišču, ki se prenaša po celotnem mielinskem območju do naslednjega vozlišča..

Ta vrsta prenašanja akcijskih potencialov se imenuje solacijska prevodnost. Njegovo ime izvira iz latinskega "saltare", kar pomeni "plesati". Koncept je, da se zdi, da impulz skoči iz nodula v nodule.

Prednosti solinarske izvedbe za prenos akcijskih potencialov

Ta vrsta vožnje ima svoje prednosti. Prvič, za varčevanje z energijo. Natrijev-kalijev transporterji porabijo veliko energije za pridobivanje presežnega natrija iz notranjosti aksona med akcijskimi potenciali.

Ti natrijev transporterji se nahajajo v predelih aksona, ki niso prekriti z mielinom. Vendar lahko v mieliniranem aksonu natrij vstopi samo v Ranvijerove nodule. Zato vstopi veliko manj natrija in zaradi tega je treba izčrpati manj natrija. Torej morajo natrijevi transporterji delati manj.

Druga prednost mielina je, kako hitro. Akcijski potencial se hitreje poganja v mieliniranem aksonu, ker impulz "skoči" iz enega vozlišča v drugega, ne da bi moral iti skozi celotno akson.

To povečanje hitrosti povzroči, da živali razmišljajo in hitreje reagirajo. Druga živa bitja, kot so lignji, imajo aksone brez mielina, ki dobijo hitrost zaradi povečanja njihove velikosti. Aksoni lignjev imajo velik premer (približno 500 μm), kar jim omogoča hitrejše potovanje (približno 35 metrov na sekundo)..

Toda pri isti hitrosti se potujejo akcijski potenciali v aksonih mačk, čeprav imajo premer le 6 μm. Kaj se zgodi je, da ti aksoni vsebujejo mielin.

Mielinirani akson lahko vodi do akcijskih potencialov s hitrostjo okoli 432 kilometrov na uro, s premerom 20 μm.

Reference

1. Možnosti delovanja. (s.f.). Pridobljeno 5. marca 2017, iz Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, N.R. (2006). Fiziologija vedenja 8. Ed Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (s.f.). Luči, kamera, akcijski potencial. Pridobljeno 5. marca 2017, z Univerze v Washingtonu: faculty.washington.edu.
4. Faze akcijskega potenciala. (s.f.). Pridobljeno 5. marca 2017, iz Boundless: boundless.com.