TIỀM NĂNG HOẠT ĐỘNG: LAN TRUYỀN VÀ CÁC GIAI ĐOẠN - GEOGRAFÍA - 2026

Điện thế hoạt động là một hiện tượng điện hoặc hóa học tồn tại trong thời gian ngắn xảy ra trong các tế bào thần kinh của não chúng ta. Có thể nói, đó là thông điệp mà một tế bào thần kinh truyền đến các tế bào thần kinh khác.

Điện thế hoạt động được tạo ra trong cơ thể tế bào (nhân), còn được gọi là soma. Nó di chuyển qua toàn bộ sợi trục (phần mở rộng của nơ-ron, tương tự như một sợi dây) cho đến khi kết thúc, gọi là nút đầu cuối.

Các điện thế hoạt động trên một sợi trục nhất định luôn có cùng thời gian và cường độ. Nếu sợi trục phân nhánh thành các quá trình khác, điện thế hoạt động phân chia, nhưng cường độ của nó không giảm.

Khi điện thế hoạt động chạm đến các nút đầu cuối của tế bào thần kinh, chúng tiết ra chất hóa học gọi là chất dẫn truyền thần kinh. Những chất này kích thích hoặc ức chế tế bào thần kinh tiếp nhận chúng, có thể tạo ra điện thế hoạt động trong tế bào thần kinh nói trên.

Phần lớn những gì được biết về tiềm năng hoạt động của tế bào thần kinh đến từ các thí nghiệm với sợi trục mực khổng lồ. Nó rất dễ nghiên cứu vì kích thước của nó, vì nó kéo dài từ đầu đến đuôi. Chúng phục vụ để con vật có thể di chuyển.

Tiềm năng màng tế bào thần kinh

A. Hình chiếu giản đồ của một điện thế hoạt động lý tưởng. B. Bản ghi thực của một điện thế hoạt động. Nguồn: vi: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Tế bào thần kinh có điện tích bên trong khác với bên ngoài. Sự khác biệt này được gọi là điện thế màng .

Khi một tế bào thần kinh ở trạng thái nghỉ , điều đó có nghĩa là điện tích của nó không bị thay đổi bởi các điện thế tiếp hợp kích thích hoặc ức chế.

Mặt khác, khi các điện thế khác ảnh hưởng đến nó, điện thế màng có thể bị giảm. Đây được gọi là quá trình khử cực .

Ngược lại, khi điện thế màng tăng lên so với điện thế bình thường của nó, một hiện tượng gọi là siêu phân cực xảy ra .

Khi sự đảo ngược rất nhanh của điện thế màng xảy ra đột ngột sẽ làm xuất hiện điện thế hoạt động . Điều này bao gồm một xung điện ngắn, được dịch thành thông điệp truyền qua sợi trục của tế bào thần kinh. Nó bắt đầu trong thân tế bào, đến các nút đầu cuối.

Xung thần kinh truyền xuống sợi trục

Điều quan trọng, để điện thế hoạt động xảy ra, các thay đổi điện phải đạt đến một ngưỡng, được gọi là ngưỡng kích thích . Đó là giá trị của điện thế màng nhất thiết phải đạt được để điện thế hoạt động xảy ra.

Sơ đồ của một khớp thần kinh hóa học

Điện thế hoạt động và sự thay đổi mức độ ion

Tính thấm màng của tế bào thần kinh trong thời gian có điện thế hoạt động. Ở trạng thái nghỉ (1), các ion natri và kali không thể đi qua màng, và tế bào thần kinh có điện tích âm bên trong. Quá trình khử cực (2) của nơron kích hoạt kênh natri, cho phép các ion natri đi qua màng của nơron. Tái phân cực (3), nơi các kênh natri đóng và kênh kali mở ra, các ion kali đi qua màng. Trong giai đoạn trơ (4), điện thế màng trở lại trạng thái nghỉ khi các kênh kali đóng lại. Nguồn: Khả năng thấm màng của nơron trong tiềm năng hành động.pdf và tiềm năng hành động, CThompson02

Trong điều kiện bình thường, tế bào thần kinh sẵn sàng nhận natri (Na +) bên trong. Tuy nhiên, màng của nó không thấm được nhiều ion này.

Ngoài ra, "chất vận chuyển natri-kali" nổi tiếng có một loại protein được tìm thấy trong màng tế bào, có nhiệm vụ loại bỏ các ion natri khỏi nó và đưa các ion kali vào đó. Cụ thể, cứ 3 ion natri mà nó chiết xuất, nó sẽ đưa vào 2 ion kali.

Những chất vận chuyển này giữ cho mức natri thấp trong tế bào. Nếu tính thấm của tế bào tăng lên và nhiều natri xâm nhập vào tế bào đột ngột, điện thế màng sẽ thay đổi hoàn toàn. Rõ ràng, đây là thứ kích hoạt tiềm năng hành động.

Cụ thể, tính thấm của màng đối với natri sẽ tăng lên, chúng xâm nhập vào tế bào thần kinh. Đồng thời, điều này sẽ cho phép các ion kali rời khỏi tế bào.

Làm thế nào để những thay đổi trong tính thấm xảy ra?

Tế bào đã nhúng vào màng của chúng nhiều protein gọi là kênh ion . Chúng có các lỗ thông qua đó các ion có thể đi vào hoặc rời khỏi tế bào, mặc dù chúng không phải lúc nào cũng mở. Các kênh được đóng hoặc mở theo các sự kiện nhất định.

Có nhiều loại kênh ion, và mỗi loại thường chuyên biệt để dẫn một số loại ion nhất định.

Ví dụ, một kênh natri mở có thể truyền hơn 100 triệu ion mỗi giây.

Điện thế hoạt động được tạo ra như thế nào?

Tế bào thần kinh truyền thông tin bằng điện hóa. Điều này có nghĩa là hóa chất tạo ra tín hiệu điện.

Các hóa chất này có điện tích, đó là lý do tại sao chúng được gọi là ion. Quan trọng nhất trong hệ thần kinh là natri và kali, mang điện tích dương. Ngoài canxi (2 điện tích dương) và clo (một điện tích âm).

Thay đổi điện thế màng

Bước đầu tiên để điện thế hoạt động xảy ra là sự thay đổi điện thế màng tế bào. Sự thay đổi này phải vượt quá ngưỡng kích thích.

Cụ thể, có sự giảm điện thế màng, được gọi là sự khử cực.

Mở các kênh natri

Kết quả là, các kênh natri gắn trong màng mở ra, cho phép natri xâm nhập ồ ạt vào tế bào thần kinh. Chúng được điều khiển bởi lực khuếch tán và áp suất tĩnh điện.

Vì các ion natri mang điện tích dương, chúng gây ra sự thay đổi nhanh chóng trong điện thế màng.

Mở kênh kali

Màng sợi trục có cả kênh natri và kênh kali. Tuy nhiên, cái sau được mở muộn hơn, vì chúng kém nhạy hơn. Có nghĩa là, chúng cần mức độ khử cực cao hơn để mở ra và đó là lý do tại sao chúng mở ra sau đó.

Đóng các kênh natri

Có một thời điểm khi điện thế hoạt động đạt giá trị lớn nhất. Kể từ thời kỳ này, các kênh natri bị chặn và đóng lại.

Chúng không thể mở trở lại cho đến khi màng đạt điện thế nghỉ trở lại. Do đó, không có thêm natri có thể đi vào tế bào thần kinh.

Đóng kênh kali

Tuy nhiên, các kênh kali vẫn mở. Điều này cho phép các ion kali đi qua tế bào.

Do sự khuếch tán và áp suất tĩnh điện, khi bên trong sợi trục tích điện dương, các ion kali bị đẩy ra khỏi tế bào. Do đó, điện thế màng phục hồi giá trị thông thường của nó. Từng chút một, các kênh kali đang đóng lại.

Sự thoát ra của các cation làm cho điện thế màng phục hồi giá trị bình thường. Khi điều này xảy ra, các kênh kali bắt đầu đóng lại.

Ngay sau khi điện thế màng đạt giá trị bình thường, các kênh kali đóng hoàn toàn. Một lúc sau, các kênh natri được kích hoạt lại để chuẩn bị cho một quá trình khử cực khác để mở chúng.

Cuối cùng, các chất vận chuyển natri-kali tiết ra natri đã đi vào và thu hồi lượng kali còn lại trước đó.

Thông tin được lan truyền qua sợi trục như thế nào?

Các bộ phận của tế bào thần kinh. Nguồn: Không cung cấp tác giả có thể đọc bằng máy. NickGorton ~ commonswiki giả định (dựa trên khiếu nại về bản quyền)

Sợi trục bao gồm một phần của tế bào thần kinh, một phần kéo dài giống như sợi cáp của tế bào thần kinh. Chúng có thể quá dài để cho phép các tế bào thần kinh ở cách xa nhau về mặt vật lý kết nối và gửi thông tin cho nhau.

Điện thế hoạt động lan truyền dọc theo sợi trục và đến các nút đầu cuối để gửi thông điệp đến tế bào tiếp theo. Nếu chúng ta đo cường độ của điện thế hoạt động từ các vùng khác nhau của sợi trục, chúng ta sẽ thấy rằng cường độ của nó không đổi ở tất cả các vùng.

Tất cả hoặc không có gì luật

Điều này xảy ra bởi vì sự dẫn truyền theo trục tuân theo một quy luật cơ bản: quy luật của tất cả hoặc không. Có nghĩa là, một tiềm năng hoạt động có được đưa ra hay không. Một khi nó bắt đầu, nó di chuyển khắp sợi trục đến tận cùng, luôn duy trì kích thước như cũ, nó không tăng hoặc giảm. Hơn nữa, nếu sợi trục phân nhánh ra ngoài, điện thế hoạt động sẽ phân chia, nhưng nó vẫn duy trì kích thước của nó.

Điện thế hoạt động bắt đầu ở phần cuối của sợi trục được gắn vào soma của tế bào thần kinh. Chúng thường chỉ đi theo một hướng.

Hành động và tiềm năng hành vi

Bạn có thể tự hỏi tại thời điểm này: nếu điện thế hoạt động là một quá trình tất cả hoặc không có gì, thì làm thế nào để một số hành vi nhất định như co cơ xảy ra có thể thay đổi giữa các mức cường độ khác nhau? Điều này xảy ra theo quy luật tần số.

Luật tần số

Điều xảy ra là một tiềm năng hoạt động đơn lẻ không trực tiếp cung cấp thông tin. Thay vào đó, thông tin được xác định bởi tần số phóng điện hoặc tốc độ bắn của sợi trục. Tức là tần suất xuất hiện các điện thế hoạt động. Đây được gọi là "định luật tần số".

Do đó, tần suất hoạt động cao sẽ dẫn đến co cơ rất dữ dội.

Điều này cũng đúng với nhận thức. Ví dụ, một kích thích thị giác rất sáng, để được chụp, phải tạo ra "tốc độ bắn" cao trong các sợi trục gắn vào mắt. Theo cách này, tần số của điện thế hoạt động phản ánh cường độ của một kích thích vật lý.

Do đó, quy luật của tất cả hoặc không có gì được bổ sung bởi quy luật tần số.

Các hình thức trao đổi thông tin khác

Điện thế hoạt động không phải là lớp tín hiệu điện duy nhất xuất hiện trong tế bào thần kinh. Ví dụ, việc gửi thông tin qua một khớp thần kinh tạo ra một xung điện nhỏ trong màng của nơ-ron nhận dữ liệu.

Sơ đồ khớp thần kinh. Nguồn: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

Đôi khi sự khử cực nhẹ quá yếu để tạo ra điện thế hoạt động có thể làm thay đổi điện thế màng nhẹ.

Tuy nhiên, sự thay đổi này giảm dần khi nó di chuyển qua sợi trục. Trong kiểu truyền thông tin này, cả kênh natri và kênh kali đều không mở hoặc đóng.

Do đó, sợi trục hoạt động giống như một sợi cáp ngầm. Khi tín hiệu được truyền qua nó, biên độ của nó giảm. Điều này được gọi là dẫn truyền đi xuống, và nó xảy ra do các đặc điểm của sợi trục.

Tiềm năng hành động và myelin

Các sợi trục của hầu hết các loài động vật có vú đều được bao phủ bởi myelin. Đó là, chúng có các phân đoạn được bao quanh bởi một chất cho phép dẫn truyền thần kinh, làm cho nó nhanh hơn. Các myelin cuộn quanh sợi trục mà không cho dịch ngoại bào tiếp cận nó.

Myelin được sản xuất trong hệ thống thần kinh trung ương bởi các tế bào được gọi là oligodendrocytes. Trong khi, ở hệ thần kinh ngoại vi, nó được sản xuất bởi các tế bào Schwann.

Các đoạn myelin, được gọi là vỏ myelin, được phân chia với nhau bởi các vùng trần của sợi trục. Những khu vực này được gọi là nốt Ranvier và chúng tiếp xúc với dịch ngoại bào.

Điện thế hoạt động được truyền trong sợi trục không có myelin (không được bao bọc trong myelin) khác với ở sợi trục có myelin.

Điện thế hoạt động có thể di chuyển qua màng trục bao phủ myelin do các đặc tính của dây. Sợi trục theo cách này, thực hiện sự thay đổi điện từ nơi xuất hiện điện thế hoạt động đến nút tiếp theo của Ranvier.

Thay đổi này giảm nhẹ, nhưng đủ mạnh để tạo ra một tiềm năng hoạt động trong nút tiếp theo. Tiềm năng này sau đó được kích hoạt hoặc lặp lại trong mỗi nút của Ranvier, tự vận chuyển khắp vùng được myelin hóa đến nút tiếp theo.

Loại dẫn truyền điện thế hoạt động này được gọi là dẫn truyền muối hóa. Tên của nó bắt nguồn từ tiếng Latinh “Saltare”, có nghĩa là “khiêu vũ”. Khái niệm này là do xung dường như nhảy từ nút này sang nút khác.

Ưu điểm của dẫn truyền muối để truyền điện thế hoạt động

Kiểu lái xe này có những ưu điểm của nó. Trước hết, để tiết kiệm năng lượng. Các chất vận chuyển natri-kali tốn rất nhiều năng lượng để kéo natri dư thừa từ bên trong sợi trục trong quá trình điện thế hoạt động.

Những chất vận chuyển natri-kali này nằm ở những vùng của sợi trục không được bao bọc bởi myelin. Tuy nhiên, trong sợi trục có bao myelin, natri chỉ có thể đi vào các nút của Ranvier. Do đó, lượng natri đi vào ít hơn nhiều và do đó, lượng natri phải được bơm ra ít hơn, do đó các bộ phận vận chuyển natri-kali phải hoạt động ít hơn.

Một lợi ích khác của myelin là tốc độ. Điện thế hoạt động được tiến hành nhanh hơn trong sợi trục có nhiều myelin, vì xung động "nhảy" từ nút này sang nút khác, mà không cần phải truyền qua toàn bộ sợi trục.

Sự gia tăng tốc độ này khiến động vật suy nghĩ và phản ứng nhanh hơn. Các sinh vật sống khác, chẳng hạn như mực, có sợi trục không có myelin có tốc độ tăng lên do kích thước của chúng tăng lên. Sợi trục của mực có đường kính lớn (khoảng 500 µm), cho phép chúng di chuyển nhanh hơn (khoảng 35 mét / giây).

Tuy nhiên, ở cùng một tốc độ, điện thế hoạt động truyền trong sợi trục của mèo, mặc dù chúng có đường kính chỉ 6 µm. Điều xảy ra là những sợi trục này có chứa myelin.

Sợi trục được myelin hóa có thể tạo ra các điện thế hoạt động với tốc độ khoảng 432 km / h, với đường kính 20 µm.

Người giới thiệu

1. Tiềm năng hành động. (sf). Được truy cập ngày 5 tháng 3 năm 2017, từ Hyperphysics, Đại học Bang Georgia: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Sinh lý học về hành vi Số 8 Ed. Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (nd). Đèn, Máy ảnh, Tiềm năng hành động. Được lấy vào ngày 5 tháng 3 năm 2017, từ Đại học Washington: science.washington.edu.
4. Các giai đoạn của Tiềm năng Hành động. (sf). Được truy cập vào ngày 5 tháng 3 năm 2017, từ Boundless: bindless.com.