Aktionspotential die Nachricht von Neuronen

Die Aktionspotenzial es ist ein kurzlebiges elektrisches oder chemisches Phänomen, das in den Neuronen unseres Gehirns vorkommt. Es kann gesagt werden, dass es die Nachricht ist, die an andere Neuronen übertragen wird.

Es wird im Zellkörper (Zellkern), auch Soma genannt, produziert. Es reist durch das Axon (Verlängerung des Neurons, ähnlich einem Kabel), bis es sein Ende erreicht, den Endknopf genannt.

Die Aktionspotentiale in einem gegebenen Axon haben immer die gleiche Dauer und Intensität. Wenn das Axon in andere Erweiterungen verzweigt, wird das Aktionspotential geteilt, aber seine Intensität wird nicht verringert.

Wenn das Aktionspotential die Endknöpfe des Neurons erreicht, sekretieren sie Chemikalien, die Neurotransmitter genannt werden. Diese Substanzen regen oder inhibieren das Neuron, das sie empfängt, und können ein Aktionspotential in dem Neuron erzeugen.

Vieles von dem, was über die Aktionspotentiale von Neuronen bekannt ist, kommt von Experimenten, die mit Riesenkalmaraxonen durchgeführt wurden. Es ist leicht zu studieren wegen seiner Größe, da es vom Kopf bis zum Schwanz reicht. Sie dienen dazu, dass sich das Tier bewegen kann.

Membranpotential des Neurons

Neuronen haben in ihnen unterschiedliche elektrische Ladungen als außerhalb. Dieser Unterschied wird genannt Membranpotential.

Wenn ein Neuron drin ist Ruhepotential, bedeutet, dass seine elektrische Ladung nicht durch exzitatorische oder inhibitorische synaptische Potentiale verändert wird.

Auf der anderen Seite, wenn andere Potentiale es beeinflussen, kann das Membranpotential reduziert werden. Dies ist bekannt als Depolarisation.

Oder im Gegenteil, wenn das Membranpotential in Bezug auf sein normales Potential ansteigt, ein Phänomen genannt Hyperpolarisation.

Wenn eine sehr schnelle Inversion des Membranpotentials plötzlich auftritt, a Aktionspotenzial. Dies besteht aus einem kurzen elektrischen Impuls, der in die Nachricht übersetzt wird, die durch das Axon des Neurons läuft. Es beginnt im Zellkörper und erreicht die Terminalknöpfe.

Es ist wichtig zu betonen, dass elektrische Veränderungen eine Schwelle, genannt, erreichen müssen, damit ein Aktionspotential auftreten kann Anregungsschwelle. Es ist der Wert des Membranpotentials, der notwendigerweise erreicht werden muß, damit das Aktionspotential auftritt.

Aktionspotentiale und Veränderungen der Ionenwerte

Unter normalen Bedingungen ist das Neuron bereit, Natrium (Na +) in sich aufzunehmen. Jedoch ist seine Membran für dieses Ion nicht sehr durchlässig.

Darüber hinaus verfügt es über die bekannten "Natrium-Kalium-Transporter", ein Protein, das in der Zellmembran gefunden wird und für die Entfernung von Natriumionen und die Einführung von Kaliumionen verantwortlich ist. Insbesondere geben Sie für jeweils 3 extrahierte Natriumionen zwei Kaliumionen ein.

Diese Transporter behalten einen niedrigen Natriumgehalt innerhalb der Zelle bei. Wenn die Permeabilität der Zelle ansteigt und plötzlich eine größere Menge Natrium in die Zelle eindringt, ändert sich das Membranpotential radikal. Offensichtlich löst dies ein Aktionspotential aus.

Insbesondere würde die Permeabilität der Membran für Natrium erhöht werden, indem sie in das Neuron eintritt. Gleichzeitig würden die Kaliumionen die Zelle verlassen.

Wie treten diese Veränderungen der Permeabilität auf?

Die Zellen haben zahlreiche Proteine ​​in ihrer Membran eingebettet Ionenkanäle. Diese haben Öffnungen, durch die Ionen in die Zellen eintreten oder diese verlassen können, obwohl sie nicht immer offen sind. Die Kanäle sind nach bestimmten Ereignissen geschlossen oder geöffnet.

Es gibt verschiedene Arten von Ionenkanälen, und jeder ist in der Regel darauf spezialisiert, bestimmte Arten von Ionen ausschließlich zu betreiben.

Zum Beispiel kann ein offener Natriumkanal mehr als 100 Millionen Ionen pro Sekunde passieren.

Wie entstehen Aktionspotentiale?

Neuronen übertragen Informationen elektrochemisch. Dies bedeutet, dass Chemikalien elektrische Signale erzeugen.

Diese Chemikalien haben eine elektrische Ladung, weshalb sie Ionen genannt werden. Die wichtigsten im Nervensystem sind Natrium und Kalium, die eine positive Ladung haben. Neben Calcium (2 positive Ladungen) und Chlor (negative Ladung).

Veränderungen im Membranpotential

Der erste Schritt für das Auftreten eines Aktionspotentials ist eine Veränderung des Membranpotentials der Zelle. Diese Änderung muss die Erregungsschwelle überschreiten.

Insbesondere gibt es eine Verringerung des Membranpotentials, die als Depolarisation bezeichnet wird.

Eröffnung von Natriumkanälen

Als Konsequenz öffnen sich die in der Membran eingebetteten Natriumkanäle, wodurch Natrium massiv in das Innere des Neurons eindringen kann. Diese werden durch Diffusions- und elektrostatische Druckkräfte angetrieben.

Da Natriumionen positiv geladen sind, bewirken sie eine schnelle Änderung des Membranpotentials.

Eröffnung von Kaliumkanälen

Die Axonmembran hat sowohl Natrium- als auch Kaliumkanäle. Letztere werden jedoch später geöffnet, weil sie weniger empfindlich sind.Das heißt, sie brauchen ein höheres Maß an Depolarisation, um sich zu öffnen, und deshalb öffnen sie sich später.

Schließung von Natriumkanälen

Es kommt eine Zeit, in der das Aktionspotential seinen Maximalwert erreicht. Nach dieser Zeit sind die Natriumkanäle blockiert und geschlossen.

Sie können nicht mehr geöffnet werden, bis die Membran wieder das Ruhepotential erreicht. Infolgedessen kann kein Natrium mehr in das Neuron eindringen.

Schließung von Kaliumkanälen

Die Kaliumkanäle bleiben jedoch offen. Dadurch können Kaliumionen durch die Zelle fließen.

Aufgrund der Diffusion und des elektrostatischen Drucks werden, da das Innere des Axons positiv geladen ist, die Kaliumionen aus der Zelle herausgedrückt.

Somit nimmt das Membranpotential seinen üblichen Wert wieder an. Nach und nach schließen sich die Kaliumkanäle.

Dieser Austritt von Kationen bewirkt, dass sich das Membranpotential wieder normalisiert. Wenn dies geschieht, beginnen sich die Kaliumkanäle wieder zu schließen.

In dem Moment, in dem das Membranpotential seinen normalen Wert erreicht, schließen sich die Kaliumkanäle vollständig. Etwas später werden die Natriumkanäle reaktiviert und bereiten sich auf eine weitere Depolarisation vor, um sie zu öffnen.

Schließlich scheiden die Natrium-Kalium-Transporter das eingetretene Natrium aus und holen das Kalium zurück, das zuvor ausgeschieden war.

Wie werden die Informationen vom Axon weitergegeben?

Das Axon besteht aus einem Teil des Neurons, einer Verlängerung dieses Kabels ähnlich einem Kabel. Sie können sehr lang sein, damit sich Neuronen, die physisch weit entfernt sind, verbinden und Informationen senden können.

Das Aktionspotential breitet sich entlang des Axons aus und erreicht die Terminalknöpfe, um Nachrichten an die nächste Zelle zu senden.

Wenn wir die Intensität des Aktionspotentials aus verschiedenen Bereichen des Axons messen würden, würden wir feststellen, dass seine Intensität in allen Bereichen gleich bleibt.

Gesetz von allem oder nichts

Dies geschieht, weil die axonale Überleitung einem fundamentalen Gesetz folgt: dem Gesetz von allem oder nichts. Das heißt, ein Aktionspotential ist gegeben oder nicht gegeben. Sobald es beginnt, reist es durch das Axon bis zum Äußersten, behält immer die gleiche Größe bei, nimmt nicht zu oder ab. Wenn ein Axon sich verzweigt, wird das Aktionspotential geteilt, behält aber seine Größe bei.

Die Aktionspotentiale beginnen am Ende des Axons, das an das Soma des Neurons gebunden ist. Normalerweise reisen sie normalerweise nur in einer Richtung.

Handlungs- und Verhaltenspotentiale

Es ist möglich, dass Sie sich an dieser Stelle fragen: Wenn das Aktionspotential ein Alles-oder-Nichts-Prozess ist, wie treten bestimmte Verhaltensweisen wie Muskelkontraktionen auf, die zwischen verschiedenen Intensitätsebenen variieren können? Dies geschieht durch das Frequenzgesetz.

Gesetz der Frequenz

Was passiert, ist, dass ein einzelnes Aktionspotential keine Informationen direkt bereitstellt. Stattdessen wird die Information durch die Frequenz der Entladungs- oder Feuerrate eines Axons bestimmt. Das ist die Häufigkeit, mit der Aktionspotentiale auftreten. Dies ist bekannt als das "Gesetz der Frequenz".

Eine hohe Frequenz von Aktionspotentialen würde somit zu einer sehr intensiven Muskelkontraktion führen.

Das gleiche passiert mit der Wahrnehmung. Zum Beispiel muss ein sehr heller visueller Stimulus, der eingefangen werden soll, eine hohe "Feuerrate" in den Axonen erzeugen, die an den Augen befestigt sind. Auf diese Weise spiegelt die Häufigkeit der Aktionspotentiale die Intensität eines physikalischen Reizes wider.

Daher wird das Gesetz von allem oder Nichts durch das Gesetz der Häufigkeit ergänzt.

Andere Formen des Informationsaustausches

Aktionspotentiale sind nicht die einzigen Arten elektrischer Signale, die in Neuronen auftreten. Zum Beispiel gibt das Senden von Information durch eine Synapse einen kleinen elektrischen Impuls an die Membran des Neurons, das die Daten empfängt.

Bei bestimmten Gelegenheiten kann eine geringe Depolarisation, die zu schwach ist, um ein Aktionspotential zu erzeugen, das Membranpotential leicht verändern.

Diese Veränderung wird jedoch nach und nach reduziert, wenn sie durch das Axon wandert. Bei dieser Art der Informationsübertragung sind weder der Natrium- noch der Kaliumkanal geöffnet oder geschlossen.

So wirkt das Axon wie ein Unterwasserkabel. Wenn das Signal von ihm gesendet wird, nimmt seine Amplitude ab. Dies ist bekannt als abnehmende Leitung, und es tritt aufgrund der Eigenschaften des Axons auf.

Aktionspotentiale und Myelin

Die Axone fast aller Säugetiere sind mit Myelin bedeckt. Das heißt, sie haben Segmente, die von einer Substanz umgeben sind, die die Nervenleitung ermöglicht und sie schneller macht. Myelin wickelt sich um das Axon, ohne dass die extrazelluläre Flüssigkeit es erreichen kann.

Myelin wird im Zentralnervensystem durch Oligodendrozyten gebildet. Während es im peripheren Nervensystem von Schwann-Zellen produziert wird.

Die Myelinsegmente, bekannt als Myelinscheiden, sind durch nicht abgedeckte Bereiche des Axons unterteilt.Diese Bereiche werden als Ranvierknötchen bezeichnet und sind in Kontakt mit der extrazellulären Flüssigkeit.

Das Aktionspotential wird in einem nicht myelinisierten nicht myelinisierten Axon anders als in einem myelinisierten Axon übertragen.

Das Aktionspotential kann durch die Eigenschaften des Kabels durch die mit Myelin bedeckte Axonmembran wandern. Das Axon leitet auf diese Weise die elektrische Veränderung von dem Ort, an dem das Aktionspotential auftritt, zum nächsten Knoten von Ranvier.

Diese Veränderung ist leicht reduziert, aber intensiv genug, um ein Aktionspotential im nächsten Knoten zu verursachen. Dann wird dieses Potential erneut ausgelöst oder in jedem Ranvier-Knoten wiederholt, wobei es durch die myelinisierte Zone zum nächsten Knoten transportiert wird.

Diese Art von Fahraktionspotentialen wird Saltatoria genannt. Sein Name kommt vom lateinischen "saltare", was "tanzen" bedeutet. Das Konzept ist, weil der Impuls von Knoten zu Knoten zu springen scheint.

Vorteile der Saltatorik zur Übertragung von Aktionspotentialen

Diese Art des Fahrens hat seine Vorteile. Erstens, um Energie zu sparen. Natrium-Kalium-Transporter geben viel Energie aus, um bei Aktionspotentialen überschüssiges Natrium aus dem Inneren des Axons zu extrahieren.

Diese Natrium-Kalium-Transporter befinden sich in Bereichen des Axons, die nicht mit Myelin bedeckt sind. In einem myelinisierten Axon kann Natrium jedoch nur in die Knoten von Ranvier gelangen. Daher tritt viel weniger Natrium ein, und deshalb muss weniger Natrium abgepumpt werden. Die Natrium-Kalium-Transporter müssen also weniger arbeiten.

Ein weiterer Vorteil von Myelin ist, wie schnell. Ein Aktionspotential wird bei einem myelinisierten Axon schneller getrieben, da der Impuls von einem Knoten zum anderen "springt", ohne das gesamte Axon durchlaufen zu müssen.

Diese Geschwindigkeitssteigerung bewirkt, dass die Tiere schneller denken und reagieren. Andere Lebewesen, wie der Tintenfisch, haben Axone ohne Myelin, die aufgrund ihrer Größe schneller werden. Die Axone des Tintenfisches haben einen großen Durchmesser (ca. 500 μm), wodurch sie sich schneller bewegen können (ca. 35 Meter pro Sekunde).

Bei gleicher Geschwindigkeit bewegen sich die Aktionspotentiale in den Axonen von Katzen, obwohl sie einen Durchmesser von nur 6 μm haben. Was passiert ist, dass diese Axone Myelin enthalten.

Ein myelinisiertes Axon kann zu Aktionspotentialen mit einer Geschwindigkeit von etwa 432 Kilometern pro Stunde mit einem Durchmesser von 20 um führen.

Referenzen

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