Ngưỡng, Nguyên tắc Tất cả hoặc Không, và Chu kỳ Trơ

Ba đặc tính liên quan chi phối thời điểm và tần suất một sợi trục phát xung. Ngưỡng là điện thế màng tại đó sự khử cực trở nên tự duy trì; nguyên tắc tất cả hoặc không có nghĩa là bất kỳ kích thích siêu ngưỡng nào cũng tạo ra một điện thế hoạt động hoàn chỉnh với biên độ cố định; và các chu kỳ trơ là khoảng thời gian sau một xung mà trong đó màng không thể, hoặc chỉ có thể với khó khăn, phát xung trở lại. Cùng với nhau, chúng thiết lập độ tin cậy và tần số tối đa của tín hiệu thần kinh.

Definition

Ngưỡng là điện thế màng tới hạn tại đó dòng natri đi vào lần đầu tiên vượt quá dòng đi ra và kích hoạt một điện thế hoạt động tái tạo; nguyên tắc tất cả hoặc không phát biểu rằng một kích thích siêu ngưỡng tạo ra một xung điện thế hoạt động có biên độ cố định, điển hình; và các chu kỳ trơ là khoảng thời gian tuyệt đối trong đó không thể tạo ra xung thứ hai và khoảng thời gian tương đối trong đó cần một kích thích mạnh hơn bình thường.

Scope

Chủ đề này giải thích ngưỡng, đáp ứng tất cả hoặc không, và các chu kỳ trơ tuyệt đối và tương đối, cũng như cách mỗi yếu tố này xuất phát từ động học của các kênh cổng điện thế. Nó cũng lưu ý vị trí trong tế bào thần kinh nơi điện thế hoạt động được khởi tạo. Đây là sinh lý học tham khảo, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Điều gì xác định ngưỡng để phát xung điện thế hoạt động?
• Tại sao điện thế hoạt động là tất cả hoặc không chứ không phải là phân cấp theo cường độ kích thích?
• Trạng thái phân tử nào của các kênh cổng điện thế tạo ra các chu kỳ trơ tuyệt đối và tương đối?
• Điện thế hoạt động thường được khởi tạo ở đâu dọc theo tế bào thần kinh?

Key concepts

• Điện thế ngưỡng
• Nguyên tắc tất cả hoặc không
• Chu kỳ trơ tuyệt đối
• Chu kỳ trơ tương đối
• Sự bất hoạt và phục hồi của kênh natri
• Đoạn đầu sợi trục là vị trí khởi tạo
• Giới hạn tốc độ phát xung

Mechanisms

Ngưỡng là điện áp mà tại đó dòng natri tái tạo đi vào vừa vượt quá dòng kali và dòng rò đi ra, để sự khử cực tiếp theo trở nên tự khuếch đại; dưới ngưỡng, sự khử cực suy giảm, trong khi tại hoặc trên ngưỡng, một xung điện thế hoạt động hoàn chỉnh sẽ xảy ra. Bởi vì pha lên là tái tạo, kích thước của nó không tỷ lệ với cường độ kích thích, tạo ra đáp ứng tất cả hoặc không. Sau pha lên, các kênh natri bị bất hoạt và không thể mở lại cho đến khi màng tái phân cực, tạo ra chu kỳ trơ tuyệt đối; khi các kênh phục hồi và trong khi độ dẫn kali vẫn tăng cao, cần một kích thích lớn hơn bình thường để đạt ngưỡng, đó là chu kỳ trơ tương đối. Ở nhiều tế bào thần kinh, ngưỡng thấp nhất tại đoạn đầu sợi trục, do mật độ kênh natri cao ở đó, do đó đây là vị trí khởi tạo điện thế hoạt động thông thường.

Clinical relevance

Ngưỡng và tính trơ giới hạn tần số phát xung và giải thích tại sao dẫn truyền có thể thất bại khi các kênh bị thay đổi hoặc bị chặn; chúng là cơ sở cho việc giải thích các xét nghiệm khả năng kích thích. Mục này là tài liệu tham khảo mô tả và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Các đặc tính này được suy ra từ động học kênh Hodgkin-Huxley và từ các nghiên cứu sau này về sự khởi tạo điện thế hoạt động tại đoạn đầu sợi trục ở tế bào thần kinh động vật có vú; chúng là những phát hiện cơ chế hơn là các hướng dẫn lâm sàng.

History

Đặc tính tất cả hoặc không của xung thần kinh đã được công nhận trong điện sinh lý học đầu thế kỷ XX và được giải thích cơ chế bởi mô hình Hodgkin-Huxley, trong đó ngưỡng và tính trơ xuất hiện trực tiếp từ sự hoạt hóa, bất hoạt và phục hồi của kênh natri. Công trình sau này đã định vị sự khởi tạo điện thế hoạt động tại đoạn đầu sợi trục và gán nó cho sự phân bố của các phân nhóm kênh natri cụ thể.

Key figures

• Alan Hodgkin
• Andrew Huxley
• Bruce Bean
• Greg Stuart

Seminal works

• hodgkin-huxley-1952
• kole-stuart-2012
• hu-2009

Frequently asked questions

Tại sao điện thế hoạt động là tất cả hoặc không?

Một khi ngưỡng bị vượt qua, dòng natri đi vào tự khuếch đại, do đó xung đạt đến biên độ đầy đủ, cố định bất kể kích thích vượt ngưỡng bao nhiêu; các kích thích dưới ngưỡng hoàn toàn không tạo ra xung nào.

Điều gì gây ra chu kỳ trơ tuyệt đối?

Trong và ngay sau xung, các kênh natri cổng điện thế bị bất hoạt và không thể mở lại cho đến khi màng tái phân cực, do đó không thể kích hoạt điện thế hoạt động thứ hai bất kể kích thích mạnh đến đâu.