Fizjologia Neuronu - Podstawy i Potencjały

Neuron to funkcjonalna komórka nerwowa, stanowiąca podstawową jednostkę układu nerwowego.
Budowa neuronu obejmuje następujące elementy:
- Ciało komórki (perykarion): Główna część neuronu zawierająca jądro i organelle.
- Dendryty: Liczne wypustki, których funkcją jest odbieranie sygnałów z otoczenia.
- Akson: Pojedyncza wypustka, znana również jako włókno nerwowe, odpowiedzialna za przekazywanie sygnału dalej.
Synapsa to miejsce, w którym impuls przesuwa się na kolejną komórkę. Składa się z:
- Błony presynaptycznej: Końcówka aksonu uwalniająca neuroprzekaźniki.
- Szczeliny synaptycznej: Przestrzeń między komórkami.
- Błony postsynaptycznej: Zakończenie dendrytu kolejnej komórki, odbierające sygnał.

Neurony można sklasyfikować na podstawie liczby wypustek i ich rozmieszczenia:
- Komórka wielobiegunowa: Posiada wiele dendrytów i jeden akson. Występuje najczęściej, np. w korze mózgowej oraz w rogach przednich rdzenia kręgowego.
- Komórka dwubiegunowa: Posiada jeden dendryt i jeden akson. Przykładem jest siatkówka oka.
- Komórka pseudo-jednobiegunowa: Posiada jedną wypustkę, która następnie rozchodzi się w dwóch przeciwnych kierunkach (jeden kierunek pełni rolę dendrytu, drugi aksonu). Występuje w zwojach rdzeniowych (czuciowych).

Potencjał spoczynkowy wynosi średnio $-70\,mV$ .
Definicja: Jest to różnica ładunków elektrycznych pomiędzy wnętrzem a otoczeniem neuronu w stanie spoczynku (brak przewodzenia impulsu nerwowego).
Miejsce występowania: Błona komórkowa neuronu.
Mechanizm wytwarzania i utrzymywania potencjału spoczynkowego:
- Pompa sodowo-potasowa: Aktywnie transportuje $3\,Na^+$ na zewnątrz komórki oraz $2\,K^+$ do wewnątrz.
- Przeciekowe kanały potasowe ( $K^+$ ): Są bardziej przepuszczalne niż kanały sodowe, co pozwala na dyfuzję jonów zgodnie z gradientem stężeń.
- Przeciekowe kanały sodowe ( $Na^+$ ): Charakteryzują się mniejszą przepuszczalnością.
Rozkład jonów i ładunków:
- Wnętrze komórki: Wysokie stężenie jonów potasu ( $K^+$ ) oraz obecność ujemnie naładowanych anionów białkowych i fosforanowych, co nadaje wnętrzu ładunek ujemny $-70\,mV$ .
- Otoczenie komórki: Wysokie stężenie jonów sodu ( $Na^+$ ) i chloru ( $Cl^-$ ), co skutkuje ładunkiem dodatnim.
Udział poszczególnych elementów w potencjale:
- Aniony białkowe/fosforanowe: $-65\,mV$ .
- Jony $K^+$ : $-10\,mV$ .
- Jony $Na^+$ : $+5\,mV$ .

Podstawowe pojęcia opisujące zmiany napięcia na błonie:
- Depolaryzacja: Przesunięcie potencjału w kierunku wartości dodatnich (np. do $+30\,mV$ ). Prowadzi do pobudzenia neuronu.
- Repolaryzacja: Powrót potencjału błonowego do poziomu spoczynkowego po wystąpieniu depolaryzacji.
- Hiperpolaryzacja: Spadek potencjału błonowego do wartości bardziej ujemnych niż potencjał spoczynkowy (np. $-90\,mV$ ). Powoduje hamowanie neuronu.

Potencjał stopniowany to lokalne, stopniowe zmiany napięcia w błonie neuronu (zbliżanie lub oddalanie potencjału od progu pobudzenia).
Występuje w błonie postsynaptycznej neuronu.
EPSP (Excitatory Postsynaptic Potential): Pobudzający potencjał postsynaptyczny.
- Wywoływany przez neuroprzekaźniki pobudzające, np. glutaminian.
- Mechanizm: Otwarcie kanałów $Na^+$ i napływ tych jonów do wnętrza.
- Skutek: Depolaryzacja.
IPSP (Inhibitory Postsynaptic Potential): Hamujący potencjał postsynaptyczny.
- Wywoływany przez neuroprzekaźniki hamujące, np. GABA.
- Mechanizm: Otwarcie kanałów potasowych ( $K^+$ ) lub chlorkowych ( $Cl^-$ ).
- Skutek: Hiperpolaryzacja (potencjał spada np. do $-90\,mV$ ).
Potencjał progowy: Poziom napięcia ( $-55\,mV$ ), którego osiągnięcie jest niezbędne do wygenerowania potencjału czynnościowego.

Potencjał czynnościowy charakteryzuje się gwałtowną zmianą napięcia:
- Faza depolaryzacji: Wzrost napięcia od $-55\,mV$ (próg) do wartości szczytowej ok. $+30\,mV$ .
- Faza repolaryzacji: Spadek napięcia z powrotem do poziomu spoczynkowego.
- Faza hiperpolaryzacji: Przejściowy spadek poniżej $-70\,mV$ (do ok. $-90\,mV$ ).
Charakterystyka kanałów sodowych ( $Na^+$ ) sterowanych napięciem:
- Stan spoczynkowy: Kanały zamknięte przy napięciu $-70\,mV$ .
- Otwarcie kanałów: Następuje po osiągnięciu progu $-55\,mV$ ; gwałtowny napływ $Na^+$ do komórki.
- Inaktywacja: Przy napięciu $+30\,mV$ kanały zamykają się i stają się nieaktywne.
Okresy oporności (refrakcji):
- Okres bezwzględnej oporności: Czas, w którym neuron jest całkowicie niewrażliwy na bodźce, związany z inaktywacją kanałów sodowych.
- Okres względnej oporności: Czas podczas hiperpolaryzacji, kiedy bodziec o silniejszym natężeniu może wywołać kolejny potencjał.