Вот оригинальный вопрос, который вдохновил мой вопрос. Как объясняется в ответах, причина, по которой скачкообразная проводимость в миелинизированных нейронах быстрее, чем немиелинизированная, заключается в том, что емкость мембраны снижается за счет уменьшения количества каналов (плотность каналов) или, что эквивалентно, увеличения расстояния между каналами. Я также провел предварительное исследование мембранного электродинамического моделирования здесь и здесь .
Из того, что я понял из связанного вопроса, уменьшенная емкость сверхкомпенсирует эффект отсутствия каналов, усиливающих натриевый ток, и в целом увеличивает скорость проводимости, позволяя деполяризующему потенциалу перемещаться к соседнему узлу быстрее, чем в случае немиелинизированное волокно. В связи с этим у меня вопрос: -
Почему более низкая емкость увеличивает «эффективность близлежащих узлов» или позволяет деполяризующему напряжению «перемещаться не за счет диффузии ионов, а в виде электрического поля»? Я хорошо разбираюсь в конденсаторах и связанной с ними физике, но почему меньшая емкость позволяет распространять изменяющееся напряжение в виде электрического поля, мне до сих пор непонятно? (Ссылки, которые я разместил, также помогают количественно оценить проблему математически. Это позволяет нам сказать, что , или скорость пространственного распада потенциала, увеличивается, уменьшая эффективную длину нейрона. Почему его уменьшение должно способствовать более быстрой проводимости?)
И еще один вопрос: как уменьшение плотности натриевых потенциалзависимых каналов может привести к уменьшению емкости?
Очень хороший вопрос! Я пройдусь по трем вашим вопросам последовательно.
Q1: Почему более низкая емкость увеличивает «эффективность близлежащих узлов» или позволяет деполяризующему напряжению «перемещаться не за счет диффузии ионов, а в виде электрического поля»?
О: Емкость в основном приводит к секвестрации зарядов противоположной полярности вдоль клеточной мембраны, что в основном приводит к нейтрализации различий зарядов. Эффект этого объясняется на веб-сайте Амриты , и я цитирую:
[...] более высокая емкость приводит к более низкой разности потенциалов. В клеточном смысле повышенная емкость требует большей разницы концентраций ионов через мембрану.
Что делает миелин, так это изолирует нейрон, тем самым уменьшая его емкость. Можно сказать, что за счет увеличения толщины мембраны отрицательные внутренности клетки не притягивают положительный заряд снаружи клетки. Это немного упрощено, но эффективно описывает то, что делает миелин ( см. Кембриджскую веб-страницу о емкости ).
Таким образом, в миелинизированном аксоне, когда Na + входит в клетку в перехвате Ранвье, положительный заряд, входящий в клетку, не уравновешивается внешним отрицательным зарядом и, следовательно, заряд не уравновешивается или, по крайней мере, менее уравновешен. Это позволяет передавать деполяризующий потенциал электрическим зарядом. Если бы не было миелина, деполяризующий потенциал довольно быстро исчезал бы вдоль аксона, нейтрализуя заряды вне клетки. Без миелина открытие большего количества натриевых каналов в непосредственной близости необходимо не только для передачи потенциала действия по аксону, но также необходимо для усиления сигнала, чтобы предотвратить его затухание. Таким образом, в миелинизированном аксоне деполяризующий потенциал простирается гораздо дальше, и это ответ на ваш следующий вопрос:
Q2: Это позволяет нам сказать, что λ, или скорость пространственного распада потенциала, увеличивается, уменьшая эффективную длину нейрона. Почему его уменьшение должно способствовать более быстрой проводимости?)
Можно сказать, что миелинизация эффективно уменьшает длину аксона (параметр лямба) по мере того, как деполяризующий потенциал распространяется дальше по аксону.
Тот факт, что деполяризующий потенциал распространяется дальше, означает, что управляемые напряжением натриевые каналы могут активироваться на больших расстояниях от определенного деполяризующего потенциала. Следовательно, соседние узлы Ранвье могут располагаться на расстоянии до 1,5 мм. Из-за того, что следующий узел активируется пассивным распространением электрического поля, которое практически мгновенно, он пропускает промежуточное расстояние со скоростью света, значительно увеличивая скорость проводимости.
Q3: И еще один вопрос: как уменьшение плотности натриевых потенциалзависимых каналов может привести к уменьшению емкости?
В принципе, под миелиновой оболочкой нет ионных каналов, так как они там совершенно бесполезны. Именно миелин уменьшает емкость, и под ним нет каналов.
Модель Ходжкина-Хаксли:
Где - емкость мембраны на единицу площади и являются мембранными проводимостями.
Уменьшение количества каналов не влияет на емкость; это в основном снижает проводимость мембраны.
Миелинизация вызывает уменьшение числа каналов (концентрируя их только в перехватах Ранивье), а также увеличивает эффективную толщину мембраны.
Емкость уменьшается обратно пропорционально «расстоянию между пластинами» (параллельных пластин), которое является толщиной мембраны. Это уменьшает емкостной ток. Это также предотвращает накопление заряда и тем самым позволяет ему распространяться вперед (продольный ток). ИМО, эффект миелинизации емкости будет намного меньше, чем его влияние на проводимость.
стохастический13
АлисаД