POTENȚIAL DE ACȚIUNE: PROPAGARE ȘI FAZE - GEOGRAFIA - 2025

Potențialul de acțiune este un fenomen electric sau chimic de scurta durata , care apare in neuronilor din creierul nostru. Se poate spune că este mesajul pe care un neuron îl transmite altor neuroni.

Potențialul de acțiune este produs în corpul celular (nucleu), numit și soma. Călătorește întregul axon (extensie neuronală, similară cu un fir) până ajunge la capătul său, numit buton terminal.

Potențialele de acțiune pe un axon dat au întotdeauna aceeași durată și aceeași intensitate. Dacă axonul se ramifică în alte procese, potențialul de acțiune se împarte, dar intensitatea acestuia nu este redusă.

Când potențialul de acțiune atinge butoanele terminale ale neuronului, acestea secretă substanțe chimice numite neurotransmițători. Aceste substanțe excită sau inhibă neuronul care le primește, putând genera un potențial de acțiune în respectivul neuron.

O mare parte din ceea ce se știe despre potențialele de acțiune ale neuronilor provin din experimente cu axoni de calmar uriași. Este ușor de studiat din cauza mărimii sale, deoarece se extinde de la cap la coadă. Ele servesc astfel încât animalul să se poată mișca.

Potențial al membranei neuronale

A. Vedere schematică a unui potențial ideal de acțiune. B. Înregistrare reală a unui potențial de acțiune. Sursa: ro: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Neuronii au o sarcină electrică diferită în interior decât în ​​exterior. Această diferență se numește potențialul membranei .

Atunci când un neuron este în potențial de repaus , înseamnă că sarcina sa electrică nu este modificată de potențialele sinaptice excitate sau inhibitoare.

Pe de altă parte, atunci când alte potențiale îl influențează, potențialul membranei poate fi redus. Aceasta este cunoscută sub numele de depolarizare .

Dimpotrivă, atunci când potențialul membranei crește în raport cu potențialul său normal, apare un fenomen numit hiperpolarizare .

Când apare o reversare foarte rapidă a potențialului membranei, apare un potențial de acțiune . Acesta constă într-un scurt impuls electric, care este tradus în mesajul care călătorește prin axonul neuronului. Începe în corpul celulei, ajungând la butoanele terminale.

Impulsul nervos se deplasează pe axon

Este important să se producă un potențial de acțiune, modificările electrice trebuie să atingă un prag, numit prag de excitație . Este valoarea potențialului de membrană care trebuie neapărat atins pentru ca potențialul de acțiune să apară.

Schema unei sinapse chimice

Potențialele de acțiune și modificările nivelurilor ionice

Permeabilitatea membrană a unui neuron în timpul unui potențial de acțiune. Ionii de potasiu (1), stare de repaus nu pot trece prin membrană, iar neuronul are o încărcare negativă în interior. Depolarizarea (2) neuronului activează canalul de sodiu, permițând ionilor de sodiu să treacă prin membrana neuronului. Repolarizare (3), unde canalele de sodiu se închid și se deschid canalele de potasiu, ionii de potasiu traversează membrana. În perioada refractară (4), potențialul membranei revine la starea de repaus pe măsură ce canalele de potasiu se închid. Sursa: Permeabilitatea membranei a unui neuron în timpul unui potențial de acțiune.pdf și potențial de acțiune, CThompson02

În condiții normale, neuronul este gata să primească sodiu (Na +) în interior. Cu toate acestea, membrana sa nu este foarte permeabilă la acest ion.

În plus, binecunoscuții „transportori de sodiu-potasiu” au o proteină găsită în membrana celulară, care este responsabilă de îndepărtarea ionilor de sodiu din ea și de introducerea ionilor de potasiu în ea. Mai exact, pentru fiecare 3 ioni de sodiu pe care îl extrage, introduce doi ioni de potasiu.

Acești transportori mențin nivelul de sodiu scăzut în celulă. Dacă permeabilitatea celulei crește și mai mult sodiu ar intra brusc în ea, potențialul membranei s-ar schimba radical. Aparent, aceasta este ceea ce declanșează un potențial de acțiune.

Mai exact, permeabilitatea membranei la sodiu ar fi crescută, acestea intrând în neuron. În același timp, acest lucru ar permite ionilor de potasiu să părăsească celula.

Cum apar aceste schimbări ale permeabilității?

Celulele au încorporat în membrana lor numeroase proteine ​​numite canale ionice . Acestea au deschideri prin care ionii pot intra sau părăsi celule, deși nu sunt întotdeauna deschise. Canalele sunt închise sau deschise în funcție de anumite evenimente.

Există mai multe tipuri de canale ionice și fiecare este de obicei specializat să conducă exclusiv anumite tipuri de ioni.

De exemplu, un canal de sodiu deschis poate trece mai mult de 100 de milioane de ioni pe secundă.

Cum se produc potențialele de acțiune?

Neuronii transmit informație electrochimic. Aceasta înseamnă că substanțele chimice produc semnale electrice.

Aceste substanțe chimice au o sarcină electrică, motiv pentru care sunt numite ioni. Cele mai importante în sistemul nervos sunt sodiul și potasiul, care au o încărcare pozitivă. Pe lângă calciu (2 sarcini pozitive) și clor (o încărcare negativă).

Modificări ale potențialului membranei

Primul pas pentru apariția unui potențial de acțiune este modificarea potențialului de membrană al celulei. Această modificare trebuie să depășească pragul de excitație.

Mai exact, există o reducere a potențialului de membrană, care se numește depolarizare.

Deschiderea canalelor de sodiu

În consecință, canalele de sodiu încorporate în membrană se deschid, permițând sodiu să intre masiv în neuron. Acestea sunt antrenate de forțele de difuzie și presiunea electrostatică.

Deoarece ionii de sodiu sunt încărcați pozitiv, determină o schimbare rapidă a potențialului de membrană.

Deschiderea canalului de potasiu

Membrana axonică are canale de sodiu și potasiu. Cu toate acestea, acestea din urmă sunt deschise mai târziu, deoarece sunt mai puțin sensibile. Adică au nevoie de un nivel mai mare de depolarizare pentru a se deschide și de aceea se deschid mai târziu.

Închiderea canalelor de sodiu

Vine un moment în care potențialul de acțiune atinge valoarea maximă. Din această perioadă, canalele de sodiu sunt blocate și închise.

Nu se mai pot deschide din nou până când membrana își atinge din nou potențialul de repaus. Ca urmare, nu mai poate intra în sodiu neuron.

Închiderea canalului de potasiu

Cu toate acestea, canalele de potasiu rămân deschise. Aceasta permite ionilor de potasiu să circule prin celulă.

Datorită difuziei și presiunii electrostatice, deoarece interiorul axonului este încărcat pozitiv, ionii de potasiu sunt împinși afară din celulă. Astfel, potențialul membranei își recuperează valoarea obișnuită. Încetul cu încetul, canalele de potasiu se închid.

Această ieșire a cationilor determină potențialul membranei să își recupereze valoarea normală. Când se întâmplă acest lucru, canalele de potasiu încep să se închidă din nou.

De îndată ce potențialul membranei atinge valoarea normală, canalele de potasiu se închid complet. Un pic mai târziu, canalele de sodiu sunt reactivate în pregătire pentru o altă depolarizare pentru a le deschide.

În cele din urmă, transportorii sodiu-potasiu secretă sodiul care intrase și recuperează potasiul care mai rămăsese anterior.

Cum se răspândește informația prin axon?

Părți ale unui neuron. Sursa: Nu este furnizat niciun autor care poate fi citit de mașină. Asumat de NickGorton ~ commonswiki (bazat pe revendicări de copyright)

Axonul constă dintr-o parte a neuronului, o extensie asemănătoare cablului. Pot fi prea lungi pentru a permite neuronilor care sunt fizic departe de a se conecta și de a-și transmite informații unii altora.

Potențialul de acțiune se propagă de-a lungul axonului și ajunge la butoanele terminale pentru a trimite mesaje către celula următoare. Dacă am măsura intensitatea potențialului de acțiune din diferite zone ale axonului, am constata că intensitatea acestuia rămâne aceeași în toate zonele.

Legea cu totul sau nimic

Aceasta se întâmplă deoarece conducerea axonală urmează o lege fundamentală: legea tuturor sau nimicului. Adică, un potențial de acțiune este dat sau nu. Odată ce începe, călătorește întregul axon până la sfârșitul său, menținând mereu aceeași dimensiune, nu crește sau nu scade. Mai mult, dacă un axon se ramifică, potențialul de acțiune se împarte, dar își păstrează dimensiunea.

Potențialele de acțiune încep de la sfârșitul axonului care este atașat de soma neuronului. De obicei, călătoresc într-o singură direcție.

Potențiale de acțiune și comportament

Vă veți întreba în acest moment: dacă potențialul de acțiune este un proces complet sau nimic, cum apar anumite comportamente, cum ar fi contracția musculară, care pot varia între diferite niveluri de intensitate? Acest lucru se întâmplă prin legea frecvenței.

Legea frecvenței

Ceea ce se întâmplă este că un potențial de acțiune unică nu furnizează în mod direct informații. În schimb, informațiile sunt determinate de frecvența de descărcare sau de viteza de tragere a unui axon. Adică frecvența la care apar potențialele de acțiune. Aceasta este cunoscută sub numele de „legea frecvenței”.

Astfel, o frecvență mare de potențial de acțiune ar duce la o contracție musculară foarte intensă.

Același lucru este valabil și în ceea ce privește percepția. De exemplu, un stimul vizual foarte luminos, pentru a fi capturat, trebuie să producă o „rată de tragere” ridicată în axonii atașați ochilor. În acest fel, frecvența potențialelor de acțiune reflectă intensitatea unui stimul fizic.

Prin urmare, legea tuturor sau nimicului este completată de legea frecvenței.

Alte forme de schimb de informații

Potențialele de acțiune nu sunt singurele clase de semnale electrice care apar la neuroni. De exemplu, trimiterea de informații printr-o sinapsă dă un impuls electric mic în membrana neuronului care primește datele.

Schema unei sinapse. Sursa: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

Uneori o ușoară depolarizare care este prea slabă pentru a produce un potențial de acțiune poate modifica ușor potențialul membranei.

Cu toate acestea, această modificare scade treptat pe măsură ce călătorește prin axon. În acest tip de transmisie a informațiilor, nici canalele de sodiu, nici de potasiu nu se deschid sau nu se închid.

Astfel, axonul acționează ca un cablu submarin. Pe măsură ce semnalul este transmis prin el, amplitudinea acestuia scade. Aceasta este cunoscută sub numele de conducție descendentă și apare datorită caracteristicilor axonului.

Potențiale de acțiune și mielină

Axonii aproape toate mamiferele sunt acoperite în mielină. Adică au segmente înconjurate de o substanță care permite conducerea nervilor, ceea ce o face mai rapidă. Mielina se înfășoară în jurul axonului fără a lăsa lichidul extracelular să ajungă la el.

Mielina este produsă în sistemul nervos central de către celule numite oligodendrocite. În timp ce, în sistemul nervos periferic, este produs de celulele Schwann.

Segmentele de mielină, cunoscute sub denumirea de teci de mielină, sunt împărțite între ele prin zone goale ale axonului. Aceste zone se numesc noduli Ranvier și sunt în contact cu lichidul extracelular.

Potențialul de acțiune este transmis diferit într-un axon nemielinat (care nu este acoperit în mielină) decât într-unul mielinizat.

Potențialul de acțiune poate călători prin membrana axonală acoperită de mielină datorită proprietăților sârmei. Axonul în acest fel, conduce schimbarea electrică de la locul unde are loc potențialul de acțiune până la următorul nod al Ranvier.

Această modificare se oprește ușor, dar este suficient de puternică pentru a provoca un potențial de acțiune în următorul nod. Acest potențial este apoi declanșat sau repetat în fiecare nod din Ranvier, transportându-se în întreaga zonă mielinizată la nodul următor.

Acest tip de conducere a potențialelor de acțiune se numește conducere salată. Numele său provine din latinescul „saltare”, care înseamnă „a dansa”. Conceptul se datorează faptului că impulsul pare să sară de la nod la nod.

Avantajele conducerii sărate pentru transmiterea potențialelor de acțiune

Acest tip de conducere are avantajele sale. În primul rând, pentru a economisi energie. Transportorii de sodiu-potasiu cheltuiesc multă energie tragând excesul de sodiu din interiorul axonului în timpul potențialelor de acțiune.

Acești transportori de sodiu-potasiu sunt localizați în zone ale axonului care nu sunt acoperite de mielină. Cu toate acestea, într-un axon mielinizat, sodiul poate intra doar în nodurile Ranvier. Din această cauză, intră mult mai puțin sodiu și, din acest motiv, trebuie pompat mai puțin sodiu, astfel că transportorii sodiu-potasiu trebuie să funcționeze mai puțin.

Un alt beneficiu al mielinei este viteza. Un potențial de acțiune se desfășoară mai rapid într-un axon mielinizat, din moment ce impulsul „sare” de la un nod la altul, fără a fi nevoie să parcurgă întregul axon.

Această creștere a vitezei determină animalele să gândească și să reacționeze mai repede. Alte ființe vii, cum ar fi calmarul, au axoni fără mielină care câștigă viteză datorită creșterii în dimensiune. Axonii calmarului au un diametru mare (aproximativ 500 µm), ceea ce le permite să călătorească mai rapid (aproximativ 35 de metri pe secundă).

Totuși, cu aceeași viteză, potențialele de acțiune se deplasează în axonii pisicilor, deși acestea au un diametru de doar 6 um. Ceea ce se întâmplă este că acești axoni conțin mielină.

Un axon mielinizat poate conduce potențialul de acțiune cu o viteză de aproximativ 432 de kilometri pe oră, cu un diametru de 20 µm.

Referințe

1. Potențiale de acțiune. (Sf). Preluat la 5 martie 2017, de la Hyperphysics, Universitatea de Stat din Georgia: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Fiziologia comportamentului Ed. A 8-a Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (nd). Lumini, cameră, potențial de acțiune. Preluat pe 5 martie 2017, de la Universitatea din Washington: facultatea.washington.edu.
4. Etapele potențialului de acțiune. (Sf). Preluat pe 5 martie 2017 de pe Boundless: boundless.com.