فیزیولوژی آکسونی: پتانسیلهای عمل و هدایت تکانه
فیزیولوژی آکسونی مطالعه چگونگی تولید و انتشار سیگنالهای الکتریکی توسط آکسونها است که اطلاعات را در سیستم عصبی منتقل میکنند. موضوع اصلی آن پتانسیل عمل است، یک وارونگی کوتاه و خودبازسازیشونده ولتاژ غشاء که بدون از دست دادن دامنه در طول آکسون حرکت میکند. این حوزه شامل مکانیسمهایی است که تحریکپذیری را ممکن میسازند: جریانهای یونی از طریق کانالهای وابسته به ولتاژ، رفتار آستانهای و نسوز که شکلدهنده شلیک هستند، میلینسازی که هدایت را تسریع میکند، و خواص کابل غیرفعال که نحوه انتشار سیگنالها را تعیین میکنند.
Definition
فیزیولوژی آکسونی به تولید بیوفیزیکی، تنظیم و انتشار پتانسیلهای عمل در طول آکسونها، از جمله جریانهای یونی، گیتینگ کانال، آستانههای تحریکپذیری، و خواص الکتریکی غیرفعال که هدایت تکانه را کنترل میکنند، میپردازد.
Scope
این حوزه خواننده را با فیزیولوژی آکسون به عنوان یک کابل سیگنالدهنده آشنا میکند. این حوزه ماشینآلات مولکولی کانالهای یونی وابسته به ولتاژ را به پتانسیل عمل ماکروسکوپی و پتانسیل عمل را به نوبه خود به هدایت آن در طول رشتههای بدون میلین و میلیندار مرتبط میکند. این حوزه چارچوب کمی هاجکین-هاکسلی، خواص همه یا هیچ و نسوز، هدایت جهشی، و نظریه کابل را پوشش میدهد و آنها را به عنوان دانش مرجع بنیادی و نه دستورالعمل بالینی در نظر میگیرد.
Sub-topics
Core questions
- چگونه یک آکسون یک دپولاریزاسیون درجهبندی شده را به یک پتانسیل عمل همه یا هیچ تبدیل میکند؟
- کدام جریانهای یونی زیربنای فازهای صعودی و نزولی پتانسیل عمل هستند و چگونه توسط ولتاژ گیت میشوند؟
- چرا و چگونه میلینسازی سرعت هدایت را افزایش میدهد؟
- چگونه خواص کابل غیرفعال یک آکسون انتشار و سرعت سیگنالهای الکتریکی را تعیین میکند؟
Key concepts
- پتانسیل عمل
- کانالهای یونی وابسته به ولتاژ
- آستانه و شلیک همه یا هیچ
- دورههای نسوز
- هدایت جهشی
- میلینسازی
- خواص کابل و ثابت طول
- سرعت هدایت
Key theories
- نظریه هاجکین-هاکسلی در مورد پتانسیل عمل
- یک مدل کمی که در آن پتانسیل عمل از رساناییهای سدیم و پتاسیم وابسته به ولتاژ و زمان ناشی میشود، که به صورت مجموعهای از معادلات دیفرانسیل که تکانه عصبی اندازهگیری شده و هدایت آن را بازتولید میکنند، رسمی شده است.
- نظریه کابل هدایت آکسونی
- بررسی آکسون به عنوان یک کابل الکتریکی نشتی که در آن مقاومت و ظرفیت غشاء همراه با مقاومت محوری (طولی) تعیین میکنند که چگونه پتانسیلهای غیرفعال با فاصله کاهش مییابند و چگونه سرعت تکانه با اندازه فیبر مقیاسبندی میشود.
Mechanisms
پتانسیل عمل زمانی آغاز میشود که دپولاریزاسیون به آستانه برسد و کانالهای سدیم وابسته به ولتاژ را باز کند، که منجر به هجوم سدیم بازسازیشوندهای میشود که غشاء را به سمت پتانسیل تعادل سدیم سوق میدهد؛ غیرفعال شدن کانال سدیم و باز شدن تأخیری کانالهای پتاسیم وابسته به ولتاژ سپس غشاء را رپولاریزه میکنند. هاجکین و هاکسلی این تعامل را به عنوان رساناییهای وابسته به ولتاژ و زمان ثبت کردند. دپولاریزاسیون در یک نقطه به طور غیرفعال به غشاء مجاور طبق خواص کابل آکسون گسترش مییابد و منطقه بعدی را به آستانه میرساند و بدین ترتیب تکانه را منتشر میکند. در رشتههای میلیندار، غلاف عایق ورود جریان را به گرههای رانویه محدود میکند، بنابراین تکانه به نظر میرسد از گرهای به گره دیگر میپرد (هدایت جهشی)، که سرعت و کارایی را به شدت افزایش میدهد، در حالی که قطر فیبر و مقاومت داخلی بیشتر سرعت هدایت را تعیین میکنند.
Clinical relevance
فیزیولوژی هدایت آکسونی زیربنای الکتروفیزیولوژی بالینی، از جمله مطالعات هدایت عصبی است و مبنای مفهومی برای درک اختلالات دمیلینه کننده و مرتبط با کانال را فراهم میکند. این حوزه مکانیسمهای طبیعی و اصول پشت چنین آزمایشهایی را توصیف میکند؛ این یک ماده مرجع و آموزشی است و مبنایی برای تشخیص یا درمان فردی نیست.
Evidence & guidelines
مکانیسمهای اصلی در این حوزه بر الکتروفیزیولوژی کمی کلاسیک، بیش از همه سری هاجکین-هاکسلی بر روی آکسون غولپیکر ماهی مرکب، با بررسیهای بعدی که چارچوب را به نورونهای مرکزی پستانداران گسترش دادند، استوار است. اینها توصیفاتی از مکانیسم فیزیولوژیکی هستند تا دستورالعملهای بالینی.
History
درک مدرن سیگنالدهی آکسونی در اواسط قرن بیستم بر اساس آکسون غولپیکر ماهی مرکب بنا شد، که اندازه بزرگ آن امکان اندازهگیری مستقیم جریانهای غشایی را فراهم میکرد. سنتز هاجکین و هاکسلی در سال 1952، ضبطهای ولتاژ-کلمپ را به یک مدل ریاضی پیشبینیکننده از پتانسیل عمل تبدیل کرد، که به خاطر آن بعدها جایزه نوبل را به اشتراک گذاشتند. به موازات آن، تحلیل کابل راشتون توضیح داد که چگونه اندازه فیبر هدایت را کنترل میکند، و کارهای بعدی این اصول بیوفیزیکی را به ساختار مولکولی کانالهای یونی و به هدایت در اعصاب میلیندار پستانداران مرتبط کرد.
Key figures
- Alan Hodgkin
- Andrew Huxley
- Bernard Katz
- William Rushton
- Bertil Hille
Related topics
Seminal works
- hodgkin-huxley-1952
- rushton-1951
- bean-2007
Frequently asked questions
- پتانسیل عمل چیست؟
- این یک وارونگی کوتاه و خودبازسازیشونده ولتاژ غشاء است که در طول یک آکسون با دامنه ثابت حرکت میکند و توسط باز شدن متوالی کانالهای سدیم و پتاسیم وابسته به ولتاژ تولید میشود.
- چرا آکسونهای میلیندار سریعتر هدایت میکنند؟
- میلین غشاء بین گرهای را عایق میکند به طوری که جریانهای بازسازیشونده در گرههای رانویه متمرکز میشوند و به تکانه اجازه میدهند به جای انتشار پیوسته، از گرهای به گره دیگر بپرد (هدایت جهشی).