HANDLINGSPOTENSIAL: FORPLANTNING OG FASER - GEOGRAFÍA - 2026

Den aksjonspotensial er en kortvarig elektrisk eller kjemisk fenomen som oppstår i nervecellene i hjernen vår. Det kan sies at det er meldingen som en nevron overfører til andre nevroner.

Handlingspotensialet produseres i cellekroppen (kjernen), også kalt somaen. Den beveger seg gjennom hele aksonet (nevronforlengelse, lik en ledning) til den når enden, kalt terminal-knappen.

Handlingspotensialene på et gitt akson har alltid samme varighet og intensitet. Hvis aksonet forgrener seg i andre prosesser, deler handlingspotensialet seg, men intensiteten er ikke redusert.

Når handlingspotensialet når terminalknappene til nevronet, skiller de ut kjemikalier som kalles nevrotransmittere. Disse stoffene begeistrer eller inhiberer nevronet som mottar dem, og er i stand til å generere et handlingspotensial i nevronen.

Mye av det som er kjent om handlingspotensialene til nevroner, kommer fra eksperimenter med gigantiske blekksprutaksoner. Det er enkelt å studere på grunn av størrelsen, ettersom den strekker seg fra hode til hale. De tjener slik at dyret kan bevege seg.

Neuronmembranpotensial

A. Skjematisk syn på et ideelt handlingspotensial. B. Reell registrering av et handlingspotensial. Kilde: no: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Neuroner har en annen elektrisk ladning inne enn ute. Denne forskjellen kalles membranpotensialet .

Når et neuron er i hvilepotensialet , betyr det at den elektriske ladning ikke endres av eksitatoriske eller inhibitoriske synaptiske potensialer.

På den annen side, når andre potensialer påvirker det, kan membranpotensialet reduseres. Dette er kjent som depolarisering .

Tvert imot, når membranpotensialet øker i forhold til dets normale potensial, oppstår et fenomen som kalles hyperpolarisering .

Når en veldig rask reversering av membranpotensialet plutselig oppstår, oppstår et handlingspotensial . Dette består av en kort elektrisk impuls, som er oversatt til meldingen som beveger seg gjennom nevronets akson. Det begynner i cellekroppen, når terminalknappene.

Nerveimpulsen beveger seg nedover aksonet

Viktigere er at for at et handlingspotensial skal kunne oppstå, må elektriske endringer nå en terskel, kalt eksitasjonsterskelen . Det er verdien av membranpotensialet som nødvendigvis må nås for at handlingspotensialet skal oppstå.

Skjematisk over en kjemisk synapse

Handlingspotensialer og endringer i ionnivåer

Membranpermeabilitet av et nevron under et handlingspotensial. Hviletilstand (1), natrium og kaliumioner kan ikke passere gjennom membranen, og nevronen har en negativ ladning inne. Depolarisering (2) av nevronet aktiverer natriumkanalen, slik at natriumioner kan passere gjennom membranen til nevronen. Repolarisering (3), der natriumkanaler stenger og kaliumkanaler åpnes, krysser kaliumioner membranen. I den ildfaste perioden (4) går membranpotensialet tilbake til hviletilstand når kaliumkanalene stenger. Kilde: En neurons membranpermeabilitet under et handlingspotensial.pdf og handlingspotensial, CThompson02

Under normale forhold er nevronen klar til å motta natrium (Na +) inne. Imidlertid er membranen ikke veldig gjennomtrengelig for dette ionet.

I tillegg har de velkjente "natrium-kaliumtransportørene" et protein som finnes i cellemembranen som er ansvarlig for å fjerne natriumioner fra det og føre kaliumioner i det. Spesifikt, for hver 3 natriumioner den ekstraherer, introduserer den to kaliumioner.

Disse transportørene holder natriumnivået lavt i cellen. Hvis permeabiliteten til cellen økte og mer natrium kom inn i den plutselig, ville membranpotensialet endre seg radikalt. Tilsynelatende er det dette som utløser et handlingspotensial.

Spesifikt ville permeabiliteten til membranen for natrium økt, da disse kommer inn i nevronen. Selv om dette samtidig vil la kaliumioner forlate cellen.

Hvordan oppstår disse endringene i permeabilitet?

Celler har innebygd en rekke proteiner kalt ionekanaler i membranen . Disse har åpninger som ioner kan gå inn i eller forlate celler, selv om de ikke alltid er åpne. Kanaler er stengt eller åpnet i henhold til visse hendelser.

Det er flere typer ionekanaler, og hver er vanligvis spesialisert for å utføre utelukkende visse typer ioner.

For eksempel kan en åpen natriumkanal passere mer enn 100 millioner ioner i sekundet.

Hvordan produseres handlingspotensialer?

Nevroner overfører informasjon elektrokjemisk. Dette betyr at kjemikalier produserer elektriske signaler.

Disse kjemikaliene har en elektrisk ladning, og det er derfor de kalles ioner. De viktigste i nervesystemet er natrium og kalium, som har en positiv ladning. I tillegg til kalsium (2 positive ladninger) og klor (en negativ ladning).

Endringer i membranpotensial

Det første trinnet for at et handlingspotensial skal skje er en endring i cellens membranpotensial. Denne endringen må overskride eksitasjonsgrensen.

Spesifikt er det en reduksjon i membranpotensialet, som kalles depolarisering.

Åpning av natriumkanaler

Som en konsekvens åpnes natriumkanaler som er innebygd i membranen, slik at natrium kan komme massivt inn i nevronen. Disse drives av diffusjonskrefter og elektrostatisk trykk.

Siden natriumioner er positivt ladet, forårsaker de en rask endring i membranpotensialet.

Kaliumkanalåpning

Axonmembranen har både natrium- og kaliumkanaler. De siste åpnes imidlertid senere, fordi de er mindre følsomme. Det vil si at de trenger et høyere nivå av depolarisering for å åpne seg, og det er derfor de åpner senere.

Lukking av natriumkanaler

Det kommer en tid hvor handlingspotensialet når sin maksimale verdi. Fra denne perioden blokkeres og lukkes natriumkanalene.

De kan ikke lenger åpne igjen før membranen når sitt hvilepotensial igjen. Som en konsekvens kan ikke mer natrium komme inn i nevronen.

Lukking av kaliumkanal

Kaliumkanalene forblir imidlertid åpne. Dette gjør at kaliumioner kan strømme gjennom cellen.

På grunn av diffusjon og elektrostatisk trykk, når det indre av aksonet er positivt ladet, skyves kaliumionene ut av cellen. Dermed gjenoppretter membranpotensialet sin vanlige verdi. Litt etter litt lukkes kaliumkanalene.

Denne utgangen av kationer får membranpotensialet til å gjenopprette sin normale verdi. Når dette skjer begynner kaliumkanalene å stenge igjen.

Så snart membranpotensialet når sin normale verdi, lukkes kaliumkanalene helt. Noe senere blir natriumkanalene aktivert på nytt for å forberede en ny depolarisering for å åpne dem.

Til slutt sekreterer natrium-kaliumtransportørene natrium som hadde kommet inn og gjenvinner kaliumet som tidligere hadde igjen.

Hvordan spres informasjon gjennom aksonet?

Deler av et nevron. Kilde: Ingen maskinlesbar forfatter gitt. NickGorton ~ commonswiki antok (basert på krav om opphavsrett)

Axonet består av en del av nevronet, en kabellignende forlengelse av nevronet. De kan være for lange til at neuroner som er fysisk langt fra hverandre kan koble seg sammen og sende informasjon til hverandre.

Handlingspotensialet forplanter seg langs aksonet og når terminal-knappene for å sende meldinger til neste celle. Hvis vi målte intensiteten til handlingspotensialet fra i forskjellige områder av aksonet, ville vi funnet ut at dens intensitet forblir den samme i alle områder.

All eller ingenting lov

Dette skjer fordi aksonal ledning følger en grunnleggende lov: loven om alt eller ingenting. Det vil si at et handlingspotensial er gitt eller ikke. Når den begynner, beveger den seg gjennom hele aksonet til enden, og holder alltid den samme størrelsen, den øker ikke eller reduseres. Videre, hvis et akson forgrener seg, deler handlingspotensialet seg, men det opprettholder størrelsen.

Handlingspotensialer starter på slutten av aksonet som er festet til nevronens soma. De reiser vanligvis i bare en retning.

Handlings- og atferdspotensialer

Du lurer kanskje på dette tidspunktet: hvis handlingspotensialet er en alt-eller-ingenting-prosess, hvordan forekommer visse atferd som muskelsammentrekning som kan variere mellom forskjellige intensitetsnivåer? Dette skjer ved frekvensloven.

Lov om frekvens

Det som skjer er at et enkelt handlingspotensial ikke direkte gir informasjon. I stedet bestemmes informasjonen av utslippsfrekvensen eller skytefrekvensen til et akson. Det vil si frekvensen som handlingspotensialer oppstår. Dette er kjent som "frekvensloven".

Dermed ville en høy frekvens av handlingspotensialer føre til en veldig intens muskelsammentrekning.

Det samme gjelder oppfatningen. For eksempel må en veldig lys visuell stimulans, som skal fanges, produsere en høy "skytefrekvens" i aksonene festet til øynene. På denne måten reflekterer frekvensen av handlingspotensialer intensiteten til en fysisk stimulans.

Derfor kompletteres loven om alt eller ingenting av loven om hyppighet.

Andre former for informasjonsutveksling

Handlingspotensialer er ikke de eneste klassene av elektriske signaler som oppstår i nevroner. Å sende informasjon over en synapse gir for eksempel en liten elektrisk impuls i membranen til nevronen som mottar dataene.

Oppsett av en synapse. Kilde: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

Noen ganger kan en svak depolarisering som er for svak til å produsere et handlingspotensial endre membranpotensialet litt.

Imidlertid avtar denne endringen gradvis når den beveger seg gjennom aksonet. I denne typen informasjonsoverføring åpnes eller lukkes verken natrium- eller kaliumkanalene.

Dermed fungerer aksonet som en ubåtkabel. Når signalet overføres gjennom det, reduseres amplituden. Dette er kjent som nedadledning, og det oppstår på grunn av egenskapene til aksonet.

Handlingspotensialer og myelin

Axonene til nesten alle pattedyr er dekket av myelin. Det vil si at de har segmenter omgitt av et stoff som tillater nerveledning, noe som gjør det raskere. Myelinspolene rundt aksonet uten å la den ekstracellulære væsken nå den.

Myelin produseres i sentralnervesystemet av celler som kalles oligodendrocytter. Mens det i det perifere nervesystemet produseres av Schwann-celler.

Myelin-segmentene, kjent som myelin-skjeder, er delt fra hverandre av nakne områder av aksonet. Disse områdene kalles Ranviers knuter, og de er i kontakt med den ekstracellulære væsken.

Handlingspotensialet overføres annerledes i et ikke-myelinert akson (som ikke er dekket i myelin) enn i et myelinert.

Handlingspotensialet kan bevege seg gjennom den myelinbelagte aksonmembranen på grunn av trådens egenskaper. Axonet fører på denne måten den elektriske endringen fra stedet der handlingspotensialet oppstår til neste knutepunkt på Ranvier.

Denne endringen avtar litt, men er sterk nok til å forårsake et handlingspotensial i neste node. Dette potensialet blir deretter utløst eller gjentatt i hver node av Ranvier, og transporterer seg selv gjennom det myeliniserte området til neste knutepunkt.

Denne typen ledning av handlingspotensialer kalles saltdannende ledning. Navnet kommer fra det latinske "saltare", som betyr "å danse". Konseptet er fordi impulsen ser ut til å hoppe fra node til node.

Fordeler med saltvannsledning for overføring av handlingspotensialer

Denne typen kjøring har sine fordeler. For det første for å spare energi. Sodium-kaliumtransportere bruker mye energi på å trekke overflødig natrium fra innsiden av aksonet under handlingspotensialer.

Disse natrium-kaliumtransporterne er lokalisert i områder av aksonet som ikke er dekket av myelin. Imidlertid kan natrium i et myelinert akson bare komme inn i nodene til Ranvier. Derfor kommer mye mindre natrium inn, og på grunn av dette må mindre natrium pumpes utenfor, så natrium-kaliumtransportørene må jobbe mindre.

En annen fordel med myelin er hastighet. Et handlingspotensial utføres raskere i et myelinert akson, siden impulsen "hopper" fra en node til en annen, uten å måtte passere gjennom hele aksonet.

Denne økningen i hastighet får dyr til å tenke og reagere raskere. Andre levende vesener, som blekksprut, har aksoner uten myelin som får fart på grunn av en økning i størrelsen. Blekksprutaksoner har en stor diameter (ca. 500 um), som lar dem reise raskere (ca. 35 meter per sekund).

På samme hastighet beveger imidlertid handlingspotensialene seg i kattens aksoner, selv om disse bare har en diameter på 6 um. Det som skjer er at disse aksonene inneholder myelin.

Et myelinert akson kan utføre handlingspotensialer med en hastighet på omtrent 432 kilometer i timen, med en diameter på 20 um.

referanser

1. Handlingspotensialer. (SF). Hentet 5. mars 2017 fra Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Atferdens fysiologi 8. utg. Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (nd). Lys, kamera, handlingspotensial. Hentet 5. mars 2017 fra University of Washington: fakultet.washington.edu.
4. Stadier av handlingspotensialet. (SF). Hentet 5. mars 2017, fra Boundless: boundless.com.