1. Obliczanie czasu trwania refrakcji bezwzględnej

Refrakcja bezwzględna

- to okres w funkcjonowaniu neuronu (0,4 - 2 ms) następujący bezpośrednio po powstaniu potencjału czynnościowego, podczas którego żaden, nawet silniejszy bodziec nie może wyzwolić kolejnego potencjału czynnościowego (spowodowane jest to tym, że kanały jonowe znajdują się w stanie inaktywacji sodowej).

Aby zmierzyć czas refrakcji bezwzględnej podziałaliśmy na neuron pracujący w warunkach naturalnych (nie voltage-clamp ani patch-clamp!!!) dwoma bodźcami:

1. Pierwszy z nich był bodźcem progowym lub nadprogowym o czasie trwania 0,1 ms i amplitudzie 100.

2. Drugi z nich był bodźcem nadprogowym o czasie trwania 0,1 ms i amplitudzie 1000. Wyższa amplituda była konieczna aby pominąć czas refrakcji względnej.

Refrakcja względna

- to okres w pracy neuronu (kilka milisekund) następujący po refrakcji bezwzględnej, charakteryzujący się tym, że chociaż neuron odzyskał możliwość wytworzenia potencjału czynnościowego, to próg pobudliwości (czyli próg depolaryzacji krytycznej) jest podwyższony i działający bodziec musi mieć wyższą amplitudę niż poprzedni aby mógł wyzwolić potencjał czynnościowy.

- spowodowana hiperpolaryzacją błony neuronu. Hiperpolaryzacja z czasem zanika dzięki istnieniu pewnej niewielkiej liczby kanałów wyciekowych sodowych, razem z jej zanikiem próg pobudliwości powraca do normalnej wartości.

Metodą prób i błędów zmienialiśmy czas podziałania drugiego bodźca aż znaleźliśmy najkrótszy czas, który musiał upłynąć od momentu przyłożenia pierwszego bodźca do przyłożenia drugiego, tak aby ten drugi mógł wyzwolić potencjał czynnościowy.

Ten wyznaczony doświadczalnie okres czasu to suma czasu depolaryzacji koniecznego do osiągnięcia potencjału czynnościowego i czasu refrakcji bezwzględnej. Wynosi ona 5,6 ms.

(Skąd wiemy kiedy powstał drugi potencjał czynnościowy?

- z wykresu potencjałów z komputera, ale przede wszystkim decydujący jest wykres zmian przewodności czynnej kanałów błonowych dla jonów Na⁺ i K⁺, był na dole na komputerze):

Z wykresu zależności potencjału błonowego od czasu odczytaliśmy jak długo trwała depolaryzacja:

jak widać trwała 2,2 ms.

Czas refrakcji bezwzględnej wynosił więc 5,6 ms - 2,2 ms = 3,4 ms

(Dlaczego drugi bodziec wywołał niższy potencjał czynnościowy niż pierwszy?

- bo część kanałów sodowych nadal była w stanie inaktywacji i nie mogła zadziałać tak jak w przypadku pierwszego bodźca)

2. Udowodnienie tezy mówiącej, że ortodromowy kierunek propagacji potencjału czynnościowego warunkowany jest przez zjawisko refrakcji bezwzględnej

Aby udowodnić tą tezę przyjęliśmy następujące założenia:

1. Szybkość przewodzenia potencjału czynnościowego V=5 m/s = 5 mm/ms

2. Dekrement (ubytek amplitudy występujący przy przewodzeniu prądów biernych, nie ma go w przewodzeniu potencjału czynnościowego!!!) 99% / 2 mm

3. Potencjał progowy = - 53 mV

spoczynkowy = - 60 mV (z wykresu na komputerze)

czynnościowy = + 48 mV (z wykresu na komputerze)

!!! Prąd progowy ma więc 7 mV (różnica między pot. progowym i spoczynkowym).

Pomiędzy - 60 mV i + 48 mV jest 108 mV różnicy i jest to wartość prądu biernego wzbudzanego przez potencjał czynnościowy. Ten właśnie prąd, rozchodzący się wewnątrz cytozolu (elektrolit) i pod błoną komórkową neuronu (izolacja) powoduje:

• w kierunku ortodromowym - kolejną depolaryzację i potencjał czynnościowy

• w kierunku antydromowym - NIC (a dlaczego, zaraz udowodnimy)

Znając:

• czas refrakcji bezwzględnej ( 3,4 ms )

• prędkość przewodzenia potencjału czynnościowego ( 5 mm/ms )

możemy obliczyć długość odcinka aksonu znajdującego się w stanie refrakcji bezwzględnej:

s = V t = 5 mm/ms * 3,4 ms = 17 mm

Wniosek:

17-milimetrowy odcinek aksonu, przez który przeszedł potencjał czynnościowy nie może przyjąć kolejnego impulsu, bo znajduje się w stanie refrakcji bezwzględnej (inaktywacji sodowej).

Aby spowodować depolaryzację w kierunku antydromowym prądy bierne wzbudzone przez potencjał czynnościowy (u nas prądy o amplitudzie 108 mV) musiałyby przebyć 17 mm zachowując wystarczająco wysoką amplitudę aby tam zapoczątkować potencjał czynnościowy - musiałyby być to prądy progowe o amplitudzie przynajmniej 7 mV (różnica między potencjałem spoczynkowym i progowym).

Należy jeszcze pamiętać, że w tym oddalonym o 17 mm punkcie błony trwa jeszcze refrakcja względna, podwyższony jest więc próg pobudliwości i prądy bierne dochodzące do tego miejsca musiałyby mieć jeszcze wyższą amplitudę niż 7 mV, aby mogły tam wyzwolić potencjał czynnościowy!

Prądy bierne wytracają 99% swojej amplitudy pokonując 2 mm odległości.

Jeżeli posiadają amplitudę początkową nadaną przez potencjał czynnościowy równą 108 mV, to już po 2 mm pozostanie z niej 1,08 mV (1%), jest więc ona zbyt mała aby wywołać potencjał czynnościowy (konieczne 7 mV, a nawet więcej z powodu refrakcji względnej).

Jeżeli prądy bierne pokonujące 2 mm odległości są już zbyt małe aby wywołać depolaryzację wyzwalającą potencjał czynnościowy, to tym bardziej zbyt małe będą one po pokonaniu 17 mm, a dopiero tam w kierunku antydromowym znajdują się fragmenty błony zdolne do kolejnej depolaryzacji.

Oznacza to, że jedynym możliwym kierunkiem propagacji (przewodzenia) potencjału czynnościowego jest kierunek ortodromowy.

(Co to jest bodziec?

- zaburzenie środowiska, energia, u nas tym zaburzeniem jest zmiana potencjału elektrycznego między dwiema elektrodami umieszczonymi: nr 1 - w ciele komórki, nr 2 - w jej aksonie)

---