Akčný potenciál vysvetlený! Funkcia, úloha, choroby; Porucha
Neurón (nervová bunka)
Pixabay/fanukhan986
Pojmom akčný potenciál sa označujú krátkodobé zmeny membránového potenciálu v tele. Akčné potenciály zvyčajne vznikajú na kopci axónov nervových buniek a zaisťujú, že môže dôjsť k prenosu stimulu.
Akčný potenciál má krivku napätia od -90 mV do viac ako +30 mV a je protipólom zvyšného potenciálu. Nasledujúci článok najskôr vysvetľuje, aký je akčný potenciál a aké úlohy a funkcie v tele preberá. Ďalej sú zaznamenané sťažnosti a choroby, ktoré súvisia s akčným potenciálom, a všetky dôležité fakty sú zhrnuté v zoznamoch.
Aký je akčný potenciál?
Pod akčným potenciálom sa rozumie proces tela, v ktorom v nervových bunkách dochádza k spontánnemu obráteniu náboja. Takmer všetky akčné potenciály vznikajú na kopci axónov nervových buniek, pričom kopec axónov je vždy východiskovým bodom predných projekcií každej jednotlivej nervovej bunky. Za účelom spontánneho obrátenia pristátia migruje akčný potenciál pozdĺž nervového procesu alebo axónu.
Každý akčný potenciál má iné trvanie. Obdobia medzi milisekundou a niekoľkými minútami sú úplne bežné. Trvanie akčného potenciálu zároveň nemá žiadny vplyv na jeho intenzitu, pretože je vždy rovnaké. Neexistuje teda rozdelenie na slabé a silné akčné potenciály. Akčné potenciály je možné rozdeliť na všetky reakcie alebo nič.
Reakcie na všetko vznikajú, keď je stimul dostatočne silný, a tým sa úplne spustí akčný potenciál. Na druhej strane nič nie je dané akčným potenciálom, ktorý nebol vôbec spustený. Reakcie všetkého a ničoho majú obe fázy, ktoré musia prejsť.
Trvanie a fázy
Trvanie akčného potenciálu závisí od príslušnej bunky. Napríklad bunka srdcového svalu má akčný potenciál niekoľko stoviek milisekúnd. Trvanie je určené vašou vlastnou srdcovou frekvenciou, takže existujú rozdiely súvisiace s predmetom.
Ap bunky srdcového svalu je určená srdcovou frekvenciou
Na druhej strane má bunka kostrového svalstva podstatne kratšie trvanie akčného potenciálu. Za jednu až dve milisekundy je ich trvanie iba asi stotina.
Akčný potenciál, ktorý sa často označuje ako ap, má spravidla štyri fázy. V prvej fáze je zmena napätia medzi vnútornou časťou článku a vonkajšou časťou článku -90 mV až +30 mV. Tento proces sa nazýva depolarizácia a vytvára krátky napäťový hrot, takzvaný počiatočný hrot.
Počiatočný vrchol má napätie približne +30 mV. Po dosiahnutí počiatočného vrcholu začína druhá fáza.
Hodnota mierne klesá na okolo 0 mV. Zostáva tu istý čas, takže táto fáza je známa ako fáza plató. Tretia fáza nasleduje po fáze plató, v ktorej nasleduje repolarizácia. Používa sa tu aj sodíkovo-draselné čerpadlo. Nakoniec je zahájená štvrtá fáza alebo pokojový potenciál.
Na prvý pohľad
Zhrnutie akčného potenciálu
- spontánne obrátenie náboja nervových buniek
- vznikajú na kopci axónov nervových buniek
- túlať sa axónom
- má rôzne trvanie - od niekoľkých milisekúnd po minúty
- žiadne rozdelenie na slabé a silné akčné potenciály - iba všetko a nič reakcie
- má veľkú krivku napätia - od -90 mV do +30 mV späť do -90 mV
- zaisťuje krátku polarizáciu kľudových potenciálov
- má štyri rôzne fázy
Prenos signálu
Prenos neurálneho signálu v centrálnom nervovom systéme
Akčný potenciál je súčasťou prenosu neurónového signálu v centrálnom nervovom systéme. Hlavnou úlohou nervov je prenos informácií a tým okrem iného spúšťanie reakcií v tele. Na tento účel má väčšina nervových buniek dva typy špecializovaných procesov.
Axón, ktorý je zodpovedný za akčný potenciál, vedie informácie preč z tela bunky a do ďalších nervových buniek. Na rozdiel od toho sú informácie prijímané prostredníctvom dendritov a prenášané do tela bunky. Dendrity sú veľmi podobné vetvám stromu.
Tieto dva neuróny nie sú navzájom priamo spojené. Medzi nimi ležia synapsie, prostredníctvom ktorých môžu určité nervové bunky nadviazať spojenie s tisíckami ďalších nervových buniek.
Prenos neuronového signálu v centrálnom nervovom systéme funguje pomocou dvoch „jazykov“, elektrického a chemického jazyka. „Jazyky“ však nekonajú oddelene, ale navzájom sa spájajú.
Ak je nervová bunka najskôr excitovaná, aktivuje sa akčný potenciál, pretože informácia sa prenáša ako elektrický impulz, ktorým je nakoniec akčný potenciál, pozdĺž axónu k synapse. Pretože kontaktné body nervových buniek sú oddelené úzkou medzerou, a preto sa nemôžu dotýkať, prijatú správu nemožno odovzdať ďalej.
Aby bolo možné poslať správu ďalej, musí sa elektrický signál previesť na chemický signál. Neurotransmitery sa uvoľňujú, akonáhle akčný potenciál dosiahne synapsiu.
Princíp zámku a kľúča
Teraz prevedený signál je schopný prechádzať synaptickou medzerou a dostať sa na druhú stranu, aby bolo možné správu odovzdať receptorom. Tieto fungujú podľa takzvaného princípu zámku kľúčov.
Neurotransmitery môžu byť tiež vzrušené. Nové vzrušené vysielače zase vyvolávajú akčný potenciál, vďaka ktorému sa informácia úspešne preniesla. Ak sú však zapojené inhibičné neurotransmitery, je prenos akčných potenciálov sťažený alebo dokonca úplne prerušený.
Prenos elektronických informácií a ich premena na chemické látky prenášajúce signál nakoniec tvoria základný princíp prenosu neurónového signálu, ktorý sa nachádza v celom centrálnom nervovom systéme.
Funkcie a úlohy
Aj keď sú takmer všetky sodíkové kanály uzavreté, niektoré draslíkové kanály sú otvorené. Draselné ióny sa však stále pohybujú, takže bunky sú schopné udržiavať takzvaný pokojový membránový potenciál, ktorý má napätie okolo -70 mV.
Meranie napätia vo vnútri axónu by viedlo k negatívnemu potenciálu -70 mV. Nízke napätie je založené na nerovnováhe náboja iónov, ktorá sa nachádza v priestore mimo bunkovej tekutiny a článku.
Dendrity, receptory vnímavých nervových buniek, absorbujú všetky prijaté podnety a automaticky ich prenášajú na kopec axónov. Prenos sa uskutočňuje vždy cez telo bunky. Pred príchodom stimulov má pokojová membránový potenciál rovnakú hodnotu.
Iba keď dorazí stimul, zmení sa potenciál pokojovej membrány, takže sa spustí akčný potenciál. Prahová hodnota na kopci axónu však musí byť prekročená, aby sa úspešne spustil akčný potenciál. E.
Prahová hodnota sa dá dosiahnuť iba pri hodnote napätia alebo pri zvýšení membránového potenciálu od 20 mV do -50 mV. Napríklad pri nižšom membránovom potenciáli -55 mv je spôsobená reakcia typu všetko alebo nič, takže informácie nie je možné odovzdať ďalej.
Výsledkom je, že na kopci axónov nervovej bunky vzniká akčný potenciál, ktorý je predpokladom prenosu stimulov. Len čo dôjde k prekročeniu prahovej hodnoty, sodíkové kanály umiestnené v bunke sa otvoria.
Pozitívne nabité sodíkové ióny môžu prúdiť dovnútra otvorenými sodíkovými kanálmi. Pokojový potenciál sa ďalej zvyšuje. Keď sa sodíkové kanály otvoria, draslíkové kanály sa súčasne zatvoria, čo vedie k obráteniu polarizácie. Z dôvodu repolarizácie je priestor vo vnútri axónu krátkodobo kladne nabitý. V odbornom žargóne sa táto fáza často označuje ako prekročenie.
Membránový potenciál
Membránový potenciál má maximálnu kapacitu. Pred dosiahnutím maxima sa však sodíkové kanály opäť zatvoria. Len čo sa sodíkové kanály opäť uzavrú, otvoria sa draslíkové kanály, čo umožňuje odtoku draselných iónov z bunky.
Výsledkom je repolarizácia. Tu sa membránový potenciál opäť blíži k pokojovému potenciálu, takže na krátky čas dôjde k takzvanej hyperpolarizácii. Týmto poklesne membránový potenciál pod -70 mV napätia.
Hyperpolarizácia, ktorá sa prezýva refraktérna doba, trvá iba asi dve milisekundy. Zatiaľ čo refraktérna doba pokračuje, súčasne nemožno spustiť žiadny akčný potenciál. Ak by sa popri hyperpolarizácii uplatnil akčný potenciál, bunky by sa nadmerne dráždili, takže samotné telo by nadmernej dráždivosti zabránilo.
Len čo je regulácia ukončená, má sodíkovo-draselné čerpadlo opäť napätie -70 mV. Stimulácia stimulu je tiež opäť možná. Zároveň umožňuje prenos akčného potenciálu z jedného axonového úseku do druhého.
Predchádzajúca časť je však stále v refraktérnom období, takže k prenosu stimulov môže dôjsť iba jednostranne a zabráni sa návratu. Prenos podnetov prebieha kontinuálne, ale zároveň je dosť pomalý.
Na druhej strane, prenos slaných stimulov prebieha rýchlejšie. Pomocou neho sú axóny pokryté takzvaným myelínovým obalom, ktorý má efekt izolačnej pásky. Myelínové puzdro však nie je spojité, ale prerušované znova a znova. Prerušenia sú známe ako Schnürringe.
Pri prenosu soľného stimulu sa prenos neuskutočňuje v jednom kuse, pretože akčný potenciál preskakuje z jedného krúžku na druhý. Vďaka týmto kvázi spojitým skokom je rýchlosť vpred schopná prudko stúpať. Normálny aj soľný prenos stimulov majú ako základ pre prenos stimulov akčný potenciál, takže všetky telesné funkcie sú založené na tomto prenose.
Na prvý pohľad
Zhrnutie funkcií a úloh akčného potenciálu
- odovzdanie elektronických informácií nervovým bunkám
- sa spustí a nie je automaticky aktívny
- informácie nemožno postúpiť bez akčného potenciálu
- Pomalý alebo rýchly prenos stimulu - soľný prenos stimulu s myelínovým obalom
Choroby a choroby
Choroby, poruchy a sťažnosti na akčný potenciál
Pokiaľ ide o choroby a sťažnosti na akčný potenciál, môžu byť najskôr napadnuté myelínové obaly nervových buniek. Tento útok zničí citlivú vagínu, takže dôjde k vážnemu narušeniu prenosu stimulov.
Skleróza multiplex vedie k demyelinizácii
Ak vrstva myelínu už nie je prítomná, strácajú podnety pri prenose časť svojho náboja. Nervy prechádzajú ďalej, ale vyžadujú podstatne viac náboja, aby bolo možné vzrušiť jednotlivé prerušenia myelínového obalu axónu.
Ak je vrstva myelínu iba mierne poškodená, vytvára sa akčný potenciál s oneskorením. Vážne poškodenie však môže zabezpečiť, že sa vedenie budenia úplne preruší, pretože v takom prípade nemožno spustiť jediný akčný potenciál.
Genetické chyby, ako je Charcot-Marie-Toothova choroba alebo Krabbeho choroba, môžu mať vplyv na myelínové obaly. Skleróza multiplex tiež spôsobuje demyelinizáciu. U ľudí, ktorí trpia na sklerózu multiplex, imunitné bunky tela napádajú myelínové obaly a ničia ich pri tom. Útok postihuje rôzne bunky, takže okrem iného môže dôjsť k všeobecnej slabosti, paralýze, spasticite, poruchám zraku alebo citlivosti a jazykovým poruchám.
Paramyotonia congenita
Sodný kanál je naopak ovplyvnený veľmi zriedkavým ochorením Paramyotonia congenita. Sodné ióny môžu tiež preniknúť do buniek počas uzavretého sodíkového kanála, takže sa tam spustí akčný potenciál.
Stáva sa to aj vtedy, keď nie je vôbec žiadny stimul. Vďaka tomu sú nervy neustále napnuté, takže dochádza k zvýšenému svalovému napätiu alebo myotónii. Ak sa dotknutá osoba pohybuje dobrovoľne, je badateľné výrazne oneskorené uvoľnenie svalov.
U Paramyotonia congenita môže dôjsť aj k opačnému koncu. Tu sodíkový kanál neumožňuje žiadne sodíkové ióny do bunky, hoci je v ňom prítomný patogén. Akčný potenciál je možný iba s oneskorením alebo sa v niektorých prípadoch nespustí vôbec, aby na stimul neprišla žiadna reakcia.
To má za následok poruchy citlivosti, ochrnutie alebo svalovú slabosť. Pretože nízke teploty priaznivo ovplyvňujú výskyt príznakov u oboch foriem Paramyotonia congenita, je potrebné čo najviac zabrániť ochladeniu svalov.
Na prvý pohľad
Zhrnutie chorôb a sťažností na akčný potenciál
- Útok a zničenie myelínových obalov
- vážne poruchy v prenose podnetov
- mierne a vážne poškodenie myelínovej vrstvy - oneskorený alebo neexistujúci akčný potenciál
- Genetické účinky, ako je Carchot-Marie-Toothova choroba, krabova choroba a roztrúsená skleróza - spôsobujú rôzne príznaky a choroby, ako je paralýza a poruchy.
- Vrodená paramyotónia v oboch verziách
Často kladené otázky a odpovede
Ďalej sú uvedené odpovede na časté otázky o akčnom potenciáli.
Prečo sa akčný potenciál posúva iba jedným smerom?
Počas refraktérnej periódy nemôžu byť excitované axóny alebo nervové bunky. Tento stav trvá, kým sa potenciál neobnoví. Medzitým sa však excitácia šíri pozdĺž axónu na oboch stranách. Z tohto dôvodu vzrušenie nemôže udrieť späť, ale musí cestovať pozdĺž nervu.
Aký je rozdiel medzi akčným a membránovým potenciálom?
Membránovému potenciálu dominuje iónový posun. Napríklad to môže mať za následok negatívny náboj mimo nervovej bunky, ktorý sa prevedie na pozitívny náboj. Je možná aj konverzia v opačnom smere. V mitochondriách a na nervových bunkách existuje membránový potenciál.
Akčný potenciál však zaisťuje, že sa rozdiel poplatkov na krátku dobu zruší. Rozdiel v náboji je neutralizovaný iónovým transportom. To sa deje aktiváciou kanálov závislých od napätia. Vďaka tomu sa akčný potenciál pohybuje pozdĺž membrány, na ktorej predtým prevažoval rozdiel nábojov.
Čo sa stane s akčným potenciálom, ak sa nedosiahne hranica?
Na spustenie akčného potenciálu je potrebné dosiahnuť určitú hranicu. To je medzi 20 mV a -50 mV napätím. Ak sa táto prahová hodnota nedosiahne, akčný potenciál sa nespustí, pretože sa neprenáša budenie. Akčný potenciál funguje podľa princípu „všetko alebo nie“, takže ho možno prenášať, iba ak sa dosiahne potrebná prahová hodnota.