Vad är ett handlingspotential?

Varje gång du gör något, från att ta ett steg till att plocka upp din telefon, överför din hjärna elektriska signaler till resten av kroppen. Dessa signaler kallas handlingspotentialer. Åtgärdspotentialer låter dina muskler koordinera och röra sig med precision. De överförs av celler i hjärnan som kallas neuroner.

Key Takeaways: Action Potential

Åtgärdspotentialer överförs av celler i hjärnan som kallas neuroner. Neuroner ansvarar för att samordna och behandla information om världen som skickas in genom dina sinnen, skicka kommandon till musklerna i kroppen och vidarebefordra alla elektriska signaler i mellan.

Neuronet består av flera delar som gör det möjligt att överföra information i hela kroppen:

• dendriter är grenade delar av en neuron som får information från närliggande nervceller.
• De cellkropp av neuronet innehåller dess kärna, som innehåller cellens ärftliga information och styr cellens tillväxt och reproduktion.
• De axon leder elektriska signaler bort från cellkroppen, överför information till andra nervceller vid dess ändar, eller axonterminaler.

Du kan tänka på neuronet som en dator, som får inmatning (som att trycka på en bokstavsknapp på tangentbordet) genom dess dendrites, ger dig sedan en utgång (se att bokstaven dyker upp på din datorskärm) genom dess axon. Däremellan behandlas informationen så att ingången resulterar i önskad utgång.

Åtgärdspotentialer, även kallade "spikar" eller "impulser", uppstår när den elektriska potentialen över ett cellmembran snabbt stiger och sedan faller som svar på en händelse. Hela processen tar vanligtvis flera millisekunder.

Ett cellulärt membran är ett dubbelt lager av proteiner och lipider som omger en cell och skyddar dess innehåll från den yttre miljön och endast tillåta vissa ämnen medan du håller andra ut.

En elektrisk potential, mätt i volt (V), mäter mängden elektrisk energi som har potential att göra arbete. Alla celler har en elektrisk potential över sina cellmembran.

Den elektriska potentialen över ett cellmembran, som mäts genom att jämföra potentialen inuti en cell till utsidan, uppstår eftersom det finns skillnader i koncentration, eller koncentrationsgradienter, av laddade partiklar som kallas joner utanför kontra inuti cellen. Dessa koncentrationsgradienter orsakar i sin tur elektriska och kemiska obalanser som driver joner för att jämna ut obalansen, med mer olika obalanser som ger en större motivator, eller drivkraft, för att obalanser ska åtgärdas. För att göra detta flyttas en jon vanligtvis från membranets högkoncentrationssida till lågkoncentrationssidan.

De två jonerna av intresse för handlingspotentialer är kaliumkatjon (K⁺) och natriumkatjonen (Na⁺), som finns inom och utanför celler.

• Det finns en högre koncentration av K⁺ insidan av celler relativt utsidan.
• Det finns en högre koncentration av Na⁺ på utsidan av celler relativt insidan, cirka tio gånger så hög.

När det inte finns någon handlingspotential pågår (dvs cellen är "i vila") är neurons elektriska potential vid vilande membranpotentialsom normalt mäts till omkring -70 mV. Detta innebär att potentialen för cellens insida är 70 mV lägre än utsidan. Det bör noteras att detta avser en jämvikt tillståndsjoner rör sig fortfarande in och ut ur cellen, men på ett sätt som håller den vilande membranpotentialen på ett ganska konstant värde.

Den vilande membranpotentialen kan bibehållas eftersom det cellulära membranet innehåller proteiner som bildas jonkanaler - hål som gör att joner rinner in och ut ur cellerna - och natrium / kalium pumps som kan pumpa joner in och ut ur cellen.

Ionkanaler är inte alltid öppna; vissa typer av kanaler öppnas bara som svar på specifika förhållanden. Dessa kanaler kallas alltså ”gated” -kanaler.

EN läckagekanal öppnar och stängs slumpmässigt och hjälper till att upprätthålla cellens vilande membranpotential. Natriumläckagekanaler tillåter Na⁺ att långsamt flytta in i cellen (eftersom koncentrationen av Na⁺ är högre på utsidan relativt insidan), medan kaliumkanaler tillåter K⁺ att flytta ut ur cellen (eftersom koncentrationen av K⁺ är högre på insidan relativt utsidan). Det finns emellertid många fler läckagekanaler för kalium än för natrium, och kalium flyttas ut ur cellen med mycket snabbare hastighet än natrium som kommer in i cellen. Således finns det mer positiv laddning på utanför av cellen, vilket orsakar att vilamembranpotentialen är negativ.

En natrium / kalium pump upprätthåller den vilande membranpotentialen genom att flytta natrium tillbaka ur cellen eller kalium in i cellen. Men pumpen har två K⁺ joner för varje tre Na⁺ joner borttagna, bibehåller den negativa potentialen.

Spänningsgrindade jonkanaler är viktiga för handlingspotentialer. De flesta av dessa kanaler förblir stängda när det cellulära membranet är nära dess vilande membranpotential. När cellens potential blir mer positiv (mindre negativ) öppnas emellertid dessa ionkanaler.

En handlingspotential är en tillfälliga reversering av vilande membranpotential, från negativ till positiv. Handlingspotentialen "spik" delas vanligtvis upp i flera steg:

1. Som svar på en signal (eller stimulans) som en neurotransmitter som binder till sin receptor eller tryck på en tangent med fingret, lite Na⁺ kanaler öppna, vilket tillåter Na⁺ att strömma in i cellen på grund av koncentrationsgradienten. Membranpotentialen depolariserar, eller blir mer positiv.
2. När membranpotentialen når en tröskel värde - vanligtvis runt -55 mV - handlingspotentialen fortsätter. Om potentialen inte uppnås sker inte handlingspotentialen och cellen går tillbaka till sin vilande membranpotential. Detta krav på att nå en tröskel är därför handlingspotentialen benämns en allt eller inget händelse.
3. Efter att ha nått tröskelvärdet, spänningsgrindad Na⁺ kanaler öppna, och Na⁺ joner flödar in i cellen. Membranpotentialen vänds från negativ till positiv eftersom insidan av cellen nu är mer positiv relativt utsidan.
4. När membranpotentialen når +30 mV - spänningsgrindens topp på handlingspotentialen kalium kanaler öppna och K⁺ lämnar cellen på grund av koncentrationsgradienten. Membranpotentialen repolarizes, eller rör sig tillbaka mot den negativa vilande membranpotentialen.
5. Neuronen blir tillfälligt hyperpolariserad som K⁺ joner gör att membranpotentialen blir lite mer negativ än vilopotentialen.
6. Neuronen går in i en eldfastperiod, där natrium / kaliumpumpen återför neuronet till sin vilande membranpotential.

Handlingspotentialen rör sig längs axonens längd mot axonterminalerna, som överför informationen till andra neuroner. Utbredningshastigheten beror på axonens diameter - där en bredare diameter betyder snabbare utbredning - och huruvida en del av en axon är täckt med eller inte myelin, ett fettämne som verkar på samma sätt som en kabeltråd: det höljer axon och förhindrar att elektrisk ström läcker ut, vilket gör att handlingspotentialen kan uppstå snabbare.

• "12.4 Handlingspotentialen." Anatomi och fysiologi, Pressböcker, opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/.
• Charad, Ka Xiong. "Handlingspotentialer." Hyperphysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/actpot.html.
• Egri, Csilla och Peter Ruben. "Åtgärdspotentialer: Generering och propagering." ELS, John Wiley & Sons, Inc., 16 april. 2012, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0000278.pub2.
• "Hur neuroner kommunicerar." Lumen - Gränslös biologi, Lumen Learning, kurser.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/how-neurons-communicate/.