Hành động tiềm năng thông điệp của các tế bào thần kinh

các tiềm năng hành động đó là một hiện tượng điện hoặc hóa học tồn tại trong thời gian ngắn xảy ra trong các tế bào thần kinh của não. Có thể nói, đó là thông điệp sẽ được truyền đến các tế bào thần kinh khác.

Nó được sản xuất trong cơ thể của tế bào (nhân), còn được gọi là soma. Đi qua toàn bộ sợi trục (phần mở rộng của nơron, tương tự như cáp) đến đầu của nó, được gọi là nút đầu cuối.

Các tiềm năng hành động trong một sợi trục đã cho luôn có cùng thời lượng và cường độ. Nếu sợi trục phân nhánh thành các phần mở rộng khác, tiềm năng hành động được chia, nhưng cường độ của nó không bị giảm.

Khi tiềm năng hành động chạm tới các nút cuối của tế bào thần kinh, chúng sẽ tiết ra các hóa chất gọi là chất dẫn truyền thần kinh. Những chất này kích thích hoặc ức chế tế bào thần kinh tiếp nhận chúng, có thể tạo ra một tiềm năng hành động trong tế bào thần kinh nói trên.

Phần lớn những gì được biết về tiềm năng hành động của các tế bào thần kinh đến từ các thí nghiệm được thực hiện với các sợi trục mực khổng lồ. Nó rất dễ nghiên cứu vì kích thước của nó, vì nó kéo dài từ đầu đến đuôi. Họ phục vụ để động vật có thể di chuyển.

Tiềm năng màng thần kinh

Các tế bào thần kinh có điện tích khác nhau bên trong chúng hơn bên ngoài. Sự khác biệt này được gọi là tiềm năng màng.

Khi một tế bào thần kinh ở trong tiềm năng nghỉ ngơi, có nghĩa là điện tích của nó không bị thay đổi bởi các thế năng synap kích thích hoặc ức chế.

Ngược lại, khi các tiềm năng khác ảnh hưởng đến nó, tiềm năng màng có thể bị giảm. Điều này được gọi là khử cực.

Hoặc ngược lại, khi tiềm năng màng tăng lên so với tiềm năng bình thường của nó, một hiện tượng gọi là siêu phân cực.

Khi sự đảo ngược rất nhanh của tiềm năng màng xảy ra đột ngột, có một tiềm năng hành động. Điều này bao gồm một xung điện ngắn, được dịch thành thông điệp truyền qua sợi trục của tế bào thần kinh. Nó bắt đầu trong cơ thể tế bào, đạt đến các nút thiết bị đầu cuối.

Điều quan trọng là phải nhấn mạnh rằng để tiềm năng hành động xảy ra, các thay đổi điện phải đạt đến ngưỡng, được gọi là ngưỡng kích thích. Đó là giá trị của tiềm năng màng cần thiết phải đạt được để tiềm năng hành động xảy ra.

Tiềm năng của hành động và thay đổi nồng độ ion

Trong điều kiện bình thường, tế bào thần kinh được chuẩn bị để nhận natri (Na +) bên trong nó. Tuy nhiên, màng của nó không thấm vào ion này.

Ngoài ra, nó có "chất vận chuyển natri-kali" nổi tiếng, một loại protein được tìm thấy trong màng tế bào chịu trách nhiệm loại bỏ các ion natri từ nó và đưa các ion kali vào nó. Đặc biệt, cứ 3 ion natri được chiết xuất, hãy nhập hai kali.

Những chất vận chuyển này duy trì mức natri thấp trong tế bào. Nếu tính thấm của tế bào tăng lên và một lượng natri lớn hơn xâm nhập vào nó đột ngột, tiềm năng màng sẽ thay đổi hoàn toàn. Rõ ràng, đây là những gì kích hoạt một tiềm năng hành động.

Đặc biệt, tính thấm của màng đối với natri sẽ được tăng lên, xâm nhập vào bên trong tế bào thần kinh. Đồng thời, điều này sẽ cho phép các ion kali đi ra khỏi tế bào.

Làm thế nào để những thay đổi trong tính thấm xảy ra??

Các tế bào có nhiều protein được nhúng trong màng của chúng kênh ion. Chúng có các lỗ thông qua đó các ion có thể đi vào hoặc rời khỏi các tế bào, mặc dù chúng không phải lúc nào cũng mở. Các kênh được đóng hoặc mở theo các sự kiện nhất định.

Có nhiều loại kênh ion và mỗi loại thường chuyên dùng để điều khiển một số loại ion nhất định.

Ví dụ, một kênh natri mở có thể vượt qua hơn 100 triệu ion mỗi giây.

Tiềm năng hành động được tạo ra như thế nào?

Tế bào thần kinh truyền thông tin điện hóa. Điều này có nghĩa là hóa chất tạo ra tín hiệu điện.

Những hóa chất này có điện tích, đó là lý do tại sao chúng được gọi là các ion. Điều quan trọng nhất trong hệ thống thần kinh là natri và kali, có điện tích dương. Ngoài canxi (2 điện tích dương) và clo (một điện tích âm).

Thay đổi tiềm năng màng

Bước đầu tiên cho một tiềm năng hành động xảy ra là một sự thay đổi trong tiềm năng màng của tế bào. Thay đổi này phải vượt quá ngưỡng kích thích.

Đặc biệt, có sự giảm tiềm năng màng, được gọi là khử cực.

Mở kênh natri

Kết quả là, các kênh natri được nhúng trong màng mở ra, cho phép natri đi vào ồ ạt bên trong tế bào thần kinh. Chúng được điều khiển bởi lực khuếch tán và lực áp tĩnh điện.

Vì các ion natri tích điện dương, chúng tạo ra sự thay đổi nhanh chóng trong tiềm năng màng.

Mở kênh kali

Màng sợi trục có cả kênh natri và kali. Tuy nhiên, cái sau mở sau, vì chúng ít nhạy cảm hơn. Đó là, họ cần một mức độ khử cực cao hơn để mở ra và đó là lý do tại sao họ mở sau.

Đóng kênh natri

Đã đến lúc tiềm năng hành động đạt đến giá trị tối đa của nó. Từ thời kỳ này, các kênh natri bị chặn và đóng.

Chúng không còn có thể được mở lại cho đến khi màng đạt đến tiềm năng nghỉ ngơi một lần nữa. Kết quả là, không còn natri có thể xâm nhập vào tế bào thần kinh.

Đóng kênh kali

Tuy nhiên, các kênh kali vẫn mở. Điều này cho phép các ion kali chảy qua tế bào.

Do khuếch tán và áp suất tĩnh điện, vì bên trong sợi trục được tích điện dương, các ion kali bị đẩy ra khỏi tế bào.

Do đó, tiềm năng màng phục hồi giá trị thông thường của nó. Từng chút một, các kênh kali đang đóng cửa.

Đầu ra cation này làm cho tiềm năng màng phục hồi giá trị bình thường của nó. Khi điều này xảy ra, các kênh kali bắt đầu đóng lại.

Tại thời điểm khi tiềm năng màng đạt đến giá trị bình thường, các kênh kali đóng hoàn toàn. Một ngày sau, các kênh natri được kích hoạt lại, chuẩn bị cho một quá trình khử cực khác để mở chúng.

Cuối cùng, các chất vận chuyển natri-kali, tiết ra natri đã nhập và thu hồi kali đã để lại trước đó.

Làm thế nào thông tin được truyền bởi sợi trục?

Các sợi trục bao gồm một phần của tế bào thần kinh, một phần mở rộng của cái sau tương tự như cáp. Chúng có thể rất dài để cho phép các nơ-ron ở xa vật lý kết nối và gửi thông tin.

Tiềm năng hành động lan truyền dọc theo sợi trục và đến các nút đầu cuối để gửi tin nhắn đến ô tiếp theo.

Nếu chúng ta đo cường độ của thế năng tác động từ các khu vực khác nhau của sợi trục, chúng ta sẽ thấy rằng cường độ của nó vẫn giống nhau ở tất cả các khu vực.

Luật của tất cả hoặc không có gì

Điều này xảy ra bởi vì dẫn truyền sợi trục tuân theo một luật cơ bản: luật của tất cả hoặc không có gì. Đó là, một tiềm năng hành động được đưa ra hoặc không được đưa ra. Một khi nó bắt đầu, nó di chuyển khắp sợi trục đến cực điểm của nó, luôn duy trì cùng kích thước, không tăng hay giảm. Hơn nữa, nếu một sợi trục phân nhánh, tiềm năng hành động được phân chia, nhưng vẫn duy trì kích thước của nó.

Các tiềm năng hành động bắt đầu ở cuối sợi trục được gắn vào soma của tế bào thần kinh. Thông thường, họ thường đi theo một hướng.

Tiềm năng của hành động và hành vi

Có thể, tại thời điểm này, bạn có thể tự hỏi: nếu tiềm năng hành động là một quá trình tất cả hoặc không có gì, làm thế nào để một số hành vi như co cơ xảy ra có thể khác nhau giữa các mức độ khác nhau? Điều này xảy ra bởi quy luật tần số.

Định luật tần số

Điều gì xảy ra là một tiềm năng hành động duy nhất không cung cấp thông tin trực tiếp. Thay vào đó, thông tin được xác định bởi tần suất xả hoặc tốc độ bắn của sợi trục. Đó là, tần suất mà các tiềm năng hành động xảy ra. Điều này được gọi là "luật tần số".

Do đó, tần suất cao của tiềm năng hành động sẽ dẫn đến sự co cơ rất dữ dội.

Điều tương tự cũng xảy ra với nhận thức. Ví dụ, một kích thích thị giác rất sáng, để được chụp, phải tạo ra "tốc độ bắn" cao trong các sợi trục gắn vào mắt. Theo cách này, tần số của các tiềm năng hành động phản ánh cường độ của một kích thích vật lý.

Do đó, quy luật của tất cả hoặc không có gì được bổ sung bởi quy luật tần số.

Các hình thức trao đổi thông tin khác

Tiềm năng hành động không phải là loại tín hiệu điện duy nhất xảy ra trong tế bào thần kinh. Ví dụ, khi gửi thông tin qua khớp thần kinh, có một xung điện nhỏ trong màng tế bào thần kinh nhận dữ liệu.

Trong một số trường hợp, sự khử cực nhẹ quá yếu để tạo ra tiềm năng hành động, có thể làm thay đổi một chút tiềm năng màng.

Tuy nhiên, sự thay đổi này giảm dần từng chút một khi nó đi qua sợi trục. Trong loại truyền thông tin này, cả kênh natri và kali đều không được mở hoặc đóng.

Do đó, sợi trục hoạt động như một dây cáp dưới nước. Khi tín hiệu được truyền bởi nó, biên độ của nó giảm. Điều này được gọi là giảm dẫn, và xảy ra do các đặc điểm của sợi trục.

Tiềm năng hành động và myelin

Các sợi trục của hầu hết các động vật có vú đều được phủ myelin. Đó là, chúng có các phân đoạn được bao quanh bởi một chất cho phép dẫn truyền thần kinh, làm cho nó nhanh hơn. Myelin quấn quanh sợi trục mà không để dịch ngoại bào tiếp cận với nó.

Myelin được sản xuất trong hệ thống thần kinh trung ương bởi các tế bào gọi là oligodendrocytes. Trong khi, trong hệ thần kinh ngoại biên, nó được sản xuất bởi các tế bào Schwann.

Các phân đoạn myelin, được gọi là vỏ myelin, được phân chia bởi các khu vực không được che chở của sợi trục. Những khu vực này được gọi là nốt Ranvier và chúng tiếp xúc với dịch ngoại bào.

Điện thế hoạt động được truyền đi khác nhau trong một sợi trục không myelin (không được bao phủ bởi myelin) so với sợi myelin.

Điện thế hoạt động có thể đi qua màng sợi trục được bao phủ bởi myelin bởi các thuộc tính của cáp. Các sợi trục theo cách này, tiến hành thay đổi điện từ nơi xảy ra tiềm năng hành động cho đến khi nốt tiếp theo của Ranvier.

Thay đổi này được giảm nhẹ, nhưng nó đủ mạnh để kích thích tiềm năng hành động trong nút tiếp theo. Sau đó, tiềm năng này được kích hoạt một lần nữa hoặc lặp đi lặp lại trong mỗi nốt của Ranvier, được vận chuyển khắp vùng myelin đến nốt tiếp theo..

Loại dẫn truyền tiềm năng hành động này được gọi là dẫn truyền muối. Tên của nó xuất phát từ tiếng Latin "saltare", có nghĩa là "nhảy". Khái niệm này là sự thúc đẩy dường như nhảy từ nốt sần sang nốt sần.

Ưu điểm của dẫn truyền muối để truyền tiềm năng hành động

Loại lái xe này có lợi thế của nó. Đầu tiên, để tiết kiệm năng lượng. Người vận chuyển natri-kali tiêu tốn rất nhiều năng lượng chiết xuất natri dư thừa từ bên trong sợi trục trong các tiềm năng hành động.

Những chất vận chuyển natri-kali này nằm trong khu vực của sợi trục không được bao phủ bởi myelin. Tuy nhiên, trong một sợi trục có bao myelin, natri chỉ có thể xâm nhập vào các nốt của Ranvier. Do đó, lượng natri đi vào ít hơn và vì điều này, ít natri phải được bơm ra. Vì vậy, các chất vận chuyển natri-kali phải làm việc ít hơn.

Một lợi ích khác của myelin là nhanh như thế nào. Một tiềm năng hành động được thúc đẩy nhanh hơn trong một sợi trục có bao myelin, vì xung lực "nhảy" từ nốt này sang nốt khác, mà không phải đi qua toàn bộ sợi trục.

Sự gia tăng tốc độ này khiến các loài động vật suy nghĩ và phản ứng nhanh hơn. Những sinh vật khác, chẳng hạn như mực, có sợi trục không có myelin có tốc độ do sự gia tăng kích thước của chúng. Các sợi trục của con mực có đường kính lớn (khoảng 500 m), cho phép chúng di chuyển nhanh hơn (khoảng 35 mét mỗi giây).

Tuy nhiên, với cùng tốc độ đó, tiềm năng hành động trong các sợi trục của mèo di chuyển, mặc dù chúng có đường kính chỉ 6 m. Điều gì xảy ra là những sợi trục này có chứa myelin.

Một sợi trục có bao myelin có thể dẫn đến tiềm năng hành động với tốc độ khoảng 432 km mỗi giờ, với đường kính 20 m.

Tài liệu tham khảo

1. Tiềm năng hành động. (s.f.). Truy cập ngày 5 tháng 3 năm 2017, từ Hyperphysics, Đại học bang Georgia: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, N.R. (2006). Sinh lý học của hành vi thứ 8 Ed. Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (s.f.). Đèn, Camera, Tiềm năng hành động. Truy cập ngày 05 tháng 3 năm 2017, từ Đại học Washington: fac.w.wingtonington.edu.
4. Các giai đoạn của tiềm năng hành động. (s.f.). Truy cập ngày 5 tháng 3 năm 2017, từ Boundless: ràng buộc.com.