Δράση δράσης το μήνυμα των νευρώνων

Το δυναμικό δράσης είναι ένα βραχύβιο ηλεκτρικό ή χημικό φαινόμενο που συμβαίνει στους νευρώνες του εγκεφάλου μας. Μπορεί να ειπωθεί ότι είναι το μήνυμα που θα μεταδοθεί σε άλλους νευρώνες.

Παράγεται στο σώμα του κυττάρου (πυρήνας), που ονομάζεται επίσης soma. Ταξιδεύστε σε ολόκληρο τον άξονα (επέκταση του νευρώνα, παρόμοιο με ένα καλώδιο) στο τέλος του, που ονομάζεται κουμπιά τερματικού.

Τα δυναμικά δράσης σε ένα δεδομένο άξονα έχουν πάντα την ίδια διάρκεια και ένταση. Εάν ο άξονας διακλαδίζεται σε άλλες επεκτάσεις, το δυναμικό δράσης διαιρείται, αλλά η έντασή του δεν μειώνεται.

Όταν το δυναμικό δράσης φτάσει στα κουμπιά τερματικών του νευρώνα, εκκρίνουν χημικές ουσίες που ονομάζονται νευροδιαβιβαστές. Αυτές οι ουσίες διεγείρουν ή αναστέλλουν τον νευρώνα που τις δέχεται, έχοντας τη δυνατότητα να παράγουν ένα δυναμικό δράσης στον εν λόγω νευρώνα.

Πολλά από αυτά που είναι γνωστά για τα δυναμικά δράσης των νευρώνων προέρχονται από πειράματα που εκτελούνται με γιγαντιαία άξονα καλαμάρια. Είναι εύκολο να μελετηθεί λόγω του μεγέθους του, καθώς εκτείνεται από το κεφάλι μέχρι την ουρά. Εξυπηρετούν έτσι ώστε το ζώο να μπορεί να κινηθεί.

Δυναμικό νευρωνικής μεμβράνης

Οι νευρώνες έχουν διαφορετικά ηλεκτρικά φορτία μέσα τους από το εξωτερικό. Αυτή η διαφορά ονομάζεται δυναμικό μεμβράνης.

Όταν ένας νευρώνας είναι μέσα δυναμικό ανάπαυσης, σημαίνει ότι το ηλεκτρικό του φορτίο δεν μεταβάλλεται από διεγερτικά ή ανασταλτικά συναπτικά δυναμικά.

Αντίθετα, όταν επηρεάζουν άλλα δυναμικά, το δυναμικό της μεμβράνης μπορεί να μειωθεί. Αυτό είναι γνωστό ως αποπόλωση.

Ή, αντίθετα, όταν το δυναμικό της μεμβράνης αυξάνεται σε σχέση με το κανονικό της δυναμικό, ένα φαινόμενο που ονομάζεται υπερπολισμός.

Όταν εμφανίζεται ξαφνικά μια πολύ γρήγορη αναστροφή του δυναμικού της μεμβράνης, υπάρχει α δυναμικό δράσης. Αυτό αποτελείται από μια σύντομη ηλεκτρική ώθηση, η οποία μεταφράζεται στο μήνυμα που ταξιδεύει μέσω του νευρώνα του νευρώνα. Αρχίζει στο σώμα του κυττάρου, φτάνοντας στα κουμπιά τερματικών.

Είναι σημαντικό να υπογραμμιστεί ότι για να υπάρξει ένα δυναμικό δράσης, οι ηλεκτρικές αλλαγές πρέπει να φτάσουν σε ένα όριο, το οποίο καλείται κατώφλι διέγερσης. Είναι η τιμή του δυναμικού της μεμβράνης που πρέπει απαραιτήτως να επιτευχθεί για να εμφανιστεί το δυναμικό δράσης.

Δυναμικό δράσης και μεταβολές των επιπέδων ιόντων

Υπό κανονικές συνθήκες, ο νευρώνας είναι έτοιμος να δέχεται νάτριο (Na +) μέσα σε αυτό. Ωστόσο, η μεμβράνη του δεν είναι πολύ διαπερατή σε αυτό το ιόν.

Επιπλέον, έχει τους γνωστούς μεταφορείς νατρίου-καλίου, μια πρωτεΐνη που βρίσκεται στην κυτταρική μεμβράνη και είναι υπεύθυνη για την απομάκρυνση ιόντων νατρίου από αυτήν και την εισαγωγή ιόντων καλίου σε αυτό. Συγκεκριμένα, για κάθε 3 ιόντα που εκχυλίζονται με νάτριο, εισάγετε δύο καλίου.

Αυτοί οι μεταφορείς διατηρούν ένα χαμηλό επίπεδο νατρίου μέσα στο κύτταρο. Αν η διαπερατότητα του κυττάρου αυξηθεί και μια μεγαλύτερη ποσότητα νατρίου εισέλθει ξαφνικά, το δυναμικό της μεμβράνης θα αλλάξει ριζικά. Προφανώς, αυτό προκαλεί ένα δυναμικό δράσης.

Συγκεκριμένα, η διαπερατότητα της μεμβράνης στο νάτριο θα αυξανόταν, εισάγοντάς τα μέσα στο νευρώνα. Ενώ, ταυτόχρονα, αυτό θα επιτρέψει στα ιόντα καλίου να βγουν από το κελί.

Πώς συμβαίνουν αυτές οι αλλαγές στη διαπερατότητα;?

Τα κύτταρα έχουν πολλές πρωτεΐνες ενσωματωμένες στη μεμβράνη τους ιόντων καναλιών. Αυτά έχουν ανοίγματα μέσω των οποίων τα ιόντα μπορούν να εισέλθουν ή να εξέλθουν από τα κύτταρα, αν και δεν είναι πάντα ανοικτά. Τα κανάλια κλείνουν ή ανοίγουν ανάλογα με ορισμένα συμβάντα.

Υπάρχουν πολλοί τύποι διαύλων ιόντων, και ο καθένας εξειδικεύεται συνήθως για να οδηγεί αποκλειστικά ορισμένους τύπους ιόντων.

Για παράδειγμα, ένας ανοικτός δίαυλος νατρίου μπορεί να περάσει περισσότερα από 100 εκατομμύρια ιόντα ανά δευτερόλεπτο.

Πώς δημιουργούνται οι δυνατότητες δράσης?

Οι νευρώνες μεταδίδουν πληροφορίες ηλεκτροχημικά. Αυτό σημαίνει ότι τα χημικά παράγουν ηλεκτρικά σήματα.

Αυτές οι χημικές ουσίες έχουν ένα ηλεκτρικό φορτίο, γι 'αυτό και ονομάζονται ιόντα. Τα πιο σημαντικά στο νευρικό σύστημα είναι το νάτριο και το κάλιο, τα οποία έχουν θετικό φορτίο. Εκτός από το ασβέστιο (2 θετικά φορτία) και το χλώριο (ένα αρνητικό φορτίο).

Αλλαγές στο δυναμικό της μεμβράνης

Το πρώτο βήμα για την εμφάνιση ενός δυναμικού δράσης είναι μια αλλαγή στο δυναμικό μεμβράνης του κυττάρου. Αυτή η αλλαγή πρέπει να υπερβαίνει το κατώφλι διέγερσης.

Συγκεκριμένα, υπάρχει μείωση του δυναμικού της μεμβράνης, η οποία ονομάζεται αποπόλωση.

Άνοιγμα διαύλων νατρίου

Ως συνέπεια, οι δίαυλοι νατρίου που είναι ενσωματωμένοι στη μεμβράνη ανοίγουν, επιτρέποντας στο νάτριο να εισέλθει μαζικά μέσα στον νευρώνα. Αυτά οδηγούνται από τις δυνάμεις διάχυσης και ηλεκτροστατικής πίεσης.

Καθώς τα ιόντα νατρίου είναι θετικά φορτισμένα, παράγουν μια ταχεία αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης.

Άνοιγμα διαύλων καλίου

Η μεμβράνη αξόνων έχει κανάλια νατρίου και καλίου. Ωστόσο, οι τελευταίες ανοίγουν αργότερα, επειδή είναι λιγότερο ευαίσθητες. Δηλαδή, χρειάζονται ένα υψηλότερο επίπεδο αποπόλωσης για να ανοίξουν και γι 'αυτό ανοίγουν αργότερα.

Κλείσιμο καναλιών νατρίου

Έρχεται ένας χρόνος όταν το δυναμικό δράσης φτάσει στη μέγιστη τιμή του. Από την περίοδο αυτή, τα κανάλια νατρίου εμποδίζονται και κλείνουν.

Δεν μπορούν πλέον να ανοίγουν ξανά μέχρι να φτάσει η μεμβράνη στο δυναμικό ηρεμίας πάλι. Ως αποτέλεσμα, κανένα νάτριο δεν μπορεί να εισέλθει στον νευρώνα.

Κλείσιμο διαύλων καλίου

Ωστόσο, τα κανάλια καλίου παραμένουν ανοικτά. Αυτό επιτρέπει στα ιόντα καλίου να ρέουν μέσω του κυττάρου.

Λόγω της διάχυσης και της ηλεκτροστατικής πίεσης, καθώς το εσωτερικό του άξονα είναι θετικά φορτισμένο, τα ιόντα καλίου απομακρύνονται από το κελί.

Έτσι, το δυναμικό της μεμβράνης ανακτά τη συνήθη αξία του. Λίγο-λίγο, τα κανάλια καλίου κλείνουν.

Αυτή η έξοδος κατιόντων προκαλεί τη δυνατότητα της μεμβράνης να ανακτήσει την κανονική της τιμή. Όταν συμβεί αυτό, τα κανάλια καλίου αρχίζουν να κλείνουν πάλι.

Την στιγμή που το δυναμικό της μεμβράνης φτάσει στην κανονική του τιμή, τα κανάλια καλίου κλείνουν εντελώς. Λίγο αργότερα, οι δίαυλοι νατρίου επανενεργοποιούνται, προετοιμάζοντας μια άλλη αποπόλωση για να τους ανοίξουν.

Τέλος, οι μεταφορείς νατρίου-καλίου, εκκρίνουν το νατρίου που είχε εισέλθει και ανακτήσει το κάλιο που είχε αφήσει προηγουμένως.

Πώς μεταδίδεται η πληροφορία από τον άξονα?

Ο άξονας αποτελείται από ένα τμήμα του νευρώνα, μια επέκταση του τελευταίου παρόμοια με ένα καλώδιο. Μπορούν να είναι πολύ καιρό για να επιτρέψουν στους νευρώνες που είναι φυσικά πολύ μακριά για να συνδέσουν και να στείλουν πληροφορίες.

Το δυναμικό δράσης διαδίδεται κατά μήκος του άξονα και φτάνει στα τερματικά κουμπιά για να στείλει μηνύματα στο επόμενο κελί.

Εάν μετρήσουμε την ένταση του δυναμικού δράσης από διάφορες περιοχές του αξόνου, θα διαπιστώσουμε ότι η έντασή του παραμένει η ίδια σε όλες τις περιοχές.

Νόμος όλων ή τίποτα

Αυτό συμβαίνει επειδή η αξονική αγωγή ακολουθεί έναν θεμελιώδη νόμο: το νόμο όλων ή τίποτα. Δηλαδή, δίνονται ή δεν δίδονται δυνατότητες δράσης. Μόλις ξεκινήσει, ταξιδεύει σε ολόκληρο τον άξονα προς τα άκρα του, διατηρώντας πάντα το ίδιο μέγεθος, δεν αυξάνεται ή μειώνεται. Επιπλέον, αν ένας άξονας διακλαδίζεται έξω, το δυναμικό δράσης διαιρείται, αλλά διατηρεί το μέγεθός του.

Τα δυναμικά δράσης ξεκινούν από το τέλος του νευραξόνου που συνδέεται με το σύρμα του νευρώνα. Κανονικά, συνήθως ταξιδεύουν μόνο σε μία κατεύθυνση.

Δυνατότητες δράσης και συμπεριφοράς

Είναι πιθανό ότι, σε αυτό το σημείο, μπορείτε να αναρωτηθείτε: εάν το δυναμικό δράσης είναι μια διαδικασία all-or-nothing, πώς συμβαίνουν ορισμένες συμπεριφορές όπως συστολή μυών που μπορεί να διαφέρουν μεταξύ διαφορετικών επιπέδων έντασης; Αυτό συμβαίνει από το νόμο της συχνότητας.

Νόμος συχνότητας

Αυτό που συμβαίνει είναι ότι ένα ενιαίο δυναμικό δράσης δεν παρέχει άμεσα πληροφορίες. Αντ 'αυτού, οι πληροφορίες καθορίζονται από τη συχνότητα της εκφόρτισης ή της ταχύτητας πυροδότησης ενός αξόνου. Δηλαδή, η συχνότητα εμφάνισης των δυνατοτήτων δράσης. Αυτό είναι γνωστό ως "νόμος της συχνότητας".

Έτσι, μια υψηλή συχνότητα δυναμικού δράσης θα οδηγούσε σε πολύ έντονη συστολή μυών.

Το ίδιο συμβαίνει και με την αντίληψη. Για παράδειγμα, ένα πολύ φωτεινό οπτικό ερέθισμα, το οποίο πρέπει να συλληφθεί, πρέπει να παράγει ένα υψηλό "ρυθμό πυροδότησης" στους αξόνους που είναι προσαρτημένοι στα μάτια. Με τον τρόπο αυτό, η συχνότητα των δυναμικών δράσης αντανακλά την ένταση ενός φυσικού ερεθίσματος.

Επομένως, ο νόμος όλων ή τίποτα δεν συμπληρώνεται από το νόμο της συχνότητας.

Άλλες μορφές ανταλλαγής πληροφοριών

Τα δυναμικά δράσης δεν είναι τα μόνα είδη ηλεκτρικών σημάτων που εμφανίζονται στους νευρώνες. Για παράδειγμα, κατά την αποστολή πληροφοριών μέσω μιας συνάψεως υπάρχει μια μικρή ηλεκτρική ώθηση στη μεμβράνη του νευρώνα που λαμβάνει τα δεδομένα.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, μια ελαφρά αποπόλωση που είναι πολύ ασθενής για να παράγει ένα δυναμικό δράσης, μπορεί να μεταβάλει ελαφρώς το μεμβρανικό δυναμικό.

Ωστόσο, αυτή η αλλοίωση μειώνεται λίγο-λίγο καθώς ταξιδεύει μέσω του αξόνου. Σε αυτόν τον τύπο μετάδοσης πληροφοριών, ούτε τα κανάλια νατρίου ούτε καλίου ανοίγουν ή κλείνουν.

Έτσι, ο αξόνιος λειτουργεί ως υποβρύχιο καλώδιο. Καθώς το σήμα μεταδίδεται από αυτό, το εύρος του μειώνεται. Αυτό είναι γνωστό ως μείωση της αγωγιμότητας και συμβαίνει λόγω των χαρακτηριστικών του άξονα.

Δράσεις δράσης και μυελίνη

Οι άξονες σχεδόν όλων των θηλαστικών καλύπτονται με μυελίνη. Δηλαδή, έχουν τμήματα που περιβάλλουν μια ουσία που επιτρέπει την αγωγιμότητα νεύρων, καθιστώντας την ταχύτερη. Η μυελίνη αναδιπλώνεται γύρω από τον άξονα χωρίς να αφήσει το εξωκυτταρικό υγρό να φτάσει σε αυτό.

Η μυελίνη παράγεται στο κεντρικό νευρικό σύστημα από κύτταρα που ονομάζονται ολιγοδενδροκύτταρα. Ενώ, στο περιφερικό νευρικό σύστημα, παράγεται από κύτταρα Schwann.

Τα τμήματα μυελίνης, γνωστά ως θήκες μυελίνης, χωρίζονται από ακάλυπτες περιοχές του νευρικού συστήματος. Αυτές οι περιοχές καλούνται οζίδια Ranvier και βρίσκονται σε επαφή με το εξωκυτταρικό υγρό.

Το δυναμικό δράσης μεταδίδεται με διαφορετικό τρόπο σε έναν μη μυελωματωμένο άξονα (ο οποίος δεν καλύπτεται από μυελίνη) παρά σε μια μυελοποιημένη.

Το δυναμικό δράσης μπορεί να ταξιδέψει μέσω της μεμβράνης αξονών που καλύπτεται με μυελίνη από τις ιδιότητες του καλωδίου. Ο άξονας με αυτόν τον τρόπο διεξάγει την ηλεκτρική αλλαγή από το σημείο όπου εμφανίζεται το δυναμικό δράσης μέχρι το επόμενο οζίδιο του Ranvier.

Αυτή η αλλαγή ελαττώνεται ελαφρώς, αλλά είναι αρκετά έντονη για να προκαλέσει ένα δυναμικό δράσης στον επόμενο κόμβο. Στη συνέχεια, αυτό το δυναμικό ενεργοποιείται ξανά ή επαναλαμβάνεται σε κάθε οζίδιο του Ranvier, μεταφερόμενο σε ολόκληρη τη μυελοποιημένη ζώνη στο επόμενο οζίδιο..

Αυτό το είδος αγωγής των δυνατοτήτων δράσης ονομάζεται αλατιστική αγωγιμότητα. Το όνομά του προέρχεται από τη λατινική "αλατάρα", που σημαίνει "να χορέψει". Η ιδέα είναι ότι η ώθηση φαίνεται να μεταβαίνει από το οζίδιο στο οζίδιο.

Πλεονεκτήματα της αλατιστικής αγωγιμότητας για τη μετάδοση των δυναμικών δράσης

Αυτός ο τύπος οδήγησης έχει τα πλεονεκτήματά του. Πρώτον, για εξοικονόμηση ενέργειας. Οι μεταφορείς νατρίου-καλίου ξοδεύουν πολλή ενέργεια που εξάγει την περίσσεια νατρίου από το εσωτερικό του νευρικού συστήματος κατά τη διάρκεια των δυναμικών δράσης.

Αυτοί οι μεταφορείς νατρίου-καλίου βρίσκονται σε περιοχές του νεύρου που δεν καλύπτονται με μυελίνη. Ωστόσο, σε μυελοποιημένο άξονα, το νάτριο μπορεί να εισέλθει μόνο στα οζίδια του Ranvier. Ως εκ τούτου, πολύ λιγότερο νάτριο εισέρχεται, και λόγω αυτού, λιγότερο νατρίου πρέπει να αντλείται έξω. Έτσι, οι μεταφορείς νατρίου-καλίου πρέπει να δουλεύουν λιγότερο.

Ένα άλλο πλεονέκτημα της μυελίνης είναι πόσο γρήγορα. Ένα δυναμικό δράσης κινείται πιο γρήγορα σε ένα μυελωμένο άξονα, καθώς η ώθηση «πηδά» από ένα οζίδιο σε άλλο, χωρίς να χρειάζεται να περάσει ολόκληρο το άξονα.

Αυτή η αύξηση της ταχύτητας αναγκάζει τα ζώα να σκέφτονται και να αντιδρούν πιο γρήγορα. Άλλα έμβια όντα, όπως το καλαμάρι, έχουν άξονες χωρίς μυελίνη που έχουν ταχύτητα λόγω αύξησης του μεγέθους τους. Οι αξόνες του καλαμαριού έχουν μεγάλη διάμετρο (περίπου 500 μm), που τους επιτρέπει να ταξιδεύουν γρηγορότερα (περίπου 35 μέτρα ανά δευτερόλεπτο).

Ωστόσο, με την ίδια ταχύτητα, τα δυναμικά δράσης στους άξονες των γάτων ταξιδεύουν, αν και έχουν διάμετρο μόνο 6 μm. Αυτό που συμβαίνει είναι ότι αυτοί οι άξονες περιέχουν μυελίνη.

Ένα μυελωμένο άξονα μπορεί να οδηγήσει σε δυναμικά δράσης με ταχύτητα περίπου 432 χιλιομέτρων την ώρα, με διάμετρο 20 μm.

Αναφορές

1. Δυναμικά δράσης. (s.f.). Ανακτήθηκε στις 5 Μαρτίου 2017, από την Υπερφυσική, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, Ν.Ρ. (2006). Φυσιολογία συμπεριφοράς 8η Εκδ. Μαδρίτης: Pearson.
3. Chudler, Ε. (S.f.). Φώτα, Κάμερα, Δράση Ενέργειας. Ανακτήθηκε στις 05 Μαρτίου 2017, από το Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον: faculty.washington.edu.
4. Στάδια του δυναμικού δράσης. (s.f.). Ανακτήθηκε στις 5 Μαρτίου 2017, από το Boundless: boundless.com.