HANDLINGSPOTENTIALE: FORPLANTNING OG FASER - GEOGRAFIA - 2025

Den aktionspotentialet er en kortvarig elektrisk eller kemisk fænomen, der opstår i neuronerne i hjernen. Det kan siges, at det er den meddelelse, en neuron transmitterer til andre neuroner.

Handlingspotentialet produceres i cellelegemet (kerne), også kaldet somaen. Den bevæger sig gennem hele aksonet (neuronforlængelse, der ligner en ledning), indtil det når sin ende, kaldet terminalknappen.

Handlingspotentialer på en given akson har altid den samme varighed og intensitet. Hvis aksonet forgrenes i andre processer, opdeler handlingspotentialet, men dens intensitet reduceres ikke.

Når handlingspotentialet når terminalknapperne på neuronet, udskilles de kemikalier kaldet neurotransmitters. Disse stoffer ophidser eller inhiberer neuronet, der modtager dem, og er i stand til at generere et handlingspotentiale i nævnte neuron.

Meget af det, der vides om neuroners handlingspotentiale, stammer fra eksperimenter med kæmpe blæksprutteksoner. Det er let at studere på grund af dets størrelse, da det strækker sig fra hoved til hale. De tjener, så dyret kan bevæge sig.

Neuronmembranpotentiale

A. Skematisk billede af et ideelt handlingspotentiale. B. Reel registrering af et handlingspotentiale. Kilde: da: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Neuroner har en anden elektrisk ladning indvendigt end udenfor. Denne forskel kaldes membranpotentialet.

Når en neuron er i hvilepotentiale, betyder det, at dens elektriske ladning ikke ændres af eksiterende eller hæmmende synaptiske potentialer.

På den anden side, når andre potentialer påvirker det, kan membranpotentialet reduceres. Dette er kendt som depolarisering.

Tværtimod, når membranpotentialet øges med hensyn til dets normale potentiale, opstår der et fænomen kaldet hyperpolarisering.

Når en meget hurtig reversering af membranpotentialet forekommer pludselig, opstår der et handlingspotentiale. Dette består af en kort elektrisk impuls, der oversættes til beskeden, der bevæger sig gennem neuronets akson. Det begynder i cellelegemet, når terminalknapperne.

Nerveimpulsen bevæger sig ned ad aksonen

Vigtigere er det, at elektriske ændringer skal nå en tærskel, kaldet excitationstærsklen, for at et handlingspotentiale kan forekomme. Det er værdien af ​​membranpotentialet, der nødvendigvis skal nås for, at handlingspotentialet kan forekomme.

Skematisk en kemisk synapse

Handlingspotentialer og ændringer i ionniveauer

En neurons membranpermeabilitet under et handlingspotentiale. Hviletilstand (1), natrium- og kaliumioner kan ikke passere gennem membranen, og neuronen har en negativ ladning inde. Depolarisering (2) af neuronen aktiverer natriumkanalen, hvilket tillader, at natriumioner passerer gennem neuronens membran. Genpolarisering (3), hvor natriumkanaler lukker og kaliumkanaler åbnes, krydser kaliumioner membranen. I den ildfaste periode (4) vender membranpotentialet tilbage til hviletilstand, når kaliumkanalerne lukker. Kilde: En neurons membranpermeabilitet under en handlingspotentiale.pdf og handlingspotentiale, CThompson02

Under normale forhold er neuronet klar til at modtage natrium (Na +) inde. Imidlertid er dens membran ikke meget permeabel for denne ion.

Derudover har de velkendte “natrium-kaliumtransportører” et protein, der findes i cellemembranen, der er ansvarlig for at fjerne natriumioner fra det og indføre kaliumioner i det. Specifikt for hver 3 natriumioner, det ekstraherer, introducerer det to kaliumioner.

Disse transportører holder natriumniveauerne lave i cellen. Hvis permeabiliteten af ​​cellen steg, og mere natrium ind i den pludselig, ville membranpotentialet ændre sig radikalt. Tilsyneladende er det dette, der udløser et handlingspotentiale.

Specifikt ville permeabiliteten af ​​membranen for natrium øges, idet disse kommer ind i neuronet. Selv om dette på samme tid tillader kaliumioner at forlade cellen.

Hvordan forekommer disse ændringer i permeabilitet?

Celler har indlejret i deres membran adskillige proteiner kaldet ionkanaler. Disse har åbninger, hvorigennem ioner kan komme ind eller forlade celler, selvom de ikke altid er åbne. Kanaler lukkes eller åbnes i henhold til visse begivenheder.

Der er flere typer ionkanaler, og hver er normalt specialiseret til at udføre udelukkende visse typer ioner.

For eksempel kan en åben natriumkanal passere mere end 100 millioner ioner pr. Sekund.

Hvordan produceres handlingspotentialer?

Neuroner transmitterer information elektrokemisk. Dette betyder, at kemikalier producerer elektriske signaler.

Disse kemikalier har en elektrisk ladning, hvorfor de kaldes ioner. De vigtigste i nervesystemet er natrium og kalium, som har en positiv ladning. Ud over calcium (2 positive ladninger) og klor (en negativ ladning).

Ændringer i membranpotentiale

Det første trin for et handlingspotentiale er en ændring i cellens membranpotentiale. Denne ændring skal overstige excitationstærsklen.

Specifikt er der en reduktion i membranpotentialet, der kaldes depolarisering.

Åbning af natriumkanaler

Som en konsekvens åbnes natriumkanaler indlejret i membranen, hvilket giver natrium mulighed for massivt at komme ind i neuronet. Disse drives af diffusionskræfter og elektrostatisk tryk.

Da natriumioner er positivt ladede, forårsager de en hurtig ændring i membranpotentialet.

Kaliumkanalåbning

Axonmembranen har både natrium- og kaliumkanaler. Sidstnævnte åbnes imidlertid senere, fordi de er mindre følsomme. Det vil sige, de har brug for et højere niveau af depolarisering for at åbne op, og det er derfor, de åbner senere.

Lukning af natriumkanaler

Der kommer et tidspunkt, hvor handlingspotentialet når sin maksimale værdi. Fra denne periode blokeres og lukkes natriumkanalerne.

De kan ikke længere åbnes igen, før membranen når sit hvilepotentiale igen. Som en konsekvens kan ikke mere natrium komme ind i neuronet.

Kaliumkanal lukning

Kaliumkanalerne forbliver imidlertid åbne. Dette tillader, at kaliumioner flyder gennem cellen.

På grund af diffusion og elektrostatisk tryk, da det indre af aksonet er positivt ladet, skubbes kaliumionerne ud af cellen. Således genvinder membranpotentialet sin sædvanlige værdi. Lidt efter lidt lukker kaliumkanalerne.

Denne udgang af kationer får membranpotentialet til at genvinde sin normale værdi. Når dette sker, begynder kaliumkanalerne at lukke igen.

Så snart membranpotentialet når sin normale værdi, lukkes kaliumkanalerne helt. Lidt senere genaktiveres natriumkanalerne som forberedelse til en anden depolarisering for at åbne dem.

Endelig udskiller natrium-kaliumtransportører det natrium, der var kommet ind og genvinder det kalium, der tidligere var tilbage.

Hvordan spredes information gennem aksonet?

Dele af en neuron. Kilde: Ingen maskinlæsbar forfatter leveret. NickGorton ~ commonswiki antaget (baseret på krav om ophavsret)

Axonet består af en del af neuronet, en kabellignende forlængelse af neuronet. De kan være for lange til at give neuroner, der er fysisk langt fra hinanden, mulighed for at forbinde og sende information til hinanden.

Handlingspotentialet forplanter sig langs aksonet og når terminal-knapperne for at sende meddelelser til den næste celle. Hvis vi målte intensiteten af ​​handlingspotentialet fra i forskellige områder af aksonen, ville vi opdage, at dens intensitet forbliver den samme i alle områder.

Hele eller intet lov

Dette sker, fordi aksonal ledning følger en grundlæggende lov: loven om alt eller intet. Det vil sige, et handlingspotentiale gives eller ej. Når den først begynder, bevæger den sig gennem hele aksonet til dens ende, og holder altid den samme størrelse, det forøges eller formindskes ikke. Yderligere, hvis en akson forgrener sig, deler handlingspotentialet sig, men det opretholder sin størrelse.

Handlingspotentialer starter i slutningen af ​​aksonet, der er knyttet til neuronens soma. De rejser normalt kun i en retning.

Handlings- og adfærdspotentialer

Du undrer dig måske på dette tidspunkt: hvis handlingspotentialet er en alt-eller-intet-proces, hvordan opstår der visse opførsler som muskelsammentrækning, der kan variere mellem forskellige niveauer af intensitet? Dette sker ved frekvensloven.

Frekvenslov

Hvad der sker er, at et enkelt handlingspotentiale ikke direkte giver oplysninger. I stedet bestemmes informationen af ​​en aksons udladningsfrekvens eller skydehastighed. Det vil sige den frekvens, hvorpå handlingspotentialer opstår. Dette er kendt som "frekvensloven".

Således ville en høj frekvens af handlingspotentiale føre til en meget intens muskelsammentrækning.

Det samme gælder opfattelsen. For eksempel skal en meget lys visuel stimulans, der skal fanges, give en høj "skydehastighed" i de aksoner, der er fastgjort til øjnene. På denne måde afspejler hyppigheden af ​​handlingspotentialer intensiteten af ​​en fysisk stimulans.

Derfor kompletteres lovgivningen om alt eller intet med hyppighedsloven.

Andre former for informationsudveksling

Handlingspotentialer er ikke de eneste klasser af elektriske signaler, der forekommer i neuroner. F.eks. Giver information over en synapse en lille elektrisk impuls i neuronen, der modtager dataene.

Skema med en synapse. Kilde: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

Undertiden kan en svag depolarisering, der er for svag til at frembringe et handlingspotentiale, ændre membranpotentialet lidt.

Imidlertid aftager denne ændring gradvist, når den bevæger sig gennem aksonen. I denne type informationstransmission åbnes eller lukkes hverken natrium- eller kaliumkanalerne.

Således fungerer aksonet som et ubådskabel. Når signalet transmitteres gennem det, formindskes dets amplitude. Dette er kendt som ledning nedad, og det forekommer på grund af aksonens egenskaber.

Handlingspotentialer og myelin

Næsten alle pattedyrs aksoner er dækket af myelin. Det vil sige, de har segmenter omgivet af et stof, der tillader nerveledelse, hvilket gør det hurtigere. Myelinspiralerne omkring aksonen uden at lade den ekstracellulære væske nå det.

Myelin produceres i det centrale nervesystem af celler, der kaldes oligodendrocytter. Mens det i det perifere nervesystem produceres af Schwann-celler.

Myelinsegmenterne, kendt som myelinskeder, er opdelt fra hinanden ved bare områder af aksonen. Disse områder kaldes Ranviers knuder, og de er i kontakt med den ekstracellulære væske.

Handlingspotentialet overføres forskelligt i en ikke-myeliniseret akson (som ikke er dækket af myelin) end i en myelineret.

Handlingspotentialet kan bevæge sig gennem den myelin-dækkede aksonmembran ved trådenes egenskaber. Axonen udfører på denne måde den elektriske ændring fra det sted, hvor handlingspotentialet opstår til den næste knude på Ranvier.

Denne ændring aftager lidt, men er stærk nok til at forårsage et handlingspotentiale i den næste knude. Dette potentiale udløses eller gentages derefter i hver knude af Ranvier, og transporterer sig selv gennem det myeliniserede område til den næste knude.

Denne form for ledning af handlingspotentialer kaldes saltdannende ledning. Navnet kommer fra det latinske "saltare", som betyder "at danse". Konceptet skyldes, at impulsen ser ud til at hoppe fra knude til knude.

Fordele ved saltdannende ledning til transmission af handlingspotentialer

Denne type kørsel har sine fordele. Først og fremmest at spare energi. Natrium-kaliumtransportører bruger en masse energi på at trække overskydende natrium inde fra aksonen under handlingspotentialer.

Disse natrium-kaliumtransportører er placeret i områder af akson, der ikke er dækket af myelin. I en myelineret akson kan natrium imidlertid kun komme ind i knudepunkterne i Ranvier. På grund af dette 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 hastighed. Et handlingspotentiale udføres hurtigere i en myelineret akson, da impulsen "hopper" fra den ene knude til den anden uden at skulle passere gennem hele aksonen.

Denne stigning i hastighed får dyrene til at tænke og reagere hurtigere. Andre levende væsener, såsom blæksprutter, har aksoner uden myelin, der vinder hastighed på grund af en stigning i deres størrelse. Blæksprutteksoner har en stor diameter (ca. 500 um), som gør det muligt for dem at rejse hurtigere (ca. 35 meter pr. Sekund).

På samme hastighed bevæger handlingspotentialerne sig imidlertid i kattens aksoner, skønt disse har en diameter på kun 6 um. Hvad der sker er, at disse aksoner indeholder myelin.

En myelineret akson kan udføre handlingspotentialer med en hastighed på ca. 432 kilometer i timen med en diameter på 20 um.

Referencer

1. Handlingspotentialer. (Sf). Hentet den 5. marts 2017 fra Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Opførselens fysiologi 8. udg. Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (nd). Lys, kamera, handlingspotentiale. Hentet den 5. marts 2017 fra University of Washington: fakultet.washington.edu.
4. Faser af handlingspotentialet. (Sf). Hentet den 5. marts 2017 fra Boundless: boundless.com.