एक्सोनल फिजियोलॉजी: एक्शन पोटेंशियल और आवेग चालन
एक्सोनल फिजियोलॉजी इस बात का अध्ययन है कि एक्सॉन तंत्रिका तंत्र के माध्यम से सूचना ले जाने वाले विद्युत संकेतों को कैसे उत्पन्न और प्रसारित करते हैं। इसका केंद्रीय उद्देश्य एक्शन पोटेंशियल है, जो झिल्ली वोल्टेज का एक संक्षिप्त, स्व-पुनरुत्पादक उत्क्रमण है जो आयाम खोए बिना एक्सॉन के साथ यात्रा करता है। यह क्षेत्र उन तंत्रों को एकत्रित करता है जो उत्तेजना को संभव बनाते हैं: वोल्टेज-गेटेड चैनलों के माध्यम से आयनिक धाराएं, फायरिंग को आकार देने वाले थ्रेशोल्ड और अपवर्तक व्यवहार, चालन को तेज करने वाला माइलिनेशन, और निष्क्रिय केबल गुण जो संकेतों के प्रसार को निर्धारित करते हैं।
Definition
एक्सोनल फिजियोलॉजी एक्सॉन के साथ एक्शन पोटेंशियल के बायोफिजिकल उत्पादन, विनियमन और प्रसार से संबंधित है, जिसमें आयनिक धाराएं, चैनल गेटिंग, उत्तेजना थ्रेशोल्ड और निष्क्रिय विद्युत गुण शामिल हैं जो आवेग चालन को नियंत्रित करते हैं।
Scope
यह क्षेत्र पाठक को सिग्नलिंग केबल के रूप में एक्सॉन की फिजियोलॉजी से परिचित कराता है। यह वोल्टेज-गेटेड आयन चैनलों की आणविक मशीनरी को मैक्रोस्कोपिक एक्शन पोटेंशियल से जोड़ता है, और एक्शन पोटेंशियल को अनमाइलिनेटेड और माइलिनेटेड फाइबर के साथ इसके चालन से जोड़ता है। इसमें मात्रात्मक हॉजकिन-हक्सले फ्रेमवर्क, ऑल-ऑर-नथिंग और अपवर्तक गुण, साल्टेटरी चालन और केबल सिद्धांत शामिल हैं, इन्हें नैदानिक निर्देश के बजाय मूलभूत संदर्भ ज्ञान के रूप में माना जाता है।
Sub-topics
Core questions
- एक एक्सॉन एक ग्रेडेड विध्रुवण को ऑल-ऑर-नथिंग एक्शन पोटेंशियल में कैसे परिवर्तित करता है?
- एक्शन पोटेंशियल के बढ़ते और गिरते चरणों के पीछे कौन सी आयनिक धाराएं हैं, और वे वोल्टेज द्वारा कैसे गेटेड होती हैं?
- माइलिनेशन चालन वेग को क्यों और कैसे बढ़ाता है?
- एक एक्सॉन के निष्क्रिय केबल गुण विद्युत संकेतों के प्रसार और गति को कैसे निर्धारित करते हैं?
Key concepts
- एक्शन पोटेंशियल
- वोल्टेज-गेटेड आयन चैनल
- थ्रेशोल्ड और ऑल-ऑर-नथिंग फायरिंग
- अपवर्तक अवधि
- साल्टेटरी चालन
- माइलिनेशन
- केबल गुण और लंबाई स्थिरांक
- चालन वेग
Key theories
- एक्शन पोटेंशियल का हॉजकिन-हक्सले सिद्धांत
- एक मात्रात्मक मॉडल जिसमें एक्शन पोटेंशियल वोल्टेज- और समय-निर्भर सोडियम और पोटेशियम चालकता से उत्पन्न होता है, जिसे अंतर समीकरणों के एक सेट के रूप में औपचारिक रूप दिया जाता है जो मापा तंत्रिका आवेग और उसके चालन को पुन: उत्पन्न करता है।
- एक्सोनल चालन का केबल सिद्धांत
- एक एक्सॉन का एक लीकी विद्युत केबल के रूप में उपचार जिसमें झिल्ली प्रतिरोध और धारिता के साथ-साथ अक्षीय (अनुदैर्ध्य) प्रतिरोध यह निर्धारित करता है कि निष्क्रिय क्षमताएं दूरी के साथ कैसे क्षय होती हैं और आवेग वेग फाइबर के आकार के साथ कैसे बढ़ता है।
Mechanisms
एक एक्शन पोटेंशियल तब शुरू होता है जब विध्रुवण थ्रेशोल्ड तक पहुँचता है और वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनलों को खोलता है, जिससे एक पुनर्योजी सोडियम प्रवाह उत्पन्न होता है जो झिल्ली को सोडियम संतुलन क्षमता की ओर ले जाता है; सोडियम-चैनल निष्क्रियता और वोल्टेज-गेटेड पोटेशियम चैनलों का विलंबित खुलना तब झिल्ली को पुनः ध्रुवीकृत करता है। हॉजकिन और हक्सले ने इस परस्पर क्रिया को वोल्टेज- और समय-निर्भर चालकता के रूप में दर्शाया। एक बिंदु पर विध्रुवण एक्सॉन के केबल गुणों के अनुसार आसन्न झिल्ली में निष्क्रिय रूप से फैलता है, अगले क्षेत्र को थ्रेशोल्ड तक लाता है और इस प्रकार आवेग को प्रसारित करता है। माइलिनेटेड फाइबर में इन्सुलेटिंग शीथ रैनवियर के नोड्स तक वर्तमान प्रवेश को प्रतिबंधित करता है, इसलिए आवेग नोड से नोड तक कूदता हुआ प्रतीत होता है (साल्टेटरी चालन), जिससे गति और दक्षता बहुत बढ़ जाती है, जबकि फाइबर व्यास और आंतरिक प्रतिरोध आगे चालन वेग निर्धारित करते हैं।
Clinical relevance
एक्सोनल चालन की फिजियोलॉजी नैदानिक इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी को रेखांकित करती है, जिसमें तंत्रिका चालन अध्ययन शामिल हैं, और डिमाइलिनेटिंग और चैनल-संबंधित विकारों को समझने के लिए वैचारिक आधार प्रदान करती है। यह क्षेत्र सामान्य तंत्रों और ऐसे परीक्षणों के पीछे के सिद्धांतों का वर्णन करता है; यह संदर्भ और शैक्षिक सामग्री है और व्यक्तिगत निदान या उपचार का आधार नहीं है।
Evidence & guidelines
इस क्षेत्र में मुख्य तंत्र क्लासिक मात्रात्मक इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी पर आधारित हैं, सबसे ऊपर स्क्वीड विशाल एक्सॉन पर हॉजकिन-हक्सले श्रृंखला, बाद की समीक्षाओं के साथ स्तनधारी केंद्रीय न्यूरॉन्स तक फ्रेमवर्क का विस्तार किया गया। ये नैदानिक दिशानिर्देशों के बजाय शारीरिक तंत्र के विवरण हैं।
History
एक्सोनल सिग्नलिंग की आधुनिक समझ बीसवीं सदी के मध्य में स्क्वीड विशाल एक्सॉन पर बनाई गई थी, जिसका बड़ा आकार झिल्ली धाराओं के प्रत्यक्ष माप की अनुमति देता था। हॉजकिन और हक्सले के 1952 के संश्लेषण ने वोल्टेज-क्लैंप रिकॉर्डिंग को एक्शन पोटेंशियल के एक भविष्य कहनेवाला गणितीय मॉडल में बदल दिया, जिसके लिए उन्होंने बाद में नोबेल पुरस्कार साझा किया। समानांतर में, रश्टन के केबल विश्लेषण ने समझाया कि फाइबर का आकार चालन को कैसे नियंत्रित करता है, और बाद के काम ने इन बायोफिजिकल सिद्धांतों को आयन चैनलों की आणविक संरचना और माइलिनेटेड स्तनधारी तंत्रिका में चालन से जोड़ा।
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
- एक्शन पोटेंशियल क्या है?
- यह झिल्ली वोल्टेज का एक संक्षिप्त, स्व-पुनरुत्पादक उत्क्रमण है जो वोल्टेज-गेटेड सोडियम और पोटेशियम चैनलों के अनुक्रमिक खुलने से उत्पन्न होकर एक एक्सॉन के साथ निरंतर आयाम पर यात्रा करता है।
- माइलिनेटेड एक्सॉन तेजी से चालन क्यों करते हैं?
- माइलिन इंटर्नोडल झिल्ली को इन्सुलेट करता है ताकि पुनर्योजी धाराएं रैनवियर के नोड्स पर केंद्रित हों, जिससे आवेग लगातार फैलने के बजाय नोड से नोड तक कूद सके (साल्टेटरी चालन)।