Potencjał działania wiadomość neuronów

The potencjał działania jest to krótkotrwałe zjawisko elektryczne lub chemiczne, które zachodzi w neuronach naszego mózgu. Można powiedzieć, że to wiadomość zostanie przekazana do innych neuronów.

Jest wytwarzany w ciele komórki (jądrze), zwanym również soma. Przejdź przez cały akson (przedłużenie neuronu, podobny do kabla) do jego końca, zwanego przyciskiem terminala.

Potencjały działania w danym aksonie zawsze mają ten sam czas trwania i intensywność. Jeśli akson rozgałęzia się na inne rozszerzenia, potencjał działania jest podzielony, ale jego intensywność nie jest zmniejszona.

Gdy potencjał czynnościowy dociera do przycisków końcowych neuronu, wydzielają związki chemiczne zwane neuroprzekaźnikami. Substancje te pobudzają lub hamują neuron, który je otrzymuje, będąc w stanie wygenerować potencjał działania w tym neuronie.

Wiele z tego, co wiadomo o potencjałach czynnościowych neuronów, pochodzi z eksperymentów przeprowadzonych z gigantycznymi aksonami kalmarów. Jest łatwy do badania ze względu na swój rozmiar, ponieważ rozciąga się od głowy do ogona. Służą one, aby zwierzę mogło się poruszać.

Neuronowy potencjał błonowy

Neurony mają w sobie różne ładunki elektryczne niż na zewnątrz. Ta różnica jest nazywana potencjał błonowy.

Kiedy neuron jest w środku potencjał odpoczynku, oznacza, że ​​jego ładunek elektryczny nie jest zmieniany przez pobudzające lub hamujące potencjały synaptyczne.

W przeciwieństwie do tego, gdy wpływają na niego inne potencjały, potencjał błonowy można zmniejszyć. Jest to znane jako depolaryzacja.

Lub, przeciwnie, gdy potencjał błonowy wzrasta w stosunku do jego normalnego potencjału, zjawisko to nazywa się hiperpolaryzacja.

Gdy nagle następuje gwałtowne odwrócenie potencjału błonowego, pojawia się potencjał działania. Składa się z krótkiego impulsu elektrycznego, który jest tłumaczony na wiadomość, która przemieszcza się przez akson neuronu. Zaczyna się w ciele komórki, docierając do przycisków terminala.

Ważne jest, aby podkreślić, że aby nastąpił potencjał działania, zmiany elektryczne muszą osiągnąć próg, zwany próg wzbudzenia. Jest to wartość potencjału membrany, która musi koniecznie zostać osiągnięta, aby nastąpił potencjał działania.

Potencjały działania i zmiany poziomów jonów

W normalnych warunkach neuron jest przygotowany do przyjmowania w nim sodu (Na +). Jednak jego membrana nie jest bardzo przepuszczalna dla tego jonu.

Ponadto posiada dobrze znane „transportery sodu-potasu”, białko znajdujące się w błonie komórkowej, które jest odpowiedzialne za usuwanie z niego jonów sodu i wprowadzanie do niego jonów potasu. W szczególności, na każde 3 wyekstrahowane jony sodu, wprowadź dwa potas.

Transportery te utrzymują niski poziom sodu w komórce. Gdyby przepuszczalność komórki wzrosła i nagle do niej dostała się większa ilość sodu, potencjał błonowy zmieniłby się radykalnie. Najwyraźniej to właśnie uruchamia potencjał działania.

W szczególności zwiększyłaby się przepuszczalność membrany do sodu, wprowadzając je do neuronu. W tym samym czasie pozwoliłoby to na wyjście jonów potasu z komórki.

Jak występują te zmiany przepuszczalności??

Komórki mają wiele białek osadzonych w błonie kanały jonowe. Mają one otwory, przez które jony mogą wchodzić lub wychodzić z komórek, chociaż nie zawsze są otwarte. Kanały są zamknięte lub otwarte zgodnie z określonymi zdarzeniami.

Istnieje wiele rodzajów kanałów jonowych, a każdy z nich jest zazwyczaj wyspecjalizowany do kierowania tylko niektórymi typami jonów.

Na przykład otwarty kanał sodowy może przejść ponad 100 milionów jonów na sekundę.

Jak powstają potencjały działania?

Neurony przekazują informacje elektrochemicznie. Oznacza to, że chemikalia wytwarzają sygnały elektryczne.

Te chemikalia mają ładunek elektryczny, dlatego są nazywane jonami. Najważniejsze w układzie nerwowym są sód i potas, które mają ładunek dodatni. Oprócz wapnia (2 ładunki dodatnie) i chloru (jeden ładunek ujemny).

Zmiany potencjału błonowego

Pierwszym krokiem do wystąpienia potencjału działania jest zmiana potencjału błonowego komórki. Ta zmiana musi przekroczyć próg pobudzenia.

W szczególności następuje zmniejszenie potencjału błonowego, co nazywa się depolaryzacją.

Otwarcie kanałów sodowych

W konsekwencji kanały sodowe osadzone w membranie otwierają się, umożliwiając masowe wchodzenie sodu do wnętrza neuronu. Są one napędzane przez siły dyfuzji i siły elektrostatyczne.

Ponieważ jony sodu są naładowane dodatnio, powodują szybką zmianę potencjału błonowego.

Otwieranie kanałów potasowych

Membrana aksonu ma zarówno kanały sodowe, jak i potasowe. Jednak te ostatnie otwierają się później, ponieważ są mniej wrażliwe. Oznacza to, że do otwarcia potrzebują wyższego poziomu depolaryzacji i dlatego otwierają się później.

Zamknięcie kanałów sodowych

Nadchodzi czas, kiedy potencjał akcji osiąga maksymalną wartość. Od tego czasu kanały sodowe są blokowane i zamykane.

Nie można ich już otworzyć, dopóki membrana nie osiągnie potencjału spoczynkowego. W wyniku tego już więcej sodu nie może dostać się do neuronu.

Zamknięcie kanałów potasowych

Jednak kanały potasowe pozostają otwarte. Umożliwia to przepływ jonów potasu przez komórkę.

Z powodu dyfuzji i ciśnienia elektrostatycznego, gdy wnętrze aksonu jest naładowane dodatnio, jony potasu są wypychane z komórki.

W ten sposób potencjał membranowy odzyskuje swoją zwykłą wartość. Stopniowo kanały potasowe się zamykają.

Ta wydajność kationowa powoduje, że potencjał membrany odzyskuje wartość normalną. Kiedy tak się dzieje, kanały potasu zaczynają się ponownie zamykać.

W momencie, gdy potencjał błonowy osiąga normalną wartość, kanały potasowe zamykają się całkowicie. Nieco później kanały sodowe są reaktywowane, przygotowując się do kolejnej depolaryzacji, aby je otworzyć.

Wreszcie transportery sodu i potasu wydzielają sód, który wszedł i odzyskał potas, który wcześniej pozostał.

Jak informacja jest propagowana przez akson?

Akson składa się z części neuronu, której przedłużenie jest podobne do kabla. Mogą być bardzo długie, aby neurony, które są fizycznie daleko, mogły łączyć się i wysyłać informacje.

Potencjał działania propaguje się wzdłuż aksonu i dociera do przycisków terminala, aby wysyłać komunikaty do następnej komórki.

Gdybyśmy zmierzyli natężenie potencjału czynnościowego z różnych obszarów aksonu, stwierdzilibyśmy, że jego intensywność pozostaje taka sama we wszystkich obszarach.

Prawo wszystkiego lub nic

Dzieje się tak, ponieważ przewodzenie aksonalne odbywa się według podstawowego prawa: prawa wszystkiego lub niczego. Oznacza to, że potencjał działania jest dany lub nie jest podany. Gdy się zacznie, przemieszcza się przez akson do jego skrajności, zawsze zachowując ten sam rozmiar, nie zwiększa się ani nie zmniejsza. Co więcej, jeśli akson rozgałęzia się, potencjał działania jest podzielony, ale zachowuje swój rozmiar.

Potencjały akcji zaczynają się na końcu aksonu, który jest przyłączony do somy neuronu. Zazwyczaj zazwyczaj podróżują tylko w jednym kierunku.

Potencjały działania i zachowania

Możliwe, że w tym momencie możesz zadać sobie pytanie: jeśli potencjał działania jest procesem typu wszystko lub nic, w jaki sposób pewne zachowania, takie jak skurcze mięśni, mogą się różnić między różnymi poziomami intensywności? Dzieje się tak na mocy prawa częstotliwości.

Prawo częstotliwości

Dzieje się tak, że pojedynczy potencjał działania nie dostarcza informacji bezpośrednio. Zamiast tego informacja jest określana przez częstotliwość wyładowania lub szybkość wypalania aksonu. To jest częstotliwość, w której występują potencjały działania. Jest to znane jako „prawo częstotliwości”.

Zatem wysoka częstotliwość potencjałów działania prowadziłaby do bardzo intensywnego skurczu mięśni.

To samo dzieje się z percepcją. Na przykład bardzo jasny bodziec wzrokowy, który ma zostać przechwycony, musi wytwarzać wysoką „szybkość strzelania” w aksonach przyczepionych do oczu. W ten sposób częstotliwość potencjałów działania odzwierciedla intensywność bodźca fizycznego.

Dlatego prawo wszystkiego lub nic nie jest uzupełniane przez prawo częstotliwości.

Inne formy wymiany informacji

Potencjały działania nie są jedynymi rodzajami sygnałów elektrycznych, które występują w neuronach. Na przykład, podczas wysyłania informacji przez synapsę, jest mały impuls elektryczny w błonie neuronu, który odbiera dane.

W pewnych przypadkach niewielka depolaryzacja, która jest zbyt słaba, aby wytworzyć potencjał działania, może nieznacznie zmienić potencjał błony.

Jednak ta zmiana jest stopniowo zmniejszana, gdy przemieszcza się przez akson. W tego rodzaju transmisji informacji ani kanały sodowe, ani potasowe nie są otwierane ani zamykane.

Zatem akson działa jak kabel podwodny. Wraz z przesyłaniem sygnału jego amplituda maleje. Jest to znane jako malejące przewodzenie i występuje ze względu na właściwości aksonu.

Potencjały działania i mielina

Aksony prawie wszystkich ssaków są pokryte mieliną. Oznacza to, że mają segmenty otoczone substancją, która umożliwia przewodzenie nerwów, dzięki czemu jest szybsza. Mielina owija się wokół aksonu, nie pozwalając, by płyn pozakomórkowy dotarł do niego.

Mielina jest wytwarzana w ośrodkowym układzie nerwowym przez komórki zwane oligodendrocytami. Podczas gdy w obwodowym układzie nerwowym jest wytwarzany przez komórki Schwanna.

Segmenty mielinowe, znane jako osłonki mielinowe, są podzielone przez odkryte obszary aksonu. Obszary te nazywane są guzkami Ranviera i mają kontakt z płynem pozakomórkowym.

Potencjał działania jest przekazywany inaczej w niezmielinowanym aksonie (który nie jest pokryty mieliną) niż w mielinowanym.

Potencjał działania może przemieszczać się przez membranę aksonalną pokrytą mieliną dzięki właściwościom kabla. W ten sposób akson przeprowadza zmianę elektryczną z miejsca, w którym występuje potencjał czynnościowy, aż do następnego guza Ranviera.

Ta zmiana jest nieznacznie zmniejszona, ale jest wystarczająco intensywna, aby wywołać potencjał działania w następnym węźle. Następnie potencjał ten jest ponownie uruchamiany lub powtarzany w każdym guzie Ranviera, przenoszonym przez mielinowaną strefę do następnego guza..

Ten rodzaj przewodzenia potencjałów czynnościowych nazywany jest przewodnictwem solnym. Jego nazwa pochodzi od łacińskiego „saltare”, co oznacza „tańczyć”. Koncepcja polega na tym, że impuls wydaje się przeskakiwać z guzka na guzek.

Zalety przewodnictwa solnego do przekazywania potencjałów czynnościowych

Ten rodzaj jazdy ma swoje zalety. Po pierwsze, aby zaoszczędzić energię. Transportery sodu i potasu zużywają dużo energii, wydobywając nadmiar sodu z wnętrza aksonu podczas potencjałów czynnościowych.

Te transportery sodu i potasu znajdują się w obszarach aksonu, które nie są pokryte mieliną. Jednak w mielinowanym aksonie sód może wejść tylko do guzków Ranviera. W związku z tym znacznie mniej sodu dostaje się z tego powodu, dlatego należy wypompować mniej sodu. Więc transportery sodowo-potasowe muszą pracować mniej.

Kolejną zaletą mieliny jest szybkość. Potencjał działania jest napędzany szybciej w mielinowanym aksonie, ponieważ impuls „przeskakuje” z jednego guzka do drugiego, bez konieczności przechodzenia przez cały akson.

Ten wzrost prędkości powoduje, że zwierzęta myślą i reagują szybciej. Inne żywe istoty, takie jak kałamarnica, mają aksony bez mieliny, które nabierają prędkości z powodu wzrostu ich wielkości. Aksony kalmarów mają dużą średnicę (około 500 μm), co pozwala im poruszać się szybciej (około 35 metrów na sekundę).

Jednak przy tej samej prędkości potencjały działania aksonów kotów przemieszczają się, chociaż mają średnicę zaledwie 6 μm. Co się dzieje, że aksony zawierają mielinę.

Mielinowany akson może prowadzić do potencjałów czynnościowych z prędkością około 432 kilometrów na godzinę, o średnicy 20 μm.

Referencje

1. Możliwości działania. (s.f.). Źródło: Hyperphysics, Georgia State University 5 marca 2017: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, N.R. (2006). Fizjologia zachowań, wyd. 8, Madryt: Pearson.
3. Chudler, E. (s.f.). Światła, kamera, potencjał działania. Źródło: 05 marca 2017 r. Z University of Washington: faculty.washington.edu.
4. Etapy potencjału działania. (s.f.). Pobrane 5 marca 2017 r. Z Boundless: boundless.com.