AKCIÓPOTENCIÁL: TERJEDÉS ÉS FÁZISOK - GEOGRAFÍA - 2026

Az akciós potenciál egy rövid élettartamú elektromos vagy kémiai jelenség, amely az agyunk idegsejtjeiben fordul elő. Azt lehet mondani, hogy ez az üzenet, amelyet egy idegsejt továbbít más idegsejtekhez.

Az akciópotenciál a sejttestben (magban) termelődik, amelyet sómának is neveznek. Áthalad az egész axonon (neuronhosszabbítás, hasonlóan egy huzalhoz), amíg el nem éri a végét, az úgynevezett terminálgombot.

Az akciópotenciálok egy adott axonon mindig azonos időtartammal és intenzitással rendelkeznek. Ha az axon más folyamatokba is elágazik, akkor az akciós potenciál megoszlik, de annak intenzitása nem csökken.

Amikor az akciópotenciál eléri a neuron terminális gombjait, akkor neurotranszmittereknek nevezett vegyszereket választanak ki. Ezek az anyagok gerjesztik vagy gátolják a befogadó idegsejtet, képesek létrehozni egy akciós potenciált az említett neuronban.

Az idegsejtek akciós potenciáljáról ismert tények nagy része óriás tintahal-axonokkal végzett kísérletekből származik. Méretének köszönhetően könnyű tanulni, mivel fejétől farokig terjed. Úgy szolgálják, hogy az állat mozogjon.

Neuronmembrán potenciál

A. Az ideális akciópotenciál sematikus képe. B. Az akciópotenciál valós adatai. Forrás: hu: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

A neuronok elektromos töltése más, mint kívül. Ezt a különbséget membránpotenciálnak nevezzük.

Ha egy neuron nyugalmi potenciálban van, az azt jelenti, hogy elektromos töltését nem változtatják meg az ingerlő vagy gátló szinaptikus potenciálok.

Másrészt, ha más potenciál befolyásolja, a membránpotenciál csökkenthető. Ezt depolarizációnak nevezik.

Éppen ellenkezőleg, ha a membránpotenciál növekszik a normál potenciáljához képest, akkor előfordul egy hiperpolarizációnak nevezett jelenség.

Amikor a membránpotenciál hirtelen megfordul, fellép egy akciós potenciál. Ez egy rövid elektromos impulzusból áll, amelyet olyan üzenetre fordítanak, amely áthalad a neuron axonján. A sejttestben kezdődik, elérve a terminálgombokat.

Az idegimpulzus lefelé halad az axonon

Fontos szempont, hogy egy akciópotenciál előfordulásához az elektromos változásoknak el kell érniük egy küszöbértéket, az úgynevezett gerjesztési küszöböt. A membránpotenciál értékét kell feltétlenül elérni ahhoz, hogy az akciós potenciál megtörténjen.

A kémiai szinapszis vázlata

Akciópotenciálok és az ionszint változásai

Egy neuron membránáteresztő képessége akciós potenciál alatt. A nyugalmi állapot (1), a nátrium- és káliumionok nem juthatnak át a membránon, és a neuron negatív töltésű benne. A neuron depolarizációja (2) aktiválja a nátriumcsatornát, lehetővé téve a nátrium-ionok átjutását a neuron membránján. Repolarizáció (3), ahol a nátriumcsatornák bezáródnak és a káliumcsatornák nyitva vannak, a káliumionok áthaladnak a membránon. A tűzálló időszakban (4) a membránpotenciál visszatér nyugalmi állapotba, amikor a káliumcsatornák bezáródnak. Forrás: Neuron membránáteresztő képessége akciópotenciál alatt.pdf és akciópotenciál, CThompson02

Normál körülmények között a neuron készen áll a nátrium (Na +) felvételére a belső részben. Membránja azonban nem nagyon áteresztő ezen ion számára.

Ezenkívül a jól ismert „nátrium-kálium transzporterek” olyan fehérjét tartalmaznak a sejtmembránban, amely felelős a nátrium-ionok eltávolításáért és a kálium-ionok bevezetéséért. Pontosabban, minden extrahált nátrium-ion esetében két káliumiont vezet be.

Ezek a transzporterek alacsony nátriumszintet tartanak a sejtben. Ha a sejt permeabilitása növekszik, és hirtelen több nátrium kerül be a membránba, a membránpotenciál radikálisan megváltozik. Nyilvánvalóan ez indítja el a cselekvési potenciált.

Pontosabban, a membrán nátriumpermeabilitása megnövekszik, mivel ezek bejutnak a neuronba. Ugyanakkor ez lehetővé tenné a káliumionok elhagyását a sejtből.

Hogyan történnek ezek a permeabilitás változások?

A sejtek membránjukba számos, ioncsatornáknak nevezett fehérjét ágyaztak be. Ezekben nyílások vannak, amelyeken az ionok beléphetnek vagy elhagyhatják a cellákat, bár nem mindig nyitottak. A csatornákat bizonyos eseményeknek megfelelően zárják vagy nyitják meg.

Az ioncsatornáknak többféle típusa létezik, és mindegyik általában kizárólag bizonyos típusú ionok vezetésére szakosodott.

Például egy nyitott nátrium-csatorna másodpercenként több mint 100 millió iont képes átvinni.

Hogyan állítják elő az akciópotenciálokat?

A neuronok elektrokémiai úton továbbítják az információkat. Ez azt jelenti, hogy a vegyi anyagok elektromos jeleket generálnak.

Ezeknek a vegyi anyagoknak elektromos töltése van, ezért ionoknak nevezik őket. Az idegrendszerben a legfontosabbak a nátrium és a kálium, amelyek pozitív töltéssel rendelkeznek. A kalcium (2 pozitív töltés) és a klór (egy negatív töltés) mellett.

A membránpotenciál változásai

Az akciópotenciál első lépése a sejt membránpotenciáljának megváltozása. Ennek a változásnak meg kell haladnia a gerjesztési küszöböt.

Pontosabban, csökken a membránpotenciál, amelyet depolarizációnak nevezünk.

Nátriumcsatornák megnyitása

Következésképpen a membránba ágyazott nátriumcsatornák kinyílnak, lehetővé téve, hogy a nátrium masszív módon bejuthasson a neuronba. Ezeket a diffúziós erők és az elektrosztatikus nyomás hajtják végre.

Mivel a nátrium-ionok pozitív töltésűek, a membránpotenciál gyors változását idézik elő.

Kálium-csatorna nyitása

Az axonmembránnak mind nátrium-, mind káliumcsatornái vannak. Ez utóbbi azonban később nyílik meg, mert kevésbé érzékenyek. Vagyis magasabb szintű depolarizációra van szükségük a megnyitáshoz, és ezért nyitnak később.

A nátriumcsatornák bezárása

Eljön az idő, amikor az akciópotenciál eléri a maximális értéket. Ettől az időtartamtól kezdve a nátrium-csatornák blokkolódnak és bezáródnak.

Már nem nyithatók újra, amíg a membrán újra el nem éri nyugalmi potenciálját. Következésképpen több nátrium sem juthat be az idegsejtekbe.

Kálium-csatorna bezárása

A káliumcsatornák azonban nyitva maradnak. Ez lehetővé teszi a káliumionok áramlását a cellán.

A diffúzió és az elektrosztatikus nyomás miatt, mivel az axon belseje pozitív töltésű, a kálium-ionok kiürülnek a cellából. Így a membránpotenciál visszanyeri szokásos értékét. Lassan, a káliumcsatornák bezáródnak.

A kationok ezen kijáratával a membránpotenciál visszanyeri normál értékét. Amikor ez megtörténik, a káliumcsatornák újra elzáródni kezdenek.

Amint a membránpotenciál eléri a normál értéket, a káliumcsatornák teljesen bezáródnak. Kissé később a nátriumcsatornák újraaktiválódnak, előkészítve egy újabb depolarizációt, hogy megnyissák őket.

Végül a nátrium-kálium transzporterek szekretálják a bejutott nátriumot, és visszanyerik a korábban elhagyott káliumot.

Hogyan terjed az információ az axonon keresztül?

Egy neuron részei. Forrás: A gép nem olvasható. NickGorton ~ commonswiki feltételezve (szerzői jogi igények alapján)

Az axon a neuron egy részéből áll, az ideg kábelszerű kiterjesztéséből. Túl hosszúak lehetnek ahhoz, hogy fizikailag távol eső neuronok összekapcsolódjanak és információkat küldjenek egymásnak.

Az akciópotenciál az axon mentén terjed és eléri a terminál gombjait, hogy üzeneteket küldjön a következő cellához. Ha meghatározzuk az akciópotenciál intenzitását az axon különböző területein, akkor azt látnánk, hogy annak intenzitása minden területen azonos.

Minden vagy semmi törvény

Ennek oka az, hogy az axonális vezetés alapvető törvényt követ: minden vagy semmi törvényét. Vagyis adott-e akciópotenciál, vagy sem. Miután elindult, áthalad az egész axonon a végéig, mindig ugyanazt a méretet tartva, nem növekszik vagy csökken. Továbbá, ha egy axon elágazik, az akciós potenciál megoszlik, de megtartja méretét.

Az akciópotenciálok az axon végén kezdődnek, amely a neuron szomaához kapcsolódik. Általában csak egy irányba haladnak.

Akció- és viselkedési lehetőségek

Lehet, hogy ezen a ponton kíváncsi: ha az akciópotenciál teljesen vagy semmi folyamat, akkor hogyan alakulnak ki bizonyos viselkedések, például izomkontrakciók, amelyek különböző intenzitási szinteken változhatnak? Ez a frekvencia törvényével történik.

A frekvencia törvénye

Ami történik, hogy egyetlen cselekvési potenciál nem nyújt közvetlenül információt. Ehelyett az információt az axon kisülési frekvenciája vagy kiürítési sebessége határozza meg. Vagyis az akciópotenciálok előfordulásának gyakorisága. Ezt nevezzük "frekvencia törvényének".

Így a nagy gyakoriságú akciós potenciál nagyon intenzív izom-összehúzódást eredményezhet.

Ugyanez vonatkozik az észlelésre. Például egy nagyon fényes vizuális stimulusnak, amelyet el kell készíteni, magas "lövési sebességet" kell eredményeznie a szemhez kapcsolt axonokban. Ilyen módon az akciópotenciálok gyakorisága tükrözi a fizikai stimulus intenzitását.

Ezért a semmi, vagy semmi törvényét a frekvencia törvénye nem egészíti ki.

Az információcsere egyéb formái

Az akciós potenciálok nem csak a neuronokban fellépő elektromos jelek osztályai. Például, ha az információt egy szinapszison keresztül továbbítják, akkor az elektromos impulzus kis impulzust eredményez az adatokat fogadó neuron membránjában.

A szinapszis vázlata. Forrás: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

Időnként az enyhe depólarizáció, amely túl gyenge akciós potenciál előállításához, kissé megváltoztathatja a membránpotenciált.

Ez a változás azonban az axonon áthaladva fokozatosan csökken. Az ilyen típusú információátvitel során sem a nátrium-, sem a káliumcsatorna nem nyílik meg, sem nem záródik be.

Így az axon tengeralattjáró kábelként viselkedik. Ahogy a jelet továbbítják rajta, amplitúdója csökken. Ezt lefelé vezetőképességnek nevezik, és az axon tulajdonságai miatt fordul elő.

Akciópotenciálok és myelin

Szinte minden emlős axonjait a mielin borítja. Vagyis olyan szegmenseik vannak, amelyeket olyan anyag vesz körül, amely lehetővé teszi az idegvezetést, ezzel gyorsabbá téve. A mielin az axon körül tekercsel, anélkül hogy hagyná az extracelluláris folyadékot elérni.

A mielinet a központi idegrendszerben oligodendrocitáknak nevezett sejtek termelik. Míg a perifériás idegrendszerben Schwann-sejtek termelik.

A mielin szegmenseket, az úgynevezett mielin hüvelyeket, az axon csupasz területei osztják egymástól. Ezeket a területeket Ranvier csomóknak nevezik, és érintkezésbe kerülnek az extracelluláris folyadékkal.

Az akciópotenciál nem myelinált axonban (amelyet a mielin nem fed le) eltérően, mint egy mielinizált axonban.

A huzal tulajdonságai miatt az akciós potenciál áthaladhat a mielinnel borított axonális membránon. Az axon ilyen módon vezeti az elektromos változást a cselekvési potenciál helyétől a Ranvier következő csomópontjáig.

Ez a változás kissé kicsit elkeskenyedik, de elég erős ahhoz, hogy akciópotenciált okozzon a következő csomópontban. Ezt a potenciált ezután elindítják vagy megismételik a Ranvier minden csomópontjában, átjutva a myelinizált területeken a következő csomópontba.

Az akciópotenciálok ilyen jellegű vezetését salátáló vezetésnek nevezzük. A neve a latin „saltare” -ből származik, ami azt jelenti: „táncolni”. A koncepció azért van, mert az impulzus úgy tűnik, hogy ugrás csomópontról csomópontra.

A sólyagvezetés előnyei az akciós potenciál továbbítására

Az ilyen típusú vezetésnek megvannak az előnyei. Mindenekelőtt az energiatakarékosság érdekében. A nátrium-kálium transzporterek sok energiát költenek, hogy az akciópotenciálok során felesleges nátriumot vonjanak ki az axonból.

Ezek a nátrium-kálium transzporterek az axon azon területein helyezkednek el, amelyeket a mielin nem fed le. Egy mielinizált axonban azonban a nátrium csak Ranvier csomópontjaiba juthat be. Emiatt sokkal kevesebb nátrium kerül a vízbe, és emiatt kevesebb nátriumot kell kiszivárogtatni, tehát a nátrium-kálium transzportereknek kevésbé kell dolgozniuk.

A mielin másik előnye a sebesség. Az akciópotenciál gyorsabban hajtódik végre a myelinált axonban, mivel az impulzus "ugrik" egyik csomópontról a másikra anélkül, hogy át kellene haladnia a teljes axonon.

Ez a sebességnövekedés az állatokat gyorsabb gondolkodásra és reagálásra készteti. Más élőlényeknek, például a tintahalnak, myelin nélküli axonjaik vannak, amelyek méretük növekedése miatt sebességet szereznek. A tintahal-axonok átmérõje nagy (kb. 500 μm), ami lehetõvé teszi számukra, hogy gyorsabban haladjanak (kb. 35 méter másodpercenként).

Ugyanakkor ugyanolyan sebességgel haladnak az akciópotenciálok a macskák tengelyeiben, bár ezek átmérője csak 6 μm. Ami történik, hogy ezek az axonok tartalmaznak mielint.

A myelinált axon kb. 432 kilométer / óra sebességgel képes cselekvési potenciált vezetni, 20 um átmérővel.

Irodalom

1. Akciópotenciálok. (Sf). Begyűjtve: 2017. március 5-én a Hyperphysics-től, a Georgia State University-től: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). A viselkedés élettana 8. kiadás: Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (második). Fények, kamera, akciós potenciál. Beérkezett 2017. március 5-én, a Washingtoni Egyetemen: faculty.washington.edu.
4. A cselekvési potenciál szakaszai. (Sf). Beolvasva 2017. március 5-én, a Boundless webhelyről: borderless.com.