Описание на потенциала на покой при неврона

В това видео искам да опиша невронният потенциал на мембраната в покой, който често наричаме само потенциал на покой. Нека начертая един неврон, който ще е малко разкривен, за да имам място да чертая. Ще начертая тялото тук и много дълъг аксон, излизащ от тялото – и, обикновено, аксонът е тънък, дълъг израстък, излизащ от тялото, но просто ми трябва повече място да го нарисувам. Ще нарисувам един дебел. И това ще са другите части на клетъчното тяло. И после ще нарисувам един много голям дендрит. И, като аксона, разбира се, тези обикновено са просто малки тънки израстъци, излизащи от тялото. Но просто ми трябва малко пространство. Повечето неврони в покой, което означава, че не получават входящи данни, имат стабилно разделяне на зарядите през клетъчната мембрана, наречени потенциал на покой. Това включва повече положителни заряди в слоя от външната страна на мембраната и повече отрицателни заряди в слоя от вътрешната страна на мембраната. Тези заряди са йони. Отрицателно заредените йони, които са в слой във вътрешността на мембраната, наричаме също аниони. Положително заредените йони в слоя извън мембраната наричаме катиони. Този слой аниони във вътрешността и катионите от външната част са разположени по цялата мембрана на нервната клетка. По цялата мембрана на дендрита и клетъчното тяло, и по мембраната на аксона. Искам да поясня, че има смес от аниони и катиони от двете страни на мембраната. Просто поставих знаците плюс отвън мембраната, за да покажа , че в слоя срещу външната част на мембраната има повече катиони, отколкото аниони. Поставих отрицателните знаци във вътрешната част на мембраната, за да покажа, че в този слой има повече аниони, отколкото катиони. Относно разликата при отделянето на зарядите, общоприетата практика е да наречем външната част нула. И просто ще кажем, че външната част е нула и поставяме това като отправна точка. После просто ще използваме едно-единствено число за вътрешността на мембраната, което е разликата между напрежението вън и вътре, или разликата в силата при отделянето на зарядите. Тази разлика има различна стойност при различните видове неврони, но около -60 миливолта е доста често срещан потенциал на покой за неврон. Просто ще запиша малко m и голямо V за миливолтове. Това е стойността, която използваме, за да окачествим тази разлика в разделението на зарядите. Около -60 е много често срещан мембранен потенциал на покой за един неврон. Потенциалът на покой на невроните е свързан с разликите в концентрацията, които също се наричат градиенти, на много йони през клетъчната мембрана. Има много различни йони, които имат висока концентрация извън неврона и ниска концентрация вътре в неврона, и обратно. Но някои от тези йони са най-важни за невронната функция. Катионите, или положително заредените йони, които са най-важни за невронната функция, са калий – просто ще запиша К+ натрий, който ще запиша като Na+, и калций, което ще запиша като Са2+. Понеже всеки калциев йон има два положителни заряда. И най-важните аниони за невронната функция, или отрицателно заредените йони, са хлорид, който ще запиша като Cl-, а после има множество органични аниони. И просто ще запиша ОА- за органични аниони. Има куп различни органични аниони в невроните и други клетки. Повечето от тях са протеини, които носят сумарен отрицателен заряд. Има четири вида йони, които ще имат концентрационни разлики през клетъчната мембрана, които ще наречем още концентрационни градиенти. И това е различно за различните йони – дали имат по-висока концентрация вътре в или извън неврона. Органичните аниони и калиевите йони имат по-висока концентрация вътре в неврона, отколкото отвън. Просто ще представя това, като запиша тези букви по-големи вътре в неврона. После ще запиша малко ОА-, за да покажа, че има по-малка концентрация на органични аниони извън неврона, отколкото вътре. И същото за калия. Ще запиша малко К+ извън неврона в сравнение с голямо К+ вътре, понеже концентрацията на калия е по-висока вътре в неврона, отколкото извън неврона. Противоположното е вярно за тези други три йона. Концентрацията на натрий е много по-висока извън неврона, отколкото вътре в неврона, както и концентрацията на калций. Има много повече калций извън неврона, отколкото вътре. Концентрацията на хлорните йони също е много по-висока извън неврона, отколкото вътре в неврона. Следователно върху всеки от тези йони ще действат две сили, които опитват да ги вкарат или изкарат от неврона. Първата е електричната сила от мембранния потенциал. Понеже всеки йон ще бъде привлечен към страната на мембраната с противоположния заряд, противоположните заряди се привличат, а еднаквите заряди се отблъскват. Ако погледнем всеки от тези йони, органичните аниони са отрицателно заредени, така че ще бъдат привлечени към външната страна на неврона, където има повече положителни заряди. Електричната сила, действаща върху органичните аниони, ще опита да ги изкара от неврона. При калия е обратното. Той е положително зареден. Той ще бъде привлечен към вътрешната част на мембраната, която е по-отрицателна. Тоест неговата електрична сила ще опита да го вкара в неврона. При натрия е същото като при калия. Той е положително зареден, така че ще бъде привлечен към по-отрицателната вътрешна страна на неврона. Хлорът е анион като органичните аниони, така че неговата електрична сила ще опита да го извади от неврона. Калцият е катион, като калия и натрия, така че електричната му сила също ще опита да го вкара в неврона. Но има един втори вид сили, действащи върху тези йони, които могат да се приемат като сила на дифузия, или често се нарича химична сила, свързана с концентрационните градиенти през невронната мембрана, понеже частиците в един разтвор винаги опитват да преминат от област с висока концентрация към област с по-ниска концентрация. Ако разгледаме органичните аниони, те са с по-висока концентрация вътре в неврона, отколкото отвън. Тоест тяхната дифузионна сила ще опитва да ги изкара от неврона, точно както електричната сила. Калият е малко объркан. Електричната му сила се опитва да го вкара в неврона, но той има по-висока концентрация вътре в неврона, затова дифузионната сила опитва да го изкара от неврона. Натрият има еднакви електрична и дифузионна сили, понеже има по-висока концентрация извън неврона, отколкото вътре. Електричната сила на хлора се опитва да го изкара от неврона. Но понеже той има по-висока концентрация извън неврона, дифузионната му сила ще опитва да го вкара в неврона. Калцият е точно като натрия. И електричната му, и дифузионната му сила се опитват да вкарат калция вътре в неврона. Често наричаме тези сили електрохимични задвижващи сили накратко. Невроните използват тези сили, за да осъществяват своите функции. Но преди да говорим за това, в следващото видео, ще видим как възниква мембранният потенциал в покой и как той е свързан с разликите в концентрациите на някои от ключовите йони.