แรงกระตุ้นของเส้นประสาท: ลักษณะขั้นตอนการทำงาน - ชีววิทยา - 2025

แรงกระตุ้นเส้นประสาทเป็นชุดของศักยภาพการกระทำ (AP) ที่เกิดขึ้นตามแนวซอนและเซลล์หัวใจเต้นผิดจังหวะไฟฟ้าอื่น ๆ (กล้ามเนื้อและต่อม) โดยหลักการแล้วจะเกิดขึ้นเมื่อมีการส่งข้อความจากเซลล์ประสาทหนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งหรือจากเซลล์ประสาทไปยังอวัยวะที่มีผลกระทบเนื่องจากได้รับสิ่งกระตุ้นจากภายนอกหรือภายใน

ข้อความนี้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในเดนไดรต์หรือร่างกายของเซลล์ประสาทและเดินทางไปยังจุดสิ้นสุดของแอกซอนซึ่งสัญญาณถูกส่ง ศักยภาพในการกระทำนี้เป็นสัญญาณไฟฟ้าหลักที่สร้างขึ้นโดยเซลล์ประสาทเซลล์ประสาทและเกิดจากการเปลี่ยนแปลงการซึมผ่านของเมมเบรนไปยังไอออนเฉพาะ

ที่มา: pixabay.com

การพึ่งพาจลนศาสตร์และแรงดันไฟฟ้าของการซึมผ่านของไอออนบางชนิดให้คำอธิบายที่สมบูรณ์เกี่ยวกับการสร้างศักยภาพในการกระทำ

ลักษณะเฉพาะ

ศักยภาพในการกระทำนั้นเป็นปรากฏการณ์ที่ระเบิดได้ซึ่งจะแพร่กระจายโดยไม่ลดลงตามเส้นใยประสาท แอกซอนนำ AP จากจุดกำเนิดซึ่งเป็นเขตเริ่มต้นขัดขวาง (ใกล้กรวยแกนของเซลล์ประสาท) ไปยังขั้วแอกโซนัล

เซลล์ประสาทจึงเป็นเซลล์ที่เชี่ยวชาญในการรับสิ่งเร้าและส่งผ่านแรงกระตุ้น การตอบสนองทางไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ของเซลล์ประสาทและเซลล์กระตุ้นอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของโปรตีนเฉพาะที่เรียกว่าช่องไอออนที่มีแรงดันไฟฟ้าในเยื่อหุ้มเซลล์

เพื่อให้เกิดแรงกระตุ้นของเส้นประสาทจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทซึ่งขยายไปทั่วทั้งแอกซอน ความแตกต่างทางเคมีไฟฟ้าระหว่างไซโทพลาสซึมของเซลล์และสภาพแวดล้อมนอกเซลล์ช่วยให้ความต่างศักย์เกิดขึ้นที่เยื่อหุ้มทั้งสองด้าน

ถ้าเราวัดความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าเคมีภายในและภายนอกเมมเบรนเราจะสังเกตเห็นความแตกต่างประมาณ -70mV ในแง่นี้ด้านในของเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทจะเป็นลบเมื่อเทียบกับด้านนอกเมื่อไม่มีสิ่งกระตุ้น

ช่องไอออนและความสำคัญ

ช่องไอออนที่มีแรงดันไฟฟ้าช่วยให้ไอออนเคลื่อนที่ผ่านเมมเบรนเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าของเมมเบรน มีช่องไอออนหลายประเภทที่มีอยู่ในเซลล์ประสาทซึ่งแต่ละช่องจะอนุญาตให้มีการผ่านของไอออนิกเฉพาะชนิด

ช่องเหล่านี้กระจายบนเมมเบรนไม่เท่ากัน อย่างไรก็ตามในเยื่อแอกซอนเราสามารถค้นหาช่องสัญญาณที่มีฤทธิ์เร็วสำหรับ Na + และ K + ในขณะที่อยู่ในขั้วแกนเราพบช่อง Ca +

ช่อง K + มีหน้าที่ในการรักษาสถานะการพักผ่อนของเซลล์ที่กระตุ้นด้วยไฟฟ้าเมื่อไม่มีสิ่งเร้าที่จะกระตุ้น AP ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงแฝงในศักยภาพของเมมเบรน

ในขณะที่ช่อง Na + ทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วการแทรกแซงในการลดขั้วของเมมเบรนเมื่อมีการสร้าง PA หรือการเปลี่ยนแปลงที่ใช้งานอยู่ในศักยภาพของเมมเบรน

ในทางกลับกันช่อง Ca + แม้ว่าจะเปิดช้ากว่าในระหว่างการลดขั้ว แต่ก็มีบทบาทพื้นฐานในการแพร่กระจายสัญญาณไฟฟ้าและกระตุ้นการปล่อยสัญญาณสารสื่อประสาทที่ซินแนปส์

องค์ประกอบทางชีวภาพที่มีส่วนร่วมในความตื่นเต้นของเซลล์ประสาท

แรงกระตุ้นเกิดขึ้นเนื่องจากความไม่สมดุลของความเข้มข้นขององค์ประกอบทางชีวภาพและสารชีวโมเลกุลระหว่างไซโทพลาสซึมและตัวกลางนอกเซลล์ ไอออนที่สำคัญที่สุดที่มีส่วนร่วมในความตื่นเต้นของเซลล์ประสาทคือ Na +, K +, Ca2 + และ Cl-

นอกจากนี้ยังมีแอนไอออนอินทรีย์และโปรตีนบางชนิดที่อยู่ในของเหลวภายในเซลล์เท่านั้นและไม่สามารถทิ้งไว้ได้เนื่องจากเมมเบรนในพลาสมาไม่สามารถซึมผ่านไปยังส่วนประกอบเหล่านี้ได้

ภายนอกเซลล์มีความเข้มข้นของไอออนสูงกว่าเช่น Na + (มากกว่า 10 เท่า) และ Cl- และภายในมี K + เพิ่มขึ้นถึง 30 เท่าและแอนไอออนอินทรีย์ (โปรตีน) จำนวนมากที่สร้างประจุลบในไซโทพลาสซึม

ทันทีที่ช่อง Na + และ K + ที่ไวต่อแรงดันไฟฟ้าเปิดอยู่การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังบริเวณที่อยู่ติดกับเมมเบรนและทำให้เกิดการเปิดส่วนประกอบที่ไวต่อแรงดันไฟฟ้าในพื้นที่เหล่านั้นและการส่งแรงดันไฟฟ้าไปยังส่วนอื่น ๆ ภาคที่ไกลที่สุด

หลังจากการปิดช่อง Na + และ K + ประตูจะปิดใช้งานเป็นระยะเวลาสั้น ๆ ซึ่งหมายความว่าโมเมนตัมไม่สามารถย้อนกลับได้

การพึ่งพาที่เป็นไปได้ในการดำเนินการ

การผลิตศักยภาพในการกระทำนั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบสำคัญสามประการ:

ประการแรกการขนส่งไอออนโดยโปรตีนเมมเบรนเฉพาะ สิ่งนี้สร้างความเข้มข้นที่ไม่เท่ากันของสปีชีส์ไอออนิกหรือหลายชนิดทั้งสองด้าน

ประการที่สองการกระจายตัวของไอออนที่ไม่สม่ำเสมอจะทำให้เกิดการไล่ระดับสีด้วยไฟฟ้าเคมีผ่านเมมเบรนซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่มีศักยภาพ

ในที่สุดช่องอิออนประตูซึ่งเลือกสำหรับชนิดไอออนิกที่เฉพาะเจาะจงอนุญาตให้กระแสไอออนิกไหลขับเคลื่อนโดยการไล่ระดับสีด้วยไฟฟ้าเคมีผ่านช่องที่ทอดผ่านเมมเบรนเหล่านี้

ขั้นตอน

ศักยภาพในการพักผ่อน

เมื่อไม่มีการถ่ายทอดศักยภาพในการออกฤทธิ์เยื่อหุ้มเซลล์ประสาทจะหยุดนิ่ง ในกรณีนี้ของเหลวภายในเซลล์ (ไซโทพลาสซึม) และของเหลวนอกเซลล์มีไอออนอนินทรีย์ที่มีความเข้มข้นต่างกัน

สิ่งนี้ส่งผลให้ชั้นนอกของเมมเบรนมีประจุบวกในขณะที่ชั้นในมีประจุลบหมายความว่าเมมเบรนที่อยู่นิ่งจะเป็น "โพลาไรซ์" ศักยภาพในการพักตัวนี้มีค่า -70mv นั่นคือศักยภาพภายในเซลล์มีค่าเป็นลบมากกว่าค่าศักย์นอกเซลล์ 70 mV

โดยปกติรายการ Na + และ K + จะมีอยู่ในเซลล์เนื่องจากผลของการไล่ระดับความเข้มข้น (การขนส่งที่ใช้งานอยู่) เนื่องจากมี Na + อยู่นอกเซลล์มากขึ้นจึงมีแนวโน้มที่จะเข้าและเนื่องจากมี K + มากขึ้นภายในเซลล์จึงมีแนวโน้มที่จะออกเพื่อปรับความเข้มข้นของเยื่อหุ้มทั้งสองข้างให้เท่ากัน

ความเข้มข้นของไอออนิกที่แตกต่างกันจะคงไว้โดยการกระทำของโปรตีนเมมเบรนที่เรียกว่า "ปั๊มโซเดียมและโพแทสเซียม" เพื่อรักษาความต่างศักย์ปั๊ม Na + และ K + จะเอา 3 Na + ไอออนออกจากเซลล์ทุกๆ 2 K + ที่แนะนำ

การสร้างแรงกระตุ้นของเส้นประสาท

เมื่อสิ่งกระตุ้นถูกนำเสนอในบริเวณตัวรับของเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทจะมีการสร้างศักยภาพในการสร้างซึ่งจะเพิ่มความสามารถในการซึมผ่านไปยัง Na + ในเยื่อหุ้มเซลล์

หากศักยภาพนี้สูงกว่าเกณฑ์ความสามารถในการปลุกได้ซึ่งอยู่ที่ -65 ถึง -55 mV จะมีการสร้างแรงกระตุ้นของเส้นประสาทและ Na + จะถูกนำมาใช้อย่างรวดเร็วจนแม้แต่ปั๊ม Na + และ K + ก็ยังถูกปิดใช้งาน

การไหลเข้าของ Na + ที่มีประจุบวกจำนวนมากทำให้ประจุไฟฟ้าดังกล่าวย้อนกลับ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเมมเบรนดีโพลาไรเซชัน หลังหยุดที่ประมาณ + 40mv

เมื่อถึงเกณฑ์มาตรฐาน BP จะถูกสร้างขึ้นเสมอเนื่องจากไม่มีกระแสประสาทขนาดใหญ่หรือเล็กดังนั้นศักยภาพในการดำเนินการทั้งหมดจึงเท่ากัน หากไม่ถึงเกณฑ์ก็จะไม่มีอะไรเกิดขึ้นซึ่งเรียกว่าหลักการ“ ทั้งหมดหรือไม่มีเลย”

PA นั้นสั้นมากเป็นเวลา 2 ถึง 5 มิลลิวินาที การเพิ่มขึ้นของความสามารถในการซึมผ่านของเมมเบรนไปยัง Na + จะสิ้นสุดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากช่อง Na + ถูกปิดใช้งานและความสามารถในการซึมผ่านของ K ไอออนที่ไหลจากไซโทพลาซึมจะเพิ่มขึ้นทำให้เกิดศักยภาพในการพัก

อิมพัลส์กะ

แรงกระตุ้นจะไม่คงอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทซึ่งมันถูกสร้างขึ้นอันเป็นผลมาจากศักยภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แต่จะเดินทางผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ไปตามเซลล์ประสาทแทนจนกว่าจะถึงจุดสิ้นสุดของแอกซอน

การส่งแรงกระตุ้นประกอบด้วยการเคลื่อนไหวในรูปแบบของคลื่นไฟฟ้าไปตามเส้นใยประสาท เมื่อมันมาถึงเท้าเทอร์มินัลของแอกซอนมันจะต้องข้ามไซแนปส์ซึ่งทำโดยสารสื่อประสาททางเคมี

AP เดินทางไปตามใยประสาทอย่างต่อเนื่องหากไม่มีไมอีลินอย่างไรก็ตามถ้าเป็นเช่นนั้นชั้นไมอีลินจะแยกเยื่อหุ้มใยประสาทออกจากพื้นผิวทั้งหมดยกเว้นในก้อนของ Ranvier PA ในสถานการณ์นี้จะเพิ่มขึ้นในการกระโดดจากโหนดหนึ่งไปยังอีกโหนดหนึ่งซึ่งเรียกว่าการนำเกลือ

การส่งข้อมูลประเภทนี้ช่วยประหยัดพลังงานได้มากและเพิ่มความเร็วของแรงกระตุ้นและการส่งข้อมูลเนื่องจากการแบ่งขั้วเกิดขึ้นเฉพาะในโหนดของ Ranvier บันทึกความเร็วสูงสุด 120 ม. / วินาทีในขณะที่เส้นใยไมอีลินไม่ครอบคลุมความเร็วโดยประมาณคือ 0.5 ม. / วินาที

การส่งผ่าน Synaptic

การไหลของกระแสประสาทเกิดจากปลายเซลล์ประสาทที่ประกอบไปด้วยร่างกายและเดนไดรต์ไปยังปลายด้านที่เกิดจากแอกซอนและกิ่งก้านที่เป็นหลักประกัน ปลายแกนที่ปลายซึ่งเป็นขาเทอร์มินัลหรือปุ่มซินแนปติกรวมอยู่ที่นี่

พื้นที่สัมผัสระหว่างเซลล์ประสาทหนึ่งกับอีกเซลล์หนึ่งหรือระหว่างเซลล์ประสาทกับกล้ามเนื้อหรือเซลล์ต่อมเรียกว่าไซแนปส์ สำหรับการเกิดไซแนปส์สารสื่อประสาทมีบทบาทพื้นฐานเพื่อให้ข้อความที่ส่งมีความต่อเนื่องบนเส้นใยประสาท

พฤติกรรมวัฏจักรของแรงกระตุ้น

โดยพื้นฐานแล้วศักยภาพในการกระทำคือการเปลี่ยนแปลงขั้วของเมมเบรนจากลบเป็นบวกและกลับเป็นลบในวัฏจักรที่กินเวลาตั้งแต่ 2 ถึง 5 มิลลิวินาที

แต่ละรอบประกอบด้วยเฟสจากน้อยไปมากของการเปลี่ยนขั้ว, เฟสจากมากไปหาน้อยและเฟสจากมากไปหาน้อยที่เรียกว่า hyperpolarization ที่ตัวเลขต่ำกว่า -70 mv

คุณสมบัติ

กระแสประสาทเป็นข้อความทางเคมีไฟฟ้า เป็นข้อความเนื่องจากมีผู้รับและผู้ส่งและเป็นเคมีไฟฟ้าเนื่องจากมีส่วนประกอบทางไฟฟ้าและส่วนประกอบทางเคมี

ผ่านแรงกระตุ้นของเส้นประสาท (ศักยภาพในการดำเนินการ) เซลล์ประสาทจะขนส่งข้อมูลอย่างรวดเร็วและแม่นยำเพื่อประสานการกระทำของร่างกายทั้งหมดของสิ่งมีชีวิต

PA มีหน้าที่รับผิดชอบต่อทุกหน่วยความจำความรู้สึกความคิดและการตอบสนองของมอเตอร์ ในกรณีส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นในระยะทางไกลเพื่อควบคุมการตอบสนองของเอฟเฟกต์หรือการตอบสนองที่รวมถึงการเปิดช่องไอออนการหดตัวของกล้ามเนื้อและการออกนอกซิโทซิส

อ้างอิง

1. Alcaraz, VM (2000). โครงสร้างและหน้าที่ของระบบประสาท: การรับประสาทสัมผัสและสถานะของสิ่งมีชีวิต ไต้หวัน
2. Bacq, ZM (2013). การส่งผ่านทางเคมีของกระแสประสาท: ภาพร่างทางประวัติศาสตร์ เอลส์
3. บราวน์, AG (2012). เซลล์ประสาทและระบบประสาท: ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับประสาทวิทยาศาสตร์ Springer Science & Business Media
4. Kolb, B. , & Whishaw, IQ (2006). ประสาทวิทยาของมนุษย์. Panamerican Medical Ed.
5. McComas, A. (2011). จุดประกายของ Galvani: เรื่องราวของกระแสประสาท สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด
6. Morris, CG, & Maisto, AA (2005) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับจิตวิทยา. การศึกษาของเพียร์สัน.
7. Randall, D. , Burggren, W. , & French, K. (2002). Eckert สรีรวิทยาของสัตว์: กลไกและการปรับตัว. พิมพ์ครั้งที่สี่. McGraw-Hill Interamericana, สเปน
8. Toole, G. , & Toole, S. (2004). ชีววิทยา AS ที่จำเป็นสำหรับ OCR เนลสัน ธ อร์นส์