vault backup: 2026-01-21 19:33:03

content/Fysiologi/Block 1 - Nervcellsfysiologi/Gabriels anteckningar/Nervcellsfysiologi.md

@@ -0,0 +1,471 @@
+---
+source: Gabriels anteckningar
+lecture: Nervcellsfysiologi
+block: 1
+---
+
+# Nervcellsfysiologi
+
+Nervcellsfysiologi
+- ​ Aktionspotentialen är nervcellens elektriska signal som gör det möjligt för
+kroppen att snabbt ta emot information från omgivningen och initiera passande
+reaktioner t.ex vid smärta (reflex).
+
+- ​ I hjärnan finns engram (minnesspår) som består av konstellationer av
+nervceller, nätverk.
+  - 
+Starka synapser gör nätverket stabilt.
+  - 
+Ett begrepp (t.ex äpple) motsvaras av ett specifikt engram.
+  - 
+När vi ser eller tänker på äpplet aktiveras nätverket genom
+aktionspotentialer → vi upplever eller återkallar begreppet
+(ett minne).
+
+- ​ Aktionspotential
+  - 
+Hos alla nervceller pågår hela tiden en “balans” mellan två
+typer av processer.
+  - 
+Excitatoriska processer ökar sannolikheten för att en
+aktionspotential uppstår och leder till excitation,
+membranpotentialen närmar sig tröskel för ap.
+  - 
+Inhibitoriska processer minskar sannolikheten för
+aktionspotential och ger inhibition, alltså att
+membranpotentialen förskjuts bort från tröskelvärdet
+
+- ​ Excitation och inhibition kan delas in i två huvudgrupper
+  - 
+Synaptisk excitation & inhibition
+- ​ Glutamat-synapser utgör 85% av hjärnans synapser och bidrar
+till excitation.
+- ​ GABA-synapser utgör 10-15% av hjärnans synapser och bidrar
+till inhibition.
+- ​ I dessa synapser finns ligandstyrda jonkanaler (med receptorer)
+för antingen glutamat eller GABA.
+  - 
+Intrinsic excitation & inhibition
+- ​ Utöver de synaptiska och ligandstyrda jonkanalerna (glutamat
+och GABA) finns många jonkanaler över hela nervcellen som
+utgör intrinsic excitation respektive inhibition
+  - 
+Dessa är oftast spänningsstyrda.
+- ​ Intrinsic excitation: Na och Ca kanaler
+- ​ Intrinsic inhibition: K och Cl kanaler
+
+
+
+
+![[image-6a6b7dee2cd4.png|246x208]]
+
+
+![[image-47428c603724.png|271x160]]
+
+
+![[image-5fc5ef334078.png|276x140]]
+
+- ​ Intrinsic/synaptisk excitation/inhibition är dynamiska och
+förändras kontinuerligt för att anpassa hjärnans aktivitet efter
+aktuella behov (möjliggörs av plasticitet & modulering).
+
+- ​ Plasticitet
+  - 
+Hur synaptiska signaler kan förstärkas eller försvagas.
+  - 
+Om synapser förstärks → nya engram bildas → inlärning
+  - 
+Om synapser försvagas → gamla engram suddas ut → glömska
+
+- ​ Modulering
+  - 
+Hur lätt engram aktiveras och är tillståndsberoende.
+  - 
+Modulering påverkas av modulatoriska neurotransmittorer (såsom
+dopamin, serotonin, acetylkolin osv).
+  - 
+Tillståndsberoende, engram/minnen aktiveras utifrån behov:
+- ​ Om du är magsjuk → sannolikheten att tänka på ett äpple är liten
+- ​ Om du är hungrig → sannolikheten ökar
+
+- ​ Elektrofysiologi – läran om elektrisk aktivitet i biologin
+  - 
+Patch Clamp: Teknik för att mäta elektriska signaler på enstaka
+jonkanaler eller en cell.
+  - 
+Enstaka synapser (mer än 1015 i hjärnan) kan studeras för att se ifall
+signalsubstans frisätts.
+  - 
+Cellnivå: mäter membran- och aktionspotential.
+  - 
+EEG mäter aktivitetsnivån av olika nervceller i hjärnan samtidigt vilket
+bidrar till förståelsen av engram.
+  - 
+Dessa studeras för olika djurraser, människans cortex studeras under
+operationer eller via odling av stamceller.
+  - 
+Mekanismerna mellan olika djurarter är konserverade och därmed är
+jämförelser möjliga.
+Membranpotential
+- ​ Membranpotential är spänning över membran, alla celler i kroppen har en
+negativ membranpotential.
+- ​ Membranpotential beror
+  - 
+Jonkoncentration skillnad i ICM och ECM
+- ​ Jonkoncentrations gradienten upprätthålls av energikrävande
+pumpar och transportörer.
+  - 
+T.ex Na/K-pumpen
+  - 
+Jonkanaler i membranet.
+
+
+
+
+
+![[image-6a450897b148.png|256x180]]
+
+
+![[image-4229653bfb61.png|127x102]]
+
+- ​ Joner påverkas av den elektrokemiska gradienten, dvs kombinationen av
+koncentrationsgradient och laddningsskillnad.
+  - 
+Eftersom det finns fler K⁺ i cellen (ICM) diffunderar K⁺ ut mot ECM
+längs koncentrationsgradienten. Insidan är negativ pga kvarvarande
+anjoner (t.ex fosfatgrupper och proteiner) vilket drar K⁺ tillbaka in.
+  - 
+Jämviktspotentialen är den membranpotential (spänning) där den
+elektriska drivkraften och koncentrationgradientens drivkraft för en
+viss jon tar ut varandra, så att nettoflödet av jonen blir noll.
+  - 
+Om membranet endast är permeabelt för en viss jon, kommer
+membranpotentialen att motsvara den jonens jämviktspotential.
+
+  - 
+Cellens mp är en sammanvägning av aktuella jämviktspotentialer, dvs
+utifrån vilka jontransportörer som är aktiva
+- ​ T.ex om Na-kanalen vid ett ögonblick, kommer natriums
+jämviktspotential att dominera cellens mp
+- ​ Vid vilomembranpotentialen är nettoflödet av joner noll.
+
+- ​ Jonkoncentrationer
+  - 
+Koncentrationsgradienter hålls konstanta för att undvika sjukdomar.
+  - 
+De upprätthålls av energikrävande pumpar och av transportörer som
+använder passiv eller sekundär aktiv transport.
+  - 
+Natrium
+- ​ EC: 150 mM
+- ​ IC: 18 mM
+  - 
+Kalium
+- ​ EC: 3 mM
+- ​ IC: 135 mM
+  - 
+Kalcium
+- ​ EC: 1 mM
+- ​ IC: 0,1 μM
+  - 
+Klorid
+- ​ EC: 120 mM
+- ​ IC: 7 mM
+Frågor
+1.​ Vad är membranpotential? Hur uppstår det?
+2.​ Förklara jämviktspotentialen och hur den bidrar till att
+bilda membranpotentialen.
+3.​ Vad är jonkoncentrationerna för klorid, kalcium, kalium, natrium.
+
+
+
+
+![[image-e6fe08d933d0.png|163x261]]
+
+Jämviktspotential
+- ​ Mha Nernst ekvation kan jämviktspotentialen för en jon beräknas.
+  - 
+Kvoten av jonkoncentrationen ECM/ICM
+- ​ ENa = + 60 mV
+  - 
+Högre [Na⁺] ute än inne → Na⁺ strömmar in i cellen.
+- ​ EK = -100 mV
+  - 
+Högre [K⁺] inne än ute → K⁺ strömmar ut ur cellen.
+- ​ Positiv jämviktspotential innebär högre konc. på utsidan och
+vice versa (för en positiv jon).
+
+- ​ Förutsätt en cell med olika joner med olika jonkoncentrationer IC och EC, dock
+finns det inga jonkanaler. Både ICM och ECM är elektroneutrala (lika
+mycket positiva och negativa laddningar):
+
+  - 
+Nu sätter vi en kalium-kanal i cellen
+- ​ K⁺ diffunderar ut till ECM (pga gradienten).
+- ​ När K⁺ lämnar blir insidan mer negativ och utsidan mer positiv → en
+membranpotential uppstår.
+- ​ Membranpotentialen byggs upp tills den balanserar K⁺-diffusionskraften
+så att nettoflödet av K⁺ upphör, en jämvikt uppstår.
+- ​ Membranpotentialen motsvarar då K⁺ jämviktspotential, cirka –100 mV.
+
+  - 
+Natrium-kanal
+- ​ Detsamma gäller för natrium, dock diffunderar Na+ in (pga gradienten)
+- ​ Elektrisk spänning bildas (insidan positiv, utsida negativ).
+- ​ Membranpotential = jämviktspotential = +60 mV
+
+  - 
+Klorid och kalcium påverkar membranpotentialen i mindre utsträckning
+- ​ Kalcium har mycket lägre koncentration i både ECM och ICM jämfört
+med natrium och kalium. Därför har Ca²⁺ mycket mindre effekt på
+membranpotentialen och kan ofta försummas.
+- ​ Klorid saknar egen ATP-driven pump, därmed påverkar den inte
+membranpotentialen, utan ställer in sig efter membranpotentialen som
+huvudsakligen bestäms av Na & K jämviktspotentialer.
+- ​ Vilomembranpotentialen för nervceller är -70 mV.
+  - 
+I en vilande nervcell dominerar K⁺-kanaler så membranpotentialen
+ligger närmare K⁺ jämviktspotential än mitt emellan Na⁺ och K⁺.
+Frågor
+1.​ Vad beskriver Nernst ekvation?
+
+
+
+
+![[image-7ddf6aa4b5cc.png]]
+
+2.​ Hur skapas jämviktspotentialer för natrium, kalium, klorid och kalcium och hur
+bidrar de till membranpotentialen?
+3.​ Vad är vilomembranpotentialen för nervceller?
+Jonkanaler
+- ​ Celler har många olika jonkanaler som kan vara:
+  - 
+Spänningkänsliga
+  - 
+Ligandstyrda
+  - 
+Ligandstyrda från insidan, en form av second messenger finns IC och
+även kalcium
+  - 
+Temperatur-reglerad
+  - 
+Mekaniskt-reglerad
+  - 
+Vätejoner - pH känsliga
+  - 
+Läck-kanaler –  alltid öppna och ansvarar för vilomembranpotential
+- ​ Läck-kanalerna är oftast selektiva.
+- ​ Det finns många olika läckkanaler för kalium som strömmar ut
+medan natrium har färre, Na strömmar in.
+- ​ Jonkanalerna kan ha selektivitet för t.ex Na, K, Na/K, C.
+Frågor
+1.​ Vad är en läckkanal och varför är den viktig?
+Membranpotential
+- ​ Vilomembranpotentialen är -70 mV
+- ​ Jämviktspotentialen för: Na +60 mV, K -100 mV, Cl -75 mV
+
+- ​ Depolarisering innebär att membranpotentialen går mot noll, dvs att
+polariseringen (spänningsskillnad över membranet) minskar.
+  - 
+Na-kanaler öppnas: depolarisering sker.
+- ​ Hyperpolariseringen innebär att mp går mot negativa värden, polariseringen
+ökar.
+  - 
+K-kanaler öppnas: hyperpolarisering sker.
+- ​ Repolarisering innebär återpolarisering till vilomembranpotentialen.
+  - 
+Begreppet brukar användas endast efter
+depolarisering.
+
+- ​ Depolarisering och hyperpolarisering påminner om
+excitation och inhibition.
+- ​ Excitation och inhibition utgår dock från
+tröskelvärdet.
+  - 
+Excitatoriska processer orsakar depolarisering
+
+
+
+
+![[image-b4da9412c3f3.png]]
+
+  - 
+Inhibitoriska processer orsakar hyperpolarisering.
+  - 
+Dock gäller detta inte alltid då depolarisering och hyperpolarisering
+utgår från membranpotentialen.
+- ​ The Goldman equation beräknar vilomembranpotentialen
+  - 
+Permeabiliteten för respektive jon väger mycket i
+ekvationen tillsammans med jämviktspotentialer.
+Aktionspotential
+- ​ Aktionspotentialen är en kortvarig och kraftig depolarisering av mp följt av en
+repolarisering, varar i ca 1 ms.
+- ​ Depolarisering sker när spänningsstyrda Na⁺-kanaler öppnas (öppningen är
+kortvarig) → Na⁺ strömmar in i cellen och membranpotentialen blir mer positiv
+(depolarisering), närmar sig natriums jämviktspotential.
+  - 
+Ju mer depolarisering, desto högre sannolikhet att fler
+Na⁺-kanaler öppnas (positiv feedback).
+  - 
+När tillräckligt många kanaler öppnas når membranet
+tröskelvärdet → aktionspotential utlöses.
+  - 
+Membranpotentialen närmar sig natriums jämviktspotential
+under denna fas.
+
+- ​ Repolarisering
+  - 
+Na⁺-kanaler öppnas kortvarigt (1-2 ms) och inaktiveras sedan.
+- ​ Na⁺-kanaler måste först inaktiveras innan de kan stängas helt,
+vilket tar cirka en tusendels sekund.
+  - 
+Inaktiveringen bryter positive-feedback-loopen
+  - 
+Inaktiveringen orsakar därmed att cellmembranets permeabilitet blir
+störst för kalium.
+  - 
+Depolariseringen orsakar även att fler spänningsstyrda K+-kanaler
+öppnas (dock öppnas de långsammare än Na-kanaler) vilket
+påskyndar repolariseringen.
+
+- ​ Tröskel
+  - 
+När tröskelvärdet uppnås utlöses en kortvarig och kraftig
+depolarisering, en aktionspotential, all-or-none.
+  - 
+Tröskelvärdet är membranpotentialen där natrium-inflödet precis
+överstiger kalium-utflödet. Då utlöses ap och inget kan hindra
+positiv-feedback-loopen (förutom inaktiveringen).
+  - 
+Tröskelvärdet uppnås oftast av en initial depolarisering orsakad av
+excitatoriska processer såsom glutamat synapser.
+  - 
+Vid –70 mV balanserar Na⁺-inflödet K⁺-utflödet.
+
+
+
+
+![[image-cc26b069c838.png]]
+
+
+![[image-890efd1a83f3.png]]
+
+  - 
+Vid –65 mV blir Na⁺-inflödet lite större än K⁺-utflödet. Vanligtvis
+återgår membranpotentialen då till vilomembranpotential.
+  - 
+Men om depolariseringen fortsätter, öppnas fler och fler Na⁺-kanaler och
+en positiv feedback-loop startar mot aktionspotential.
+
+  - 
+Tröskeln är lägst vid Axon Initial Segment (AIS) pga hög densitet av
+Na-kanaler. Ap startar från AIS och sprider sig.
+Frågor
+1.​ Vad är en aktionspotential? Beskriv hur aktionspotentialen startar, vad ap beror
+på och hur repolariseringen sker.
+2.​ Vad är tröskelvärdet? Vad orsakar att tröskelvärdet uppnås?
+3.​ Varför är tröskeln lägst vid AIS?
+
+Fortledning av aktionspotential
+- ​ Bilden visar ett axon med aktionspotential som är på väg mot
+höger och har sitt maxvärde i mitten.
+  - 
+Maxvärde: Membranpotential = + 30 mV
+  - 
+Framför: Vilomembranpotential = -70 mV
+- ​ Ap har inte påverkat detta segment än
+  - 
+Bakom: Vilomembranpotential = -70 mv (repolariserat)
+- ​ Alltså finns en laddningsskillnad inuti nervcellens axon, dvs
+spänning.
+- ​ Strömmen som genereras av spänningsskillnaden sprider sig inuti axonet (från
+depolariserat segment mot vilopotential) och utanför axonet i en sluten krets
+  - 
+Praktiskt då strömmen på utsidan av membranet kan mätas.
+- ​ Jonströmmen i insidan bidrar till att depolarisera framförliggande membran
+och fler spänningsstyrda Na-kanaler aktiveras vilket genererar en ny ap.
+- ​ Processen upprepas med den nya ap och längs axonet.
+- ​ På detta sätt fortplantas ap längs axonet.
+- ​ Notera att ap sprider sig även till dendriterna och soma, alltså retrograd.
+
+- ​ Notera att trots samma jonström bakåt depolariseras inte det
+bakåtliggande membranet eftersom Na⁺-kanalerna där är inaktiverade
+och inte kan öppnas
+
+- ​ Ledningshastighet beror på
+  - 
+Diameter
+- ​ Ökad diameter = snabbare ledningshastighet
+
+
+
+
+![[image-17117fae3630.png]]
+
+
+![[image-68d7cb75d396.png]]
+
+- ​ Större axondiameter minskar resistansen på jonströmmen vilket
+gör att strömmen kan depolarisera membranet längre fram.
+  - 
+Myelin
+- ​ Myelin isolerar axonet och därmed sänker axonets kapacitans,
+förmåga att hålla laddningar.
+- ​ Detta bidrar till att färre laddningar krävs för att
+uppnå samma membranpotential/aktionspotential.
+- ​ Därmed kan strömmen snabbare depolarisera
+längre fram och snabbare, från en nod till en
+annan.
+  - 
+Temperatur
+- ​ Ledningshastigheten ökar med temperaturen till en viss gräns.
+- ​ Mest optimala är 370C
+- ​ Positivt med ökad T: Reagerar snabbare med hög T, snabbare
+depolarisering
+- ​ Negativt med ökad T: Inaktiveringen går också snabbare.
+- ​ Vid brytpunkten där inaktiveringen sker så pass snabbt att inga
+joner hinner transporteras.
+Frågor
+1.​ Förklara hur aktionspotentialen fortleds.
+2.​ Ange tre olika faktorer som påverkar ledningshastigheten och hur.
+  - 
+Snabbaste ledningshastighet är 100 m/s medan segaste 0,1 m/s
+Refraktäritet
+- ​ Refraktäritet är den period efter en aktionspotential då nervcellen inte kan,
+eller har svårare att, generera en ny aktionspotential och “känner ingen
+stimulans”.
+- ​ Absolut refraktkär period
+  - 
+Direkt efter utlöst ap som varar i någon/några millisekunder.
+  - 
+Omöjligt att få ny ap då Na-kanalerna är inaktiverade (varken
+öppna/stängda)
+- ​ Relativ refraktär period
+  - 
+Alla de spänningsstyrda kanalerna återvänder inte tillsammans från
+inaktiverat läge till stängt läge, utan successivt, en efter en.
+  - 
+Ju fler kanaler som övergår till stängt läge, desto enklare att få ny ap.
+  - 
+Alltså är ap möjligt, men med högt tröskelvärde.
+  - 
+Tar ca 10 millisekunder.
+  - 
+Under denna period är membranpotentialen hyperpolariserad på grund
+av kvarstående öppna K⁺-kanaler vilket gör att membranpotentialen
+ligger längre från tröskelvärdet än normalt.
+
+
+
+
+![[image-f0398d936822.jpeg]]
+
+
+- ​ Refraktäritet utgör alltså en begränsning på antal ap en nervcell kan
+generera under en viss period, maximalt 500 ap/s.
+- ​ De flesta nervcellerna har ett maximum runt 100-200 ap/s
+Frågor
+1.​ Vad innebär refraktäritet? Vad är skillnaden mellan absolut och relativa?
+
+