Aksonların Aksiyal Direnci ve Pasif Kablo Özellikleri
Herhangi bir voltaj kapılı kanal açılmadan önce, bir akson sızdıran bir elektrik kablosu gibi davranmaktadır. Kablo teorisi, aksonu, iç (aksiyal veya uzunlamasına) direnci, membran direnci ve membran kapasitansının birlikte yerel bir potansiyelin uzunluğu boyunca nasıl yayıldığını ve azaldığını belirlediği bir çekirdek iletken olarak ele almaktadır. Bu pasif özellikler, aktif aksiyon potansiyeli için zemin hazırlamakta ve eşik altı sinyallerin ne kadar uzağa ve ne kadar hızlı ilerlediğini yönetmektedir.
Tanım
Pasif kablo özellikleri, bir aksonu, aksiyal (hücre içi uzunlamasına) direnç, membran direnci ve membran kapasitansının potansiyelin elektrotonik yayılımını belirlediği bir çekirdek iletken olarak tanımlamaktadır; uzunluk sabiti, sabit bir potansiyelin azaldığı mesafeyi belirlerken, zaman sabiti membran potansiyelinin akıma ne kadar hızlı tepki verdiğini belirlemektedir.
Kapsam
Bu konu, aksonun pasif elektriksel özelliklerini: aksiyal direnci, membran direnci ve kapasitansını, uzunluk sabitini ve zaman sabitini ve bunların elektrotonik yayılımı nasıl yönettiğini ve iletimi nasıl etkilediğini kapsamaktadır. Aksonu bir çekirdek iletken olarak ele almakta olup, klinik rehberlik değil, referans fizyolojisi niteliğindedir.
Temel sorular
- Bir aksonu elektriksel bir kablo olarak ele almak ne anlama gelmektedir?
- Aksiyal direnç, membran direnci ve kapasitans, uzunluk ve zaman sabitlerini nasıl belirlemektedir?
- Pasif kablo özellikleri, impuls iletim hızını nasıl etkilemektedir?
- Daha büyük bir lif çapı neden aksiyal direnci düşürmekte ve iletim hızını artırmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Aksiyal (uzunlamasına) direnç
- Membran direnci
- Membran kapasitansı
- Uzunluk sabiti (lambda)
- Zaman sabiti (tau)
- Elektrotonik (pasif) yayılım
- Çekirdek iletken modeli
Temel kuramlar
- Kablo (çekirdek iletken) teorisi
- Aksonu, dağıtılmış aksiyal direnç, membran direnci ve membran kapasitansına sahip silindirik bir iletken olarak ele alan bir yaklaşımdır; buradan uzunluk sabiti, zaman sabiti ve iletimin geometriye bağımlılığı türetilmektedir.
Mekanizmalar
Bir aksonun bir noktasına enjekte edilen akım, sitoplazma boyunca uzunlamasına, aksiyal dirence karşı akma ve membran kapasitansını şarj ederken membran direnci boyunca dışarı sızma arasında bölünmektedir. Aksiyal ve membran direncinin dengesi, sabit durum potansiyelinin değerinin yaklaşık yüzde 37'sine düştüğü mesafe olan uzunluk sabitini belirlemektedir; düşük bir aksiyal direnç veya yüksek bir membran direnci daha uzun bir uzunluk sabiti ve daha uzak bir yayılım sağlamaktadır. Membran direnci ve kapasitansının çarpımı, membran potansiyelinin akıma yanıt olarak ne kadar hızlı değiştiğini belirleyen zaman sabitini belirlemektedir. Lifin kesit alanı arttıkça aksiyal direnç azaldığı için, daha büyük çapa sahip aksonlar daha uzun uzunluk sabitlerine ve daha hızlı pasif yayılıma sahiptir; bu durum, Hodgkin ve Huxley tarafından tanımlanan aktif akımlarla birlikte, aksiyon potansiyellerini daha hızlı iletmelerini sağlamaktadır. Kablo teorisi bu nedenle akson geometrisini ve membran özelliklerini hem eşik altı sinyalleşmeye hem de iletim hızına bağlamaktadır.
Klinik önem
Kablo özellikleri, lif çapının ve membran yalıtımının iletim hızını neden etkilediğini ve pasif sinyal yayılımının mesafe boyunca neden sınırlı olduğunu açıklamaktadır. Bu madde, normal biyofizik üzerine açıklayıcı bir referans materyal olup, bireysel klinik kararlar için bir temel teşkil etmemektedir.
Kanıt ve kılavuzlar
Çerçeve, sinir liflerinin çekirdek iletken (kablo) analizlerinden ve Hodgkin-Huxley modelinin temelini oluşturan biyofiziksel ölçümlerden türetilmektedir; bunlar klinik rehberlikten ziyade mekanistik ve teorik yaklaşımlardır.
Tarihçe
Biyolojik liflerin kablo analizi, on dokuzuncu yüzyıl telgraf kablosu teorisine dayanmakta olup, yirminci yüzyılda sinire uyarlanmıştır. Rushton'ın 1951'deki miyelinli sinir incelemesi, lif boyutunun iletimi nasıl şekillendirdiğini resmileştirmiş ve Rall daha sonra çekirdek iletken teorisini nöronların dallanma geometrisine genişleterek, kablo teorisini hem pasif entegrasyonu hem de impuls yayılımını anlamak için bir temel haline getirmiştir.
Öne çıkan isimler
- William Rushton
- Alan Hodgkin
- Andrew Huxley
- Wilfrid Rall
İlgili konular
Temel eserler
- rushton-1951
- hodgkin-huxley-1952
Sıkça sorulan sorular
- Bir aksonun uzunluk sabiti nedir?
- Sabit, pasif olarak yayılan bir potansiyelin orijinal boyutunun yaklaşık yüzde 37'sine düştüğü mesafedir; aksiyal direnç düşük veya membran direnci yüksek olduğunda artmakta ve sinyallerin daha uzağa yayılmasına olanak tanımaktadır.
- Daha kalın aksonlar neden daha hızlı iletim yapmaktadır?
- Daha büyük bir kesit alanı, iç aksiyal direnci düşürerek uzunluk sabitini uzatmakta, böylece depolarizasyon bir sonraki membran bölgesini eşiğe getirmek için daha uzağa ve daha hızlı yayılmaktadır.
Bu kavram için yöntemler
İlgili kavramlar
- Aksonal Fizyoloji: Aksiyon Potansiyelleri ve İmpuls İletimi
- Membran Potansiyeli ve Aksiyon Potansiyeli
- Sıçramalı İletim ve Miyelinizasyonun İletim Hızı Üzerindeki Etkileri
- Elektrofizyoloji ve Membran Potansiyeli
- İyon Kanalları ve Membran Potansiyeli
- Aksiyon Potansiyelinin Fazları ve Hodgkin-Huxley Kuramı