Elektrotonický potenciál - Electrotonic potential

Příklady elektrotonických potenciálů

Ve fyziologii elektrotonus označuje pasivní šíření náboje uvnitř a neuron a mezi buňky srdečního svalu nebo hladký sval buňky. Pasivní znamená, že změny vodivosti membrány závislé na napětí nepřispívají. Neurony a jiné excitovatelné buňky produkují dva typy elektrického potenciálu:

  • Elektrotechnické potenciál (nebo odstupňovaný potenciál ), nerozmnožený místní potenciál, vyplývající z místní změny iontové vodivosti (např. synaptický nebo senzorický, který vyvolává místní proud). Když se šíří podél úseku membrány, zmenšuje se exponenciálně (zmenšuje se).
  • Akce potenciál, rozšířený impuls.

Elektrotonické potenciály představují změny neuronů membránový potenciál které nevedou ke generování nového proudu do akční potenciály.[1] Všechny akční potenciály však začínají elektrotonickými potenciály depolarizující membrána nad prahový potenciál který převádí elektrotonický potenciál na akční potenciál.[2] Neurony, které jsou vzhledem k jejich délce malé, například některé neurony v mozku, mají pouze elektrotonické potenciály (starburst amakrinní buňky v sítnice mají tyto vlastnosti); delší neurony využívají elektrotonické potenciály ke spuštění akční potenciál.

Elektrotonické potenciály mají amplitudu obvykle 5-20 mV a mohou trvat od 1 ms do několika sekund.[3] Aby bylo možné kvantifikovat chování elektrotonických potenciálů, běžně se používají dvě konstanty: časová konstanta membrány τ a konstanta délky membrány λ. Membránová časová konstanta měří dobu, po kterou elektrotonický potenciál pasivně poklesne na 1 / e nebo 37% svého maxima. Typická hodnota pro neurony může být od 1 do 20 ms. Konstanta délky membrány měří, jak daleko trvá pokles elektrotonického potenciálu na 1 / e nebo 37% jeho amplitudy v místě, kde začal. Běžné hodnoty pro délkovou konstantu dendritů jsou od 0,1 do 1 mm.[2]

Elektrotonické potenciály jsou vedeny rychleji než akční potenciály, ale rychle zeslabují, takže jsou nevhodné pro dálkovou signalizaci. Fenomén poprvé objevil Eduard Pflüger.

Shrnutí

Elektrotonický potenciál prochází elektrotonickým rozšířením, což se projevuje přitažlivostí opačných a odpuzujících iontů s podobným nábojem v buňce. Elektrotonické potenciály lze sčítat prostorově nebo časově. Prostorový součet je kombinací více zdrojů přílivu iontů (více kanálů v a dendrit nebo kanály v rámci několika dendritů), zatímco časová sumace je postupné zvyšování celkového náboje v důsledku opakovaných přílivů na stejné místo. Protože iontový náboj vstupuje na jednom místě a rozptyluje se do ostatních a ztrácí na intenzitě, jak se šíří, je elektrotonické šíření odstupňovanou odpovědí. Je důležité to porovnat s zákon vše-nebo-žádný propagace akční potenciál dolů po axonu neuronu.[2]

EPSP

Elektrotonický potenciál může buď zvýšit potenciál membrány s kladným nábojem, nebo jej snížit se záporným nábojem. Elektrotonické potenciály, které zvyšují membránový potenciál, se nazývají excitační postsynaptické potenciály (EPSP). Je to proto, že depolarizují membránu a zvyšují pravděpodobnost akčního potenciálu. Když se sečtou dohromady, mohou dostatečně depolarizovat membránu, aby ji tlačili nad prahový potenciál, což pak způsobí vznik akčního potenciálu. EPSP jsou často způsobeny oběma Na+ nebo Ca.2+ přicházející do cely.[2]

IPSP

Elektrotonické potenciály, které snižují membránový potenciál, se nazývají inhibiční postsynaptické potenciály (IPSP). Ony hyperpolarizovat membránu a ztížit akčnímu potenciálu buňky. IPSP jsou spojeny s Cl− vstup do buňky nebo K.+ opouštět celu. IPSP mohou interagovat s EPSP, aby „zrušili“ jejich účinek.[2]

Přenos informací

Vzhledem k neustále se měnící povaze elektrotonického potenciálu versus binární odezvě akčního potenciálu to vytváří důsledky pro to, kolik informací může být zakódováno každým příslušným potenciálem. Elektrotonické potenciály jsou schopné v daném časovém období přenést více informací než akční potenciály. Tento rozdíl v rychlostech informací může být u elektrotonických potenciálů až o řádově větší.[4][5]

Teorie kabelů

Diagram ukazující odpor a kapacitu napříč buněčnou membránou axonu. Buněčná membrána je rozdělena do sousedních oblastí, z nichž každá má svůj vlastní odpor a kapacitu mezi cytosolem a extracelulární tekutinou přes membránu. Každá z těchto oblastí je zase spojena s intracelulárním obvodem s odporem.
Ekvivalentní obvod neuronu konstruovaného s předpoklady jednoduché teorie kabelů.

Teorie kabelů může být užitečné pro pochopení toho, jak proudy protékají axony neuronu.[6] V roce 1855 Lord Kelvin tuto teorii vymyslel jako způsob, jak popsat elektrické vlastnosti transatlantických telegrafních kabelů.[7] Téměř o sto let později v roce 1946 Hodgkin a Rushton objevená teorie kabelů by mohla být aplikována také na neurony.[8] Tato teorie má neuron aproximovaný jako kabel, jehož poloměr se nemění, a umožňuje jeho reprezentaci pomocí parciální diferenciální rovnice[6][9]

kde PROTI(X, t) je napětí přes membránu najednou t a pozice X podél délky neuronu a kde λ a τ jsou charakteristické délkové a časové stupnice, na kterých se tato napětí rozpadají v reakci na podnět. S odkazem na schéma zapojení vpravo lze tyto váhy určit z odporů a kapacit na jednotku délky.[10]

Z těchto rovnic lze pochopit, jak vlastnosti neuronu ovlivňují proud, který jím prochází. Konstanta délky λ se zvyšuje s rostoucím odporem membrány a se zmenšujícím vnitřním odporem, což umožňuje proudu cestovat dále dolů po neuronu. Časová konstanta τ se zvyšuje s nárůstem odporu a kapacity membrány, což způsobuje, že proud prochází pomaleji neuronem.[2]

Synapse pásu karet

Synapse pásu karet jsou typem synapsí, které se často nacházejí v senzorických neuronech, a mají jedinečnou strukturu, která je speciálně vybavuje k dynamické reakci na vstupy z elektrotonických potenciálů. Jsou tak pojmenovány pro organelu, kterou obsahují, synaptickou stuhu. Tato organela pojme tisíce synaptických váčků blízko presynaptické membrány, což umožňuje uvolňování neurotransmiterů, které mohou rychle reagovat na širokou škálu změn v membránovém potenciálu.[11][12]

Viz také

Reference

  1. ^ elektrotonický - definice elektrotonického v lékařském slovníku - Free Online Medical Dictionary, tezaurus a encyklopedie
  2. ^ A b C d E F Sperelakis, Nicholas (2011). Zdrojová kniha buněčné fyziologie. Akademický tisk. 563–578. ISBN  978-0-12-387738-3.
  3. ^ Pauls, John (2014). Klinická neurověda. Churchill Livingstone. 71–80. ISBN  978-0-443-10321-6.
  4. ^ Juusola, Mikko (červenec 1996). "Zpracování informací přenosem odstupňovaného potenciálu prostřednictvím tonicky aktivních synapsí". Trendy v neurovědách. 19 (7): 292–7. doi:10.1016 / S0166-2236 (96) 10028-X. PMID  8799975. S2CID  13180990.
  5. ^ Niven, Jeremy Edward (leden 2014). "Důsledky převodu odstupňovaného na akční potenciály na kódování neurálních informací a energetickou účinnost". PLOS výpočetní biologie. 10 (1): e1003439. Bibcode:2014PLSCB..10E3439S. doi:10.1371 / journal.pcbi.1003439. S2CID  15385561.
  6. ^ A b Rall, W. v Koch a Segev 1989, Teorie kabelů pro dendritické neurony, s. 9–62.
  7. ^ Kelvin WT (1855). „K teorii elektrického telegrafu“. Sborník Královské společnosti. 7: 382–99.
  8. ^ Hodgkin, AL (1946). „Elektrické konstanty nervového vlákna korýšů“. Sborník Královské společnosti B. 133 (873): 444–79. Bibcode:1946RSPSB.133..444H. doi:10.1098 / rspb.1946.0024. PMID  20281590.
  9. ^ Gabbiani, Fabrizio (2017). Matematika pro neurovědy. Akademický tisk. str. 73–91. ISBN  978-0-12-801895-8.
  10. ^ Purves a kol. 2008, str. 52–53.
  11. ^ Matthews, Gary (leden 2005). "Struktura a funkce synapsí pásu karet". Trendy v neurovědách. 28 (1): 20–29. doi:10.1016 / j.tins.2004.11.009. PMID  15626493. S2CID  16576501.
  12. ^ Lagnado, Leon (srpen 2013). "Hroty a pásky synapse v raném vidění". Trendy v neurovědách. 36 (8): 480–488. doi:10.1016 / j.tins.2013.04.006. PMID  23706152. S2CID  28383128.

externí odkazy