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Comment la capacité membranaire est-elle liée à l'augmentation de la vitesse de conduction saltatoire ?


Voici la question initiale qui a inspiré ma question. Comme expliqué par les réponses, la raison pour laquelle la conduction saltatoire dans les neurones myélinisés est plus rapide que la conduction non myélinisée est due au fait que la capacité de la membrane est abaissée en réduisant le nombre de canaux (densité de canaux) ou, de manière équivalente, en augmentant l'espacement entre les canaux. J'ai aussi fait une étude préliminaire de modélisation électrodynamique membranaire ici et ici.

D'après ce que j'ai compris de la question liée, la capacité diminuée surcompense l'effet de l'absence de canaux renforçant le courant de sodium, et dans l'ensemble, augmente la vitesse de conduction en permettant au potentiel dépolarisant de se rendre au nœud adjacent plus rapidement qu'en cas de une fibre amyélinisée. Compte tenu de cela, j'ai une question: -

Pourquoi une capacité inférieure augmente-t-elle "l'efficacité des nœuds voisins" ou permet-elle à la tension de dépolarisation de "se déplacer non pas par diffusion d'ions, mais comme un champ électrique" ? Je suis à l'aise avec les condensateurs et la physique connexe, mais pourquoi une capacité inférieure permettrait-elle la propagation de la tension changeante en tant que champ électrique, n'est toujours pas clair pour moi? (Les liens que j'ai placés aident également à quantifier mathématiquement le problème. Cela nous permet de dire que $lambda$, ou le taux de décroissance spatiale du potentiel, augmente, diminuant la longueur effective du neurone. Pourquoi sa diminution devrait-elle aider à une conduction plus rapide ?)

Et une autre question est, comment la densité réduite des canaux dépendants de la tension de sodium entraînerait-elle une diminution de la capacité?


Très belle question ! Je vais passer en revue vos trois questions dans l'ordre.

Q1 : Pourquoi une capacité inférieure augmente-t-elle « l'efficacité des nœuds voisins » ou permet-elle à la tension de dépolarisation de « voyager non pas par diffusion d'ions, mais comme un champ électrique » ?

R : La capacité entraîne essentiellement la séquestration de charges de polarités opposées le long de la membrane cellulaire, ce qui entraîne essentiellement une neutralisation des différences de charge. L'effet de ceci est expliqué sur le site d'Amrita et je cite :

[… ] une capacité plus élevée entraîne une différence de potentiel plus faible. Au sens cellulaire, une capacité accrue nécessite une plus grande différence de concentration en ions à travers la membrane.

La myéline isole le neurone, diminuant ainsi sa capacité. On pourrait dire qu'en augmentant l'épaisseur de la membrane, l'intérieur négatif de la cellule n'attire pas de charge positive à l'extérieur de la cellule. C'est un peu simplifié, mais il décrit efficacement ce que fait la myéline (voir la page Web de Cambridge sur la capacité).

Donc dans un axone myélinisé, quand Na+ pénètre dans la cellule dans un nœud de Ranvier, la charge positive entrant dans la cellule n'est pas contrebalancée par une charge négative extérieure et donc, la charge n'est pas ou du moins moins contrebalancée. Cela permet au potentiel dépolarisant d'être transmis par une charge électrique. S'il n'y avait pas de myéline, le potentiel de dépolarisation s'estomperait assez rapidement le long de l'axone en neutralisant les charges à l'extérieur de la cellule. Sans myéline, l'ouverture de plusieurs canaux sodiques à proximité immédiate est nécessaire non seulement pour transmettre le potentiel d'action à travers l'axone, mais il est également nécessaire d'amplifier le signal pour l'empêcher de s'éteindre. Dans un axone myélinisé, le potentiel dépolarisant atteint donc beaucoup plus loin et en réponse à votre question suivante :

Q2 : Cela nous permet de dire que , ou le taux de décroissance spatiale du potentiel, augmente, diminuant la longueur effective du neurone. Pourquoi sa diminution devrait-elle aider à une conduction plus rapide ?)

On pourrait dire que la myélinisation diminue effectivement la longueur de l'axone (le paramètre lamba) à mesure que le potentiel de dépolarisation atteint plus le long de l'axone.

Le fait que le potentiel de dépolarisation atteigne davantage signifie que les canaux sodiques activés par la tension peuvent être activés à de plus grandes distances à partir d'un certain potentiel de dépolarisation. Par conséquent, les nœuds adjacents de Ranvier peuvent être espacés jusqu'à 1,5 mm. En raison du fait que le nœud suivant est activé par la propagation passive d'un champ électrique, ce qui est à peu près instantané, il saute la distance intermédiaire avec environ la vitesse de la lumière, améliorant considérablement la vitesse de conduction.

Q3 : Et une autre question est la suivante : comment la densité réduite des canaux dépendants de la tension de sodium entraînerait-elle une diminution de la capacité ?

Fondamentalement, il n'y a pas de canaux ioniques sous une gaine de myéline car ils y sont totalement inutiles. C'est la myéline qui diminue la capacité et il se trouve qu'il n'y a pas de canaux en dessous.


Le modèle Hodgkin-Huxley :

$$I=C_mfrac{dV}{dt} + g_k(V_m - V_k) + g_{Na}(V_m - V_{Na}) + g_l(V_m- V_l)$$

Où $C_m$ est la capacité de membrane par unité de surface et $g_i$ sont les conductances de membrane.

La réduction du nombre de canaux n'affecte pas la capacité ; il réduit essentiellement la conductance de la membrane.

La myélinisation entraîne une réduction du nombre de canaux (en les concentrant uniquement aux nœuds de Ranivier) et augmente également l'épaisseur effective de la membrane.

La capacité diminue en fonction inverse de la "distance inter-plaques" (des plaques parallèles) qui est l'épaisseur de la membrane. Cela réduit le courant capacitif. Il empêche également l'accumulation de charge et lui permet ainsi de se propager vers l'avant (courant longitudinal). OMI, l'effet de la myélinisation de la capacité serait bien moindre que celui de son effet sur la conductance.


Pourquoi la conduction saltatoire est-elle plus rapide ?

La myéline accélère considérablement le potentiel d'action conduction à cause exactement cette raison : la myéline agit comme un isolant électrique ! La gaine de myéline réduit la capacité de la membrane et augmente la résistance de la membrane dans les intervalles entre les nœuds, permettant ainsi un vite, saltatoire mouvement des potentiels d'action de nœud en nœud.

De plus, comment la myéline provoque une conduction plus rapide ? En agissant comme un isolant électrique, myéline accélère considérablement le potentiel d'action conduction (Figure 3.14). En l'occurrence, un potentiel d'action généré à un nœud de Ranvier provoque un courant qui circule passivement dans le myélinisé segment jusqu'à ce que le nœud suivant soit atteint.

En outre, qu'est-ce qui est plus rapide que la conduction Saltatory par rapport à la conduction continue ?

Les signaux nerveux transmettent beaucoup plus rapide que dans conduction continue car un potentiel d'action est généré uniquement au niveau des neurofibrilles (segments d'axone sans myélinisation) de l'axone myélinisé plutôt que sur toute la longueur de l'axone non myélinisé.

Pourquoi les axones non myélinisés sont-ils plus lents ?

Cela signifie que axones amyélinisés sommes Ralentissez dans la conduction des signaux électriques, et donc de l'information, que myélinisés axones. Ceci est important car il existe une maladie à laquelle le système immunitaire du corps attaque le myéline gaine autour du axones dans le système nerveux central.


Pourquoi la conduction saltatoire est-elle plus rapide que la conduction continue ?

Les signaux nerveux transmettent beaucoup plus vite que dans conduction continue car un potentiel d'action n'est généré qu'au niveau des neurofibrilles (segments d'axone sans myélinisation) de l'axone myélinisé plutôt que sur toute la longueur de l'axone amyélinisé. conduction se produit dans les axones non myélinisés.

La conduction saltatoire est-elle plus rapide ? Les signaux électriques voyagent plus rapide dans les axones isolés par la myéline. Les potentiels d'action descendant l'axone "sautent" de nœud en nœud. C'est appelé conduction saltatoire ce qui signifie "sauter". Conduction saltatoire est un plus rapide moyen de descendre un axone que de voyager dans un axone sans myéline.

Par la suite, la question est, en quoi la conduction saltatoire est-elle différente de la conduction continue ?

Conduction saltatoire est plus efficace et les potentiels d'action n'ont besoin d'être générés que d'un nœud à l'autre, ce qui entraîne un conduction par rapport à conduction continue.

Pourquoi la conduction saltatoire est-elle plus rapide qu'un axone non myélinisé ?

Myéline accélère considérablement le potentiel d'action conduction à cause exactement de cette raison: myéline agit comme un isolant électrique ! Myéline gaine réduit la capacité de la membrane et augmente la résistance de la membrane dans les intervalles entre les nœuds, permettant ainsi un vite, saltatoire mouvement des potentiels d'action de nœud en nœud.


Comment se produit la conduction saltatoire ?

Conduction saltatoire. Conduction saltatoire décrit la façon dont une impulsion électrique saute d'un nœud à l'autre sur toute la longueur d'un axone, accélérant l'arrivée de l'impulsion à la terminaison nerveuse par rapport à la progression continue plus lente de la dépolarisation se propageant le long d'un axone non myélinisé.

On peut aussi se demander en quoi la conduction saltatoire est différente de la conduction continue ? Conduction saltatoire est plus efficace et les potentiels d'action n'ont besoin d'être générés que d'un nœud à l'autre, ce qui entraîne un conduction par rapport à conduction continue.

Sachez également, comment fonctionne le quizlet de conduction Saltatory ?

Dans les axones myélinisés, les potentiels d'action sautent de nœud en nœud, plutôt que de se déplacer à une vitesse constante le long de l'axone. Conduction dans les axones myélinisés est appelé conduction saltatoire. Dans les grands axones myélinisés, les potentiels d'action sont conduits le long de l'axone à des vitesses allant jusqu'à 100 mètres par seconde.

Comment la conduction saltatoire affecte-t-elle l'utilisation d'énergie dans un neurone?

Les ions sodium et potassium sont plus concentrés sur les côtés opposés de la membrane. Comment la conduction saltatoire affecte-t-elle la consommation d'énergie dans un neurone? Il réduit la charge de travail de la pompe sodium-potassium. Le stimulus A dépolarise un neurone à peine au-dessus du seuil.


Physique intermédiaire pour la médecine et la biologie

Je n'ai jamais aimé l'image physique d'un potentiel d'action sautant d'un nœud à l'autre. Le problème avec cette idée est que le potentiel d'action est réparti sur de nombreux nœuds simultanément lorsqu'il se propage le long de l'axone. Considérons un potentiel d'action avec un temps de montée d'environ une demi-milliseconde. Soit le rayon de l'axone de 5 microns. Tableau 6.2 dans Physique intermédiaire pour la médecine et la biologie indique que la vitesse de propagation de cet axone est de 85 m/s, ce qui implique que la remontée du potentiel d'action s'étale sur (0,5 ms) × (85 mm/ms) = 42,5 mm. Mais la distance entre les nœuds pour cette fibre (à nouveau, d'après le tableau 6.2) est de 1,7 mm. Ainsi, le potentiel d'action ascendant est réparti sur 25 nœuds ! Le potentiel d'action ne monte pas à un nœud puis ne saute pas au suivant, mais il se propage de manière presque continue le long de l'axone myélinisé. J'admets que dans d'autres cas, lorsque la vitesse est plus lente ou que le temps de montée est plus court, vous pouvez observer un comportement qui commence à sembler saltatoire (par exemple, Huxley et Stampfli, Journal de physiologie, Volume 108, Pages 315 & 8211339, 1949), mais même dans ce cas, le potentiel d'action ascendant est réparti sur de nombreux nœuds (voir leur Fig. 13).

Si la conduction saltatoire n'est pas la meilleure description de la propagation le long d'un axone myélinisé, alors qu'est-ce qui est responsable de l'accélération par rapport aux axones non myélinisés ? Principalement, le potentiel d'action se propage plus rapidement en raison d'une réduction de la capacité membranaire. Le long de la section myélinisée de la membrane, la capacité est faible à cause des nombreuses couches de myéline (N condensateurs C en série aboutissent à une capacité totale de C/N). Au niveau d'un nœud de Ranvier, la capacité par unité de surface de la membrane est normale, mais la surface de la membrane nodale est petite. L'addition de ces deux contributions conduit à une très petite capacité moyenne, ou effective, qui permet au potentiel membranaire d'augmenter très rapidement, entraînant une propagation rapide.

En résumé, je ne trouve pas que l'idée d'un potentiel d'action sautant de nœud en nœud soit l'image la plus utile de propagation le long d'un axone myélinisé. Au lieu de cela, je préfère considérer la propagation comme étant presque continue, la capacité effective réduite augmentant la vitesse. Ce n'est pas l'explication typique trouvée dans les livres de physiologie, mais je pense que c'est plus proche de la vérité. Plutôt que d'utiliser le terme conduction saltatoire, je suggère d'utiliser curretory conduction, pour le verbe latin currere , “to run.”


Comment la myélinisation affecte-t-elle la vitesse de conduction de l'influx nerveux ?

Les influx nerveux se propagent sous forme de potentiels d'action, impliquant la dépolarisation rapide de la membrane des cellules nerveuses de -70mV à +30mV, avant que la repolarisation ne se produise, ramenant le potentiel membranaire à -70mV. Ce cycle de dépolarisation et de repolarisation se propage le long de la cellule nerveuse sous la forme d'un signal électrique. Les axones myélinisés sont recouverts d'une gaine protectrice de myéline riche en lipides produite par les cellules de Schwann. Cela isole les régions de la cellule nerveuse, de sorte qu'elle ne peut pas se dépolariser. Les régions dépourvues de myéline sont appelées « nœuds de Ranvier » et celles-ci deviennent les seules zones où des potentiels d'action peuvent se former, entraînant un « saut » de l'influx nerveux de nœud en nœud. C'est ce qu'on appelle la conduction saltatoire. La conduction saltatoire entraîne une vitesse de conduction de l'influx nerveux plus rapide, car les potentiels d'action peuvent « sauter » le long de la neurone.


Comment la myélinisation des neurones augmente-t-elle la vitesse de conduction ?

La myélinisation est la production d'une gaine de myéline - une couche grasse électriquement isolante formée par des cellules de Schwann s'enroulant autour des axones des neurones. Cette gaine n'est pas continue, il existe des interstices entre les cellules de Schwann qui sont appelés nœuds de Ranvier. Au niveau de ces nœuds, la membrane axonale (contenant les canaux ioniques sodium et potassium) est découverte/exposée aux ions en solution extracellulaire. La dépolarisation ne peut donc se produire qu'aux nœuds de Ranvier. Étant donné que le potentiel d'action saute de nœud en nœud (c'est ce qu'on appelle la conduction saltatoire), le potentiel d'action parcourt une plus grande distance pendant une période de temps plus courte. Dans un axone non myélinisé, chaque section de la membrane devra être dépolarisée pour que l'impulsion se déroule le long de l'axone, ce qui prend plus de temps.


Comment la myélinisation affecte-t-elle la constante de temps ?

Le reste de la réponse détaillée est ici. De même, les gens demandent, la myélinisation augmente-t-elle la constante de temps ?

Dans les manuels, il est dit que myélinisation n'affecte pas vraiment le la constante de temps comme tau=RC où R est la résistance membranaire et C est la capacité membranaire. La myéline augmente résistance de la membrane tout en diminuant la capacité de la membrane afin qu'il n'y ait pas vraiment d'effet global sur la la constante de temps.

De même, comment la myélinisation accélère-t-elle le potentiel d'action ? En agissant comme un isolant électrique, myéline très accélère le potentiel d'action conduction (figure 3.14). Étant donné que le courant ne traverse la membrane neuronale qu'au niveau des nœuds (voir la figure 3.13), ce type de propagation est appelé saltatoire, ce qui signifie que le potentiel d'action saute de nœud en nœud.

A ce propos, quelle est la constante de temps de la membrane ?

Constante de temps membranaire est le temps pour que le potentiel chute du repos à une fraction (1-l/e), ​​soit 63 %, de sa valeur finale dans la courbe de charge lors de l'application d'une petite impulsion de courant négative.

A quel âge la myélinisation est-elle complète ?

En avançant âge, une augmentation progressive du grade de myélinisation a été noté dans ces régions, et à environ 40 mois de myélinisation de l'âge était Achevée. Cependant, chez la plupart de nos patients âgés de 20 mois, myélinisation dans les zones péritrigonales sont apparues Achevée.


Modéliser physiquement la transmission de l'influx nerveux saltatoire ?

La transmission de l'influx nerveux est spécifiquement un processus biophysique. Sous un repos stade, la membrane est déjà polarisée (présence de charge de part et d'autre entraînant une différence de potentiel à ses bornes, du fait de sa capacité finie). Les changements de ces polarisations médiés par plusieurs agents, provoquent la dépolarisation d'une partie de cette membrane (inversion des charges dans cette zone localisée). Cela modifie la différence de potentiel à travers cette région et démarre le flux d'ions de la région dépolarisée de la membrane vers la région polarisée adjacente, induisant la même dépolarisation là-bas. Myéliniser un neurone est similaire à abaisser la capacité du neurone. La myélinisation du neurone provoque la séparation spatiale des potentiels d'action ultérieurs et la conduction de la tension entre eux se produit principalement par le biais du flux ionique le long du neurone. Voici quelques notions de base sur la conduction nerveuse.

Maintenant ma vraie question. Modéliser un neurone comme un simple unidimensionnel membrane/câble, comment une capacité réduite peut-elle conduire à une conduction plus rapide de la perturbation de tension, c'est-à-dire un changement de tension (dépolarisation), qui est initialement limité à une petite région localisée ? Cette conduction du changement de tension peut se produire à travers le flux d'ions le long de la face interne de la membrane et également en raison de changements de potentiel à longue distance dus à la répartition modifiée des charges le long de la membrane.. Une très bonne modélisation physique du neurone est donnée ici et ici, mais en raison de la nature mathématique assez compliquée de l'équation du télégraphe modifiée qui apparaît comme la réponse finale, je suis incapable de comprendre comment une capacité réduite augmente la vitesse de conduction de la tension ?

Dites-moi si cette question est hors sujet ou trop biologique pour y répondre ici.


Dépannage

Cela peut parfois être une expérience difficile, car le ver peut ne pas produire de pointes en fonction de la quantité et du temps d'anesthésique utilisé ainsi que de l'état de santé général du ver. Si vous vous en tenez à la solution d'alcool à 10 % pendant environ 3 à 6 minutes, le ver devrait produire des pointes la plupart du temps dès que vous commencez (n'oubliez pas de laver le ver dans l'eau après l'avoir anesthésié).

Vous pouvez également essayer de toucher le ver avec plus ou moins de pression. Parfois, un très petit robinet fonctionnera, d'autres fois, une pression plus forte peut être nécessaire. Certains vers répondent mieux à un stimulus tout au bout de leur corps, tandis que d'autres répondent mieux à un stimulus de quelques centimètres vers l'intérieur.

Enfin, parfois, vous provoquerez un artefact lorsque vous toucherez le ver. En regardant de près les formes d'onde des artefacts, les artefacts apparaîtront exactement de la même manière sur les deux canaux. Il s'agit d'un faux piquet et non physiologique ! Parfois, le séchage périodique de votre sonde aide également à ne pas trop réhydrater le ver dans l'eau (mais veillez également à ne pas sécher le ver). C'est un équilibre minutieux, et vous développerez votre propre style et technique au fur et à mesure que vous acquerrez de l'expérience.

Vous pouvez également utiliser un stimulus d'air à partir d'un bidon d'air à la place d'une pointe en plastique, en bois ou en verre si vous obtenez trop de fausses pointes. Vous pouvez également retourner le ver de manière à ce que la face ventrale ou inférieure soit tournée vers le haut. Cela signifie que lorsque vous touchez le ver avec votre sonde, le toucher sera plus proche du nerf.


Voir la vidéo: Kondensaattorin mittaus yleismittarilla (Janvier 2022).