Neurofysiologi Flashcards
Vad är nervcellens roll?
Hur är det möjligt?
Krav för neurotransmittor
Vad är nervcellens roll?
- Möjliggör kommunikation mellan olika celler och vävnader i kroppen
Hur är det möjligt?
- En nervcell aktiveras av kemiska signaler, omvandlar signalen till en elektrisk signal som fortplantas inom nervcellen för att till slut resultera i utsöndring av kemiska ämnen som kan påverka nästa cell
Inom nervcell är elektrisk signal
Mellan nervceller är kemisk signal
Neurotransmittor:
Något som finns i en synaptiskt vesikel (Ex. Adrenalin). Adrenalin som bildas av binjurar, anses ej vara neurotransmittorn för att de befinner sig ej i vesikel från binjurar.
Krav för att en substans ska klassas som neurotransmittor:
Befinner sig i en vesikel
Frisätts med hjälp av Ca+ - joner
Binda till RC på postsynaptisk nervcell
Synapsklyftan är inte öppna, de är omgivna av bindväv, för att skydda neurotransmittorer som ska binda till postsynaptisk nervcell.
Neuroners enheter
Neuroners enheter:
Dendrit: Tar emot signaler från andra nervceller. Har receptorer på dess membranyta (Endast G-protein kopplade och ligand styrda jonkanaler)
Axon hillock (Axon hals): Här initieras aktionspotentialen. Området där elektriskt signal startar i början av axonen.
Axon: Leder signalen till nästa cell
Myelin: Isolerar axonet, skyddar och leder till snabbare signalhastighet. Består av gliaceller (Schwann eller oligodendrocyter). Mellan myelin har vi noder.
Synaps: Kontaktpunkt mellan neuron, leder signalen vidare via interaktion mellan signalsubstanser och receptorer. Postsynaps, presynaps och synaps klyftan, alla dessa tre enheter utgör alltså en synaps.
Terminal (Presynaps): Utsöndrar neurotransmittor.
- Elektrisk signal
Varför har vi Elektrisk signal?
Vad är membranpotential?
Vad är potential?
- Elektrisk signal
- För att kunna flytta en elektrisk signal från dendriterna till terminalen behöver vi skapa en elektrisk signal som kan flyttas
- Membranpotential – spänningsskillnad över membranet, en elektrisk skillnad mellan utsidan och insidan av cellen.
Alla celler är membran potential, men för nervceller spelar detta en viktig roll för cellen.
För att en nervcell ska leda signal, måste vi ha:
Olika antal joner på insidan och utsidan av cellen
Olika mängd elektiskt laddning på insidan och utsidan
Mäta skillnad mellan laddning i insidan och utsidan skulle vi få utslag
Vi har alltså spänning som beror på jon koncentration skillnad
Potential: Har möjlighet att få ström
- Elektrisk signal - Hur byggs membranpotentialen upp?
- Elektrisk signal - Hur byggs membranpotentialen upp?
I viloläge, har vi:
Ett membran, där kalium befinner sig i mängd i båda sidor av membranet.
Membran släpper K+ men inte Cl-.
Ingen nettoflöde
Voltmätare visar Noll
Samma laddning på båda sidor
Elektrisk signal – Membranpotential
Voltmätare
Vilken mer permeabel?
Vad bibehåller vilan?
Cl-
Elektrisk signal – Membranpotential
Om man vill mäta membranpotential med hjälp av voltmeter:
Två elektroder, där den ena placerares en på utsidan och den andra på insidan av plasmamembranet i en levande cell.
Genom att göra det kan man mäta en elektrisk potentialskillnad (Spänningen), mellan elektroderna.
Denna elektriska potentialskillnad kallas membranpotentialen.
En neuron i vila är negativt laddad (-70 mV), detta varierar beroende på neurontyp.
Denna spänning kallas vilande membranpotential; det orsakas av skillnader i koncentrationen av joner inuti och utanför cellen.
Om membranet var lika permeabelt för alla joner skulle varje typ av jon strömma över membranet och systemet skulle nå jämvikt.
De flesta celler i människokroppen är cirka 40 gånger fler
permeabel för K+ än för Na+, och vilomembranet
potentialen är cirka –70 mV.
Na-K-ATPas hjälper till att underhålla
vilomembranpotentialen genom att ta bort Na+ som läcker
in i cellen och returnerar K+ som har läckt ut.
Den negativa laddningen i cellen skapas av att cellmembranet är mer genomsläppligt för kaliumjonrörelse än natriumjonrörelse.
I neuroner hålls kaliumjoner vid höga koncentrationer i cellen medan natriumjoner hålls vid höga koncentrationer utanför cellen.
Cellen har kalium- och natriumläckagekanaler som tillåter de två katjonerna att diffundera ner i sin koncentrationsgradient.
Neuronerna har dock mycket fler kaliumläckagekanaler än natriumläckagekanaler. Därför diffunderar kalium ut ur cellen i mycket snabbare takt än vad natrium läcker in.
Natriumkaliumpumpens hjälper till att bibehålla vilopotentialen när den väl har etablerats.
Natriumkaliumpumpar transporterar två K+-joner in i cellen samtidigt som de tar bort tre Na+-joner per förbrukad ATP.
Eftersom fler katjoner drivs ut från cellen än tas in, förblir insidan av cellen negativt laddad i förhållande till den extracellulära vätskan.
Ökad (+) laddning på utsidan, repellerar K+ joner, efter ett tag uppstår balans mellan kraften som vill utjämna koncentrationsskillnaden (diffusion) och den elektriska kraften = jämviktspotential/vilopotential
Kemisk jämvikt kan inte skapas tillsammans med elektriskt jämvikt
Cl- negativ kan inte passera, för att vi har inga kanaler för jonen på cellmembranet.
För att skapa aktionspotential krävs; Olika koncentrationer att börja med och kanal som transporterar bara en jon.
För varje kalium som flyttas kommer att leda till obalans i laddning
Jämviktspotential
Jämviktspotential: Beror av jon koncentration och temperatur
Om man kyler ner en neuron kommer den alltså att leda signal sämre.
- Eion=equilibrium potential = den skillnad i elektrisk spänning som balanserar skillnaden i jonkoncentration för en given jon
Den anger alltså en balans mellan elektrisk och kemisk potential.
- Eion kan räknas ut om vi vet:
– Jonens laddning
– Jonens koncentration (insida och utsida)
– Temperaturen
För en cell: K+ Na pumpen bygger upp jonskillnaden mellan Na och K mellan in och utsidan
Eftersom det är lättare att använda bas 10-logaritmer och utföra experiment vid rumstemperatur.
Det är alltså viktigt att veta att jämviktspotential beror av jon koncentrationer in och utanför cellen.
Goldmans ekvation
Goldmans ekvation väger samma K+. Na+ och Cl- jonernas påverkan på membranpotentialen.
Vilopotentialen för ett neuron beror av koncentrationsskillnader samt membranets permeabilitet för respektive jon (VIKTIGT)
Goldmans ekvation beror alltså på jonens permeabilitet (Ett mått på hur många jonkanaler vi har på cellmembranet)
Fler antal kanaler = Högre permeabilitet
För Goldmans ekvation tar man bara hänsyn till de joner som har permeabilitet, som har alltså kanaler.
- Neuronet - vila
Vilka pumpar?
Stora celler
På utsidan och insidan
- Neuronet - vila
Summering av jonkoncentrationer när neuronet är i vila:
Skillnader i jonkoncentrationer, (som bygger upp membranpotentialen) mellan cytosol (intracellulärt) och den extracellulära vätskan, byggs upp av jonpumpar, transportproteiner (Solute carriars-family), och jonkanaler (K+ leak channels – K+ kanaler som är öppna hela tiden)
Jonpumpen måste fungera hela tiden för att ge upphov till membran potential
Jon kanal alltid öppen, vid jämvikt, har vi ingen nettoflödet
Vilopotential= -65 mV (-50 till -90 mV beroende av neurontyp)
Vilan är negativ, men det beror på vilken utgångspunkt man har.
Nervceller är stora celler, vi kan därför ha olika laddnings förhållande i olika stället i cellen.
Vi kan också ha olika laddningsförhållande nära membranytan och bort från membranytan.
Man kan då säga att nervcellen har en neutral laddning totalt.
På insidan av cellen, gäller:
Mycket K+
Mindre Na+
Mindre Cl-
Mindre Ca2+
- Från vila till ett signalerande neuron
- Hur aktiveras nervcellen?
- Hur går membranpotentialen från negativ (vila) till positiv (aktionspotential)?
- Från vila till ett signalerande neuron
- Hur aktiveras nervcellen?
- Hur går membranpotentialen från negativ (vila) till positiv (aktionspotential)?
Neurotransmittorn binder till en ligand styrda jonkanal.
Leder till att Na joner kan strömmar in.
Graderade potentialer är signaler med variabel styrka som kan överföras över små avstånd, medan aktionspotentialer är massiva depolariseringar som kan överföras över långa avstånd.
Graderade potentialer kan summeras.
Graderade potentialer har variabel styrka signaler som färdas över korta avstånd och tappar styrka när de resa genom cellen.
Membranpoteintal (mV) -65 (Vila), men det kan gå upp och ner, med medelvärdet är -65.
Om vi råkar öppna Na kanal blir det positiv, för att den strömmar med konc. gradient och kommer in i cellen.
Om vi öppnar Ka kanal blir mer negativ, för att den strömmar med konc. gradient och strömmar ut ur cellen.
Hur aktiveras nervcellen?
Steg
Konc. grad.
Hur aktiveras nervcellen?
Steg 1: Nervcellens dendriter har mottagit en kemisk signal från omgivande nervceller; tex en neurotransmittor som binder till en ligandstyrd jonkanal och öppnar den,
Steg 2: Joner strömmar in eller ut ur cellen (följer ALLTID sin koncentrationsgradient)
Förändringen ger en ökad positiv eller negativ insida (jonerna för med sig laddning)
- Depolariserande jonströmmar
- Hyperpolariserande jonströmmar
- Depolariserande jonströmmar = exciterande (ökar den positiva laddningen på insidan, ökar chansen att nervcellen aktiveras och för vidare informationen)
Depolariserande jonströmmar, är alltså jonströmmar som ger positiv laddning på insidan av cellen.
- Hyperpolariserande jonströmmar = inhiberande (minskar chansen att nervcellen aktiveras och för vidare informationen)
Hyperpolariserande jonströmmar, är alltså jonströmmar som ger negativ laddning på insidan av cellen.
- Summan av depolariserande och hyperpolariserande strömmar avgör om nervcellen aktiveras eller inte. Summan sker i axon hillock, detta är beroande på att summan av signalen måste nå ett visst tröskelvärde vid axon hillock.
Summan av jonströmmar avgör om nervcellen aktiveras eller inte
Summan av det positiv och negativ avgör om vi ska ha aktionspotential
Bilden visar: En hämmande potential summerars med två excitatoriska potentialer förhindra en aktionspotential i den postsynaptiska cellen.
Aktivering av nervcell – Starten av aktionspotential
Omgivning
Na+
Aktivering av nervcell – Starten av aktionspotential
Exempel: En omgivande nervcell har utsöndrat en neurotransmittor som bundit in till en ligandstyrd jonkanal och öppnat den vilket resulterade i ett inflöde av tex Na+ joner – en positiv jonström, exciterande jonström (depolarisering).
Na+ jonerna diffunderar i cellen, vilket leder till aktionspotential
Axon hillock innehåller en mycket hög koncentration av spänningsstyrda Na+-kanaler som aktiveras när en membranpotential nås, tröskelpotentialen.
När spänning når ett visst värde (Tröskelvärdet) i axon hillock, öppnas alla Na+ kanaler i hillock, detta är början på en axon potential.
Tröskelvärde/tröskelpotential
A och B (För lite och för mycket)
Tröskelvärde/tröskelpotential (oftast mellan -50 och -55 mV)
(A) För lite depolariserande jonströmmar — Ingen aktionspotential startar
En graderad potential börjar över tröskelvärdet vid dess initieringspunkt
men minskar i styrka när den färdas genom cellkroppen. Vid axon hillock är den under tröskelvärdet och startar därför inte
en aktionspotential.
(B) Tillräckligt mycket depolariserande jonströmmar —> Aktionspotential
En starkare stimulans vid samma punkt på cellkroppen skapar en
graderad potential som fortfarande är över tröskeln när den når
triggerzonen, så en aktionspotential resulterar.
Det måste vara så att vi når tröskelvärdet (Summan av positiva och negativa in-put) når hillock för att kunna ge aktionspotential
Aktionspotentialen
Aktionspotentialen
- Uppkommer pga förändringar i membranpermeabiliteten för olika joner (jonkanaler öppnas)
- Transporterar den elektriska signalen på ett kontrollerat sätt från axon hillock till terminalen (kontrollerar riktningen på signalen/informationen)
- Kontrollerar utsöndringen av kemiska signaler (neurotransmittorer) och kontrollerar därmed signaleringen mellan nervceller
- Tröskelvärdet avgör vilken information som skickas vidare, vilken information är relevant?
Tröskelvärde beror på Na kanaler
Aktionspotentialen – “Allt eller inget”
Aktionspotentialen – “Allt eller inget”
När graderad potential ökar i styrka (amplitud) utlöser de mer frekventa aktionspotentialer
Frekvensen av aktionspotential indikerar styrkan av en stimulans
Längden och amplituden för en aktionspotential är alltid densamma. Att öka stimulansstyrkan orsakar dock en ökning av frekvensen av en aktionspotential.
Eftersom höjden på aktionspotentialen alltid är densamma för en given neuron, bestäms styrkan av stimulansen av frekvensen av aktionspotentialavfyrning. En svag stimulans skulle orsaka att färre aktionspotentialer avfyras än en stark stimulans.
En hyperpolariserande jonström, skulle inhibera och minskar chansen att nervcellen aktiveras och för vidare informationen. En starkare hyperpolariserande jonström skulle därför leda till passiv respons (Under tröskelvärdet)
En otillräcklig depolariserande jonström, skulle även leda till passiv respons.
Flera tillräckligt starka depolariserande jonströmmar, skulle leda till aktionspotential med ökad antal, men samma amplitud.
Nomenklatur – Aktionspotentialen
Nomenklatur – Aktionspotentialen
Rising phase (Snabb depolarisering): orsakas av öppnandet av spänningsstyrda natriumkanaler. Dessa jonkanaler aktiveras när cellens membranpotential når tröskeln och öppnas omedelbart. De elektrokemiska gradienterna driver in natrium i cellen och orsakar depolariseringen.
Overshoot phase (Membranet är maximalt depolariserat): är toppen av aktionspotentialen där membranpotentialen är positiv.
Falling phase (Snabb re-polarisering): orsakas av inaktiveringen av natriumkanalerna och öppnandet av kaliumkanalerna. Efter ungefär 1 m sek inaktiveras natriumkanalerna. Kanalen blockeras, vilket förhindrar jonflöde. Samtidigt öppnas de spänningsstyrda kaliumkanalerna. Detta gör att kalium kan rusa ut ur cellen på grund av de elektrokemiska gradienterna, ta dess positiva laddning ut ur cellen och repolarisera membranpotentialen, vilket återför cellens membranpotential tillbaka nära vila.
Skillnaden är att natriumkanalerna öppnas omedelbart, medan kaliumkanalerna öppnas efter en fördröjning.
Undershoot phase (Membranet är mer negativt än vilopotentialen – Hyperpolariserat): När membranpotentialen återgår till vilonivå kommer natriumkanalerna att inaktiveras och återgå till stängt läge, redo att öppnas av en spänningsändring igen. Kaliumkanalerna kommer också att stängas, men de förblir öppna tillräckligt länge för att orsaka ett hyperpolariserande underskott när kalium fortsätter att röra sig mot sin jämviktspotential på -80 mV.
Aktionspotential - Graf
Aktionspotentialer börjar när spänningsstyrda jonkanaler öppen, förändrar membranpermeabiliteten till Na+ och K+. Bilden ovan visar spänningen och jonpermeabiliteten förändringar som sker i axonhillock under en agerande potential.
Vid 1, är neuronen vid sin vilomembranpotential på -70 mV.
Aktionspotential: En tillfällig förändring av membran potential
I axon hillock har vi speciella K+ kanaler som har mycket högre genomsläpplighet. Men de är inte öppna hela tiden
- Vilande membranpotential
- Depolariserande stimulans
Membranpotentialen är mindre negativ och närmar sig tröskelvärdet.
Mycket positiva joner
Kalium aktiveras vi samma tidspunkt som Na, men Kalium är långsammare att öppnas sig
Rising phase av aktionspotentialen beror på en
plötslig tillfällig ökning av cellens permeabilitet för Na+. En
aktionspotential börjar när en graderad potential som når triggerzonen depolariserar membranet till tröskelvärdet (-55 mV) 3 . Som
cellen depolariseras, spänningsstyrda Na+-kanaler öppnas, vilket gör att
membranet är mycket mer permeabelt för Na+.
Natriumjoner flödar sedan
in i cellen, ner sin koncentrationsgradient och attraheras av
negativ membranpotential inuti cellen. Styrkan i
elektrokemisk gradient kallas drivkraften för Na+-rörelse.
- Membran depolariseras till tröskel.
Spänningsstyrd Na+ och K+
kanaler börjar öppnas.
Tillsatsen av positiv laddning till den intracellulära vätskan ytterligare
depolariserar cellen. I Rising phase har insidan av cellen
bli mer positiv än utsidan, och membranpotentialen har omvänt polaritet.
- Snabbt Na+-inträde depolariserar cellen.
Aktionspotentialen toppar vid +30 mV när Na+ kanaler
i axon stänger och kaliumkanaler öppnar
- Na+-kanaler stänger och långsammare
K+-kanaler öppna.
När Na+-kanalerna stänger vid toppen av aktionspotentialen har K+-kanalerna precis öppnat sig, vilket gör membranet mycket genomsläppligt för K+. När K+ flyttar ut ur
cellen blir membranpotentialen snabbt mer negativ,
skapa den fallande fasen av aktionspotentialen och cellen går mot sin vilopotential.
Varför öppnar inte Na+ kanal vid 6 när vi är över tröskelvärdet?
För att Na+ kanalen har två stängda tillstånd:
- Stängd, när den är under tröskelvärde, kan övergå till öppen vid tröskelvärdet
- Refraktär, är stängd på ett sätt, så att den inte kan öppnas igen. Har effekt på nervcellen.
Minsta period som måste flyta mellan två 1-2 milli sek
- K+ går från cell till extracellulär
vätska.
När den fallande membranpotentialen når -70 mV, K+-permeabiliteten har inte återgått till sitt viloläge. Kalium fortsätter att lämna cellen genom både spänningsstyrda och K+ leak kanaler. Denna efter hyperpolarisering kallas för under shoot phase..
- K+-kanaler förblir öppna och
ytterligare K+ lämnar cellen och hyperpolariserar den. - Spänningsstyrda K+-kanaler stänger,
mindre K+ läcker ut ur cellen.
Membranpotential är -75 mV (Stigande tillbaka till viloläge)
Na+ / K+ pumpen reglerar membranpotentialen till sist och väntar på en annan aktionspotential
Membranpotentialen tillbaka till -70 mV, membranpotentialen som återspeglar cellens vilande permeabilitet till K+, Cl- och Na+.
För att sammanfatta är aktionspotentialen en förändring i membranet potential som uppstår när spänningsstyrda jonkanaler i membranet öppnas, vilket ökar cellens permeabilitet först för Na (vilket går in) och sedan till K+ (som lämnar). Tillströmningen (flyttning till cellen) av Na+ depolariserar cellen. Denna depolarisering följs av K+-utflöde (rörelse ut av cellen), som återställer cellen till vilomembranpotentialen
- Cellen återgår till vilande jonpermeabilitet
och vilomembranpotential
Na+ kanalens olika konformationer
Na+ kanalens olika konformationer
Dessa spänningsstyrda Na+-kanaler har två grindar för att reglera joner
rörelse snarare än en enda grind. De två portarna, kända som
aktiverings- och Inaktiverings grindar. När en neuron har sin vilomembranpotential stängs aktiveringsgrinden för Na+-kanalen och inget Na+ kan röra sig genom kanalen.
Inaktiveringsporten, en aminosyrasekvens
bete sig som en boll och kedja på den cytoplasmatiska sidan av kanalen, är
öppen.
När cellmembranet nära kanalen depolariseras, öppnas aktiveringsgrinden.
Detta öppnar kanalen och tillåter
Na+ för att flytta in i cellen nedför dess elektrokemiska gradient.
Refraktära perioder
Refraktära perioder: Den tid när natrium kanal är inaktiv
Period efter en aktionspotential, när cellmembranet inte kan stimuleras till en ny aktionspotential (absolut refraktärperiod) eller när kraftigare depolarisering än vanligt krävs för att en ny aktionspotential skall uppstå (relativ refraktärperiod)
Den absoluta refraktärperioden
Den absoluta refraktärperioden
- Tiden det tar för populationen av Na+ kanaler att börja stänga sig (Na+ kanalerna är i inaktiv - refraktär konformation)
- Inga nya aktionspotentialer kan starta
Den absoluta refraktärperioden hänvisar till det faktum att en aktionspotential
har börjat kan en andra aktionspotential inte utlösas för ungefär
1–2 m sek, oavsett hur stor stimulansen är.
Vid denna period är Na+ kanal
aktiverings grindar
öppna snabbt.
Absolut refraktär period, representerar den tid som krävs för
Na+-kanalgrindarna för att återställas till sina vilolägen.
På grund av den absoluta refraktärperioden kan en andra aktionspotential inte inträffa innan den första har avslutats.
Följaktligen aktionspotentialer som rör sig från triggerzon till axon terminal kan inte överlappa och kan inte resa bakåt.
