ZENUWIMPULS: KENMERKEN, STADIA, FUNCTIES - BIOLOGIE - 2025

De zenuwimpuls is een reeks actiepotentialen (AP) die optreden langs het axon en andere elektrisch prikkelbare cellen (spier en klier). In principe treedt het op wanneer een bericht wordt overgedragen van het ene neuron naar het andere, of van een neuron naar een effectororgaan als gevolg van een externe of interne stimulus die wordt ontvangen.

Het bericht is in wezen een elektrisch signaal dat wordt gegenereerd in de dendrieten of het lichaam van het neuron en naar het einde van het axon reist waar het signaal wordt verzonden. Dit actiepotentiaal is het primaire elektrische signaal dat wordt gegenereerd door zenuwcellen, neuronen, en wordt veroorzaakt door veranderingen in de permeabiliteit van het membraan voor specifieke ionen.

Bron: pixabay.com

De kinetiek en spanningsafhankelijkheid van de permeabiliteit voor bepaalde ionen geven een volledige verklaring van het genereren van het actiepotentiaal.

kenmerken

Het actiepotentiaal is dan een explosief fenomeen dat zich zonder afname langs de zenuwvezels voortplant. Het axon geleidt de AP vanaf het punt van oorsprong, de startzone van de piek (nabij de axonale kegel van het neuron), naar de axonale uiteinden.

Neuronen zijn daarom cellen die gespecialiseerd zijn in het ontvangen van prikkels en het doorgeven van impulsen. De actieve elektrische reacties van neuronen en andere exciteerbare cellen zijn afhankelijk van de aanwezigheid van gespecialiseerde eiwitten, bekend als voltage-gated ionenkanalen, in het celmembraan.

Om de zenuwimpuls te genereren, moet er noodzakelijkerwijs een verandering plaatsvinden in het membraan van het neuron, dat zich door het hele axon uitstrekt. Door het elektrochemische verschil tussen het celcytoplasma en de extracellulaire omgeving kan een potentiaalverschil optreden aan beide zijden van het membraan.

Als we dit verschil in elektrochemische potentiaal binnen en buiten het membraan meten, zouden we een verschil van ongeveer -70mV waarnemen. In die zin is de binnenkant van het neuronmembraan negatief ten opzichte van de buitenkant wanneer er geen stimulus is.

Ionenkanalen en hun belang

Spanningsafhankelijke ionenkanalen zorgen ervoor dat ionen door het membraan kunnen bewegen als reactie op veranderingen in het elektrische veld van het membraan. Er zijn verschillende soorten ionkanalen in het neuron, die elk de doorgang van een specifieke ionensoort mogelijk maken.

Deze kanalen zijn niet gelijkmatig verdeeld over het membraan. In het axonale membraan kunnen we echter snelwerkende kanalen vinden voor Na + en K +, terwijl we in het axonale uiteinde Ca + -kanalen vinden.

K + -kanalen zijn verantwoordelijk voor het handhaven van de rusttoestand van elektrisch exciteerbare cellen wanneer er geen stimuli zijn om AP te activeren, een fenomeen dat passieve veranderingen in membraanpotentiaal wordt genoemd.

Terwijl de Na + -kanalen snel reageren, interveniërend in de depolarisatie van het membraan wanneer een PA of actieve verandering in de membraanpotentiaal wordt gegenereerd.

Aan de andere kant spelen de Ca + -kanalen, hoewel ze langzamer openen tijdens depolarisatie, de fundamentele rol van het verspreiden van elektrische signalen en het activeren van de afgifte van neurotransmittersignalen bij synapsen.

Bio-elementen die deelnemen aan de prikkelbaarheid van het neuron

De impuls ontstaat door de asymmetrie in de concentratie van bio-elementen en biomoleculen tussen het cytoplasma en het extracellulaire medium. De belangrijkste ionen die deelnemen aan de prikkelbaarheid van het neuron zijn Na +, K +, Ca2 + en Cl-.

Er zijn ook enkele organische anionen en eiwitten die zich alleen in de intracellulaire vloeistof bevinden en deze niet kunnen verlaten omdat het plasmamembraan ondoordringbaar is voor deze componenten.

Buiten de cel is er een hogere concentratie aan ionen zoals Na + (10 keer meer) en Cl- en binnenin tot 30 keer meer K + en een grote hoeveelheid organische anionen (eiwitten) die een negatieve lading genereren in het cytoplasma.

Zodra de spanningsgevoelige Na + - en K + -kanalen open zijn, zullen de spanningsveranderingen worden overgedragen naar gebieden naast het membraan en het openen van spanningsgevoelige componenten in die gebieden en de overdracht van de spanningsverandering naar andere veroorzaken. verste sectoren.

Na het sluiten van de Na + en K + kanalen worden de poorten voor een korte periode buiten werking gesteld, waardoor het momentum niet meer terug kan.

Actie potentiële afhankelijkheden

De productie van het actiepotentiaal hangt dan af van drie essentiële elementen:

Ten eerste het actieve transport van ionen door specifieke membraaneiwitten. Dit genereert ongelijke concentraties van een ionsoort of meerdere aan beide zijden ervan.

Ten tweede genereert de ongelijke verdeling van de ionen een elektrochemische gradiënt over het membraan die een bron van potentiële energie opwekt.

Ten slotte laten poortionenkanalen, selectief voor specifieke ionensoorten, ionstromen toe, aangedreven door elektrochemische gradiënten, door deze membraan-overspannende kanalen.

Stadia

Rustpotentieel

Wanneer een actiepotentiaal niet wordt overgedragen, is het membraan van het neuron in rust. In dit geval bevatten de intracellulaire vloeistof (cytoplasma) en de extracellulaire vloeistof verschillende concentraties anorganische ionen.

Dit resulteert erin dat de buitenste laag van het membraan een positieve lading heeft, terwijl de binnenste laag een negatieve lading heeft, wat betekent dat het membraan in rust "gepolariseerd" is. Dit rustpotentieel heeft een waarde van -70mv, dat wil zeggen dat het potentieel in de cel 70 mV negatiever is dan het extracellulaire potentieel.

Na + ingang en K + uitgang bestaan ​​normaal gesproken in de cel vanwege het effect van de concentratiegradiënt (actief transport). Naarmate er meer Na + buiten de cel is, heeft het de neiging om binnen te komen en naarmate er meer K + in de cel is, neigt het naar buiten om de concentratie aan beide zijden van het membraan gelijk te maken.

De verschillende ionconcentratie wordt gehandhaafd door de werking van een membraaneiwit dat de "natrium- en kaliumpomp" wordt genoemd. Om het potentiaalverschil te behouden, verwijdert de Na + - en K + -pomp 3 Na + -ionen uit de cel voor elke twee K + die hij introduceert.

Zenuwimpulsvorming

Wanneer een stimulus wordt aangeboden in het receptorgebied van het neuronale membraan, wordt een opwekkingspotentieel geproduceerd dat de permeabiliteit voor Na + in het membraan verhoogt.

Als dit potentieel de prikkelbaarheidsdrempel van -65 tot -55 mV overschrijdt, wordt een zenuwimpuls gegenereerd en wordt het Na + zo snel geïntroduceerd dat zelfs de Na + en K + -pomp wordt geïnactiveerd.

De enorme instroom van positief geladen Na + zorgt ervoor dat de bovengenoemde elektrische ladingen omkeren. Dit fenomeen staat bekend als membraandepolarisatie. De laatste stopt rond + 40mv.

Bij het bereiken van de drempel wordt altijd een standaard BP gegenereerd, omdat er geen grote of kleine zenuwimpulsen zijn, dus alle actiepotentialen zijn gelijk. Als de drempel niet wordt bereikt, gebeurt er niets, wat bekend staat als het "alles of niets" -principe.

De PA is van zeer korte duur van 2 tot 5 milliseconden. De toename van de permeabiliteit van het membraan voor Na + houdt snel op omdat de Na + -kanalen worden geïnactiveerd en de permeabiliteit voor de K-ionen die uit het cytoplasma stromen toeneemt, waardoor het rustpotentieel wordt hersteld.

Impulsverschuiving

De impuls blijft niet in het neuronale membraan waar het wordt gegenereerd als gevolg van een generatorpotentiaal, maar reist in plaats daarvan door het membraan langs het neuron totdat het het uiteinde van het axon bereikt.

De overdracht van de impuls bestaat uit zijn beweging in de vorm van elektrische golven langs de zenuwvezel. Zodra het de terminale voeten van het axon bereikt, moet het een synaps passeren, wat wordt gedaan door middel van chemische neurotransmitters.

Het AP reist continu langs de zenuwvezel, als het geen myeline heeft, maar als het dat wel doet, isoleren de myeline-lagen het zenuwvezelmembraan over het hele oppervlak behalve in de knobbeltjes van Ranvier. De PA gaat in deze situatie in sprongen vooruit van het ene knooppunt naar het volgende, wat bekend staat als saltatorische geleiding.

Dit type overdracht bespaart veel energie en verhoogt de snelheid van de impuls en overdracht van de informatie, aangezien depolarisatie alleen plaatsvindt in de knooppunten van Ranvier. Er zijn snelheden tot 120 m / sec geregistreerd, terwijl voor vezels die niet bedekt zijn met myeline de geschatte snelheid 0,5 m / sec is.

Synaptische transmissie

De stroom van de zenuwimpuls gaat van het afferente uiteinde van het neuron dat het lichaam en de dendrieten omvat naar het efferente uiteinde dat wordt gevormd door het axon en zijn zijtakken. De axonale uiteinden waarvan de uiteinden de eindvoeten of synaptische knoppen zijn, zijn hier opgenomen.

Het contactgebied tussen het ene neuron en het andere of tussen een neuron en een spier- of kliercel wordt een synaps genoemd. Voor het ontstaan ​​van de synaps spelen neurotransmitters een fundamentele rol zodat de verzonden boodschap continuïteit heeft op de zenuwvezels.

Cyclisch gedrag van impuls

In wezen is een actiepotentiaal een verandering in de polariteit van het membraan van negatief naar positief en weer terug naar negatief in een cyclus die 2 tot 5 milliseconden duurt.

Elke cyclus omvat een opgaande fase van depolarisatie, een neergaande fase van repolarisatie en een sub-dalende fase genaamd hyperpolarisatie bij cijfers onder -70 mv.

Kenmerken

De zenuwimpuls is een elektrochemische boodschap. Het is een bericht omdat er een ontvanger en een afzender is en het is elektrochemisch omdat er een elektrische component en een chemische component is.

Door de zenuwimpuls (actiepotentiaal) transporteren neuronen informatie snel en nauwkeurig om de acties van het hele lichaam van een organisme te coördineren.

PA's zijn verantwoordelijk voor elke herinnering, sensatie, gedachte en motorische reactie. Dit gebeurt in de meeste gevallen op grote afstanden om effectorreacties te beheersen, waaronder opening van het ionkanaal, spiercontractie en exocytose.

Referenties

1. Alcaraz, VM (2000). Structuur en functie van het zenuwstelsel: sensorische ontvangst en toestanden van het organisme. UNAM.
2. Bacq, ZM (2013). Chemische overdracht van zenuwimpulsen: een historische schets. Elsevier.
3. Brown, AG (2012). Zenuwcellen en zenuwstelsel: een inleiding tot neurowetenschappen. Springer Science & Business Media.
4. Kolb, B., & Whishaw, IQ (2006). Menselijke neuropsychologie. Panamerican Medical Ed.
5. McComas, A. (2011). Galvani's vonk: het verhaal van de zenuwimpuls. Oxford Universiteit krant.
6. Morris, CG en Maisto, AA (2005). Introductie tot psychologie . Pearson Education.
7. Randall, D., Burggren, W., & French, K. (2002). Eckert. Dierfysiologie: mechanismen en aanpassingen. Vierde druk. McGraw-Hill Interamericana, Spanje.
8. Toole, G., & Toole, S. (2004). Essentiële AS-biologie voor OCR. Nelson Thornes.