top of page
  • Forfatters billedeVestegnens Sportsklinik

Nervesystemet del 2

Aktionspotentialer!

Forestil dig, hvis alt, hvad du gjorde, tænkte og følte, kunne oversættes ved blot at trykke på en knap. Forestil dig at bruge verdens enkleste app, en der sender et lille signal ud, altid med samme volumen og længde, for at formidle alt fra “det er vildt koldt herinde” til “Jeg elsker spanskrør” til “hold da op, hvor ville det være rart, hvis jeg lige trak vejret en gang.”


Det er faktisk nøjagtigt sådan, dine neuroner sender alle impulser rundt i kroppen, som er ansvarlige for hver af dine handlinger, tanker og følelser.


Når et neuron bliver stimuleret tilstrækkeligt, sender det en elektrisk impuls, der suser ud gennem sit axon ned til sine tilstødende neuroner. Men de har kun én type signal, som de kan sende, og det transmitteres kun med en konstant styrke og hastighed.


Hvad de dog kan variere er frekvensen, eller antallet af impulser, og din hjerne kan oversætte disse signaler – læse dem som binær kode, organisere dem efter placering, stimulering, størrelse og betydning – så du kan kende forskel mellem “skru op for termostaten” og “åh nej, jeg brænder!”


Denne nerveimpuls, kaldet aktionspotentialet, udgør et af de mest grundlæggende aspekter af anatomi og fysiologi og faktisk livet generelt. Det sker lige nu indeni dig! Vi ønsker at sikre, at du forstår, hvad al denne signalering handler om.


Elektricitet

Inden vi dykker ned i, hvordan nerveceller kommunikerer med hinanden, er det nødvendigt at friske vores hukommelse op om en gammel bekendt fra fysiktimerne i folkeskolen: Elektricitet.


Forestil dig grundlæggende din krop som en sæk med batterier. Jeg mener ikke, at du rent faktisk ligner en sæk batterier, jeg prøver blot at sige, at din krop som helhed er elektrisk neutral med lige store mængder positive og negative ladninger, der svæver rundt. Dog er nogle af dem mere positivt eller negativt ladede end andre.


For at holde disse modstridende ladninger adskilte, har vi brug for barrierer eller membraner. Disse membraner fungerer som skillevægge, der holder de positive og negative ladninger adskilte, indtil vi beslutter os for at bruge den energi, som deres tiltrækning skaber. Med andre ord holder vi dem adskilte for at opbygge potentiale.


Tænk på et batteri, der sidder alene. Det har både en positiv og en negativ ende og potentialet til at frigive energi. Dog sker der intet, før det sættes i en lommelygte, en fjernbetjening eller et legetøj til børn, der lader disse ladninger bevæge sig mod hinanden og derved omdanne elektricitet til lys, fjernsyn eller barnelatter.


På en lignende måde fungerer hvert neuron i din krop som sit eget lille batteri med sine egne adskilte ladninger. Det kræver blot noget, der kan udløse handlingen og bringe disse afgifter sammen.


Hvis det virker mere som teknik end anatomi, har du ikke helt uret. Faktisk kan det hjælpe at tænke på dine neuroner på samme måde som en elektriker ville gøre.


For eksempel måles spænding (U) som målet for potentiel energi, genereret af adskilte ladninger. Vi bruger millivolt, da det er en relativt lille mængde spænding i kroppen. Membranpotentialet henviser til forskellen i ladning i en celle. Jo større forskellen mellem de positive og negative områder er, jo højere spænding og jo større potentiale.


Ligesom der er spænding i din krop, er der også strøm – strømmen af strøm (I) fra et punkt til et andet. Mængden af ladning i en strøm er relateret til både spænding og modstand ved formlen: Spænding = Strøm / Modstand eller U=I/R. Modstand (R) er simpelthen det, der står i vejen for strømmen. Et materiale med høj modstand er en isolator, som plastik, og noget med lav modstand er en leder, som metal.


Når vi taler om disse begreber i forhold til dig, refererer vi normalt til, hvordan strøm indikerer strømningen af positivt eller negativt ladede ioner over modstanden i dine cellers membraner. Disse membraner adskiller igen ladningerne, hvilket giver potentiale til at omdanne elektriciteten til noget nyttigt. Nu, da du har fået en hurtig gennemgang af elektricitet, lad os se, hvordan det fungerer i dit nervesystem.


Overgange mellem membraner

Et hvilende neuron kan sammenlignes med et batteri, der ligger roligt i den sæk, som udgør dig. I hviletilstand er neuronet mere negativt ladt på indersiden af cellen i forhold til det ekstracellulære rum omkring det. Denne forskel er kendt som neuronets hvilemembranpotentiale, og det “hviler” typisk ved omkring -70 millivolt (mV).


Hvor stammer disse ladningsforskelle fra? Uden for et hvilende neuron svæver en gruppe positive natriumioner, der bare opholder sig uden for membranen. Indvendigt indeholder neuronet også kaliumioner, der er positivt ladede, men de er blandet med større, negativt ladede proteiner. Da der er flere natriumioner udenfor end kaliumioner indenfor, resulterer det i, at cellens indre har en samlet negativ ladning. Når et neuron har et negativt membranpotentiale som dette, siger man, at det er polariseret.


Det er vigtigt at forstå, at disse ioner og deres forskelle ikke opstår tilfældigt. De er nøje koordineret af en af de mest afgørende aktører i dit nervesystem, nemlig natrium-kaliumpumpen. Dette lille protein strækker sig over neuronets membran, og der er adskillige af dem langs hele axonen.


For hver to kaliumioner, den pumper ind i cellen, pumper den ud tre natriumioner. Dette skaber en forskel i koncentrationen af natrium og kalium og en forskel i ladninger, hvilket gør det mere positivt uden for neuronet. Denne forskel udgør en elektrokemisk gradient, og som du sandsynligvis ved fra biologitimen, hader naturen gradienter! Den stræber efter at udligne alle disse uligheder, i koncentration og i ladning, for at opnå så tæt på balance og perfektion som muligt. Men den eneste måde at udjævne disse gradienter på er ved at lade ionerne passere gennem membranen.


Heldigvis er natrium-kaliumpumpen ikke den eneste vej ud af cellen – membranen er også fyldt med ionkanaler: store proteiner, der giver sikker passage gennem membranen, når deres respektive porte er åbne. Disse porte åbnes og lukkes af forskellige grunde, afhængigt af deres struktur og formål.


  • De fleste af dem er spændingsstyrede kanaler, der åbner ved visse membranpotentialer og lukker ved andre. For eksempel åbnes dine neuroners natriumkanaler, når spændingen når op omkring -55mV.

  • Men der er også ligandstyrede kanaler – de åbnes kun, når en bestemt neurotransmitter, som serotonin, eller et hormon, binder sig fast på dem. Derfor hedder de ligandstyrede, fordi de reagerer på binding af en molekyle (ligand).

  • Endelig har vi mekanosensitive kanaler, der åbner sig som respons på fysisk stræk af membranen. Ordet mekanosensitiv henviser her til opfattelsen af bevægelse i det tilstødende membranvæv.



Under alle omstændigheder, når portene åbnes, diffunderer ioner hurtigt over membranen ned ad deres elektrokemiske gradient, udligner koncentrationerne og bevæger sig væk fra andre positivt ladede ioner.


Disse ionbevægelser er nøglen til alle elektriske begivenheder i neuroner og udgør dermed kraften bag hver eneste ting, vi tænker, gør og føler.


Selvfølgelig er ikke alle elektriske reaktioner i din krop ens, og ionstrømmene løber heller ikke konstant ind og ud af dine neuroner. Hvis kun et par kanaler åbnes, og der kun strømmer en smule natrium ind i cellen, forårsager det kun en lille ændring i membranpotentialet i den lokale del af cellen. Dette kaldes et gradueret potentiale.


Men for at sende signaler over lange distancer langs et axon har du brug for en større ændring – en, der er stor nok til at udløse de spændingsstyrede kanaler.


Dette er aktionspotentialet! Og din bedste chance for at få det til at ske er at depolarisere det hvilende neuron – det vil sige, forårsage en tilstrækkelig stor ændring i dets membranpotentiale til at få de spændingsstyrede kanaler til at åbne sig.


Aktionsprocessen kort fortalt

  1. Det hele begynder med, at dit neuron hviler i en tilstand af ro. Alle ionkanaler er lukkede, og den indre spænding hviler på -70mV. Og så sker der noget!

  2. En miljømæssig stimulus opstår, såsom en edderkop, der børster op mod et lille hår på dit knæ, hvilket får natriumkanalerne til at åbne sig og øge ladningen inde i membranen.

  3. Nu skal stimulansen – og den resulterende ændring – være stærk nok til at krydse en tærskel for at udløse det virkelige aktionspotentiale, og denne tærskel er omkring -55mV.


Husk dette nummer: -55mV – fordi det er et alt-eller-intet fænomen. Hvis stimulansen er for svag, og ændringen ikke når dette niveau, er det som en falsk alarm – neuronet vender blot tilbage til sin hviletilstand.


Men ligesom når Doc Brown rammer 1,21 gigawatt i sin DeLorean, sker der noget, når det når denne tærskel – du vil måske ikke rejse i tid, men du vil opleve noget seriøst aktionspotentiale.


Ved denne tærskel åbnes de spændingsstyrede natriumkanaler, og da der er masser af dem, strømmer alle de positive natriumioner ind, hvilket gør cellen massivt depolariseret – så meget, at den faktisk bliver positiv, op til ca. +40mV. Dette er aktionspotentialet i aktion.


Det er egentlig bare en midlertidig vending af membranpotentialet – en kort depolarisering forårsaget af ændringer i strømningerne. Og i modsætning til graduerede potentialer, der er små og lokale, starter et aktionspotentiale en biologisk kædereaktion, der sender det elektriske signal ned ad axonet.


Fordi hver af dine neuroner har masser af spændingsstyrede natriumkanaler. Så når nogle få i et område åbner, er den lokale strøm stærk nok til at ændre spændingen i kanalerne omkring dem. Og det udløser deres naboer, som udløser spændingen bag dem, og så videre langs hele linjen af neuroner.


Så snart alt er sat i gang, begynder processen med repolarisering. Denne gang åbner de spændingsstyrede kaliumionkanaler sig, og kaliumionerne strømmer ud i et forsøg på at genbalancere ladningerne.


Hvis det går for langt, går membranerne kortvarigt igennem hyperpolarisering: Deres spænding falder til omkring -75mV, før alle porte lukkes, og natrium-kaliumpumperne overtager og bringer tingene tilbage til deres hvileniveau.


Når en del af et axon er midt i alt dette, og dens ionkanaler er åbne, kan den ikke reagere på nogen anden stimulus, uanset hvor stærk. Dette kaldes den refraktære periode, og det er der for at forhindre, at signaler bevæger sig i begge retninger ned ad axonet på én gang.


Faktisk har denne periode to specielle underfaser. Den første fase af denne periode, fra depolarisering til repolarisering, kaldes den absolutte refraktærperiode, og den sikrer, at hvert aktionspotentiale er sin egen unikke alt-eller-intet begivenhed. Fasen umiddelbart efter denne periode – den, der strækker sig fra repolarisering gennem hyperpolarisering og tilbage til hvilepotentiale – kaldes den relative refraktærperiode.



Er vi snart færdige med at tale aktionspotentialer?

Jeg kan forestille mig, at det er overvældende med alle disse informationer, tal, beskrivelser og tekniske udtryk. Men det fascinerende er, at dette komplekse system er bygget på en overraskende enkel app, som dit nervesystem bruger til at lade dig opleve og reagere på verden.


Uanset om det er en edderkop på dit knæ eller en elefant, et papirsnit i fingeren eller et stiksår, forbliver spændingerne i denne proces stort set de samme – med en indledende tærskel omkring -55mV og en top ved depolarisering omkring +40mV. Dine neuroner kommunikerer således i en monotont summende rytme.


Den virkelige forskel ligger i frekvensen eller hyppigheden af denne summen. En svag stimulus udløser typisk mindre hyppige aktionspotentialer, og denne frekvens varierer baseret på opgavens størrelse. Ligesom når din hjerne instruerer dine muskler til at udføre en opgave.


For en delikat opgave, som at pille et æg uden at ødelægge skallen, er signalet lavfrekvent. Men når du står over for en mere intens opgave, som at forsøge at kvase en tom dåse, øger frekvensen af aktionspotentialer, og din hjerne sender en besked, du ikke kan ignorere.


Der er også variation i aktionspotentialerne baseret på hastighed eller ledningshastighed. De er hurtigst på nervebaner, der styrer reflekser, men langsommere på steder som kirtler, tarme og blodkar. En afgørende faktor, der påvirker en neurons transmissionshastighed, er tilstedeværelsen af en myelinskede på dens axon.


Axoner, der er dækket af isolerende myelinskede, sender impulser hurtigere end ikke-myeliniserede. Dette skyldes, at i stedet for at udløse en kanal ad gangen i en kædereaktion, kan en strøm effektivt hoppe fra en myelinskede til den næste.



I det perifere nervesystem fungerer Schwannske celler som skræddere, der omhyggeligt vikler myelinskeder rundt om axonerne. Disse celler holder lidt afstand fra hinanden, og langs med axonet kan du observere små “fordybninger” i myelinet, kaldet de Ranvierske indsnøringer – en detalje, der lyder som noget, Herkules kunne have fået som en af sine opgaver.


Disse charmerende “fordybninger” i myelinskederne bærer det fornemme navn Ranvierske indsnøringer, og denne form for strømning har den poetiske betegnelse, saltatorisk ledning, afledt af det latinske ord for at springe: -Saltus.


I centralnervesystemet er myeliniseringen resultatet af oligodendrocytter, der omfavner axonet, i modsætning til Schwannske celler, der indhyller hele cellekroppen omkring axonen. Disse celler mangler de karakteristiske indsnøringer, som vi ser i neuroner fra det perifere nervesystem.


Men hvad sker der, når et aktionspotentiale når enden af sit axon og står klar til mere end blot at springe over myelinskederne? Hvordan springer det hele vejen videre til et andet neuron? Dette vil vi udforske næste gang!


Opsummering

Nu har du kastet dig ud i den fascinerende rejse gennem din krops elektriske univers. Forestil dig din krop som en enorm pose fyldt med batterier, hvor hver celle er en kilde til elektrisk potentiale. Midt i dette spektakulære arrangement står dine neuroner som dirigenter, der præcist regulerer ionkanalerne, skaber et eldorado af elektrokemi.


Fra hviletilstanden, hvor dine neuroner ligger i en forventningsfuld ro, til det spændingsfyldte øjeblik af depolarisering, hvor elektriske impulser begynder at danse gennem dine celler, oplever du et utroligt aktionspotentiale. En symfoni af elektrokemiske processer udfolder sig, før din krop vender tilbage til roen under repolarisering og kaster et kort, fordybende blik på hyperpolariseringens mysterier.


Du har nu stiftet bekendtskab med de elektriske rytmer, der styrer din krops funktioner, og snart vil du dykke endnu dybere ned i dette magiske univers af signalering og transmission. Fortsæt din rejse, og opdag de utallige lag af skønhed, der gemmer sig bag hver elektrisk puls i din fantastiske krop.



4 visninger

Seneste blogindlæg

Se alle

Smerter

Comments


bottom of page