Akční potenciál

Vše, co si myslíme, cítíme, děláme je díky neuronům, které jsou hlavní stavební a funkční jednotky našeho nervového systému. Funkce neuronů je přijmout a přenášet informace. Pokud je neuron dostatečně stimulován, pošle uniformní elektrický signál, kterému říkáme akční potenciál, na sousední nervovou či svalovou buňku. Tyto akční potenciály mohou směřovat do mozku, kde se na základě místa odkud přichází a jejich frekvence vyhodnotí. My to potom vnímáme jako třeba bolest, pocit tepla či chladu, cítíme vůni, vidíme stromy a podobně. Nebo i mozek může vysílat akční potenciály například do našich svalů a tím ovládat naše pohyby.

Neurony mají různý tvar a velikost - od těch nejmenších tvořící rozsáhlé neuronové sítě v našem mozku, po ty nejdelší vedoucí akční potenciál přes celé dolní končetiny. Většina neuronů se skládá z těchto struktur:

1. Jádro – zde je uloženo vše nezbytné pro život buňky (DNA, mitochondrie, ribozomy atd.).
2. Dendrity – krátké výběžky, které přijímají signál z okolních neuronů.
3. Axon – dlouhý výběžek, který podobně jako elektrický kabel vede akční potenciál ke konci neuronu. Většina axonů v lidském těle je obalena myelinem. Myelin urychluje vedení akčního potenciálu neuronem.
4. Terminální zakončení – rozvětvení axonu, které obsahuje terminální váčky naplněné neurotransmiterem.

Neuron je podobně jako většina buněk v lidském těle polarizovaný. Uvnitř neuronu je záporný náboj a zevně kladný náboj, které jsou od sebe odděleny buněčnou membránou. Vzniká tak klidový membránový potenciál o hodnotě -70 mV.

Extracelulární prostor buňky je kladně nabitý, jelikož je zde velké množství sodíkových iontů. Uvnitř buňky jsou draslíkové ionty, kterých je však méně než sodíkových iontů extracelulárně. Navíc jsou uvnitř buňky i negativně nabité aminokyseliny.

Hlavní zásluhu na uspořádání iontů mají sodíko-draselné pumpy.  Sodíko-draselná pumpa je forma aktivního transportu, která při dodání energie (adenosintrifosfát - ATP) přenese tři sodíky z intracelulárního prostoru ven a dva draslíky z extracelulárního prostoru dovnitř buňky. Ionty mohou prostupovat přes membránu i iontovými kanály. Iontové kanály jsou forma pasivního transportu, tedy není potřeba dodání energie. Pasivní transport vždy probíhá z místa vyšší koncentrace do místa nižší koncentrace, nebo na základě membránového potenciálu. Na membráně máme několik druhů iontových kanálů:

· Stále otevřené – umožňují volný průchod iontů. Mají různé velikosti, tedy     selektují na základě průměru iontů.

· Chemické – otevírají se na základě chemické reakce.

· Řízené fyzikálními impulzy – například se otevřou při mechanickém protažení buněčné membrány.

· Napěťové – otevírají se na základě změny napětí na buňce. Napěťové kanály hrají důležitou roli při vzniku a vedení akčního potenciálu.

Neurony jsou vzrušivé buňky, tedy na podráždění reagují změnou napětí. Pokud dendrity zachytí malý podprahový signál, dojde k mírnému podráždění buňky a změně napětí. U podprahového signálu však není tato změna napětí dostatečná na to, aby se signál přenesl a vše se vrátí do klidového stavu.

Aby vznikl akční potenciál, musí napětí přesáhnout hodnotu -55 mV. Říkáme tomu zákon vše nebo nic. Tedy pokud změna napětí nedosáhne této hodnoty, nic se nestane a vše se vrátí do klidového stavu. Pokud napětí přesáhne -55 mV vždy vznikne stejný akční potenciál.

Při hodnotě napětí -55 mV se otevřou napětím ovládané kanály pro sodík. Sodíkové ionty proudí do buňky, aby vyrovnaly rozdíl v napětí. Proudí tak rychle, že dokonce dojde k depolarizaci, tedy uvnitř buňky vznikne kladný náboj a vně buňky záporný náboj.

Hodnoty napětí se dostanou k +40 mV, při této hodnotě se otevřou napětím ovládané kanály pro draslík. Draslíkové ionty proudí ven z buňky a dochází k repolarizaci, tedy opět je vnitřek buňky nabitý záporně a venek kladně.

Draslík proudí tak rychle ven z buňky, že dokonce napětí dosáhne hodnot nižších než -70 mV (klidový membránový potenciál), této fázi říkáme hyperpolarizace.

Po hyperpolarizaci dojde činností sodíko-draselných pump k návratu draslíkových inotů dovnitř buňky a sodíkových iontů do extracelulárního prostoru a tak k obnově klidového membránového potenciálu (-70 mV).

Během průchodu akčního potenciálu (fáze depolarizace a repolarizace) je daný úsek axonu nedráždivý, říkáme tomu absolutní refrakterní fáze. V této fázi, nemůže vzniknout další akční potenciál. Tento mechanismus zabezpečuje jednosměrnost vedení akčního potenciálu. Fáze hyperpolarizace se nazývá relativní refrakterní fáze. V této fázi může další akční potenciál vyvolat jen silný podnět.

Depolarizace membrány podráždí sousedící membránu, kde také dojde k depolarizaci a tak je akční potenciál veden axonem. Většina axonů je obalena myelinem, který má elektroizolační vlastnosti. Myelinová pochva je přibližně každých 0,6 až 2,0 mm zaškrcena a vznikají takzvané Ranvierovy zářezy. Akční potenciál je veden skokově mezi Ranvierovými zářezy, což urychluje vedení vzruchu axonem.

Neurony se navzájem nedotýkají. Jsou mezi nimi štěrbiny, kterým říkáme synapse. K přenesení signálu na další neuron je potřeba, aby se elektrický signál (akční potenciál) změnil na chemický, přenesl se přes synapsi a na druhém neuronu se opět přeměnil na elektrický signál. Akční potenciál, který po axonu dojde na terminální zakončení vyvolá uvolnění neurotransmiteru z terminálních váčků do synaptické štěrbiny. Neurotransmiter putuje na vazebná místa na dendritech druhého neuronu, kde dojde k podráždění, změně napětí a pokud je signál dostatečný ke vzniku akčního potenciálu, který se opět šíří axonem.

Děkuji za přečtení :) Pro podrobnější popis a vysvětlení se mrkněte na video: