Потенциал действия сообщение нейронов

потенциал действия это недолговечный электрический или химический феномен, который происходит в нейронах нашего мозга. Можно сказать, что это сообщение будет передаваться другим нейронам..

Он вырабатывается в теле клетки (ядра), также называемой сома. Пройдите через весь аксон (расширение нейрона, подобно кабелю) до его конца, называемого кнопкой терминала.

Потенциалы действия в данном аксоне всегда имеют одинаковую продолжительность и интенсивность. Если аксон разветвляется на другие расширения, потенциал действия делится, но его интенсивность не уменьшается.

Когда потенциал действия достигает терминальных кнопок нейрона, они выделяют химические вещества, называемые нейротрансмиттерами. Эти вещества возбуждают или ингибируют принимающий их нейрон, способный генерировать потенциал действия в указанном нейроне..

Многое из того, что известно о потенциалах действия нейронов, пришло из экспериментов с гигантскими аксонами кальмаров. Его легко изучать из-за его размера, так как он простирается от головы до хвоста. Они служат для того, чтобы животное могло двигаться.

Нейронный мембранный потенциал

Нейроны имеют разные электрические заряды внутри них, чем снаружи. Эта разница называется мембранный потенциал.

Когда нейрон находится в потенциал покоя, означает, что его электрический заряд не изменяется возбуждающими или тормозными синаптическими потенциалами.

Напротив, когда другие потенциалы влияют на это, мембранный потенциал может быть уменьшен. Это известно как деполяризация.

Или, наоборот, когда потенциал мембраны увеличивается относительно ее нормального потенциала, явление, называемое гиперполяризации.

Когда внезапно происходит очень быстрая инверсия мембранного потенциала, возникает потенциал действия. Это состоит из краткого электрического импульса, который переводится в сообщение, которое проходит через аксон нейрона. Начинается в теле ячейки, доходя до кнопок терминала.

Важно подчеркнуть, что для возникновения потенциала действия электрические изменения должны достичь порога, называемого порог возбуждения. Это значение мембранного потенциала, которое обязательно должно быть достигнуто для того, чтобы проявился потенциал действия.

Потенциалы действия и изменения уровней ионов

В нормальных условиях нейрон готов к приему натрия (Na +) внутри него. Однако его мембрана не очень проницаема для этого иона.

Кроме того, у него есть хорошо известные «натриево-калиевые транспортеры», белок, обнаруженный в клеточной мембране, который отвечает за удаление из него ионов натрия и введение в него ионов калия. В частности, на каждые 3 извлеченных иона натрия вводят два калия.

Эти транспортеры поддерживают низкий уровень натрия в клетке. Если проницаемость ячейки увеличится и в нее внезапно попадет большее количество натрия, мембранный потенциал радикально изменится. Видимо, это то, что запускает потенциал действия.

В частности, проницаемость мембраны для натрия будет увеличиваться, поступая в них внутри нейрона. В то же время, это позволило бы ионам калия выходить из клетки..

Как происходят эти изменения в проницаемости??

Клетки имеют многочисленные белки, встроенные в их мембрану ионные каналы. У них есть отверстия, через которые ионы могут входить или выходить из клеток, хотя они не всегда открыты. Каналы закрыты или открыты в соответствии с определенными событиями.

Существует несколько типов ионных каналов, и каждый из них обычно специализируется исключительно на управлении определенными типами ионов..

Например, открытый натриевый канал может пропускать более 100 миллионов ионов в секунду.

Как создаются потенциалы действия?

Нейроны передают информацию электрохимически. Это означает, что химические вещества производят электрические сигналы.

Эти химические вещества имеют электрический заряд, поэтому их называют ионами. Наиболее важными в нервной системе являются натрий и калий, которые имеют положительный заряд. В дополнение к кальцию (2 положительных заряда) и хлору (один отрицательный заряд).

Изменения мембранного потенциала

Первым шагом для возникновения потенциала действия является изменение мембранного потенциала клетки. Это изменение должно превышать порог возбуждения.

В частности, происходит снижение мембранного потенциала, который называется деполяризацией..

Открытие натриевых каналов

Как следствие, натриевые каналы, встроенные в мембрану, открываются, позволяя натрию в большом количестве проникать внутрь нейрона. Они приводятся в действие силами диффузии и электростатического давления..

Поскольку ионы натрия заряжены положительно, они вызывают быстрое изменение мембранного потенциала.

Открытие калиевых каналов

Аксонная мембрана имеет как натриевые, так и калиевые каналы. Однако последние открываются позже, потому что они менее чувствительны. То есть им нужен более высокий уровень деполяризации, чтобы открыться, и поэтому они открываются позже.

Закрытие натриевых каналов

Наступает момент, когда потенциал действия достигает своего максимального значения. С этого периода натриевые каналы блокируются и закрываются.

Они больше не могут быть открыты снова, пока мембрана не достигнет потенциала покоя снова. В результате больше натрия не может войти в нейрон.

Закрытие калиевых каналов

Однако калиевые каналы остаются открытыми. Это позволяет ионам калия протекать через клетку.

Из-за диффузии и электростатического давления, поскольку внутренняя часть аксона заряжена положительно, ионы калия выталкиваются из клетки.

Таким образом, мембранный потенциал восстанавливает свое обычное значение. Постепенно калиевые каналы закрываются.

Этот выход катиона заставляет потенциал мембраны восстанавливать свое нормальное значение. Когда это происходит, калиевые каналы снова начинают закрываться.

В тот момент, когда потенциал мембраны достигает своего нормального значения, калиевые каналы полностью закрываются. Несколько позже натриевые каналы реактивируются, готовясь к очередной деполяризации, чтобы открыть их..

Наконец, натриево-калиевые переносчики выделяют поступивший натрий и извлекают калий, оставшийся ранее..

Как информация распространяется аксоном?

Аксон состоит из части нейрона, удлинение последнего подобно кабелю. Они могут быть очень длинными, чтобы позволить физически удаленным нейронам соединяться и отправлять информацию.

Потенциал действия распространяется вдоль аксона и достигает терминальных кнопок для отправки сообщений в следующую ячейку..

Если бы мы измерили интенсивность потенциала действия из разных областей аксона, мы обнаружили бы, что его интенсивность остается одинаковой во всех областях.

Закон всего или ничего

Это происходит потому, что аксональная проводимость следует фундаментальному закону: закону всего или ничего. То есть потенциал действия дается или не дается. Как только он начинается, он движется по всему аксону до крайности, всегда сохраняя один и тот же размер, не увеличивается и не уменьшается. Более того, если аксон разветвляется, потенциал действия разделяется, но сохраняется его размер.

Потенциалы действия начинаются в конце аксона, который присоединен к соме нейрона. Обычно они обычно путешествуют только в одном направлении..

Потенциал действия и поведения

Вполне возможно, что в этот момент вы можете спросить себя: если потенциал действия представляет собой процесс «все или ничего», как возникают определенные виды поведения, такие как сокращение мышц, которые могут варьироваться между различными уровнями интенсивности? Это происходит по закону частоты.

Закон частоты

То, что происходит, - то, что единственный потенциал действия не предоставляет информацию непосредственно. Вместо этого информация определяется частотой разряда или скоростью обжига аксона. То есть частота, с которой возникают потенциалы действия. Это известно как «закон частоты».

Таким образом, высокая частота потенциалов действия может привести к очень интенсивному сокращению мышц.

То же самое происходит с восприятием. Например, очень яркий зрительный стимул, который нужно захватить, должен вызывать высокую «скорость стрельбы» в аксонах, прикрепленных к глазам. Таким образом, частота потенциалов действия отражает интенсивность физического стимула.

Следовательно, закон всех или ничего дополняется законом частоты.

Другие формы обмена информацией

Потенциалы действия - не единственные виды электрических сигналов, которые происходят в нейронах. Например, при отправке информации через синапс существует небольшой электрический импульс в мембране нейрона, который получает данные.

В некоторых случаях небольшая деполяризация, которая является слишком слабой для создания потенциала действия, может слегка изменить потенциал мембраны.

Тем не менее, это изменение уменьшается постепенно, поскольку он проходит через аксон. При таком типе передачи информации ни натриевые, ни калиевые каналы не открываются и не закрываются..

Таким образом, аксон действует как подводный кабель. Когда сигнал передается им, его амплитуда уменьшается. Это известно как уменьшение проводимости, и происходит из-за характеристик аксона.

Потенциалы действия и миелин

Аксоны практически всех млекопитающих покрыты миелином. То есть у них есть сегменты, окруженные веществом, которое обеспечивает нервную проводимость, делая ее быстрее. Миелин оборачивается вокруг аксона, не давая внеклеточной жидкости достичь его.

Миелин вырабатывается в центральной нервной системе клетками, называемыми олигодендроцитами. В то время как в периферической нервной системе он вырабатывается клетками Шванна.

Сегменты миелина, известные как миелиновые оболочки, разделены непокрытыми участками аксона. Эти области называются узлами Ранвье и находятся в контакте с внеклеточной жидкостью..

Потенциал действия передается по-другому в немиелинизированном аксоне (который не покрыт миелином), чем в миелинизированном аксоне..

Потенциал действия может распространяться через аксональную мембрану, покрытую миелином, благодаря свойствам кабеля. Таким образом, аксон проводит электрическое изменение от места, где возникает потенциал действия, до следующего узла Ранвье.

Это изменение немного уменьшено, но оно достаточно интенсивно, чтобы вызвать потенциал действия в следующем узле. Затем этот потенциал запускается снова или повторяется в каждом узле Ранвье, транспортируется через миелинизированную зону к следующему узлу..

Этот тип проводимости потенциалов называется проводимостью сальтации. Его название происходит от латинского «saltare», что означает «танцевать». Концепция заключается в том, что импульс, кажется, прыгает от узелка к узелку.

Преимущества солевой проводимости для передачи потенциалов действия

Этот тип вождения имеет свои преимущества. Во-первых, для экономии энергии. Натриево-калиевые транспортеры тратят много энергии на извлечение избытка натрия изнутри аксона во время потенциалов действия.

Эти натриево-калиевые транспортеры расположены в областях аксона, которые не покрыты миелином. Однако в миелинизированном аксоне натрий может проникать только в узелки Ранвье. Следовательно, поступает гораздо меньше натрия, и поэтому необходимо откачивать меньше натрия. Так что натриево-калиевые транспортеры должны работать меньше.

Еще одним преимуществом миелина является скорость. Потенциал действия движется быстрее в миелинизированном аксоне, так как импульс «перепрыгивает» из одного узла в другой, не проходя через весь аксон.

Это увеличение скорости заставляет животных думать и реагировать быстрее. У других живых существ, таких как кальмары, есть аксоны без миелина, которые набирают скорость благодаря увеличению их размера. Аксоны кальмара имеют большой диаметр (около 500 мкм), что позволяет им двигаться быстрее (около 35 метров в секунду).

Однако с той же скоростью потенциалы действия в аксонах кошек движутся, хотя их диаметр составляет всего 6 мкм. Что происходит, так это то, что эти аксоны содержат миелин.

Миелинизированный аксон может приводить к действию потенциалов со скоростью около 432 километров в час диаметром 20 мкм..

ссылки

1. Возможности действий. (Н.Д.). Получено 5 марта 2017 года из Гиперфизики, Государственный университет штата Джорджия: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Карлсон, Н.Р. (2006). Физиология поведения 8-е изд. Мадрид: Пирсон.
3. Чудлер Э. (с.ф.). Свет, камера, потенциал действия. Получено 5 марта 2017 г. из Вашингтонского университета: faculty.washington.edu.
4. Этапы потенциала действия. (Н.Д.). Получено 5 марта 2017 г. с сайта Boundless: boundless.com.