Вконтакте Одноклассники Фейсбук Гугл+ Английский Испанский Итальянский Русский Украинский

Реклама

Основные понятия о потенциале действия


Основные понятия о потенциале действия

Физиология формирования мембранного потенциала действия

Потенциал действия - это быстрый рост и последующее падение напряжения или мембранного потенциала через клеточную мембрану с характерным рисунком. Достаточный ток необходим для инициирования отклика напряжения в клеточной мембране; если ток недостаточен для деполяризации мембраны до порогового уровня, потенциал действия не будет срабатывать. Примерами клеток, передающих сигналы через потенциалы действия, являются нейроны и мышечные клетки.

Стимул запускает быстрое изменение напряжения или потенциала действия. В режиме патч-зажим в ячейку должен подаваться достаточный ток, чтобы поднять напряжение выше порогового напряжения, чтобы начать деполяризацию мембраны.

Деполяризация вызвана быстрым увеличением мембранного потенциала , открытием натриевых каналов в клеточной мембране, что приводит к большому притоку ионов натрия.

Реполяризация мембраны является результатом быстрой инактивации натриевых каналов, а также большого оттока ионов калия в результате активированных калиевых каналов.

Гиперполяризация - это пониженный мембранный потенциал , вызванный истечением ионов калия и закрытием калиевых каналов. Состояние покоя - это когда мембранный потенциал возвращается к напряжению покоя, которое возникло до того, как возник стимул. У вашего тела есть нервы, которые соединяют ваш мозг с остальными органами и мышцами, точно так же, как телефонные провода соединяют дома по всему миру. Когда вы хотите, чтобы ваша рука двигалась, ваш мозг посылает сигналы через нервы к вашей руке, сообщая мышцам сокращаться. Но ваши нервы не просто говорят «рука, двигайтесь». Вместо этого ваши нервы посылают множество электрических импульсов (так называемых потенциалов действия) различным мышцам в вашей руке, что позволяет вам двигаться с предельной точностью.

Нейроны представляют собой особый тип клеток с единственной целью передачи информации по всему телу. Нейроны похожи на другие клетки тем, что имеют клеточное тело с ядром и органеллами. Тем не менее, у них есть несколько дополнительных функций, которые позволяют им быть фантастическими при передаче потенциалов действия:

Концентрационные градиенты и физиология формирования потенциала действия

Градиенты концентрации являются ключевыми факторами работы потенциалов действия. С точки зрения потенциалов действия, градиент концентрации - это разница в концентрации ионов между внутренней частью нейрона и внешней частью нейрона (так называемая внеклеточная жидкость).

Если бы у нас была более высокая концентрация положительно заряженных ионов вне ячейки по сравнению с внутренней частью ячейки, был бы большой градиент концентрации. То же самое было бы верно, если бы внутри ячейки было больше одного типа заряженных ионов, чем снаружи. Заряд иона не имеет значения, как положительно, так и отрицательно заряженные ионы движутся в направлении, которое уравновесило бы или даже выровняло градиент.

Потенциал покоящейся мембраны

Нейроны в большинстве случаев имеют отрицательный градиент концентрации, что означает, что снаружи больше положительно заряженных ионов, чем внутри клетки. Это регулярное состояние отрицательного градиента концентрации называется мембранным потенциалом покоя. Во время покоя мембранного потенциала присутствуют:

Концентрация ионов не является статичной, хотя! Ионы постоянно входят и выходят из нейрона, когда ионы пытаются выровнять свою концентрацию. Клетка, однако, поддерживает довольно постоянный отрицательный градиент концентрации (от -40 до -90 милливольт). Как?

Нейронная клеточная мембрана является сверхпроницаемой для ионов калия, и поэтому большое количество калия вытекает из нейрона через каналы утечки калия (отверстия в клеточной стенке).

Нейронная клеточная мембрана частично проницаема для ионов натрия, поэтому атомы натрия медленно проникают в нейрон через каналы утечки натрия.

Клетка хочет поддерживать отрицательный мембранный потенциал покоя, поэтому у нее есть насос, который закачивает калий обратно в клетку и одновременно выкачивает из нее натрий.

Как работают потенциалы действия?

Потенциалы действия (те электрические импульсы, которые посылают сигналы вокруг вашего тела) являются не чем иным, как временным сдвигом (с отрицательного на положительный) мембранного потенциала нейрона, вызванного ионами, внезапно входящими и выходящими из нейрона. В состоянии покоя (до возникновения потенциала действия) все закрытые натриевые и калиевые каналы закрыты. Эти закрытые каналы отличаются от каналов утечки и открываются только после срабатывания потенциала действия. Мы говорим, что эти каналы являются «управляемыми напряжением», потому что они открыты и закрыты в зависимости от разности напряжений на мембране ячейки. Натриевые каналы, управляемые напряжением, имеют два вентиля (калитка м и калитка h), а калиевый канал.

Есть три основных события, которые происходят во время действия потенциала:

Инициирующее событие, которое деполяризует тело клетки. Этот сигнал исходит от других клеток, соединяющихся с нейроном, и вызывает попадание положительно заряженных ионов в тело клетки. Положительные ионы все еще поступают в клетку, чтобы деполяризовать ее, но эти ионы проходят через каналы, которые открываются, когда конкретное химическое вещество, известное как нейротрансмиттер, связывается с каналом и приказывает ему открыться.

Нейротрансмиттеры высвобождаются клетками вблизи дендритов, часто как конечный результат их собственного потенциала действия! Эти поступающие ионы приближают потенциал мембраны к 0, что называется деполяризацией. Объект является полярным, если есть разница между более отрицательными и более положительными областями. По мере того как положительные ионы попадают в отрицательную ячейку, эта разница и, следовательно, полярность ячейки уменьшаются. Если тело ячейки становится достаточно положительным, чтобы оно могло запустить натриевые каналы с управляемым напряжением, найденные в аксоне, то потенциал действия будет послан.

Деполяризация - делает клетку менее полярной (мембранный потенциал уменьшается, когда ионы быстро начинают выравнивать градиенты концентрации). Управляемые напряжением натриевые каналы в той части аксона, которая находится ближе всего к телу клетки, активируются благодаря недавно деполяризованному телу клетки. Это позволяет положительно заряженным ионам натрия течь в отрицательно заряженный аксон и деполяризировать окружающий аксон. Мы можем думать о том, что каналы открываются как домино, падающие вниз - как только один канал открывается и пропускает положительные ионы, он создает основу для того, чтобы каналы вниз по аксону делали то же самое. Хотя эта стадия известна как деполяризация, нейрон фактически переходит равновесие и становится положительно заряженным, когда потенциал действия проходит!

Реполяризация - возвращает клетку к потенциалу покоя. Ворота инактивации натриевых каналов закрываются, останавливая приток положительных ионов внутрь. В то же время калиевые каналы открываются. В клетке гораздо больше калия, чем наружу, поэтому, когда эти каналы открываются, выходит больше калия, чем поступает. Это означает, что клетка теряет положительно заряженные ионы и возвращается обратно в состояние покоя.

Гиперполяризация - делает клетку более негативной, чем ее типичный мембранный потенциал в покое. Когда потенциал действия проходит, калиевые каналы остаются открытыми немного дольше и продолжают пропускать положительные ионы из нейрона. Это означает, что ячейка временно гиперполяризована или становится еще более отрицательной, чем ее состояние покоя. Когда калиевые каналы закрываются, натриево-калиевый насос восстанавливает состояние покоя.

Рефрактерные периоды и физиология образования потенциала действия клетки

Потенциалы действия работают на основе «все или ничего». Это означает, что потенциал действия либо срабатывает, либо не похож на щелчок переключателя. Нейрон всегда посылает потенциал действия одинакового размера. Итак, как мы можем показать, что некоторая информация более важна или требует нашего внимания прямо сейчас? Ответ заключается в том, как часто посылаются потенциалы действия - частота потенциала действия.

Когда мозг действительно возбуждается, он запускает много сигналов. Как быстро эти сигналы запускают огонь, говорит нам, насколько сильный исходный стимул - чем сильнее сигнал, тем выше частота потенциалов действия. Существует максимальная частота, с которой один нейрон может посылать потенциалы действия, и это определяется его рефрактерными периодами.

Абсолютный рефрактерный период: за это время абсолютно невозможно отправить другой потенциал действия. Ворота инактивации (h) натриевых каналов на какое-то время закрываются и делают так, что натрий не пройдет. Отсутствие натрия означает отсутствие деполяризации, что означает отсутствие потенциала действия. Абсолютные рефрактерные периоды помогают направить потенциал действия вниз по аксону, потому что только каналы дальше по течению могут открывать и впускать деполяризующие ионы.

Относительный рефрактерный период: в это время действительно сложно направить потенциал действия. Это период после абсолютного рефрактерного периода, когда ворота снова открыты. Тем не менее, ячейка по-прежнему гиперполяризована после отправки потенциала действия. Для достижения соответствующего деполяризационного потенциала потребовалось бы даже больше положительных ионов, чем обычно, чем обычно. Это означает, что исходное инициирующее событие должно быть больше нормального, чтобы передавать больше потенциалов действия. Относительные рефрактерные периоды могут помочь нам понять, насколько интенсивным является стимул - клетки в вашей сетчатке будут посылать сигналы быстрее при ярком свете, чем при тусклом свете, потому что триггер сильнее.

Периоды рефрактерности в физиологии формирования потенциалов действия также дают нейрону некоторое время для пополнения пакетов нейротрансмиттера, обнаруженного на терминале аксона, чтобы он мог продолжать передавать сообщение. Несмотря на то, что все еще возможно полностью исчерпать запас нейронов, передаваемых нейронами, путем непрерывного запуска, рефрактерные периоды помогают клетке продержаться немного дольше.


^Наверх

Полезно знать