Informație

De ce constanta de lungime a fluxului de curent pasiv nu depinde de capacitatea membranei?

De ce constanta de lungime a fluxului de curent pasiv nu depinde de capacitatea membranei?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Am citit că ecuația pentru constanta de lungime pentru conductanța pasivă de-a lungul unui neuron depinde de rezistența membranei plasmatice, a axoplasmei intracelulare și a mediului extracelular. Întrebarea mea este de ce nu depinde și de capacitatea membranei, deoarece poate afecta și cât de departe se poate propaga curentul (dacă, de exemplu, capacitatea membranei este mare, mai multă sarcină negativă va fi pe partea sa intracelulară și va provoca curentul pozitiv pentru a atrage pe părţile laterale ale membranei). Mulțumiri!


Constantele de lungime sunt definite în regimul de „stare constantă” a tensiunii constante; capacitatea este importantă pentru funcțiile electrice dependente de timp, dar dispare în starea staționară.

Într-un neuron real, unde aveți alte caracteristici (dinamice) dependente de timp, cum ar fi deschiderea canalului ionic, constantele de timp și constantele de lungime interacționează pentru a determina modul în care curge curentul într-o lungime de neurită, după cum intuiți, dar aceste proprietăți pasive sunt insuficiente în sine. pentru a descrie acel comportament: trebuie să luați în considerare, de asemenea, porțile și conductanțele canalului ionic.

A se vedea, de asemenea, https://en.wikipedia.org/wiki/Cable_theory - rețineți că capacitatea este întotdeauna înmulțită cu un schimbându-se tensiunea dV/dt în ecuaţiile diferenţiale.


Neuroscience Online este o resursă electronică cu acces deschis pentru studenți, profesori și cei interesați de neuroștiințe. Proiectul a început în 1999 și prima secțiune, Neurobiologie celulară și moleculară, a fost lansat în 2007.

Dezvoltarea continuă cu noi funcții, cum ar fi funcționalitate adaptată pentru dispozitive mobile, videoclipuri cu cursuri, videoclipuri cu prelegeri corelate clinic și, în 2015, am lansat Neuroanatomie Online, un laborator electronic cu acces deschis pentru a completa Neuroscience Online ca resursă pentru studiul neuroanatomiei.

Neuroscience Online și Neuroanatomie Online au nevoie de sprijinul tău. Donațiile către site-ul nostru vor sprijini dezvoltarea în continuare a conținutului nou, animațiilor, videoclipurilor și întrebărilor de autotestare. Dorim să oferim în continuare această resursă valoroasă, fără publicitate, taxe și fără limitări.

Urmați linkul pentru a face o donație: Neuroscience Online Giving

3.1 Modificări în distribuția spațială a taxei

Videoclipul prelegerii

Odată ce un potențial de acțiune este inițiat într-un punct al celulei nervoase, cum se propagă el în regiunea terminală sinaptică într-un mod totul sau nimic?

Figura 3.1 prezintă o diagramă schematică a unui axon și distribuțiile de sarcină care ar fi de așteptat să apară de-a lungul membranei axonului respectiv. Sarcini pozitive există în exteriorul axonului și sarcini negative în interior. Acum luați în considerare consecințele furnizării unui stimul într-un punct din mijlocul axonului. Dacă depolarizarea este suficient de mare, se vor deschide canale de sodiu dependente de tensiune și se va iniția un potențial de acțiune.

Luați în considerare pentru moment „înghețarea” potențialului de acțiune la valoarea sa de vârf. Valoarea sa de vârf va fi acum de aproximativ +40 mV în interior față de exterior. Spre deosebire de sarcinile se atrag, astfel încât sarcina pozitivă se va muta în regiunea adiacentă a membranei. Pe măsură ce sarcina se deplasează în regiunea adiacentă a membranei, regiunea adiacentă a membranei se va depolariza. Dacă se depolarizează suficient, așa cum se va întâmpla, canalele de sodiu dependente de tensiune din regiunea adiacentă membranei vor fi deschise și va fi inițiat un potențial de acțiune „nou”. Această distribuție a taxelor se va răspândi apoi în următoarea regiune și va iniția alte potențiale de acțiune „noi”. O modalitate de a vizualiza acest proces este cu un analog termic. Vă puteți gândi la un axon ca la o bucată de sârmă acoperită cu praf de pușcă (praful de pușcă este analog cu canalele de sodiu). Dacă un stimul suficient (căldură) este furnizat firului, praful de pușcă se va aprinde, va genera căldură, iar căldura se va răspândi de-a lungul firului în regiunile adiacente și va provoca aprinderea prafului de pușcă din regiunile adiacente.

3.2 Determinanți ai vitezei de propagare

O mare variabilitate se regaseste in viteza de propagare a potentialelor de actiune. De fapt, viteza de propagare a potențialelor de acțiune în nervi poate varia de la 100 de metri pe secundă (223 mile pe oră) la mai puțin de o zecime de metru pe secundă (0,22 mile pe oră). De ce unii axoni propagă informații foarte rapid, iar alții încet? Pentru a înțelege cum funcționează acest proces, este necesar să luăm în considerare două așa-numitele proprietăți pasive ale membranelor, constanta de timp și constanta de spațiu sau lungime. De ce sunt acestea numite proprietăți pasive? Nu au nimic de-a face cu nici una dintre conductanțele dependente de tensiune discutate mai devreme. Nu au nicio legătură cu pompe sau schimbătoare. Sunt proprietăți intrinseci ale tuturor membranelor biologice.

Timpul constant . În primul rând, luați în considerare un analog termic. Pune un bloc de metal la 10 o C pe o plită la 100 o C. Cum s-ar schimba temperatura? Va crește de la valoarea sa inițială de 10 o C la o valoare finală de 100 o C. Dar temperatura nu se va schimba instantaneu. De fapt, s-ar schimba ca o funcție exponențială a timpului. O situație similară apare în celulele nervoase, când acestea primesc un stimul instantaneu. Figura din dreapta reprezintă o celulă nervoasă idealizată. Electrodul de înregistrare măsoară inițial un potențial de -60 mV (potenţialul de repaus). La un moment dat (timpul 0), comutatorul este închis. Închiderea comutatorului are loc instantaneu și, ca urmare a închiderii instantanee, curentul instantaneu trece prin circuit. (Acest lucru este echivalent cu lovirea blocului de metal pe plită.) Rețineți că, în ciuda faptului că acest stimul se schimbă instantaneu, modificarea potențialului nu are loc instantaneu. Este nevoie de timp pentru ca potențialul să se schimbe de la valoarea sa inițială de -60 mV la valoarea sa finală de -50 mV. Există un total de depolarizare de 10 mV, dar schimbarea are loc ca o funcție exponențială a timpului.

Există un indice convenabil al cât de rapid se schimbă funcțiile exponențiale în timp. Indicele este notat cu simbolul τ și numit constantă de timp. Este definită ca perioada de timp necesară pentru ca modificarea potențialului să atingă 63% din valoarea sa finală. (De ce 63%?) În acest exemplu, potențialul se modifică de la -60 la -50, iar valoarea 63% este -53,7 mV. Astfel, constanta de timp este de 10 msec. Cu cât constanta de timp este mai mică, cu atât mai rapidă va fi schimbarea ca răspuns la un stimul. Prin urmare, dacă acest neuron ar avea o constantă de timp de 5 msec, atunci în 5 msec potențialul membranei ar ajunge la -53,7 mV. Constanta de timp este analogă cu ratingul de la 0 la 60 al unei mașini de înaltă performanță, cu cât este mai mic ratingul de la 0 la 60, cu atât mașina este mai rapidă. Cu cât constanta de timp este mai mică, cu atât mai rapid sau mai rapid o membrană va răspunde la un stimul. Efectele constantei de timp asupra vitezei de propagare vor deveni clare mai jos.

Constanta de timp este o funcție a două proprietăți ale membranelor, rezistența membranei (Rm ) și capacitatea membranei (Cm ). Rm este inversul permeabilității, cu cât permeabilitatea este mai mare, cu atât rezistența este mai mică și invers. Membranele, precum dispozitivele fizice cunoscute sub numele de condensatoare, pot stoca încărcare. Atunci când este furnizat un stimul, este nevoie de timp pentru a încărca membrana la noua sa valoare.

[Vă rugăm să consultați un manual de fizică la nivel de colegiu pentru o revizuire a proprietăților de bază ale rezistențelor și condensatorilor. Pentru o revizuire suplimentară a rezistențelor, condensatoarelor și constantelor de timp și utilizarea analogilor hidraulici pentru a le înțelege, a se vedea: Byrne, J. H., Înțelegerea energiei electrice cu apă, epub, Lulu.com, 2011.]

constantă de spațiu. Luați în considerare un alt analog termic. Luați o tijă lungă, de metal, care este din nou inițial la 10 o C și luați în considerare consecințele atingerii unui capăt al tijei cu o plită care este la 100 o C. (Să presupunem că este plasată acolo pentru o anumită perioadă de timp pentru a permite temperatura se modifică pentru a se stabiliza.) Cum ar fi distribuită temperatura pe lungimea tijei? Ar exista un gradient de temperatură de-a lungul tijei din cauza pierderii tot mai mari de căldură cu distanțe mai mari de la sursa de căldură. Gradientul de temperatură poate fi descris printr-o funcție exponențială a distanței din cauza proceselor fizice implicate.

O situație similară apare în celulele nervoase. Figura din stânga reprezintă o celulă nervoasă idealizată în care înregistrările sunt făcute din diferite regiuni de-a lungul axonului la incremente de 1 mm. Corpul celulei este tras în țeapă cu un electrod de stimulare conectat la o baterie, a cărui valoare modifică potențialul corpului celulei la -50 mV (echivalentul punerii unei tije de 10 o C pe o placă fierbinte de 100 o C). Acest axon, chiar dacă inițial avea un potențial de repaus uniform spațial de -60 mV, acum are un potențial de -50 mV în soma, deoarece aceasta este regiunea în care este aplicat stimulul. Cu toate acestea, potențialul nu este de -50 mV pe tot parcursul axonului, ci variază în funcție de distanța de la somă. La un mm, potențialul este de -56 mV la 2 mm distanță, este chiar mai aproape de -60 mV și suficient de departe de-a lungul axonului, potențialul axonului este de -60 mV, potențialul de repaus. Așa cum există un indice pentru modul în care o modificare a potențialului se modifică odată cu timpul (constanta de timp), există și un indice notat cu simbolul λ (numit constantă de spațiu sau constantă de lungime), care este o indicație a modului în care departe un potențial se va răspândi de-a lungul unui axon ca răspuns la un stimul subprag într-un alt punct. În Figura 3.3, constanta de spațiu sau constanta de lungime este de 1 mm. În 1 mm potențialul se va modifica cu 63% din valoarea sa finală. Dacă λ ar fi mai mare de 1 mm, potențialul s-ar extinde pe o distanță mai mare. Dacă λ ar fi 1/2 mm, potențialul s-ar răspândi mai puțin de-a lungul axonului. Astfel, în timp ce constanta de timp este un indice al rapidității cu care o membrană ar răspunde la un stimul în timp, constanta de spațiu este un indice al cât de bine se va răspândi un potențial subprag de-a lungul unui axon în funcție de distanță. Constanta de spațiu este o proprietate pasivă a membranelor. Desi influenteaza rata de propagare a potentialelor de actiune, este un proces independent. Este ca suprafața unei piste de curse și potențialul de acțiune este ca mașina de curse. Dacă suprafața este noroioasă, mașina va merge încet, dacă este fermă și asfaltată, aceeași mașină va putea merge mult mai repede.

Constanta de lungime poate fi descrisă în termeni de parametrii fizici ai axonului, unde d este diametrul axonului, Rm este, ca și înainte, rezistența membranei, inversul permeabilității și Ri este rezistența internă (rezistența axoplasmei). Ri este un indicator al capacității sarcinilor de a se deplasa de-a lungul suprafeței interioare a axonului. O mică modificare subprag în distribuția sarcinii la un punct de-a lungul unui axon se va răspândi de-a lungul axonului, dar, pe măsură ce o face, unele vor difuza înapoi în afara membranei, iar unele vor continua să se miște de-a lungul axonului. Dacă rezistența membranei (Rm) este mare, se va scurge mai puțin și relativ mai mult se va deplasa de-a lungul axonului. Creșterea Rm este ca și cum ai pune izolație pe o tijă de metal și a încălzi tija la un capăt. Cu mai multă izolație (mai multă rezistență la pierderea de căldură în exteriorul tijei), mai multă căldură va călători de-a lungul interiorului tijei.

Viteza de propagare. Cum sunt constanta de timp și constanta de spațiu legate de viteza de propagare a potențialelor de acțiune? Cu cât constanta de timp este mai mică, cu atât mai rapid o depolarizare va afecta regiunea adiacentă. Dacă o depolarizare afectează mai rapid o regiune adiacentă, aceasta va aduce regiunea adiacentă la prag mai devreme. Prin urmare, cu cât constanta de timp este mai mică, cu atât viteza de propagare va fi mai rapidă. Dacă constanta de spațiu este mare, o modificare potențială la un punct s-ar extinde pe o distanță mai mare de-a lungul axonului și ar aduce regiunile de distanță la prag mai devreme. Prin urmare, cu cât constanta spațiului este mai mare, cu atât regiunile mai îndepărtate vor fi aduse la prag și cu atât viteza de propagare va fi mai rapidă. Astfel, viteza de propagare este direct proporțională cu constanta de spațiu și invers proporțională cu constanta de timp. Există ecuații separate care descriu atât constanta de timp, cât și constanta de spațiu. Perspectiva de mai sus ne permite să facem o nouă ecuație care să combină cele două.

Ecuația oferă informații despre modul în care este posibil ca diferiți axoni să aibă viteze de propagare diferite. O modalitate de a dota un axon cu o viteză mare de propagare este creșterea diametrului. Cu toate acestea, există o problemă serioasă în schimbarea vitezei de propagare prin simpla schimbare a diametrului. Pentru a dubla viteza, este necesar să se dubleze diametrul. În mod clar, trebuie să existe o modalitate mai bună de a crește viteza de propagare decât prin simpla creștere a diametrului.

O altă modalitate de a crește viteza de propagare este scăderea capacității membranei. Acest lucru poate fi realizat prin acoperirea axonilor cu o teaca izolatoare groasa cunoscuta sub numele de mielina. O problemă potențială a acestei abordări este că procesul de acoperire a axonului ar acoperi canalele Na + dependente de tensiune. Dacă canalele Na + sunt ocluse, ar fi imposibil să se genereze un potențial de acțiune. În loc să acoperiți întregul axon cu mielină, numai secțiunile sunt acoperite și unele regiuni numite noduri sunt lăsate goale.

3.3 Propagarea în fibre mielinizate

Propagarea potențialelor de acțiune în fibrele mielinizate este ilustrată în Figura 3.4. Începeți cu un potențial de acțiune la un nod din stânga. În absența mielinei, potențialul de acțiune s-ar propaga activ prin mecanismele simple discutate mai sus. Cu toate acestea, acum mielina oclude toate canalele de sodiu dependente de tensiune, astfel încât potențialul de acțiune nu se poate propaga activ. (De fapt, axonii mielinizați nici măcar nu au canale de sodiu în regiunea internodală.) Mai degrabă, modificarea potențială produsă de potențialul de acțiune la un nod se extinde în regiunea internodală de-a lungul axonului pasiv, așa cum temperatura s-ar răspândi de-a lungul unui metal lung. tijă. Potențialul se extinde, dar devine mai mic (descrește), la fel cum o schimbare de temperatură indusă la un capăt al unei tije s-ar micșora pe măsură ce se răspândește de-a lungul unei tije.

Acum luați în considerare punctul în care potențialul de răspândire pasiv ajunge la următorul nod. Un „nou” potențial de acțiune va fi inițiat. Stimul pentru acest potențial de acțiune este depolarizarea care iese din capătul mielinei. Fiecare nod acționează ca o „stație releu” care reînnoiește semnalul decrementat. Gândiți-vă din nou la analogul de praf de pușcă, dar de data aceasta acoperiți tija cu puțină izolație și puneți praf de pușcă numai în regiunile goale. Datorită izolației, o schimbare de temperatură produsă de aprinderea prafului de pușcă se va răspândi eficient de-a lungul tijei metalice. Se va produce o oarecare pierdere de temperatură, dar va fi suficient să aprindeți praful de pușcă în regiunea următoare și procesul se va repeta.

Donațiile către Neuroscience Online vor ajuta la finanțarea dezvoltării de noi funcții și conținut.

Design instrucțional și ilustrații create prin Tehnologia Academică


METODE

Model de țesut.

Țesutul cardiac este modelat ca un monodomeniu continuu, unde fluxul de curent este descris de următoarea ecuație

Simulare pe calculator.

Două grile nestructurate ale ventriculului întreg au fost construite și discretizate folosind o schemă cu volum finit (7, 17). Geometria inimii șoarecelui a fost obținută prin RMN și segmentată într-o plasă de trepte cu 230.000 de elemente uniforme, determinată de rezoluția scanării (76 μm în fiecare direcție) (8). Geometria ventriculului de iepure a fost obținută prin conversia inimii de iepure (28) de la Universitatea din California, San Diego, într-o plasă de trepte cu 3,4 × 10 6 elemente distanțate la 125 μm în fiecare direcție. Ambele dintre aceste două seturi de date întregi ale ventriculului sunt mici în comparație cu cele ale mamiferelor mai mari, cum ar fi câinii sau porcii, cu toate acestea, ele oferă o mare diferență în dimensiune (Fig. 1). Volumele de țesut ale inimii de șoarece și iepure sunt de 0,1 și, respectiv, 6,1 cm3.

Fig. 1.Geometria inimilor de șoarece și iepure folosită ca bază pentru studiile computaționale tridimensionale.

Două modele diferite de membrane au fost utilizate în simulările prezentate în acest studiu. Pentru inima de șoarece, am folosit o versiune modificată a modelului de membrană murină al lui Pandit și colab. (MP) (16). Modificarea este pur și simplu pentru a elimina dinamica calciului intracelular pentru a crește stabilitatea numerică și a permite calculul la scară largă. Pentru modelul inimii de iepure, am folosit modelul cu membrană de cobai Luo-Rudy (LR00), actualizat de Faber și Rudy (3, 15).

Integrarea temporală a Ec. 1 a fost realizat folosind o schemă explicită înainte Euler sau o schemă Crank-Nicolson semi-implicita. Un pas de timp fix este ales în mod unic pentru diferitele simulări pentru a menține stabilitatea și acuratețea numerică. Alegerea pasului spațial în toate seturile de date ventriculare a fost limitată de capacitatea de calcul. Deși reducerea dimensiunii pasului spațial într-o fibră eterogenă unidimensională cu un factor de 4 a dus la o modificare de 7% a vitezei de conducere, a produs o modificare de <1% a parametrului de interes (APD). Toate simulările pe computer au fost efectuate pe stații de lucru Linux multiprocesor sau pe un cluster Linux Beowulf care rulează pachetul software CARDIOWAVE (19).

Protocol de simulare.

Pentru curenți spațiali comparabili în cele două modele, β este setat la 2.000 cm −1 și D este izotrop (1 mS/cm). În toate cazurile, procedura de stimulare utilizează o injecție de curent intracelular cu o durată de 1 ms într-o locație fizică. Mărimea stimulului este setată la ~150% din pragul de captare local pentru fiecare simulare, iar extinderea spațială a stimulului a fost aleasă pe baza capacității de a iniția un răspuns de propagare.

Activarea și repolarizarea au fost alese ca moment în care Vm trece un prag. Acest prag a fost ales să fie la 50%, 70% sau 90% din repolarizarea totală pentru APD50, APD70, și APD90, respectiv. APD este calculată ca diferența dintre timpii de activare local și de repolarizare. Atunci când nu este specificat altfel, termenul general APD este măsurat la -70 mV, ceea ce corespunde unei repolarizări de ~ 85% pentru ambele modele de membrană.

Variația spațială a APD.

Eterogenitatea celulară este încorporată în oricare dintre modele prin variația spațială a densității canalelor ionice transmembranare individuale. O serie de tipuri de celule este definită pentru inima de șoarece (3 tipuri de celule) și inima de iepure (4 tipuri de celule). Acest lucru este văzut schematic pentru ambele grile în Fig. 2.

Fig. 2.Atribuirea eterogenității celulare pentru șoarece (A) și iepure (B) inimi. Trei tipuri de celule distincte [ventricularul stâng (LV), epicardul (EV epi), endocardul VS (endocardul LV) și ventriculul drept (RV)] sunt definite pentru inima de șoarece și 4 (epicard VS, celula M, endocard VS și RV). ) pentru inima de iepure.

Pentru inima de șoarece, țesutul epicardic și endocardic din ventricul stâng (LV) este definit de parametrii utilizați în studiul original (16). Și anume, endocardul VS a avut un potențial de acțiune prelungit datorită efectelor concomitente ale unei conductanțe crescute a canalului Na + (GN / A), conductanța canalului K + tranzitorie scăzută (Gt), și constantele de timp revizuite pentru canalele K + tranzitorii spre exterior și în stare staționară, τs și τîncet, respectiv. Celulele ventriculare drepte (VD) diferă de epicardul VS printr-o creștere de 1,33 ori a GN / A și o creștere de 1,25 ori în Gt, conducând la un potențial de acțiune prescurtat. Acești parametri conduc la APD izolate de ~ 40, 70 și 28 ms pentru epicardul LV, endocardul LV și, respectiv, tipurile de celule RV.

În inima de iepure, au fost definite patru tipuri de celule distincte: epicardul VS, endocardul VS, celulele M și celulele RV. Epicardul VS, endocardul VS și celulele M diferă prin constanta de scalare a conductivității maxime a canalului K + lent (euKs), după cum au raportat Viswanathan et al. (29). Cu toate acestea, au folosit o formulare diferită a modelului Luo-Rudy și fiecare tip de celulă este modelat prin modificarea valorii canalului K + lent de conductanță maximă (Ks). Pentru celulele epicardice, endocardice și M, Ks este 0,433, 0,289 și, respectiv, 0,175. Pentru simplitate, eterogenitatea RV este încorporată și cu Ks, cu Ks = 0,33 pentru a produce un APD cu ~20 ms mai lung decât pentru celulele epicardice ale VS (20). Pentru endocardul VS, epicardul VS, miocardul mijlociu și celulele RV, acești parametri conduc la APD necuplate de 230, 198, 285 și, respectiv, 218 ms.

Pentru o membrană activă, Rm este o funcție a stării curente a membranei. Ulterior, cantitatea de curent care curge spațial este o funcție de timp pentru un model de membrană dat. Odată cu complexitatea crescută a formulării curenților ionici în modelele recente de membrană, măsurarea Rm nu este simplu. În modelele anterioare, curentul transmembranar a fost strict descris ca produs al unei diferențe de potențial și al conductivității, deci Rm ar putea fi calculată ca o combinație paralelă de rezistențe individuale. Pentru modelele MP și LR00, am folosit o aproximare a Rm așa cum este obținut printr-o mică perturbare în Vm la fiecare pas de timp al unei simulări. Această metodă este similară cu cea a lui Wu și Zipes (31) pentru fiecare pas de timp


Arborii dendritici și axonali se ramifică limitele punctelor

Un punct de ramificare este tratat exact ca înainte, cu excepția faptului că acum există mai mult de doi curenți (de la ((x-Delta x)) și de la ((x+Delta x))) care curg în nod. (pe lângă curenții transmembranari și capacitivi). Segmentul inițial al fiecărei ramuri (și EDO care o reprezintă) este astfel cuplat la segmentele (și ecuațiile) imediat adiacente.

De asemenea, trebuie să decidem ce să facem la granițele neuritului. De obicei, presupunem că nici un curent nu curge în sau din neurită la capetele sale, ceea ce înseamnă că pentru coordonatele (x_) la capete, (frac)> < >=0 .)

Pentru o discuție detaliată a calculelor în arborii dendritici, consultați procesarea dendritică.


Fundamentele fizice ale conducerii

Principii de baza

  • Depolarizarea membranei: influxul de cationi are ca rezultat o sarcină pozitivă crescută în interiorul unei celule.
  • Conducție electrotonică
    • Depolarizarea unei zone a membranei duce automat la depolarizarea pasivă a zonelor învecinate.
    • Acest efect depinde de rezistența membranei și de forma conductorului electric (diametrul axonului). Descrierea conducției electrotonice necesită luarea în considerare a acestor două aspecte.

    Legile fizice care guvernează conducerea nervoasă de-a lungul membranei celulare

    Legile se bazează pe teoria cablurilor.

    Rezistența axială (ri)

    • Definiție: rezistența citosolului la mișcarea înainte a particulelor încărcate
    • Formula: ri = ρ × l / A
      • ri = rezistență
      • ρ = rezistența specifică
      • l = lungime
      • A = suprafața secțiunii

      Rezistența membranei (rM)

      • Definiție: rezistența membranei celulare la trecerea purtătorilor de sarcină
      • Efectul asupra conducției: Cu cât rezistența membranei este mai mare, cu atât conducția este mai bună (cu cât se pierd mai puțini purtători de sarcină).
      • Influența grosimii fibrei nervoase: Cu cât o fibră nervoasă este mai groasă, cu atât rezistența membranei este mai mică.

      Capacitatea membranei (CM)

      • Definiție: Membranele fibrelor nervoase funcționează ca un fel de condensator și pot prelua o anumită cantitate de sarcină electrică care nu este transmisă.
      • Efectul asupra conducției: Cu cât capacitatea membranei este mai mare, cu atât conducția este mai proastă.
      • Influența grosimii fibrelor nervoase: Cu cât o fibră nervoasă este mai groasă, cu atât este mai mare capacitatea membranei (deoarece aceasta implică și o creștere a suprafeței fibrelor nervoase, pe care se poate acumula tensiune).

      Constanta de lungime (λ)

      • Definiție: O valoare numerică constantă care cuantifică lungimea pe care o poate parcurge un semnal electric de-a lungul unui axon înainte de a se degrada.
      • Efectul asupra conducției: Cu cât constanta de lungime este mai mare, cu atât un semnal electric se poate propaga mai departe înainte de dezintegrare.
      • Influența fibrelor nervoase: prezența mielinei crește semnificativ constanta de lungime.

      Rezistența membranei și capacitatea sunt invers legate (cu cât rezistența este mai mare, cu atât capacitatea este mai mică).

      Fibrele mielinice mari au constante de lungime mai lungă și o viteză de conducere mai rapidă decât fibrele subțiri nemielinizate.

      Bolile demielinizante precum sindromul Guillain-Barré și scleroza multiplă duc la creșterea capacității membranei, scăderea rezistenței membranei, scăderea vitezei de conducere și scăderea constantă a lungimii.


      Rezultate

      În această secțiune testăm validitatea ipotezei noastre prin simulări. Scopul este de a arăta că retenția de cationi în procesele subțiri duce la formarea de microdomenii ionice la PsC: microdomeniile Na + au fost observate experimental [23] și ipoteza noastră poate explica foarte bine originea lor. Mai exact, arătăm că un microdomeniu K + format la PsC oferă forța motrice pentru întoarcerea K + în spațiul extracelular pentru a fi absorbit de către neuron, prevenind astfel depășirea K +. De asemenea, arătăm că modelul nostru poate explica dezintegrarea lentă a Na + la PsC după o perioadă de stimulare cu glutamat, ceea ce este în puternic acord cu observațiile experimentale [23]. În cele din urmă, folosim modelul nostru pentru a prezice comportamentul dinamic al ionilor în condiții mai fiziologice, prin care simulăm co-eliberarea neuronală de K + și glutamat de la terminalul presinaptic.

      Rezultatele simulării prezentate în această secțiune au fost obținute folosind Matlab 2015b pe 64 de biți (versiunea Windows) de Mathworks. Metoda de integrare Euler înainte a fost utilizată pentru simulare cu un pas de timp fix de Δt = 10μs.

      ECS K + condus de PsC K + formarea de microdomenii

      Pentru a explora modul în care retenția K + în procesul astrocitelor dă naștere unui microdomeniu K + la PsC și elimină K + undershoot, au fost efectuate mai multe simulări cu neuronul presinaptic stimulat folosind curenți externi pentru a produce rate de ardere de 20 Hz, 40 Hz, 60 Hz și 80 Hz. Aceste rate de declanșare se încadrează toate în frecvențele fiziologice ale majorității neuronilor piramidali corticali și ale neuronilor cu vârf rapid. Stimulul neural are o durată de

      1 minut în care primul 0,1 minut permite modelului să atingă o stare de echilibru și stimulul încetează după 1 minut. Deși aceasta este o perioadă lungă de timp, a permis o investigație asupra modului în care concentrațiile ionice extracelulare și intracelulare ar fi afectate în timpul unei perioade susținute de activitate neuronală. Pentru fiecare simulare, PsECS [Glu] a fost menținut constant la nivelul de fundal. Fig. 4 descrie dinamica [K + ] și [Na + ] pentru fiecare dintre cei 4 stimuli diferiți, unde se poate observa că eliberarea neuronală de K + în PsECS duce la o creștere a tensiunii membranei astrocitelor (V).A în Fig. 4A) din cauza modificării curenților ionici prin membrana PsC. De asemenea, se poate observa că K + crește constant în PsECS ([K + ]PsECS în fig. 4B) și după o perioadă de

      0,8 minute se apropie de starea de echilibru la frecvențe mai înalte, unde rata de eliberare a K + de către neuronul presinaptic este echivalentă cu rata de clearance de către NKA și KB atât pe PsC, cât și pe terminalul presinaptic și, de asemenea, K + a pierdut în GECS. De asemenea, este de remarcat faptul că, pe măsură ce concentrația de K + crește în PsC ([K + ]PsC în Fig 4C), concentrația de Na + cu PsC scade datorită efluxului de NKA la PsC ([Na + ]PsC în fig. 4D). Notă: tensiunea membranei astrocitelor VA, [K + ]PsECS și [K + ]PsC toate cresc cu rata de declanșare a neuronului presinaptic în timp ce [Na + ]PsC scade.

      (A) Tensiunea membranei astrocitelor (VA). (B) [K + ]PsECS. (C) [K + ]PsC. tranzitoriu. (D) [Na + ]PsC tranzitoriu.

      În timpul activității neuronale, NKA și Kir Curenții de canal sunt responsabili pentru absorbția K +, în timp ce curenții de fond K + și KPF eliberează K + din PsC. Acești curenți pot fi observați în Fig. 5, unde Fig. 5B arată că, contrar gândirii curente [56], NKA este forța motrice dominantă pentru absorbția K + în timp ce Kir canalul (Fig 5A) este mult mai puțin așa pentru K + clearance: în plus, clearance-ul de Kir se diminuează în timp, deoarece modificările potenţialului de inversare asociat datorită [K + ]PsC microdomeniu. Figura 5C arată că IKPF este cu câteva ordine de mărime mai mică decât IKir și, prin urmare, această scurgere lentă de K + departe de PsC pare a fi o explicație plauzibilă pentru apariția unui microdomeniu K +. Observați saturația și căderea ulterioară a lui IKB la frecvențe mai mari este un rezultat direct al potențialului de inversare a fundalului K + care se apropie de VA. Acest lucru este cauzat de acumularea rapidă de K + în PsECS și leagăn. Comportamentul oscilator de înaltă frecvență care apare ca o îngroșare a Figurilor 5A-5D se datorează răspunsului astrocitar la natura pulsată a eliberării neuronale presinaptice K +. Pe măsură ce potasiul din PsECS fluctuează, la fel și pompa NKA astrocitelor și, într-o măsură mai mică, tensiunea membranei astrocitelor. Aceste fluctuații ale tensiunii NKA și ale membranei sunt reflectate și în curenții Na + și K +. Inserțiile din Fig. 5A-5D, coloana 1, sunt utilizate pentru a arăta detaliile dinamicii curente a astrocitelor K + ca răspuns la eliberarea neuronului K +. Notă: pentru claritate, doar prima coloană arată acest detaliu, deoarece dinamica fiecărui curent este similară pentru fiecare dintre frecvențele de stimul.

      (A) K + Kir actual. (B) K + curent NKA. (C) K + curent de-a lungul procesului. (D) Fundal K + curent.

      Când neuronul încetează să elibereze K + (

      1 min) curge rapid din PsECS în ECS, ceea ce reduce gradientul K + dintre PsECS și PsC reducând astfel rata pompei NKA, după care are loc un eflux net de K + din K + stocat în microdomeniul asociat. Acest lucru indică o nouă teorie conform căreia formarea microdomeniului K + în timpul excitației neuronale (datorită reținerii ionilor în procesul astrocitelor) oferă motorul pentru întoarcerea K + la PsECS, prin scurgerea de fond K + și K.ir4.1 canale, pentru captare de către neuron. Fig. 6A prezintă transferul net de K+ prin membrana perisinaptică, în timp ce Fig. 6B prezintă fluxul net de curent de-a lungul procesului (din leagănul perisinaptic). În timpul stimulării (0,1 min până la 1 min) se poate observa că există un transfer net de K + în leagănul perisinaptic prin membrană (Fig 6A). Deoarece curentul care curge de-a lungul procesului către soma (Fig 6B) este cu 3 ordine de mărime mai mic decât curenții care intră în leagăn, există o acumulare netă de K +: în esență se formează un microdomeniu K + din cauza căii de conductanță scăzută. de la leagăn până la soma astrocitară. În plus, acest microdomeniu permite efluxul de K + din PsC în PsECS după încetarea stimulării neuronilor. Acest lucru poate fi văzut ca un vârf asemănător curentului în Fig 6A după 1 minut și este mai pronunțat în simularea de 80 Hz.

      (A) Curentul total de K + care curge prin membrana perisinaptică (IKPSC, mem). În timpul activității neuronale (Start = 0,1 min) K + din PsECS este îndepărtat de NKA și există un influx net de K + . Când activitatea neuronală se oprește (1 min), K + este eliberat înapoi în PsECS mediat de canalul K + de fundal. Acest influx/eflux poate fi văzut în coloana A 4. (B) K + curent care curge de-a lungul procesului (IKPF).

      Figura 7 prezintă curenții de Na + pentru cele patru frecvențe diferite de stimul. Toate canalele Na +, cu excepția curentului Na + NKA (Fig 7B), au ca rezultat un influx de Na + în PsC. Când neuronul se oprește, există un aflux net de Na + în PsC. Scăderea lui INaB (Fig 7A) poate fi explicată după cum urmează: Deoarece INaB depinde de potențialul membranei astrocitelor precum și de gradientul de Na + există o scădere bruscă a curentului datorită depolarizării potențialului membranei astrocitelor.

      (A) Fundal Na + curent. (B) curent NKA. (C) Na + curent de-a lungul procesului. În timpul activității neuronale, NKA pompează Na + din celulă pentru a permite absorbția K +, prin urmare există o scădere netă a [Na + ]PsC. Când neuronul se oprește, NKA încetinește și există o absorbție netă de Na + prin canalele rămase.

      Formarea de microdomenii PsC Na + condusă de glutamat

      Pe lângă tamponarea K +, astrocitele oferă, de asemenea, un rol critic în absorbția și reciclarea glutamatului prin ciclul glutamat-glutamină (GGC) [57]. În această simulare, este investigat rolul transportului glutamatului prin EAAT1/2, iar rezultatele arată că scurgerea lentă a ionilor de Na + în procesul astrocitelor face ca Na + să crească în PsC înainte de a fi returnat la PsECS prin NKA. Aceste rezultate susțin lucrările experimentale publicate anterior [23]: nu există excitație neuronală și, prin urmare, concentrația de K + în PsECS este menținută constantă. Concentrația de glutamat în PsECS a fost modulată folosind o funcție Gaussiană așa cum se arată în Fig 8A. Fig. 8B–8D prezintă rezultatele PsC ionic [K + ]PsC și [Na +]PsC concentrațiile și tensiunea membranei, VA, pentru această simulare.

      (A) Glutamatul este injectat în PsECS cu o distribuție gaussiană pentru

      10s cu o concentrație maximă de 1000μM. (B) Tensiunea membranei PsC se depolarizează cu modificări ionice în PsC. (C) [Glu]PsECS creșterea cauzează activarea EAAT1/2 și, prin urmare, elimină K+ și (D) absorbția de Na+.

      Din figurile 8C și 8D vedem clar că [K + ]PsC scade în timp ce [Na + ]PsC crește, aceasta este dinamica opusă celei observate în Fig. 4C și 4D. Acest lucru se datorează faptului că K + din PsECS este acum menținut constant la 3 mM și, prin urmare, toate canalele K +, cu excepția NKA și scurgerea lentă prin procesul astrocitelor, elimină K + din PsC (Fig 9), rezultând un eflux net de K +. Principala forță motrice din spatele absorbției Na + de către PsC este transportorul EAAT1/2, care este, de asemenea, responsabil pentru îndepărtarea glutamatului din PsECS (Fig 10).

      (A) K + curent EAAT1/2. (B) K + Kir actual. (C) K + curent NKA. (D) K + curent de-a lungul procesului. (E) K + curent de fundal.

      (A) Na + curent EAAT1/2. (B) Fundal Na + curent. (C) curent Na + NKA. (D) Na + curent în procesul astrocitelor. Odată cu creșterea [Glu]PsECS, rata de transport EAAT1/2 este crescută pentru a elimina glutamatul din PsECS, la rândul său, Na + este preluat. Mai mult, ca [Na + ]PsC crește, rata influxului de Na + din canalul de fundal scade. Toate celelalte canale elimină Na + până la [Na + ]PsECS ajunge din nou la starea de echilibru.

      În timpul [Glu]PsECS injecție, EAAT1/2 și Kir eliberează K + cu o rată accelerată. Acestuia i se opune NKA și transportul K + din soma astrocitară la PsC. Când glutamatul scade la nivelul inițial, EAAT1/2 și Kir canalele revin rapid la ratele lor inițiale. NKA și transportul K + din soma astrocitului este apoi capabil să stabilească concentrațiile ionice de bază la PsC.

      Ca și în simularea anterioară, reținerea ionilor de Na + pe măsură ce curg în procesul astrocitelor limitează în mod substanțial viteza de transport a acestor ioni departe de PsC. În acest caz, Na + este restricționat și, prin urmare, la PsC se formează un microdomeniu Na +. Notă: similar cu rezultatele prezentate în [23] există o dezintegrare lungă (

      80s) tranzitoriu al Na + care durează cu mult scăderii semnalului glutamat (Fig 8D) și propunem că acest lucru se datorează eliminării lente a Na + de către NKA. Aceste observații ar putea explica rezultatele experimentale observate anterior [23].

      Formarea de microdomenii PsC condusă de ECS K + și Glu

      Cele două simulări anterioare au arătat că microdomeniile K + sau Na + se formează în PsC atunci când sistemul este stimulat cu modificări PsECS în K + sau, respectiv, Glu. Cu toate acestea, în timp ce aceste simulări arată că ipoteza noastră ar putea explica observațiile experimentale, acum dorim să folosim modelul nostru pentru a prezice dinamica ionică la PsC în condiții fiziologice în care atât K + cât și Glu sunt eliberate la terminalul presinaptic. În acest caz, K + este eliberat de neuron ca înainte și un puf de 100 μM de Glu este eliberat în PsECS, cu fiecare eveniment de vârf. Ratele de declanșare a neuronilor presinaptici sunt de 20 Hz, 40 Hz, 60 Hz și 80 Hz, pentru o perioadă de la 0,1 minut la 1 minut. Rezultatele prezentate în Fig 11 arată că are loc comportamentul general al modelului, adică formarea microdomeniului de K + în PsC. Cu toate acestea, tensiunea membranei astrocitelor VA oscileaza (

      amplitudine de 7 mV) (Fig 11A) cauzată de inversarea periodică a Kir canal (vezi Fig 12A). Această inversare este cauzată de efluxul de K + prin canalul EAAT1/2 (Fig 12E). Mai mult, comportamentul dinamic al potențialului de inversare al lui Kir și VA provoacă în mod continuu inversarea polarității generale (Fig 13), provocând astfel Kir canal să inverseze periodic direcția, rezultând un eflux de K + în ECS, aceasta poate fi văzută ca oscilații în [K + ]PsECS. Se poate observa în Figurile 11C și 11D că în PsC se formează un microdomeniu K + și mărimea sa crește cu frecvența în timp ce magnitudinea Na + se reduce. Acest lucru se datorează comportamentului absorbției K + de către NKA care domină asupra căilor de eflux K + (vezi Fig 12).

      (A) Tensiunea membranei astrocitelor (VA). (B) [K + ]PsECS. (C) [K + ]PsC. tranzitoriu. (D) [Na + ]PsC tranzitoriu.

      (A) K + Kir actual. (B) K + curent NKA. (C) K + curent de-a lungul procesului. (D) Fundal K + curent. (E) K + curent EAAT.Notă: similar cu prima simulare, deoarece rata de declanșare a neuronului crește, amploarea tuturor curenților crește.

      (A) Tensiunea membranei astrocitelor (albastru) și Kir potențialul de inversare se trece continuu în timpul stimulării neuronilor. Acest lucru are ca rezultat inversarea periodică a Kir canal. (B) Mărirea lui A pentru ultimele câteva sute de milisecunde de stimulare.

      Figura 14 prezintă curenții de Na + pentru cele patru frecvențe diferite de stimul. După cum era de așteptat, toate canalele Na + de pe membrana PsC, cu excepția NKA (Fig 14B), au ca rezultat un influx de Na + în PsC. euNaEAAT are o amplitudine de vârf mare pentru o durată scurtă (câteva milisecunde) datorită încetinirii canalului EAAT după îndepărtarea Glu din PsECS.

      (A) Fundal Na + curent. (B) curent NKA. (C) Na + curent de-a lungul procesului. (D) EAAT Na + curent În timpul activității neuronale, NKA pompează Na + din celulă pentru a permite absorbția K +, prin urmare există o scădere netă a [Na + ]PsC. Când neuronul se oprește, NKA încetinește și există o absorbție netă de Na + prin canalele rămase.

      Sensibilitatea parametrilor

      După ce am analizat formarea microdomeniilor și comportamentul modelului în cele trei simulări anterioare, acum explorăm sensibilitatea modelului la parametrii modelului. Acești parametri sunt suprafața PsC, debitul maxim de pompare NKA, Pmax, și bariera potențială la fluxul de ioni de-a lungul procesului, φw. În aceste simulări a fost aleasă o rată de declanșare neuronală de 40 Hz.

      Sensibilitatea microdomeniului la suprafața PsC (SA). Trei valori diferite ale PsC SA au fost alese pentru această simulare PsC SA × 0,75, PsC SA × 1 și PsC SA × 1,25. Rezultatele acestor simulări sunt prezentate în Fig 15, unde se poate observa clar că amplitudinea microdomeniului K + a crescut cu PsC SA cu o scădere corespunzătoare a concentrației de Na +. De asemenea, efluxul/influxul curenților K + și Na + au crescut și cu PsC SA (vezi Figul suplimentar S1 pentru modificările curenților K +).

      (A) concentrația PsC K +. (B) Concentrația PsC Na +. Pe măsură ce aria suprafeței PsC crește, amplitudinea microdomeniului K + crește și amplitudinea microdomeniului Na + scade.

      Sensibilitatea microdomeniului la Pmax. Patru valori diferite ale lui Pmax au fost aleși pentru această simulare Pmax × 0,2, Pmax × 0,5, Pmax × 1 și Pmax × 5. Rezultatele acestor simulări sunt prezentate în Fig 16 unde se poate observa clar că [K + ]PsC și [Na +]PsC este puternic dependent de Pmax. Folosind Pmax valoarea x 0,2 cauzează [K + ]PsC a scădea și [Na + ]PsC la creșteri și ca Pmax crește, [K + ]PsC începe să formeze un microdomeniu cu [Na + ]PsC în scădere constantă. Din aceste simulări putem concluziona că atunci când debitul de pompare NKA este scăzut, acesta nu mai este co-transportatorul dominant și atât co-transportatorul EAAT, cât și K.ir dictează canalul [K + ]PsC și [Na +]PsC dinamica. Opusul este adevărat atunci când debitul pompei este mare.

      Formarea microdomeniului pentru diferite valori ale debitului maxim de pompare NKA: (A) [K + ]PsC în funcție de Pmax și (B) [Na + ]PsC în funcţie de Pmax.

      Sensibilitatea microdomeniului la φw. În această simulare φw a fost variat de la 4 kBT la 15 kBT. Fig. 17 prezintă vârful K + curent de-a lungul procesului pentru diferitele valori ale lui φw. Ca φw este scăzut, curentul de vârf de-a lungul procesului crește exponențial. Prin urmare, cu descreșterea φw formarea unui microdomeniu devine mai puțin probabilă ca IKPF, max este în creștere și în cele din urmă euKPF, max abordează un model limitat de electrodifuzie fără probabilitatea formării unui microdomeniu la PsC.

      Din aceste simulări este clar că mecanismul responsabil pentru formarea microdomeniilor este formarea puțurilor de-a lungul procesului care semi-izolează efectiv PsC de soma astrocitară atunci când φw este de 10 kBT sau mai mare. De asemenea, este clar că PsC SA poate limita amplitudinea maximă a concentrației microdomeniului. Acest lucru se datorează creșterii/scăderii densităților canalelor ionice pe membrana PsC. Mai mult decât atât, rata maximă de pompare a NKA are, de asemenea, un rol important în formarea microdomeniilor prin care, dacă debitul de pompare este scăzut, atunci clearance-ul K + de către NKA îi slăbește în mod eficient la transportatorii de ioni care concurează pentru a muta ionii K + și Na + prin membrană, dar în directii opuse.


      Modelare

      Am folosit structuri anatomice model de complexitate variabilă, cea mai simplă constând din două sfere atașate la capetele respective ale unui cablu, care reprezintă o neurită și are lungime. len si diametrul dc. O sferă reprezintă soma (cu diametru ds) iar curentul și tensiunea sunt măsurate și manipulate numai în acest compartiment. A doua sferă reprezintă aria combinată a tuturor dendritelor și are un diametru dd. Am modelat variațiile dimensiunii neuronale prin schimbare dd (vedea medalion în Fig. 3A). Modelele mai complexe sunt structuri de tip arbore cu o sferă (soma) atașată la un cablu (neurita primară) și cabluri ramificate suplimentare, reprezentând dendrite de diferite ordine, atașate la capătul opus. În structura „arborele asimetric”, neuritele de ordinul doi, trei și al patrulea sunt conectate doar la o ramură a primarului sau (n − 1)-ordinul neuriților (vezi medalion în Fig. 5A). Numărul de dendrite primare a fost limitat la două, dendritele secundare la patru și dendritele terțiare la opt, iar fiecare dendrite de ordin superior avea un diametru de jumătate din diametrul dendritei de ordinul precedent. Un arbore „concentric” a fost construit prin atașarea tuturor acestor dendrite de ordin superior direct la soma (vezi medalion în Fig. 5B) și s-a construit un „arboresc simetric” prin distribuirea simetrică a aceluiași număr de dendrite - adică, în loc de toate ramurile secundare și terțiare care își au originea întotdeauna în aceeași dendrită primară și secundară, acestea sunt distribuite uniform între toate (n − 1)-dendrite de ordin (vezi medalion în Fig. 5C).

      Pentru aceste modele s-au folosit cabluri și sfere pasive, iar parametrii pasivi au fost aleși ca Cm = 1 μF/cm2, Rm = 40.000 Ω·cm2 și RA = 60 Ω·cm (Rabbah et al. 2005). Pentru simulări, fiecare cablu a fost compartimentat în segmente cu lungimea de cel mult λ/20, iar fiecare compartiment j a respectat ecuația de echilibru curent

      Ecuațiile membranei și ale cablurilor au fost integrate numeric folosind software-ul Network (http://stg.rutgers.edu/software/network.htm) folosind o metodă de integrare Runge-Kutta de ordinul al patrulea și un pas de timp de 10 μs. Datele de simulare au fost eșantionate la 10 kHz pentru protocoalele CC_step și VC_ramp și la 100 kHz pentru protocolul VC_step.

      Datele sunt exprimate ca medie ± SD.


      Chirurgia feței

      24.6 Criterii de avertizare și corelație cu rezultatul

      Dacă amplitudinea CMAP scade cu mai mult de 50% față de amplitudinea CMAP inițială supramaximală, în timpul manevrelor chirurgicale precum întinderea sau comprimarea țesuturilor, chirurgul este alertat. Aproape toate scăderile CMAP legate de întinderea sau compresia nervilor se recuperează în câteva minute prin simpla eliberare a țesutului (Fig. 24.12). Cu toate acestea, dacă amplitudinea CMAP scade cu mai mult de 70% față de valoarea inițială, în timpul manevrelor chirurgicale în care scăderile sunt considerate ireversibile, de exemplu, în timpul coagulării bipolare sau monopolare, disecției sau tăierii, chirurgul este imediat alertat să înceteze acțiunea chirurgicală. În cazul suspectării unei leziuni ale ramurilor, cartografierea intraoperatorie cu o sondă portabilă sterilă poate dezvălui dacă a apărut o astfel de leziune. Ramura este cartografiată centimetru cu centimetru (tehnica inch), inclusiv segmentele proximale și distale de locul unde se suspectează că se va produce afectarea nervului. Leziunea se confirmă atunci când există o scădere a amplitudinii CMAP între segmentele proximal și distal. Procentul de decrement oferă o estimare a numărului de fibre deteriorate prin manevra chirurgicală pentru o anumită ramură.

      Figura 24.12. (A și B) Urme de la doi pacienți diferiți. Fiecare coloană prezintă înregistrări CMAP consecutive ale unui mușchi etichetat în partea de sus. Panoul (A) prezintă blocul complet de conducere al ramului bucal din cauza suspensiei prelungite în timpul exciziei leziunii. La eliberarea ramului, amplitudinea CMAP a revenit parțial. Panoul (B) prezintă un bloc de conducere parțial al ramului temporal. CMAP, Potențial de acțiune musculară compus.

      În plus, o astfel de scădere se corelează cu scăderea dintre amplitudinea CMAP de bază supramaximală și amplitudinea CMAP după ce a avut loc leziunea pentru acea ramură specifică. Cu alte cuvinte, pentru a evalua severitatea leziunii, pot fi utilizate oricare dintre cele două comparații între amplitudinile CMAP: (1) între amplitudinea CMAP proximală și amplitudinea CMAP distală prin mapare intraoperatorie și (2) între amplitudinea CMAP de bază supramaximală și după -leziunea amplitudinii CMAP pentru ramura respectiva prin stimularea trunchiului FN. Dacă scăderea dintre ambele amplitudini CMAP este ≥70%, se așteaptă o paralizie completă a mușchilor inervați de acea ramură și o recuperare slabă pe termen lung. Dacă scăderea este între 50% și 70%, sunt probabile diferite grade de paralizie parțială, dar predică o recuperare relativ bună pe termen lung.

      Aceste criterii de avertizare și abordarea neurofiziologică a unei suspecte leziuni de ramură în timpul intervenției chirurgicale sunt concordante cu alte studii [2,9,17] . Importanța păstrării a cel puțin 30% din fibrele ramurilor pentru evitarea paraliziei postoperatorii complete reiese în mod persistent din datele lor. Fie exprimată ca raport de 1:3 [17] sau procent [9] , „regula de scădere a 70%” va determina rezultatul postoperator imediat și recuperarea pe termen lung a funcției FN.


      Principiile de bază ale semnalizării neuronale

      Carl W. Cotman , James L. McGaugh , în Behavioral Neuroscience , 1980

      Termeni cheie

      O modificare tranzitorie, totul sau nimic, a potențialului membranei care se propagă de-a lungul axonului ca o undă. Potențialele de acțiune, spre deosebire de potențialele electrotonice, nu se degradează deoarece sunt auto-regenerative.

      Informațiile sunt conținute într-o explozie de scurtă durată de potențiale de acțiune.

      Capacitatea membranei:

      O proprietate a membranei care permite stocarea și separarea sarcinii. Introduce o distorsiune în cursul timpului a semnalelor conduse pasiv. Fără capacitate, toate schimbările de potențial ar fi instantanee.

      O unitate de sarcină electrică. Când 1 coulomb de sarcină curge timp de 1 secundă, cantitatea de curent se numește amper.

      Rata de curgere a sarcinii. Unitatea de măsură este amperul.

      Reducerea potențialului membranei de la valoarea de repaus la zero.

      Potențialele localizate, gradate, care sunt determinate de proprietățile electrice pasive ale celulelor. Măsura acestei decăderi pasive este constanta de spațiu.

      Potențialul la care, pentru gradientul ionic dat de-a lungul membranei, nu există un flux net de curent. Relația dintre un anumit gradient ionic și potențialul său de echilibru este dată de ecuația Nernst.

      Membrane care generează potențiale de acțiune. Astfel de membrane conțin canale ionice ale căror caracteristici de permeabilitate sunt dependente de tensiune.

      O creștere a potențialului membranei de la valoarea sa de repaus.

      Informații care sunt conținute în structura potențialelor de acțiune într-un ciclu dat.

      Membrana plasmatică a unei celule gliale s-a înfășurat de multe ori în jurul axonului. Servește la creșterea eficienței metabolice a nervului și la creșterea vitezei de propagare a potențialului de acțiune.

      Relația dintre concentrația speciilor ionice care pătrund în membrană și potențialul membranei: E = 58 log ([X]o/[X]i), unde Xi și Xo, respectiv, sunt concentrațiile ionilor interni și externi.

      Zone localizate ale axonului în care mielina nu învelește axonul. Nodurile apar la intervale regulate.

      Relaţionează tensiunea V la curent eu si rezistenta R: V = IR.

      Proprietatea membranei care permite difuzarea ionilor prin ea. Ionii pătrund prin canale specifice.

      Informațiile sunt conținute în intervalul de timp care se scurge între două semnale repetitive și ritmice care sosesc în aceeași locație.

      Un tip de codare prin care informațiile dintr-un loc definit sunt prezentate într-un alt loc definit de-a lungul unor căi neuronale definite.

      Un por care permite trecerea ionilor K + prin el, dar care exclude alți ioni care nu sunt strâns legați (ca mărime și încărcătură) cu potasiul.

      Timpul care urmează fiecărui potențial de acțiune în timpul căruia un stimul nu poate iniția un al doilea potențial de acțiune.

      Potențialul electric prin membrana plasmatică a neuronilor sau a celulelor musculare în starea de repaus. Potențialul de repaus (aproximativ -70 mV în majoritatea neuronilor) rezultă dintr-un foarte ușor exces de sarcină negativă în interiorul neuronului. În repaus, membrana este permeabilă selectiv la ionii de potasiu, iar diferența de concentrație a ionilor de potasiu (mai mare în interior, scăzută în exterior) stabilește un potențial de difuzie.

      Conducerea potențialelor de acțiune de-a lungul nervilor mielinizați prin care curenții potențialului de acțiune sar de la nod la nod.

      Informația este conținută în frecvența potențialelor de acțiune.

      Un por care permite trecerea ionilor de Na + prin el, dar care exclude ionii diferiți. Canalele de sodiu excitabile din axoni se deschid și se închid ca răspuns la modificările potențialului membranei.

      Enzima situată în membranele responsabile de translocarea ionilor de sodiu și potasiu prin membrană împotriva gradienților lor de concentrație ionică.

      Distanța pe care un potențial gradat localizat (electroton) scade la l/e (377c) din dimensiunea sa originală într-un axon sau o fibră musculară. Valoarea constantei de spațiu este direct proporțională cu rădăcina pătrată a diametrului fibrei.

      Informațiile sunt conținute în modificările probabilității de declanșare ca urmare a unui stimul. Astfel de informații sunt distribuite pe scară largă pe mai multe fibre.

      Un tip de cod general prin care informațiile sunt conținute în modelul temporal al potențialelor de acțiune.

      Un compus de amoniu cuaternar care blochează selectiv canalele de potasiu din membranele neuronale și musculare.

      O otravă care blochează selectiv canalele de sodiu (regenerative) excitabile.

      Valoarea potențialului de membrană sau a depolarizării la care este inițiat un potențial de acțiune.

      O tehnică pentru deplasarea potențialului membranei la o valoare definită și menținerea acestuia acolo în timp ce se măsoară curenții.


      Cuprins

      Aproape toate membranele celulare la animale, plante și ciuperci mențin o diferență de tensiune între exteriorul și interiorul celulei, numită potențial de membrană. O tensiune tipică pe o membrană celulară animală este de -70 mV. Aceasta înseamnă că interiorul celulei are o tensiune negativă în raport cu exteriorul. În majoritatea tipurilor de celule, potențialul de membrană rămâne de obicei destul de constant. Unele tipuri de celule, însă, sunt active electric în sensul că tensiunile lor fluctuează în timp. În unele tipuri de celule active electric, inclusiv neuroni și celule musculare, fluctuațiile de tensiune iau frecvent forma unui vârf rapid ascendent, urmat de o scădere rapidă. Aceste cicluri de sus și de jos sunt cunoscute ca potenţiale de acţiune. În unele tipuri de neuroni, întregul ciclu de sus și de jos are loc în câteva miimi de secundă. În celulele musculare, un potențial de acțiune tipic durează aproximativ o cincime de secundă. În alte tipuri de celule și plante, un potențial de acțiune poate dura trei secunde sau mai mult. [3]

      Proprietățile electrice ale unei celule sunt determinate de structura membranei care o înconjoară. O membrană celulară constă dintr-un strat dublu lipidic de molecule în care sunt încorporate molecule de proteine ​​mai mari. Stratul dublu lipidic este foarte rezistent la mișcarea ionilor încărcați electric, așa că funcționează ca un izolator. Proteinele mari încorporate în membrană, în schimb, oferă canale prin care ionii pot trece prin membrană. Potențialele de acțiune sunt conduse de proteinele canal a căror configurație comută între starea închisă și cea deschisă în funcție de diferența de tensiune dintre interiorul și exteriorul celulei. Aceste proteine ​​sensibile la tensiune sunt cunoscute ca canale ionice dependente de voltaj.

      Proces într-un neuron tipic Edit

      Toate celulele din țesuturile corpului animal sunt polarizate electric - cu alte cuvinte, ele mențin o diferență de tensiune pe membrana plasmatică a celulei, cunoscută sub numele de potențial de membrană. Această polarizare electrică rezultă dintr-o interacțiune complexă între structurile proteinelor încorporate în membrană numite pompe ionice și canale ionice. În neuroni, tipurile de canale ionice din membrană variază de obicei în diferite părți ale celulei, dând dendritelor, axonului și corpului celulei proprietăți electrice diferite. Ca rezultat, unele părți ale membranei unui neuron pot fi excitabile (capabile să genereze potențiale de acțiune), în timp ce altele nu sunt. Studii recente au arătat că partea cea mai excitabilă a unui neuron este partea de după dealul axonului (punctul în care axonul părăsește corpul celular), care se numește segment inițial, dar axonul și corpul celular sunt, de asemenea, excitabile în majoritatea cazurilor. . [4]

      Fiecare petic de membrană excitabil are două niveluri importante de potențial de membrană: potențialul de repaus, care este valoarea pe care o menține potențialul de membrană atâta timp cât nimic nu perturbă celula și o valoare mai mare numită potențial prag. La dealul axonal al unui neuron tipic, potențialul de repaus este de aproximativ –70 milivolți (mV) și potențialul de prag este de aproximativ –55 mV. Intrările sinaptice către un neuron determină depolarizarea sau hiperpolarizarea membranei, adică determină creșterea sau scăderea potențialului membranei. Potențialele de acțiune sunt declanșate atunci când se acumulează suficientă depolarizare pentru a aduce potențialul de membrană până la prag. Atunci când este declanșat un potențial de acțiune, potențialul de membrană trage brusc în sus și apoi la fel de brusc trage înapoi în jos, terminând adesea sub nivelul de repaus, unde rămâne pentru o anumită perioadă de timp. Forma potențialului de acțiune este stereotipată, ceea ce înseamnă că creșterea și scăderea au de obicei aproximativ aceeași amplitudine și curs de timp pentru toate potențialele de acțiune dintr-o celulă dată. (Excepțiile sunt discutate mai târziu în articol). În majoritatea neuronilor, întregul proces are loc în aproximativ o miime de secundă. Multe tipuri de neuroni emit potențiale de acțiune în mod constant la viteze de până la 10-100 pe secundă. Cu toate acestea, unele tipuri sunt mult mai silențioase și pot dura câteva minute sau mai mult fără a emite potențiale de acțiune.

      Potențialele de acțiune rezultă din prezența în membrana celulei a unor tipuri speciale de canale ionice dependente de tensiune. [5] Un canal ionic dependent de tensiune este o proteină transmembranară care are trei proprietăți cheie:

      1. Este capabil să asume mai multe conformații.
      2. Cel puțin una dintre conformații creează un canal prin membrană care este permeabil la anumite tipuri de ioni.
      3. Tranziția între conformații este influențată de potențialul membranar.

      Astfel, un canal ionic dependent de tensiune tinde să fie deschis pentru unele valori ale potențialului membranei și închis pentru altele. În majoritatea cazurilor, totuși, relația dintre potențialul membranei și starea canalului este probabilistică și implică o întârziere în timp. Canalele ionice comută între conformații în momente imprevizibile: potențialul membranei determină rata tranzițiilor și probabilitatea pe unitatea de timp a fiecărui tip de tranziție.

      Canalele ionice dependente de tensiune sunt capabile să producă potențiale de acțiune deoarece pot da naștere la bucle de feedback pozitiv: potențialul de membrană controlează starea canalelor de ioni, dar starea canalelor de ioni controlează potențialul de membrană. Astfel, în unele situații, o creștere a potențialului membranei poate determina deschiderea canalelor ionice, provocând astfel o creștere suplimentară a potențialului membranei. Un potențial de acțiune apare atunci când acest ciclu de feedback pozitiv (ciclul Hodgkin) decurge exploziv. Timpul și traiectoria de amplitudine a potențialului de acțiune sunt determinate de proprietățile biofizice ale canalelor ionice dependente de tensiune care îl produc. Există mai multe tipuri de canale capabile să producă feedback-ul pozitiv necesar pentru a genera un potențial de acțiune. Canalele de sodiu dependente de tensiune sunt responsabile pentru potențialele de acțiune rapidă implicate în conducerea nervoasă. Potențialele de acțiune mai lente în celulele musculare și unele tipuri de neuroni sunt generate de canalele de calciu dependente de tensiune. Fiecare dintre aceste tipuri vine în mai multe variante, cu sensibilitate diferită la tensiune și dinamică temporală diferită.

      Cel mai intens studiat tip de canale ionice dependente de tensiune cuprinde canalele de sodiu implicate în conducerea nervoasă rapidă. Acestea sunt uneori cunoscute sub denumirea de canale de sodiu Hodgkin-Huxley, deoarece au fost caracterizate pentru prima dată de Alan Hodgkin și Andrew Huxley în studiile lor, câștigătoare a premiului Nobel, despre biofizica potențialului de acțiune, dar pot fi denumite mai convenabil drept N / AV canale. („V” înseamnă „tensiune”.) An N / AV canalul are trei stări posibile, cunoscute ca dezactivat, activat, și inactivat. Canalul este permeabil numai la ionii de sodiu atunci când este în activat stat. Când potențialul membranei este scăzut, canalul își petrece cea mai mare parte a timpului în dezactivat (închis) stare. Dacă potențialul membranei este crescut peste un anumit nivel, canalul prezintă o probabilitate crescută de a trece la activat (deschis) stare. Cu cât potențialul membranei este mai mare, cu atât este mai mare probabilitatea de activare. Odată ce un canal s-a activat, acesta va trece în cele din urmă la inactivat (închis) stare. Apoi tinde să rămână inactivat pentru o perioadă de timp, dar, dacă potențialul membranei devine din nou scăzut, canalul va trece în cele din urmă înapoi la dezactivat stat. În timpul unui potențial de acțiune, majoritatea canalelor de acest tip trec printr-un ciclu dezactivatactivatinactivatdezactivat. Totuși, acesta este doar comportamentul mediu al populației – un canal individual poate, în principiu, să facă orice tranziție în orice moment. Cu toate acestea, probabilitatea tranziției unui canal de la inactivat stare direct la activat starea este foarte scăzută: Un canal în inactivat starea este refractară până când a trecut înapoi la dezactivat stat.

      Rezultatul tuturor acestor lucruri este că cinetica N / AV canalele sunt guvernate de o matrice de tranziție ale cărei rate sunt dependente de tensiune într-un mod complicat. Deoarece aceste canale joacă un rol major în determinarea tensiunii, dinamica globală a sistemului poate fi destul de dificil de stabilit. Hodgkin și Huxley au abordat problema prin dezvoltarea unui set de ecuații diferențiale pentru parametrii care guvernează stările canalelor ionice, cunoscute sub numele de ecuații Hodgkin-Huxley. Aceste ecuații au fost modificate pe scară largă de cercetările ulterioare, dar formează punctul de plecare pentru majoritatea studiilor teoretice ale biofizicii potențialului de acțiune.

      Pe măsură ce potențialul membranei este crescut, canalele ionice de sodiu se deschid, permițând intrarea ionilor de sodiu în celulă. Aceasta este urmată de deschiderea canalelor ionice de potasiu care permit ieșirea ionilor de potasiu din celulă. Fluxul spre interior al ionilor de sodiu crește concentrația de cationi încărcați pozitiv în celulă și provoacă depolarizare, unde potențialul celulei este mai mare decât potențialul de repaus al celulei. Canalele de sodiu se închid la vârful potențialului de acțiune, în timp ce potasiul continuă să părăsească celula. Efluxul ionilor de potasiu scade potentialul membranar sau hiperpolarizeaza celula. Pentru creșteri mici de tensiune din repaus, curentul de potasiu depășește curentul de sodiu și tensiunea revine la valoarea sa normală de repaus, de obicei -70 mV. [6] [7] [8] Cu toate acestea, dacă tensiunea crește peste un prag critic, de obicei cu 15 mV mai mare decât valoarea de repaus, curentul de sodiu domină. Acest lucru are ca rezultat o stare de fugă prin care feedback-ul pozitiv de la curentul de sodiu activează și mai multe canale de sodiu. Astfel, celula incendii, producând un potenţial de acţiune. [6] [9] [10] [nota 1] Frecvența la care un neuron provoacă potențiale de acțiune este adesea denumită rata de tragere sau rata de declanșare neuronală.

      Curenții produși de deschiderea canalelor dependente de tensiune în cursul unui potențial de acțiune sunt de obicei semnificativ mai mari decât curentul de stimulare inițial. Astfel, amplitudinea, durata și forma potențialului de acțiune sunt determinate în mare măsură de proprietățile membranei excitabile și nu de amplitudinea sau durata stimulului. Această proprietate totul sau nimic a potențialului de acțiune îl diferențiază de potențialele gradate, cum ar fi potențialele receptorilor, potențialele electrotonice, oscilațiile potențialului de membrană subprag și potențialele sinaptice, care se scalează cu magnitudinea stimulului. Există o varietate de tipuri de potențial de acțiune în multe tipuri de celule și compartimente celulare, determinate de tipurile de canale dependente de tensiune, canale de scurgere, distribuții de canale, concentrații ionice, capacitatea membranei, temperatură și alți factori.

      Ionii principali implicați într-un potențial de acțiune sunt cationii de sodiu și potasiu. ionii de sodiu intră în celulă, iar ionii de potasiu părăsesc, restabilind echilibrul. Relativ puțini ioni trebuie să traverseze membrana pentru ca tensiunea membranei să se schimbe drastic. Prin urmare, ionii schimbați în timpul unui potențial de acțiune produc o modificare neglijabilă a concentrațiilor ionice interioare și exterioare. Cei câțiva ioni care se încrucișează sunt pompați din nou prin acțiunea continuă a pompei de sodiu-potasiu, care, împreună cu alți transportatori de ioni, menține raportul normal al concentrațiilor de ioni de-a lungul membranei. Cationii de calciu și anionii de clorură sunt implicați în câteva tipuri de potențiale de acțiune, cum ar fi potențialul de acțiune cardiacă și potențialul de acțiune în alga unicelulară. Acetabularia, respectiv.

      Deși potențialele de acțiune sunt generate local pe pete de membrană excitabilă, curenții rezultați pot declanșa potențiale de acțiune pe porțiunile învecinate de membrană, precipitând o propagare de tip domino. Spre deosebire de răspândirea pasivă a potențialelor electrice (potențial electrotonic), potențialele de acțiune sunt generate din nou de-a lungul porțiunilor excitabile ale membranei și se propagă fără degradare. [11] Secțiunile mielinice ale axonilor nu sunt excitabile și nu produc potențiale de acțiune, iar semnalul este propagat pasiv ca potențial electrotonic. Peticele nemielinice distanțate în mod regulat, numite nodurile lui Ranvier, generează potențiale de acțiune pentru a crește semnalul. Cunoscut sub numele de conducere saltatorie, acest tip de propagare a semnalului oferă un compromis favorabil între viteza semnalului și diametrul axonului. Depolarizarea terminalelor axonilor, în general, declanșează eliberarea neurotransmițătorului în fanta sinaptică. În plus, potențialele de acțiune de retropropagare au fost înregistrate în dendritele neuronilor piramidali, care sunt omniprezente în neocortex. [c] Se crede că acestea au un rol în plasticitatea dependentă de cronometrare.

      În modelul de capacitate a membranei Hodgkin-Huxley, viteza de transmitere a unui potențial de acțiune a fost nedefinită și s-a presupus că zonele adiacente au devenit depolarizate din cauza interferenței ionilor eliberați cu canalele învecinate. Măsurătorile difuziei ionilor și ale razelor au arătat că acest lucru nu este posibil. [ citare necesară ] Mai mult decât atât, măsurătorile contradictorii ale modificărilor de entropie și ale timpului au contestat modelul de capacitate ca acționând singur. [ citare necesară ] Alternativ, ipoteza de adsorbție a lui Gilbert Ling, presupune că potențialul de membrană și potențialul de acțiune al unei celule vii se datorează adsorbției ionilor mobili pe locurile de adsorbție ale celulelor. [12]

      Maturarea proprietăților electrice ale potențialului de acțiune Edit

      Capacitatea unui neuron de a genera și propaga un potențial de acțiune se modifică în timpul dezvoltării. Cât de mult se modifică potențialul de membrană al unui neuron ca rezultat al unui impuls de curent este o funcție a rezistenței de intrare a membranei. Pe măsură ce o celulă crește, mai multe canale sunt adăugate membranei, provocând o scădere a rezistenței de intrare. Un neuron matur suferă, de asemenea, modificări mai scurte ale potențialului membranei ca răspuns la curenții sinaptici. Neuronii dintr-un nucleu geniculat lateral al dihorului au o constantă de timp mai lungă și o deviație de tensiune mai mare la P0 decât o fac la P30. [13] O consecință a scăderii duratei potențialului de acțiune este că fidelitatea semnalului poate fi păstrată ca răspuns la stimularea de înaltă frecvență. Neuronii imaturi sunt mai predispuși la depresia sinaptică decât potențarea după stimularea de înaltă frecvență. [13]

      În dezvoltarea timpurie a multor organisme, potențialul de acțiune este de fapt transportat inițial de curentul de calciu, mai degrabă decât de curentul de sodiu. Cinetica de deschidere și închidere a canalelor de calciu în timpul dezvoltării este mai lentă decât cea a canalelor de sodiu dependente de tensiune care vor transporta potențialul de acțiune în neuronii maturi. Timpii mai mari de deschidere pentru canalele de calciu pot duce la potențiale de acțiune care sunt considerabil mai lente decât cele ale neuronilor maturi. [13] Neuronii Xenopus au inițial potențiale de acțiune care durează 60-90 ms. În timpul dezvoltării, acest timp scade la 1 ms. Există două motive pentru această scădere drastică. În primul rând, curentul interior este transportat în principal de canalele de sodiu. [14] În al doilea rând, redresorul întârziat, un curent cu canal de potasiu, crește de 3,5 ori puterea sa inițială. [13]

      Pentru ca tranziția de la un potențial de acțiune dependent de calciu la un potențial de acțiune dependent de sodiu să continue, trebuie adăugate noi canale la membrană. Dacă neuronii Xenopus sunt cultivați într-un mediu cu sintezei de ARN sau inhibitori ai sintezei proteinelor, acea tranziție este împiedicată. [15] Chiar și activitatea electrică a celulei în sine poate juca un rol în exprimarea canalului. Dacă potențialele de acțiune din miocitele Xenopus sunt blocate, creșterea tipică a densității curentului de sodiu și potasiu este prevenită sau întârziată. [16]

      Această maturare a proprietăților electrice este observată la nivelul speciilor. Curenții Xenopus de sodiu și potasiu cresc drastic după ce un neuron trece prin faza sa finală de mitoză. Densitatea curentului de sodiu a neuronilor corticali de șobolan crește cu 600% în primele două săptămâni postnatale. [13]

      Anatomia unui neuron Edit

      Mai multe tipuri de celule susțin un potențial de acțiune, cum ar fi celulele vegetale, celulele musculare și celulele specializate ale inimii (în care apare potențialul de acțiune cardiacă). Cu toate acestea, principala celulă excitabilă este neuronul, care are și cel mai simplu mecanism pentru potențialul de acțiune.

      Neuronii sunt celule excitabile electric compuse, în general, din una sau mai multe dendrite, o singură somă, un singur axon și una sau mai multe terminale axonale. Dendritele sunt proiecții celulare a căror funcție principală este de a primi semnale sinaptice. Proeminențele lor, cunoscute sub numele de spini dendritici, sunt concepute pentru a capta neurotransmițătorii eliberați de neuronul presinaptic. Au o concentrație mare de canale ionice dependente de liganzi. Acești țepi au un gât subțire care conectează o proeminență bulboasă de dendrită. Acest lucru asigură că modificările care apar în interiorul coloanei vertebrale sunt mai puțin probabil să afecteze coloanele învecinate. Coloana vertebrală dendritică poate, cu rare excepții (vezi LTP), să acționeze ca o unitate independentă. Dendritele se extind din soma, care adăpostește nucleul și multe dintre organitele eucariote „normale”. Spre deosebire de coloane, suprafața somei este populată de canale ionice activate de tensiune. Aceste canale ajută la transmiterea semnalelor generate de dendrite. Din soma iese dealul axon. Această regiune se caracterizează prin faptul că are o concentrație foarte mare de canale de sodiu activate de tensiune. În general, este considerată a fi zona de inițiere a vârfurilor pentru potențialele de acțiune, [17] adică zona de declanșare. Semnale multiple generate la nivelul coloanelor vertebrale și transmise de soma toate converg aici. Imediat după dealul axonal este axonul. Aceasta este o proeminență tubulară subțire care se îndepărtează de somă. Axonul este izolat de o teaca de mielina. Mielina este compusă fie din celule Schwann (în sistemul nervos periferic) fie din oligodendrocite (în sistemul nervos central), ambele fiind tipuri de celule gliale. Deși celulele gliale nu sunt implicate în transmiterea semnalelor electrice, ele comunică și oferă un suport biochimic important neuronilor. [18] Pentru a fi specific, mielina se înfășoară de mai multe ori în jurul segmentului axonal, formând un strat gras gras care împiedică ionii să intre sau să iasă din axon. Această izolație previne pierderea semnificativă a semnalului, precum și asigură o viteză mai mare a semnalului. Această izolație are însă restricția că nu pot fi prezente canale pe suprafața axonului. Există, prin urmare, pete de membrană distanțate în mod regulat, care nu au izolație. Aceste noduri ale lui Ranvier pot fi considerate a fi „mini dealuri axonilor”, deoarece scopul lor este de a amplifica semnalul pentru a preveni dezintegrarea semnificativă a semnalului. La capătul cel mai îndepărtat, axonul își pierde izolația și începe să se ramifice în mai multe terminale axonale. Aceste terminale presinaptice, sau butoni sinaptici, sunt o zonă specializată din axonul celulei presinaptice care conține neurotransmițători închiși în sfere mici legate de membrană numite vezicule sinaptice.

      Editare de inițiere

      Înainte de a lua în considerare propagarea potențialelor de acțiune de-a lungul axonilor și terminarea lor la butoanele sinaptice, este util să se ia în considerare metodele prin care potențialele de acțiune pot fi inițiate la dealul axonului. Cerința de bază este ca tensiunea membranei la deal să fie ridicată peste pragul de tragere. [6] [7] [19] [20] Există mai multe moduri în care poate apărea această depolarizare.

      Editare dinamică

      Potențialele de acțiune sunt cel mai frecvent inițiate de potențialele postsinaptice excitatorii de la un neuron presinaptic. [21] De obicei, moleculele de neurotransmițători sunt eliberate de neuronul presinaptic. Acești neurotransmițători se leagă apoi de receptorii de pe celula postsinaptică. Această legare deschide diferite tipuri de canale ionice. Această deschidere are ca efect suplimentar modificarea permeabilității locale a membranei celulare și, prin urmare, a potențialului membranei. Dacă legarea crește tensiunea (depolarizează membrana), sinapsa este excitatoare. Dacă totuși legarea scade tensiunea (hiperpolarizează membrana), este inhibitorie. Indiferent dacă tensiunea este crescută sau scade, schimbarea se propagă pasiv în regiunile apropiate ale membranei (așa cum este descris de ecuația cablului și de perfecționările sale). De obicei, stimulul de tensiune scade exponențial cu distanța de la sinapsă și cu timpul de la legarea neurotransmițătorului. O anumită fracțiune a tensiunii de excitație poate ajunge la dealul axonului și poate (în cazuri rare) să depolarizeze membrana suficient pentru a provoca un nou potențial de acțiune. Mai tipic, potențialele excitatorii din mai multe sinapse trebuie să lucreze împreună aproape în același timp pentru a provoca un nou potențial de acțiune. Eforturile lor comune pot fi zădărnicite, totuși, de potențialele postsinaptice inhibitorii contracarante.

      Neurotransmisia poate avea loc si prin sinapse electrice. [22] Datorită conexiunii directe dintre celulele excitabile sub formă de joncțiuni gap, un potențial de acțiune poate fi transmis direct de la o celulă la alta în orice direcție. Fluxul liber al ionilor între celule permite o transmitere rapidă nemediată de substanțe chimice. Canalele de rectificare asigură că potențialele de acțiune se mișcă într-o singură direcție printr-o sinapsă electrică. [ citare necesară ] Sinapsele electrice se găsesc în toate sistemele nervoase, inclusiv în creierul uman, deși sunt o minoritate distinctă. [23]

      Principiul „Totul sau nimic” Edit

      Amplitudinea unui potențial de acțiune este independentă de cantitatea de curent care l-a produs. Cu alte cuvinte, curenții mai mari nu creează potențiale de acțiune mai mari. Prin urmare, se spune că potențialele de acțiune sunt semnale „tot sau nimic”, deoarece fie apar complet, fie nu apar deloc. [d] [e] [f] Acest lucru este în contrast cu potențialele receptorilor, ale căror amplitudini sunt dependente de intensitatea unui stimul. [24] În ambele cazuri, frecvența potențialelor de acțiune este corelată cu intensitatea unui stimul.

      Neuroni senzoriali Edit

      În neuronii senzoriali, un semnal extern cum ar fi presiunea, temperatura, lumina sau sunetul este cuplat cu deschiderea și închiderea canalelor ionice, care la rândul lor modifică permeabilitatea ionică a membranei și tensiunea acesteia. [25] Aceste modificări ale tensiunii pot fi din nou excitatorii (depolarizante) sau inhibitorii (hiperpolarizante) și, în unii neuroni senzoriali, efectele lor combinate pot depolariza dealul axonului suficient pentru a provoca potențiale de acțiune. Câteva exemple la oameni includ neuronul receptor olfactiv și corpusculul lui Meissner, care sunt esențiale pentru simțul mirosului și, respectiv, atingere. Cu toate acestea, nu toți neuronii senzoriali își transformă semnalele externe în potențiale de acțiune, unii nici măcar nu au un axon. [26] În schimb, ei pot converti semnalul în eliberarea unui neurotransmițător sau în potențiale gradate continue, oricare dintre acestea putând stimula neuronii ulterioare să declanșeze un potențial de acțiune. De exemplu, în urechea umană, celulele părului transformă sunetul primit în deschiderea și închiderea canalelor ionice cu control mecanic, ceea ce poate determina eliberarea moleculelor de neurotransmițători. În mod similar, în retina umană, celulele fotoreceptoare inițiale și următorul strat de celule (cuprinzând celule bipolare și celule orizontale) nu produc potențiale de acțiune doar unele celule amacrine, iar al treilea strat, celulele ganglionare, produc potențiale de acțiune, care apoi călătorește în sus pe nervul optic.

      Potențialele stimulatorului cardiac Edit

      În neuronii senzoriali, potențialele de acțiune rezultă dintr-un stimul extern.Cu toate acestea, unele celule excitabile nu necesită un astfel de stimul pentru a declanșa: ele își depolarizează spontan dealul axonal și potențialele de acțiune a focului la o rată regulată, ca un ceas intern. [27] Urmele de tensiune ale unor astfel de celule sunt cunoscute ca potențiale stimulatoare cardiace. [28] Celulele stimulatoare cardiace ale nodului sinoatrial din inimă oferă un exemplu bun. [g] Deși astfel de potențiale de stimulare cardiacă au un ritm natural, acesta poate fi ajustat de stimuli externi, de exemplu, ritmul cardiac poate fi alterat de produse farmaceutice, precum și de semnale de la nervii simpatici și parasimpatici. [29] Stimulii externi nu provoacă declanșarea repetitivă a celulei, ci doar modifică timpul acesteia. [28] În unele cazuri, reglarea frecvenței poate fi mai complexă, ceea ce duce la modele de potențiale de acțiune, cum ar fi spargerea.

      Cursul potențialului de acțiune poate fi împărțit în cinci părți: faza de creștere, faza de vârf, faza de scădere, faza de undershoot și perioada refractară. În timpul fazei de creștere potențialul de membrană se depolarizează (devine mai pozitiv). Punctul în care se oprește depolarizarea se numește faza de vârf. În această etapă, potențialul membranei atinge un maxim. Ulterior, există o fază de scădere. În această etapă potențialul membranei devine mai negativ, revenind spre potențialul de repaus. Faza de undershoot, sau de după hiperpolarizare, este perioada în care potențialul de membrană devine temporar mai încărcat negativ decât atunci când este în repaus (hiperpolarizat). În sfârșit, timpul în care un potențial de acțiune ulterior este imposibil sau greu de declanșat se numește perioadă refractară, care se poate suprapune cu celelalte faze. [30]

      Cursul potențialului de acțiune este determinat de două efecte cuplate. [31] În primul rând, canalele ionice sensibile la tensiune se deschid și se închid ca răspuns la modificările tensiunii membranei Vm. Acest lucru modifică permeabilitatea membranei la acești ioni. [32] În al doilea rând, conform ecuației Goldman, această modificare a permeabilității modifică potențialul de echilibru Em, și, astfel, tensiunea membranei Vm. [h] Astfel, potențialul de membrană afectează permeabilitatea, care apoi afectează și mai mult potențialul de membrană. Acest lucru creează posibilitatea unui feedback pozitiv, care este o parte cheie a fazei de creștere a potențialului de acțiune. [6] [9] Un factor de complicare este faptul că un singur canal ionic poate avea mai multe „porți” interne care răspund la schimbările în Vm în moduri opuse sau în ritmuri diferite. [33] [i] De exemplu, deși ridicând Vm se deschide majoritatea porților din canalul de sodiu sensibil la tensiune, de asemenea se inchide „poarta de inactivare” a canalului, deși mai încet. [34] Prin urmare, când Vm este ridicată brusc, canalele de sodiu se deschid inițial, dar apoi se închid din cauza inactivării mai lente.

      Tensiunile și curenții potențialului de acțiune în toate fazele sale au fost modelate cu precizie de Alan Lloyd Hodgkin și Andrew Huxley în 1952, [i] pentru care au fost distinși cu Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1963. [Greaca inferioară 2] Cu toate acestea, modelul lor ia în considerare doar două tipuri de canale ionice sensibile la tensiune și face mai multe presupuneri despre ele, de exemplu, că porțile lor interne se deschid și se închid independent una de cealaltă. În realitate, există multe tipuri de canale ionice [35] și nu se deschid și se închid întotdeauna independent. [j]

      Faza de stimulare și creștere Edit

      Un potențial de acțiune tipic începe la dealul axonului [36] cu o depolarizare suficient de puternică, de exemplu, un stimul care crește Vm. Această depolarizare este adesea cauzată de injectarea de cationi de sodiu suplimentar în celulă, acești cationi pot proveni dintr-o mare varietate de surse, cum ar fi sinapsele chimice, neuronii senzoriali sau potențialele stimulatoare cardiace.

      Pentru un neuron în repaus, există o concentrație mare de ioni de sodiu și clorură în lichidul extracelular în comparație cu lichidul intracelular, în timp ce există o concentrație mare de ioni de potasiu în lichidul intracelular în comparație cu lichidul extracelular. Diferența de concentrații, care face ca ionii să treacă de la o concentrație mare la o concentrație scăzută, și efectele electrostatice (atragerea sarcinilor opuse) sunt responsabile pentru mișcarea ionilor în și în afara neuronului. Interiorul unui neuron are o sarcină negativă, în raport cu exteriorul celulei, din mișcarea K + în afara celulei. Membrana neuronului este mai permeabilă la K+ decât la alți ioni, permițând acestui ion să se miște selectiv în afara celulei, în jos în gradientul său de concentrație. Acest gradient de concentrație împreună cu canalele de scurgere de potasiu prezente pe membrana neuronului provoacă un eflux de ioni de potasiu, făcând potențialul de repaus aproape de EK ≈ –75 mV. [37] Deoarece ionii de Na + sunt în concentrații mai mari în afara celulei, diferențele de concentrație și de tensiune îi conduc în celulă atunci când canalele de Na + se deschid. Depolarizarea deschide canalele de sodiu și potasiu din membrană, permițând ionilor să curgă în și, respectiv, din axon. Dacă depolarizarea este mică (să zicem, în creștere Vm de la -70 mV la -60 mV), curentul de potasiu din exterior copleșește curentul de sodiu din interior și membrana se repolarizează înapoi la potențialul normal de repaus în jurul valorii de -70 mV. [6] [7] [8] Cu toate acestea, dacă depolarizarea este suficient de mare, curentul de sodiu din interior crește mai mult decât curentul de potasiu din exterior și rezultă o stare de fugă (feedback pozitiv): cu cât este mai mult curent în interior, cu atât mai mult. Vm crește, ceea ce la rândul său crește și mai mult curentul interior. [6] [9] O depolarizare suficient de puternică (creștere în Vm) face ca canalele de sodiu sensibile la tensiune să deschidă permeabilitatea crescândă la antrenările de sodiu Vm mai aproape de tensiunea de echilibru a sodiului EN / A≈ +55 mV. Creșterea tensiunii determină, la rândul său, deschiderea și mai multe canale de sodiu, ceea ce împinge Vm încă mai departe spre EN / A. Acest feedback pozitiv continuă până când canalele de sodiu sunt complet deschise și Vm este aproape de EN / A. [6] [7] [38] [39] Creșterea bruscă în Vm iar permeabilitatea la sodiu corespunde faza de crestere a potenţialului de acţiune. [6] [7] [38] [39]

      Tensiunea de prag critică pentru această stare de fugă este de obicei în jur de -45 mV, dar depinde de activitatea recentă a axonului. O celulă care tocmai a declanșat un potențial de acțiune nu poate declanșa altul imediat, deoarece canalele Na + nu și-au revenit din starea inactivată. Perioada în care nu poate fi declanșat niciun potențial de acțiune nou se numește perioada refractară absolută. [40] [41] [42] La perioade mai lungi, după ce unele, dar nu toate canalele ionice s-au recuperat, axonul poate fi stimulat să producă un alt potențial de acțiune, dar cu un prag mai mare, necesitând o depolarizare mult mai puternică, de ex. până la -30 mV. Perioada în care potențialele de acțiune sunt neobișnuit de greu de evocat se numește perioada refractară relativă. [40] [41] [42]

      Faza de vârf Edit

      Feedback-ul pozitiv al fazei de creștere încetinește și se oprește pe măsură ce canalele ionice de sodiu devin maxim deschise. La vârful potențialului de acțiune, permeabilitatea la sodiu este maximizată și tensiunea membranei Vm este aproape egală cu tensiunea de echilibru a sodiului EN / A. Cu toate acestea, aceeași tensiune crescută care a deschis canalele de sodiu inițial le oprește încet, prin închiderea porilor, canalele de sodiu devin inactivat. [34] Acest lucru scade permeabilitatea membranei la sodiu în comparație cu potasiul, conducând tensiunea membranei înapoi spre valoarea de repaus. În același timp, tensiunea crescută deschide canalele de potasiu sensibile la tensiune, creșterea permeabilității la potasiu a membranei. Vm către EK. [34] Combinate, aceste modificări ale permeabilității la sodiu și potasiu provoacă Vm să scadă rapid, repolarizând membrana și producând „faza de cădere” a potențialului de acțiune. [40] [43] [39] [44]

      După hiperpolarizare Edit

      Tensiunea depolarizată deschide canale suplimentare de potasiu dependente de tensiune, iar unele dintre acestea nu se închid imediat când membrana revine la tensiunea normală de repaus. În plus, alte canale de potasiu se deschid ca răspuns la afluxul de ioni de calciu în timpul potențialului de acțiune. Concentrația intracelulară a ionilor de potasiu este tranzitoriu neobișnuit de scăzută, făcând tensiunea membranei Vm chiar mai aproape de tensiunea de echilibru a potasiului EK. Potențialul de membrană coboară sub potențialul de membrană de repaus. Prin urmare, există o depășire sau o hiperpolarizare, denumită posthiperpolarizare, care persistă până când permeabilitatea membranei la potasiu revine la valoarea sa obișnuită, restabilind potențialul membranei la starea de repaus. [45] [43]

      Perioada refractară Edit

      Fiecare potențial de acțiune este urmat de o perioadă refractară, care poate fi împărțită în an perioada refractară absolută, în timpul căruia este imposibil să se evoce un alt potențial de acțiune și apoi a perioada refractară relativă, timp în care este necesar un stimul mai puternic decât de obicei. [40] [41] [42] Aceste două perioade refractare sunt cauzate de modificările stării moleculelor canalelor de sodiu și potasiu. Când se închid după un potențial de acțiune, canalele de sodiu intră într-o stare „inactivată”, în care nu pot fi făcute să se deschidă indiferent de potențialul de membrană - acest lucru dă naștere perioadei refractare absolute. Chiar și după ce un număr suficient de canale de sodiu au revenit la starea de repaus, se întâmplă frecvent ca o fracțiune de canale de potasiu să rămână deschisă, ceea ce face dificilă depolarizarea potențialului membranei și, prin urmare, dând naștere perioadei refractare relative. Deoarece densitatea și subtipurile canalelor de potasiu pot diferi foarte mult între diferitele tipuri de neuroni, durata perioadei relative refractare este foarte variabilă.

      Perioada refractară absolută este în mare măsură responsabilă pentru propagarea unidirecțională a potențialelor de acțiune de-a lungul axonilor. [46] La un moment dat, plasturele de axon din spatele părții cu vârf activ este refractar, dar plasturele din față, nefiind activat recent, este capabil să fie stimulat de depolarizarea de la potențialul de acțiune.

      Potențialul de acțiune generat la dealul axonului se propagă ca undă de-a lungul axonului. [47] Curenții care curg spre interior într-un punct al axonului în timpul unui potențial de acțiune răspândit de-a lungul axonului și depolarizează secțiunile adiacente ale membranei sale. Dacă este suficient de puternică, această depolarizare provoacă un potențial de acțiune similar la zonele de membrană vecine. Acest mecanism de bază a fost demonstrat de Alan Lloyd Hodgkin în 1937. După zdrobirea sau răcirea segmentelor nervoase și blocând astfel potențialele de acțiune, el a arătat că un potențial de acțiune care ajunge pe o parte a blocului ar putea provoca un alt potențial de acțiune pe cealaltă, cu condiția ca segmentul blocat a fost suficient de scurt. [k]

      Odată ce un potențial de acțiune a apărut la un petic de membrană, plasturele de membrană are nevoie de timp pentru a se recupera înainte de a putea declanșa din nou. La nivel molecular, asta perioada refractară absolută corespunde timpului necesar pentru ca canalele de sodiu activate de tensiune să revină de la inactivare, adică să revină la starea lor închisă. [41] Există multe tipuri de canale de potasiu activate de tensiune în neuroni. Unii dintre ei se inactivează rapid (curenți de tip A), iar unii dintre ei se inactivează lent sau nu se inactivează deloc. Această variabilitate garantează că va exista întotdeauna o sursă de curent disponibilă pentru repolarizare, chiar dacă unele dintre canalele de potasiu sunt inactivate din cauza antecedentelor. depolarizare. Pe de altă parte, toate canalele de sodiu activate de tensiune neuronale se inactivează în câteva milisecunde în timpul depolarizării puternice, făcând astfel imposibilă următoarea depolarizare până când o fracțiune substanțială a canalelor de sodiu a revenit la starea lor închisă. Deși limitează frecvența tragerii [48], perioada refractară absolută asigură că potențialul de acțiune se mișcă într-o singură direcție de-a lungul unui axon. [46] Curenții care curg datorită unui potențial de acțiune răspândit în ambele direcții de-a lungul axonului. [49] Cu toate acestea, numai partea neactivată a axonului poate răspunde cu un potențial de acțiune, partea care tocmai a declanșat nu răspunde până când potențialul de acțiune este în siguranță în afara intervalului și nu poate restimula acea parte. În conducerea ortodromică obișnuită, potențialul de acțiune se propagă de la dealul axonului către butoanele sinaptice (terminările axonale) propagarea în direcția opusă - cunoscută sub numele de conducere antidromică - este foarte rară. [50] Cu toate acestea, dacă un axon de laborator este stimulat în mijlocul său, ambele jumătăți ale axonului sunt „proaspete”, adică nedeclanșate, atunci vor fi generate două potențiale de acțiune, unul care se deplasează spre dealul axonului și celălalt către butoanele sinaptice. .

      Mielina și conducerea saltatorie Edit

      Pentru a permite transducerea rapidă și eficientă a semnalelor electrice în sistemul nervos, anumiți axoni neuronali sunt acoperiți cu teci de mielină. Mielina este o membrană multilamelară care învelește axonul în segmente separate prin intervale cunoscute sub numele de noduri de Ranvier. Este produs de celule specializate: celulele Schwann exclusiv în sistemul nervos periferic, iar oligodendrocitele exclusiv în sistemul nervos central. Învelișul de mielină reduce capacitatea membranei și crește rezistența membranei în intervalele internoduri, permițând astfel o mișcare rapidă, saltativă a potențialelor de acțiune de la nod la nod. [l] [m] [n] Mielinizarea se găsește în principal la vertebrate, dar un sistem analog a fost descoperit la câteva nevertebrate, cum ar fi unele specii de creveți. [o] Nu toți neuronii de la vertebrate sunt mielinizați, de exemplu, axonii neuronilor care cuprind sistemul nervos autonom nu sunt, în general, mielinizați.

      Mielina împiedică ionii să intre sau să părăsească axonul de-a lungul segmentelor mielinizate. Ca regulă generală, mielinizarea crește viteza de conducere a potențialelor de acțiune și le face mai eficiente din punct de vedere energetic. Indiferent dacă este sau nu saltativă, viteza medie de conducere a unui potențial de acțiune variază de la 1 metru pe secundă (m/s) la peste 100 m/s și, în general, crește odată cu diametrul axonal. [p]

      Potențialele de acțiune nu se pot propaga prin membrană în segmentele mielinice ale axonului. Cu toate acestea, curentul este transportat de citoplasmă, ceea ce este suficient pentru a depolariza primul sau al doilea nod ulterior al lui Ranvier. În schimb, curentul ionic de la un potențial de acțiune la un nod al lui Ranvier provoacă un alt potențial de acțiune la următorul nod, această „săritură” aparentă a potențialului de acțiune de la nod la nod este cunoscută sub numele de conducere saltatorie. Deși mecanismul conducerii saltatorii a fost sugerat în 1925 de Ralph Lillie, [q] prima dovadă experimentală pentru conducerea saltativă a venit de la Ichiji Tasaki [r] și Taiji Takeuchi [s] [51] și de la Andrew Huxley și Robert Stämpfli. [t] În schimb, în ​​axonii nemielinizați, potențialul de acțiune provoacă un altul în membrana imediat adiacentă și se mișcă continuu în josul axonului ca o undă.

      Mielina are două avantaje importante: viteza de conducere rapidă și eficiența energetică. Pentru axonii mai mari decât un diametru minim (aproximativ 1 micrometru), mielinizarea crește viteza de conducere a unui potențial de acțiune, de obicei de zece ori. [v] În schimb, pentru o anumită viteză de conducere, fibrele mielinice sunt mai mici decât omologii lor nemielinizați. De exemplu, potențialele de acțiune se mișcă cu aproximativ aceeași viteză (25 m/s) într-un axon de broască mielinizat și într-un axon gigant de calmar nemielinizat, dar axonul de broască are un diametru de aproximativ 30 de ori mai mic și o zonă de secțiune transversală de 1000 de ori mai mică. . De asemenea, deoarece curenții ionici sunt limitați la nodurile lui Ranvier, mult mai puțini ioni „scurg” prin membrană, economisind energia metabolică. Această economisire este un avantaj selectiv semnificativ, deoarece sistemul nervos uman utilizează aproximativ 20% din energia metabolică a organismului. [v]

      Lungimea segmentelor mielinice ale axonilor este importantă pentru succesul conducerii saltatorii. Acestea ar trebui să fie cât mai lungi posibil pentru a maximiza viteza de conducere, dar nu atât de lungi încât semnalul care sosește să fie prea slab pentru a provoca un potențial de acțiune la următorul nod al lui Ranvier. În natură, segmentele mielinizate sunt în general suficient de lungi pentru ca semnalul propagat pasiv să călătorească pentru cel puțin două noduri, păstrând în același timp suficientă amplitudine pentru a declanșa un potențial de acțiune la al doilea sau al treilea nod. Astfel, factorul de siguranță al conducerii saltatorii este ridicat, permițând transmisiei să ocolească nodurile în caz de rănire. Cu toate acestea, potențialele de acțiune se pot termina prematur în anumite locuri în care factorul de siguranță este scăzut, chiar și în neuronii nemielinizați, un exemplu comun este punctul de ramificare al unui axon, unde se împarte în doi axoni. [53]

      Unele boli degradează mielina și afectează conducerea saltatorie, reducând viteza de conducere a potențialelor de acțiune. [w] Cea mai cunoscută dintre acestea este scleroza multiplă, în care descompunerea mielinei afectează mișcarea coordonată. [54]

      Teoria cablurilor Edit

      Fluxul curenților în interiorul unui axon poate fi descris cantitativ prin teoria cablurilor [55] și elaborările sale, cum ar fi modelul compartimental. [56] Teoria cablurilor a fost dezvoltată în 1855 de Lord Kelvin pentru a modela cablul telegrafic transatlantic [x] și s-a dovedit a fi relevantă pentru neuroni de către Hodgkin și Rushton în 1946. [y] În teoria simplă a cablurilor, neuronul este tratat ca un cablu de transmisie electric pasiv, perfect cilindric, care poate fi descris printr-o ecuație diferențială parțială [55]

      Unde V(X, t) este tensiunea pe membrană la un moment dat t si o pozitie X de-a lungul lungimii neuronului și unde λ și τ sunt lungimea caracteristică și scalele de timp pe care acele tensiuni se diminuează ca răspuns la un stimul. Referindu-ne la schema circuitului din dreapta, aceste scale pot fi determinate din rezistențele și capacitățile pe unitate de lungime. [57]

      Aceste scale de timp și lungime pot fi utilizate pentru a înțelege dependența vitezei de conducere de diametrul neuronului din fibrele nemielinice. De exemplu, scara de timp τ crește atât cu rezistența membranei rm și capacitatea cm. Pe măsură ce capacitatea crește, trebuie transferată mai multă sarcină pentru a produce o anumită tensiune transmembranară (prin ecuație Q = CV) pe măsură ce rezistența crește, este transferată mai puțină sarcină pe unitatea de timp, ceea ce face ca echilibrarea să fie mai lentă. În mod similar, dacă rezistența internă pe unitatea de lungime ri este mai mică într-un axon decât în ​​altul (de exemplu, deoarece raza primului este mai mare), lungimea dezintegrarii spațiale λ devine mai mare și viteza de conducere a unui potențial de acțiune ar trebui să crească. Dacă rezistenţa transmembranară rm este crescută, ceea ce scade curentul mediu de „scurgere” prin membrană, provocând de asemenea λ să devină mai lungi, crescând viteza de conducere.

      Sinapsele chimice Edit

      În general, potențialele de acțiune care ajung la butoanele sinaptice determină eliberarea unui neurotransmițător în fanta sinaptică. [z] Neurotransmițătorii sunt molecule mici care pot deschide canale ionice în celula postsinaptică, majoritatea axonilor au același neurotransmițător la toate capetele lor. Sosirea potențialului de acțiune deschide canalele de calciu sensibile la tensiune în membrana presinaptică, afluxul de calciu face ca veziculele pline cu neurotransmițător să migreze la suprafața celulei și să elibereze conținutul lor în fanta sinaptică. [aa] Acest proces complex este inhibat de neurotoxinele tetanospasmină și toxina botulină, care sunt responsabile de tetanos și respectiv botulism. [ab]

      Sinapsele electrice Edit

      Unele sinapse renunță la „intermediarul” neurotransmițătorului și conectează celulele presinaptice și postsinaptice. [ac] Când un potențial de acțiune atinge o astfel de sinapsă, curenții ionici care curg în celula presinaptică pot traversa bariera celor două membrane celulare și pot intra în celula postsinaptică prin pori cunoscuți sub numele de conexoni. [ad] Astfel, curenții ionici ai potențialului de acțiune presinaptică pot stimula direct celula postsinaptică. Sinapsele electrice permit o transmisie mai rapidă, deoarece nu necesită difuzarea lentă a neurotransmițătorilor prin despicarea sinaptică. Prin urmare, sinapsele electrice sunt folosite ori de câte ori răspunsul rapid și coordonarea timpului sunt cruciale, ca în reflexele de evadare, retina vertebratelor și inima.

      Joncțiuni neuromusculare Edit

      Un caz special al unei sinapse chimice este joncțiunea neuromusculară, în care axonul unui neuron motor se termină pe o fibră musculară. [ae] În astfel de cazuri, neurotransmițătorul eliberat este acetilcolina, care se leagă de receptorul de acetilcolină, o proteină membranară integrală din membrană ( sarcolema) a fibrei musculare. [af] Cu toate acestea, acetilcolina nu rămâne mai degrabă legată, se disociază și este hidrolizată de enzima, acetilcolinesteraza, situată în sinapsă. Această enzimă reduce rapid stimulul către mușchi, ceea ce permite ca gradul și momentul contracției musculare să fie reglate delicat. Unele otrăvuri inactivează acetilcolinesteraza pentru a preveni acest control, cum ar fi agenții nervoși sarin și tabun, [ag] și insecticidele diazinon și malathion. [Ah]

      Potențialele de acțiune cardiacă Edit

      Potențialul de acțiune cardiacă diferă de potențialul de acțiune neuronal prin faptul că are un platou extins, în care membrana este menținută la o tensiune ridicată timp de câteva sute de milisecunde înainte de a fi repolarizată de curentul de potasiu ca de obicei. [ai] Acest platou se datorează acțiunii canalelor de calciu mai lente care deschid și mențin tensiunea membranei aproape de potențialul lor de echilibru chiar și după ce canalele de sodiu s-au inactivat.

      Potențialul de acțiune cardiacă joacă un rol important în coordonarea contracției inimii. [ai] Celulele cardiace ale nodului sinoatrial oferă potențialul stimulatorului cardiac care sincronizează inima. Potențialele de acțiune ale acelor celule se propagă către și prin nodul atrioventricular (nodul AV), care este în mod normal singura cale de conducere între atrii și ventriculi. Potențialele de acțiune din nodul AV călătoresc prin fascicul de His și de acolo către fibrele Purkinje. [nota 2] În schimb, anomaliile potențialului de acțiune cardiacă — fie că sunt datorate unei mutații congenitale sau unei leziuni — pot duce la patologii umane, în special aritmii. [ai] Mai multe medicamente anti-aritmie acționează asupra potențialului de acțiune cardiacă, cum ar fi chinidina, lidocaina, beta-blocantele și verapamilul. [aj]

      Potențialele de acțiune musculară Edit

      Potențialul de acțiune într-o celulă normală a mușchilor scheletici este similar cu potențialul de acțiune din neuroni. [58] Potențialele de acțiune rezultă din depolarizarea membranei celulare (sarcolema), care deschide canale de sodiu sensibile la tensiune, acestea devin inactivate și membrana este repolarizată prin curentul exterior al ionilor de potasiu. Potențialul de repaus înainte de potențialul de acțiune este de obicei -90mV, ceva mai negativ decât neuronii tipici. Potențialul de acțiune musculară durează aproximativ 2-4 ms, perioada refractară absolută este de aproximativ 1-3 ms, iar viteza de conducere de-a lungul mușchiului este de aproximativ 5 m/s. Potențialul de acțiune eliberează ioni de calciu care eliberează tropomiozina și permit mușchiului să se contracte. Potențialele de acțiune musculară sunt provocate de sosirea unui potențial de acțiune neuronal presinaptic la joncțiunea neuromusculară, care este o țintă comună pentru neurotoxine. [ag]

      Potențialele de acțiune ale plantelor Edit

      Celulele vegetale și fungice [ak] sunt, de asemenea, excitabile electric. Diferența fundamentală față de potențialele de acțiune ale animalelor este că depolarizarea în celulele vegetale nu se realizează prin absorbția ionilor de sodiu pozitivi, ci prin eliberarea de ioni negativi. clorură ionii. [al] [am] [an] În 1906, J. C. Bose a publicat primele măsurători ale potențialelor de acțiune în plante, care fuseseră anterior descoperite de Burdon-Sanderson și Darwin. [59] O creștere a ionilor de calciu citoplasmatici poate fi cauza eliberării de anioni în celulă. Acest lucru face ca calciul un precursor al mișcărilor ionilor, cum ar fi influxul de ioni negativi de clorură și efluxul ionilor pozitivi de potasiu, așa cum se observă în frunzele de orz. [60]

      Afluxul inițial de ioni de calciu prezintă, de asemenea, o mică depolarizare celulară, determinând deschiderea canalelor ionice dependente de tensiune și permițând propagarea depolarizării complete de către ionii de clorură.

      Unele plante (de ex. Dionaea muscipula) folosesc canale de sodiu pentru a opera mișcările și, în esență, „număra”. Dionaea muscipula, cunoscută și sub numele de capcană de muște Venus, se găsește în zonele umede subtropicale din Carolina de Nord și de Sud. [61] Când există nutrienți săraci în sol, capcana de muște se bazează pe o dietă cu insecte și animale. [62] În ciuda cercetărilor asupra plantei, nu există o înțelegere în spatele bazei moleculare a capcanelor de muște Venus și a plantelor carnivore în general. [63]

      Cu toate acestea, s-au făcut o mulțime de cercetări cu privire la potențialele de acțiune și modul în care acestea afectează mișcarea și mecanismul de ceas în capcana de muște Venus. Pentru început, potențialul membranei de repaus al capcanei de muște Venus (-120mV) este mai mic decât cel al celulelor animale (de obicei, de la -90mV la -40mV). [63] [64] Potențialul de repaus mai mic facilitează activarea unui potențial de acțiune. Astfel, atunci când o insectă aterizează pe capcana plantei, declanșează un mecanoreceptor asemănător părului. [63] Acest receptor activează apoi un potențial de acțiune care durează în jur de 1,5 ms. [65] În cele din urmă, acest lucru determină o creștere a ionilor de calciu pozitivi în celulă, depolarizând-o ușor.

      Cu toate acestea, capcana pentru muște nu se închide după o singură declanșare. În schimb, necesită activarea a 2 sau mai multe fire de păr. [62] [63] Dacă este declanșat un singur fir de păr, activarea este fals pozitivă. În plus, al doilea păr trebuie activat într-un anumit interval de timp (0,75 s - 40 s) pentru ca acesta să se înregistreze la prima activare. [63] Astfel, o acumulare de calciu începe și scade încet de la primul declanșator. Când al doilea potențial de acțiune este declanșat în intervalul de timp, acesta atinge pragul de calciu pentru a depolariza celula, închizând capcana asupra pradăi într-o fracțiune de secundă. [63]

      Împreună cu eliberarea ulterioară a ionilor de potasiu pozitivi, potențialul de acțiune în plante implică o pierdere osmotică de sare (KCl). În timp ce potențialul de acțiune al animalului este neutru din punct de vedere osmotic, deoarece cantități egale de sodiu care intră și potasiu care iese se anulează reciproc osmotic. Interacțiunea relațiilor electrice și osmotice în celulele vegetale [ao] pare să fi apărut dintr-o funcție osmotică a excitabilității electrice la un strămoși unicelular comun ai plantelor și animalelor în condiții de salinitate în schimbare. Mai mult, funcția prezentă de transmitere rapidă a semnalului este văzută ca o realizare mai nouă a celulelor metazoare într-un mediu osmotic mai stabil. [66] Este probabil ca funcția de semnalizare familiară a potențialelor de acțiune în unele plante vasculare (de ex. Mimosa pudica) a apărut independent de cel din celulele excitabile metazoare.

      Spre deosebire de faza de creștere și de vârf, faza de scădere și post-hiperpolarizare par să depindă în primul rând de cationi care nu sunt calciu. Pentru a iniția repolarizarea, celula necesită mișcarea potasiului din celulă prin transport pasiv pe membrană. Acest lucru diferă de neuroni, deoarece mișcarea potasiului nu domină scăderea potențialului de membrană. De fapt, pentru a se repolariza complet, o celulă vegetală necesită energie sub formă de ATP pentru a ajuta la eliberarea hidrogenului din celulă - utilizând un transportor cunoscut în mod obișnuit. ca H+-ATPaza. [67] [63]

      Potențialele de acțiune se găsesc în organismele multicelulare, inclusiv plante, nevertebrate precum insectele și vertebrate precum reptilele și mamiferele. [ap] Bureții par a fi principalul filum al eucariotelor multicelulare care nu transmite potențiale de acțiune, deși unele studii au sugerat că aceste organisme au și o formă de semnalizare electrică. [aq] Potențialul de repaus, precum și dimensiunea și durata potențialului de acțiune, nu au variat mult cu evoluția, deși viteza de conducere variază dramatic cu diametrul axonal și mielinizarea.

      Comparația potențialelor de acțiune (AP) dintr-o secțiune reprezentativă a animalelor [68]
      Animal Tipul celulei Potențial de repaus (mV) Creșterea AP (mV) Durata AP (ms) Viteza de conducere (m/s)
      Calamar (Loligo) Axon uriaș −60 120 0.75 35
      Râma (Lumbricus) Fibră gigant mediană −70 100 1.0 30
      gandac (Periplaneta) Fibră uriașă −70 80–104 0.4 10
      broasca (Rana) Axonul nervului sciatic -60 până la -80 110–130 1.0 7–30
      Pisică (Felis) Neuronul motor al coloanei vertebrale -55 până la -80 80–110 1–1.5 30–120

      Având în vedere conservarea sa pe tot parcursul evoluției, potențialul de acțiune pare să confere avantaje evolutive. O funcție a potențialelor de acțiune este semnalizarea rapidă, pe distanță lungă în organism, viteza de conducere poate depăși 110 m/s, ceea ce reprezintă o treime din viteza sunetului. Pentru comparație, o moleculă de hormon transportată în sânge se mișcă cu aproximativ 8 m/s în arterele mari. O parte a acestei funcții este coordonarea strânsă a evenimentelor mecanice, cum ar fi contracția inimii. O a doua funcție este calculul asociat cu generarea acesteia. Fiind un semnal „tot sau nimic” care nu se diminuează odată cu distanța de transmisie, potențialul de acțiune are avantaje similare cu electronica digitală. Integrarea diferitelor semnale dendritice la dealul axonului și limitarea acestuia pentru a forma un tren complex de potențiale de acțiune este o altă formă de calcul, una care a fost exploatată biologic pentru a forma generatoare de modele centrale și imitată în rețelele neuronale artificiale.

      Strămoșul comun procariot/eucariot, care a trăit în urmă cu aproximativ patru miliarde de ani, se crede că avea canale dependente de tensiune. Această funcționalitate a fost probabil, la un moment dat ulterior, să ofere un mecanism de comunicare. Chiar și bacteriile moderne unicelulare pot utiliza potențialele de acțiune pentru a comunica cu alte bacterii din același biofilm. [69]

      Studiul potențialelor de acțiune a necesitat dezvoltarea de noi metode experimentale. Lucrarea inițială, înainte de 1955, a fost realizată în primul rând de Alan Lloyd Hodgkin și Andrew Fielding Huxley, care, împreună cu John Carew Eccles, au primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1963 pentru contribuția lor la descrierea bazei ionice a nervilor. conducerea. S-a concentrat pe trei obiective: izolarea semnalelor de la neuroni sau axoni unici, dezvoltarea electronică rapidă și sensibilă și micșorarea electrozilor suficient pentru a putea fi înregistrată tensiunea din interiorul unei singure celule.

      Prima problemă a fost rezolvată prin studierea axonilor giganți aflați în neuronii calmarului (Loligo forbesii și Doryteuthis pealeii, la momentul clasificat ca Loligo pealeii). [ar] Acești axoni sunt atât de mari în diametru (aproximativ 1 mm sau de 100 de ori mai mari decât un neuron tipic) încât pot fi văzuți cu ochiul liber, făcându-i ușor de extras și manipulat. [i] [as] Cu toate acestea, ele nu sunt reprezentative pentru toate celulele excitabile și au fost studiate numeroase alte sisteme cu potențiale de acțiune.

      A doua problemă a fost abordată cu dezvoltarea crucială a clemei de tensiune, [at] care a permis experimentatorilor să studieze curenții ionici care stau la baza unui potențial de acțiune în mod izolat și a eliminat o sursă cheie de zgomot electronic, curentul. euC asociat cu capacitatea C a membranei. [71] Întrucât curentul este egal C ori viteza de modificare a tensiunii transmembranare Vm, soluția a fost proiectarea unui circuit care să păstreze Vm fix (rata de schimbare zero) indiferent de curenții care curg prin membrană. Astfel, curentul necesar pentru a se păstra Vm la o valoare fixă ​​este o reflectare directă a curentului care curge prin membrană. Alte progrese electronice au inclus utilizarea cuștilor Faraday și a electronicii cu impedanță de intrare mare, astfel încât măsurarea în sine să nu afecteze tensiunea măsurată. [72]

      A treia problemă, aceea de a obține electrozi suficient de mici pentru a înregistra tensiuni într-un singur axon fără a-l perturba, a fost rezolvată în 1949 odată cu inventarea electrodului cu micropipetă de sticlă, [au] care a fost rapid adoptat de alți cercetători. [av] [aw] Perfecționările acestei metode sunt capabile să producă vârfuri de electrozi care sunt la fel de fine ca 100 Å (10 nm), care conferă și impedanță de intrare mare. [73] Potențialele de acțiune pot fi, de asemenea, înregistrate cu electrozi metalici mici plasați chiar lângă un neuron, cu neurocipuri care conțin EOSFET, sau optic cu coloranți care sunt sensibili la Ca 2+ sau la tensiune. [topor]

      În timp ce electrozii de micropipetă din sticlă măsoară suma curenților care trec prin multe canale ionice, studierea proprietăților electrice ale unui singur canal ionic a devenit posibilă în anii 1970 odată cu dezvoltarea clemei de plasture de către Erwin Neher și Bert Sakmann. Pentru această descoperire, ei au fost distinși cu Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1991. [inferior-greacă 3] Patch-clamping a verificat că canalele ionice au stări discrete de conductanță, cum ar fi deschis, închis și inactivat.

      Tehnologiile de imagistică optică au fost dezvoltate în ultimii ani pentru a măsura potențialele de acțiune, fie prin înregistrări simultane multisite, fie cu rezoluție ultra-spațială. Folosind coloranți sensibili la tensiune, potențialele de acțiune au fost înregistrate optic dintr-un petic mic de membrana cardiomiocitelor. [Ay]

      Mai multe neurotoxine, atât naturale, cât și sintetice, sunt concepute pentru a bloca potențialul de acțiune. Tetrodotoxina de la peștele puffer și saxitoxina de la Gonyaulax (genul dinoflagelat responsabil pentru „mareele roșii”) blochează potențialele de acțiune prin inhibarea canalului de sodiu sensibil la tensiune [az] în mod similar, dendrotoxina de la șarpele mamba negru inhibă canalul de potasiu sensibil la tensiune. Astfel de inhibitori ai canalelor ionice servesc unui scop important de cercetare, permițând oamenilor de știință să „oprească” anumite canale după bunul plac, izolând astfel contribuțiile celorlalte canale, pot fi utili și în purificarea canalelor ionice prin cromatografie de afinitate sau în analiza concentrației acestora. Cu toate acestea, astfel de inhibitori produc neurotoxine eficiente și au fost considerați a fi folosiți ca arme chimice. Neurotoxinele care vizează canalele ionice ale insectelor au fost insecticide eficiente, un exemplu este permetrina sintetică, care prelungește activarea canalelor de sodiu implicate în potențialele de acțiune. Canalele ionice ale insectelor sunt suficient de diferite de omologii lor umani încât există puține efecte secundare la om.

      Rolul electricității în sistemele nervoase ale animalelor a fost observat pentru prima dată la broaștele disecate de Luigi Galvani, care a studiat-o între 1791 și 1797. [ba] Rezultatele lui Galvani l-au stimulat pe Alessandro Volta să dezvolte grămada voltaică - cea mai veche baterie electrică cunoscută - cu pe care a studiat electricitatea animală (cum ar fi anghilele electrice) și răspunsurile fiziologice la tensiunile de curent continuu aplicate. [bb]

      Oamenii de știință din secolul al XIX-lea au studiat propagarea semnalelor electrice în nervi întregi (adică, mănunchiuri de neuroni) și au demonstrat că țesutul nervos era alcătuit din celule, în loc de o rețea interconectată de tuburi (un reticul). [74] Carlo Matteucci a continuat studiile lui Galvani și a demonstrat că membranele celulare aveau o tensiune peste ele și puteau produce curent continuu. Lucrarea lui Matteucci l-a inspirat pe fiziologul german, Emil du Bois-Reymond, care a descoperit potențialul de acțiune în 1843. [75] Viteza de conducere a potențialelor de acțiune a fost măsurată pentru prima dată în 1850 de prietenul lui du Bois-Reymond, Hermann von Helmholtz. [76] Pentru a stabili că țesutul nervos este alcătuit din celule discrete, medicul spaniol Santiago Ramón y Cajal și studenții săi au folosit o colorație dezvoltată de Camillo Golgi pentru a dezvălui nenumăratele forme ale neuronilor, pe care le-au redat cu minuțiozitate. Pentru descoperirile lor, Golgi și Ramón y Cajal au primit în 1906 Premiul Nobel pentru Fiziologie. [greacă inferioară 4] Munca lor a rezolvat o controversă de lungă durată în neuroanatomia secolului al XIX-lea Golgi însuși a susținut pentru modelul de rețea al sistemului nervos.

      Secolul al XX-lea a fost o eră semnificativă pentru electrofiziologie. În 1902 și din nou în 1912, Julius Bernstein a avansat ipoteza că potențialul de acțiune a rezultat dintr-o modificare a permeabilității membranei axonale la ioni. [bc] [77] Ipoteza lui Bernstein a fost confirmată de Ken Cole și Howard Curtis, care au arătat că conductanța membranei crește în timpul unui potențial de acțiune. [bd] În 1907, Louis Lapicque a sugerat că potențialul de acțiune a fost generat pe măsură ce a fost depășit un prag, [fi] ceea ce va fi arătat mai târziu ca un produs al sistemelor dinamice ale conductanțelor ionice. În 1949, Alan Hodgkin și Bernard Katz au rafinat ipoteza lui Bernstein considerând că membrana axonală ar putea avea permeabilitati diferite la diferiți ioni în special, au demonstrat rolul crucial al permeabilității sodiului pentru potențialul de acțiune. [bf] Ei au făcut prima înregistrare reală a modificărilor electrice de-a lungul membranei neuronale care mediază potențialul de acțiune. [greacă inferioară 5] Această linie de cercetare a culminat cu cele cinci lucrări din 1952 ale lui Hodgkin, Katz și Andrew Huxley, în care au aplicat tehnica de fixare a tensiunii pentru a determina dependența permeabilităților membranei axonale de ionii de sodiu și potasiu de tensiune și timp. , din care au putut reconstrui cantitativ potenţialul de acţiune. [i] Hodgkin și Huxley au corelat proprietățile modelului lor matematic cu canale ionice discrete care ar putea exista în mai multe stări diferite, inclusiv „deschis”, „închis” și „inactivat”.Ipotezele lor au fost confirmate la mijlocul anilor 1970 și 1980 de Erwin Neher și Bert Sakmann, care au dezvoltat tehnica de fixare a patch-urilor pentru a examina stările de conductanță ale canalelor ionice individuale. [bg] În secolul 21, cercetătorii încep să înțeleagă baza structurală pentru aceste stări de conductanță și pentru selectivitatea canalelor pentru speciile lor de ioni, [bh] prin structurile cristaline cu rezoluție atomică, [bi] măsurători ale distanței de fluorescență [bg] bj] și studii de microscopie crio-electronică. [bk]

      Julius Bernstein a fost, de asemenea, primul care a introdus ecuația Nernst pentru potențialul de repaus peste membrană, aceasta a fost generalizată de David E. Goldman la ecuația Goldman eponimă în 1943. [h] Pompa de sodiu-potasiu a fost identificată în 1957 [bl] [inferioară -Grec 6] și proprietățile sale treptat elucidate, [bm] [bn] [bo] culminând cu determinarea structurii sale de rezoluție atomică prin cristalografie cu raze X. [bp] Structurile cristaline ale pompelor ionice înrudite au fost, de asemenea, rezolvate, oferind o vedere mai largă asupra modului în care funcționează aceste mașini moleculare. [bq]

      Modelele matematice și computaționale sunt esențiale pentru înțelegerea potențialului de acțiune și oferă predicții care pot fi testate pe baza datelor experimentale, oferind un test strict al unei teorii. Cel mai important și mai precis dintre modelele neuronale timpurii este modelul Hodgkin-Huxley, care descrie potențialul de acțiune printr-un set cuplat de patru ecuații diferențiale ordinare (ODE). [i] Deși modelul Hodgkin-Huxley poate fi o simplificare cu puține limitări [78] în comparație cu membrana nervoasă realistă așa cum există în natură, complexitatea sa a inspirat mai multe modele și mai simplificate, [79] [br] precum ca modelul Morris–Lecar [bs] și modelul FitzHugh–Nagumo, [bt] ambele având doar două ODE-uri cuplate. Proprietățile modelelor Hodgkin–Huxley și FitzHugh–Nagumo și rudele acestora, cum ar fi modelul Bonhoeffer–Van der Pol, [bu], au fost bine studiate în matematică, [80] [bv] calcul [81] și electronică. [bw] Cu toate acestea, modelele simple ale potențialului generator și potențialului de acțiune nu reușesc să reproducă cu acuratețe rata de vârf neuronală de aproape pragul și forma vârfului, în special pentru mecanoreceptorii precum corpusculul Pacinian. [82] Cercetările mai moderne s-au concentrat asupra sistemelor mai mari și mai integrate prin alăturarea modelelor cu potențial de acțiune cu modele ale altor părți ale sistemului nervos (cum ar fi dendritele și sinapsele), cercetătorii pot studia calculul neuronal [83] și reflexele simple, cum ar fi ca reflexe de evadare si altele controlate de generatoarele centrale de modele. [84] [cutie]


      Priveste filmarea: #Electricianul - Ce reprezinta semnele si simbolurile de pe protectiile MCB (August 2022).