Потенціал дії повідомлення нейронів

The потенціал дії це короткочасне електричне чи хімічне явище, яке відбувається в нейронах нашого мозку. Можна сказати, що це повідомлення, яке буде передано іншим нейронам.

Вона виробляється в тілі клітини (ядра), також називається сомою. Подорож по всьому аксону (розгинання нейрона, аналогічно кабелю) до його кінця, називається термінальною кнопкою.

Потенціали дії в даному аксоні завжди мають однакову тривалість і інтенсивність. Якщо аксон розгалужується в інші розширення, потенціал дії ділиться, але його інтенсивність не зменшується.

Коли потенціал дії досягає кінцевих кнопок нейрона, вони виділяють хімікати, які називаються нейротрансміттерами. Ці речовини збуджують або пригнічують нейрон, який отримує їх, будучи здатним генерувати потенціал дії в згаданому нейроні.

Значна частина відомих про потенціали дії нейронів походить від експериментів, проведених з аксонами гігантських кальмарів. Вивчити його легко завдяки своїм розмірам, оскільки він простягається від голови до хвоста. Вони служать так, щоб тварина могла рухатися.

Нейрональний мембранний потенціал

Нейрони мають різні електричні заряди всередині них, ніж зовні. Ця різниця називається мембранний потенціал.

Коли нейрон знаходиться потенціал відпочинку, означає, що його електричний заряд не змінюється збудливими або гальмуючими синаптичними потенціалами.

Навпаки, коли інші потенціали впливають на нього, мембранний потенціал може бути зменшений. Це відомо як деполяризація.

Або, навпаки, коли мембранний потенціал зростає по відношенню до свого нормального потенціалу, явище називається гіперполяризація.

Коли дуже швидко відбувається інверсія мембранного потенціалу, відбувається раптово потенціал дії. Це складається з короткого електричного імпульсу, який переводиться в повідомлення, що проходить через аксон нейрона. Вона починається в тілі клітини, досягаючи кнопок терміналу.

Важливо підкреслити, що для того, щоб відбувався потенціал дії, електричні зміни повинні досягати порогу, який називається поріг збудження. Це значення мембранного потенціалу має бути обов'язково досягнуто для того, щоб потенціал дії відбувався.

Потенціали дії та зміни рівня іонів

У нормальних умовах нейрон готується до отримання натрію (Na +) всередині нього. Однак його мембрана не дуже проникна для цього іона.

Крім того, він має добре відомі "натрієво-калійні транспортери", білок, що міститься в мембрані клітини, що відповідає за видалення іонів натрію з нього і введення іонів калію в нього. Зокрема, на кожні 3 іони екстрагованого натрію вводять два калію.

Ці транспортери підтримують низький рівень натрію всередині клітини. Якщо проникність клітини зростала і більша кількість натрію вводиться в неї раптово, то мембранний потенціал радикально змінюється. Очевидно, це те, що викликає потенціал дії.

Зокрема, проникність мембрани до натрію була б збільшена, вводячи їх всередину нейрона. Хоча, в той же час, це дозволить іонам калію вийти з клітини.

Як відбуваються ці зміни в проникності??

Клітини мають численні білки, вбудовані в їх мембрану іонних каналів. У них є отвори, через які іони можуть входити або виходити з клітин, хоча вони не завжди відкриті. Канали закриваються або відкриваються відповідно до певних подій.

Існує кілька типів іонних каналів, і кожен з них, як правило, спеціалізується виключно для керування певними типами іонів.

Наприклад, відкритий натрієвий канал може пропускати більше 100 мільйонів іонів в секунду.

Як виробляються потенціали дії?

Нейрони передають інформацію електрохімічно. Це означає, що хімікати виробляють електричні сигнали.

Ці хімічні речовини мають електричний заряд, тому їх називають іонами. Найважливішими в нервовій системі є натрій і калій, які мають позитивний заряд. Крім кальцію (2 позитивних заряду) і хлору (один негативний заряд).

Зміни мембранного потенціалу

Першим кроком для потенціалу дії є зміна мембранного потенціалу клітини. Ця зміна повинна перевищувати поріг збудження.

Зокрема, спостерігається зменшення мембранного потенціалу, що називається деполяризацією.

Відкриття натрієвих каналів

Як наслідок, натрієві канали, вбудовані в мембрану, відкриваються, дозволяючи натрію вводити масово всередину нейрона. Їх керують сили дифузії та електростатичного тиску.

Оскільки іони натрію позитивно заряджаються, вони призводять до швидкої зміни мембранного потенціалу.

Відкриття калієвих каналів

Мембрана аксона має як натрієві, так і калієві канали. Однак останні відкриваються пізніше, тому що вони менш чутливі. Тобто їм потрібний більш високий рівень деполяризації, щоб відкритися, і тому вони відкриваються пізніше.

Закриття натрієвих каналів

Настає момент, коли потенціал дії досягає свого максимального значення. З цього періоду натрієві канали блокуються і закриваються.

Їх більше не можна відкривати, поки мембрана знову не досягне потенціалу спокою. Як наслідок, більше не може натрій потрапити в нейрон.

Закриття калієвих каналів

Однак калієві канали залишаються відкритими. Це дозволяє іонів калію протікати через клітку.

Внаслідок дифузійного та електростатичного тиску, оскільки внутрішня частина аксона позитивно заряджена, іони калію виштовхуються з клітини.

Таким чином, мембранний потенціал відновлює свою звичайну величину. Поступово канали калію закриваються.

Це катіонний вихід викликає мембранний потенціал для відновлення своєї нормальної величини. Коли це відбувається, калієві канали починають знову закриватися.

У момент, коли мембранний потенціал досягає свого нормального значення, калієві канали повністю закриваються. Дещо пізніше натрієві канали реактивуються, готуючись до іншої деполяризації, щоб відкрити їх.

Нарешті, натрій-калієві транспортери виділяють введений натрій і відновлюють калій, що залишився раніше.

Як інформація розмножується аксоном?

Аксон складається з частини нейрона, розширення останнього схоже на кабель. Вони можуть бути дуже довгими, щоб дозволити нейронам, які фізично знаходяться далеко, з'єднуватися і надсилати інформацію.

Потенціал дії поширюється вздовж аксона і досягає кнопок терміналу для надсилання повідомлень до наступної комірки.

Якщо б виміряти інтенсивність потенціалу дії з різних ділянок аксона, то виявилося б, що його інтенсивність залишається однаковою у всіх областях.

Закон всього або нічого

Це відбувається тому, що ведення аксонів слідує фундаментальному закону: закону всього або нічого. Тобто потенціал дії дається або не дається. Як тільки він починається, він подорожує по всьому аксону до його крайності, завжди підтримуючи той же розмір, не збільшуючись або зменшуючись. Більше того, якщо аксон розгалужується, потенціал дії ділиться, але зберігає свій розмір.

Потенціали дії починаються з кінця аксона, приєднаного до соми нейрона. Зазвичай вони звичайно подорожують лише в одному напрямку.

Потенціали дії та поведінки

Цілком можливо, що на цьому етапі ви можете запитати себе: якщо потенціал дії є процесом «все або нічого», як відбуваються певні поведінки, такі як скорочення м'язів, які можуть змінюватися між різними рівнями інтенсивності? Це відбувається за законом частоти.

Закон частоти

Що відбувається, це те, що єдиний потенціал дій не надає інформацію безпосередньо. Натомість інформація визначається частотою розряду або швидкості випалу аксона. Тобто, частота, в якій виникають потенціали дії. Це відоме як "закон частоти".

Таким чином, висока частота потенціалів дії призведе до дуже інтенсивного скорочення м'язів.

Те ж саме відбувається і зі сприйняттям. Наприклад, дуже яскравий візуальний стимул, який потрібно захопити, повинен виробляти високу "швидкість стрільби" в аксонах, прикріплених до очей. Таким чином, частота потенціалів дії відображає інтенсивність фізичного стимулу.

Тому закон всіх або нічого доповнюється законом частоти.

Інші форми обміну інформацією

Потенціали дії не є єдиними видами електричних сигналів, що виникають у нейронах. Наприклад, при передачі інформації через синапс є невеликий електричний імпульс в мембрані нейрона, який отримує дані.

У певних випадках незначна деполяризація, яка є занадто слабкою, щоб створити потенціал дії, може трохи змінити мембранний потенціал.

Однак ця зміна поступово зменшується, коли вона проходить через аксон. У цьому типі передачі інформації ні натрієві, ні калієві канали не відкриваються або закриваються.

Таким чином, аксон виступає як підводний кабель. Оскільки сигнал передається ним, його амплітуда зменшується. Це відоме як зменшення провідності, і відбувається внаслідок характеристик аксона.

Потенціали дії і мієлін

Аксони майже всіх ссавців покриті мієліном. Тобто, вони мають сегменти, оточені речовиною, що дозволяє проводити нервову систему, роблячи її швидше. Мієлін обертається навколо аксона, не даючи позаклітинної рідини досягти його.

Мієлін виробляється в центральній нервовій системі клітинами, які називаються олігодендроцитами. Хоча в периферичній нервовій системі вона продукується шванновскими клітинами.

Сегменти мієліну, відомі як мієлінові оболонки, діляться на непокриті ділянки аксона. Ці області називаються вузликами Ранвье і вони контактують з позаклітинною рідиною.

Потенціал дії передається по-різному в неміелінізованому аксоні (який не охоплюється мієліном), ніж у миелинизированном..

Потенціал дії може проходити через аксональную мембрану, покриту мієліном, за властивостями кабелю. Аксон таким чином проводить зміну електрики від місця, де відбувається потенціал дії, до наступного вузла ранв'єра..

Ця зміна незначно знижується, але вона досить інтенсивна, щоб спровокувати потенціал дії в наступному вузлі. Потім цей потенціал знову спрацьовує або повторюється в кожному вузлі Ranvier, транспортується по всій миелинизированной зоні до наступного вузла..

Цей вид проведення потенціалів дії називається соляною провідністю. Його назва походить від латинської "saltare", що означає "танцювати". Концепція полягає в тому, що імпульс, схоже, переходить від вузлів до вузлів.

Переваги соляної провідності для передачі потенціалів дії

Цей тип водіння має свої переваги. По-перше, для економії енергії. Натрієво-калійні транспортери витрачають багато енергії на вилучення надлишкового натрію зсередини аксона під час дії потенціалів.

Ці натрієво-калієві транспортери розташовані в ділянках аксона, які не покриті мієліном. Однак у мієлінізованому аксоні натрій може вводити тільки вузли Ранв'є. Тому набагато менше натрію потрапляє, і через це необхідно відкачувати менше натрію. Тому натрієво-калієві транспортери повинні працювати менше.

Ще однією перевагою мієліну є швидкість. Потенціал дії швидше рухається в миелинизированном аксоні, оскільки імпульс "стрибає" з одного вузла на інший, не проходячи через весь аксон.

Це збільшення швидкості змушує тварин мислити і реагувати швидше. Інші живі істоти, такі як кальмар, мають аксони без мієліну, які отримують швидкість через збільшення їх розміру. Аксони кальмарів мають великий діаметр (близько 500 мкм), що дозволяє їм рухатися швидше (близько 35 м / с)..

Однак при тій же швидкості потенціали дії в аксонах кішок подорожують, хоча вони мають діаметр всього 6 мкм. Що відбувається в тому, що ці аксони містять мієлін.

Мієлінізований аксон може привести до потенціалів дії зі швидкістю близько 432 кілометрів на годину, діаметром 20 мкм.

Список літератури

1. Потенційні можливості дій. (s.f.). Отримано 5 березня 2017 року, з Гіперфізики, Державний Університет Грузії: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Карлсон, Н.Р. (2006). Фізіологія поведінки 8 р. Мадрид: Пірсон.
3. Chudler, E. (s.f.). Фари, камера, потенціал дії. Отримано 05 березня 2017 р. З Університету Вашингтона: faculty.washington.edu.
4. Етапи потенціалу дії. (s.f.). Отримано 5 березня 2017 року, з сайту Boundless: boundless.com.