ÅTGÄRDSPOTENTIAL: FÖRÖKNING OCH FASER - GEOGRAFÍA - 2025

Den aktionspotentialen är en kortlivad elektrisk eller kemisk fenomen som förekommer i nervceller i vår hjärna. Det kan sägas att det är meddelandet som en neuron överför till andra nervceller.

Handlingspotentialen produceras i cellkroppen (kärnan), även kallad soma. Den färdas genom hela axonet (neuronförlängning, liknande en tråd) tills den når sitt slut, kallad terminalknappen.

Handlingspotentialerna på en given axon har alltid samma varaktighet och intensitet. Om axonet förgrenas i andra processer delar handlingspotentialen, men dess intensitet reduceras inte.

När handlingspotentialen når terminalens knappar på nervcellen, utsöndrar de kemikalier som kallas neurotransmitters. Dessa ämnen väcker upp eller hämmar neuronet som tar emot dem och kan generera en handlingspotential i nämnda neuron.

Mycket av det som är känt om handlingspotentialen hos neuroner kommer från experiment med jättefärgade bläckfiskaxoner. Det är lätt att studera på grund av dess storlek, eftersom det sträcker sig från huvud till svans. De tjänar så att djuret kan röra sig.

Neuronmembranpotential

A. Schematisk bild av en idealisk handlingspotential. B. Verklig registrering av en handlingspotential. Källa: sv: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Neuroner har en annan elektrisk laddning inuti än utanför. Denna skillnad kallas membranpotentialen .

När en neuron är i vilopotential betyder det att dess elektriska laddning inte förändras av excitatoriska eller hämmande synaptiska potentialer.

Å andra sidan, när andra potentialer påverkar det, kan membranpotentialen minskas. Detta kallas depolarisering .

Tvärtom, när membranpotentialen ökar med avseende på dess normala potential, inträffar ett fenomen som kallas hyperpolarisering .

När en mycket snabb reversering av membranpotentialen plötsligt inträffar inträffar en handlingspotential . Detta består av en kort elektrisk impuls, som översätts till meddelandet som rör sig genom neuronets axon. Det börjar i cellkroppen och når terminalknapparna.

Nervimpulsen reser ner axon

För att en handlingspotential ska inträffa måste elektriska förändringar nå en tröskel, kallad excitationströskeln . Det är värdet på membranpotentialen som nödvändigtvis måste nås för att handlingspotentialen ska uppstå.

Schematisk över en kemisk synapse

Åtgärdspotentialer och förändringar i jonnivåer

En neurons membranpermeabilitet under en handlingspotential. Vilotillståndet (1), natrium- och kaliumjoner kan inte passera genom membranet, och nervcellen har en negativ laddning inuti. Depolarisering (2) av neuronet aktiverar natriumkanalen, vilket tillåter natriumjoner att passera genom neuronets membran. Ompolarisering (3), där natriumkanaler stängs och kaliumkanaler öppnas, korsar kaliumjoner membranet. Under den eldfasta perioden (4) återgår membranpotentialen till vilotillståndet när kaliumkanalerna stängs. Källa: Membranpermeabilitet hos en neuron under en handlingspotential.pdf och handlingspotential, CThompson02

Under normala förhållanden är neuronet redo att ta emot natrium (Na +) inuti. Emellertid är dess membran inte särskilt permeabel för denna jon.

Dessutom har de välkända "natrium-kaliumtransportörerna" ett protein som finns i cellmembranet som ansvarar för att ta bort natriumjoner från det och införa kaliumjoner i det. Specifikt för varje 3 natriumjoner som den extraherar introducerar den två kaliumjoner.

Dessa transportörer håller natriumnivåerna låga i cellen. Om cellens permeabilitet ökade och mer natrium kom in i den plötsligt skulle membranpotentialen förändras radikalt. Uppenbarligen är det detta som utlöser en handlingspotential.

Specifikt skulle permeabiliteten hos membranet för natrium öka, dessa kommer in i neuronet. Samtidigt som detta skulle göra det möjligt för kaliumjoner att lämna cellen.

Hur inträffar dessa förändringar i permeabilitet?

Celler har inbäddat i sitt membran många proteiner som kallas jonkanaler . Dessa har öppningar genom vilka joner kan komma in eller lämna celler, även om de inte alltid är öppna. Kanaler stängs eller öppnas enligt vissa händelser.

Det finns flera typer av jonkanaler, och var och en är vanligtvis specialiserad för att exklusivt leda vissa typer av joner.

Till exempel kan en öppen natriumkanal passera mer än 100 miljoner joner per sekund.

Hur produceras handlingspotentialer?

Neuroner överför information elektrokemiskt. Detta innebär att kemikalier producerar elektriska signaler.

Dessa kemikalier har en elektrisk laddning, varför de kallas joner. De viktigaste i nervsystemet är natrium och kalium, som har en positiv laddning. Förutom kalcium (2 positiva laddningar) och klor (en negativ laddning).

Förändringar i membranpotential

Det första steget för att en handlingspotential ska inträffa är en förändring i cellens membranpotential. Denna ändring måste överskrida excitationströskeln.

Specifikt finns det en minskning av membranpotentialen, som kallas depolarisering.

Öppning av natriumkanaler

Som en följd öppnar natriumkanaler inbäddade i membranet, vilket gör att natrium kan komma in i neuronet massivt. Dessa drivs av diffusionskrafter och elektrostatisk tryck.

Eftersom natriumjoner är positivt laddade orsakar de en snabb förändring av membranpotentialen.

Kaliumkanalöppning

Axonmembranet har både natrium- och kaliumkanaler. De senare öppnas dock senare, eftersom de är mindre känsliga. Det vill säga de behöver en högre nivå av depolarisering för att öppna sig och det är därför de öppnar senare.

Stängning av natriumkanaler

Det kommer en tid då handlingspotentialen når sitt högsta värde. Från denna period blockeras och stängs natriumkanalerna.

De kan inte längre öppna igen förrän membranet når sin vilopotential igen. Som en konsekvens kan inget mer natrium komma in i neuronet.

Kaliumkanalstängning

Kaliumkanalerna förblir emellertid öppna. Detta gör att kaliumjoner kan strömma genom cellen.

På grund av diffusion och elektrostatisk tryck, när axonets inre är positivt laddad, skjuts kaliumjonerna ut ur cellen. Således återvinner membranpotentialen sitt vanliga värde. Lite för lite stängs kaliumkanalerna.

Detta utträde av katjoner får membranpotentialen att återvinna sitt normala värde. När detta händer börjar kaliumkanalerna stängas igen.

Så snart membranpotentialen når sitt normala värde stängs kaliumkanalerna helt. Något senare återaktiveras natriumkanalerna för att förbereda en annan depolarisering för att öppna dem.

Slutligen utsöndrar natrium-kaliumtransportörerna natrium som hade trängt in och återvinner kaliumet som tidigare hade lämnat.

Hur sprids information genom axon?

Delar av en neuron. Källa: Ingen maskinläsbar författare tillhandahålls. NickGorton ~ commonswiki antog (baserat på upphovsrättsanspråk)

Axonet består av en del av neuronet, en kabelliknande förlängning av neuronet. De kan vara för långa för att tillåta neuroner som är fysiskt långt ifrån varandra att ansluta och skicka information till varandra.

Handlingspotentialen utbreder sig längs axon och når terminalknapparna för att skicka meddelanden till nästa cell. Om vi ​​mätte intensiteten på handlingspotentialen från olika områden i axon, skulle vi upptäcka att dess intensitet förblir densamma i alla områden.

All eller ingenting lag

Detta inträffar eftersom axonal ledning följer en grundläggande lag: lagen om allt eller ingenting. Det vill säga en handlingspotential ges eller inte. När den börjar, reser den genom hela axon till dess slut, alltid bibehåller samma storlek, det ökar eller minskar inte. Vidare, om en axon grenar ut, delas handlingspotentialen, men den bibehåller sin storlek.

Åtgärdspotentialer börjar i slutet av axonet som är fäst vid neuronens soma. De reser vanligtvis bara i en riktning.

Handlings- och beteendepotentialer

Du undrar kanske vid denna punkt: om handlingspotentialen är en allt-eller-ingenting-process, hur uppstår vissa beteenden som muskelsammandragning som kan variera mellan olika intensitetsnivåer? Detta sker genom lagen om frekvens.

Frekvenslag

Vad som händer är att en enda handlingspotential inte direkt ger information. Istället bestäms informationen av en axons urladdningsfrekvens eller avfyrningshastighet. Det vill säga den frekvens som handlingspotentialen uppstår. Detta är känt som "frekvenslagen".

Således skulle en hög frekvens av handlingspotential leda till en mycket intensiv muskelsammandragning.

Detsamma gäller för uppfattningen. Till exempel måste en mycket ljus visuell stimulans som ska fångas ge en hög "avfyrningshastighet" i axonerna fästa på ögonen. På detta sätt återspeglar frekvensen av handlingspotentialer intensiteten hos en fysisk stimulans.

Därför kompletteras lagen om allt eller inget av lagen om frekvens.

Andra former av informationsutbyte

Handlingspotentialer är inte de enda klasserna av elektriska signaler som förekommer i nervceller. Till exempel skickar information över en synapse ger en liten elektrisk impuls i neuronets membran som tar emot data.

Schema för en synapse. Källa: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

Ibland kan en lätt depolarisering som är för svag för att ge en handlingspotential förändra membranpotentialen något.

Emellertid minskar denna förändring gradvis när den rör sig genom axon. Vid denna typ av överföring av information öppnas eller stängs varken natrium- eller kaliumkanalerna.

Således fungerar axon som en ubåtkabel. När signalen sänds genom den minskar amplituden. Detta är känt som ledning nedåt, och det inträffar på grund av axonens egenskaper.

Åtgärdspotentialer och myelin

Nästan alla däggdjurs axoner täcks av myelin. Det vill säga de har segment omgivna av ett ämne som tillåter nervledning, vilket gör det snabbare. Myelinspolarna runt axon utan att låta den extracellulära vätskan nå den.

Myelin produceras i det centrala nervsystemet av celler som kallas oligodendrocyter. Medan det i det perifera nervsystemet produceras av Schwann-celler.

Myelin-segmenten, kända som myelin-mantlar, är indelade från varandra av nakna områden i axon. Dessa områden kallas Ranviers knölar och är i kontakt med den extracellulära vätskan.

Handlingspotentialen överförs annorlunda i en icke-myeliniserad axon (som inte täcks av myelin) än i en myelinerad axon.

Handlingspotentialen kan röra sig genom det myelinbelagda axonmembranet på grund av trådens egenskaper. Axonet genomför på detta sätt den elektriska förändringen från den plats där handlingspotentialen inträffar till nästa nod på Ranvier.

Denna förändring avtar något, men är tillräckligt stark för att orsaka en handlingspotential i nästa nod. Denna potential utlöses eller upprepas sedan i varje nod på Ranvier och transporterar sig själv genom det myeliniserade området till nästa nod.

Denna typ av ledning av handlingspotentialer kallas saltgivande ledning. Namnet kommer från det latinska ”saltare”, vilket betyder ”att dansa”. Konceptet beror på att impulsen verkar hoppa från nod till nod.

Fördelar med saltbildande ledning för överföring av handlingspotentialer

Denna typ av körning har sina fördelar. Först och främst för att spara energi. Natrium-kaliumtransportörer spenderar mycket energi på att dra överskott av natrium inuti axonen under actionpotentialer.

Dessa natrium-kaliumtransportörer är belägna i områden av axon som inte täcks av myelin. Men i en myelinerad axon kan natrium bara komma in i Ranviers noder. På grund av detta kommer mycket mindre natrium in, och på grund av detta måste mindre natrium pumpas ut, så natrium-kaliumtransportörerna måste arbeta mindre.

En annan fördel med myelin är hastighet. En handlingspotential genomförs snabbare i en myelinerad axon, eftersom impulsen "hoppar" från en nod till en annan, utan att behöva passera genom hela axon.

Denna ökning av hastigheten får djur att tänka och reagera snabbare. Andra levande varelser, som bläckfisk, har axoner utan myelin som ökar hastigheten på grund av en ökning av deras storlek. Bläckfiskaxoner har en stor diameter (cirka 500 um), vilket gör att de kan resa snabbare (cirka 35 meter per sekund).

Men med samma hastighet rör sig handlingspotentialen i kattens axoner, även om dessa har en diameter på endast 6 um. Vad som händer är att dessa axoner innehåller myelin.

En myelinerad axon kan utföra handlingspotential med en hastighet av cirka 432 kilometer per timme med en diameter på 20 um.

referenser

1. Åtgärdspotentialer. (Sf). Hämtad den 5 mars 2017 från Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Fysiologi för beteende 8: e Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (nd). Ljus, kamera, actionpotential. Hämtad den 5 mars 2017 från University of Washington: fakultet.washington.edu.
4. Handlingspotentialens stadier. (Sf). Hämtad den 5 mars 2017 från Boundless: boundless.com.