DARBĪBAS POTENCIĀLS: IZPLATĪŠANĀS UN FĀZES - GEOGRAFÍA - 2025

Darbība potenciāls ir īslaicīga elektriskā vai ķīmisko parādība, kas notiek neironos mūsu smadzenēs. Var teikt, ka tas ir vēstījums, ko neirons pārraida uz citiem neironiem.

Darbības potenciāls tiek ražots šūnas ķermenī (kodolā), ko sauc arī par somu. Tas pārvietojas pa visu aksonu (neironu pagarinājums, līdzīgs vadam), līdz tas sasniedz galu, ko sauc par termināļa pogu.

Darbības potenciāliem uz doto aksonu vienmēr ir vienāds ilgums un intensitāte. Ja aksons sazarojas citos procesos, darbības potenciāls dalās, bet tā intensitāte netiek samazināta.

Kad darbības potenciāls sasniedz neirona gala pogas, tie izdala ķīmiskas vielas, ko sauc par neirotransmiteriem. Šīs vielas uzbudina vai kavē neironu, kas tos saņem, jo ​​spēj radīt darbības potenciālu minētajā neironā.

Liela daļa no tā, kas ir zināms par neironu darbības potenciālu, nāk no eksperimentiem ar milzu kalmāru aksoniem. To ir viegli izpētīt tā lieluma dēļ, jo tas sniedzas no galvas līdz astei. Tie kalpo, lai dzīvnieks varētu pārvietoties.

Neironu membrānas potenciāls

A. Ideāla darbības potenciāla shematisks skatījums. B. Reāls darbības potenciāla ieraksts. Avots: lv: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Neironiem ir atšķirīgs elektriskais lādiņš iekšpusē nekā ārā. Šo atšķirību sauc par membrānas potenciālu .

Kad neirons atrodas miera stāvoklī , tas nozīmē, ka tā elektrisko lādiņu nemaina ierosinošie vai inhibējošie sinaptiskie potenciāli.

No otras puses, kad to ietekmē citi potenciāli, membrānas potenciālu var samazināt. To sauc par depolarizāciju .

Tieši pretēji, kad membrānas potenciāls palielinās attiecībā pret normālo potenciālu, rodas parādība, ko sauc par hiperpolarizāciju .

Kad pēkšņi notiek ļoti strauja membrānas potenciāla maiņa, rodas darbības potenciāls . Tas sastāv no īsa elektriska impulsa, kas tiek tulkots ziņojumā, kas pārvietojas pa neirona aksonu. Tas sākas šūnas ķermenī, sasniedzot spailes pogas.

Nervu impulss pārvietojas pa aksonu

Svarīgi, lai notiktu darbības potenciāls, elektriskām izmaiņām jāsasniedz slieksnis, ko sauc par ierosmes slieksni . Tas ir membrānas potenciāla vērtība, kas obligāti jāsasniedz, lai radītu darbības potenciālu.

Ķīmiskās sinapses shēma

Darbības potenciāls un jonu līmeņa izmaiņas

Neirona membrānas caurlaidība darbības potenciāla laikā. Atpūtas stāvoklī (1), nātrija un kālija joni nevar iziet cauri membrānai, un neironam ir negatīvs lādiņš iekšpusē. Neirona depolarizācija (2) aktivizē nātrija kanālu, ļaujot nātrija joniem iziet cauri neirona membrānai. Repolarizācija (3), kad nātrija kanāli aizveras un kālija kanāli atveras, kālija joni šķērso membrānu. Ugunsizturīgā periodā (4) membrānas potenciāls atgriežas miera stāvoklī, noslēdzoties kālija kanāliem. Avots: Neirona membrānas caurlaidība darbības potenciāla laikā.pdf un darbības potenciāls, CThompson02

Normālos apstākļos neirons ir gatavs uzņemt nātriju (Na +) iekšā. Tomēr tā membrāna nav ļoti caurlaidīga šim jonam.

Turklāt labi zināmajos "nātrija-kālija pārvadātājos" ir šūnu membrānā atrodams proteīns, kas ir atbildīgs par nātrija jonu noņemšanu no tā un kālija jonu ievadīšanu tajā. Konkrēti, par katriem 3 nātrija joniem, ko tas ekstrahē, tas ievada divus kālija jonus.

Šie pārvadātāji uztur zemu nātrija līmeni šūnā. Ja palielinātu šūnas caurlaidību un pēkšņi tajā iekļūtu vairāk nātrija, membrānas potenciāls radikāli mainītos. Acīmredzot tas ir tas, kas izraisa darbības potenciālu.

Konkrēti, membrānas caurlaidība pret nātriju tiktu palielināta, tām nonākot neironā. Tajā pašā laikā tas ļautu kālija joniem iziet no šūnas.

Kā notiek šīs caurlaidības izmaiņas?

Šūnas savā membrānā ir iestrādājušas daudz olbaltumvielu, ko sauc par jonu kanāliem . Tajās ir atveres, caur kurām joni var iekļūt vai iziet no šūnām, lai gan tie ne vienmēr ir atvērti. Kanāli tiek slēgti vai atvērti atbilstoši noteiktiem notikumiem.

Ir vairāki jonu kanālu veidi, un katrs no tiem parasti ir paredzēts tikai noteiktu jonu veidu vadīšanai.

Piemēram, atvērts nātrija kanāls var caurlaist vairāk nekā 100 miljonus jonu sekundē.

Kā tiek radīts rīcības potenciāls?

Neironi informāciju pārsūta elektroķīmiski. Tas nozīmē, ka ķīmiskas vielas rada elektriskus signālus.

Šīm ķīmiskajām vielām ir elektriskā lādiņa, tāpēc tās sauc par joniem. Nervu sistēmā vissvarīgākie ir nātrijs un kālijs, kuriem ir pozitīvs lādiņš. Papildus kalcijam (2 pozitīvi lādiņi) un hloram (viens negatīvs lādiņš).

Membrānas potenciāla izmaiņas

Pirmais darbības potenciāla rašanās solis ir šūnas membrānas potenciāla izmaiņas. Šīm izmaiņām jāpārsniedz ierosmes slieksnis.

Konkrēti, ir samazināts membrānas potenciāls, ko sauc par depolarizāciju.

Nātrija kanālu atvēršana

Tā rezultātā membrānā iestrādātie nātrija kanāli atveras, ļaujot nātrijam masveidīgi iekļūt neironā. Tos ietekmē difūzijas spēki un elektrostatiskais spiediens.

Tā kā nātrija joni ir pozitīvi lādēti, tie izraisa straujas membrānas potenciāla izmaiņas.

Kālija kanāla atvēršana

Aksonu membrānā ir gan nātrija, gan kālija kanāli. Tomēr pēdējie tiek atvērti vēlāk, jo tie ir mazāk jutīgi. Tas ir, viņiem ir vajadzīgs augstāks depolarizācijas līmenis, lai tie atvērtos, un tāpēc viņi atveras vēlāk.

Nātrija kanālu slēgšana

Pienāk laiks, kad darbības potenciāls sasniedz maksimālo vērtību. Pēc šī perioda nātrija kanāli tiek bloķēti un aizvērti.

Viņi vairs nevar atvērties, līdz membrāna atkal sasniedz miera potenciālu. Tā rezultātā neironā nevar iekļūt vairāk nātrija.

Kālija kanāla slēgšana

Tomēr kālija kanāli paliek atvērti. Tas ļauj kālija joniem plūst caur šūnu.

Difūzijas un elektrostatiskā spiediena dēļ, tā kā aksona iekšpuse ir pozitīvi lādēta, kālija joni tiek izstumti no šūnas. Tādējādi membrānas potenciāls atgūst parasto vērtību. Pamazām kālija kanāli aizveras.

Šī katjonu izeja liek membrānas potenciālam atgūt normālo vērtību. Kad tas notiek, kālija kanāli atkal sāk slēgties.

Tiklīdz membrānas potenciāls sasniedz normālo vērtību, kālija kanāli tiek pilnībā aizvērti. Nedaudz vēlāk nātrija kanāli tiek atkārtoti aktivizēti, gatavojoties kārtējai depolarizācijai, lai tos atvērtu.

Visbeidzot, nātrija-kālija transportētāji izdala ievadīto nātriju un atgūst iepriekš atstāto kāliju.

Kā informācija tiek izplatīta pa aksonu?

Neirona daļas. Avots: nav sniegts mašīnlasāms autors. NickGorton ~ commonswiki pieņemts (pamatojoties uz autortiesību prasībām)

Aksons sastāv no neirona daļas, kabeļa veida neirona pagarinājuma. Tie var būt pārāk ilgi, lai neironi, kas atrodas fiziski tālu viens no otra, varētu savienoties un sūtīt informāciju viens otram.

Darbības potenciāls izplatās pa aksonu un sasniedz termināļa pogas, lai nosūtītu ziņojumus uz nākamo šūnu. Ja mēs izmērītu darbības potenciāla intensitāti no dažādiem aksona apgabaliem, mēs redzētu, ka tā intensitāte paliek vienāda visās jomās.

Likums viss vai nekas

Tas notiek tāpēc, ka aksonālā vadīšana seko pamatlikumam: visu vai neko likumam. Tas ir, vai ir dots darbības potenciāls. Tiklīdz tas sākas, tas pārvietojas pa visu aksi līdz galam, vienmēr saglabājot tādu pašu izmēru, tas nepalielinās un nesamazinās. Turklāt, ja aksons sazarojas, darbības potenciāls dalās, bet tas saglabā savu izmēru.

Darbības potenciāls sākas aksona galā, kas piestiprināts pie neirona somas. Viņi parasti ceļo tikai vienā virzienā.

Rīcības un uzvedības potenciāls

Jums šajā brīdī var rasties jautājums: ja darbības potenciāls ir process, kas pilnīgi jeb neko nedarbojas, kā notiek noteikta izturēšanās, piemēram, muskuļu kontrakcija, kas var atšķirties dažādos intensitātes līmeņos? Tas notiek pēc frekvences likuma.

Frekvences likums

Notiek tas, ka viena darbības potenciāls tieši nesniedz informāciju. Tā vietā informāciju nosaka aksona izlādes biežums vai izdalīšanās ātrums. Tas ir, darbības potenciālu biežums. Tas ir pazīstams kā "frekvences likums".

Tādējādi augsts darbības potenciālu biežums izraisītu ļoti intensīvu muskuļu kontrakciju.

Tas pats attiecas uz uztveri. Piemēram, ļoti spilgtam redzamajam stimulam, kas jāfiksē, ir jārada liels "šaušanas ātrums" aksonos, kas piestiprināti acīm. Tādā veidā darbības potenciālu biežums atspoguļo fiziskā stimula intensitāti.

Tāpēc visu vai neko likumu papildina frekvences likums.

Citi informācijas apmaiņas veidi

Darbības potenciāli nav vienīgās elektrisko signālu klases, kas rodas neironos. Piemēram, informācijas nosūtīšana sinapsē dod nelielu elektrisku impulsu neirona membrānā, kas saņem datus.

Sinapses shēma. Avots: Tomass Splettstoessers (www.scistyle.com)

Dažreiz neliela depolarizācija, kas ir pārāk vāja, lai radītu darbības potenciālu, var nedaudz mainīt membrānas potenciālu.

Tomēr šī izmaiņa pakāpeniski samazinās, pārvietojoties pa aksonu. Šāda veida informācijas pārraidē ne nātrija, ne kālija kanāli netiek atvērti vai aizvērti.

Tādējādi aksons darbojas kā zemūdens kabelis. Tā kā signāls tiek pārraidīts caur to, tā amplitūda samazinās. To sauc par vadīšanu lejup un tas notiek aksona īpašību dēļ.

Darbības potenciāls un mielīns

Gandrīz visu zīdītāju aksoni ir pārklāti mielīnā. Tas ir, viņiem ir segmenti, ko ieskauj viela, kas ļauj vadīt nervus, padarot to ātrāku. Mielīns spolē ap aksonu, neļaujot ārpusšūnu šķidrumam to sasniegt.

Mielīnu centrālajā nervu sistēmā ražo šūnas, ko sauc par oligodendrocitiem. Kaut arī perifērā nervu sistēmā to ražo Schwann šūnas.

Mielīna segmenti, kas pazīstami kā mielīna apvalki, ir sadalīti viens no otra ar plikiem aksona laukumiem. Šīs zonas sauc par Ranviera mezgliņiem, un tās ir saskarē ar ārpusšūnu šķidrumu.

Nemielinētajā aksonā (kas nav ietverts mielīnā) darbības potenciāls tiek pārraidīts atšķirīgi nekā mielinizētajā.

Darbības potenciāls var pārvietoties pa mielīna pārklāto aksonu membrānu pēc stieples īpašībām. Šādā veidā aksons vada elektriskās izmaiņas no vietas, kur rodas darbības potenciāls, uz nākamo Ranvieras mezglu.

Šīs izmaiņas nedaudz mazinās, taču ir pietiekami spēcīgas, lai nākamajā mezglā izraisītu darbības potenciālu. Pēc tam šis potenciāls tiek iedarbināts vai atkārtots katrā Ranvier mezglā, transportējot visu mielinēto apgabalu uz nākamo mezglu.

Šāda veida darbības potenciālu vadīšana tiek saukta par saltatoru vadīšanu. Tās nosaukums cēlies no latīņu valodas “saltare”, kas nozīmē “dejot”. Koncepcija ir tāda, ka šķiet, ka impulss pāriet no mezgla uz mezglu.

Sāļās vadīšanas priekšrocības darbības potenciālu pārraidīšanai

Šim braukšanas veidam ir savas priekšrocības. Pirmkārt, lai taupītu enerģiju. Nātrija-kālija transportētāji tērē daudz enerģijas, velkot lieko nātriju no aksona iekšpuses darbības potenciālu laikā.

Šie nātrija-kālija nesēji atrodas aksona zonās, kuras neaptver mielīns. Tomēr mielinizētā aksonā nātrijs var iekļūt tikai Ranveras mezglos. Sakarā ar to daudz mazāk nātrija iekļūst, un tāpēc ir jāizsūknē mazāk nātrija, tāpēc nātrija-kālija pārvadātājiem jāstrādā mazāk.

Vēl viens mielīna ieguvums ir ātrums. Mielizētā aksonā darbības potenciāls tiek veikts ātrāk, jo impulss "lec" no viena mezgla uz otru, nepārbraucot caur visu aksonu.

Šis ātruma pieaugums liek dzīvniekiem domāt un reaģēt ātrāk. Citām dzīvām būtnēm, piemēram, kalmāriem, ir aksoni bez mielīna, kas iegūst ātrumu, palielinoties to lielumam. Kalmāru aksoniem ir liels diametrs (apmēram 500 µm), kas ļauj tiem pārvietoties ātrāk (apmēram 35 metri sekundē).

Tomēr ar tādu pašu ātrumu darbības potenciāli pārvietojas kaķu aksonos, kaut arī to diametrs ir tikai 6 µm. Notiek tas, ka šie aksoni satur mielīnu.

Mielizēts aksons var veikt darbības potenciālu ar ātrumu aptuveni 432 kilometri stundā ar diametru 20 µm.

Atsauces

1. Rīcības potenciāls. (sf). Saņemts 2017. gada 5. martā no Hiperfizikas, Džordžijas štata universitātes: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Karlsons, NR (2006). Uzvedības fizioloģija 8. izdevums Madride: Pīrsons.
3. Čudlers, E. (nd). Gaismas, kamera, darbības potenciāls. Saņemts 2017. gada 5. martā no Vašingtonas universitātes: faculty.washington.edu.
4. Rīcības potenciāla posmi. (sf). Saturs iegūts 2017. gada 5. martā no vietnes Boundless: neizmērojams.com.