Что такое потенциал действий?

Каждый раз, когда вы что-то делаете, от шага до поднятия телефона, ваш мозг передает электрические сигналы остальной части вашего тела. Эти сигналы называются потенциалы действия. Потенциалы действия позволяют вашим мышцам координировать и двигаться с точностью. Они передаются клетками мозга, которые называются нейронами.

Ключевые выводы: потенциал действий

Потенциалы действия передаются клетками в мозге под названием нейроны. Нейроны отвечают за координацию и обработку информации о мире, которая отправляется через ваши чувства, посылая команды мышцам вашего тела и передавая все электрические сигналы в между.

Нейрон состоит из нескольких частей, которые позволяют ему передавать информацию по всему телу:

• Дендриты являются разветвленными частями нейрона, которые получают информацию от соседних нейронов.
• Тело клетки нейрона содержит его ядро, который содержит наследственную информацию клетки и контролирует рост и размножение клетки.
• аксон проводит электрические сигналы от тела клетки, передавая информацию другим нейронам на ее концах, или терминалы аксона.

Вы можете думать о нейроне как о компьютере, который получает ввод (например, нажатие буквенной клавиши на клавиатуре) через дендриты, а затем дает вам вывод (увидев, что буква появляется на экране вашего компьютера) через его аксонов. Между ними информация обрабатывается так, что ввод приводит к желаемому результату.

Потенциалы действия, также называемые «шипами» или «импульсами», возникают, когда электрический потенциал через клеточную мембрану быстро возрастает, а затем падает в ответ на событие. Весь процесс обычно занимает несколько миллисекунд.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой белков и липидов, который окружает клетку, защищая ее содержимое из внешней среды и допускает попадание только определенных веществ, а других вне.

Электрический потенциал, измеряемый в вольтах (В), измеряет количество электрической энергии, которая имеет потенциал сделать Работа. Все клетки поддерживают электрический потенциал через свои клеточные мембраны.

Электрический потенциал через клеточную мембрану, который измеряется путем сравнения потенциала внутри клетки с внешней стороной, возникает из-за наличия различия в концентрации, или градиенты концентрациизаряженных частиц, называемых ионами снаружи и внутри клетки. Эти градиенты концентрации, в свою очередь, вызывают электрические и химические дисбалансы, которые заставляют ионы выравнивать дисбалансы, причем более несопоставимые дисбалансы обеспечивают больший мотиватор, или движущая сила, для устранения дисбалансов. Для этого ион обычно перемещается со стороны высокой концентрации мембраны в сторону низкой концентрации.

Два иона, представляющих интерес для потенциалов действия, представляют собой катион калия (K⁺) и катион натрия (Na⁺), который можно найти внутри и снаружи клеток.

• Существует более высокая концентрация К⁺ внутри клеток по отношению к внешней.
• Существует более высокая концентрация Na⁺ на внешней стороне клеток относительно внутренней примерно в 10 раз выше.

Когда отсутствует потенциал действия в процессе (то есть, клетка «в покое»), электрический потенциал нейронов находится на мембранный потенциал покоя, который обычно измеряется около -70 мВ. Это означает, что потенциал внутренней части ячейки на 70 мВ ниже, чем внешней. Следует отметить, что это относится к равновесие состояние - ионы все еще движутся в и из клетки, но таким образом, что потенциал мембраны покоя остается на довольно постоянном уровне.

Потенциал покоящейся мембраны можно поддерживать, потому что клеточная мембрана содержит белки, которые образуют ионные каналы - отверстия, которые позволяют ионам течь в и из клеток - и натрий / калий насосы который может накачивать ионы в клетку и из нее.

Ионные каналы не всегда открыты; некоторые типы каналов открываются только в ответ на определенные условия. Эти каналы называются стробированными.

канал утечки открывается и закрывается случайным образом и помогает поддерживать мембранный потенциал клетки в покое. Каналы утечки натрия позволяют Na⁺ медленно двигаться в клетку (потому что концентрация Na⁺ выше снаружи относительно внутренней части), в то время как калиевые каналы позволяют K⁺ выйти из клетки (потому что концентрация К⁺ выше внутри по отношению к внешней стороне). Однако у калия гораздо больше каналов утечки, чем у натрия, поэтому калий выходит из клетки гораздо быстрее, чем натрий, поступающий в клетку. Таким образом, на снаружи клетки, в результате чего потенциал покоящейся мембраны будет отрицательным.

Натрий / калий насос поддерживает мембранный потенциал покоя, перемещая натрий обратно из клетки или калий в клетку. Тем не менее, этот насос приносит в два К⁺ ионы на каждые три Na⁺ ионы удаляются, сохраняя отрицательный потенциал.

Напряженные ионные каналы важны для потенциалов действия. Большинство этих каналов остаются закрытыми, когда клеточная мембрана близка к ее мембранному потенциалу в покое. Однако, когда потенциал клетки становится более положительным (менее отрицательным), эти ионные каналы откроются.

Потенциал действия является временный изменение потенциала покоящейся мембраны от отрицательного к положительному. Потенциал действия «шип» обычно разбивается на несколько этапов:

1. В ответ на сигнал (или стимул) как нейромедиатор, связывающийся со своим рецептором или нажимающий клавишу пальцем, немного Na⁺ каналы открыты, что позволяет Na⁺ течь в клетку из-за градиента концентрации. Мембранный потенциал деполяризуетили становится более позитивным.
2. Как только мембранный потенциал достигает порог значение - обычно около -55 мВ - потенциал действия сохраняется. Если потенциал не достигнут, потенциал действия не возникает, и клетка возвращается к своему мембранному потенциалу покоя. Это требование достижения порога, поэтому потенциал действия называется все или ничего событие.
3. После достижения порогового значения, напряжение на основе Na⁺ каналы открыты, а на⁺ ионы попадают в клетку. Мембранный потенциал меняется с отрицательного на положительный, потому что внутренняя часть клетки теперь более положительная по сравнению с внешней.
4. Когда потенциал мембраны достигает +30 мВ - пик потенциала действия - управляемый напряжением калий каналы открыты, а К⁺ покидает клетку из-за градиента концентрации. Мембранный потенциал repolarizesили движется обратно к отрицательному мембранному потенциалу покоя.
5. Нейрон становится временно гиперполяризационная как К⁺ ионы приводят к тому, что потенциал мембраны становится немного более отрицательным, чем потенциал покоя.
6. Нейрон входит в огнеупорныйпериод, в котором натриево-калиевый насос возвращает нейрон к его мембранному потенциалу покоя.

Потенциал действия распространяется по длине аксона к терминалам аксона, которые передают информацию другим нейронам. Скорость распространения зависит от диаметра аксона, где более широкий диаметр означает более быстрое распространение, и от того, покрыта ли часть аксона миелинжирное вещество, которое действует подобно оболочке кабельного провода: оно обволакивает аксон и предотвращает утечку электрического тока, позволяя потенциалу действия возникать быстрее.

• «12.4 Потенциал действия». Анатомия и психология, Pressbooks, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• Чарад, Ка Сюн. «Потенциал действий». Гиперфизика, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Эгри, Цилла и Питер Рубен. «Потенциалы действия: генерация и распространение». ELS, John Wiley & Sons, Inc., 16 апреля. 2012, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• «Как нейроны общаются» Люмен - безграничная биология, Lumen Learning, courses.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons-communicate/.