Τα νευρικά κύτταρα εκτός από το κυτταρικό σώμα περιλαμβάνουν και πολλές διαφορετικές αποφυάδες στις οποίες πρέπει να διαδοθούν τα ηλεκτρικά σήματα. Όταν στο σημείο ενός δενδρίτη δημιουργείται ένα μετασυναπτικό δυναμικό, αυτή η μεταβολή στο δυναμικό της μεμβράνης πρέπει να διαδοθεί προς το σώμα και στον εκφυτικό κώνο, όπου εκεί θα συνεισφέρει στην έκλυση ή όχι ενός δυναμικού ενεργείας. Στην περίπτωση που το κύτταρο εκλύσει ένα δυναμικό ενεργείας, αυτό θα πρέπει να διαδοθεί ως το τερματικό του άξονα ώστε να προκαλέσει έκλυση νευροδιαβιβαστής (Εικόνα 1).
Η ιδιότητα του δενδρίτη ή του νευράξονα που επηρεάζει τη μετάδοση των ηλεκτρικών σημάτων ονομάζεται χωρική σταθερά (λ). Η χωρική σταθερά επηρεάζεται από την αντίσταση της μεμβράνης (rm, πόσο εύκολα το ρεύμα διαπερνά τη μεμβράνη) και την αντίσταση του κυτταροπλάσματος του άξονα (ri, πόσο εύκολα το ρεύμα μεταφέρεται κατά μήκος του άξονα) (Εικόνα 2). Αυτός ο θεωρητικός υπολογισμός της χωρικής σταθεράς βασίζεται στη θεωρία καλωδίου, μια θεωρία που αναπτύχθηκε για την περιγραφή της μετάδοσης σήματος κατά μήκος ενός διατλαντικού τηλεγραφικού καλωδίου.
Πειραματικά, η χωρική σταθερά είναι η απόσταση στην οποία η μεταβολή του δυναμικού της μεμβράνης μετά από ερέθισμα στο σημείο 0 έχει μειωθεί κατά 33%. Σε ένα νευρικό κύτταρο, αυτές οι μετρήσεις αφορούν μετάδοση υπο-ουδικών σημάτων, τα οποία συμβαίνουν στους δενδρίτες των νευρικών κυττάρων (μετασυναπτικά δυναμικά) ή και στα μυϊκά κύτταρα. Οι δύο μεταβλητές που επηρεάζουν το λ, όπως ανφέρθηκε και πιο πριν, είναι η αντίσταση της μεμβράνης και η αντίσταση του κυτταροπλάσματος. Η αντίσταση του κυτταροπλάσματος μπορεί να τροποποιηθεί ανάλογα με τη διάμετρο της αποφυάδας. Σε μια αποφυάδα με μεγάλη διάμετρο, η αντίσταση ροής των ιόντων κατά μήκος της είναι μικρότερη. Αντίθετα, σε μια αποφυάδα με μικρή διάμετρο, η αντίσταση ροής των ιόντων κατά μήκος είναι μεγαλύτερη. Επομένως, μια αποφυάδα με μεγάλη διάμετρο έχει μεγάλη χωρική σταθερά, ενώ μια αποφυάδα με μικρή διάμετρο έχει μικρή χωρική σταθερά.
Μεταβίβαση σήματος σε μια αποφυάδα χωρίς μυελίνη
Η θέση εκκίνησης του δυναμικού ενεργείας σε ένα κύτταρο είναι ο εκφυτικός κώνος. Από εκεί μεταδίδεται κατά μήκος του άξονα μέχρι να φτάσει στα συναπτικά κομβία και να προκαλέσει την έκλυση του νευροδιαβιβαστή. Τα εισερχόμενα ρεύματα από ένα σημείο πάνω στον άξονα κατά τη διάρκεια ενός δυναμικού διαχέονται κατά μήκος του άξονα και εκπολώνουν τα παρακείμενα τμήματα. Αν η εκπόλωση είναι αρκετά μεγάλη, τότε θα προκληθεί ένα δυναμικό ενεργείας και στα παρακείμενα τμήματα. Ένα από τα χαρακτηριστικά του δυναμικού ενεργείας είναι η ανερέθιστη περίοδος που ακολουθεί για μερικά ms. Κατά τη διάρκεια της ανερέθιστης περιόδου, δεν μπορεί να προκληθεί δυναμικό ενεργείας όσο δυνατό και αν είναι το ερέθισμα. Αυτό συμβαίνει εξαιτίας της απενεργοποιημένης κατάστασης στην οποία βρίσκονται οι δίαυλοι νατρίου. Η ανερέθιστη περίοδος, παρόλο που μειώνει τη συχνότητα πυροδότησης, επιτρέπει τη μετάδοση του δυναμικού ενεργείας μόνο προς μία κατεύθυνση κατά μήκος του άξονα. Τα ρεύματα που διαπερνούν τη μεμβράνη κατά το δυναμικό ενεργείας διαχέονται και προς τις δύο κατευθύνσεις κατά μήκος του άξονα. Παρόλα αυτά, μόνο το τμήμα της μεμβράνης που δεν έχει δώσει προηγουμένως δυναμικό ενεργείας μπορεί να ανταποκριθεί, επειδή το τμήμα της μεμβράνης που μόλις είχε πυροδοτήσει δυναμικό ενεργείας βρίσκεται στην ανερέθιστη περίοδο. Αυτού του είδους η μετάδοση ονομάζεται ορθόδρομη αγωγή γιατί η μετάδοση του δυναμικού ενεργείας κατά μήκος του άξονα γίνεται μόνο από τον εκφυτικό κώνο προς τα συναπτικά κομβία. Η αντίδρομη αγωγή συμβαίνει, αλλά είναι πολύ σπάνια. Σε εργαστηριακές συνθήκες, μπορεί να συμβεί αν προκληθεί ερέθισμα στο μέσο του άξονα, οπότε και το σήμα μεταδίδεται και προς τις δύο κατευθύνσεις.
Μεταβίβαση σήματος στον άξονα με μυελίνη
Η εξελικτική ανάγκη για γρήγορη και αποδοτική μετάδοση των ηλεκτρικών σημάτων στο νευρικό σύστημα είχε ως αποτέλεσμα την εμφάνιση των αναδιπλώσεων μυελίνης γύρω από τους άξονες των νευρώνων. Η μυελίνη βρίσκεται κυρίως στα σπονδυλωτά, παρόλο που ένα αντίστοιχο σύστημα υπάρχει και στα ασπόνδυλα.
Η μυελίνη παράγεται από τα κύτταρα Schwann στο περιφερειακό νευρικό σύστημα και τα ολιγοδενδροκύτταρα στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Η μυελίνη έχει άσπρη απόχρωση και έτσι ονομάστηκαν οι άξονες ως λευκή ουσία του εγκεφάλου. Η σύνθεσή της διαφέρει από κύτταρο σε κύτταρο, αλλά γενικώς αποτελείται από 80% λιπίδια και 20% πρωτεΐνες.
Η μυελίνη δρα ως επιπλέον μονωτής της μεμβράνης και μειώνει τη διαρροή ρεύματος. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της χωρητικότητας και την αύξηση της αντίστασης της μεμβράνης. Με αυτό τον τρόπο, η μετάδοση του δυναμικού ενεργείας από κόμβο σε κόμβο γίνεται με πολύ γρήγορο, αλματώδη τρόπο.
Η μυελίνη αυξάνει την ταχύτητα αγωγής των δυναμικών ενεργείας και επιτρέπει τη μείωση της ενέργειας που καταναλώνεται για τη μετάδοση των δυναμικών ενεργείας πιο αποδοτική. Η μέση ταχύτητα αγωγής ενός δυναμικού ενεργείας είναι από 1m/s έως 100m/s, και αυξάνει με την αύξηση της διαμέτρου του άξονα. Όπως φαίνεται και στην Εικόνα 3, για μεγάλους άξονες (π.χ. διάμετρος >1 μm), η παρουσία μυελίνης μπορεί να αυξήσει την ταχύτητα αγωγής 10 φορές. Επιπλέον, επειδή η διαρροή των ιοντικών ρευμάτων περιορίζεται μόνο στους κόμβους του Ranvier, μειώνεται δραστικά και η ενέργεια που καταναλώνεται.
Ανάμεσα στις στρώσεις μυελίνης που παράγονται από δύο κύτταρα Schwann υπάρχει ένας κόμβος του Ranvier. Τα δυναμικά ενεργείας δεν μπορούν να μεταδοθούν κατά μήκος των μυελινομένων τμημάτων του άξονα. Το ρεύμα όμως που μεταφέρεται από το κυτταρόπλασμα είναι αρκετό για να εκπολώσει τον επόμενο και μεθεπόμενο κόμβο του Ranvier. Έτσι, τα ρεύματα ενός δυναμικού ενεργείας σε ένα κόμβο του Ranvier προκαλούν ένα άλλο δυναμικό ενεργείας στον επόμενο κόμβο. Αυτού του είδους το άλμα είναι γνωστό ως αλματώδης μετάδοση.
Αντίθετα, σε άξονα χωρίς μυελίνη, το δυναμικό ενεργείας προκαλεί άλλο δυναμικό ενεργείας στο διπλανό τμήμα της μεμβράνης και η μετάδοσή του κατά μήκος του άξονα έχει τη μορφή κύματος.
Τα δυναμικά ενεργείας σε διάφορες τάξεις οργανισμών
Τα δυναμικά ενεργείας συναντιούνται στους πολυκύτταρους οργανισμούς, περιλαμβάνοντας τα ασπόνδυλα όπως τα έντομα, τα φυτά και τα σπονδυλόζωα όπως τα ερπετά και τα θηλαστικά. Οι σπόγγοι φαίνεται να αποτελούν το κύριο φύλο των πολυκύτταρων ευκαρυωτικών που δεν μεταδίδουν δυναμικά ενεργείας αν και κάποιες μελέτες τους εμφανίζουν να διαθέτουν μια μορφή ηλεκτρικού σήματος. Το δυναμικό ηρεμίας , καθώς το μέγεθος και η διάρκεια του δυναμικού ενεργείας δεν διαφέρουν σημαντικά σε διαφορετικούς, παρόλο που η ταχύτητα μετάδοσης σήματος διαφέρει σημαντικά με την διάμετρο του άξονα και την μυελίνωση όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα:
Με δεδομένη την εξελικτική συντήρηση του, το δυναμικό ενεργείας φαίνεται να επιφέρει εξελικτικά πλεονεκτήματα. Μια λειτουργία του δυναμικού ενεργείας είναι η ταχεία και μεγάλης έκτασης σήμανση στον οργανισμό καθώς η ταχύτητα μετάδοσης σήματος μπορεί να υπερβαίνει τα 110 m/s, που αποτελεί το 1/3 της ταχύτητας του ήχου. Το σήμα αυτό είναι πολύ γρήγορο σε σύγκριση με τη μεταφορά ενός μορίου ορμόνης στο αίμα που είναι περίπου 8 m/s στις μεγάλες αρτηρίες. Ένα μέρος αυτής της λειτουργίας είναι ο στενός συντονισμός των μηχανικών γεγονότων όπως η συστολή της καρδιάς ή η άμεση αντίδραση σε περίπτωση σωματικής βλάβης (π.χ. κάψιμο).
Συναπτική διαβίβαση
Όταν το δυναμικό ενεργείας φτάσει στα συναπτικά κομβία (απολήξεις του άξονα) προκαλεί την έκλυση νευροδιαβιβαστή. Ο νευροδιαβιβαστής απελευθερώνεται στη συναπτική σχισμή και προσδένεται σε πρωτεΐνες-υποδοχείς του επόμενου κυττάρου (μετασυναπτικό κύτταρο). Αυτού του είδους η σύναψη είναι η πιο διαδεδομένη στο νευρικό σύστημα και ονομάζεται χημική σύναψη.
Μια ειδική περίπτωση χημικής σύναψης είναι η νευρομυϊκή σύναψη, όπου ο άξονας ενός κινητικού νεύρου συνάπτεται με μια μυϊκή ίνα. Σε αυτές τις συνάψεις, ο νευροδιαβιβαστής που απελευθερώνεται είναι η ακετυλοχολίνη. Η ακετυλοχολίνη προσδένεται στον υποδοχέα της στη μεμβράνη του μυϊκού κυττάρου και προκαλεί εκπόλωση του μυϊκού κυττάρου. Όταν η ακετυλοχολίνη αποδεσμεύεται από τον υποδοχέα διασπάται από το ένζυμο ακετυλοχολινοστεράση. Διάφορες τοξίνες απενεργοποιούν την ακετυλοχολινεστεράση, προκαλούν συσσώρευση ακετυλοχολίνης στη συναπτική σχισμή, με αποτέλεσμα την παράλυση και θάνατο από ασφυξία.
Οι υποδοχείς της ακετυλοχολίνης στη νευρομυϊκή σύναψη είναι οι νικοτινικοί υποδοχείς, οι οποίοι είναι δίαυλοι ιόντων. Ο πόρος του διαύλου ανοίγει όταν στην εξωκυττάρια πλευρά του διαύλου προσδεθούν τέσσερα μόρια ακετυλοχολίνης. Όταν ανοίξει ο δίαυλος, μέσα από τον πόρο ρέουν τόσο ιόντα νατρίου όσο και καλίου. Δηλαδή, ο νικοτινικός υποδοχέας δεν είναι επιλεκτικός σε ένα είδος ιόντος. Εξαιτίας της διαφοράς των ηλεκτροχημικών κλίσεων στη μεμβράνη, περισσότερα ιόντα νατρίου ρέουν προς το κυτταρόπλασμα από ιόντα καλίου που ρέουν προς το εξωκυττάριο χώρο. Γι’ αυτό το τελικό αποτέλεσμα της ενεργοποίησης των νικοτινικών υποδοχέων είναι η εκπόλωση του μυϊκού κυττάρου. Η εκπόλωση αυτή είναι γνωστή ως δυναμικό τελικής πλάκας (ΕΡΡ, end-plate potential). Η εκπόλωση αυτή είναι βαθμιδωτή, δηλαδή αυξάνει με την ένταση του ερεθίσματος (μεγαλύτερη έκλυση ακετυλοχολίνης), σε αντίθεση με το δυναμικό ενέργειας. Όταν το δυναμικό της μεμβράνης του μυϊκού κυττάρου εκπολωθεί αρκετά και ξεπεραστεί η ουδός, τότε προκαλείται ένα δυναμικό ενέργειας.
Κατεβάστε εδώ την αναφορά της εργαστηριακής άσκησης και το excel αρχείο.
ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΣΚΗΣΗΣ
Θα ολοκληρώσετε τα παρακάτω πειράματα στο πρόγραμμα προσομοίωσης 'NEURONS IN ACTION'.
α) The passive axon - Μετάδοση σήματος κατά μήκος του παθητικού άξονα
β) The unmyelinated axon - Μετάδοση σήματος κατά μήκος του αμύελου άξονα
γ) The myelinated axon - Μετάδοση σήματος κατά μήκος του άξονα με μυελίνη
δ) Νευρομυϊκή σύναψη
Πείραμα Πρώτο - The passive axon
1. Πατήστε το πράσινο κουμπί με τη φράση “Start the Simulation”.
2. Θα εμφανιστεί για λίγο μια μαύρη οθόνη, και μετά τρία παράθυρα με επικεφαλίδες “P&G Manager”, “Run Control” και “Stimulus Control”.
Σε αυτό το πείραμα, το παράθυρο ‘Stimulus Control’ περιέχει και την επιλογή ‘Location’. Η κόκκινη γραμμή σε αυτό το πείραμα είναι μεγαλύτερη γιατί αναπαριστά τον άξονα. Το ηλεκτρόδιο βρίσκεται στην αριστερή άκρη του ‘άξονα’, και το ερέθισμα έχει διάρκεια 20ms και μέγεθος 30Na (IClamp).
Το γράφημα ‘δυναμικού-χρόνου’ που εμφανίζεται στην οθόνη περιέχει τη δυνατότητα καταγραφής από 4 ηλεκτρόδια τοποθετημένα σε διαφορετικές θέσεις κατά μήκος του άξονα.
- Κόκκινο: θέση 0
- Μπλε: θέση 0.25
- Πράσινο: 0.5
- Μαύρο: 0.75
1. Πατήστε τα ‘V vs time Expanded’ και το ‘Voltage vs Space’ κουμπιά στο ‘P&G Manager’. Τοποθετήστε τη μπάρα που ελέγχει την ταχύτητα της προσομοίωσης (μεταξύ των Reset&Run και Stop) κάτω από το slower, ώστε η προσομοίωση να γίνεται αργά. Πιέστε Reset&Run. Παρατηρείστε τις καταγραφές δυναμικού στα 4 ηλεκτρόδια. Παρατηρείστε την αλλαγή στο δυναμικό κατά μήκος του παθητικού άξονα και συσχετίστε τις αλλαγές στο χώρο με τα καταγεγραμμένα δυναμικά σε κάθε ηλεκτρόδιο.
ΟΔΗΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΩΝ – ΕΡΩΤΗΣΗ 1-2
2. Σταματήστε την προσομοίωση όταν το δυναμικό στο αριστερό άκρο (κόκκινο ίχνος στο σχήμα Δυναμικού- Χρόνου) έχει αποκτήσει επίπεδα σταθερής κατάστασης (μέγιστο) ενώ το ερέθισμα είναι ενεργό. Για να το κάνετε αυτό, βάλτε το κουμπί "Total # (ms)" στο 19 και η προσομοίωση θα σταματήσει πριν το τέλος του ερεθίσματος των 20 ms. Παρατηρείται την αλλαγή του δυναμικού στο σχήμα Δυναμικό-Χώρου πέφτει εκθετικά..
ΟΔΗΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΩΝ – ΕΡΩΤΗΣΗ 3
3. Αυξήστε τη διάμετρο, στο παράθυρο axon parameters, στα 40 μm. Οι άξονες με μεγαλύτερη διάμετρο απαιτούν περισσότερο ρεύμα για την εκπόλωση τους στην ίδια τιμή με άξονα μικρότερης διαμέτρου, οπότε αυξήστε και το ρεύμα (amplitude)του ερεθίσματος οκτώ φορές για να αποκαταστήσετε την απόκριση του δυναμικού στο ίδιο επίπεδο (πατήστε το ρόμβο IClamp στο Stimulus Control panel για να δείτε τις παραμέτρους του παλμού). Πιέστε Reset&Run.
ΟΔΗΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΩΝ – ΕΡΩΤΗΣΗ 4
4. Βάλτε τις παραμέτρους στις προκαθορισμένες τιμές.
Πείραμα Δεύτερο – The unmyelinated axon
1. Πατήστε το πράσινο κουμπί με τη φράση “Start the Simulation”.
2. Θα εμφανιστεί για λίγο μια μαύρη οθόνη, και μετά τρία παράθυρα με επικεφαλίδες “P&G Manager”, “Run Control” και “Stimulus Control”.
3. Εμφανίστε τα γραφήματα "Voltage vs Time, Quad traces" και ‘Voltage-Space’. Στο γράφημα ‘Voltage-Space’, ο άξονας είναι 10,000 μm (10 mm), οι 4 περιοχές από όπου καταγράφεται το δυναμικό σε συνάρτηση με το χρόνο φαίνονται με χρωματιστά βέλη στον άξονα x.
4. Πατήστε το R&R, για να γίνει το πείραμα με 4 ηλεκτρόδια να καταγράφουν κατά μήκος του άξονα στις θέσεις 0.01, 0.3, 0.6, and 0.9.
α. Για να παρατηρήσετε τη μετάδοση του δυναμικού ενεργείας σε πιο αργό χρόνο, μπορείτε να πατήσετε το Reset (όχι Reset and Run) στο Run Control, και μετά το "Continue for (ms)" για να ‘τρέχει’ η προσομοίωση με σύντομες χρονικές προσαυξήσεις πχ 0.1 ms. Κάθε φορά που πατάτε το κουμπί, η ταινία θα προχωρά 0.1 ms και θα σταματά.
ΟΔΗΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΩΝ – ΕΡΩΤΗΣΗ 5
5. Επιλέξτε Keep Lines στην μεμβράνη στο διάγραμμα Δυναμικού-Χρόνου. Με το δεξί κουμπί και τον κέρσορα πάνω στο διάγραμμα , επιλέξτε Keep Lines για να συγκρίνετε τα σχήματα των δυναμικών ενέργειας που δημιουργούνται από διαφορετικές διαμέτρους άξονα.
6. Ανοίξτε το Axon Parameters για να αλλάξετε την διάμετρο. Μειώστε τη διάμετρο κατά 50%, και μετά κατά 75% της αρχικής.
ΟΔΗΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΩΝ – ΕΡΩΤΗΣΗ 6
7. Επαναφέρετε την προκαθορισμένη διάμετρο και σβήστε τις καμπύλες του Δυναμικού-Χρόνου. Συνεχίστε να κρατάτε γραμμές.
8. Αυξήστε τη θερμοκρασία κατά 5 °C, και πατήστε ‘Reset&Run’.
9. Συνεχίστε να αυξάνεται την θερμοκρασία ανά βήματα των 5 °C.
ΟΔΗΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΩΝ – ΕΡΩΤΗΣΗ 7
10. Επαναφέρετε την προκαθορισμένη θερμοκρασία για το επόμενο πείραμα.
Πείραμα Τρίτο- Ο άξονας με μυελίνη
1. Πατήστε το πράσινο κουμπί με τη φράση “Start the Simulation”.
2. Θα εμφανιστεί για λίγο μια μαύρη οθόνη, και μετά τρία παράθυρα με επικεφαλίδες “P&G Manager”, “Run Control” και “Stimulus Control”.
3. Εμφανίστε τα γραφήματα "Voltage vs Time, Dual traces" και ‘Voltage-Space’. Εμφανίσετε το διάγραμμα Δυναμικού-Χώρου και κάντε την προσομοίωση.
4. Πατήστε το ‘Reset&Run’ για να ‘κάνετε’ την προσομοίωση. Μπορείτε επίσης να σταματήσετε την προσομοίωση σε επιλεγμένα μεσοδιαστήματα με το Reset, μετά το"Continue for (ms)" κουμπί.
5. Μειώστε τον αριθμό περιβλημάτων της μυελίνης σε 100, και μετά σε 50, και πατήστε το ‘Reset&Run’. Παρατηρείστε πως διαφοροποιείται η χωρητικότητα και η αγωγιμότητα του μεμβρανικού δικτύου στο Myelinated Region Parameters.
Θα πρέπει να προσαρμόσετε το πλάτος του ερεθίσματος όσο αυξάνεται ο αριθμός των περιβλημάτων. Αρχίστε από το μηδέν και αυξήστε τον αριθμό σε μονάδες ή δεκάδες. Όταν βάλετε περιβλήματα μυελίνης στο "0", έχετε ένα μη μυελινομένο άξονα οπότε η μεμβράνη έχει χωρητικότητα (Cm) 1 μF/cm2. Όσο προσθέτετε περιβλήματα, η χωρητικότητα μειώνεται στο 0.5 μF/cm2 με ένα περιτύλιγμα , στο 0.333 μF/cm2 με δυο κτλ. Η χωρητικότητα μειώνεται σύμφωνα με την εξίσωση πυκνωτών σε σειρά.
6. Επαναφέρετε τον αριθμό των περιβλημάτων στην προκαθορισμένη τιμή των 150.
ΟΔΗΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΩΝ – ΕΡΩΤΗΣΗ 8
Πείραμα Τέταρτο-Η νευρομυϊκή σύναψη
1. Πατήστε το πράσινο κουμπί με τη φράση “Start the Simulation”.
2. Θα εμφανιστεί για λίγο μια μαύρη οθόνη, και μετά τρία παράθυρα με επικεφαλίδες ‘P&G Manager’, ‘Run Control’, “Alpha Synapse”, και ‘Patch Parameters. Επίσης, θα εμφανιστούν τρία γραφήματα, όπου θα φαίνεται α) συναπτική αγωγιμότητα σε σχέση με το χρόνο, β) το συναπτικό ρεύμα σε σχέση με το χρόνο και γ) το συναπτικό δυναμικό σε σχέση με το χρόνο.
3. Παρατηρείστε τα παράθυρα alpha synapse και patch parameters.
ΟΔΗΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΩΝ – ΕΡΩΤΗΣΗ 9
4. Πατήστε το R&R. Με αυτό τον τρόπο, εκπολώνεται τον εικονικό προσυναπτικό άξονα, ο οποίος θα απελευθερώσει μικρή ποσότητα ακετυλοχολίνης, και θα παρατηρήσετε τη συναπτική απόκριση στα τρία γραφήματα. Η μεμβράνη του μυϊκού κυττάρου είναι παθητική, αφού οι μηχανισμοί HH και οι αγωγιμότητες Na και K είναι ρυθμισμένες στο μηδέν. (Επίσης, παρατηρήστε ότι το μεμβρανικό δυναμικό ηρεμίας είναι –90 mV, το τυπικό δυναμικό ηρεμίας μιας μυϊκής ίνας).
5. Επιλέξτε Keep Lines, και διπλασιάστε την αγωγιμότητα ως το 64 μS (2,4,8,16,32,64).
ΟΔΗΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΩΝ – ΕΡΩΤΗΣΗ 10
6. Βάλτε το gmax στην προκαθορισμένη τιμή των 2 μS.
7. Για το επόμενο πείραμα, θα προσομοιώσουμε την τεχνική καθήλωσης τάσης. Για το σκοπό αυτό, θα δίνουμε σταθερά αυξανόμενο ρεύμα στο κύτταρο, ώστε να αλλάζουμε το δυναμικό του κυττάρου, πριν ενεργοποιήσουμε τη σύναψη. Για να κάνουμε σωστά αυτή την προσομοίωση, ακολουθείστε τα παρακάτω βήματα:
a.Βάλτε το Total # (ms) στο 25.
b. Στο Stimulus Control panel (Ιclamp), ρυθμίστε τη διάρκεια του εκπολωτικού ηλεκτρικού παλμού στα 25 ms
c.Η ένταση του ρεύματος έχει αρχικά ρυθμιστεί στα 5 nA.
d. Στο AlphaSynapse Panel, αλλάξτε την έναρξη του EPP (onset) στα 20 ms, ώστε να ενεργοποιηθεί μετά που η εκπολωτική απόκριση δυναμικού φτάσει σε σταθερή κατάσταση.
8. Πατήστε R&R.
9. Χρησιμοποιώντας το Keep Lines σε όλα τα γραφήματα, αυξήστε το εύρος (amplitude)του ηλεκτρικού παλμού με κάθε R&R σε βήματα των 5 nA εως την τιμή των 50 nΑ.
ΟΔΗΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΩΝ – ΕΡΩΤΗΣΗ 11
10. Επαναφέρεται όλες τις τιμές στα αρχικά τους επίπεδα (ρεύμα στο Stimulus control, onset στο Alpha synapse, σβήσιμο γραμμών/ιχνών από τα γραφήματα. Στο επόμενο πείραμα θα συγκριθεί η απόκριση στην ενεργοποίηση μιας νευρομυϊκής σύναψης με και χωρίς διαύλους νατρίου και καλίου.
11. Βάλτε το Total # (ms) στο 10. Μπορεί να χρειαστεί να δημιουργήσετε καινούργια παράθυρα για να αντικαταστήσετε αυτά που χρησιμοποιήσατε View = plot. Το Patch Parameters panel πρέπει να είναι ανοικτό.
12. Πατήστε το κουμπί"Add HH channels" (στο P&G manager). Με αυτό το κουμπί θα αλλάξουν τρεις παράμετροι ως εξής:
α) Οι πυκνότητες των καναλιών Na και K θα αλλάξουν με τις κανονικές HH τιμές. β)Το ρεύμα ερεθισμού θα τοποθετηθεί στο μηδέν.
γ) Η συναπτική αγωγιμότητα (gmax) θα αλλάξει στο 3.532 μS. To onset να γίνει 0.5 (Alpha Synapse).
13. Αλλάξτε το συναπτική αγωγιμότητα στο 3 μS. Πατήστε R&R. Κατόπιν, μελετήστε τη συναπτική απόκριση όταν η συναπτική αγωγιμότητα είναι 3.5 και 4.
14. Μηδενίστε την αγωγιμότητα του νατρίου και του καλίου στο patch parameters. Επαναλάβετε τις προηγούμενες μετρήσεις, με τη συναπτική αγωγιμότητα στο 3, 3.5 και 4 μS.
ΟΔΗΓΟΣ ΑΝΑΦΟΡΩΝ – ΕΡΩΤΗΣΗ 12