NERVENIMPULS: EIGENSCHAFTEN, STADIEN, FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Der Nervenimpuls ist eine Reihe von Aktionspotentialen (AP), die entlang des Axons und anderer elektrisch erregbarer Zellen (Muskel und Drüse) auftreten. Im Prinzip tritt es auf, wenn eine Nachricht von einem Neuron zu einem anderen oder von einem Neuron zu einem Effektororgan aufgrund eines externen oder internen Stimulus übertragen wird.

Die Nachricht ist im Wesentlichen ein elektrisches Signal, das in den Dendriten oder im Körper des Neurons erzeugt wird und sich zum Ende des Axons bewegt, wo das Signal übertragen wird. Dieses Aktionspotential ist das primäre elektrische Signal, das von Nervenzellen und Neuronen erzeugt wird und durch Änderungen der Permeabilität der Membran für bestimmte Ionen verursacht wird.

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Die Kinetik und Spannungsabhängigkeit der Permeabilitäten für bestimmte Ionen liefert eine vollständige Erklärung für die Erzeugung des Aktionspotentials.

Eigenschaften

Das Aktionspotential ist dann ein explosives Phänomen, das sich ohne Abnahme entlang der Nervenfasern ausbreitet. Das Axon leitet den AP von seinem Ursprungspunkt, der die Spike-Initiationszone (nahe dem axonalen Kegel des Neurons) ist, zu den axonalen Terminals.

Neuronen sind daher Zellen, die darauf spezialisiert sind, Reize zu empfangen und Impulse zu übertragen. Die aktiven elektrischen Reaktionen von Neuronen und anderen erregbaren Zellen hängen von der Anwesenheit spezialisierter Proteine ​​in der Zellmembran ab, die als spannungsgesteuerte Ionenkanäle bekannt sind.

Damit der Nervenimpuls erzeugt werden kann, muss notwendigerweise eine Veränderung in der Membran des Neurons auftreten, die sich über das gesamte Axon erstreckt. Der elektrochemische Unterschied zwischen dem Zellzytoplasma und der extrazellulären Umgebung ermöglicht das Auftreten eines Potentialunterschieds auf beiden Seiten der Membran.

Wenn wir diesen Unterschied im elektrochemischen Potential innerhalb und außerhalb der Membran messen, würden wir einen Unterschied von ungefähr -70 mV beobachten. In diesem Sinne ist die Innenseite der Neuronenmembran gegenüber der Außenseite negativ, wenn kein Reiz vorliegt.

Ionenkanäle und ihre Bedeutung

Spannungsgesteuerte Ionenkanäle ermöglichen es Ionen, sich als Reaktion auf Änderungen des elektrischen Feldes der Membran über die Membran zu bewegen. Es gibt verschiedene Arten von Ionenkanälen im Neuron, von denen jeder den Durchgang einer bestimmten ionischen Spezies ermöglicht.

Diese Kanäle sind nicht gleichmäßig auf der Membran verteilt. In der axonalen Membran finden wir jedoch schnell wirkende Kanäle für Na + und K +, während wir im axonalen Terminal Ca + -Kanäle finden.

K + -Kanäle sind für die Aufrechterhaltung des Ruhezustands elektrisch erregbarer Zellen verantwortlich, wenn keine Stimuli vorhanden sind, die eine PA auslösen, ein Phänomen, das als passive Änderungen des Membranpotentials bezeichnet wird.

Während die Na + -Kanäle schnell reagieren, greifen sie in die Depolarisation der Membran ein, wenn ein PA oder eine aktive Änderung des Membranpotentials erzeugt wird.

Andererseits haben Ca + -Kanäle, obwohl sie sich während der Depolarisation langsamer öffnen, die grundlegende Rolle, elektrische Signale zu verbreiten und die Freisetzung von Neurotransmittersignalen an Synapsen auszulösen.

Bioelemente, die an der Erregbarkeit des Neurons beteiligt sind

Der Impuls tritt aufgrund der Asymmetrie in der Konzentration von Bioelementen und Biomolekülen zwischen dem Zytoplasma und dem extrazellulären Medium auf. Die wichtigsten Ionen, die an der Erregbarkeit des Neurons beteiligt sind, sind Na +, K +, Ca2 + und Cl-.

Es gibt auch einige organische Anionen und Proteine, die sich nur in der intrazellulären Flüssigkeit befinden und diese nicht verlassen können, da die Plasmamembran für diese Komponenten undurchlässig ist.

Außerhalb der Zelle gibt es eine höhere Konzentration an Ionen wie Na + (10-mal mehr) und Cl- und innerhalb von bis zu 30-mal mehr K + und eine große Menge an organischen Anionen (Proteinen), die im Zytoplasma eine negative Ladung erzeugen.

Sobald die spannungsempfindlichen Na + - und K + -Kanäle geöffnet sind, werden die Spannungsänderungen auf Bereiche neben der Membran übertragen und induzieren das Öffnen spannungsempfindlicher Komponenten in diesen Bereichen und die Übertragung der Spannungsänderung auf andere. am weitesten entfernte Sektoren.

Nach dem Schließen der Na + - und K + -Kanäle werden die Gates für kurze Zeit inaktiviert, was bedeutet, dass der Impuls nicht zurückkehren kann.

Mögliche Abhängigkeiten

Die Erzeugung des Aktionspotentials hängt dann von drei wesentlichen Elementen ab:

Erstens der aktive Transport von Ionen durch spezifische Membranproteine. Dies erzeugt ungleiche Konzentrationen einer oder mehrerer ionischer Spezies auf beiden Seiten.

Zweitens erzeugt die ungleichmäßige Verteilung der Ionen einen elektrochemischen Gradienten über die Membran, der eine Quelle potentieller Energie erzeugt.

Schließlich ermöglichen Gate-Ionenkanäle, die für bestimmte Ionenspezies selektiv sind, Ionenströme, die durch elektrochemische Gradienten angetrieben werden, durch diese membranüberspannenden Kanäle zu fließen.

Stufen

Ruhepotential

Wenn kein Aktionspotential übertragen wird, ruht die Membran des Neurons. In diesem Fall enthalten die intrazelluläre Flüssigkeit (Zytoplasma) und die extrazelluläre Flüssigkeit unterschiedliche Konzentrationen anorganischer Ionen.

Dies führt dazu, dass die äußere Schicht der Membran eine positive Ladung aufweist, während die innere Schicht eine negative Ladung aufweist, was bedeutet, dass die Membran in Ruhe "polarisiert" ist. Dieses Ruhepotential hat einen Wert von -70 mV, dh das Potential innerhalb der Zelle ist 70 mV negativer als das extrazelluläre Potential.

Na + -Eintritt und K + -Ausgang existieren normalerweise in der Zelle aufgrund des Effekts des Konzentrationsgradienten (aktiver Transport). Wenn sich außerhalb der Zelle mehr Na + befindet, tritt es tendenziell ein, und wenn sich mehr K + in der Zelle befindet, tritt es tendenziell aus, um seine Konzentration auf beiden Seiten der Membran auszugleichen.

Die unterschiedliche Ionenkonzentration wird durch die Wirkung eines Membranproteins aufrechterhalten, das als "Natrium- und Kaliumpumpe" bezeichnet wird. Um die Potentialdifferenz zu erhalten, entfernt die Na + - und K + -Pumpe für jeweils zwei eingeführte K + 3 Na + -Ionen aus der Zelle.

Bildung von Nervenimpulsen

Wenn im Rezeptorbereich der neuronalen Membran ein Stimulus präsentiert wird, wird ein Erzeugungspotential erzeugt, das die Permeabilität für Na + in der Membran erhöht.

Wenn dieses Potential die Erregbarkeitsschwelle von -65 bis -55 mV überschreitet, wird ein Nervenimpuls erzeugt und die Na + wird so schnell eingeführt, dass sogar die Na + - und K + -Pumpe inaktiviert wird.

Der massive Zufluss von positiv geladenem Na + bewirkt, dass sich die oben genannten elektrischen Ladungen umkehren. Dieses Phänomen ist als Membrandepolarisation bekannt. Letzteres stoppt bei ca. + 40mv.

Bei Erreichen der Schwelle wird immer ein Standard-BP erzeugt, da keine großen oder kleinen Nervenimpulse vorhanden sind und folglich alle Aktionspotentiale gleich sind. Wenn die Schwelle nicht erreicht wird, passiert nichts, was als "Alles oder Nichts" -Prinzip bekannt ist.

Die PA ist sehr kurz und dauert 2 bis 5 Millisekunden. Die Erhöhung der Permeabilität der Membran für Na + hört schnell auf, da die Na + -Kanäle inaktiviert werden und die Permeabilität für die K-Ionen, die aus dem Zytoplasma fließen, zunimmt, wodurch das Ruhepotential wiederhergestellt wird.

Impulsverschiebung

Der Impuls verbleibt nicht in der neuronalen Membran, wo er als Folge eines Generatorpotentials erzeugt wird, sondern wandert durch die Membran entlang des Neurons, bis er das Ende des Axons erreicht.

Die Übertragung des Impulses besteht aus seiner Bewegung in Form von elektrischen Wellen entlang der Nervenfaser. Sobald es die Endfüße des Axons erreicht, muss es eine Synapse überqueren, was mittels chemischer Neurotransmitter erfolgt.

Das PA bewegt sich kontinuierlich entlang der Nervenfaser, wenn es kein Myelin hat. Wenn dies jedoch der Fall ist, isolieren die Myelinschichten die Nervenfasermembran über ihre gesamte Oberfläche, außer in den Knötchen von Ranvier. Die PA schreitet in dieser Situation in Sprüngen von einem Knoten zum nächsten voran, was als Salzleitung bekannt ist.

Diese Art der Übertragung spart viel Energie und erhöht die Geschwindigkeit des Impulses und der Übertragung der Informationen, da die Depolarisation nur in den Knoten von Ranvier auftritt. Es wurden Geschwindigkeiten von bis zu 120 m / s aufgezeichnet, während für Fasern, die nicht mit Myelin bedeckt sind, die ungefähre Geschwindigkeit 0,5 m / s beträgt.

Synaptische Übertragung

Der Fluss des Nervenimpulses geht vom afferenten Ende des Neurons, das den Körper und die Dendriten umfasst, zum efferenten Ende, das vom Axon und seinen Kollateralästen gebildet wird. Hier sind die axonalen Enden enthalten, an deren Enden sich die Endfüße oder synaptischen Tasten befinden.

Der Kontaktbereich zwischen einem Neuron und einem anderen oder zwischen einem Neuron und einem Muskel oder einer Drüsenzelle wird als Synapse bezeichnet. Für das Auftreten der Synapse spielen Neurotransmitter eine grundlegende Rolle, damit die übertragene Nachricht Kontinuität auf den Nervenfasern aufweist.

Zyklisches Impulsverhalten

Im Wesentlichen ist ein Aktionspotential eine Änderung der Polarität der Membran von negativ nach positiv und zurück nach negativ in einem Zyklus, der 2 bis 5 Millisekunden dauert.

Jeder Zyklus umfasst eine aufsteigende Phase der Depolarisation, eine absteigende Phase der Repolarisation und eine subabsteigende Phase, die als Hyperpolarisation bezeichnet wird, bei Werten unter -70 mV.

Eigenschaften

Der Nervenimpuls ist eine elektrochemische Botschaft. Es ist eine Nachricht, weil es einen Empfänger und einen Absender gibt, und es ist elektrochemisch, da es eine elektrische Komponente und eine chemische Komponente gibt.

Durch den Nervenimpuls (Aktionspotential) transportieren Neuronen Informationen schnell und genau, um die Aktionen des gesamten Körpers eines Organismus zu koordinieren.

PAs sind für jedes Gedächtnis, jede Empfindung, jeden Gedanken und jede motorische Reaktion verantwortlich. Dies tritt in den meisten Fällen in großen Entfernungen auf, um Effektorreaktionen zu steuern, zu denen Ionenkanalöffnung, Muskelkontraktion und Exozytose gehören.

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