Penghantaran impuls saraf

Di mana ia berlaku

Penghantaran impuls saraf berlaku di sepanjang akson sesuatu neuron, lanjutan panjang dan nipis yang membawa isyarat menjauhi jasad sel. Banyak akson dibalut sarung mielin berlemak, dibentuk oleh sel Schwann, dengan jurang kecil dipanggil nodus Ranvier antaranya.

Neuron mempunyai tiga bahagian. Jasad sel mengandungi nukleus dan sebahagian besar sitoplasma; dendrit ialah lanjutan pendek bercabang yang menerima isyarat dan membawanya ke arah jasad sel; dan akson membawa impuls menjauhi jasad sel ke arah hujung akson.

Dalam neuron deria, jasad sel terletak di satu sisi gentian yang panjang, manakala dalam neuron motor jasad sel berada di satu hujung dengan banyak dendrit di sekelilingnya. Impuls bergerak dalam satu arah sahaja, kerana sinaps pada hujung akson membebaskan neurotransmiter daripada satu sisi sahaja.

Input dan output

• Input: rangsangan pada reseptor, atau neurotransmiter yang tiba di dendrit, yang cukup kuat untuk mencapai ambang.
• Input: ion natrium dalam bendalir tisu di luar akson, yang mengalir masuk melalui saluran natrium apabila membran dirangsang.
• Input: ion kalium di dalam akson, yang mengalir keluar melalui saluran kalium untuk memulihkan keadaan rehat.
• Input: ATP daripada mitokondria dalam akson, digunakan oleh pam natrium-kalium untuk mengekalkan kecerunan ion rehat.
• Output: gelombang pengkutuban songsang (keupayaan tindakan) yang bergerak di sepanjang akson ke hujung akson.
• Output: pembebasan neurotransmiter pada sinaps, yang menghantar isyarat ke neuron seterusnya atau ke efektor.
• Output: kecerunan ion dipulihkan di belakang impuls, supaya bahagian akson yang sama boleh membawa impuls seterusnya.

Langkah-langkahnya

1. Semasa rehat, membran akson berkutub: pam natrium-kalium menggunakan ATP untuk menggerakkan ion natrium keluar dan ion kalium masuk, jadi bahagian luar bercas positif berbanding bahagian dalam (keupayaan rehat).
2. Rangsangan pada kekuatan ambang membuka saluran natrium pada titik itu, dan ion natrium bergegas masuk ke akson menuruni kecerunan kepekatannya.
3. Bahagian dalam membran pada titik itu menjadi positif berbanding bahagian luar, pembalikan ini ialah pengkutuban songsang, dan ia membentuk keupayaan tindakan.
4. Pembalikan cas setempat mewujudkan arus kecil yang membuka saluran natrium pada bahagian membran bersebelahan, jadi pengkutuban songsang bergerak di sepanjang akson sebagai gelombang.
5. Di belakang impuls, saluran natrium tertutup dan saluran kalium terbuka; ion kalium mengalir keluar daripada akson, memulihkan cas negatif di dalam dan positif di luar (pengkutuban semula).
6. Buat seketika selepas pengkutuban semula, membran tidak boleh dirangsang lagi (tempoh refraktori), yang menghalang impuls daripada bergerak ke belakang dan mengekalkannya bergerak dalam satu arah.
7. Pam natrium-kalium kemudian memulihkan taburan ion asal menggunakan ATP, jadi membran bersedia untuk impuls seterusnya.
8. Dalam akson bermielin, ion hanya boleh merentasi membran pada nodus Ranvier, jadi impuls melompat dari nodus ke nodus (konduksi lompatan), yang jauh lebih pantas berbanding konduksi berterusan di sepanjang akson tidak bermielin.

Mengapa ia penting dan bagaimana ia dikawal

Penghantaran impuls saraf membolehkan maklumat daripada reseptor sampai ke otak atau saraf tunjang, dan membolehkan arahan sampai ke efektor seperti otot dan kelenjar, dengan sangat pantas. Sarung mielin mempercepatkan lagi proses ini, yang penting untuk tindak balas pantas seperti refleks.

Penghantaran dikawal oleh prinsip semua-atau-tiada: rangsangan di bawah ambang tidak menghasilkan impuls, dan mana-mana rangsangan pada atau melebihi ambang menghasilkan impuls yang sama saiznya. Rangsangan lebih kuat tidak menghasilkan impuls lebih besar; ia menjadikan impuls lebih kerap.

Kelajuan bergantung pada tiga faktor, kehadiran sarung mielin, diameter akson (akson lebih lebar mengalirkan lebih pantas) dan suhu. Penyakit yang merosakkan sarung mielin, seperti sklerosis berganda, memperlahankan atau menyekat penghantaran dan menunjukkan mengapa sarung itu penting.

Sesetengah bahan mengubah penghantaran: anestetik setempat menyekat saluran natrium supaya impuls tidak dapat bermula, dan toksin tertentu mengekalkan saluran terbuka supaya otot kekal mengecut.

Bagaimana ia diperiksa

Anda mungkin diminta menerangkan cara pengkutuban songsang dan pemulihan kepada cas rehat bergerak di sepanjang akson, menerangkan sebab neuron bermielin menghantar impuls lebih pantas daripada neuron tidak bermielin, atau mentafsir graf cas elektrik merentasi membran akson mengikut masa.

Soalan graf yang lazim memplotkan keupayaan elektrik merentasi membran akson melawan masa dalam milisaat. Anda seharusnya boleh melabel keupayaan rehat, fasa menaik yang disebabkan ion natrium masuk, puncak, dan fasa menurun yang disebabkan ion kalium keluar, serta menerangkan setiap satu dari segi pergerakan ion.

Soalan perbandingan meminta dua perbezaan antara penghantaran di sepanjang akson dan penghantaran merentasi sinaps: akson menggunakan gelombang elektrik dan pantas, manakala sinaps menggunakan neurotransmiter kimia, lebih perlahan dan hanya boleh menghantar isyarat dalam satu arah.

Salah faham biasa

Contoh soalan bergaya peperiksaan

Soalan. Dua akson dirangsang di makmal dan masa yang diambil oleh impuls untuk bergerak sejauh jarak tetap direkodkan. Akson P bermielin dan impuls mengambil masa 0.5 milisaat; akson Q tidak bermielin dan impuls mengambil masa 5.0 milisaat.

(a) Terangkan, dari segi pergerakan ion, apa yang berlaku pada titik akson Q tempat rangsangan dikenakan. (b) Terangkan mengapa impuls di sepanjang akson P lebih pantas.

(c) Apabila kekuatan rangsangan pada akson Q digandakan, saiz setiap impuls kekal sama. Terangkan pemerhatian ini.

Jawapan model. (a) Rangsangan membuka saluran natrium, jadi ion natrium meresap masuk ke akson. Bahagian dalam membran menjadi positif berbanding bahagian luar, yang dipanggil pengkutuban songsang; perubahan setempat ini mencetuskan perubahan yang sama pada bahagian membran bersebelahan, jadi impuls bergerak di sepanjang akson.

Ion kalium kemudian keluar daripada akson untuk memulihkan keupayaan rehat. (b) Akson P mempunyai sarung mielin yang menebat membran, jadi ion hanya boleh merentas pada nodus Ranvier.

Impuls melompat dari nodus ke nodus (konduksi lompatan) dan bukan mengkutub songsang setiap bahagian membran, jadi ia melalui jarak itu dalam masa lebih singkat. (c) Impuls saraf mematuhi prinsip semua-atau-tiada: sebaik sahaja ambang dicapai, impuls dengan saiz tetap dihasilkan.

Rangsangan lebih kuat meningkatkan kekerapan impuls, bukan saiznya.

Sumber:SRC-DSKP-EN

Soalan lazim