ПОТЕНЦИАЛ НА ДЕЙСТВИЕ: РАЗПРОСТРАНЕНИЕ И ФАЗИ - GEOGRAFÍA - 2025

На потенциала на действие е краткотрайна електрическо или химично явление, което се случва в невроните на мозъка. Може да се каже, че това е посланието, което невронът предава на други неврони.

Потенциалът за действие се произвежда в клетъчното тяло (ядро), наричано още сома. Той пътува през целия аксон (удължаване на неврона, подобен на жица), докато стигне до своя край, наречен терминален бутон.

Потенциалите за действие върху даден аксон винаги имат еднаква продължителност и интензивност. Ако аксонът се разклони на други процеси, потенциалът за действие се разделя, но неговата интензивност не се намалява.

Когато потенциалът за действие достигне крайните бутони на неврона, те отделят химикали, наречени невротрансмитери. Тези вещества възбуждат или инхибират неврона, който ги получава, като могат да генерират потенциал за действие в споменатия неврон.

Голяма част от това, което се знае за потенциала на действие на невроните, идва от експерименти с гигантски аксони от калмари. Лесно се изучава поради размера си, тъй като се простира от главата до опашката. Те служат, за да може животното да се движи.

Потенциал на невронната мембрана

А. Схематичен изглед на идеален потенциал за действие. Б. Реално записване на потенциал за действие. Източник: bg: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Невроните имат различен електрически заряд вътре отвън. Тази разлика се нарича мембранен потенциал.

Когато един неврон е в потенциал за покой, това означава, че неговият електрически заряд не се променя от възбудителни или инхибиращи синаптични потенциали.

От друга страна, когато други потенциали влияят върху него, мембранният потенциал може да бъде намален. Това е известно като деполяризация.

Напротив, когато мембранният потенциал се увеличава по отношение на нормалния си потенциал, възниква явление, наречено хиперполяризация.

Когато внезапно възникне много бързо обръщане на мембранния потенциал, възниква потенциал за действие. Това се състои от кратък електрически импулс, който се превежда в съобщението, което пътува през аксона на неврона. Тя започва в тялото на клетката, достигайки до крайните бутони.

Нервният импулс се движи надолу по аксона

Важното е, че за да възникнат потенциални действия, електрическите промени трябва да достигнат праг, наречен праг на възбуждане. Стойността на мембранния потенциал трябва непременно да бъде достигната, за да възникне потенциалът на действие.

Схема на химичен синапс

Потенциали за действие и промени в нивата на йони

Мембранна пропускливост на неврон по време на потенциал за действие. Състояние на покой (1), натриеви и калиеви йони не могат да преминат през мембраната и невронът има отрицателен заряд вътре. Деполяризацията (2) на неврона активира натриевия канал, позволявайки натриевите йони да преминат през мембраната на неврона. Реполяризация (3), при която натриевите канали се затварят и калиевите канали се отварят, калиевите йони преминават през мембраната. В рефрактерния период (4) мембранният потенциал се връща в състояние на покой, когато калиевите канали се затварят. Източник: Мембранна пропускливост на неврон по време на потенциал за действие.pdf и потенциал за действие, CThompson02

При нормални условия невронът е готов да приема натрий (Na +) вътре. Мембраната му обаче не е много пропусклива за този йон.

В допълнение, добре познатите „натриево-калиеви преносители“ имат протеин, открит в клетъчната мембрана, който е отговорен за отстраняването на натриеви йони от него и въвеждането на калиеви йони в него. По-специално, за всеки 3 натриеви йона, които извлича, той въвежда два калиеви йона.

Тези транспортери поддържат нивата на натрий ниски в клетката. Ако пропускливостта на клетката се увеличи и повече натрий навлиза в нея внезапно, мембранният потенциал ще се промени коренно. Явно именно това задейства потенциал за действие.

По-специално, пропускливостта на мембраната към натрий би била увеличена, като тези влизат в неврона. Докато в същото време това би позволило на калиевите йони да напуснат клетката.

Как възникват тези промени в пропускливостта?

Клетките са вградили в мембраната си множество протеини, наречени йонни канали. Те имат отвори, през които йони могат да влизат или да напускат клетки, въпреки че не винаги са отворени. Каналите се затварят или отварят според определени събития.

Има няколко типа йонни канали и всеки обикновено е специализиран за провеждане на изключително определени видове йони.

Например, отворен натриев канал може да премине повече от 100 милиона йони в секунда.

Как се произвеждат потенциали за действие?

Невроните предават информация електрохимично. Това означава, че химикалите произвеждат електрически сигнали.

Тези химикали имат електрически заряд, поради което се наричат ​​йони. Най-важните в нервната система са натрий и калий, които имат положителен заряд. В допълнение към калция (2 положителни заряда) и хлора (един отрицателен заряд).

Промени в мембранния потенциал

Първата стъпка за възникване на потенциал за действие е промяна в мембранния потенциал на клетката. Тази промяна трябва да надвишава прага на възбуждане.

По-конкретно, има намаляване на мембранния потенциал, което се нарича деполяризация.

Отваряне на натриеви канали

В резултат на това натриевите канали, вградени в мембраната, се отварят, което позволява натрийът да навлезе масово в неврона. Те се задвижват от силите на дифузия и електростатичното налягане.

Тъй като натриевите йони са положително заредени, те причиняват бърза промяна в мембранния потенциал.

Отваряне на калиев канал

Мембраната на аксона има както натриеви, така и калиеви канали. Последните обаче се отварят по-късно, защото са по-малко чувствителни. Тоест, те се нуждаят от по-високо ниво на деполяризация, за да се отворят и следователно да се отворят по-късно.

Затваряне на натриевите канали

Идва време, когато потенциалът за действие достига максималната си стойност. От този период натриевите канали са блокирани и затворени.

Те вече не могат да се отворят отново, докато мембраната не достигне отново своя потенциал за покой. В резултат на това повече не натрий може да навлезе в неврона.

Затваряне на калиевия канал

Калиевите канали обаче остават отворени. Това позволява на калиевите йони да текат през клетката.

Поради дифузия и електростатично налягане, тъй като вътрешността на аксона е положително заредена, калиевите йони се изтласкват от клетката. Така мембранният потенциал възстановява обичайната си стойност. Малко по малко калиевите канали се затварят.

Този изход на катиони кара мембранния потенциал да възстанови нормалната си стойност. Когато това се случи, калиевите канали започват отново да се затварят.

Щом мембранният потенциал достигне нормалната си стойност, калиевите канали се затварят напълно. Малко по-късно натриевите канали се активират отново като подготовка за друга деполяризация, която да ги отвори.

И накрая, натриево-калиевите транспортьори отделят натрия, който е влязъл, и възстановяват калия, който преди е напуснал.

Как се разпространява информацията през аксона?

Части от неврон. Източник: Не е предоставен машинно четим автор. NickGorton ~ commonswiki предполага (въз основа на претенции за авторски права)

Аксонът се състои от част от неврона, подобно на кабел разширение на неврона. Те могат да бъдат твърде дълги, за да позволят неврони, които са физически далеч един от друг, да се свързват и да изпращат информация един към друг.

Потенциалът за действие се разпространява по аксона и достига до крайните бутони, за да изпраща съобщения до следващата клетка. Ако измерихме интензивността на потенциала за действие от различни области на аксона, ще открием, че неговата интензивност остава една и съща във всички области.

Всички или нищо закон

Това се случва, защото аксоновата проводимост следва основен закон: законът на всички или нищо. Тоест, даден е потенциал за действие или не. След като започне, той преминава през целия аксон до своя край, като винаги поддържа еднакъв размер, той не се увеличава или намалява. Освен това, ако аксон се разклони, потенциалът за действие се разделя, но той запазва размера си.

Потенциалите за действие започват в края на аксона, който е прикрепен към сома на неврона. Обикновено пътуват само в една посока.

Потенциали за действие и поведение

На този етап може би се чудите: ако потенциалът за действие е процес на всичко или нищо, как възникват определени поведения като мускулна контракция, които могат да варират между различни нива на интензивност? Това се случва по закона за честотата.

Закон за честотата

Това, което се случва е, че един потенциал за действие не предоставя директно информация. Вместо това информацията се определя от честотата на изпускане или скоростта на изстрелване на аксон. Тоест честотата, с която възникват потенциали за действие. Това е известно като "закон за честотата".

По този начин, висока честота на потенциални действия би довела до много интензивно свиване на мускулите.

Същото е и при възприятието. Например, много ярък визуален стимул, за да бъде уловен, трябва да доведе до висока степен на изстрелване в аксоните, прикрепени към очите. По този начин честотата на потенциала на действие отразява интензивността на физически стимул.

Следователно законът за всичко или нищо се допълва от закона за честотата.

Други форми на обмен на информация

Потенциалите за действие не са единствените класове електрически сигнали, които се появяват в невроните. Например изпращането на информация през синапс дава малък електрически импулс в мембраната на неврона, който приема данните.

Схема на синапс. Източник: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

Понякога лека деполяризация, която е твърде слаба, за да създаде потенциал за действие, може леко да промени потенциала на мембраната.

Тази промяна обаче постепенно намалява, докато преминава през аксона. При този вид предаване на информация нито натриевите, нито калиевите канали се отварят или затварят.

Така аксонът действа като подводен кабел. Тъй като сигналът се предава чрез него, неговата амплитуда намалява. Това е известно като низходяща проводимост и се получава поради характеристиките на аксона.

Потенциали за действие и миелин

Аксоните на почти всички бозайници са покрити в миелина. Тоест, те имат сегменти, заобиколени от вещество, което позволява нервна проводимост, което го прави по-бързо. Миелиновите намотки около аксона, без да позволяват на извънклетъчната течност да го достигне.

Миелинът се произвежда в централната нервна система от клетки, наречени олигодендроцити. Докато в периферната нервна система той се произвежда от клетките на Schwann.

Миелиновите сегменти, известни като миелинови обвивки, са разделени един от друг чрез голи участъци на аксона. Тези зони се наричат ​​възли на Ранвие и те са в контакт с извънклетъчната течност.

Потенциалът за действие се предава по различен начин в немиелинизиран аксон (който не е покрит от миелин), отколкото в миелинизиран.

Потенциалът за действие може да пътува през покритата с миелин аксонална мембрана поради свойствата на жицата. По този начин аксонът провежда електрическата промяна от мястото, където се появява потенциалът за действие до следващия възел на Ранвие.

Тази промяна леко намалява, но е достатъчно силна, за да предизвика потенциал за действие в следващия възел. След това този потенциал се задейства или повтаря във всеки възел на Ranvier, транспортирайки се през цялата миелинизирана област до следващия възел.

Този вид провеждане на потенциалите за действие се нарича салтаторно провеждане. Името му идва от латинското „saltare“, което означава „да танцувам“. Концепцията е така, защото импулсът сякаш прескача от възел към възел.

Предимства на солтаторната проводимост за предаване на потенциалите за действие

Този тип шофиране има своите предимства. На първо място, за да спестите енергия. Преносителите на натрий-калий изразходват много енергия, извличайки излишния натрий от аксона по време на потенциала за действие.

Тези натриево-калиеви преносители са разположени в области на аксона, които не са обхванати от миелин. Въпреки това, в миелинизиран аксон, натрият може да влезе само във възлите на Ранвие. Поради това навлиза много по-малко натрий и поради това трябва да се изпомпва по-малко натрий, така че преносителите на натрий-калий трябва да работят по-малко.

Друго предимство на миелина е бързината. Потенциалът за действие се провежда по-бързо в миелинизиран аксон, тъй като импулсът „скача“ от един възел в друг, без да се налага да преминава през целия аксон.

Това увеличаване на скоростта кара животните да мислят и да реагират по-бързо. Други живи същества, като калмари, имат аксони без миелин, които придобиват скорост поради увеличаване на размера им. Каксоните аксони имат голям диаметър (около 500 µm), което им позволява да пътуват по-бързо (около 35 метра в секунда).

Въпреки това, със същата скорост потенциалите за действие пътуват в аксоните на котките, въпреки че те са с диаметър само 6 µm. Това, което се случва е, че тези аксони съдържат миелин.

Миелинизираният аксон може да провежда потенциални действия със скорост от около 432 километра в час с диаметър 20 µm.

Препратки

1. Потенциали за действие. (SF). Произведено на 5 март 2017 г. от Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Физиология на поведението 8-и изд. Мадрид: Pearson.
3. Chudler, E. (nd). Светлини, камера, потенциал за действие. Получено на 5 март 2017 г. от Университета във Вашингтон: fakultet.washington.edu.
4. Етапи на потенциала за действие. (SF). Произведено на 5 март 2017 г. от Boundless: limitless.com.