35.5: Як взаємодіють нейрони - передача нервових імпульсів у потенціалі дії нейрона

Last updated
Save as PDF

Page ID: 4254

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 дії в нейроні

Потенціал дій

Нейрон може отримувати вхід від інших нейронів за допомогою хімічної речовини, яка називається нейромедіатором. Якщо цей вхід досить сильний, нейрон передасть сигнал нейронам нижче за течією. Передача сигналу всередині нейрона (тільки в одному напрямку, від дендриту до аксонового терміналу) здійснюється шляхом відкриття і закриття іонних каналів з напругою, які викликають короткочасне розворот потенціалу мембрани спокою для створення потенціалу дії. Коли потенціал дії рухається вниз по аксону, полярність змінюється по всій мембрані. Як тільки сигнал досягає терміналу аксона, він стимулює інші нейрони.

зображення — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Формування потенціалу дії: Формування потенціалу дії можна розділити на п'ять етапів. (1) Стимул з сенсорної клітини або іншого нейрона змушує клітину-мішень деполяризуватися до порогового потенціалу. (2) Якщо досягнуто поріг збудження, всі Na+ канали відкриваються і мембрана деполяризується. (3) При піковому потенціалі дії K+канали відкриваються і K+ починає виходити з клітини. У той же час Na+канали закриваються. (4) Мембрана стає гіперполяризованою, оскільки іони K + продовжують виходити з клітини. Гіперполяризована мембрана знаходиться в рефрактерному періоді і не може стріляти. (5) K+канали закриваються, а транспортер Na+/K + відновлює потенціал спокою.

Деполяризація та потенціал дії

Коли молекули нейромедіатора зв'язуються з рецепторами, розташованими на дендритах нейрона, відкриваються іонні канали з напругою. При збудливих синапсах позитивні іони затоплюють внутрішню частину нейрона і деполяризують мембрану, зменшуючи різницю напруги між внутрішньою і зовнішньою частиною нейрона. Стимул з сенсорної клітини або іншого нейрона деполяризує нейрон-мішень до його порогового потенціалу (-55 мВ), а канали Na ⁺ в аксоновому горбі відкриваються, запускаючи потенціал дії. Як тільки натрієві канали відкриваються, нейрон повністю деполяризується до мембранного потенціалу близько +40 мВ. Потенціал дії рухається вниз по нейрону, коли Na+ канали відкриваються.

Гіперполяризація та повернення до потенціалу спокою

Потенціали дій вважаються подією «все або нічого». Після досягнення порогового потенціалу нейрон повністю деполяризується. Як тільки деполяризація завершена, осередок «скидає» свою мембранну напругу назад до потенціалу спокою. Канали Na ⁺ закриваються, починаючи рефрактерний період нейрона. При цьому закриті напругою K ⁺ канали відкриваються, дозволяючи K ⁺ покинути осередок. У міру виходу іонів K ⁺ з клітини мембранний потенціал знову стає негативним. Дифузія K ⁺ з клітини гіперполяризує клітину, роблячи мембранний потенціал більш негативним, ніж нормальний потенціал спокою клітини. У цей момент натрієві канали повертаються в стан спокою, готові знову відкритися, якщо потенціал мембрани знову перевищить пороговий потенціал. Врешті-решт, зайві іони K ⁺ дифузують з клітини через канали витоку калію, повертаючи клітину з гіперполяризованого стану назад до потенціалу спокою мембрани.

Мієлін і поширення потенціалу дії

Щоб потенціал дії передавав інформацію іншому нейрону, він повинен подорожувати вздовж аксона і дістатися до терміналів аксона, де він може ініціювати вивільнення нейромедіатора. На швидкість проведення потенціалу дії вздовж аксона впливають як діаметр аксона, так і опір аксона витоку струму. Мієлін діє як ізолятор, який запобігає виходу струму з аксона, збільшуючи швидкість дії потенційної провідності. Такі захворювання, як розсіяний склероз, викликають дегенерацію мієліну, що уповільнює потенційну провідність дії, оскільки ділянки аксонів більше не ізольовані, тому витікає струм.

Вузол Ранв'є - природний розрив в мієлінової оболонці уздовж аксона. Ці немієлінізовані простори мають довжину близько одного мікрометра і містять напругу закритих каналів Na ⁺ і K ⁺. Потік іонів через ці канали, зокрема канали Na ⁺, знову і знову регенерує потенціал дії вздовж аксона. Потенціал дії «перескакує» з одного вузла на інший в рятувальної провідності. Якби вузли Ранв'є не були присутні вздовж аксона, потенціал дії поширювався б дуже повільно; Канали Na ⁺ ^{і K +} повинні були б постійно відновлювати потенціали дії в кожній точці вздовж аксона. Вузли Ранв'є також економлять енергію для нейрона, оскільки канали повинні бути присутніми лише у вузлах, а не вздовж всього аксона.

Ключові моменти

Потенціали дії утворюються, коли подразник змушує клітинну мембрану деполяризуватися за порогом збудження, викликаючи відкриття всіх іонних каналів натрію.
Коли іонні канали калію відкриваються і іонні канали натрію закриваються, клітинна мембрана стає гіперполяризованою, оскільки іони калію залишають клітину; клітина не може спалювати протягом цього рефрактерного періоду.
Потенціал дії рухається вниз по аксону, коли мембрана аксона деполяризується і реполяризується.
Мієлін ізолює аксон, щоб запобігти витоку струму, коли він рухається вниз по аксону.
Вузли Ранв'є - це прогалини в мієліні вздовж аксонів; вони містять іонні канали натрію та калію, що дозволяє потенціалу дії швидко подорожувати по аксону, перестрибуючи з одного вузла на інший.

Ключові умови

потенціал дії: короткочасна зміна електричного потенціалу, який рухається вздовж комірки
деполяризація: зменшення різниці напруги між внутрішньою і зовнішньою частиною нейрона
гіперполяризувати: збільшити полярність чогось, особливо полярність через біологічну мембрану
вузол Ранв'є: невелике звуження в мієлінової оболонці аксонів
салаторна провідність: процес регенерації потенціалу дії на кожному вузлі Ранв'є