Résistance axiale et propriétés passives de câble des axones

Avant l'ouverture de tout canal voltage-dépendant, un axone se comporte comme un câble électrique fuyant. La théorie du câble considère l'axone comme un conducteur central dont la résistance interne (axiale ou longitudinale), la résistance membranaire et la capacitance membranaire déterminent conjointement la propagation et la décroissance d'un potentiel local le long de sa longueur. Ces propriétés passives préparent le terrain pour le potentiel d'action actif et régissent la distance et la vitesse de propagation des signaux sous le seuil.

Definition

Les propriétés passives de câble décrivent un axone comme un conducteur central dans lequel la résistance axiale (longitudinale intracellulaire), la résistance membranaire et la capacitance membranaire déterminent la propagation électrotonique du potentiel ; la constante de longueur détermine la distance sur laquelle un potentiel stable décroît et la constante de temps détermine la rapidité avec laquelle le potentiel membranaire répond au courant.

Scope

Ce sujet couvre les propriétés électriques passives de l'axone : la résistance axiale, la résistance et la capacitance membranaires, la constante de longueur et la constante de temps, et comment elles régissent la propagation électrotonique et influencent la conduction. Il traite l'axone comme un conducteur central et constitue une référence en physiologie, non une directive clinique.

Core questions

• Que signifie traiter un axone comme un câble électrique ?
• Comment la résistance axiale, la résistance membranaire et la capacitance déterminent-elles les constantes de longueur et de temps ?
• Comment les propriétés passives de câble influencent-elles la vitesse de conduction de l'influx ?
• Pourquoi un diamètre de fibre plus grand diminue-t-il la résistance axiale et augmente-t-il la vitesse de conduction ?

Key concepts

• Résistance axiale (longitudinale)
• Résistance membranaire
• Capacitance membranaire
• Constante de longueur (lambda)
• Constante de temps (tau)
• Propagation électrotonique (passive)
• Modèle de conducteur central

Key theories

Théorie du câble (conducteur central)

Un traitement de l'axone comme un conducteur cylindrique avec une résistance axiale, une résistance membranaire et une capacitance membranaire distribuées, à partir duquel sont dérivées la constante de longueur, la constante de temps et la dépendance de la conduction à la géométrie.

Mechanisms

Le courant injecté en un point d'un axone se divise entre le flux longitudinal à travers le cytoplasme, contre la résistance axiale, et la fuite vers l'extérieur à travers la résistance membranaire tout en chargeant la capacitance membranaire. L'équilibre entre la résistance axiale et la résistance membranaire fixe la constante de longueur, la distance sur laquelle un potentiel en régime permanent chute à environ 37 pour cent de sa valeur ; une faible résistance axiale ou une résistance membranaire élevée donne une constante de longueur plus grande et une propagation plus étendue. Le produit de la résistance membranaire et de la capacitance fixe la constante de temps, qui détermine la rapidité avec laquelle le potentiel membranaire change en réponse au courant. Parce que la résistance axiale diminue à mesure que la surface de la section transversale de la fibre augmente, les axones de plus grand diamètre ont des constantes de longueur plus grandes et une propagation passive plus rapide, ce qui, avec les courants actifs décrits par Hodgkin et Huxley, les fait conduire les potentiels d'action plus rapidement. La théorie du câble relie ainsi la géométrie de l'axone et les propriétés membranaires à la fois à la signalisation sous le seuil et à la vitesse de conduction.

Clinical relevance

Les propriétés de câble expliquent pourquoi le diamètre de la fibre et l'isolation membranaire affectent la vitesse de conduction et pourquoi la propagation passive du signal est limitée sur de longues distances. Cette entrée est un matériel de référence descriptif sur la biophysique normale et ne constitue pas une base pour des décisions cliniques individuelles.

Evidence & guidelines

Le cadre théorique dérive des analyses de conducteur central (câble) des fibres nerveuses et des mesures biophysiques sous-jacentes au modèle de Hodgkin-Huxley ; il s'agit de traitements mécanistiques et théoriques plutôt que de directives cliniques.

History

L'analyse par câble des fibres biologiques trouve ses racines dans la théorie du câble télégraphique du XIXe siècle, adaptée au nerf au XXe siècle. Le traitement de Rushton en 1951 du nerf médullé a formalisé la manière dont la taille de la fibre influence la conduction, et Rall a ensuite étendu la théorie du conducteur central à la géométrie ramifiée des neurones, faisant de la théorie du câble un fondement pour comprendre à la fois l'intégration passive et la propagation de l'impulsion.

Key figures

• William Rushton
• Alan Hodgkin
• Andrew Huxley
• Wilfrid Rall

Seminal works

• rushton-1951
• hodgkin-huxley-1952

Frequently asked questions

Qu'est-ce que la constante de longueur d'un axone ?

C'est la distance sur laquelle un potentiel stable, se propageant passivement, décroît à environ 37 pour cent de sa taille originale ; elle augmente lorsque la résistance axiale est faible ou que la résistance membranaire est élevée, permettant aux signaux de se propager plus loin.

Pourquoi les axones plus épais conduisent-ils plus rapidement ?

Une plus grande surface de section transversale diminue la résistance axiale interne, allongeant la constante de longueur de sorte que la dépolarisation se propage plus loin et plus rapidement pour amener la région membranaire suivante au seuil.