Toimintapotentiaali neuronien viesti

toimintamahdollisuuksia se on lyhytikäinen sähköinen tai kemiallinen ilmiö, joka tapahtuu aivojemme neuroneissa. Voidaan sanoa, että se on viesti, joka lähetetään muille neuroneille.

Sitä tuotetaan solun (ydin) kehossa, jota kutsutaan myös soma. Matkusta koko aksonin läpi (neuronin laajennus, samanlainen kuin kaapeli) sen päähän, jota kutsutaan päätepainikkeeksi.

Toimintapotentiaalit tietyssä aksonissa ovat aina yhtä pitkät ja intensiteetit. Jos aksoni haarautuu muihin laajennuksiin, toimintapotentiaali on jaettu, mutta sen intensiteetti ei vähene.

Kun toimintapotentiaali saavuttaa hermosolun päätepainikkeet, ne erittävät kemikaaleja, joita kutsutaan neurotransmittereiksi. Nämä aineet virittävät tai estävät ne vastaanottavan neuronin, joka kykenee tuottamaan toimintapotentiaalin mainitussa hermossa.

Suuri osa neuronien toimintapotentiaalista tunnetuista kokeista on tehty suurten kalmari-aksonien kanssa tehdyistä kokeista. Se on helppo tutkia sen koon vuoksi, koska se ulottuu päähän hännään. Ne palvelevat niin, että eläin voi liikkua.

Neuronaalinen kalvopotentiaali

Neuronien sisällä on erilaisia ​​sähkövaroja kuin ulkona. Tätä eroa kutsutaan kalvopotentiaali.

Kun neuroni on lepopotentiaalia, tarkoittaa, että sen sähköinen varaus ei muutu eksitatoristen tai inhiboivien synaptisten potentiaalien vaikutuksesta.

Sitä vastoin, kun muut potentiaalit vaikuttavat siihen, kalvopotentiaalia voidaan vähentää. Tätä kutsutaan nimellä depolarisaatio.

Tai päinvastoin, kun kalvopotentiaali kasvaa suhteessa sen normaaliin potentiaaliin, kutsutaan ilmiötä hyperpolarisaatiosta.

Kun kalvopotentiaalin nopea kääntyminen tapahtuu yhtäkkiä, on a toimintamahdollisuuksia. Tämä koostuu lyhyestä sähköisestä impulssista, joka muunnetaan viestiin, joka kulkee neuronin aksonin läpi. Se alkaa solun rungossa ja saavuttaa päätepainikkeet.

On tärkeää korostaa, että toiminnan mahdollisuuksien aikaansaamiseksi sähköisten muutosten on saavutettava kynnysarvo, jota kutsutaan virityskynnys. Membraanipotentiaalin arvo on välttämättä saavutettava, jotta toiminta-potentiaali voi tapahtua.

Toimintamahdollisuudet ja muutokset ionitasoissa

Normaaleissa olosuhteissa neuroni on valmis vastaanottamaan sen sisällä olevaa natriumia (Na +). Sen kalvo ei kuitenkaan ole kovin läpäisevä tälle ionille.

Lisäksi siinä on tunnettuja "natrium-kalium-kuljettajia", proteiinia, joka löytyy solumembraanista ja joka on vastuussa natriumionien poistamisesta siitä ja kaliumionien tuomiseen siihen. Erityisesti jokaiselle uutetulle 3-ionille syötetään kaksi kaliumia.

Nämä kuljettajat säilyttävät alhaisen natriumitason solussa. Jos solun läpäisevyys lisääntyy ja suurempi määrä natriumia tuli siihen yhtäkkiä, kalvopotentiaali muuttuisi radikaalisti. Ilmeisesti tämä on se, joka laukaisee toimintapotentiaalin.

Erityisesti kalvon läpäisevyys natriumiin lisääntyisi, jolloin ne kulkeutuisivat neuronin sisään. Samalla tämä sallii kaliumionien tulla ulos solusta.

Miten nämä läpäisevyyden muutokset tapahtuvat??

Soluissa on lukuisia proteiineja, jotka on upotettu niiden kalvoon ionikanavat. Näissä on aukkoja, joiden läpi ionit voivat päästä soluihin tai poistua niistä, vaikka ne eivät ole aina auki. Kanavat suljetaan tai avataan tiettyjen tapahtumien mukaan.

Ionikanavia on useita, ja kukin on yleensä erikoistunut ajamaan tiettyjä ioneja vain.

Esimerkiksi avoin natriumkanava voi kulkea yli 100 miljoonaa ionia sekunnissa.

Toimintapotentiaalien tuottaminen?

Neuronit välittävät tietoa sähkökemiallisesti. Tämä tarkoittaa, että kemikaalit tuottavat sähköisiä signaaleja.

Näillä kemikaaleilla on sähkövaraus, minkä vuoksi niitä kutsutaan ioneiksi. Hermoston tärkeimmät ovat natrium ja kalium, joilla on positiivinen varaus. Kalsiumin (2 positiivista latausta) ja kloorin (yksi negatiivinen varaus) lisäksi.

Membraanipotentiaalin muutokset

Ensimmäinen vaihe toiminnan mahdollistamiseksi on solun membraanipotentiaalin muutos. Tämän muutoksen on ylitettävä kiihotuskynnys.

Erityisesti kalvopotentiaalin väheneminen on nimeltään depolarisaatio.

Natriumkanavien avaaminen

Tämän seurauksena kalvoon upotetut natriumkanavat avautuvat, jolloin natrium pääsee massiivisesti sisään neuroniin. Näitä ohjaavat diffuusio- ja sähköstaattiset painevoimat.

Koska natriumionit ovat positiivisesti varautuneita, ne aiheuttavat nopean muutoksen membraanipotentiaalissa.

Kaliumkanavien avaaminen

Axon-membraanissa on sekä natrium- että kaliumkanavia. Jälkimmäinen avautuu myöhemmin, koska ne ovat vähemmän herkkiä. Eli he tarvitsevat korkeamman tason depolarisaation avaamiseksi ja siksi ne avataan myöhemmin.

Natriumkanavien sulkeminen

Tulee aika, jolloin toimintapotentiaali saavuttaa maksimiarvonsa. Tästä ajanjaksosta alkaen natriumkanavat estetään ja suljetaan.

Niitä ei voi enää avata uudelleen, ennen kuin kalvo saavuttaa lepotilan. Tämän seurauksena mikään natrium ei pääse neuroniin.

Kaliumkanavien sulkeminen

Kaliumkanavat ovat kuitenkin auki. Tämä mahdollistaa kaliumionien virtaamisen solun läpi.

Diffuusion ja sähköstaattisen paineen vuoksi, koska aksonin sisäpuoli on positiivisesti varautunut, kaliumionit työnnetään ulos solusta.

Siten kalvopotentiaali palauttaa tavanomaisen arvonsa. Kaliumkanavat sulkeutuvat vähitellen.

Tämä kationilähtö aiheuttaa kalvon potentiaalin palauttaa normaaliarvonsa. Kun näin tapahtuu, kaliumkanavat alkavat sulkea uudelleen.

Kun kalvopotentiaali saavuttaa normaaliarvonsa, kaliumkanavat sulkeutuvat kokonaan. Hieman myöhemmin natriumkanavat aktivoidaan uudelleen ja valmistautuvat toiseen depolarisaatioon niiden avaamiseksi.

Lopuksi, natrium-kalium-kuljettajat, erittävät natriumin, joka oli tullut, ja talteen aiemmin poistuneen kaliumin.

Miten aksoni levittää tietoa?

Aksoni koostuu osasta neuronia, joka on jälkimmäinen samanlainen kuin kaapeli. Ne voivat olla hyvin pitkiä, jotta ne neuronit, jotka ovat fyysisesti kaukana, voivat liittää ja lähettää tietoja.

Toimintapotentiaali etenee pitkin aksonia ja saavuttaa päätepainikkeet lähettämään viestejä seuraavaan soluun.

Jos mittaamme toimintapotentiaalin voimakkuuden aksonin eri alueilta, havaitsisimme, että sen intensiteetti pysyy samana kaikilla alueilla.

Kaikkien tai ei lainkaan laki

Tämä johtuu siitä, että aksonaalinen johtuminen noudattaa peruslakia: kaikkien tai ei lainkaan lakia. Toisin sanoen annetaan tai ei anneta toimintapotentiaalia. Kun se alkaa, se kulkee koko aksonin läpi äärimmäiseen, aina säilyttäen saman kokoisen, ei kasva tai vähene. Lisäksi, jos aksoni haarautuu, toimintapotentiaali on jaettu, mutta säilyttää sen koon.

Toimintapotentiaalit alkavat aksonin päässä, joka on kiinnittynyt neuronin somaan. Tavallisesti ne matkustavat yleensä vain yhteen suuntaan.

Toiminnan ja käyttäytymisen mahdollisuudet

On mahdollista, että tässä vaiheessa voit kysyä itseltäsi: jos toimintapotentiaali on kaikki tai ei-prosessi, miten tietyt käyttäytymiset, kuten lihasten supistuminen, voivat vaihdella voimakkuustasojen välillä? Tämä tapahtuu taajuuslain mukaan.

Taajuuden laki

On tapahtunut, että yksittäinen toimintapotentiaali ei tarjoa tietoja suoraan. Sen sijaan informaatio määräytyy aksonin purkautumis- tai laukaisunopeuden mukaan. Toisin sanoen taajuus, jossa toimintapotentiaali tapahtuu. Tätä kutsutaan "taajuuslaiksi".

Täten korkean taajuuden toimintapotentiaalit johtaisivat hyvin voimakkaaseen lihasten supistumiseen.

Sama tapahtuu havainnon kanssa. Esimerkiksi erittäin kirkas visuaalinen ärsyke, joka on otettava kiinni, saa tuottaa korkean "sytytysnopeuden" silmiin kiinnitetyissä aksoneissa. Tällä tavoin toimintapotentiaalien taajuus heijastaa fyysisen ärsykkeen intensiteettiä.

Siksi kaiken tai ei mitään lakia täydentää taajuuslaki.

Muut tiedonvaihtomuodot

Toimintapotentiaalit eivät ole ainoat tyyppiset sähköiset signaalit, joita esiintyy neuroneissa. Esimerkiksi lähetettäessä tietoa synapsin kautta on pieni sähköinen impulssi sen neuronin membraanissa, joka vastaanottaa datan.

Tietyissä tilanteissa lievä depolarisaatio, joka on liian heikko vaikuttavuuspotentiaalin aikaansaamiseksi, voi hieman muuttaa membraanipotentiaalia.

Tämä muutos pienenee kuitenkin vähitellen, kun se kulkee aksonin läpi. Tämän tyyppisessä tiedonsiirrossa ei natriumia tai kaliumkanavia avata tai sulkea.

Näin ollen aksoni toimii vedenalaisena kaapelina. Kun signaali lähetetään, sen amplitudi pienenee. Tämä tunnetaan johtavuuden vähenemisenä ja tapahtuu aksonin ominaisuuksien vuoksi.

Toimintapotentiaalit ja myeliini

Lähes kaikkien nisäkkäiden aksonit on peitetty myeliinillä. Toisin sanoen niillä on segmentit, joita ympäröi aine, joka sallii hermoston johtumisen ja tekee siitä nopeamman. Myeliini kietoutuu aksonin ympärille antamatta solunulkoista nestettä.

Myeliini tuotetaan keskushermostoon soluina, joita kutsutaan oligodendrosyyteiksi. Vaikka perifeerisessä hermojärjestelmässä sitä tuottaa Schwann-solut.

Myeliinisegmentit, jotka tunnetaan myeliinikalvoina, on jaettu avaamattomilla aksonin alueilla. Näitä alueita kutsutaan Ranvier-solmuiksi ja ne ovat kosketuksissa solunulkoisen nesteen kanssa.

Vaikutuspotentiaali välittyy eri tavalla unmyelinoimattomaan aksoniin (jota ei myeliinia ole käsitelty) kuin myeliinilla..

Toimintapotentiaali voi kulkea myeliinin peittämän aksonaalisen kalvon läpi kaapelin ominaisuuksien avulla. Tällä tavalla aksoni suorittaa sähköisen muutoksen paikasta, jossa toimintapotentiaali tapahtuu, kunnes Ranvierin seuraava solmu.

Tämä muutos pienenee hieman, mutta on tarpeeksi voimakasta herättää toimintapotentiaali seuraavassa solmussa. Sitten tämä potentiaali laukeaa uudelleen tai toistetaan jokaisessa Ranvier-solmussa, joka kuljetetaan koko myelinoidulla vyöhykkeellä seuraavaan solmuun..

Tällaista toimintapotentiaalien johtamista kutsutaan suolakäsittelyksi. Sen nimi tulee latinalaisesta "Salaaresta", joka tarkoittaa "tanssia". Käsite on, että impulssi näyttää hyppäävän solmusta solmuun.

Suolan johtavuuden edut toimintapotentiaalien lähettämiseen

Tämäntyyppisellä ajamalla on sen edut. Ensinnäkin säästää energiaa. Natrium-kalium-kuljettajat käyttävät paljon energiaa, joka nostaa ylimääräistä natriumia aksonin sisältä toimintapotentiaalien aikana.

Nämä natrium-kalium-kuljettimet sijaitsevat aksonin alueilla, joita ei ole peitetty myeliinillä. Myelinoidussa aksonissa natrium voi kuitenkin päästä vain Ranvierin solmuihin. Siksi tulee paljon vähemmän natriumia, ja siksi natriumia on pumpattava vähemmän. Niinpä natrium-kalium-kuljettajien on toimittava vähemmän.

Toinen myeliinin etu on se, kuinka nopeasti. Toimintapotentiaali ajetaan nopeammin myelinoituneessa aksonissa, koska impulssi "hyppää" yhdestä solmusta toiseen ilman, että sen täytyy mennä läpi koko aksonin.

Tämä nopeuden lisääntyminen saa eläimet ajattelemaan ja reagoimaan nopeammin. Muilla elävillä olennoilla, kuten kalmarilla, on akseleita ilman myeliiniä, jotka saavat nopeuden niiden koon kasvun vuoksi. Kalmarin akseleilla on suuri halkaisija (n. 500 μm), jolloin ne voivat liikkua nopeammin (noin 35 metriä sekunnissa).

Samalla nopeudella kissojen aksonien toimintapotentiaalit kuitenkin kulkevat, vaikka niiden halkaisija on vain 6 μm. Mitä tapahtuu, nämä aksonit sisältävät myeliiniä.

Myelinoitu aksoni voi johtaa toimintapotentiaaliin nopeudella noin 432 kilometriä tunnissa, halkaisijaltaan 20 μm..

viittaukset

1. Toimintamahdollisuudet. (N.D.). Haettu 5. maaliskuuta 2017, Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, N.R. (2006). Käyttäytymisen fysiologia 8. painos Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (s.f.). Valot, kamera, toimintamahdollisuus. Haettu 5. maaliskuuta 2017 Washingtonin yliopistosta: faculty.washington.edu.
4. Toimintamahdollisuuksien vaiheet. (N.D.). Haettu 5. maaliskuuta 2017 osoitteesta Boundless: boundless.com.