Veiksmų potencialas - neuronų pranešimas

The veiksmų potencialą tai trumpalaikis elektrinis ar cheminis reiškinys, kuris vyksta mūsų smegenų neuronuose. Galima sakyti, kad tai yra pranešimas, kuris bus perduotas kitiems neuronams.

Jis gaminamas ląstelės (branduolio), taip pat vadinamos soma, organizme. Kelionė per visą axoną (neurono išplėtimas, panašus į kabelį) iki galo, vadinamas terminalo mygtuku.

Veikimo potencialai tam tikrame ašyje visada turi tokią pat trukmę ir intensyvumą. Jei axono šakos įsijungia į kitus plėtinius, veiksmo potencialas yra padalintas, tačiau jo intensyvumas nesumažėja.

Kai veiksmo potencialas pasiekia neuronų terminalo mygtukus, jie išskiria chemines medžiagas, vadinamas neurotransmiteriais. Šios medžiagos sužadina arba slopina neuroną, kuris juos gauna, ir gali generuoti veiksmo potencialą minėtame neurone.

Daug kas žinoma apie neuronų veikimo potencialą yra iš eksperimentų, atliktų su milžiniškomis kalmarų ašimis. Ją lengva ištirti dėl savo dydžio, nes jis tęsiasi nuo galvos iki uodegos. Jie tarnauja taip, kad gyvūnas galėtų judėti.

Neuronų membranos potencialas

Neuronai turi skirtingus elektros įkrovimus viduje nei išorėje. Šis skirtumas vadinamas membranos potencialą.

Kai yra neuronas poilsio potencialą, tai reiškia, kad jo elektros įkrovos nepakeičia eksitacinio ar slopinančio sinaptinio potencialo.

Priešingai, kai kiti potencialai jį veikia, membranos potencialą galima sumažinti. Tai žinoma kaip depolarizacija.

Arba, atvirkščiai, kai membranos potencialas didėja, atsižvelgiant į jo normalų potencialą, vadinamas reiškinys hiperpolarizacija.

Kai staiga vyksta labai greitas membranos potencialo inversija, yra a veiksmų potencialą. Tai susideda iš trumpo elektros impulso, kuris yra išverstas į pranešimą, kuris keliauja per neurono ašį. Jis prasideda ląstelių korpuse, pasiekdamas terminalo mygtukus.

Svarbu pabrėžti, kad norint įvykti veiklai, elektros pokyčiai turi pasiekti ribą, vadinamą sužadinimo slenkstis. Būtent turi būti pasiekta membranos potencialo vertė, kad veiktų potencialas.

Veiksmų galimybės ir jonų lygių pokyčiai

Normaliomis sąlygomis, neuronas yra pasirengęs priimti natrio (Na +) viduje. Tačiau jo membrana nėra labai laidi šiai jonai.

Be to, jame yra gerai žinomi "natrio-kalio transportuotojai" - tai ląstelių membranoje randamas baltymas, atsakingas už natrio jonų pašalinimą iš jo ir į kalio jonų įvedimą. Visų pirma, kiekvienam 3 ekstrahuotiems natrio jonams įveskite du kalio.

Šie transporteriai palaiko mažą natrio kiekį ląstelėje. Jei ląstelės pralaidumas padidėjo ir staiga atsiras didesnis kiekis natrio, membranos potencialas iš esmės pasikeistų. Matyt, tai sukelia veiksmų potencialą.

Ypač padidėtų membranos pralaidumas natrio druskai, patekus į neuroną. Tuo pačiu metu tai leis iš ląstelės išeiti kalio jonams.

Kaip atsiranda šie pralaidumo pokyčiai??

Ląstelės turi daug baltymų, įterptų į jų membraną jonų kanalus. Tai turi angas, per kurias jonai gali patekti į ląsteles arba iš jų išeiti, nors jie ne visada yra atviri. Kanalai uždaromi arba atidaromi pagal tam tikrus įvykius.

Yra keli jonų kanalų tipai, ir kiekvienas iš jų paprastai specializuojasi tam tikrų tipų jonų vairavimui.

Pavyzdžiui, atviras natrio kanalas gali praeiti daugiau nei 100 milijonų jonų per sekundę.

Kaip gaminami veiksmo potencialai?

Neuronai perduoda informaciją elektrochemiškai. Tai reiškia, kad cheminės medžiagos gamina elektros signalus.

Šios cheminės medžiagos turi elektrinį krūvį, todėl jos vadinamos jonais. Svarbiausia nervų sistemoje yra natrio ir kalio, kurie turi teigiamą krūvį. Be kalcio (2 teigiami krūviai) ir chloro (vienas neigiamas įkrovimas).

Membranos potencialo pokyčiai

Pirmas žingsnis veikimo potencialui atsirasti yra ląstelės membranos potencialo pokytis. Šis pakeitimas turi viršyti susijaudinimo ribą.

Visų pirma, sumažėja membranos potencialas, vadinamas depolarizacija.

Natrio kanalų atidarymas

Dėl šios priežasties į membraną įterpti natrio kanalai atsiveria, todėl natrio druska patenka į neuroną. Tai skatina difuzijos ir elektrostatinio slėgio jėgos.

Kadangi natrio jonai yra teigiamai įkrauti, jie greitai keičia membranos potencialą.

Kalio kanalų atidarymas

Axon membranoje yra ir natrio, ir kalio kanalai. Tačiau pastarasis atidarytas vėliau, nes jie yra mažiau jautrūs. Tai reiškia, kad jiems reikia didesnio depolarizacijos lygio, kad būtų atverta, ir todėl jie atidaromi vėliau.

Natrio kanalų uždarymas

Atėjo laikas, kai veiksmų potencialas pasiekia maksimalią vertę. Nuo šio laikotarpio natrio kanalai yra užblokuoti ir uždaryti.

Jie nebegali būti atidaryti dar kartą, kol membrana vėl nepasiekia poilsio. Kaip rezultatas, ne daugiau natrio gali patekti į neuroną.

Kalio kanalų uždarymas

Tačiau kalio kanalai lieka atviri. Tai leidžia kalio jonams tekėti per ląstelę.

Dėl difuzijos ir elektrostatinio slėgio, kadangi axono vidus yra teigiamai įkrautas, kalio jonai išstumiami iš ląstelės.

Taigi, membranos potencialas atgauna įprastinę vertę. Po truputį uždaromi kalio kanalai.

Šis katijonų išėjimas sukelia membranos potencialą atkurti normaliąją vertę. Kai taip atsitinka, kalio kanalai vėl užsidaro.

Tuo metu, kai membranos potencialas pasiekia normaliąją vertę, kalio kanalai visiškai užsidaro. Vėliau natrio kanalai vėl suaktyvinami, ruošiantis kitam depolarizacijai, kad juos būtų galima atidaryti.

Galiausiai, natrio-kalio pervežėjai, išskiria įvestą natrio druską ir atgavo anksčiau palikti kalį.

Kaip informaciją propaguoja axonas?

„Axon“ susideda iš neurono dalies, pastarosios plėtinys panašus į kabelį. Jie gali būti labai ilgi, kad neuronai, kurie yra fiziškai toli, galėtų prisijungti ir siųsti informaciją.

Veiksmo potencialas skleidžiasi palei ašį ir pasiekia terminalo mygtukus, kad išsiųstų pranešimus į kitą langelį.

Jei matavome veikimo potencialo intensyvumą iš skirtingų axono sričių, pastebėtume, kad jo intensyvumas visose srityse išlieka toks pats.

Visų ar nieko įstatymas

Taip atsitinka todėl, kad axoninis laidumas atitinka pagrindinį įstatymą: visų ar nieko įstatymą. Tai reiškia, kad veiksmų potencialas yra pateikiamas arba nepateikiamas. Kai tik jis pradeda veikti, jis per visą ašį keliauja į kraštutinumą, visada išlaikydamas tą patį dydį, nepadidina ar nesumažėja. Be to, jei „axon“ išsiskiria, veiksmo potencialas yra padalintas, bet išlaiko savo dydį.

Veiksmo potencialai prasideda gale, kuris yra prijungtas prie neurono somos. Paprastai jie paprastai keliauja tik viena kryptimi.

Veiksmų ir elgesio galimybės

Gali būti, kad šiuo metu jūs galite paklausti savęs: jei veiksmo potencialas yra viskas arba niekas procesas, kaip atsitinka tam tikras elgesys, pvz., Raumenų susitraukimas, kuris gali skirtis įvairiais intensyvumo lygiais? Tai vyksta pagal dažnio įstatymą.

Dažnumo teisė

Taip atsitinka, kad vienas veiksmo potencialas tiesiogiai nepateikia informacijos. Vietoj to informacija nustatoma pagal axono išleidimo ar šaudymo dažnį. Tai yra dažnis, kuriuo atsiranda veiksmo potencialas. Tai vadinama „dažnio teise“.

Taigi, didelio dažnio veikimo potencialai sukeltų labai intensyvų raumenų susitraukimą.

Tas pats pasakytina ir apie suvokimą. Pavyzdžiui, labai ryškus vizualinis stimulas, kuris turi būti užfiksuotas, turi turėti aukštą „šaudymo greitį“ prie akių pritvirtintų ašių. Tokiu būdu veiksmo potencialų dažnis atspindi fizinio stimulo intensyvumą.

Todėl visų ar nieko įstatymą papildo dažnio įstatymas.

Kitos informacijos mainų formos

Veiksmų potencialai nėra vieninteliai elektrinių signalų, kurie atsiranda neuronuose, rūšys. Pvz., Siunčiant informaciją per sinapsiją yra nedidelis elektrinis impulsas neurono, gaunančio duomenis, membranoje..

Tam tikrais atvejais nedidelė depolarizacija, kuri yra per silpna, kad sukurtų veiksmo potencialą, gali šiek tiek pakeisti membranos potencialą.

Tačiau šis pakeitimas mažai mažinamas, kai jis keliauja per axoną. Šio tipo informacijos perdavimo atveju nei natrio, nei kalio kanalai nėra atidaryti ar uždaryti.

Taigi, aksonas veikia kaip povandeninis kabelis. Kai signalas perduodamas, jo amplitudė mažėja. Tai žinoma kaip mažėjantis laidumas ir atsiranda dėl axono savybių.

Veiksmų potencialai ir mielinas

Beveik visų žinduolių ašys yra padengtos mieline. Tai reiškia, kad jie yra segmentai, apsupti medžiagos, leidžiančios nervų laidumo, todėl greičiau. Myelinas supa aplink akoną, nesuteikdamas ekstraląstelinio skysčio.

Myeliną centrinėje nervų sistemoje gamina ląstelės, vadinamos oligodendrocitais. Nors periferinėje nervų sistemoje jį gamina Schwann ląstelės.

Myelino segmentai, žinomi kaip mielino apvalkalai, yra padalyti iš neatrastų axono sričių. Šios sritys vadinamos „Ranvier“ mazgeliais ir yra susijusios su ekstraląsteliniu skysčiu.

Veikimo potencialas yra perduodamas skirtingai nefunkcionuotame axone (kuris nėra įtrauktas į mieliną) nei mielinizuotame \ t.

Veikimo potencialas per kabelio savybes gali eiti per myeliną padengtą aksoninę membraną. Tokiu būdu axonas vykdo elektros kaitą nuo vietos, kurioje veikia veikimo potencialas, iki kito „Ranvier“ mazgo.

Šis pokytis yra šiek tiek sumažintas, tačiau pakankamai intensyvus, kad kitame mazge sukeltų veiksmo potencialą. Tada šis potencialas vėl įsijungia arba kartojamas kiekviename Ranvier mazgelyje, transportuojamame per visą mielinizuotą zoną į kitą mazgelį..

Šis veiksmo potencialų laidumas vadinamas sūdymo laidumu. Jo pavadinimas kilęs iš lotyniško „saltare“, kuris reiškia „šokti“. Koncepcija yra ta, kad impulsas, atrodo, šokinėja nuo mazgelio prie mazgelio.

Sūdymo laidumo pranašumai perduodant veiksmo potencialus

Šis vairavimo būdas turi savo privalumų. Pirma, taupyti energiją. Veikimo potencialų metu natrio-kalio transportuotojai daug energijos sunaudoja pernelyg didelį natrio kiekį iš axono.

Šie natrio-kalio vežėjai yra axono vietose, kurios nėra padengtos mieline. Tačiau mielinizuotame axone natrio druska gali patekti tik į Ranvier mazgelius. Todėl daug mažiau natrio patenka ir dėl to reikia išpumpuoti mažiau natrio. Taigi natrio-kalio transportuotojai turi dirbti mažiau.

Kitas mielino privalumas yra tai, kaip greitai. Veikimo potencialas yra greičiau naudojamas mielinizuotame axone, nes impulsas "šokinėja" iš vieno mazgo į kitą, nereikia eiti per visą ašį.

Šis greičio padidėjimas leidžia gyvūnams mąstyti ir reaguoti greičiau. Kitos gyvos būtybės, pvz., Kalmarai, turi aksonus be mielino, kurių greitis padidėja dėl jų dydžio. Kalmarų ašys turi didelį skersmenį (apie 500 μm), todėl jie gali važiuoti greičiau (apie 35 metrus per sekundę)..

Tačiau tuo pačiu greičiu, kačių judėjimo potencialai vyksta, nors jų skersmuo yra tik 6 μm. Taip atsitinka, kad šiuose ašyse yra mielino.

Melinizuotas axonas gali sukelti veikimo potencialą maždaug 432 kilometrų per valandą greičiu, kurio skersmuo yra 20 μm..

Nuorodos

1. Veiksmų potencialai. (s.f.). Gauta 2017 m. Kovo 5 d., Iš Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, N.R. (2006). Elgesio fiziologija 8. Ed. Madridas: Pearson.
3. Chudler, E. (s.f.). Šviesos, kamera, veiksmo potencialas. Gauta 2017 m. Kovo 5 d. Iš Vašingtono universiteto: faculty.washington.edu.
4. Veiksmo potencialo etapai. (s.f.). Gauta 2017 m. Kovo 5 d. Iš Boundless: boundless.com.