Actiepotentiaal de boodschap van neuronen

de actiepotentiaal het is een kortdurend elektrisch of chemisch fenomeen dat optreedt in de neuronen van onze hersenen. Men kan zeggen dat het de boodschap is die naar andere neuronen wordt doorgegeven.

Het wordt geproduceerd in het lichaam van de cel (kern), ook wel soma genoemd. Reis door het hele axon (uitbreiding van het neuron, vergelijkbaar met een kabel) tot het einde, de aansluitknop genoemd.

De actiepotentialen in een gegeven axon hebben altijd dezelfde duur en intensiteit. Als het axon vertakt naar andere uitbreidingen, is het actiepotentiaal verdeeld, maar de intensiteit wordt niet verminderd.

Wanneer het actiepotentiaal de eindknoppen van het neuron bereikt, scheiden ze chemicaliën af die neurotransmitters worden genoemd. Deze stoffen exciteren of remmen het neuron dat ze ontvangt, in staat zijn om een ​​actiepotentiaal in het neuron te genereren.

Veel van wat bekend is over de actiepotentialen van neuronen, is afkomstig van experimenten uitgevoerd met reusachtige inktvis-axonen. Het is gemakkelijk te bestuderen vanwege de grootte, omdat het zich uitstrekt van het hoofd naar de staart. Ze dienen zodat het dier kan bewegen.

Neuronale membraanpotentiaal

Neuronen hebben verschillende elektrische ladingen in zich dan buiten. Dit verschil wordt genoemd membraanpotentiaal.

Wanneer een neuron aanwezig is rust potentieel, betekent dat de elektrische lading niet wordt gewijzigd door exciterende of remmende synaptische potentialen.

Wanneer daarentegen andere potentialen deze beïnvloeden, kan de membraanpotentiaal worden verminderd. Dit staat bekend als depolarisatie.

Of, integendeel, wanneer het membraanpotentieel toeneemt ten opzichte van zijn normale potentiaal, een fenomeen genaamd hyperpolarisatie.

Wanneer een zeer snelle inversie van het membraanpotentieel plotseling optreedt, is er een actiepotentiaal. Dit bestaat uit een korte elektrische impuls, die wordt vertaald in de boodschap die door het axon van het neuron gaat. Het begint in de cel en bereikt de terminalknoppen.

Het is belangrijk om te benadrukken dat voor een actiepotentiaal elektrische veranderingen een drempel moeten bereiken, genaamd excitatiedrempel. Het is de waarde van het membraanpotentieel dat noodzakelijkerwijs moet worden bereikt om het actiepotentiaal te laten plaatsvinden.

Potentialen van actie en veranderingen in ionenniveaus

Onder normale omstandigheden is het neuron bereid om natrium (Na +) erin te ontvangen. Het membraan is echter niet erg doorlaatbaar voor dit ion.

Daarnaast heeft het de bekende "natrium-kaliumtransporters", een eiwit dat in het celmembraan zit en verantwoordelijk is voor het verwijderen van natriumionen en het inbrengen van kaliumionen erin. Neem met name voor elke 3-ionen natrium die wordt geëxtraheerd twee kalium in.

Deze transporters behouden een laag natriumgehalte in de cel. Als de doorlaatbaarheid van de cel toenam en er plotseling meer natrium in terechtkwam, zou het membraanpotentieel radicaal veranderen. Blijkbaar is dit wat een actiepotentiaal triggert.

In het bijzonder zou de permeabiliteit van het membraan voor natrium worden verhoogd, door deze binnen het neuron binnen te dringen. Terwijl op hetzelfde moment de kaliumionen uit de cel zouden kunnen komen.

Hoe komen deze veranderingen in permeabiliteit voor??

De cellen hebben talrijke eiwitten ingebed in hun membraan ionkanalen. Deze hebben openingen waardoor de ionen de cellen kunnen binnenkomen of verlaten, hoewel ze niet altijd open zijn. De kanalen zijn gesloten of geopend volgens bepaalde gebeurtenissen.

Er zijn meerdere soorten ionkanalen, en elk kanaal is meestal gespecialiseerd om bepaalde soorten ionen exclusief aan te drijven.

Een open natriumkanaal kan bijvoorbeeld meer dan 100 miljoen ionen per seconde passeren.

Hoe actiepotentialen worden geproduceerd?

Neuronen verzenden informatie elektrochemisch. Dit betekent dat chemicaliën elektrische signalen produceren.

Deze chemicaliën hebben een elektrische lading, daarom worden ze ionen genoemd. De belangrijkste in het zenuwstelsel zijn natrium en kalium, die een positieve lading hebben. Naast calcium (2 positieve ladingen) en chloor (één negatieve lading).

Veranderingen in membraanpotentiaal

De eerste stap voor het optreden van een actiepotentiaal is een verandering in het membraanpotentieel van de cel. Deze verandering moet de opwindingsdrempel overschrijden.

In het bijzonder is er een reductie in membraanpotentiaal, dat depolarisatie wordt genoemd.

Opening van natriumkanalen

Als gevolg hiervan gaan de natriumkanalen in het membraan open, waardoor natrium massaal het neuron binnendringt. Deze worden aangedreven door diffusie en elektrostatische drukkrachten.

Omdat natriumionen positief geladen zijn, produceren ze een snelle verandering in membraanpotentiaal.

Opening van kaliumkanalen

Het axonmembraan heeft zowel natrium- als kaliumkanalen. De laatste openen echter later, omdat ze minder gevoelig zijn. Dat wil zeggen, ze hebben een hoger niveau van depolarisatie nodig om zich te openen en daarom gaan ze later open.

Sluiting van natriumkanalen

Er komt een moment dat het actiepotentiaal zijn maximale waarde bereikt. Vanaf deze periode zijn de natriumkanalen geblokkeerd en gesloten.

Ze kunnen niet meer opnieuw worden geopend totdat het membraan opnieuw het rustpotentieel bereikt. Als gevolg hiervan kan er geen natrium meer in het neuron komen.

Sluiting van kaliumkanalen

De kaliumkanalen blijven echter open. Hierdoor kunnen kaliumionen door de cel stromen.

Vanwege diffusie en elektrostatische druk worden de kaliumionen uit de cel gedrukt, omdat de binnenkant van het axon positief wordt geladen.

De membraanpotentiaal herstelt dus zijn gebruikelijke waarde. Beetje bij beetje sluiten de kaliumkanalen.

Deze kationuitgang zorgt ervoor dat de membraanpotentiaal de normale waarde terugkrijgt. Wanneer dit gebeurt, beginnen de kaliumkanalen weer te sluiten.

Op het moment dat de membraanpotentiaal zijn normale waarde bereikt, sluiten de kaliumkanalen volledig. Iets later worden de natriumkanalen gereactiveerd en bereidt zich voor op een nieuwe depolarisatie om ze te openen.

Ten slotte scheiden de natrium-kaliumtransporteurs het natrium uit dat was binnengekomen en herstelde het kalium dat eerder was achtergebleven.

Hoe informatie wordt verspreid door het axon?

Het axon bestaat uit een deel van het neuron, een extensie van de laatste, vergelijkbaar met een kabel. Ze kunnen erg lang zijn om neuronen die fysiek ver weg zijn in staat te stellen om verbinding te maken en informatie te verzenden.

Het actiepotentieel plant zich voort langs het axon en bereikt de terminalknoppen om berichten naar de volgende cel te verzenden.

Als we de intensiteit van het actiepotentiaal van verschillende gebieden van het axon zouden meten, zouden we merken dat de intensiteit ervan in alle gebieden hetzelfde blijft.

Wet van alles of niets

Dit gebeurt omdat axonale geleiding een fundamentele wet volgt: de wet van alles of niets. Dat wil zeggen, een actiepotentiaal wordt gegeven of niet gegeven. Zodra het begint, reist het door het axon tot het uiterste, behoudt het altijd dezelfde grootte, neemt niet toe of af. Wat meer is, als een axon vertakt, is het actiepotentiaal verdeeld, maar behoudt het zijn grootte.

De actiepotentialen beginnen aan het einde van het axon dat is verbonden met de soma van het neuron. Normaal gesproken reizen ze meestal in slechts één richting.

Potentieel van actie en gedrag

Het is mogelijk dat u zich op dit moment afvraagt: als het actiepotentieel een alles-of-niets-proces is, hoe komen bepaalde gedragingen zoals spiercontractie dan voor die kunnen variëren tussen verschillende intensiteitsniveaus? Dit gebeurt volgens de wet van frequentie.

Law of frequency

Wat er gebeurt, is dat een enkel actiepotentieel niet rechtstreeks informatie verschaft. In plaats daarvan wordt de informatie bepaald door de frequentie van ontlading of afvuursnelheid van een axon. Dat wil zeggen, de frequentie waarin de actiepotentialen voorkomen. Dit staat bekend als de "wet van frequentie".

Een hoge frequentie van actiepotentialen zou dus leiden tot een zeer intense spiercontractie.

Hetzelfde gebeurt met de waarneming. Een zeer heldere visuele stimulus die moet worden vastgelegd, moet bijvoorbeeld een hoge "afvuursnelheid" produceren in de axonen die aan de ogen zijn bevestigd. Op deze manier weerspiegelt de frequentie van actiepotentialen de intensiteit van een fysieke stimulus.

Daarom wordt de wet van alles of niets aangevuld door de wet van frequentie.

Andere vormen van informatie-uitwisseling

Actiepotentialen zijn niet de enige soorten elektrische signalen die in neuronen voorkomen. Bij het verzenden van informatie via een synaps is er bijvoorbeeld een kleine elektrische impuls in het membraan van het neuron dat de gegevens ontvangt.

In bepaalde gevallen kan een lichte depolarisatie die te zwak is om een ​​actiepotentiaal te produceren, het membraanpotentieel enigszins veranderen.

Deze wijziging wordt echter beetje bij beetje verminderd terwijl deze door het axon reist. Bij dit type informatieoverdracht worden noch de natrium- noch de kaliumkanalen geopend of gesloten.

Het axon werkt dus als een onderwaterkabel. Als het signaal daardoor wordt uitgezonden, neemt de amplitude ervan af. Dit staat bekend als afnemende geleiding en treedt op vanwege de eigenschappen van het axon.

Actiepotentialen en myeline

De axonen van bijna alle zoogdieren zijn bedekt met myeline. Dat wil zeggen, ze hebben segmenten die zijn omgeven door een substantie die zenuwgeleiding mogelijk maakt, waardoor deze sneller wordt. Myeline omgeeft het axon zonder dat de extracellulaire vloeistof het kan bereiken.

Myeline wordt geproduceerd in het centrale zenuwstelsel door cellen die oligodendrocyten worden genoemd. Terwijl het in het perifere zenuwstelsel wordt geproduceerd door Schwann-cellen.

De myeline-segmenten, bekend als myelinescheden, worden gedeeld door onbedekte gebieden van het axon. Deze gebieden worden Ranvier-knobbeltjes genoemd en ze staan ​​in contact met de extracellulaire vloeistof.

Het actiepotentiaal wordt anders doorgegeven in een niet-gemyeliniseerd axon (dat niet wordt bedekt door myeline) dan in een gemyeliniseerde axon.

Het actiepotentiaal kan door het axonale membraan dat bedekt is met myeline door de eigenschappen van de kabel reizen. Het axon op deze manier geleidt de elektrische verandering van de plaats waar de actiepotentiaal optreedt tot de volgende nodule van Ranvier.

Deze verandering wordt enigszins beperkt, maar is intens genoeg om een ​​actiepotentiaal in het volgende knooppunt uit te lokken. Vervolgens wordt dit potentieel opnieuw geactiveerd of herhaald in elk gezwel van Ranvier, getransporteerd door de gemyeliniseerde zone naar de volgende nodus..

Dit soort geleiding van actiepotentialen wordt zoutgeleiding genoemd. De naam komt van het Latijnse "saltare", wat "dansen" betekent. Het concept is dat de impuls lijkt te springen van knobbel naar knobbel.

Voordelen van zoutgeleiding om actiepotentialen over te dragen

Dit type rijden heeft zijn voordelen. Ten eerste om energie te besparen. Natrium-kaliumtransporters besteden veel energie aan het extraheren van overtollig natrium uit het axon tijdens actiepotentialen.

Deze natrium-kaliumtransporters bevinden zich in gebieden van het axon die niet bedekt zijn met myeline. In een gemyeliniseerde axon kan natrium echter alleen de knobbeltjes van Ranvier binnendringen. Daarom komt er veel minder natrium binnen en daarom moet minder natrium worden weggepompt. Dus de natrium-kaliumtransporters moeten minder werken.

Een ander voordeel van myeline is hoe snel. Een actiepotentiaal wordt sneller aangedreven in een gemyeliniseerde axon, omdat de impuls van de ene nodule naar de andere springt, zonder door het hele axon te hoeven gaan.

Deze snelheidsverhoging zorgt ervoor dat de dieren sneller denken en reageren. Andere levende wezens, zoals de inktvis, hebben axonen zonder myeline die snelheid krijgen vanwege een toename in hun grootte. De axons van de inktvis hebben een grote diameter (ongeveer 500 μm), waardoor ze sneller kunnen reizen (ongeveer 35 meter per seconde).

Bij dezelfde snelheid bewegen de actiepotentialen in de axonen van katten echter, hoewel ze een diameter hebben van slechts 6 μm. Wat er gebeurt, is dat deze axonen myeline bevatten.

Een gemyeliniseerd axon kan leiden tot actiepotentialen met een snelheid van ongeveer 432 kilometer per uur, met een diameter van 20 μm.

referenties

1. Actiepotentialen. (N.D.). Opgehaald op 5 maart 2017 van Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, N.R. (2006). Fysiologie van gedrag 8e druk: Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (s.f.). Lichten, camera, actiepotentiaal. Opgehaald op 05 maart 2017, van de Universiteit van Washington: faculty.washington.edu.
4. Stadia van het actiepotentieel. (N.D.). Opgehaald op 5 maart 2017, van Boundless: boundless.com.