Məlumat

Niyə miyelinli aksonlarda duz keçiriciliyi miyelinsiz aksonlarda davamlı keçirmədən daha sürətlidir?

Niyə miyelinli aksonlarda duz keçiriciliyi miyelinsiz aksonlarda davamlı keçirmədən daha sürətlidir?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Natrium və kalium kanallarını bir-birindən ayırmaq hərəkət potensialının akson boyunca daha sürətli hərəkət etməsinə necə imkan verir? Bu, həmişə duzlu keçiricilik və miyelinləşmə üçün qeyd edilən səbəbdir, lakin mənim zehni keçiricilik modelim mənə deyir ki, akson boyunca ion qapılarının sıxlığı AP sürətinə təsir etməməlidir.

Nümunə etmək üçün miyelinli aksonu nəzərdən keçirək. Fəaliyyət potensialı sahəsi 1-dən, Ranvier düyünündən Na$^+$ dalğası sürətlə aksona daxil olur və sürətlə yayılır. (Hər iki istiqamətdə hərəkət edir, lakin geriyə doğru hələ də odadavamlı dövrdədir.) Miyelinli bölgə ilə yayılır, konsentrasiyası həmişə azalır. Həddindən artıq zəifləmədən əvvəl, başqa bir fəaliyyət potensialını işə saldığı Ranvier 2 qovşağında baş verir. Yeni Na$^+$ dalğası daxil olur və dövr təkrarlanır. Bu, indiyə qədər açıq olmalıdır.

İndi təsəvvür edin ki, əslində 1 və 2-ci qovşaqlar arasında Ranvier qovşağı var, 1.5 node adlanır. Na$^+$ dalğası 2-ci node-a doğru gedərkən təsadüfən 1.5 node-da fəaliyyət potensialını işə salır, oradan Na$^+$ dalğası tökülür və ya orijinal dalğanı gücləndirir, ya da onun yerini alaraq onu əvəz edir. impuls. İndi gücləndirilmiş dalğa 2-ci node-ə keçir və onu 1.5 node mövcud olmasaydı, bəlkə də daha tez işə salır. Vəziyyət sadəcə olaraq miyelinləşmənin olmamasına qədər yüksək sıxlıqda düyünləri təkrar-təkrar daxil edin və biz belə nəticəyə gəldik ki, miyelinsiz aksonlar Na+-nın fəaliyyət potensialını tetikleyen dalğasını mielinlənmiş dalğa qədər və ya ondan daha sürətli ötürə bilər.

Qısacası, mənim çaşqınlığım belədir: Qapalı kanalların daha yüksək sıxlığının hərəkət potensialını tetikleyen Na+ dalğa cəbhəsini necə yavaşlatdığını görə bilmirəm. Əgər bir şey varsa, əlavə Na+ axınları yeni dalğaların həqiqətən "ya ilkin dalğanı gücləndirdiyini və ya onun impulsunu alaraq onu əvəz etdiyini" fərz edərək və həmçinin Na$^+$ dalğa cəbhəsinin bütün vacib dalğa cəbhəsini sürətləndirməlidir. həqiqətən siqnal ötürülməsi üçün çox vacibdir və həmçinin membranda sadəcə (gərginlik?) qapalı ion kanallarının mövcudluğunun dalğa cəbhəsini əhəmiyyətli dərəcədə gecikdirmədiyini fərz etsək.

Lakin duzlu keçiriciliyin davamlı keçirmədən daha sürətli olmasının adi izahı (ümid edirəm ki, bu fakt empirik və birmənalı olaraq qurulur) əsaslanır ion kanallarının siqnala ehtimal olunan yavaşlatıcı təsiri. Zəhmət olmasa bu təsiri daha ətraflı izah edin, əgər bu yanlış fikir deyilsə.


Qısa cavab

Miyelinləşmə elektrik izolyatoru kimi çıxış edir və duzlu yayılmağa imkan verir.

  • Membran tutumunu azaltmaqla və membran müqavimətini artırmaqla miyelinləşmə siqnalın (yəni, Fəaliyyət Potensialının) yayılma sürətini artırır.

Görmək istəsən a həqiqətən gözəl sadələşdirilmiş izahat, Edward Claro Mader tərəfindən bu Quora yazısına baxın. Edvardın yaratdığı dörd böyük fiqur bu fenomeni sadəcə olaraq göstərir:

Membran tutumunun azalması:


Artan membran müqaviməti:


Uzun Cavab

Deməli, haqlısınız: miyelinləşmə elektrik keçiriciliyini sürətləndirir. Miyelinsiz aksonların ötürmə sürətləri təxminən 0,5-10 m/s arasında dəyişir, miyelinli aksonlar isə 150 ​​m/s-ə qədər sürətlə keçirə bilirlər. bu 10-30 dəfə daha sürətlidir!!

Bəs niyə?…

Fəaliyyət potensialına və siqnalın yayılmasına baxaq:

Bu prosesin fonunu çoxsaylı yerlərdə (məsələn, burada) əldə edə bilərsiniz, ona görə də bunu qısaca qeyd edəcəyəm:

  • Neyron istirahətdə olduqda ionlar elə paylanır ki, neyron hüceyrəsinin daxili hissəsi xaricdən daha mənfi yüklü olsun. Bu, hüceyrə membranı boyunca istirahət membran potensialı adlanan elektrik potensialı yaradır.

  • Hüceyrə membranındakı natrium və kalium kanalları müsbət yüklü natrium axınına nəzarət edir (NA$^+$) və kalium (K$^+$) ionları bu mənfi yükü saxlamaq üçün hüceyrəyə daxil/çıxır.

  • Depolarizasiya zamanı hüceyrə membranı NA-ya imkan verən daha keçirici olur$^+$ hüceyrəyə daxil olmaq üçün. Bu, aksonun həmin hissəsinin xaricə nisbətən müsbət yükə malik olmasına səbəb olur.

  • Bu zaman müsbət gərginlik kifayət qədər böyükdür (yəni, fəaliyyət potensialı yaradıldıqda), axın aksonun qonşu bölməsində eyni davranışı tetikler. Tədricən, hüceyrənin daxili hissəsindəki bu müsbət yük, aksonun uzunluğu boyunca akson terminallarına doğru hərəkət edir.

Əsas götürmə:

Bu prosesdə, Fəaliyyət potensialının yaranması aksonun uzunluğu boyunca təkrar-təkrar baş verir.

Fəaliyyət potensialının yayılması ilə bağlı iki şeyi qeyd etmək vacibdir:

  1. Hər bir fəaliyyət potensialının meydana gəlməsi üçün vaxt lazımdır.
  2. Yaranan yük (yəni, gərginlik) onunla dağılır $ uparrow $ məsafə.

Riyaziyyat və Fizika üçün vaxt:

Əslində, həm gərginliyin dəyişməsinin baş vermə vaxtı, həm də cərəyan axınının məsafə ilə necə azaldığını hesablamaq üçün tənliklərimiz var.

  • Bunun arxasındakı riyaziyyat və ümumiyyətlə passiv membran xüsusiyyətləri haqqında burada və burada oxuya bilərsiniz.

Əhəmiyyətli odur ki, bu tənliklər iki sabitə əsaslanır: uzunluq və vaxt.

Zaman sabiti, $ au$, cərəyan axınının membran potensialını necə sürətlə dəyişdirdiyini xarakterizə edir. $ au$ kimi hesablanır:

$$ au = r_mc_m$$

harada r$_m$ və c$_m$ plazma membranının müvafiq olaraq müqaviməti və tutumudur.

  • Müqavimət? Kapasitans? Hə?…

    • Müqavimət = elektrik cərəyanını keçiricidən keçirməyin çətinliyinin ölçüsü.

    • Tutum = bir strukturun elektrik yükünü saxlamaq qabiliyyəti.

      • Kondensator bir izolyatorla ayrılmış iki keçirici bölgədən ibarətdir. Kondansatör keçirici səthlərdən birində yük toplamaqla işləyir və nəticədə səthin digər tərəfində əks yüklü ionların yığılması ilə nəticələnir. Hüceyrəvi mənada artan tutum membranda daha böyük ion konsentrasiyası fərqini tələb edir.
  • r-nin dəyərləri$_m$ və c$_m$ qismən neyron ölçüsündən asılıdır:

    • Daha böyük hüceyrələr daha aşağı müqavimətlərə və daha böyük tutumlara malikdir.

Əhəmiyyətli olan odur ki, bu dəyişənlər membran quruluşundan da asılıdır.

  • c$_m$ (membranın tutumu) müsbət və mənfi yükləri ayırdıqca azalır. Bu, hüceyrədaxili və hüceyrədənkənar yükləri ayıran əlavə hüceyrə strukturlarının (məsələn, yağ örtüklərinin) nəticəsi ola bilər.

  • r$_m$ (membran potensialının müqaviməti) -in tərsidir keçiricilik membranın.

  • Keçiricilik nə qədər yüksəkdirsə, müqavimət o qədər aşağı olur.

    • Aşağı membran müqaviməti o deməkdir ki, ionları daha tez itirirsiniz və buna görə də siqnallar daha az uzaqlaşır

Bəs niyə? Bu uzunluq sabitinin vacib olduğu yerdir. Uzunluq sabiti, $lambda$, sadələşdirilə bilər:

$$ lambda = sqrt {frac {r_m}{r_e + r_i} } $$

harada, yenə r$_m$ membranın müqavimətini təmsil edir və r$_e$ və r$_i$ müvafiq olaraq hüceyrədənkənar və hüceyrədaxili müqavimətlərdir. (Qeyd: r$_e$ və r$_i$ adətən çox kiçikdir).

Əsasən, əgər membran müqaviməti r$_m$ artır (bəlkə də membranda cərəyanın aşağı orta "sızması" səbəbindən) $lambda$ böyüyür (yəni ionların hüceyrədən “sızmadan” əvvəl getdiyi məsafə artır) və gərginliyin getdiyi məsafə daha uzun olur.

Bütün bunları sənə niyə deyirəm?

Fəaliyyət potensialının yayılma sürəti ilə zaman sabiti və fəza sabiti necə bağlıdır?

Yayılma sürəti fəza sabiti ilə düz mütənasibdir və zaman sabiti ilə tərs mütənasibdir.. Xülasə:

  • Zaman sabiti nə qədər kiçik olsa, bir o qədər tez depolarizasiya qonşu bölgəyə təsir edəcəkdir. Depolarizasiya bitişik bölgəyə daha sürətlə təsir edərsə, qonşu bölgəni daha tez həddə çatdıracaq.

  • Beləliklə, zaman sabiti nə qədər kiçik olsa, yayılma sürəti bir o qədər sürətli olar.

  • Kosmos sabiti böyükdürsə, bir nöqtədə potensial dəyişiklik akson boyunca daha böyük bir məsafə yayar və məsafə bölgələrini daha tez həddə çatdırar.

  • Beləliklə, boşluq sabiti nə qədər böyükdür, daha sürətlə uzaq bölgələr eşiyə gətiriləcək və yayılma sürəti daha sürətli olacaq.

Çoooox...

  1. Membran ətrafındakı hüceyrə təbəqəsini artırsanız, hüceyrədaxili ionların aksonda daha sərbəst hərəkət etməsinə imkan verən hüceyrədənkənar ionların verdiyi elektrik sahəsini azaldırsınız. Başqa sözlə, siz tutumu azaldırsınız.
  • Nəticədə, membranın digər hissələrini depolarizasiya etmək üçün daha çox kationunuz var.
  1. Əgər siz membranın keçiriciliyini azaldırsınızsa (yəni, ion nasoslarının ionların akson içərisinə/çıxmasına mane olursunuzsa), siz akson membranının müqavimətini artırmış olursunuz ki, bu da hərəkət potensialında yaranan gərginliyin daha uzaqlara getməsinə imkan verir. dağıdan.
  • Başqa bir fəaliyyət potensialının yaradılmasını tələb etməzdən əvvəl gərginliyin daha da yayılmasına icazə verməklə, siqnalın yayılması üçün tələb olunan vaxtı azaldırsınız.

Başqa sözlə, ion nasoslarını "bloklayarsanız" və akson membranının yaxınlığında anionların konsentrasiyasını azaldırsanız, membran müqavimətini artırırsınız (r).$_m$) və membranın tutumunu azaldır (c$_m$), müvafiq olaraq. Birlikdə bu, akson vasitəsilə elektron keçiricilik müddətini azaldır (və beləliklə keçirici sürəti artırmaq).

Nəhayət, Myelin üçün!

Miyelin məhz bu səbəbdən fəaliyyət potensialının ötürülməsini çox sürətləndirir: miyelin elektrik izolyatoru kimi çıxış edir!

  • Miyelin qabığı membranın tutumunu azaldır və düyünlərarası intervallarda membran müqavimətini artırır, beləliklə, fəaliyyət potensialının düyündən düyünə sürətli, duzlu hərəkətinə imkan verir.

  • Əsasən, aksonların miyelinləşməsi elektrik cərəyanının aksondan sızma qabiliyyətini azaldır. Daha dəqiq desək, miyelin ionların miyelinli seqmentlər boyunca aksona daxil olmasının və ya çıxmasının qarşısını alır. Nəticədə, yerli cərəyan daha böyük bir akson məsafəsi boyunca passiv şəkildə axa bilər.

Beləliklə, aksonun hər bir seqmenti boyunca davamlı olaraq yeni fəaliyyət potensialları yaratmaq əvəzinə, Ranvier'in bir düyünündə fəaliyyət potensialından gələn ion cərəyanı növbəti düyündə başqa bir fəaliyyət potensialını təhrik edir. Fəaliyyət potensialının düyündən düyünə bu aydın "hoppanması" kimi tanınır duzlu keçiricilik.

Bəs niyə yalnız bütün aksonu miyelinləşdirmirsiniz?

Aksonların miyelinli seqmentlərinin uzunluğu duz keçiriciliyinin müvəffəqiyyəti üçün vacibdir. Keçirmə sürətini maksimuma çatdırmaq üçün onlar mümkün qədər uzun olmalıdır, lakin o qədər də uzun olmamalıdır ki, gələn siqnal Ranvierin növbəti qovşağında fəaliyyət potensialını təhrik etmək üçün çox zəif olsun. Düyünlər çox tez-tez ola bilməz, çünki aksona yeni bir düyün əlavə etmək onun natrium cərəyanı yaratmaq qabiliyyətini artırsa da, tutumu artıracaq və beləliklə, yaxınlıqdakı digər qovşaqların effektivliyini azaldar.


Mənbələr:

  1. Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, et al., edits. (2001). Nevrologiya. 2-ci nəşr. Sinauer Associates, Sunderland, MA.

  2. Beyin: Neyrobiologiyanı Anlamaq

  3. Byrne, J.H. Fəsil 3: Fəaliyyət Potensialının Yayılması. Neyrologiya Onlayn. Univ. Texas.

  4. Sadə bir neyronun passiv xüsusiyyətlərini başa düşmək

  5. Quora

  6. Vikipediya


Burada iki amil nəzərə alınmalıdır:

1. Miyelinləşmə membranın tutumunu azaldır.

Bir düyün vasitəsilə natrium axınının növbəti düyündəki aksonu depolyarlaşdıra bilmə sürəti hər iki düyünlə əlaqədardır. caritutum membran boyunca (bir neçə digər amillərə əlavə olaraq). Beləliklə, aksona yeni bir düyün əlavə etmək, həqiqətən, onun natrium cərəyanı yaratmaq qabiliyyətini artırsa da, tutumu da artıracaq və beləliklə, yaxınlıqdakı digər qovşaqların effektivliyini azaldar. Beləliklə, düyünləri bir-birinə yaxınlaşdırmağa kömək etmir. Əvəzində biz olsaq nə olar artırmaq qovşaqlar arasındakı məsafə? Bu halda, mübadilə tərsinə çevrilir və keçirmə sürəti yenidən azalır. Beləliklə, keçiricilik sürətinin maksimuma çatdığı optimal internodal məsafə var və əksər aksonların məhz bu həndəsə olduğu ortaya çıxır. [Bax: Waxman, SG. 1980]

2. Fəaliyyət potensialı metabolik cəhətdən bahadır.

Beyin çox enerji sərf edir (istirahət zamanı orqanizmin metabolizminin təxminən 20%-i)! Neyronun içərisində ionların düzgün tarazlığını qorumaq bu enerji istifadəsinin əsas səbəbidir. Hər bir fəaliyyət potensialı metabolik xərcə səbəb olur və bir akson boyunca qovşaqların sayını iki dəfə artırsaq, sünbüllərin bu akson aşağı yayılmasının metabolik xərclərini (təxminən) iki qat artırırıq. Beləliklə, keçiricilik sürəti internodal məsafənin seçimində əsas determinant kimi görünsə də, orqanizmin nəzərə almalı olduğu yeganə amil olmadığını xatırlamaq lazımdır.


Lukanın cavabı tamamilə doğru olsa da, cavab daha intuitiv şəkildə verilə bilər.

Birincisi, əsas məqam, fəaliyyət potensialını yaymaq üçün natrium ion kanallarını açan müsbət gərginliyin artmasıdır (akson daxilində). Sual olunur: bu gərginlik natrium kanallarına nə qədər sürətlə çata bilər?

Miyelinsiz aksonda gərginliyin membran üzərində hərəkəti ion axını (yəni kanallar vasitəsilə ionların axması, cərəyan) hesabına baş verir və bu hərəkət natrium ionlarının aksona diffuzasiyası üçün lazım olan vaxtla məhdudlaşır. .

Digər tərəfdən, miyelinli aksonda natriumun ilk bolusu akson təpəsinə daxil olur. Kapasitans aşağı olduğundan, bu o deməkdir ki, gərginlik ion diffuziyası ilə deyil, elektrik sahəsi kimi akson aşağı yayıla bilər. Elektrik sahəsi gərginlik qüvvəsini ion diffuziyasından çox daha sürətli daşıyır. Buna görə də, ionlar ilk dəfə daxil olduqda, gərginlik qüvvəsi əsasən işıq sürəti ilə növbəti düyünə doğru hərəkət edir, burada gərginlik qüvvəsi orada natrium ion kanallarını açır.

Beləliklə, gərginliyin elektrik sahəsi tərəfindən aparılmasına icazə verərək, təsir qovşaqlar arasındakı məsafənin effektiv şəkildə aradan qaldırılmasıdır. Miyelinli aksonlar daha sürətli keçir, çünki onlar miyelinsiz aksonlardan >>effektiv<< daha qısadırlar.

Nəhayət, Lukanın qeyd etdiyi qovşaqlar arasında optimallaşdırılmış məsafə, gərginlik qüvvəsinin növbəti qovşaqda natrium ion kanallarını aktivləşdirmək üçün lazım olan minimuma endiyi neyron aksonunun müəyyən bir növündə olan məsafədir.


Videoya baxın: جهد الراحة Resting Potential (Oktyabr 2022).