De actiepotentiaal Het is een kortstondig elektrisch of chemisch fenomeen dat optreedt in de neuronen van onze hersenen. Men kan zeggen dat het de boodschap is die een neuron naar andere neuronen verzendt.
De actiepotentiaal wordt geproduceerd in het cellichaam (celkern), ook wel de soma genoemd. Het reist door het hele axon (een verlenging van het neuron, vergelijkbaar met een draad) totdat het zijn einde bereikt, de zogenaamde terminalknop.
Actiepotentialen op een bepaald axon hebben altijd dezelfde duur en intensiteit. Als het axon vertakt in andere processen, wordt het actiepotentiaal gedeeld, maar de intensiteit wordt niet verminderd.
Wanneer het actiepotentiaal de terminale knoppen van het neuron bereikt, scheiden ze chemicaliën af die neurotransmitters worden genoemd. Deze stoffen prikkelen of remmen het neuron dat ze ontvangt, waardoor ze een actiepotentiaal kunnen genereren in dat neuron.
Veel van wat bekend is over de actiepotentialen van neuronen, is afkomstig van experimenten met axonen van reuzeninktvissen. Het is gemakkelijk te bestuderen vanwege zijn grootte, aangezien het zich uitstrekt van kop tot staart. Ze dienen zodat het dier kan bewegen.
Artikel index
Neuronen hebben van binnen een andere elektrische lading dan van buiten. Dit verschil wordt genoemd Membraanpotentieel.
Als er een neuron in zit rustpotentieel, betekent dat de elektrische lading niet wordt veranderd door prikkelende of remmende synaptische potentialen.
Aan de andere kant, wanneer andere potentialen het beïnvloeden, kan het membraanpotentieel worden verminderd. Dit staat bekend als depolarisatie.
Integendeel, wanneer de membraanpotentiaal toeneemt ten opzichte van zijn normale potentiaal, wordt een fenomeen genoemd hyperpolarisatie.
Wanneer een zeer snelle omkering van de membraanpotentiaal plotseling optreedt, is er een actiepotentiaal. Deze bestaat uit een korte elektrische impuls, die wordt vertaald in de boodschap die door het axon van het neuron reist. Het begint in het cellichaam en bereikt de eindknoppen.
Belangrijk is dat om een actiepotentiaal te laten optreden, elektrische veranderingen een drempel moeten bereiken, genaamd excitatie drempel. Het is de waarde van de membraanpotentiaal die noodzakelijkerwijs moet worden bereikt om de actiepotentiaal te laten optreden.
Onder normale omstandigheden is het neuron klaar om binnenin natrium (Na +) te ontvangen. Het membraan is echter niet erg permeabel voor dit ion..
Bovendien hebben de bekende "natrium-kaliumtransporteurs" een eiwit in het celmembraan dat verantwoordelijk is voor het verwijderen van natriumionen en het inbrengen van kaliumionen erin. Specifiek, voor elke 3 natriumionen die het extraheert, introduceert het twee kaliumionen.
Deze transporteurs houden het natriumgehalte in de cel laag. Als de permeabiliteit van de cel zou toenemen en er plotseling meer natrium in zou komen, zou de membraanpotentiaal radicaal veranderen. Blijkbaar is dit wat een actiepotentiaal triggert.
In het bijzonder zou de permeabiliteit van het membraan voor natrium worden verhoogd, waardoor deze het neuron binnendringen. Tegelijkertijd zouden hierdoor kaliumionen de cel kunnen verlaten.
Cellen hebben in hun membraan talrijke proteïnen genoemd ion kanalen. Deze hebben openingen waardoor ionen cellen kunnen binnenkomen of verlaten, hoewel ze niet altijd open zijn. Kanalen worden gesloten of geopend op basis van bepaalde evenementen.
Er zijn meerdere soorten ionenkanalen, en elk kanaal is meestal gespecialiseerd om uitsluitend bepaalde soorten ionen te geleiden.
Een open natriumkanaal kan bijvoorbeeld meer dan 100 miljoen ionen per seconde doorlaten..
Neuronen zenden elektrochemisch informatie uit. Dit betekent dat chemicaliën elektrische signalen produceren.
Deze chemicaliën hebben een elektrische lading, daarom worden ze ionen genoemd. De belangrijkste in het zenuwstelsel zijn natrium en kalium, die een positieve lading hebben. Naast calcium (2 positieve ladingen) en chloor (één negatieve lading).
De eerste stap voor het optreden van een actiepotentiaal is een verandering in het membraanpotentiaal van de cel. Deze verandering moet de excitatiedrempel overschrijden.
Concreet is er een vermindering van de membraanpotentiaal, wat depolarisatie wordt genoemd..
Dientengevolge gaan natriumkanalen ingebed in het membraan open, waardoor natrium massaal in het neuron kan binnendringen. Deze worden aangedreven door diffusiekrachten en elektrostatische druk.
Omdat natriumionen positief geladen zijn, veroorzaken ze een snelle verandering in membraanpotentiaal.
Het axonmembraan heeft zowel natrium- als kaliumkanalen. De laatste worden echter later geopend, omdat ze minder gevoelig zijn. Dat wil zeggen, ze hebben een hoger depolarisatieniveau nodig om te openen en daarom openen ze later.
Er komt een tijd dat het actiepotentiaal zijn maximale waarde bereikt. Vanaf deze periode zijn de natriumkanalen geblokkeerd en gesloten.
Ze kunnen pas weer opengaan als het membraan zijn rustpotentieel weer bereikt. Als gevolg hiervan kan er geen natrium meer het neuron binnendringen..
De kaliumkanalen blijven echter open. Hierdoor kunnen kaliumionen door de cel stromen..
Door diffusie en elektrostatische druk, omdat het inwendige van het axon positief geladen is, worden de kaliumionen uit de cel geduwd. Aldus herstelt het membraanpotentiaal zijn gebruikelijke waarde. Beetje bij beetje sluiten de kaliumkanalen zich.
Dit verlaten van kationen zorgt ervoor dat de membraanpotentiaal zijn normale waarde terugkrijgt. Wanneer dit gebeurt, beginnen de kaliumkanalen weer te sluiten..
Zodra de membraanpotentiaal zijn normale waarde bereikt, sluiten de kaliumkanalen volledig. Iets later worden de natriumkanalen gereactiveerd ter voorbereiding op een volgende depolarisatie om ze te openen.
Ten slotte scheiden de natrium-kaliumtransporteurs het natrium uit dat was binnengekomen en winnen het kalium terug dat eerder was achtergelaten.
Het axon bestaat uit een deel van het neuron, een kabelachtige verlenging van het neuron. Ze kunnen te lang zijn om neuronen die fysiek ver van elkaar verwijderd zijn, verbinding te laten maken en informatie naar elkaar te sturen..
Het actiepotentiaal plant zich voort langs het axon en bereikt de terminalknoppen om berichten naar de volgende cel te sturen. Als we de intensiteit van het actiepotentiaal vanuit verschillende gebieden van het axon zouden meten, zouden we ontdekken dat de intensiteit in alle gebieden hetzelfde blijft.
Dit gebeurt omdat axonale geleiding een fundamentele wet volgt: de wet van alles of niets. Dat wil zeggen, een actiepotentiaal wordt wel of niet gegeven. Als het eenmaal begint, reist het door het axon naar het einde, waarbij het altijd dezelfde grootte behoudt, het neemt niet toe of af. Wat meer is, als een axon vertakt, splitst het actiepotentiaal, maar behoudt zijn grootte..
Actiepotentialen beginnen aan het einde van het axon dat aan de soma van het neuron is bevestigd. Ze reizen meestal maar in één richting.
Op dit punt vraag je je misschien af: als het actiepotentiaal een alles of niets proces is, hoe treedt dan bepaald gedrag op, zoals spiercontractie, dat kan variëren tussen verschillende intensiteitsniveaus? Dit gebeurt volgens de wet van frequentie.
Wat er gebeurt, is dat een enkele actiepotentiaal niet direct informatie geeft. In plaats daarvan wordt de informatie bepaald door de ontladingsfrequentie of vuursnelheid van een axon. Dat wil zeggen, de frequentie waarmee actiepotentialen optreden. Dit staat bekend als de "wet van frequentie"..
Een hoge frequentie van actiepotentialen zou dus aanleiding geven tot een zeer intense spiercontractie..
Hetzelfde is het geval met perceptie. Een zeer heldere visuele stimulus die moet worden opgevangen, moet bijvoorbeeld een hoge "vuursnelheid" produceren in de axonen die aan de ogen zijn bevestigd. Op deze manier weerspiegelt de frequentie van actiepotentialen de intensiteit van een fysieke stimulus..
Daarom wordt de wet van alles of niets aangevuld door de wet van frequentie.
Actiepotentialen zijn niet de enige klassen van elektrische signalen die in neuronen voorkomen. Wanneer bijvoorbeeld informatie door een synaps wordt verzonden, wordt een kleine elektrische impuls gegeven in het membraan van het neuron dat de gegevens ontvangt..
Soms kan een lichte depolarisatie die te zwak is om een actiepotentiaal te produceren, de membraanpotentiaal enigszins wijzigen..
Deze wijziging neemt echter geleidelijk af naarmate deze door het axon reist. Bij dit type informatieoverdracht gaan noch de natrium- noch de kaliumkanalen open of dicht..
Het axon fungeert dus als een onderzeese kabel. Terwijl het signaal erdoorheen wordt gestuurd, neemt de amplitude af. Dit staat bekend als neerwaartse geleiding en treedt op vanwege de kenmerken van het axon..
De axonen van bijna alle zoogdieren zijn bedekt met myeline. Dat wil zeggen, ze hebben segmenten omgeven door een stof die zenuwgeleiding mogelijk maakt, waardoor het sneller gaat. Myeline wikkelt zich rond het axon zonder dat extracellulaire vloeistof het kan bereiken.
Myeline wordt in het centrale zenuwstelsel geproduceerd door cellen die oligodendrocyten worden genoemd. Terwijl het in het perifere zenuwstelsel wordt geproduceerd door Schwann-cellen.
De myeline-segmenten, bekend als myeline-omhulsels, zijn van elkaar gescheiden door kale delen van het axon. Deze gebieden worden de knobbeltjes van Ranvier genoemd en staan in contact met de extracellulaire vloeistof..
Het actiepotentiaal wordt anders overgedragen in een niet-gemyeliniseerd axon (dat niet bedekt is met myeline) dan in een gemyeliniseerd axon.
Het actiepotentiaal kan door het met myeline bedekte axonale membraan reizen vanwege de eigenschappen van de draad. Het axon geleidt op deze manier de elektrische verandering van de plaats waar de actiepotentiaal optreedt naar het volgende knooppunt van Ranvier..
Deze verandering loopt iets af, maar is sterk genoeg om een actiepotentiaal in de volgende knobbel te veroorzaken. Dit potentieel wordt vervolgens geactiveerd of herhaald in elke knobbel van Ranvier en transporteert zichzelf door het gemyeliniseerde gebied naar de volgende knobbel..
Dit soort geleiding van actiepotentialen wordt saltatorische geleiding genoemd. De naam komt van het Latijnse "saltare", wat "dansen" betekent. Het concept is omdat de impuls van knoop naar knoop lijkt te springen.
Deze manier van rijden heeft zo zijn voordelen. Allereerst om energie te besparen. Natrium-kaliumtransporteurs besteden veel energie aan het trekken van overtollig natrium uit het axon tijdens actiepotentialen.
Deze natrium-kaliumtransporteurs bevinden zich in de gebieden van het axon die niet bedekt zijn met myeline. In een gemyeliniseerde axon kan natrium echter alleen de knooppunten van Ranvier binnendringen. Daardoor komt er veel minder natrium binnen en hoeft daardoor minder natrium weggepompt te worden, zodat de natrium-kaliumtransporteurs minder hoeven te werken.
Een ander voordeel van myeline is snelheid. Een actiepotentiaal wordt sneller uitgevoerd in een gemyeliniseerd axon, omdat de impuls van het ene knooppunt naar het andere "springt", zonder door het hele axon te hoeven gaan.
Deze toename in snelheid zorgt ervoor dat dieren sneller denken en reageren. Andere levende wezens, zoals inktvis, hebben axonen zonder myeline die aan snelheid winnen doordat ze groter worden. Inktvisaxonen hebben een grote diameter (ongeveer 500 µm), waardoor ze sneller kunnen reizen (ongeveer 35 meter per seconde).
Met dezelfde snelheid reizen de actiepotentialen echter door de axonen van katten, hoewel deze een diameter hebben van slechts 6 µm. Wat er gebeurt, is dat deze axonen myeline bevatten.
Een gemyeliniseerde axon kan actiepotentialen geleiden met een snelheid van ongeveer 432 kilometer per uur, met een diameter van 20 µm..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.