Propagazione e fasi Azione potenziale

Lui Potenziale d'azione È un fenomeno elettrico o chimico a breve termine che si verifica nei neuroni del nostro cervello. Si può dire che è il messaggio che un neurone trasmette ad altri neuroni.

Il potenziale d'azione si verifica nel corpo della cellula (nucleo), chiamato anche soma. Viaggia attraverso l'assone (prolungamento dei neuroni, simile a un cavo) fino a raggiungere la sua estremità, chiamato pulsante terminale.

I potenziali d'azione in un determinato assone hanno sempre la stessa durata e intensità. Se l'assone si ramifica in altre estensioni, il potenziale d'azione è diviso, ma la sua intensità non è ridotta.

Quando il potenziale d'azione raggiunge i pulsanti del terminale neurone, secernono sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori. Queste sostanze eccitano o inibiscono il neurone che le riceve, essendo in grado di generare un potenziale d'azione in quel neurone.

Gran parte di ciò che si sa sui potenziali d'azione dei neuroni provengono da esperimenti condotti con assoni di calamari giganti. È facile studiare per le sue dimensioni, poiché si estende dalla testa alla coda. Servono per l'animale per muoversi.

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Potenziale di membrana neurone

A. Vista schematica di un potenziale d'azione ideale. B. Record reale di un potenziale d'azione. Fonte: In: Memenen/CC BY-SA (http: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/)

I neuroni hanno una carica elettrica diversa all'interno rispetto all'esterno. Questa differenza si chiama Potenziale di membrana.

Quando è un neurone Potenziale di riposo, Significa che la sua carica elettrica non è alterata da potenziali sinaptici eccitatori o inibitori.

D'altra parte, quando altri potenziali lo influenzano, il potenziale di membrana può essere ridotto. Questo è noto come depolarizzazione.

Al contrario, quando il potenziale della membrana aumenta rispetto al suo normale potenziale, viene chiamato un fenomeno Iperpolarizzazione.

Quando viene prodotto improvvisamente un investimento molto rapido di potenziale di membrana, c'è un Potenziale d'azione. Questo consiste in un breve impulso elettrico, che si traduce nel messaggio che viaggia attraverso l'assone del neurone. Inizia nel corpo cellulare, raggiungendo i pulsanti del terminale.

L'impulso nervoso viaggia attraverso l'assone

È importante notare che per un potenziale d'azione, i cambiamenti elettrici devono raggiungere una soglia, chiamata Soglia di eccitazione. Questo è il valore del potenziale di membrana a cui si verifica il potenziale d'azione.

Schema di una sinapsi chimica

Potenziali d'azione e cambiamenti nei livelli di ioni

Una permeabilità della membrana neurone durante un potenziale d'azione. Stato di riposo (1), ioni di sodio e potassio non possono passare attraverso la membrana e il neurone ha un carico negativo all'interno. La depolarizzazione (2) del neurone attiva il canale di sodio, consentendo agli ioni sodio di passare attraverso la membrana del neurone. Ripolarizzazione (3), dove i canali di sodio si chiudono e si aprono i canali di potassio, ioni di potassio attraversano la membrana. Il periodo refrattario (4), il potenziale della membrana ritorna allo stato di riposo mentre i canali di potassio si chiudono. Fonte: permeabilità della membrana di un neurone durante un potenziale d'azione.PDF e potenziale d'azione, cthompson02

In condizioni normali, il neurone è pronto a ricevere sodio (Na+) all'interno. Tuttavia, la sua membrana non è molto permeabile a questo ione.

Inoltre, ha i noti "trasportatori di sodio-potasia" una proteina che si trova nella membrana cellulare che è responsabile della rimozione di ioni di sodio da esso e introduce ioni di potassio in esso. In particolare, per ogni 3 ioni di sodio estrae, introduce due potassio.

Questi trasportatori mantengono un basso livello di sodio all'interno della cellula. Se la permeabilità della cellula aumenta ed entra in una maggiore quantità di sodio in essa improvvisamente, il potenziale di membrana cambierebbe radicalmente. Apparentemente, questo è ciò che causa un potenziale d'azione.

In particolare, la permeabilità della membrana al sodio aumenterebbe, entrando nel neurone. Mentre, allo stesso tempo, ciò consentirebbe agli ioni di potassio di lasciare la cellula.

Come sono questi cambiamenti di permeabilità?

Le cellule hanno incorporato nella loro membrana numerose proteine ​​chiamate Canali ionici. Questi hanno aperture attraverso le quali gli ioni possono entrare o lasciare le celle, sebbene non siano sempre aperti. I canali si chiudono o si aprono secondo determinati eventi.

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Esistono più tipi di canali ionici e ognuno è generalmente specializzato per portare a determinati tipi di ioni esclusivamente.

Ad esempio, un canale di sodio aperto può perdere più di 100 milioni di ioni al secondo.

Come vengono prodotti i potenziali d'azione?

I neuroni trasmettono informazioni elettrochimicamente. Ciò significa che le sostanze chimiche producono segnali elettrici.

Questi prodotti chimici hanno una carica elettrica, quindi sono chiamati ioni. I più importanti nel sistema nervoso sono il sodio e il potassio, che hanno un carico positivo. Oltre al calcio (2 cariche positive) e al cloro (un carico negativo).

Cambiamenti nel potenziale di membrana

Il primo passo per il potenziale d'azione è un cambiamento nel potenziale della membrana cellulare. Questo cambiamento deve superare la soglia di eccitazione.

In particolare, c'è una riduzione del potenziale di membrana, che si chiama depolarizzazione.

Apertura di canali di sodio

Di conseguenza, i canali di sodio incorporati nella membrana aperti, consentendo al sodio di essere massicciamente all'interno del neurone. Questi sono guidati dalla diffusione elettrostatica e dalle forze di pressione.

Poiché gli ioni di sodio sono caricati positivamente, producono un rapido cambiamento nel potenziale di membrana.

Apertura del canale di potassio

La membrana degli assoni ha canali sia di sodio che di potassio. Tuttavia, quest'ultimo aperto più tardi, perché sono meno sensibili. Cioè, hanno bisogno di un livello più elevato di depolarizzazione per aprire ed è per questo che si aprono in seguito.

Chiusura del canale di sodio

Arriva un momento in cui il potenziale d'azione raggiunge il suo valore massimo. Da questo periodo, i canali del sodio sono bloccati e chiusi.

Non possono più aprirsi fino a quando la membrana non raggiunge di nuovo il potenziale di riposo. Di conseguenza, non può più entrare nel neurone.

Chiusura del canale di potassio

Tuttavia, i canali di potassio rimangono aperti. Ciò consente agli ioni di potassio di fluire attraverso la cellula.

A causa della diffusione e della pressione elettrostatica, poiché l'interno dell'assone viene caricato positivamente, gli ioni di potassio vengono spinti nella cella. Pertanto, il potenziale di membrana sta recuperando il suo solito valore. A poco a poco, i canali di potassio stanno chiudendo.

Questo output cationico rende il potenziale della membrana recuperare il suo valore normale. Quando ciò si verifica, i canali di potassio iniziano a chiudere di nuovo.

All'epoca il potenziale di membrana raggiunge il suo valore normale, i canali di potassio sono completamente chiusi. Qualcosa in seguito, i canali del sodio vengono riattivati ​​preparando per un'altra depolarizzazione per aprirli.

Infine, i trasportatori di sodio-potassio secernono il sodio che era entrato e recuperato il potassio che era uscito in precedenza.

Come si diffondono le informazioni attraverso l'assone?

Parti di un neurone. Fonte: nessun autore leggibile da macchina fornita. Nickgorton ~ Commonswiki assunto (in base alle richieste di copyright)

L'assone è costituito da una parte del neurone, un'estensione simile a un cavo. Possono essere molto lunghi per consentire ai neuroni che sono fisicamente remoti possono connettersi e inviare informazioni.

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Il potenziale di azione si diffonde lungo l'assone e raggiunge i pulsanti del terminale per inviare messaggi alla cella successiva. Se misuriamo l'intensità del potenziale d'azione da diverse aree dell'assone, scopriremmo che la sua intensità rimane la stessa in tutte le aree.

Legge di tutti o niente

Ciò si verifica perché la conduzione assonale segue una legge fondamentale: la legge di tutti o niente. Cioè, si verifica un potenziale d'azione o non si verifica. Una volta che inizia, viaggia attraverso l'assone al suo estremo mantenendo sempre le stesse dimensioni, non aumenta o diminuisce. Inoltre, se un assone si ramifica, il potenziale d'azione è diviso, ma mantiene le sue dimensioni.

I potenziali d'azione iniziano alla fine dell'assone che è attaccato al soma del neurone. Normalmente, di solito viaggiano in una direzione.

Potenziali di azione e comportamento

È possibile che, a questo punto, ti chiedi: se il potenziale d'azione è un processo di tutto o nulla, come si verificano determinati comportamenti come la contrazione muscolare che può variare tra diversi livelli di intensità? Questo accade dalla legge della frequenza.

Legge di frequenza

Quello che accade è che un singolo potenziale d'azione non fornisce direttamente le informazioni. D'altra parte, le informazioni sono determinate dalla frequenza di scarico o dalla velocità di scatto di un assone. Cioè, la frequenza in cui si verificano potenziali d'azione. Questo è noto come "legge di frequenza".

Pertanto, un'alta frequenza di potenziali d'azione porterebbe a una contrazione muscolare molto intensa.

Lo stesso vale per la percezione. Ad esempio, uno stimolo visivo molto brillante, da catturare, deve produrre un "tasso di tiro" negli occhi legati agli occhi. In questo modo, la frequenza dei potenziali d'azione riflette l'intensità di uno stimolo fisico.

Pertanto, la legge o nulla è integrato dalla legge di frequenza.

Altre forme di scambio di informazioni

I potenziali d'azione non sono l'unico tipo di segnali elettrici che si verificano nei neuroni. Ad esempio, inviando informazioni tramite una sinapsi c'è un piccolo impulso elettrico nella membrana del neurone che riceve i dati.

Schema di sinapsi. Fonte: Thomas Splettstoesser (www.Scistilo.com)

In alcune occasioni, una leggera depolarizzazione troppo debole per produrre un potenziale d'azione, può alterare leggermente il potenziale della membrana.

Tuttavia, questa alterazione si riduce gradualmente mentre viaggia attraverso l'assone. In questo tipo di trasmissione di informazioni, né i canali di sodio né potassio si aprono né si aprono.

Pertanto, l'assone funge da cavo subacqueo. Man mano che il segnale viene trasmesso da esso, la sua ampiezza sta diminuendo. Questo è noto come conduzione decrescente e si verifica a causa delle caratteristiche dell'assone.

Potenziali di azione e mielina

Gli assoni di quasi tutti i mammiferi sono coperti di mielina. Cioè, hanno segmenti circondati da una sostanza che consente la guida nervosa, rendendola più veloce. La mielina viene arrotolata attorno all'assone senza lasciare che il fluido extracellulare lo raggiunga.

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La mielina si verifica nel sistema nervoso centrale da cellule chiamate oligodendrociti. Mentre, nel sistema nervoso periferico, le cellule di Schwann lo producono.

I segmenti di mielina, noti come guaine di mielina, sono divisi tra loro dalle aree di assoni scoperte. Queste aree sono chiamate noduli Ranvier e sono in contatto con il fluido extracellulare.

Il potenziale d'azione viene trasmesso in modo diverso in un assone amienico (che non è coperto di mielina) che in un mielinico.

Il potenziale d'azione può viaggiare attraverso la membrana assonale coperta dalla mielina attraverso le proprietà del cavo. L'assone in questo modo, conduce il cambiamento elettrico dal luogo in cui il potenziale d'azione si verifica al seguente nodulo di Ranvier.

Questo cambiamento è leggermente ridotto, ma è abbastanza intenso da causare il potenziale d'azione nel seguente nodulo. Quindi, questo potenziale viene nuovamente attivato o ripetuto in ciascun nodulo di Ranvier, trasportando in tutta l'area del miele fino al nodulo successivo.

Questo tipo di guida dei potenziali d'azione è chiamato guida Saltatoria. Il suo nome viene dal latino "salto", che significa "danza". Il concetto è perché l'impulso sembra saltare da nodule a nodule.

Vantaggi della guida di salto per trasmettere potenziali d'azione

Questo tipo di guida ha i suoi vantaggi. Innanzitutto, per risparmiare energia. I trasportatori di sodio-potassio spendono molta energia estraendo il sodio in eccesso all'interno dell'assone durante i potenziali d'azione.

Questi trasportatori di sodio-potassio si trovano nelle aree degli assoni che non sono a nido d'ape. Tuttavia, in un assone mielinizzato, il sodio può entrare solo nei noduli Ranvier. Pertanto, molto meno sodio entra e per questo motivo, deve essere pompato meno sodio, quindi i trasportatori di sodio-potassio devono funzionare di meno.

Un altro vantaggio della mielina è la velocità. Un potenziale d'azione sta guidando più velocemente in un assone mielinizzato, poiché l'impulso "salta" da un nodulo all'altro, senza dover passare attraverso l'intero assone.

Questo aumento della velocità fa pensare e reagire gli animali e reagire più velocemente. Altri esseri viventi, come i calamari, hanno assoni senza mielina che raggiungono la velocità a causa di un aumento delle dimensioni. Gli assoni di calamari hanno un diametro di grandi dimensioni (circa 500 µm), che consente loro di viaggiare più velocemente (circa 35 metri al secondo).

Tuttavia, alla stessa velocità, i potenziali d'azione viaggiano negli assoni di gatto, sebbene abbiano un diametro di soli 6 µm. Quello che succede è che questi assoni contengono mielina.

Un assone mielinizzato può guidare i potenziali d'azione ad una velocità di circa 432 chilometri all'ora, con un diametro di 20 µm.

Riferimenti

1. Potenziali d'azione. (S.F.). Estratto il 5 marzo 2017 da Iperfisica, Georgia State University: Iperfisica.Phy-Astr.GSU.Edu.
2. Carlson, n.R. (2006). Fisiologia della condotta 8a ed. Madrid: Pearson.
3. Chudler, e. (S.F.). Lights, fotocamera, potenziale azione. Estratto il 5 marzo 2017 presso l'Università di Washington: Facoltà.Washington.Edu.
4. Fase del potenziale d'azione. (S.F.). Estratto il 5 marzo 2017, da illimitato: illimitato.com.