Impulsgeleiding

Een prikkel is iets wat je zintuigen kunnen waarnemen, zoals licht of aanraking, de zintuigen zetten dit om in een impuls.

Dit is een elektrisch signaal dat over je zenuwen naar het centrale zenuwstelsel wordt gestuurd. In ons artikel over de opbouw van het zenuwstelsel heb je al kunnen lezen over de werking van het zenuwstelsel en de axonen en dendrieten.

Hier gaan we dus verder met de begrippen impulsgeleiding en actiepotentiaal.

Even herhalen…

Er zijn motorische en sensorische zenuwen . Deze zijn verantwoordelijk voor het transporteren van de impulsen door het lichaam. Een sensorische zenuw vervoert impulsen vanaf een zintuigcel (receptor) richting het centraal zenuwstelsel. Motorische zenuwen versturen impulsen vanuit het centraal zenuwstelsel richting een effector, spier of klier. Een zenuwcel bestaat ook uit uitlopers. Deze heten axonen of dendrieten. Je noemt een uitloper een dendriet wanneer deze de impuls vervoert richting het cellichaam. Axonen vervoeren impulsen die bij het cellichaam vandaan komen. De meeste dendrieten zijn heel kort en verzamelen impulsen van omliggende cellen. De meeste axonen zijn heel erg lang, soms wel een meter, deze sturen signalen dus over grote afstanden in het lichaam. Om de zenuwcel liggen myelinescheden die gevormd worden door Schwanncellen. Myeline is een soort vet dat als een laagje isolatie om de axonen heen zit, dit zorgt ervoor dat de zenuw steviger is en dat impulsen niet per ongeluk overspringen op een andere zenuw die ernaast ligt. Daarnaast ligt tussen elke Schwanncel een knoop van Ranvier. Het impuls hoeft niet de hele zenuw te volgen, maar kan van knoop naar knoop springen, op deze manier gaat het signaal 60 keer sneller dan wanneer het zonder knopen zou gaan.

Synapsen

Extreem belangrijk voor de impulsgeleiding zijn de synapsen . Dit is een knopje dat je vindt meestal vindt aan het uiteinde van een axon en dat het signaal doorgeeft aan een andere zenuwcel. Een synaps is eigenlijk een soort ingebouwd veiligheidssysteem. Het signaal wordt doorgegeven aan een andere zenuwcel, maar kan daarna niet meer terug. Zonder synapsen zouden impulsen chaotisch door de hersenen reizen. Een synaps doet dit door middel van neurotransmitters . Een signaal bereikt eerst het presynaptische membraan. Doordat dit membraan geprikkelt wordt laat het neurotransmitters los. Deze neurotransmitters worden door het membraan naar buiten geduwd en zweven naar de overkant, daar worden ze opgepikt door receptor-eiwitten die een nieuw impuls beginnen op het postsynaptische membraan van de andere zenuwcel.

Het membraanpotentiaal

Zenuwcellen hebben een membraanpotentiaal van -70 mV. Om dit te begrijpen, moet je in bovenstaande afbeelding kijken naar de K+ en Na+ concentraties binnen en buiten de cel. De K+-concentratie is ongeveer dertig keer zo hoog in de cel als buiten de cel. De Na+-concentratie is buiten de cel ongeveer vijftien keer zo hoog als binnen de cel. Door deze concentratieverschillen diffunderen de Na+-ionen en K+-ionen met het concentratieverschil mee. Dit wordt weergeven met de groene en rode pijl in de afbeelding. K+ stroomt dus naar buiten en Na+ stroomt naar binnen. Doordat het concentratieverschil van K+ groter is dan het concentratieverschil van Na+, zal K+ sneller naar buiten diffunderen dan Na+ naar binnen. Hierdoor zal er per tijdseenheid een netto uitstroom van positief geladen K+ ionen zijn en zullen er relatief veel negatief geladen Cl- en negatief geladen stoffen achterblijven in het cytoplasma in de cel. Door bovengenoemde diffusieprocessen is de binnenkant van het membraan negatief geladen ten opzichte van de buitenkant van de membraan. Dit verschil in lading bedraagt ongeveer -70 mV.

De natrium-kalium pomp

Het membraanpotentiaal komt dus tot stand door de verschillende concentraties van K+ en Na+. De diffusiesnelheid is afhankelijk van dit concentratieverschil. De natrium-kaliumpomp zorgt er vervolgens voor dat dit concentratieverschil blijft bestaan. Naar buiten gediffundeerde K+ ionen en naar binnen gediffundeerde Na+ ionen worden door de natrium-kaliumpomp terug getransporteerd, zodat de concentratieverschillen gehandhaafd blijven en de membraanpotentiaal blijft bestaan. Dit is geen passief transport, zoals de eerder genoemde diffusie , maar actief transport omdat de ionen tegen het concentratie-verval heen getransporteerd moeten worden. Het laten draaien van de natrium-kaliumpomp kost de cel dus ATP oftewel energie.

Het actiepotentiaal

Een impuls is een elektrische lading die zich over de axonen en dendrieten verplaatst. Een impuls wordt veroorzaakt door depolarisatie van het membraan van de zenuwcel. Bij een depolarisatie is de lading binnen en buiten de cel veranderd. Een gedepolariseerd stukje membraan heeft binnen een positieve lading ten opzichte van de buitenkant van het celmembraan. Deze ladingsverschillen tussen de verschillende delen van het membraan leiden tot een actiepotentiaal (impuls). Deze actiepotentiaal verloopt in meerdere stappen:

1. Het rustpotentiaal

Wanneer er geen impuls over de zenuwcel gaat, zijn de natrium- en kaliumpoorten gesloten. Wel er is diffusie van natrium en kalium door de concentratieverschillen, maar dit gaat niet via de poorten. De kalium-natriupomp pompt wel het gediffundeerde kalium terug naar binnen en het gediffundeerde natrium terug naar buiten. Hierdoor blijft het membraanpotentiaal van -70mV bestaan. 2. De drempelwaarde

Door een prikkel worden er op de sensorische zenuwen natriumion-kanalen geopend. Er ontstaat echter pas een impuls als er zoveel natriumion-kanalen open gaan dat er genoeg Na+-ionen naar binnen stromen om de drempelwaarde van -50mV te halen. Wanneer de prikkel niet sterk genoeg is, gaan er niet genoeg natriumion-kanalen open. In dit geval wordt de drempelwaarde niet gehaald en ontstaat er geen impuls. Je wordt je dan dus niet bewust van de prikkel. 3. Depolarisatie

Wanneer de prikkel sterk genoeg is en de drempelwaarde van -50mV wordt bereikt, gaan direct alle andere natriumion-kanalen in dat stukje zenuwcel open. Hierdoor stromen er enorm veel Na+-ionen naar binnen. Door deze instroom (gefaciliteerde diffusie) van natrium verandert de membraanpotentiaal van -70mV naar +20mV. Hierdoor gaat een elektrische spanning lopen tussen de gedepolariseerde delen van het celmembraan en de niet-gedepolariseerde delen van het membraan. De natriumion-kanalen in het deel van de zenuwcel in rust openen zich echter onder invloed van elektrische spanning. Doordat deze natriumion-kanalen verder op het celmembraan zich ook openen, wordt dat deel van het membraan ook gedepolariseerd. De impuls heeft zich nu voortbewogen van een gedepolariseerd stukje van het membraan richting een gepolariseerd stukje membraan. 4. Repolarisatie

Waneer de impuls zich verder heeft bewogen, moet de het membraanpotentiaal weer worden hersteld. +20Mv moet dus weer -70Mv worden. Hierdoor worden in de repolarisatie-fase de kaliumion-poorten geopend. Nu is er binnen het membraan een veel hogere K+-concentratie dan buiten het membraan. Hierdoor stroomt K+ via gefaciliteerde diffusie de cel uit en wordt het membraanpotentiaal hersteld. De ionen zitten nu nog steeds aan de verkeerde kant van het membraan door depolarisatie en repolarisatie. De natrium-kaliumpoort gaat nu op volle toeren draaien om de originele concentraties te herstellen, dat wil zeggen: natrium naar buiten en kalium naar binnen.

Hyperpolarisatie

Tijdens de repolarisatiefase blijven de kaliumion-poorten iets te lang openstaan. Hierdoor stromen er meer K+ cellen uit dan gewenst. Het membraanpotentiaal wordt hierdoor even geen -70mV maar -80mV. Doordat spanningsafhankelijke natriumkanalen inactief worden aan het einde van een actiepotentiaal, ontstaat een refractaire periode. Tijdens deze refractaire periode is een cel niet in staat om een actiepotentiaal te generen.

Oefenopgaven

1. De rustpotentiaal van een neuron is het gevolg van een ongelijke verdeling van ionen. Een actiepotentiaal is een gevolg van een verstoring van deze ionenverdeling. Welke ionen worden getransporteerd voor het herstel en de instandhouding van de rustpotentiaal? Is dit actief of passief transport?
2. Als jonge zebravinken slapen, repeteren zij het gezang dat zij, als ze wakker zijn, van hun ouders horen. Zo leggen zij deze klanken in hun hersenen vast. Dit concluderen onderzoekers van de Universiteit van Chicago na proeven met zebravinken. De onderzoekers observeerden de activiteit in het hersendeel van de zebravinken dat betrokken is bij hun zang. Overdag vertoonden de neuronen in dit gebied een regelmatige, relatief zwakke activiteit. Tijdens de slaap waren echter plotseling uitbarstingen van grote activiteit waar te nemen van dezelfde neuronen. Wat hebben de onderzoekers bij metingen aan de neuronen waargenomen tijdens uitbarstingen van grote activiteit?

A.  Toename van impulsfrequentie

B.  Toename van impulssterkte

C.  Toename van het aantal synapsen

D. Toename van het aantal uitlopers

Zo werkt de app

• Check onze app