Del:
Handlingspotentiale budskabet til neuroner
den handlingspotentiale det er et kortvarigt elektrisk eller kemisk fænomen, der sker i neuronerne i vores hjerne. Det kan siges, at det er budskabet, som vil blive overført til andre neuroner.
Det produceres i cellen af cellen (kernen), også kaldet soma. Kør gennem hele axonen (forlængelse af neuron, ligner et kabel) til sin ende, kaldet terminalknappen.
Handlingspotentialerne i en given axon har altid samme varighed og intensitet. Hvis axonen grene ind i andre forlængelser, er handlingspotentialet opdelt, men dets intensitet er ikke reduceret.
Når aktionspotentialet når neuronens terminalknapper, udskiller de kemikalier kaldet neurotransmittere. Disse stoffer ophidser eller hæmmer det neuron, der modtager dem, idet de er i stand til at generere et potentiale i nevronet.
Meget af det, der er kendt om neurons virkningspotentialer, kommer fra eksperimenter udført med gigantiske blæksprutte axoner. Det er let at studere på grund af dets størrelse, da det strækker sig fra hoved til hale. De tjener således at dyret kan bevæge sig.
Neuronal membranpotentiale
Neuroner har forskellige elektriske ladninger inde i dem end udenfor. Denne forskel kaldes membranpotentiale.
Når en neuron er i hvilepotentiale, betyder, at dens elektriske ladning ikke ændres af excitatoriske eller hæmmende synaptiske potentialer.
I modsætning hertil, når andre potentialer påvirker det, kan membranpotentialet reduceres. Dette er kendt som depolarisering.
Eller tvert imod, når membranpotentialet stiger med hensyn til dets normale potentiale, kaldes et fænomen hyperpolarisering.
Når en meget hurtig inversion af membranpotentialet opstår pludselig, er der a handlingspotentiale. Dette består af en kort elektrisk impuls, som oversættes til meddelelsen, der bevæger sig gennem nervens axon. Det starter i cellens krop og når terminalknapperne.
Det er vigtigt at understrege, at for at et aktionspotentiale skal forekomme, skal elektriske forandringer nå en tærskel, der kaldes excitationstærskel. Det er værdien af membranpotentialet, der nødvendigvis skal nås for at handlingspotentialet kan forekomme.
Virkningsmuligheder og ændringer i ionniveauer
Under normale forhold er neuronen parat til at modtage natrium (Na +) inde i den. Imidlertid er membranen ikke meget permeabel for denne ion.
Derudover har den de kendte "natrium-kaliumtransportører", et protein der findes i cellemembranen, der er ansvarlig for at fjerne natriumioner fra det og indføre kaliumioner i den. Især for hver 3 ioner af natriumekstraheret, indtast to kalium.
Disse transportører opretholder et lavt natriumniveau i cellen. Hvis cellemens permeabilitet øges, og en større mængde natrium indtræder det pludseligt, vil membranpotentialet ændre sig radikalt. Det er tilsyneladende det, der udløser et handlingspotentiale.
Især membranets permeabilitet til natrium vil blive forøget, idet de kommer ind i neuronen. Mens dette samtidig ville gøre det muligt for kaliumionerne at komme ud af cellen.
Hvordan forekommer disse ændringer i permeabilitet??
Cellerne har talrige proteiner indlejret i deres membran ionkanaler. Disse har åbninger, hvorigennem ionerne kan komme ind eller forlade cellerne, selvom de ikke altid er åbne. Kanalerne lukkes eller åbnes i henhold til bestemte begivenheder.
Der er flere typer ionkanaler, og hver især er specialiseret til at drive bestemte typer ioner udelukkende.
For eksempel kan en åben natriumkanal passere mere end 100 millioner ioner per sekund.
Hvordan handlingspotentialer produceres?
Neuroner transmitterer information elektrokemisk. Det betyder, at kemikalier producerer elektriske signaler.
Disse kemikalier har en elektrisk ladning, og derfor kaldes de ioner. De vigtigste i nervesystemet er natrium og kalium, som har en positiv ladning. Ud over calcium (2 positive ladninger) og chlor (en negativ ladning).
Ændringer i membranpotentiale
Det første skridt for et aktionspotentiale at forekomme er en ændring i cellemembranpotentialet. Denne ændring skal overstige ophobningstærsklen.
Især er der en reduktion i membranpotentialet, som kaldes depolarisering.
Åbning af natriumkanaler
Som en følge heraf åbner natriumkanalerne indlejret i membranen op, hvilket gør det muligt for natrium at komme ind i neuronen massivt. Disse drives af diffusion og elektrostatiske trykkræfter.
Da natriumioner er positivt ladede, frembringer de en hurtig ændring i membranpotentialet.
Åbning af kaliumkanaler
Axonmembranen har både natrium- og kaliumkanaler. Men sidstnævnte åbner senere, fordi de er mindre følsomme. Det vil sige, at de har brug for et højere depolariseringsniveau for at åbne op, og derfor åbner de senere.
Lukning af natriumkanaler
Der kommer en tid, hvor handlingspotentialet når sin maksimale værdi. Fra denne periode er natriumkanalerne blokeret og lukket.
De kan ikke åbnes igen, indtil membranen når igen hvilepotentialet igen. Som følge heraf kan ikke mere natrium komme ind i neuronen.
Lukning af kaliumkanaler
Kaliumkanalerne forbliver imidlertid åbne. Dette gør det muligt for kaliumioner at strømme gennem cellen.
På grund af diffusion og elektrostatisk tryk, da indersiden af aksonen er positivt opladet, bliver kaliumionerne skubbet ud af cellen.
Membranpotentialet genopretter således sin sædvanlige værdi. Lidt efter lidt lukker kaliumkanalerne.
Denne kationudgang forårsager membranpotentialet til at genvinde sin normale værdi. Når dette sker, begynder kaliumkanalerne at lukke igen.
I det øjeblik, hvor membranpotentialet når sin normale værdi, lukker kaliumkanalerne helt. Lidt senere reaktiveres natriumkanalerne og forbereder en anden depolarisering til at åbne dem.
Endelig udskiller natrium-kaliumtransportørerne det natrium, der var kommet ind og genvinder det kalium, der tidligere havde forladt.
Hvordan informationen formeres af axonen?
Axonen består af en del af neuronen, en forlængelse af sidstnævnte ligner et kabel. De kan være meget lange til at tillade neuroner, der er fysisk langt væk for at forbinde og sende information.
Handlingspotentialet spredes langs axonen og når terminalknapperne for at sende beskeder til den næste celle.
Hvis vi målte intensiteten af aktionspotentialet fra forskellige områder af axonen, ville vi opleve, at dens intensitet forbliver den samme på alle områder.
Lov om alt eller ingenting
Dette sker fordi axonal ledning følger en grundlæggende lov: loven af alle eller intet. Det vil sige, et handlingspotentiale gives eller ikke gives. Når den begynder, bevæger den sig gennem hele axonen til sin ekstreme, idet den altid opretholder samme størrelse, ikke stiger eller falder. Hvad mere er, hvis en axon forgrener sig, er handlingspotentialet opdelt, men fastholder sin størrelse.
Handlingspotentialerne starter i slutningen af axonen, som er knyttet til soma af neuronen. Normalt rejser de normalt kun i én retning.
Mulighed for handling og adfærd
Det er muligt, at du på dette tidspunkt kan spørge dig selv: Hvis handlingspotentialet er en helt eller intet proces, hvordan opstår der visse adfærd som muskelkontraktion, der kan variere mellem forskellige niveauer af intensitet? Dette sker ved frekvensens lov.
Frekvenslov
Hvad sker der er, at et enkelt aktionspotentiale ikke giver information direkte. I stedet bestemmes informationen af hyppigheden af udløbs- eller fyringshastigheden for en axon. Det vil sige, hvor ofte handlingspotentialerne forekommer. Dette er kendt som "frekvensen".
Således vil en høj frekvens af aktionspotentialer føre til en meget intens muskelkontraktion.
Det samme sker med opfattelsen. For eksempel skal en meget lys visuel stimulus, der skal fanges, producere en høj "fyringsrate" i axonerne, der er fastgjort til øjnene. På denne måde afspejler frekvensen af aktionspotentialer intensiteten af en fysisk stimulus.
Derfor er loven om alt eller ingenting suppleret med frekvensen.
Andre former for informationsudveksling
Handlingspotentialer er ikke de eneste typer elektriske signaler, der forekommer i neuroner. For eksempel, når der sendes information gennem en synapse er der en lille elektrisk impuls i membranen af neuronen, der modtager dataene.
Ved visse lejligheder kan en lille depolarisation, der er for svag til at frembringe et handlingspotentiale, let ændre membranpotentialet.
Imidlertid reduceres denne ændring lidt efter lidt, da den bevæger sig gennem axonen. I denne type informationstransmission åbnes eller lukkes hverken natrium- eller kaliumkanalerne.
Således fungerer axonen som et undervandskabel. Når signalet transmitteres af det, falder dets amplitude. Dette er kendt som faldende ledning og forekommer på grund af axonets egenskaber.
Handlingspotentialer og myelin
Axons fra næsten alle pattedyr er dækket af myelin. Det vil sige, de har segmenter omgivet af et stof, der tillader nervegearning, hvilket gør det hurtigere. Myelin ombrydes rundt om axonen uden at lade det ekstracellulære væske nå det.
Myelin produceres i centralnervesystemet af celler kaldet oligodendrocytter. Mens det i det perifere nervesystem er det produceret af Schwann-celler.
Myelin-segmenterne, kendt som myelinskeder, er opdelt af afdækkede områder af axonen. Disse områder kaldes Ranvier noduler og de er i kontakt med det ekstracellulære væske.
Handlingspotentialet overføres forskelligt i en ikke-myelineret axon (som ikke er omfattet af myelin) end i en myelineret.
Handlingspotentialet kan bevæge sig gennem den aksonale membran, der er dækket af myelin, ved hjælp af kabelens egenskaber. Axonen på denne måde fører den elektriske forandring fra det sted, hvor handlingspotentialet opstår, indtil næste knudepunkt af Ranvier.
Denne ændring er reduceret en smule, men det er intens nok til at provokere et handlingspotentiale i den næste knudepunkt. Derefter udløses dette potentiale igen eller gentages i hver knude af Ranvier, der transporteres gennem den myelinerede zone til den næste knudepunkt..
Denne form for ledning af handlingspotentialer kaldes salteringskonduktion. Dens navn kommer fra det latinske "saltare", hvilket betyder "at danse". Konceptet er, at impulsen ser ud til at hoppe fra knuder til knuder.
Fordele ved saltning ledning til at transmittere aktionspotentialer
Denne form for kørsel har sine fordele. For det første at spare energi. Natrium-kaliumtransportører bruger en masse energi, der ekstraherer overskydende natrium inde fra axonen under actionpotentialer.
Disse natrium-kaliumtransportører er placeret i områder af axonen, der ikke er dækket af myelin. I en myelineret axon kan natrium imidlertid kun gå ind i Ranvier's knuder. Derfor kommer meget mindre natrium ind, og på grund af dette skal mindre natrium pumpes ud. Så natrium-kaliumtransportørerne skal arbejde mindre.
En anden fordel ved myelin er, hvor hurtigt. Et aktionspotentiale drives hurtigere i en myelineret axon, da impulsen "hopper" fra en knude til en anden uden at skulle gå igennem hele axonen.
Denne stigning i hastigheden får dyrene til at tænke og reagere hurtigere. Andre levende væsener, såsom blæksprutte, har axoner uden myelin, der får fart på grund af en forøgelse i deres størrelse. Blæksprutternes axoner har en stor diameter (ca. 500 μm), som gør det muligt for dem at køre hurtigere (ca. 35 meter pr. Sekund).
Imidlertid, med samme hastighed rejser aktionspotentialerne i kattens aksoner, selvom de kun har en diameter på kun 6 μm. Hvad der sker er, at disse axoner indeholder myelin.
En myelineret axon kan føre til aktionspotentialer med en hastighed på ca. 432 kilometer i timen, med en diameter på 20 μm.
referencer
- Handlingspotentialer. (N.D.). Hentet den 5. marts 2017 fra Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
- Carlson, N.R. (2006). Opførselens fysiologi 8. Ed. Madrid: Pearson.
- Chudler, E. (s.f.). Lights, Camera, Action Potential. Hentet den 5. marts 2017 fra University of Washington: faculty.washington.edu.
- Faser af handlingspotentialet. (N.D.). Hentet den 5. marts 2017, fra Boundless: boundless.com.