Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

35.4: Як взаємодіють нейрони - передача нервових імпульсів у потенціалі нейрона

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    4303

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Поясніть формування потенціалу спокою у нейронів

    Передача нервових імпульсів всередині нейрона

    Щоб нервова система функціонувала, нейрони повинні вміти надсилати та приймати сигнали. Ці сигнали можливі тому, що кожен нейрон має заряджену клітинну мембрану (різниця напруг між внутрішньою та зовнішньою). Заряд цієї мембрани може змінюватися у відповідь на молекули нейромедіатора, що звільняються від інших нейронів і подразників навколишнього середовища. Будь-яка напруга - це різниця електричного потенціалу між двома точками; наприклад, поділ позитивних і негативних електричних зарядів по протилежних сторонам резистивного бар'єру. Щоб зрозуміти, як взаємодіють нейрони, потрібно спочатку зрозуміти основу заряджених мембран та базовий або «спокій» мембранний заряд.

    Нейрональні заряджені мембрани

    Ліпідна двошарова мембрана, яка оточує нейрон, непроникна для заряджених молекул або іонів. Щоб увійти або вийти з нейрона, іони повинні проходити через спеціальні білки, звані іонними каналами, які охоплюють мембрану. Іонні канали мають різну конфігурацію: відкриті, закриті і неактивні. Деякі іонні канали потрібно активувати, щоб відкрити і дозволити іонам пройти всередину або з клітини. Ці іонні канали чутливі до навколишнього середовища і можуть відповідно змінювати свою форму. Іонні канали, які змінюють свою структуру у відповідь на зміни напруги, називаються іонними каналами з напругою. Іонні канали з напругою регулюють відносні концентрації різних іонів всередині і зовні клітини. Різниця в загальному заряді між внутрішньою і зовнішньою частиною клітини називається мембранним потенціалом.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Конфігурації іонних каналів: Іонні канали з напругою закриті на потенціалі спокою і відкриті у відповідь на зміни напруги мембрани. Після активації вони на короткий період інактивуються і більше не будуть відкриватися у відповідь на сигнал.

    Потенціал мембрани відпочинку

    Для спокійних клітин відносно статичний мембранний потенціал відомий як потенціал спокою мембрани. Потенціал мембрани, що відпочиває, знаходиться в рівновазі, оскільки він спирається на постійну витрату енергії для її підтримки. У ній переважають іонні види в системі, які мають найбільшу провідність по мембрані. Для більшості клітин це калій. Оскільки калій також є іоном з найбільш негативним потенціалом рівноваги, зазвичай потенціал спокою може бути не більш негативним, ніж потенціал рівноваги калію.

    Нейрон у спокої заряджений негативно, оскільки внутрішня частина клітини приблизно на 70 мілівольт більше негативного, ніж зовні (−70 мВ); це число змінюється залежно від типу нейрона та видів. Ця напруга називається потенціалом спокою мембрани і викликано відмінностями концентрацій іонів всередині і зовні клітини. Якби мембрана була однаково проникною для всіх іонів, кожен тип іонів протікав би по мембрані, і система досягла б рівноваги. Оскільки іони не можуть просто перетнути мембрану за бажанням, всередині і зовні клітини існують різні концентрації декількох іонів. Різниця в кількості позитивно заряджених іонів калію (K +) всередині і зовні клітини домінує над потенціалом спокою мембрани. Коли мембрана знаходиться в стані спокою, іони K + накопичуються всередині клітини за рахунок чистого руху з градієнтом концентрації. Негативний мембранний потенціал спокою створюється і підтримується за рахунок збільшення концентрації катіонів поза клітиною (в позаклітинної рідини) щодо всередині клітини (в цитоплазмі). Негативний заряд всередині клітини створюється завдяки тому, що клітинна мембрана є більш проникною для руху K +, ніж рух Na +.

    зображення
    Рисунок\(\PageIndex{1}\): Мембранний потенціал: (а) потенціал мембрани спокою є результатом різних концентрацій іонів Na+ і K+ всередині і зовні клітини. Нервовий імпульс змушує Na+ потрапляти в клітину, в результаті чого (б) деполяризація. На піковому потенціалі дії K+канали відкриваються, і клітина стає (c) гіперполяризованою.

    У нейроні іони калію (K +) підтримуються у високих концентраціях всередині клітини, тоді як іони натрію (Na+) підтримуються у високих концентраціях поза клітиною. Клітина має канали витоку калію та натрію, які дозволяють двом катіонам розсіювати їх градієнт концентрації. Однак нейрони мають набагато більше каналів витоку калію, ніж канали витоку натрію. Тому калій дифундує з клітини набагато швидше, ніж просочується натрій. Більше катіонів, що залишають клітину, ніж потрапляють в неї, призводить до негативного заряду внутрішньої частини клітини щодо зовнішньої частини клітини. Дії натрієво-калієвого насоса допомагають підтримувати потенціал спокою, як тільки він встановлений. Нагадаємо, що натрієво-калієві насоси вносять в клітину два іони К +, видаляючи при цьому три іони Na+ на споживаний АТФ. Оскільки з клітини виганяється більше катіонів, ніж приймається, внутрішня частина клітини залишається негативно зарядженою щодо позаклітинної рідини.

    Ключові моменти

    • Коли мембрана нейронів знаходиться в стані спокою, потенціал спокою негативний через накопичення більшої кількості іонів натрію поза клітиною, ніж іонів калію всередині клітини.
    • Іони калію дифузують з клітини набагато швидше, ніж іони натрію дифузують в клітину, оскільки нейрони мають набагато більше каналів витоку калію, ніж канали витоку натрію.
    • Натрієво-калієві насоси переміщують два іони калію всередині клітини, коли три іони натрію відкачуються для підтримки негативно зарядженої мембрани всередині клітини; це допомагає підтримувати потенціал спокою.

    Ключові умови

    • іонний канал: білковий комплекс або один білок, який проникає в клітинну мембрану і каталізує проходження специфічних іонів через цю мембрану
    • мембранний потенціал: різниця електричного потенціалу через огороджувальну мембрану клітини
    • потенціал спокою: майже прихований мембранний потенціал неактивних клітин