ACTIEPOTENTIEEL: VOORTPLANTING EN FASEN - GEOGRAFÍA - 2026

Het actiepotentiaal is een kortstondig elektrisch of chemisch fenomeen dat optreedt in de neuronen van onze hersenen. Men kan zeggen dat het de boodschap is die een neuron naar andere neuronen verzendt.

De actiepotentiaal wordt geproduceerd in het cellichaam (celkern), ook wel de soma genoemd. Het reist door het hele axon (neuronuitbreiding, vergelijkbaar met een draad) totdat het zijn einde bereikt, de zogenaamde terminalknop.

De actiepotentialen op een bepaald axon hebben altijd dezelfde duur en intensiteit. Als het axon vertakt in andere processen, verdeelt het actiepotentiaal, maar de intensiteit wordt niet verminderd.

Wanneer het actiepotentiaal de terminale knoppen van het neuron bereikt, scheiden ze chemicaliën af die neurotransmitters worden genoemd. Deze stoffen prikkelen of remmen het neuron dat ze ontvangt, waardoor ze een actiepotentiaal in dat neuron kunnen genereren.

Veel van wat bekend is over het actiepotentieel van neuronen is afkomstig van experimenten met axonen van reuzeninktvissen. Het is gemakkelijk te bestuderen vanwege zijn grootte, aangezien het zich uitstrekt van kop tot staart. Ze dienen zodat het dier kan bewegen.

Neuron-membraanpotentieel

A. Schematische weergave van een ideaal actiepotentieel. B. Echt record van een actiepotentieel. Bron: en: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Neuronen hebben een andere elektrische lading van binnen dan van buiten. Dit verschil wordt het membraanpotentiaal genoemd .

Wanneer een neuron zich in rustpotentieel bevindt , betekent dit dat de elektrische lading niet wordt gewijzigd door exciterende of remmende synaptische potentialen.

Aan de andere kant, wanneer andere potentialen het beïnvloeden, kan het membraanpotentieel worden verminderd. Dit staat bekend als depolarisatie .

Integendeel, wanneer de membraanpotentiaal toeneemt ten opzichte van zijn normale potentieel, treedt een fenomeen op dat hyperpolarisatie wordt genoemd .

Wanneer een zeer snelle omkering van de membraanpotentiaal plotseling optreedt, treedt een actiepotentiaal op . Dit bestaat uit een korte elektrische impuls, die wordt vertaald in de boodschap die door het axon van het neuron reist. Het begint in het cellichaam en bereikt de eindknoppen.

De zenuwimpuls gaat door het axon

Belangrijk is dat om een ​​actiepotentiaal te laten optreden, elektrische veranderingen een drempel moeten bereiken, de excitatiedrempel . Het is de waarde van de membraanpotentiaal die noodzakelijkerwijs moet worden bereikt om de actiepotentiaal te laten optreden.

Schematische voorstelling van een chemische synaps

Actiepotentialen en veranderingen in ionenniveaus

Membraanpermeabiliteit van een neuron tijdens een actiepotentiaal. De rusttoestand (1), natrium- en kaliumionen kunnen het membraan niet passeren en het neuron heeft een negatieve lading binnenin. Depolarisatie (2) van het neuron activeert het natriumkanaal, waardoor natriumionen door het membraan van het neuron kunnen gaan. Repolarisatie (3), waar natriumkanalen sluiten en kaliumkanalen openen, kaliumionen passeren het membraan. In de refractaire periode (4) keert de membraanpotentiaal terug naar de rusttoestand als de kaliumkanalen sluiten. Bron: Membraanpermeabiliteit van een neuron tijdens een actiepotentieel.pdf en actiepotentiaal, CThompson02

Onder normale omstandigheden is het neuron klaar om binnenin natrium (Na +) te ontvangen. Het membraan is echter niet erg permeabel voor dit ion.

Bovendien hebben de bekende "natrium-kaliumtransporteurs" een eiwit in het celmembraan dat verantwoordelijk is voor het verwijderen van natriumionen en het inbrengen van kaliumionen erin. Specifiek, voor elke 3 natriumionen die het extraheert, introduceert het twee kaliumionen.

Deze transporteurs houden het natriumgehalte in de cel laag. Als de doorlaatbaarheid van de cel toeneemt en er plotseling meer natrium in komt, zou de membraanpotentiaal radicaal veranderen. Blijkbaar is dit wat een actiepotentieel triggert.

In het bijzonder zou de permeabiliteit van het membraan voor natrium worden verhoogd, waardoor deze het neuron binnendringen. Tegelijkertijd zouden hierdoor kaliumionen de cel kunnen verlaten.

Hoe komen deze veranderingen in doorlaatbaarheid tot stand?

Cellen hebben in hun membraan talloze eiwitten ingebed, ionkanalen genaamd . Deze hebben openingen waardoor ionen cellen kunnen binnenkomen of verlaten, hoewel ze niet altijd open zijn. Kanalen zijn gesloten of geopend volgens bepaalde gebeurtenissen.

Er zijn meerdere soorten ionenkanalen, en elk is meestal gespecialiseerd om uitsluitend bepaalde soorten ionen te geleiden.

Een open natriumkanaal kan bijvoorbeeld meer dan 100 miljoen ionen per seconde doorlaten.

Hoe worden actiepotentialen geproduceerd?

Neuronen zenden elektrochemisch informatie uit. Dit betekent dat chemicaliën elektrische signalen produceren.

Deze chemicaliën hebben een elektrische lading, daarom worden ze ionen genoemd. De belangrijkste in het zenuwstelsel zijn natrium en kalium, die een positieve lading hebben. Naast calcium (2 positieve ladingen) en chloor (één negatieve lading).

Veranderingen in membraanpotentieel

De eerste stap voor het optreden van een actiepotentiaal is een verandering in het membraanpotentiaal van de cel. Deze verandering moet de excitatiedrempel overschrijden.

Concreet is er een vermindering van de membraanpotentiaal, wat depolarisatie wordt genoemd.

Opening van natriumkanalen

Dientengevolge gaan natriumkanalen ingebed in het membraan open, waardoor natrium massaal het neuron kan binnendringen. Deze worden aangedreven door diffusiekrachten en elektrostatische druk.

Omdat natriumionen positief geladen zijn, veroorzaken ze een snelle verandering in membraanpotentiaal.

Kaliumkanaalopening

Het axonmembraan heeft zowel natrium- als kaliumkanalen. De laatste worden echter later geopend, omdat ze minder gevoelig zijn. Dat wil zeggen, ze hebben een hoger depolarisatieniveau nodig om zich open te stellen en daarom openen ze later.

Sluiting van natriumkanalen

Er komt een tijd dat het actiepotentiaal zijn maximale waarde bereikt. Vanaf deze periode zijn de natriumkanalen geblokkeerd en gesloten.

Ze kunnen pas weer openen als het membraan zijn rustpotentieel weer bereikt. Als gevolg hiervan kan er geen natrium meer het neuron binnendringen.

Kaliumkanaalafsluiting

De kaliumkanalen blijven echter open. Hierdoor kunnen kaliumionen door de cel stromen.

Door diffusie en elektrostatische druk, omdat het inwendige van het axon positief geladen is, worden de kaliumionen uit de cel geduwd. Aldus herstelt het membraanpotentiaal zijn gebruikelijke waarde. Beetje bij beetje sluiten de kaliumkanalen zich.

Dit verlaten van kationen zorgt ervoor dat de membraanpotentiaal zijn normale waarde terugkrijgt. Wanneer dit gebeurt, beginnen de kaliumkanalen weer te sluiten.

Zodra de membraanpotentiaal zijn normale waarde bereikt, sluiten de kaliumkanalen volledig. Iets later worden de natriumkanalen gereactiveerd ter voorbereiding op een volgende depolarisatie om ze te openen.

Ten slotte scheiden de natrium-kaliumtransporteurs het natrium uit dat was binnengekomen en recupereerden het kalium dat eerder was achtergelaten.

Hoe wordt informatie via het axon verspreid?

Delen van een neuron. Bron: geen machineleesbare auteur opgegeven. NickGorton ~ commonswiki aangenomen (op basis van auteursrechtclaims)

Het axon bestaat uit een deel van het neuron, een kabelachtige verlenging van het neuron. Ze kunnen te lang zijn om neuronen die fysiek ver van elkaar verwijderd zijn verbinding te laten maken en informatie naar elkaar te sturen.

Het actiepotentiaal plant zich voort langs het axon en bereikt de terminalknoppen om berichten naar de volgende cel te sturen. Als we de intensiteit van het actiepotentiaal vanuit verschillende gebieden van het axon zouden meten, zouden we ontdekken dat de intensiteit in alle gebieden hetzelfde blijft.

Alles of niets wet

Dit gebeurt omdat axonale geleiding een fundamentele wet volgt: de wet van alles of niets. Dat wil zeggen, er wordt een actiepotentiaal gegeven of niet. Als het eenmaal begint, reist het door het hele axon naar het einde, waarbij het altijd dezelfde grootte behoudt, het neemt niet toe of af. Bovendien, als een axon vertakt, wordt het actiepotentiaal gedeeld, maar het behoudt zijn grootte.

Actiepotentialen beginnen aan het einde van het axon dat aan de soma van het neuron is bevestigd. Ze reizen meestal maar in één richting.

Actie- en gedragspotentieel

Op dit punt vraag je je misschien af: als het actiepotentieel een alles-of-niets-proces is, hoe treedt dan bepaald gedrag op, zoals spiercontractie, dat kan variëren tussen verschillende intensiteitsniveaus? Dit gebeurt volgens de wet van frequentie.

Wet van frequentie

Wat er gebeurt, is dat één actiepotentiaal niet direct informatie geeft. In plaats daarvan wordt de informatie bepaald door de ontladingsfrequentie of vuursnelheid van een axon. Dat wil zeggen, de frequentie waarmee actiepotentialen optreden. Dit staat bekend als de "wet van frequentie".

Een hoge frequentie van actiepotentialen zou dus leiden tot een zeer intense spiercontractie.

Hetzelfde geldt voor perceptie. Een zeer heldere visuele stimulus die moet worden opgevangen, moet bijvoorbeeld een hoge "vuursnelheid" produceren in de axonen die aan de ogen zijn bevestigd. Op deze manier weerspiegelt de frequentie van actiepotentialen de intensiteit van een fysieke stimulus.

Daarom wordt de wet van alles of niets aangevuld door de wet van frequentie.

Andere vormen van informatie-uitwisseling

Actiepotentialen zijn niet de enige klassen van elektrische signalen die in neuronen voorkomen. Het verzenden van informatie via een synaps geeft bijvoorbeeld een kleine elektrische impuls in het membraan van het neuron dat de gegevens ontvangt.

Regeling van een synaps. Bron: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

Soms kan een lichte depolarisatie die te zwak is om een ​​actiepotentiaal te produceren, de membraanpotentiaal enigszins wijzigen.

Deze wijziging neemt echter geleidelijk af naarmate deze door het axon reist. Bij dit type informatieoverdracht gaan noch de natrium- noch de kaliumkanalen open of dicht.

Het axon werkt dus als een onderzeese kabel. Terwijl het signaal erdoorheen wordt gestuurd, neemt de amplitude af. Dit staat bekend als neerwaartse geleiding en treedt op vanwege de kenmerken van het axon.

Actiepotentialen en myeline

De axonen van bijna alle zoogdieren zijn bedekt met myeline. Dat wil zeggen, ze hebben segmenten omgeven door een stof die zenuwgeleiding mogelijk maakt, waardoor het sneller gaat. De myeline wikkelt zich rond het axon zonder dat de extracellulaire vloeistof het kan bereiken.

Myeline wordt in het centrale zenuwstelsel geproduceerd door cellen die oligodendrocyten worden genoemd. Terwijl het in het perifere zenuwstelsel wordt geproduceerd door Schwann-cellen.

De myeline-segmenten, bekend als myeline-omhulsels, zijn van elkaar gescheiden door kale delen van het axon. Deze gebieden worden de knobbeltjes van Ranvier genoemd en staan ​​in contact met de extracellulaire vloeistof.

Het actiepotentiaal wordt anders overgedragen in een niet-gemyeliniseerd axon (dat niet bedekt is met myeline) dan in een gemyeliniseerd axon.

Het actiepotentiaal kan door het met myeline bedekte axonale membraan reizen vanwege de eigenschappen van de draad. Het axon geleidt op deze manier de elektrische verandering van de plaats waar de actiepotentiaal optreedt naar het volgende knooppunt van Ranvier.

Deze verandering loopt iets af, maar is sterk genoeg om een ​​actiepotentiaal in het volgende knooppunt te veroorzaken. Dit potentieel wordt vervolgens geactiveerd of herhaald in elk knooppunt van Ranvier, waarbij het zichzelf door het gemyeliniseerde gebied naar het volgende knooppunt transporteert.

Dit soort geleiding van actiepotentialen wordt saltatorische geleiding genoemd. De naam komt van het Latijnse "saltare", wat "dansen" betekent. Het concept is omdat de impuls van knoop naar knoop lijkt te springen.

Voordelen van saltatorische geleiding voor het overbrengen van actiepotentialen

Deze manier van rijden heeft zo zijn voordelen. Allereerst om energie te besparen. Natrium-kaliumtransporteurs besteden veel energie aan het trekken van overtollig natrium uit het axon tijdens actiepotentialen.

Deze natrium-kaliumtransporteurs bevinden zich in delen van het axon die niet bedekt zijn met myeline. In een gemyeliniseerde axon kan natrium echter alleen de knooppunten van Ranvier binnendringen. Hierdoor komt er veel minder natrium binnen en moet er minder natrium worden weggepompt, waardoor de natrium-kaliumtransporteurs minder hoeven te werken.

Een ander voordeel van myeline is snelheid. Een actiepotentiaal wordt sneller uitgevoerd in een gemyeliniseerd axon, aangezien de impuls van het ene knooppunt naar het andere "springt", zonder door het hele axon te hoeven.

Deze toename in snelheid zorgt ervoor dat dieren sneller denken en reageren. Andere levende wezens, zoals inktvis, hebben axonen zonder myeline die aan snelheid winnen door hun toename in grootte. Inktvisaxonen hebben een grote diameter (ongeveer 500 µm), waardoor ze sneller kunnen reizen (ongeveer 35 meter per seconde).

Echter, met dezelfde snelheid reizen de actiepotentialen in de axonen van katten, hoewel deze een diameter hebben van slechts 6 µm. Wat er gebeurt, is dat deze axonen myeline bevatten.

Een gemyeliniseerde axon kan actiepotentialen geleiden met een snelheid van ongeveer 432 kilometer per uur, met een diameter van 20 µm.

Referenties

1. Actiepotentialen. (sf). Opgehaald op 5 maart 2017, van Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Fysiologie van gedrag 8e Ed. Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (zd). Lichten, camera, actiepotentieel. Opgehaald op 5 maart 2017, van de Universiteit van Washington: faculty.washington.edu.
4. Stadia van het actiepotentieel. (sf). Opgehaald op 5 maart 2017, van Boundless: boundless.com.