Johan Dahlin
52dc089662
All checks were successful
Deploy Quartz site to GitHub Pages / build (push) Successful in 5m0s
472 lines
15 KiB
Markdown
472 lines
15 KiB
Markdown
---
|
||
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?
|
||
|
||
|