Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektrotónusos potenciálok. - Ionális mechanizmusok -

Hasonló dokumentumok
Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektrotónusos potenciálok. - Ionális mechanizmusok -

Membránpotenciál, akciós potenciál

Az ingerületi folyamat sejtélettani alapjai

Az akciós potenciál (AP) 2.rész. Szentandrássy Norbert

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Egy idegsejt működése. a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál

Membránpotenciál. Nyugalmi membránpotenciál. Akciós potenciál

a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál. Nyugalmi potenciál. 3 tényező határozza meg:

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektromos ingerelhetőség. A membránpotenciál mérése. Panyi György

Érzékszervi receptorok

Termodinamikai egyensúlyi potenciál (Nernst, Donnan). Diffúziós potenciál, Goldman-Hodgkin-Katz egyenlet.

Sejtek membránpotenciálja

Gyógyszerészeti neurobiológia. Idegélettan

Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet

Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Biofizika szeminárium

Potenciálok. Elektrokémiai egyensúly

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

Membránszerkezet. Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Folyékony mozaik modell. Membrán-modellek. Biofizika szeminárium

Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

Az ioncsatorna fehérjék szerkezete, működése és szabályozása. A patch-clamp technika

A plazmamembrán klasszikus fluid mosaic modellje (Singer és Nicholson, 1972 ) A plazmamembrán felépítése I. lipidek - lipoidok

Az idegi működés strukturális és sejtes alapjai

A sejtek membránpotenciálja (MP)

Membránszerkezet Nyugalmi membránpotenciál

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Receptor felépítése. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

IONCSATORNÁK. Osztályozás töltéshordozók szerint: pozitív töltésű ion: Na+, K+, Ca2+ negatív töltésű ion: Cl-, HCO3-

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Inger Modalitás Receptortípus. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

MEMBRÁNSZERKEZET, MEMBRÁNPOTENCIÁL, AKCIÓS POTENCIÁL. Biofizika szeminárium

A membránpotenciál. A membránpotenciál mérése

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

FEJEZETEK AZ ÉLETTAN TANTÁRGYBÓL

A somatomotoros rendszer

Az idegsejt elektrokémiai és

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Az idegsejtek kommunikációja. a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció

Nyugalmi és akciós potenciál

Sáry Gyula SZTE ÁOK Élettani Intézet

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Inger Modalitás Receptortípus. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Egy idegsejt működése

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

A sejtek közöti kommunikáció formái. BsC II. Sejtélettani alapok Dr. Fodor János

Az érzékelés biofizikájának alapjai. Érzékelési folyamat szereplői. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

A szívizom akciós potenciálja, és az azt meghatározó ioncsatornák

KÉSZÍTETTE: BALOGH VERONIKA ELTE IDEGTUDOMÁNY ÉS HUMÁNBIOLÓGIA SZAKIRÁNY MSC 2015/16 II. FÉLÉV

a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció. Szinaptikus jelátvitel.

Ujfalussy Balázs Idegsejtek biofizikája Harmadik rész

Szignáltranszdukció Mediátorok (elsődleges hírvivők) az információ kémiailag kódolt

Elektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András

Elemi idegi működések, az idegrendszer felépítése és működésének alapjai

IONCSATORNÁK. I. Szelektivitás és kapuzás. III. Szabályozás enzimek és alegységek által. IV. Akciós potenciál és szinaptikus átvitel

CELLULÁRIS SZÍV- ELEKTROFIZIOLÓGIAI MÉRÉSI TECHNIKÁK. Dr. Virág László

A szívizomsejt ioncsatornái és azok működése

A nyugalmi potenciál megváltozása

A Sejtmembrán Szerkezete Nyugalmi Membránpotenciál

A szív élettana. Aszív élettana I. A szív pumpafunkciója A szívciklus A szívizom sajátosságai A szív elektrofiziológiája Az EKG

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

A sejtmembrán szabályozó szerepe fiziológiás körülmények között és kóros állapotokban

Az idegsejtek biofizikája. 1. Az egyensúlyi potenciál

A kémiai szinapszis (alapok)

Szívbetegségek hátterében álló folyamatok megismerése a ciklusosan változó szívélettani paraméterek elemzésén keresztül

Elektromos ingerlés ELEKTROMOS INGERLÉS. A sejtmembrán szerkezete. Na + extra. Elektromos ingerlés:

HUMÁN ÉLETTAN I. ELİADÁSOK TEMATIKÁJA GYÓGYSZERÉSZ HALLGATÓKNAK

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

1. Mi jellemző a connexin fehérjékre?

A látás alapjai. Látás Nyelv Emlékezet. Általános elv. Neuron idegsejt Neuronális hálózatok. Cajal és Golgi 1906 Nobel Díj A neuron

BIOFIZIKA. Membránpotenciál és transzport. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

Speciális működésű sejtek

A harántcsíkolt izom struktúrája általános felépítés

Jelkondicionálás. Elvezetés. a bioelektromos jelek kis amplitúdójúak. extracelluláris spike: néhányszor 10 uv. EEG hajas fejbőrről: max 50 uv

Orvosi fizika laboratóriumi gyakorlatok 1 EKG

Orvosi élettan. Bevezetés és szabályozáselmélet Tanulási támpontok: 1.

AZ IDEGSEJTEK KÖZTI SZINAPTIKUS KOMMUNIKÁCIÓ Hájos Norbert. Összefoglaló

Orvosi jelfeldolgozás. Információ. Információtartalom. Jelek osztályozása De, mi az a jel?

A Sejtmembrán Szerkezete Nyugalmi Membránpotenciál

Látás Nyelv - Emlékezet. ETE47A001/2016_17_1/

22. Az idegrendszer működésének alapjai. Az idegszövet felépítése

A LÁTÁS BIOFIZIKÁJA AZ EMBERI SZEM GEOMETRIAI OPTIKÁJA. A szem törőközegei. D szem = 63 dioptria, D kornea = 40, D lencse = 15+

Ex vivo elektrofiziológia. Élettani és Neurobiológiai Tanszék

7. L = 100 mh és r s = 50 Ω tekercset 12 V-os egyenfeszültségű áramkörre kapcsolunk. Mennyi idő alatt éri el az áram az állandósult értékének 63 %-át?

Az idegrendszeri alapműködése, felépítése

Interneurális kommunikáció

Intelligens Rendszerek Elmélete. Biológiai érzékelők és tanulságok a technikai adaptáláshoz. Az érzékelés alapfogalmai

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Ca 2+ Transients in Astrocyte Fine Processes Occur Via Ca 2+ Influx in the Adult Mouse Hippocampus

ELEKTROFIZIZIOL VIZSGÁLATOK SZEREPE AZ IZOMBETEGSÉGEK GEK. PhD. PTE Neurológiai Klinika

Élettan szemináriumok 1. félév Bevezetés

Gyógyszerészeti neurobiológia Idegélettan 3. A gerincvelő szerepe az izomműködés szabályozásában

Vérkeringés. A szív munkája

-Két fő korlát: - asztrogliák rendkívüli morfológiája -Ca szignálok értelmezési nehézségei

Élettan szemináriumok 1. félév Bevezetés. Dr. Domoki Ferenc Szeptember 6

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Elektromos ellenállás, az áram hatásai, teljesítmény

Adatelemzési eljárások az idegrendszer kutatásban Somogyvári Zoltán

SZAGLÁS 2

Folyadékkristályok; biológiai és mesterséges membránok

Az egyedi neuronoktól az EEG hullámokig Somogyvári Zoltán

A szív ingerképző és vezető rendszere

Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

Az idegrendszer felépítése és működése

Átírás:

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektrotónusos potenciálok - Ionális mechanizmusok - Sántha Péter 2016.09.15. Transzmembrán potenciál (E m ) Nyugalmi potenciál (E 0 ): Elektromos szempontból nyugalomban lévő sejt membránján mért potenciál különbség (a membránpotenciált befolyásoló külső és belső ingerek hiánya) Mértéke sejttípustól függ: -90 - -50 mv Az ionkoncentrációk és az iontranszport determinálják Mérése: mikroelektróda + erősítő + voltméter direkt elektromos kontaktus szükséges Élettani szerepe: Ingerület képzés és ingerület továbbítás Transzportfolyamatok hajtóereje A sejttérfogat szabályozásának faktora A sejtek többsége stabil, negatív membrán potenciállal rendelkezik a stabilitást folyamatos ATP felhasználás biztosítja (akár az ATP 70%-át is felemészti) Bizonyos sejtek nem rendelkeznek stabil E 0 -lal: pacemaker (ritmusgenerátor) sejtek pl.: sinus csomó (nodális szövet); Cajal-féle intersticiális sejtek (GI traktus) 1

Az extracelluláris és az intracelluláris folyadéktér aszimmetrikus ioneloszlása ECF (mmol/l) (intersticiális folyadék) ICF (mmol/l) (sejtplazma) 0.00004 (ph=7.4) Plazmamembrán Ionok diffúziós egyensúlya - töltésszétválasztás - a Nernst potenciál A kémiai (koncentráció grádiens) és az elektromos (elektrosztatikus erőtér) hajtóerők egyensúlya következtében a nettó ionáramlás megszűnik diffúziós egyensúly Nernst potenciál megadja a vizsgált ion diffúziós egyensúlyi állapotában mért feszültséget Kiindulási állapot diffúziós egyensúly - + Szelektív K + permeábilis membrán Negatív Pozitív 2

A Nernst egyenlet: megadja a vizsgált ion egyensúlyi potenciálját az adott ECF és ICF koncentráció értékek mellett: Z = ionok töltése R = gáz konstans F = Faraday konstans T = hőmérséklet T=37 ºC Az egyes ionokra számított egyensúlyi potenciál értékek (ld. korábbi adatok): Problémák: A különböző ionoknak eltérő egyensúlyi potenciáljuk van Ezek az értékek eltérnek a tapasztalati E 0 értékétől is Egyensúlyon alapuló tartós membránpotenciál feltétele, hogy a figyelembe vett ionok (K +, Na +, Cl - ) nettó diffúziója, az ionáramok eredője, nulla legyen. Ohm törvénye: R = U / I I = U / R és I = U x g (g=vezetőképesség) Mekkora az egyes ionokra ható elektrokémiai hajtóerő (E i ) =?? - Az aktuális membránpotenciál (Em) és az ion egyensúlyi potenciáljának (E Nernst ) a különbsége: E i = E m - E Nernst Pl. A kálium áram (I K+ ) nagysága: I K+ =Ei K+ x gk + =(E m - E K+ ) x gk + ΣI net = 0 = I K+ + I Na+ + I Cl- = g K+ x Ei K+ + g Na+ x Ei Na+ + g Cl- x Ei Cl- 3

Goldmann-Hodgkin-Katz (GHK) egyenlet: Megadja az egyensúlyi membránpotenciál értéket az adott ionkoncentráció és ion permeabilitás (konduktancia) értékek esetén: A sejtmembrán nyugalmi permeabilitás (konduktancia) értékeinek aránya: P K : P Na : P Cl = 1 : 0,04 : 0,45 Magas K+ permeabilitás - a nyugalmi potenciál közel van a K + egyensúlyi potenciáljához. A fenti paraméterekben bekövetkező változások az E m (E 0 ) változását okozzák! E m negatív irányba tér el: hiperpolarizáció E m pozitív irányba tér el: depolarizáció Az ionkoncentrációk megváltozása: [K + ] az ECF-ban megnő (hyperkalémia): depolarizáció (arrhythmiák, szívmegállás) [K + ] az ECF-ben lecsökken (hypokalémia): hiperpolarizáció (arrhythmiák, idegi zavarok Ezek a változások súlyos, életveszélyes állapotokat eredményezhetnek!! A konduktancia változik meg (pl. ioncsatornák aktiválódása/zárása): fázikus (gyors) változások: akciós potenciál tónusos (lassú) változások: posztszinaptikus potenciál, szenzoros (generátor) potenciál Újabb probléma: az ionok folyamatos egyirányú áramlása (A. ábra) hamar megszüntetné a koncentráció grádienst végül az E m 0 mv körül stabilizálódna! Az élő sejtekben egy elektrogén transzport a passzívan diffundáló Na+ és K+ ionokat visszajuttatja az ECF-be illetve ICF-ba, és stabilizálja a membrán potenciált (B. ábra) Na + -K + ATPáz A sztöhiometrikus arány: 3 Na + kifelé 2 K + befelé (nettó 1 + kifelé/ciklus) Az ATPáz elektrogén hatása eltolja a GHK egyenletből számított egyensúlyi potenciál értékét még kb. 5 mv-tal a negatív irányba - hiperpolarizáló pumpa potenciál Következmények: A Na-K ATPáz gátlása (pl.: ouabain, hypoxia) depolarizálja a membránt. Az E m csökkenése Cl - (és Na + ) beáramlást okoz, ami sejtduzzadáshoz vezet (pl.: az agyban ödéma alakul ki) Na + -K + ATPáz részt vesz a sejttérfogat szabályozásában! A) passzív diffúzió B) Em=-70mV passzív diffúzió Em=-65mV Na + Na + K + K + Na + ATP K + IC EC IC aktív transzport EC 4

A membrán kapacitás jelentősége A plazmamembrán kondenzátorként is viselkedik (a lipid kettősréteg a szigetelő réteg, a szomszédos folyadék réteg a vezető). Nyugalmi állapotban a membrán kapacitása határozza meg az E m feszültségű elektromos erőteret fenntartó ionok mennyiségét C=Q/U Q=C m x U m (U m =E m ) C m nagyságát a membrán felszíne, vastagsága és a dielektromos állandó határozzák meg Példa: Gömb alakú, 50 µm átmérőjű sejtnél E m =- 60 mv, a membrán kapacitása Cm= 1 µf/cm 2 A számítás szerint 30 x 10 6 töltés (ion) tartja fenn a membránpotenciált. Azonban ez csak 1/200 000 része a teljes intracelluláris ionmennyiségnek! A membránpotenciál passzív változásai: elektrotónus Stimuláló áram A sejt (membrán) ingerlése intracelluláris elektródával A potenciál változás lefutása: membrán kapacitás gyors kisülése (kezdeti gyors depolarizáció) kationok kompenzáló kiáramlása fokozódik (késői lassú depolarizáció és steady state) Befelé irányuló áram (+ töltések) depolarizáció Kifelé irányuló áram (+ töltések) hyperpolarizáció E 0 electrotónusos potenciál Az elektromos ingerléssel kiváltott passzív potenciál változást elektrotónusos potenciálnak vagy elektrotónusnak nevezzük. E m (E max ) arányos a stimuláló áram intenzitásával és a membrán ellenállásával. sejt 5

Extracelluláris ingerlés: Katód membrán depolarizáció (katelektrotónus) Anód membrán hiperpolarizációja (anelektrotónus) katód ECF membrán ICF anód Felhasználás a gyógyászatban: Kamrai tachycardia (életveszély!!) elektrokardioverzió és defibrilláció Pacemaker therápia (szív, rekeszizom, KIR) Elektrokonvulzív therápia (Psychotikus állapot) Endocochlearis implantáció ( mesterséges belső fül) TENS: Transdermal Electric Nerve Stimulation (fájdalomkezelés) Nem külső ingerléssel kiváltott elektrotónusos (gradált vagy lokális) potenciálok: Posztszinaptikus potenciálok (PSP) kémiai transzmisszió, a posztszinaptikus membránon ligandfüggő ioncsatornák (ionotróp receptor aktiváció) másodlagos hírvivők által aktivált ioncsatornák (metabotróp receptor aktiváció) Receptor- (generator) potenciál elsődleges érző neuron vagy érzékhámsejtek membránja Szenzoros szignál által aktivált transzdukciós folyamat eredménye Az akciós potenciál terjedése tovaterjedő depolarizációs front Pacemaker potenciálok a pacemaker sejtek spontán depolarizációja 6

Az ingerlékeny sejtek passzív és aktív potenciálváltozásai elektromos ingerlést követően Neuroscience Purves, Dale; Augustine, George J.; Fitzpatrick Akciós potenciál: küszöb feletti ingerléssel kiváltott önfenntartó sztereotíp depolarizáló potenciálváltozás Jellemzők: Az akciós potenciál A membrán gyors depolarizációja Aktivációs küszöb Sztereotíp: a potenciál változás alakja (időlefutás), hossza, amplitúdója állandóak (sejtre jellemzők) és függetlenek a stimulus paramétereitől (minden vagy semmi szabály) Tintahal óriás axon Patkány izom Macska szívizomrost 7

Az (idegi) akciós potenciál szakaszai 1. Gyors depolarizáció 2. Csúcspotenciál ( túllövés ) 3. Repolarizáció Utópotenciálok: 4a. Hyperpolarizáló 4b. Depolarizáló 1. 2. 3. Tintahal óriás axon 4b. 4a. Az idegi akciós potenciál ionális mechanizmusa Az ingerléssel kiváltott depolarizáció megközelíti a küszöbértéket.(-50 - - 40 mv) A feszültségfüggő Na + csatornák egy része megnyílik. Ha nincs további depolarizáció akkor az ingerület elhal - local response Amint a depolarizáció eléri az aktivációs küszöböt (E m ~ -40 mv), a Na + csatornák tömegesen nyílnak meg, ami további depolarizációhoz és a még inaktív csatornák nyitásához vezet. A folyamat pozitív visszacsatolás révén önfenntartóvá válik. Az aktiválódott Na + - csatornák gyorsan inaktiválódnak A feszültségfüggő K + -csatornák 0,2-0,3 ms késéssel nyílnak. Utópotenciálok: különböző K + csatornák aktiválódása alakítja ki. Az akciós potenciál alatt az IC és az EC folyadékokban az ionkoncentrációk nem változnak szignifikánsan, a Na + és a K + ionok egyensúlyi potenciálja változatlan, az elektrokémiai hajtóerők az aktuális E m -nak megfelelően változnak. Az AP során az IC Na + koncentráció csak kb. 0.013%-kal nő!! 8

A feszültségfüggő Na + és K + csatornák szerepének különbsége az (idegi) akciós potenciál keletkezésében Normál + TTX + TEA http://www2.neuroscience.umn.edu/eanwebsite/metaneuron.htm A Na + és K + konduktancia változásai az akciós potenciál során A GHK egyenlet szerint a membránpotenciált meghatározza: -EC/IC ionkoncentrációk (minimális változás) -Ionok permeabilitása (konduktanciája): gna + - gyors emelkedés/csökkenés gk + - késleltetett emelkedés/lassú csökkenés Következmények: depolarizáció során E m megközelíti a Na+ egyensúlyi potenciálját (E Na + ~+60 mv) - Repolarizáció során Em megközelíti a K+ egyensúlyi potenciálját (E K +~ - 70mV) E Na+ E 0 E K+ 9

A membránok (axonok) ingerelhetőségének jellemzése Stimuláló áram Ingerintenzitás Ingerintenzitás Ingeridő E 0 electrotónusos potenciál 2 x rheobázis rheobázis chronaxia Ingeridő A vastag, velős rostok ingerelhetősége jobb mint a vékony, velőtlen rostoké! (a rheobázis és a chronaxia értéke is alacsonyabb) Az EC kalcium koncentráció változásának hatása a membrán ingerelhetőségére hypokalcémiás tetánia Tetánia hipokalcémia következtében kialakuló izomgörcsök (glottis görcs életveszély!) Hyperkalcémia: Izomgyengeség Fiziológiás Ca 2+ koncentráció 10

A membrán ingerelhetőségének változása az akciós potenciál alatt refrakter periódusok Aktivációs küszöb Refrakter periódus Abszolút refrakter periódus: a membrán nem ingerelhető Relatív refrakter periódus: az ingerlési küszöb emelkedett (erősebb inger kell) következmény: az AP sorozatok frekvenciája korlátozott (max. 500-1000 Hz) A feszültségfüggő Na + -csatorna funkcionális modellje E m depolarizáció repolarizáció Ruhepotential Aktiválható állapot Refrakter állapot Aktiválható állapot A refrakter állapot csak a teljes repolarizáció után szűnik meg! - Lassú tartós depolarizáció felfüggesztheti a membrán ingerelhetőségét 11

A membrán áramok az egyes ioncsatornák elemi áramainak összegződése (eredője) Egy csatorna áramának mérése depolarizáció által kiváltott nyitási események csatorna Whole cell Single channel Az elektrotónusos potenciál terjedése elongált struktúrákban (rostokban) Az EP amplitúdója a távolsággal exponenciálisan csökken - dekrementum Ok: a depolarizáló áram a stimulus helyétől folyamatosan csökken (inhomogén árameloszlás) lokális áramkörök modell (kábelteória) R m membránellenállás R a axon (hossz) ellenállás Hossz konstans (37% E max ): - R m : egyenesen arányos - R a : fordítottan arányos 37% E max 12

Az áramsűrűség térbeli alakulása az ingerlés környezetében R a = axon (hossz) ellenállás az axon vastagsága befolyásolja Az akciós potenciál terjedése az axonokban Ionáramok: Na+ áram depolarizáló hatás Tintahal axon A depolarizáció elektrotónusosan terjed Azokon a területeken, ahol a depolarizáció eléri az aktivációs küszöböt AP jön létre Az AP előrefelé terjed a még nyugalomban lévő membrán ellenállása nagy Visszafelé nincs lehetőség az AP terjedésére: -Azokon a területeken a K + konduktancia nagy, Rm alacsony -Az feszültségfüggő Na+ csatornák refrakter állapotban vannak 20 m/s Vezetés így történik: C-rostokban, izomrostokban, + elektromos nexusokon keresztül (szívizom, simaizom) + elektromos szinapszisban 13

E küszöb Membránpotenciál alakulása E 0 Passzív áramok: főleg K+ efflux ( szivárgó csatornák) Na+ influx: aktivált Na+ csatornák Áramsűrűség alakulása a rost hosszában A helyi potenciál változás sebessége a membrán KAPACITÁSÁTÓL függ!! R a = axon ellenállás Idegrostok (axonok) vezetési sebessége Velőtlen rostok (C-rostok) 1 m/s -- 3,6 km/h Velőshüvelyes rostok (A-alpha) 100 m/s 360 km/h 14

Az axonok vezetési sebessége Az AP vezetési sebessége függ: A depolarizáló áram(ok) erősségétől (Na + csatornák felszíni sűrűsége) A depolarizáció sebességétől (felszálló szár meredeksége) A membrán passzív elektromos (fizikai) tulajdonságaitól: A vezetési sebesség Egyenesen arányos: Membrán ellenállásával Fordítottan arányos: Axonális (hossz) ellenállással (axon átmérő függő; tintahal óriás axon 1mm!!) Membrán kapacitásával (a membrán vastagsága befolyásolja) Gerincesek: myelin (velőshüvely) egyszerre csökkenti a membrán kapacitását és növeli a membrán ellenállását!! Velős és velőtlen rostok és a Schwann sejtek Na+ csatorna: befűződés (zöld) K+ csatorna: paranodium (vörös) 15

Szaltatórikus ingerületvezetés a velős axonokban Ranvier féle befűződés (2µm): AP-ok keletkezése (feszültségfüggő Na+ csatornák) Internodium (2-3000 µm): nincs AP a depolarizáció elektrotónusos tovaterjedése!! Az ingerület terjedése jelentősen lassúbb a befűződéseknél (alacsony Rm nagyobb Ra és membrán kapacitás) Energetikai előny: az internodiumban minimális transzmembrán ionáramlás lényegesen kisebb Na+-K+ ATPáz aktivitásra van szükség AP EP EP EP AP E m L Demyelinizáció: Vezetés lassulása, majd teljes kiesése pl.: sclerosis multiplex 16

A membránpotenciál változásainak regisztrálása extracelluláris elektródákkal Felhasználás: a. ENG: electro-neurogramm EMG: electro-myogramm EKG: electro-cardiogramm EEG: electro-encephalogramm ERG: electro-retinogramm (nem mindig AP aktivitásból ered a regisztrált elektromos jel) a: unipoláris elvezetés: Az aktív elektróda potenciálját egy indifferens (referens) elektróda potenciáljához (0) viszonyítjuk b: bipoláris elvezetés: Mindkét elektróda aktív potenciálkülönbség kiemelése b. AP terjedés Monofázisos akciós potenciál Bifázisos akciós potenciál Az ingerléssel kiváltott akciós potenciálok terjedése a perifériás ideg axonjain Motoneuron vagy vegetatív efferens neuron (KIR/veg. ganglion) efferens axon antidrómos orthodrómos afferens axon orthodrómos antidrómos Szenzoros neuron (szenzoros ganglion) 17

A kevert perifériás ideg compound akciós potenciálja Proximális (centrális) n. Saphenus compound akciós potenciál idő Stimulus disztális Disztális ingerlés-proximális regisztrálás: Efferensek (motor, vegetatív): antidrómos ingerületvezetés Afferensek (szenzoros): orthodrómos ingerületvezetés Classifications of the axons of the mixed peripheral nerves Lloyd and Hunt (Sensory) Erlanger and Gasser (Sensory Diameter and Motor) (µm) Velocity (m/s) Function Ia fibers A-alpha fibers 10 20 largest 50 120 fastest Motor: alpha motor neurons Sensory: muscle spindle Ib fibers A-alpha fibers 10 20 50 120 Sensory: Golgi tendon organ, touch, pressure II fibers A-beta fibers 4 12 25 70 Motor: intrafusal and extrafusal muscle fibers Sensory: muscle spindle, touch, pressure III fibers IV fibers A-gamma fibers A-delta fibers B-fibers C-fibers 2 8 1 5 1 3 <1 10 50 3 30 3 15 <2 Motor: gamma motor neurons, muscle spindle Sensory: touch, pain, temperature Motor: preganglionic autonomic fibers Motor: postganglionic autonomic fibers Sensory: pain, temperature 18

Dendritek és sejttest: szinaptikus bemenetek Az E m -t a befutó serkentő (excitatórikus) és gátló (inhibitoros) hatások együttesen befolyásolják Elektrotónusos potenciálok (PSP), szummáció (analóg információ-feldolgozás) Axon eredési domb: az akciós potenciálok keletkezésének a helye Az ide beérkező elektrotónusos potenciálok integrálása (szummációk) - döntéshozás ; kódolás (spatio-temporális mintázat) Elektrotónus amplitúdó akciós potenciál frekvencia: analóg digitális átalakítás Axon: akciós potenciálok vezetése (digitális jel) Nincs információ vesztés ( High Fidelity ) Korlátozott sávszélesség (max. tüzelési frekvencia) Kimenet: axon terminális (preszinaptikus apparátus) neurotranszmitter felszabadulás (analóg jel) Digitális analóg átalakítás 19

A szinaptikus bementek által kiváltott PSP-ok térbeni és időbeni szummációja Az axon eredési domb funkciója az akciós potenciál keletkezése Az axonok kezdeti szakasza különösen gazdag feszültségfüggő Na+ csatornákban Ha a PSP-ok szummációja küszöb felett depolarizál - AP keletkezik Bemeneti aktivitás integrálása döntéshozás Az összegzett PSP-k (analóg jel) amplitúdója és időtartama meghatározza az AP tüzelés (digitális jel) frekvenciáját és időtartamát frekvencia kódolás Előnyök: az AP (sorozat) csillapodás nélkül terjed Kevésbé érzékeny a zavaró tényezőkre (robosztus, redundáns) De: adaptáció jelensége 20