Plik potencjał czynnościowy Jest to krótkotrwałe zjawisko elektryczne lub chemiczne, które występuje w neuronach naszego mózgu. Można powiedzieć, że jest to wiadomość, którą neuron przekazuje innym neuronom.
Potencjał czynnościowy jest wytwarzany w ciele komórki (jądrze), zwanym także somą. Przechodzi przez cały akson (przedłużenie neuronu, podobnie jak drut), aż osiągnie koniec, zwany przyciskiem terminala.
Potencjały czynnościowe na danym aksonie mają zawsze ten sam czas trwania i intensywność. Jeśli akson rozgałęzia się na inne procesy, potencjał czynnościowy dzieli się, ale jego intensywność nie jest zmniejszona.
Kiedy potencjał czynnościowy osiąga guziki końcowe neuronu, wydzielają substancje chemiczne zwane neuroprzekaźnikami. Substancje te pobudzają lub hamują neuron, który je otrzymuje, będąc w stanie wygenerować potencjał czynnościowy w tym neuronie.
Wiele z tego, co wiadomo o potencjałach czynnościowych neuronów, pochodzi z eksperymentów z aksonami kałamarnic olbrzymich. Ze względu na swój rozmiar jest łatwy do nauki, ponieważ rozciąga się od głowy do ogona. Służą do poruszania się zwierzęcia.
Indeks artykułów
Neurony mają inny ładunek elektryczny wewnątrz niż na zewnątrz. Ta różnica nazywa się Potencjał błony.
Kiedy neuron jest w środku potencjał spoczynkowy, oznacza, że jego ładunek elektryczny nie jest zmieniany przez pobudzające lub hamujące potencjały synaptyczne.
Z drugiej strony, gdy wpływają na to inne potencjały, potencjał błonowy można zmniejszyć. Jest to znane jako depolaryzacja.
Wręcz przeciwnie, gdy potencjał błonowy wzrasta w stosunku do swojego normalnego potencjału, zjawisko zwane hiperpolaryzacja.
Kiedy nagle następuje bardzo szybkie odwrócenie potencjału błony, następuje potencjał czynnościowy. Składa się z krótkiego impulsu elektrycznego, który jest tłumaczony na wiadomość przechodzącą przez akson neuronu. Rozpoczyna się w korpusie komórki, dochodząc do przycisków terminala.
Co ważne, aby wystąpił potencjał czynnościowy, zmiany elektryczne muszą osiągnąć pewien próg, tzw próg wzbudzenia. Jest to wartość potencjału błonowego, która musi być koniecznie osiągnięta, aby potencjał czynnościowy wystąpił.
W normalnych warunkach neuron jest gotowy do przyjęcia w środku sodu (Na +). Jednak jego membrana nie jest zbyt przepuszczalna dla tego jonu..
Ponadto dobrze znane „transportery sodowo-potasowe” zawierają białko znajdujące się w błonie komórkowej, które jest odpowiedzialne za usuwanie z niej jonów sodu i wprowadzanie do niej jonów potasu. W szczególności na każde 3 wyekstrahowane jony sodu wprowadza dwa jony potasu.
Te transportery utrzymują niski poziom sodu w komórce. Gdyby przepuszczalność komórki wzrosła i nagle dostało się do niej więcej sodu, potencjał błony zmieniłby się radykalnie. Najwyraźniej to właśnie wyzwala potencjał czynnościowy.
W szczególności, zwiększyłaby się przepuszczalność błony dla sodu, który dostałby się do neuronu. Jednocześnie pozwoliłoby to jonom potasu na opuszczenie komórki.
Komórki mają osadzone w swoich błonach liczne białka zwane kanały jonowe. Mają otwory, przez które jony mogą wchodzić do komórek lub je opuszczać, chociaż nie zawsze są one otwarte. Kanały są zamykane lub otwierane na podstawie określonych wydarzeń.
Istnieje wiele typów kanałów jonowych, a każdy z nich jest zwykle wyspecjalizowany do przewodzenia wyłącznie określonych typów jonów.
Na przykład otwarty kanał sodowy może przepuszczać ponad 100 milionów jonów na sekundę..
Neurony przesyłają informacje elektrochemicznie. Oznacza to, że chemikalia wytwarzają sygnały elektryczne.
Te chemikalia mają ładunek elektryczny, dlatego nazywane są jonami. Najważniejsze w układzie nerwowym są sód i potas, które mają ładunek dodatni. Oprócz wapnia (2 ładunki dodatnie) i chloru (jeden ładunek ujemny).
Pierwszym krokiem do wystąpienia potencjału czynnościowego jest zmiana potencjału błony komórkowej. Ta zmiana musi przekraczać próg pobudzenia.
W szczególności następuje zmniejszenie potencjału błony, co nazywa się depolaryzacją..
W konsekwencji kanały sodowe osadzone w błonie otwierają się, umożliwiając masowe wnikanie sodu do wnętrza neuronu. Są one napędzane siłami dyfuzji i ciśnieniem elektrostatycznym.
Ponieważ jony sodu są naładowane dodatnio, powodują szybką zmianę potencjału błony.
Membrana aksonu ma kanały sodowe i potasowe. Jednak te ostatnie są otwierane później, ponieważ są mniej wrażliwe. Oznacza to, że do otwarcia potrzebują wyższego poziomu depolaryzacji i dlatego otwierają się później.
Przychodzi czas, kiedy potencjał czynnościowy osiąga swoją maksymalną wartość. Od tego czasu kanały sodowe są blokowane i zamykane.
Nie będą już mogły się ponownie otworzyć, dopóki membrana nie osiągnie ponownie swojego potencjału spoczynkowego. W rezultacie sód nie będzie już mógł dostać się do neuronu..
Jednak kanały potasowe pozostają otwarte. Umożliwia to przepływ jonów potasu przez komórkę..
W wyniku dyfuzji i ciśnienia elektrostatycznego, gdy wnętrze aksonu jest naładowane dodatnio, jony potasu są wypychane z ogniwa. W ten sposób potencjał błonowy odzyskuje swoją zwykłą wartość. Powoli kanały potasowe się zamykają.
To wyjście kationów powoduje, że potencjał błony odzyskuje swoją normalną wartość. Kiedy tak się dzieje, kanały potasowe zaczynają się ponownie zamykać..
Gdy tylko potencjał błonowy osiągnie swoją normalną wartość, kanały potasowe całkowicie się zamykają. Nieco później kanały sodowe są reaktywowane w ramach przygotowania do kolejnej depolaryzacji, która je otworzy.
Wreszcie transportery sodowo-potasowe wydzielają sód, który wszedł, i odzyskują potas, który wcześniej opuścił.
Akson składa się z części neuronu, przypominającego kabel przedłużenia neuronu. Mogą być zbyt długie, aby umożliwić neuronom, które są fizycznie daleko od siebie, połączenie i wysyłanie informacji do siebie..
Potencjał czynnościowy rozchodzi się wzdłuż aksonu i dociera do przycisków terminala, aby wysłać wiadomości do następnej komórki. Gdybyśmy zmierzyli intensywność potencjału czynnościowego z różnych obszarów aksonu, stwierdzilibyśmy, że jego intensywność pozostaje taka sama we wszystkich obszarach.
Dzieje się tak, ponieważ przewodnictwo aksonalne jest zgodne z podstawowym prawem: prawem wszystko albo nic. Oznacza to, że potencjał czynnościowy jest podany lub nie. Gdy się zacznie, wędruje przez akson do końca, zawsze zachowując ten sam rozmiar, nie zwiększa się ani nie zmniejsza. Co więcej, jeśli akson się rozgałęzia, potencjał czynnościowy rozdziela się, ale zachowuje swój rozmiar..
Potencjały czynnościowe zaczynają się na końcu aksonu, który jest przyczepiony do somy neuronu. Zwykle podróżują tylko w jednym kierunku.
W tym miejscu możesz się zastanawiać: jeśli potencjał czynnościowy jest procesem typu wszystko albo nic, w jaki sposób zachodzą pewne zachowania, takie jak skurcze mięśni, które mogą różnić się między różnymi poziomami intensywności? Dzieje się to zgodnie z prawem częstotliwości.
Dzieje się tak, że pojedynczy potencjał czynnościowy nie dostarcza informacji bezpośrednio. Zamiast tego informacje są określane przez częstotliwość wyładowań lub szybkość wyładowań aksonu. To znaczy częstotliwość, z jaką występują potencjały czynnościowe. Jest to znane jako „prawo częstotliwości”..
Zatem wysoka częstotliwość potencjałów czynnościowych spowodowałaby bardzo intensywne skurcze mięśni..
To samo dotyczy percepcji. Na przykład, aby uchwycić bardzo jasny bodziec wzrokowy, musi wytworzyć wysoką „szybkość wyładowań” w aksonach przyczepionych do oczu. W ten sposób częstotliwość potencjałów czynnościowych odzwierciedla intensywność bodźca fizycznego..
Dlatego prawo wszystko albo nic jest uzupełnione prawem częstotliwości.
Potencjały czynnościowe nie są jedynymi klasami sygnałów elektrycznych, które występują w neuronach. Na przykład podczas wysyłania informacji przez synapsę do błony neuronu, który odbiera dane, podawany jest niewielki impuls elektryczny..
Czasami niewielka depolaryzacja, która jest zbyt słaba, aby wytworzyć potencjał czynnościowy, może nieznacznie zmienić potencjał błony..
Jednak ta zmiana stopniowo zmniejsza się, gdy przechodzi przez akson. W tego rodzaju transmisji informacji ani kanały sodowe, ani potasowe nie otwierają się ani nie zamykają..
Zatem akson działa jak kabel podmorski. W miarę przesyłania przez niego sygnału jego amplituda maleje. Jest to znane jako przewodzenie w dół i występuje z powodu właściwości aksonu..
Aksony prawie wszystkich ssaków są pokryte mieliną. Oznacza to, że mają segmenty otoczone substancją, która umożliwia przewodzenie nerwów, przyspieszając je. Mielina owija się wokół aksonu, nie pozwalając na dotarcie do niego płynu pozakomórkowego.
Mielina jest wytwarzana w ośrodkowym układzie nerwowym przez komórki zwane oligodendrocytami. Natomiast w obwodowym układzie nerwowym jest wytwarzany przez komórki Schwanna.
Segmenty mieliny, zwane osłonkami mielinowymi, są oddzielone od siebie gołymi obszarami aksonu. Obszary te nazywane są guzkami Ranviera i stykają się z płynem zewnątrzkomórkowym..
Potencjał czynnościowy jest przekazywany inaczej w niezmielinowanym aksonie (który nie jest pokryty mieliną) niż w mielinowym.
Potencjał czynnościowy może przemieszczać się przez membranę aksonów pokrytą mieliną ze względu na właściwości drutu. Akson w ten sposób przewodzi zmianę elektryczną z miejsca, w którym występuje potencjał czynnościowy, do następnego węzła Ranviera..
Ta zmiana nieznacznie się zmniejsza, ale jest wystarczająco silna, aby wywołać potencjał czynnościowy w następnym guzku. Potencjał ten jest następnie wyzwalany lub powtarzany w każdym guzku Ranviera, przenosząc się przez obszar zmielinizowany do następnego guzka..
Ten rodzaj przewodzenia potencjałów czynnościowych nazywa się przewodzeniem solnym. Jej nazwa pochodzi od łacińskiego „saltare”, co oznacza „tańczyć”. Koncepcja jest taka, ponieważ wydaje się, że impuls przeskakuje z węzła do węzła.
Ten rodzaj jazdy ma swoje zalety. Przede wszystkim, aby oszczędzać energię. Transportery sodowo-potasowe zużywają dużo energii na wyciąganie nadmiaru sodu z wnętrza aksonu podczas potencjałów czynnościowych.
Te transportery sodowo-potasowe znajdują się w obszarach aksonu, które nie są pokryte mieliną. Jednak w mielinowanym aksonie sód może dostać się tylko do węzłów Ranviera. W związku z tym wpływa znacznie mniej sodu, a przez to mniej sodu musi zostać wypompowane, więc transportery sodowo-potasowe muszą pracować mniej.
Kolejną zaletą mieliny jest szybkość. Potencjał czynnościowy jest przewodzony szybciej w mielinowanym aksonie, ponieważ impuls „przeskakuje” z jednego węzła do drugiego, bez konieczności przechodzenia przez cały akson.
Ten wzrost prędkości powoduje, że zwierzęta szybciej myślą i reagują. Inne żyjące istoty, takie jak kalmary, mają aksony bez mieliny, które zwiększają prędkość dzięki zwiększeniu ich rozmiarów. Aksony kałamarnic mają dużą średnicę (około 500 µm), co pozwala im na szybsze przemieszczanie się (około 35 metrów na sekundę).
Jednak z tą samą prędkością potencjały czynnościowe przemieszczają się w aksonach kotów, chociaż mają one średnicę zaledwie 6 µm. Dzieje się tak, że te aksony zawierają mielinę.
Mielinowany akson może przewodzić potencjały czynnościowe z prędkością około 432 kilometrów na godzinę, przy średnicy 20 µm..
Jeszcze bez komentarzy