Risposta breve
La mielinizzazione funge da isolante elettrico e consente la propagazione saltatoria.
- Riducendo la capacità della membrana e aumentando la resistenza della membrana, la mielinizzazione aumenta la velocità del segnale (cioè , Action Potential).
Se vuoi vedere una spiegazione davvero meravigliosamente semplificata, guarda questo post di Quora di Edward Claro Mader. Quattro grandi figure create da Edward mostrano semplicemente questo fenomeno:
Diminuzione della capacità della membrana:
Maggiore resistenza della membrana:
Risposta lunga
Quindi hai ragione: la mielinizzazione accelera la conduzione elettrica. Le velocità di conduzione degli assoni non mielinizzati variano da circa 0,5 - 10 m / s, mentre gli assoni mielinizzati possono condurre a velocità fino a 150 m / s - è 10-30 volte più veloce !!
Ma perché? ...
Diamo un'occhiata ai potenziali d'azione e alla propagazione del segnale:
Puoi avere uno sfondo di questo processo in numerosi punti (ad esempio, qui), quindi menzionerò brevemente questo:
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Quando il neurone è a riposo, gli ioni sono distribuiti in modo che l'interno della cellula neuronale è caricato più negativamente dell'esterno. Questo crea un potenziale elettrico, chiamato potenziale di membrana a riposo, attraverso la membrana cellulare.
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I canali del sodio e del potassio nella membrana cellulare controllano il flusso di sodio caricato positivamente (NA $ ^ + $ ) e ioni potassio (K $ ^ + $ ) dentro / fuori la cella per mantenere questa carica negativa.
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Durante la depolarizzazione, la membrana cellulare diventa essenzialmente più permeabile consentendo a NA $ ^ + $ di entrare nella cellula. Ciò fa sì che quella sezione di assone abbia una carica positiva rispetto all'esterno.
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Quando questo voltaggio positivo è abbastanza grande (cioè, quando viene creato un potenziale d'azione), l'afflusso innesca lo stesso comportamento nella sezione adiacente dell'assone. A poco a poco, questa carica positiva all'interno della cellula si sposta lungo la lunghezza dell'assone fino ai terminali dell'assone.
Il punto principale:
In questo processo, la generazione del potenziale d'azione si verifica ripetutamente lungo la lunghezza dell'assone .
È importante notare due cose sulla propagazione del potenziale d'azione:
- Ogni potenziale d'azione richiede tempo per verificarsi.
- La carica (cioè la tensione) creata si dissipa con $ \ uparrow $ distanza.
Tempo per matematica e fisica:
In effetti, abbiamo equazioni per calcolare sia il tempo impiegato da una variazione di tensione che il modo in cui il flusso di corrente diminuisce con la distanza.
- Puoi leggere di più sulla matematica alla base di questo e sulle proprietà della membrana passiva in generale qui e qui.
È importante sottolineare che queste equazioni si basano su due costanti: lunghezza e tempo.
La costante di tempo, $ \ tau $ , caratterizza la rapidità con cui il flusso di corrente cambia il potenziale di membrana. $ \ tau $ è calcolato come:
$$ \ tau = r_mc_m $$ span >
dove r $ _ m $ ec $ _ m $ sono la resistenza e capacità, rispettivamente, della membrana plasmatica.
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Resistenza? Capacità? Eh? ...
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I valori di r $ _ m $ ec $ _ m $ dipendono, in parte, dalla dimensione del neurone:
- Le celle più grandi hanno resistenze inferiori e capacità maggiori.
È importante, tuttavia, che queste variabili si basano anche sulla struttura della membrana.
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c $ _ m $ (la capacità della membrana) diminuisce man mano che si separano le cariche positive e negative. Questo potrebbe essere il risultato di strutture cellulari aggiuntive (ad esempio, guaine di grasso) che separano le cariche intracellulari ed extracellulari.
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r $ _ m $ (la resistenza del potenziale di membrana) è l'inverso della permeabilità della membrana.
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Maggiore è la permeabilità, minore è la resistenza.
Una minore resistenza della membrana significa che perdi ioni più rapidamente e quindi i segnali viaggiano meno lontano
Ma perché? È qui che la costante di lunghezza diventa importante. La costante di lunghezza, $ \ lambda $ , può essere semplificata in:
$$ \ lambda = \ sqrt {\ frac {r_m} {r_e + r_i}} $$
dove, ancora una volta r $ _ m $ rappresenta la resistenza della membrana e r $ _ e $ e r $ _ i $ sono rispettivamente le resistenze extracellulari e intracellulari. (Nota: r $ _ e $ e r $ _ i $ sono tipicamente molto piccoli).
Fondamentalmente, se la resistenza della membrana r $ _ m $ viene aumentata (forse a causa di una minore "dispersione" media di corrente attraverso la membrana) $ \ lambda $ diventa più grande (cioè, la distanza percorsa dagli ioni prima di "fuoriuscire" dalla cella aumenta) e la distanza percorsa da un voltaggio diventa più lunga.
Perché ti sto dicendo tutto questo ??
In che modo la costante di tempo e la costante di spazio sono correlate alla velocità di propagazione dei potenziali d'azione?
La velocità di propagazione è direttamente proporzionale alla costante spaziale e inversamente proporzionale alla costante di tempo . In sintesi:
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Minore è la costante di tempo, più rapidamente una depolarizzazione interesserà la regione adiacente. Se una depolarizzazione colpisce più rapidamente una regione adiacente, porterà la regione adiacente alla soglia prima.
- Pertanto, minore è la costante di tempo, più rapida sarà la velocità di propagazione.
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Se la costante di spazio è grande, un potenziale cambiamento in un punto diffonderebbe una distanza maggiore lungo l'assone e porterebbe le regioni di distanza alla soglia prima.
- Pertanto, maggiore è la costante di spazio , più rapidamente le regioni distanti saranno portate alla soglia e più rapida sarà la velocità di propagazione.
Sooo....
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Se aumenti lo strato di cellule attorno alla membrana, diminuisci il campo elettrico impartito dagli ioni extracellulari, che consente agli ioni intracellulari di muoversi più liberamente nell'assone. In altre parole, diminuisci la capacità.
- Di conseguenza, hai più cationi disponibili per depolarizzare altre parti della membrana.
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Se diminuisci la permeabilità della membrana (cioè, se si impedisce alle pompe ioniche di spostare gli ioni dentro / fuori dall'assone), si aumenta la resistenza della membrana dell'assone, che consente alla tensione creata nel potenziale d'azione di viaggiare più lontano prima di dissiparsi.
- Consentendo alla tensione di diffondersi ulteriormente prima di rendere necessaria la generazione di un altro potenziale d'azione, si riduce il tempo necessario per la propagazione del segnale.
In altre parole, se "blocchi" le pompe ioniche e diminuisci la concentrazione di anioni vicino alla membrana dell'assone, aumenti la resistenza della membrana (classe r $ _ m $ ) e diminuire la capacità della membrana (c $ _ m $ ), rispettivamente. Insieme, questo riduce il tempo di conduttanza elettronica attraverso l'assone (e quindi aumenta la velocità di conduzione ).
Infine, alla mielina!
La mielina accelera notevolmente la conduzione del potenziale d'azione proprio per questo motivo: la mielina funge da isolante elettrico !
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La guaina mielinica riduce capacità della membrana e aumenta la resistenza della membrana negli intervalli inter-nodo, consentendo così un rapido movimento saltatorio dei potenziali d'azione da nodo a nodo.
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Essenzialmente, la mielinizzazione degli assoni riduce la capacità che la corrente elettrica fuoriesca dall'assone. Più specificamente, la mielina impedisce agli ioni di entrare o uscire dall'assone lungo i segmenti mielinizzati. Di conseguenza, una corrente locale può fluire passivamente lungo una maggiore distanza dell'assone.
Quindi, invece di dover generare continuamente nuovi potenziali d'azione lungo ogni segmento dell'assone, la corrente ionica da un potenziale d'azione a un nodo di Ranvier provoca un altro potenziale d'azione al nodo successivo. Questo apparente "salto" del potenziale d'azione da nodo a nodo è noto come conduzione saltatoria .
Allora perché non mielinizzare l'intero assone? ?
La lunghezza dei segmenti mielinizzati degli assoni è importante per il successo della conduzione salata. Dovrebbero essere il più lunghi possibile per massimizzare la velocità di conduzione, ma non così lunghi che il segnale in arrivo sia troppo debole per provocare un potenziale d'azione al nodo successivo di Ranvier. Anche i nodi non possono essere troppo frequenti perché, sebbene l'aggiunta di un nuovo nodo all'assone aumenterebbe la sua capacità di generare corrente di sodio, aumenterebbe anche la capacità e quindi diminuirebbe l'efficacia di altri nodi vicini.
Fonti :
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Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, et al., eds. (2001). Neuroscienze . 2a edizione. Sinauer Associates, Sunderland, MA.
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The Brain: Understanding Neurobiology
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Byrne, JH Capitolo 3: Propagazione del potenziale d'azione. Neuroscienze online . Univ. Texas.
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Comprensione delle proprietà passive di un neurone semplice
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Quora
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Wikipedia