Veiksmų potencialas: neuronų pranešimas

Veiksmų potencialas yra trumpalaikis elektrinis arba 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. Jis keliauja per visą axoną (neurono išplėtimas, panašus į kabelį), kol jis pasiekia galą, vadinamas terminalo mygtuku.

Veiksmo 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, sugebėdamas 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 potencialu .

Kai neuronas yra ramybės potencialas, tai reiškia, kad jo elektros įkrovos nepakeičia susijaudinantis arba slopinantis sinaptinis potencialas.

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

Arba, priešingai, kai membranos potencialas padidėja, atsižvelgiant į jo normalų potencialą, atsiranda reiškinys, vadinamas hiperpolarizacija .

Kai staiga vyksta labai greitas membranos potencialo inversija, nurodomas veikimo potencialas . Tai susideda iš trumpo elektrinio impulso, kuris yra išverstas į pranešimą, keliaujantį per neuroną. Jis prasideda ląstelių korpuse, pasiekdamas terminalo mygtukus.

Svarbu pažymėti, kad norint įvykti veiksmai, elektros pokyčiai turi pasiekti slenkstį, vadinamą sužadinimo riba . 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 žinomų "natrio-kalio transportuotojų", baltymų, esančių ląstelių membranoje, kuri yra atsakinga už natrio jonų pašalinimą iš jo ir į jį įpilama kalio jonų. Visų pirma, kiekvienam 3 ekstrahuotiems natrio jonams įveskite du kalio.

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

Ypač padidėtų membranos pralaidumas natrio druskai, patekus į neuroną. Tuo pačiu metu tai leistų kalio jonams palikti ląstelę.

Kaip atsiranda šie pralaidumo pokyčiai?

Ląstelės įdėjo į savo membraną daug baltymų, vadinamų jonų kanalais . 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 keletas jonų kanalų tipų, 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 sukuriami 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 (neigiamas įkrovimas).

Membranos potencialo pokyčiai

Pirmasis veiksmo potencialo žingsnis yra ląstelės membranos potencialo pokytis. Šis pakeitimas turi viršyti susijaudinimo ribą.

Ypač sumažėja membranos potencialas, vadinamas depolarizacija.

Natrio kanalų atidarymas

Dėl šios priežasties į membraną įterpti natrio kanalai atveria, todėl natrio druska patenka į neuroną. Tai lemia 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 kanalų. Tačiau pastarasis atidarytas vėliau, nes jie yra mažiau jautrūs. Tai reiškia, kad jiems reikia didesnio depolarizacijos lygio, kad būtų atverta, ir todėl jie atveria vėliau.

Natrio kanalų uždarymas

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

Jų nebegalima vėl atidaryti tol, kol membrana vėl nepasiekia ramybės potencialo. 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 transportuotojai išskiria įvestą natrio druską ir atgavo anksčiau paliekantį kalį.

Kaip informacija perduodama axono?

„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 yra pateiktas arba nepateiktas veiksmo potencialas. Kai tik jis pradeda veikti, jis per visą ašį keliauja į kraštutinumą, visada išlaikydamas tą patį dydį, nepadidina ar nesumažėja. Be to, jei axonas pasiskirsto, veiksmo potencialas yra padalintas, tačiau jis 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 atsiranda tam tikras elgesys, pvz., Raumenų susitraukimas, kuris gali skirtis tarp skirtingų intensyvumo lygių? Taip atsitinka dėl dažnio teisės.

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. Pavyzdžiui, informacijos siuntimas sinapse suteikia nedidelį elektros impulsą neuronui, gaunančiam duomenis.

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 tai įvyksta 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 sąlytyje su ekstraląsteliniu skysčiu.

Veikimo potencialas yra perduodamas skirtingai nefunkciniu axonu (kuris nėra įtrauktas į mieliną) nei mielinizuotame.

Veikimo potencialas per kabelio savybes gali eiti per myeliną padengtą aksoninę membraną. Tokiu būdu axonas vykdo elektros kaitą nuo vietos, kur veiksmo potencialas atsiranda į kitą „Ranvier“ mazgelį.

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.

Toks veiksmo potencialų laidumas vadinamas sūdymo laidumu. Jo pavadinimas kilęs iš lotynų kalbos „saltare“, o tai 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 įeina daug mažiau natrio 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 axoną.

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), o tai leidžia greičiau keliauti (apie 35 metrus per sekundę).

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

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