AKČNÍ POTENCIÁL: PROPAGACE A FÁZE - GEOGRAFÍA - 2026

Akční potenciál je krátkodobý elektrické nebo chemické jev, který se vyskytuje v neuronech mozku. Dá se říci, že to je zpráva, kterou neuron přenáší do jiných neuronů.

Akční potenciál je produkován v buněčném těle (jádro), také nazývaném soma. Prochází celým axonem (drátovým prodloužením neuronu) až do jeho konce, nazývaným koncovým tlačítkem.

Akční potenciály na daném axonu mají vždy stejné trvání a intenzitu. Pokud se axon rozvětví do jiných procesů, akční potenciál se rozdělí, ale jeho intenzita není snížena.

Když akční potenciál dosáhne koncových tlačítek neuronu, vylučují chemikálie nazývané neurotransmitery. Tyto látky excitují nebo inhibují neuron, který je přijímá, jsou schopné generovat akční potenciál v uvedeném neuronu.

Hodně z toho, co je známo o akčních potenciálech neuronů, pochází z experimentů s obrovskými olihněmi olihně. Studium je snadné, protože se rozprostírá od hlavy k ocasu. Slouží tak, aby se zvíře mohlo pohybovat.

Neuronový membránový potenciál

A. Schematický pohled na ideální akční potenciál. B. Skutečný záznam o akčním potenciálu. Zdroj: en: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Neurony mají uvnitř jiný než elektrický náboj. Tento rozdíl se nazývá membránový potenciál.

Když je neuron v klidovém potenciálu, znamená to, že jeho elektrický náboj není změněn excitačním nebo inhibičním synaptickým potenciálem.

Na druhé straně, pokud to ovlivňují jiné potenciály, lze membránový potenciál snížit. Toto se nazývá depolarizace.

Naopak, když se membránový potenciál zvyšuje s ohledem na jeho normální potenciál, dochází k jevu zvanému hyperpolarizace.

Když se náhle objeví velmi rychlé obrácení membránového potenciálu, dojde k akčnímu potenciálu. To se skládá z krátkého elektrického impulsu, který se převede do zprávy, která prochází axonem neuronu. Začíná v těle buňky a dosahuje terminálních tlačítek.

Nervový impulz putuje dolů axonem

Důležité je, že aby došlo k akčnímu potenciálu, musí elektrické změny dosáhnout prahu nazývaného excitační práh. Je to hodnota membránového potenciálu, která musí být nutně dosažena, aby došlo k akčnímu potenciálu.

Schéma chemické synapse

Akční potenciály a změny hladin iontů

Membránová propustnost neuronu během akčního potenciálu. Klidový stav (1), sodné a draselné ionty nemohou procházet membránou a neuron má uvnitř záporný náboj. Depolarizace (2) neuronu aktivuje sodíkový kanál, což umožňuje sodíkovým iontům procházet membránou neuronu. Repolarizace (3), kde se sodíkové kanály uzavírají a draslíkové kanály se otevřou, draslíkové ionty procházejí membránou. V refrakterním období (4) se membránový potenciál vrací, když se draslíkové kanály uzavírají, do klidového stavu. Zdroj: Membránová propustnost neuronu během akčního potenciálu.pdf a akční potenciál, CThompson02

Za normálních podmínek je neuron připraven přijmout sodík (Na +) uvnitř. Její membrána však není pro tento ion příliš propustná.

Kromě toho mají známé „transportéry sodík-draslík“ v buněčné membráně nalezený protein, který je zodpovědný za odstranění sodných iontů z ní a za zavedení iontů draslíku do ní. Konkrétně pro každé 3 sodné ionty, které extrahuje, zavádí dva draselné ionty.

Tyto transportéry udržují nízkou hladinu sodíku v buňce. Pokud by se propustnost buňky zvýšila a náhle do ní vstoupil více sodíku, membránový potenciál by se radikálně změnil. To je zjevně to, co spouští akční potenciál.

Konkrétně by se zvýšila permeabilita membrány na sodík, která by vstupovala do neuronu. Současně by to umožnilo draselným iontům opustit buňku.

Jak k těmto změnám v propustnosti dochází?

Buňky mají ve své membráně zabudováno mnoho proteinů nazývaných iontové kanály. Mají otvory, kterými mohou ionty vstoupit nebo opustit buňky, i když nejsou vždy otevřené. Kanály jsou uzavřeny nebo otevřeny podle určitých událostí.

Existuje několik typů iontových kanálů a každý se obvykle specializuje na vedení výhradně určitých typů iontů.

Například otevřený sodíkový kanál může projít více než 100 milionů iontů za sekundu.

Jak se vytváří akční potenciál?

Neurony přenášejí informace elektrochemicky. To znamená, že chemikálie produkují elektrické signály.

Tyto chemikálie mají elektrický náboj, proto se nazývají ionty. Nejdůležitější v nervovém systému jsou sodík a draslík, které mají kladný náboj. Kromě vápníku (2 kladné náboje) a chloru (jeden záporný náboj).

Změny membránového potenciálu

Prvním krokem pro vznik akčního potenciálu je změna membránového potenciálu buňky. Tato změna musí překročit práh buzení.

Konkrétně dochází ke snížení membránového potenciálu, který se nazývá depolarizace.

Otevření sodíkových kanálů

V důsledku toho se sodíkové kanály zabudované do membrány otevřely, což umožnilo masivní vstup sodíku do neuronu. Jsou poháněny difúzními silami a elektrostatickým tlakem.

Protože sodné ionty jsou kladně nabité, způsobují rychlou změnu membránového potenciálu.

Otevření draselného kanálu

Axonová membrána má jak sodíkové, tak draselné kanály. Ty jsou však otevřeny později, protože jsou méně citlivé. To znamená, že potřebují vyšší úroveň depolarizace, aby se otevřeli, a proto se otevřou později.

Uzavření sodíkových kanálů

Nastává čas, kdy akční potenciál dosáhne své maximální hodnoty. Od této doby jsou sodíkové kanály blokovány a uzavřeny.

Nemohou se znovu otevírat, dokud membrána znovu nedosáhne svého klidového potenciálu. V důsledku toho nemůže do neuronu vstoupit žádný další sodík.

Uzavření draslíkových kanálů

Draselné kanály však zůstávají otevřené. To umožňuje ionty draslíku protékat buňkou.

V důsledku difúze a elektrostatického tlaku, protože je vnitřek axonu kladně nabitý, jsou draslíkové ionty vytlačovány z článku. Membránový potenciál tak získá svou obvyklou hodnotu. Postupně se draslíkové kanály uzavírají.

Tento výstup kationtů způsobuje, že membránový potenciál obnovuje svou normální hodnotu. Když k tomu dojde, draslíkové kanály se začnou znovu uzavírat.

Jakmile membránový potenciál dosáhne své normální hodnoty, draslíkové kanály se úplně uzavřou. O něco později se sodíkové kanály reaktivují v rámci přípravy na další depolarizaci, aby se otevřely.

Konečně, transportéry sodík-draslík vylučují sodík, který vstoupil, a regenerují draslík, který předtím zůstal.

Jak se šíří informace axonem?

Části neuronu. Zdroj: Nebyl poskytnut žádný strojově čitelný autor. NickGorton ~ commonswiki převzato (na základě nároků na autorská práva)

Axon sestává z části neuronu, kabelového rozšíření neuronu. Mohou být příliš dlouhé na to, aby umožnili neuronům, které jsou fyzicky daleko od sebe, aby se navzájem spojovaly a odesílaly informace.

Akční potenciál se šíří podél axonu a dosáhne terminálových tlačítek k odeslání zprávy do další buňky. Pokud bychom měřili intenzitu akčního potenciálu z různých oblastí axonu, zjistili bychom, že jeho intenzita zůstává ve všech oblastech stejná.

Zákon o všem nebo o ničem

K tomu dochází, protože axonální vedení se řídí základním zákonem: zákonem všech nebo nic. To znamená, že akční potenciál je nebo není. Jakmile to začne, cestuje celým axonem až do jeho konce, přičemž udržuje vždy stejnou velikost, nezvětší se ani nezmenší. Navíc, pokud se axon rozvětví, akční potenciál se rozdělí, ale udržuje si jeho velikost.

Akční potenciály začínají na konci axonu, který je připevněn k neuronu soma. Obvykle cestují pouze jedním směrem.

Potenciály akce a chování

Možná vás v této chvíli zajímá: pokud je akční potenciál procesem typu „vše nebo nic“, jak dochází k určitým druhům chování, jako je svalová kontrakce, které se mohou lišit mezi různými úrovněmi intenzity? To se děje podle zákona o četnosti.

Zákon frekvence

Stává se, že potenciál jediné akce přímo neposkytuje informace. Místo toho je informace určena vypouštěcí frekvencí nebo rychlostí vypalování axonu. To je frekvence, při které dochází k akčním potenciálům. Toto je známé jako „zákon frekvence“.

Vysoká frekvence akčních potenciálů by tedy vedla k velmi intenzivní svalové kontrakci.

Totéž platí o vnímání. Například velmi jasný vizuální podnět, který má být zachycen, musí produkovat vysokou „rychlost vypalování“ v axonech připevněných k očím. Tímto způsobem frekvence akčních potenciálů odráží intenzitu fyzického podnětu.

Zákon všech nebo nic se tedy doplňuje zákonem o četnosti.

Jiné formy výměny informací

Akční potenciály nejsou jediné třídy elektrických signálů, které se vyskytují v neuronech. Například posílání informací přes synapsu vytváří malý elektrický impuls v membráně neuronu, který přijímá data.

Schéma synapse. Zdroj: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

Mírná depolarizace, která je příliš slabá na to, aby vytvořila akční potenciál, může někdy mírně změnit potenciál membrány.

Tato změna se však postupně snižuje, když prochází axonem. Při tomto typu přenosu informací se sodíkové ani draselné kanály neotevírají ani nezavírají.

Axon tak funguje jako podmořský kabel. Jak je signál přenášen, jeho amplituda se snižuje. Toto je známé jako vedení dolů a nastává to kvůli vlastnostem axonu.

Akční potenciály a myelin

Axony téměř všech savců jsou pokryty myelinem. To znamená, že mají segmenty obklopené látkou, která umožňuje nervové vedení, což zrychluje. Myelin se vine kolem axonu, aniž by do něj vstoupil extracelulární tekutina.

Myelin je produkován v centrálním nervovém systému buňkami zvanými oligodendrocyty. Zatímco v periferním nervovém systému je produkován Schwannovými buňkami.

Myelinové segmenty, známé jako myelinové pochvy, jsou od sebe děleny holými oblastmi axonu. Tyto oblasti se nazývají Ranvierovy uzly a jsou v kontaktu s extracelulární tekutinou.

Akční potenciál je přenášen odlišně v nemyelinovaném axonu (který není pokryt myelinem) než v myelinovaném axonu.

Akční potenciál se může pohybovat skrze myelinem pokrytou axonální membránu díky vlastnostem drátu. Axon tímto způsobem provádí elektrickou změnu z místa, kde se vyskytuje akční potenciál, do dalšího uzlu Ranviera.

Tato změna se mírně zužuje, ale je dostatečně silná, aby způsobila akční potenciál v dalším uzlu. Tento potenciál je pak spouštěn nebo opakován v každém uzlu Ranviera a transportuje se skrz myelinovanou oblast do dalšího uzlu.

Tento druh vedení akčních potenciálů se nazývá slané vedení. Její název pochází z latinské „slané soli“, což znamená „tančit“. Koncept je způsoben tím, že se zdá, že impuls skočí z uzlu na uzel.

Výhody slaného vedení pro přenos akčních potenciálů

Tento typ řízení má své výhody. Za prvé, pro úsporu energie. Transportéry sodíku a draslíku utrácejí během akčních potenciálů spoustu energie tím, že z vnitřku axonu přetahují přebytek sodíku.

Tyto transportéry sodíku a draslíku jsou umístěny v oblastech axonu, které nejsou pokryty myelinem. Avšak v myelinovaném axonu může sodík vstoupit pouze do uzlů Ranviera. Z tohoto důvodu vstupuje mnohem méně sodíku, a proto musí být čerpáno méně sodíku, takže transportéry sodíku a draslíku musí pracovat méně.

Další výhodou myelinu je rychlost. Akční potenciál je veden rychleji v myelinovaném axonu, protože impuls „skočí“ z jednoho uzlu do druhého, aniž by musel procházet celým axonem.

Toto zvýšení rychlosti způsobí, že zvířata přemýšlí a reagují rychleji. Jiné živé bytosti, jako je chobotnice, mají axony bez myelinu, které získávají rychlost díky zvýšení jejich velikosti. Chobotnice axony mají velký průměr (asi 500 um), což jim umožňuje rychleji cestovat (asi 35 metrů za sekundu).

Při stejné rychlosti se však akční potenciály pohybují v axonech koček, i když tyto mají průměr pouze 6 um. Stává se, že tyto axony obsahují myelin.

Myelinizovaný axon může provádět akční potenciály rychlostí asi 432 km za hodinu, s průměrem 20 µm.

Reference

1. Potenciální akce. (sf). Citováno z 5. března 2017, z Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Fyziologie chování 8. vydání Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (nd). Světla, kamera, akční potenciál. Citováno z 5. března 2017, z University of Washington: faculty.washington.edu.
4. Fáze akčního potenciálu. (sf). Citováno z 5. března 2017, od Boundless: boundless.com.