Akčný potenciál posolstvo neurónov

akčný potenciál je to krátkodobý elektrický alebo chemický jav, ktorý sa deje v neurónoch nášho mozgu. Dá sa povedať, že je to správa, ktorá bude odovzdaná iným neurónom.

Vyrába sa v tele bunky (jadro), tiež nazývanej soma. Prejdite celým axónom (predĺženie neurónu, podobne ako kábel) až na jeho koniec, nazývané terminálové tlačidlo.

Akčný potenciál v danom axóne má vždy rovnakú dobu trvania a intenzitu. Ak sa axón rozvetvie na iné predĺženia, akčný potenciál sa rozdelí, ale jeho intenzita sa nezníži.

Keď akčný potenciál dosiahne neurónové terminálové tlačidlá, vylučujú chemikálie nazývané neurotransmitery. Tieto látky excitujú alebo inhibujú neurón, ktorý ich prijíma, pričom sú schopné generovať akčný potenciál v uvedenom neuróne.

Veľa z toho, čo je známe o akčných potenciáloch neurónov, pochádza z experimentov uskutočnených s obrovskými axónmi chobotníc. Je ľahké študovať kvôli svojej veľkosti, pretože sa tiahne od hlavy až k chvostu. Slúžia tak, aby sa zviera mohlo pohnúť.

Potenciál neurónovej membrány

Neuróny majú v sebe iné elektrické náboje ako vonku. Tento rozdiel sa nazýva membránového potenciálu.

Keď je neurón potenciál odpočinku, Znamená to, že jeho elektrický náboj nie je zmenený excitačnými alebo inhibičnými synaptickými potenciálmi.

Naproti tomu, keď ho ovplyvňujú iné potenciály, membránový potenciál môže byť znížený. Toto je známe ako depolarizácie.

Alebo naopak, keď sa membránový potenciál zvyšuje s ohľadom na jeho normálny potenciál, nazýva sa jav hyperpolarizáciou.

Keď sa náhle objaví veľmi rýchla inverzia membránového potenciálu, existuje a akčný potenciál. Pozostáva z krátkeho elektrického impulzu, ktorý je preložený do správy, ktorá prechádza axónom neurónu. Začína v tele bunky, dosahuje sa ku koncovým tlačidlám.

Je dôležité zdôrazniť, že ak má dôjsť k akčnému potenciálu, musia elektrické zmeny dosiahnuť prah, ktorý sa nazýva prah excitácie. Je to hodnota membránového potenciálu, ktorý musí byť nevyhnutne dosiahnutý pre akčný potenciál.

Možnosti pôsobenia a zmeny v úrovniach iónov

Za normálnych podmienok je neurón pripravený prijímať v ňom sodík (Na +). Avšak jeho membrána nie je pre tento ión veľmi priepustná.

Okrem toho má dobre známe "transportéry sodíka a draslíka", bielkoviny nachádzajúcej sa v bunkovej membráne, ktorá je zodpovedná za odstraňovanie iónov sodíka z nej a zavádzanie iónov draslíka do nej. Najmä pre každé 3 ióny extrahovaného sodíka zadajte dva draslíky.

Títo transportéri udržujú nízku hladinu sodíka v bunke. Ak sa zvýši priepustnosť bunky a náhle sa do nej dostane väčšie množstvo sodíka, membránový potenciál sa radikálne zmení. Zdá sa, že to je to, čo spúšťa akčný potenciál.

Najmä by sa zvýšila permeabilita membrány na sodík, ktorá by sa dostala do neurónu. I keď by to súčasne umožnilo, aby ióny draslíka vychádzali z bunky.

Ako sa tieto zmeny v permeabilite vyskytujú??

Bunky majú početné proteíny uložené v membráne iónové kanály. Tieto otvory majú otvory, cez ktoré môžu ióny vstupovať do buniek alebo ich opúšťať, aj keď nie sú vždy otvorené. Podľa určitých udalostí sa kanály zatvoria alebo otvoria.

Existuje viacero typov iónových kanálov a každý z nich sa zvyčajne špecializuje výlučne na pohon určitých typov iónov.

Otvorený sodíkový kanál môže napríklad prejsť viac ako 100 miliónov iónov za sekundu.

Ako vznikajú akčné potenciály?

Neuróny prenášajú informácie elektrochemicky. To znamená, že chemikálie produkujú elektrické signály.

Tieto chemikálie majú elektrický náboj, preto sa nazývajú ióny. Najdôležitejšie v nervovom systéme sú sodík a draslík, ktoré majú pozitívny náboj. Okrem vápnika (2 pozitívne náboje) a chlóru (jeden záporný náboj).

Zmeny membránového potenciálu

Prvým krokom pre vznik akčného potenciálu je zmena membránového potenciálu bunky. Táto zmena musí prekročiť prah vzrušenia.

Konkrétne dochádza k redukcii membránového potenciálu, ktorý sa nazýva depolarizácia.

Otvorenie sodíkových kanálov

V dôsledku toho sa sodíkové kanály vložené do membrány otvárajú, čo umožňuje, aby sa sodík vnikol do neurónu. Tieto sú poháňané difúznymi a elektrostatickými tlakovými silami.

Pretože sodíkové ióny sú pozitívne nabité, vytvárajú rýchlu zmenu membránového potenciálu.

Otvorenie draslíkových kanálov

Membrána axónu má sodíkové aj draslíkové kanály. Avšak tieto sa otvárajú neskôr, pretože sú menej citlivé. To znamená, že potrebujú vyššiu úroveň depolarizácie, aby sa otvorili, a preto sa otvárajú neskôr.

Uzatvorenie sodíkových kanálov

Prichádza čas, keď akčný potenciál dosiahne svoju maximálnu hodnotu. Od tohto obdobia sú sodíkové kanály blokované a uzavreté.

Nemôžu sa znovu otvárať, až kým membrána nedosiahne oddychový potenciál. V dôsledku toho sa do neurónu nemôže dostať viac sodíka.

Uzatvorenie draslíkových kanálov

Avšak draslíkové kanály zostávajú otvorené. To umožňuje, aby ióny draslíka prechádzali cez bunku.

Vzhľadom na difúziu a elektrostatický tlak, pretože vnútro axónu je pozitívne nabité, draslíkové ióny sú vytlačené z bunky..

Membránový potenciál tak obnovuje svoju obvyklú hodnotu. Postupne sa uzatvárajú draslíkové kanály.

Tento katiónový výstup spôsobuje, že membránový potenciál obnoví svoju normálnu hodnotu. Keď k tomu dôjde, draslíkové kanály sa opäť zatvárajú.

V okamihu, keď membránový potenciál dosiahne svoju normálnu hodnotu, sa draslíkové kanály úplne uzavrú. O niečo neskôr sa reaktivujú sodíkové kanály a pripravia sa na ďalšiu depolarizáciu na ich otvorenie.

Nakoniec transportéry sodíka a draslíka vylučujú sodík, ktorý vstúpil, a regenerujú draslík, ktorý predtým zostal.

Ako sa informácie šíria axónom?

Axón sa skladá z časti neurónu, ktorého rozšírenie je podobné káblu. Môžu byť veľmi dlhé, aby umožnili neurónom, ktoré sú fyzicky vzdialené na pripojenie a odosielanie informácií.

Akčný potenciál sa šíri pozdĺž axónu a dosahuje terminálové tlačidlá na posielanie správ do nasledujúcej bunky.

Ak by sme merali intenzitu akčného potenciálu z rôznych oblastí axónu, zistili by sme, že jeho intenzita zostáva rovnaká vo všetkých oblastiach.

Zákon všetkého alebo nič

Toto sa deje preto, že axonálne vedenie sa riadi základným zákonom: zákonom všetkého alebo ničoho. To znamená, že akčný potenciál je daný alebo nie je daný. Akonáhle začne, putuje po celom axóne až do krajnosti, pričom vždy zachováva rovnakú veľkosť, nezvyšuje ani neznižuje. A čo viac, ak sa axón rozvetvie, akčný potenciál je rozdelený, ale zachováva si svoju veľkosť.

Akčné potenciály začínajú na konci axónu, ktorý je pripojený k soma neurónu. Zvyčajne cestujú len jedným smerom.

Potenciály konania a správania

Je možné, že sa v tomto bode môžete pýtať sami seba: ak je akčný potenciál procesom „všetko alebo nič“, ako sa vyskytujú určité správanie, ako napríklad svalové kontrakcie, ktoré sa môžu líšiť medzi rôznymi úrovňami intenzity? To sa deje podľa zákona frekvencie.

Zákon frekvencie

Čo sa stane, je to, že jeden akčný potenciál neposkytuje informácie priamo. Namiesto toho je informácia určená frekvenciou výboja alebo rýchlosti vypaľovania axónu. To znamená frekvenciu, v ktorej sa akčné potenciály vyskytujú. Toto je známe ako "frekvenčný zákon".

Vysoká frekvencia akčných potenciálov by teda viedla k veľmi intenzívnej svalovej kontrakcii.

To isté sa deje s vnímaním. Napríklad veľmi jasný vizuálny podnet, ktorý sa má zachytiť, musí produkovať vysokú "rýchlosť streľby" v axónoch pripojených k očiam. Týmto spôsobom frekvencia akčných potenciálov odráža intenzitu fyzického stimulu.

Preto zákon všetkých alebo nič nie je doplnený zákonom frekvencie.

Iné formy výmeny informácií

Akčné potenciály nie sú jedinými druhmi elektrických signálov, ktoré sa vyskytujú v neurónoch. Napríklad pri odosielaní informácií cez synapsiu je v membráne neurónu, ktorý prijíma údaje, malý elektrický impulz.

V niektorých prípadoch, mierna depolarizácia, ktorá je príliš slabá na vyvolanie akčného potenciálu, môže mierne zmeniť membránový potenciál.

Táto zmena sa však znižuje postupne po tom, ako prechádza axónom. Pri tomto type prenosu informácií nie sú ani sodíkové ani draslíkové kanály otvorené alebo zatvorené.

Axon teda pôsobí ako podvodný kábel. Keď je ním prenášaný signál, jeho amplitúda sa znižuje. Toto je známe ako zníženie vodivosti a vyskytuje sa v dôsledku vlastností axónu.

Akčné potenciály a myelín

Axóny takmer všetkých cicavcov sú pokryté myelínom. To znamená, že majú segmenty obklopené látkou, ktorá umožňuje vedenie nervu, čo ho robí rýchlejším. Myelín sa obalí okolo axónu bez toho, aby sa k nemu dostala extracelulárna tekutina.

Myelín sa produkuje v centrálnom nervovom systéme bunkami nazývanými oligodendrocyty. Zatiaľ čo v periférnom nervovom systéme je produkovaný Schwannovými bunkami.

Myelínové segmenty, známe ako myelínové puzdrá, sú rozdelené nekrytými oblasťami axónu. Tieto oblasti sa nazývajú Ranvierove uzliny a sú v kontakte s extracelulárnou tekutinou.

Akčný potenciál sa prenáša odlišne v nemyelínovanom axóne (ktorý nie je krytý myelínom) ako v myelinizovanom axóne..

Akčný potenciál môže prejsť cez axonálnu membránu pokrytú myelínom podľa vlastností kábla. Axon týmto spôsobom vykonáva elektrickú zmenu z miesta, kde sa akčný potenciál vyskytuje, až do ďalšieho uzla Ranviera.

Táto zmena je mierne znížená, ale je dostatočne intenzívna na vyvolanie akčného potenciálu v ďalšom uzle. Potom sa tento potenciál znovu spustí alebo sa opakuje v každom uzlíku Ranviera, ktorý sa transportuje cez myelinizovanú zónu do ďalšieho uzla..

Tento druh vedenia akčných potenciálov sa nazýva vedenie solí. Jeho názov pochádza z latiny "saltare", čo znamená "tancovať". Pojem je, že sa zdá, že impulz prechádza z uzliny na uzlík.

Výhody soľného vedenia na prenos akčných potenciálov

Tento typ jazdy má svoje výhody. Po prvé, šetriť energiou. Prenosné nosiče na báze sodíka a draslíka počas akčného potenciálu trávia veľa energie, ktorá vylučuje nadbytok sodíka z vnútra axónu.

Tieto transportéry sodíka a draslíka sú umiestnené v oblastiach axónu, ktoré nie sú pokryté myelínom. Avšak v myelinizovanom axóne môže sodík vstúpiť len do Ranvierových uzlín. Preto sa do neho dostáva oveľa menej sodíka, a preto sa musí čerpať menej sodíka. Takže transportéry sodíka a draslíka musia pracovať menej.

Ďalšou výhodou myelínu je to, ako rýchlo. Akčný potenciál je poháňaný rýchlejšie v myelinizovanom axóne, pretože impulz „skáče“ z jedného uzlu na druhý, bez toho, aby musel prejsť celým axónom..

Toto zvýšenie rýchlosti spôsobuje, že zvieratá myslia a reagujú rýchlejšie. Iné živé bytosti, ako je chobotnica, majú axóny bez myelínu, ktoré majú rýchlosť v dôsledku zvýšenia ich veľkosti. Axóny chobotnice majú veľký priemer (asi 500 μm), čo im umožňuje cestovať rýchlejšie (asi 35 metrov za sekundu).

Pri tej istej rýchlosti však pôsobia akčné potenciály v axónoch mačiek, hoci majú priemer len 6 μm. Čo sa stane, je, že tieto axóny obsahujú myelín.

Myelinizovaný axón môže viesť k akčnému potenciálu rýchlosťou približne 432 kilometrov za hodinu, s priemerom 20 μm.

referencie

1. Akčné Potenciály. (N. D.). Získané dňa 5. marca 2017 z Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, N.R. (2006). Fyziológia správania 8. Ed Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (s.f.). Svetlá, kamera, akčný potenciál. Získané dňa 05.03.2017, z University of Washington: faculty.washington.edu.
4. Fázy akčného potenciálu. (N. D.). Získané dňa 5. marca 2017, od spoločnosti Boundless: boundless.com.