Popis klidového membránového potenciálu neuronu Princip vzniku tzv. klidového potenciálu Vám vysvětlíme v tomto videu.

V tomto videu bych chtěl popsat klidový membránový potenciál neuronů. Pro zkrácení jen klidový potenciál. Nejdříve nakreslím neuron, který bude trochu nafouklý, ale to nevadí. Tady nakreslím tělo a z něj vycházející opravdu velký axon. Normálně je axon dlouhý a tenký výběžek vycházející z těla. ale já ho potřebuji nakreslit velký a široký. Toto bude zbytek buněčného těla a teď nakreslím opravdu velké dendrity. Ty jsou normálně, stejně jako axon, tenké z těla vycházející výběžky, ale potřebuji tady trochu místa. Většina neuronů, které jsou v klidu, tedy nedostávají žádný impulz, má ustálený a rozdílný náboj na obou stranách buněčné membrány, čemuž se říká klidový potenciál. Na vnější straně membrány se nachází pozitivní náboj a negativní náboj se nachází podél vnitřní strany membrány. Tyto náboje jsou tvořeny ionty. Takže ionty s negativním nábojem podél vnitřní strany membrány nazýváme anionty a ionty s pozitivním nábojem podél vnější strany membrány nazýváme kationty. A toto seskupení aniontů uvnitř membrány a kationtů vně membrány se rozprostírá podél celé buněčné membrány neuronu. Všude, membránou dendritů, těla a po celé délce axonu. Jen pro ujasnění, na obou stranách membrány jsou směsi kationtů a aniontů. Já jsem vně membrány nakreslil jen plus, abych naznačil, že vně membrány je více kationtů než aniontů, a také jsem nakreslil jen minus uvnitř membrány, abych naznačil, že je podél vnitřní strany membrány více aniontů než kationtů. Abychom nějak popsali velikost těchto nábojů... Dle dohody je vně nula. Tato nula slouží jako referenční hodnota. A uvnitř membrány tak odvodíme číslo, které vyjadřuje rozdíl napětí vně a uvnitř, neboli rozdíl sil, které oddělují tyto náboje. Tento rozdíl u neuronů kolísá, ale obvykle má klidový potenciál cca -60 mV. Malé m, velké V jako milivolty. Tuto hodnotu používáme ke kvantifikování rozdílu mezi oddělenými náboji. Nejběžnější klidový potenciál neuronů je kolem -60 mV. Klidový membránový potenciál vychází z rozdílných koncentrací, neboli gradientů, mnoha iontů napříč buněčnou membránou. Takže máme mnoho různých iontů s vysokou koncentrací vně neuronu oproti jejich nízké koncentraci uvnitř neuronu, nebo obráceně. Ale pár z těchto iontů je pro funkci neuronu velmi důležitých. Nejdůležitější kationty, kladně nabité ionty, pro funkci neuronu jsou draslík, napíšu tu jen K+, dále sodík, napíšu jako Na+, a vápník, napíšu jako Ca2+, protože každý vápník má 2 kladné náboje. A nejdůležitější anionty, záporně nabité ionty, pro funkci neuronu jsou chloridy, napíšu jako Cl-, a mnoho organických aniontů, napíšu jen OA- jako organické anionty. Zahrnuje to skupinu různých organických aniontů uvnitř neuronu i jiných buněk. Většina z nich jsou bílkoviny, které nesou záporný náboj. Těchto 5 druhů iontů má napříč buněčnou membránou rozdílné koncentrace, které také nazýváme koncentrační gradienty. Každý iont má vně a uvnitř neuronu jinou koncentraci. OA- a K+ mají vyšší koncentraci uvnitř neuronu než vně. To znázorním většími písmeny uvnitř neuronu a vně napíšu menší OA-, abych znázornil že je vně menší koncentrace OA- než uvnitř neuronu a to samé i draslík. Nakreslím vně neuronu menší K+ oproti velkému K+ uvnitř, protože koncentrace draslíku je větší uvnitř neuronu než vně. U těchto tří je to naopak. Takže koncentrace sodíku je vně neuronu mnohem větší než uvnitř neuronu, stejně jako koncentrace vápníku. Vně neuronu je mnohem více vápníku než uvnitř. A koncentrace chloridů je také mnohem větší vně neuronu než uvnitř neuronu. Na každý z těchto iontů proto budou působit dvě síly, které je budou táhnout směrem dovnitř nebo ven z neuronu. První je elektrická síla membránového potenciálu, protože každý iont je přitahován ke straně membrány s opačným nábojem. Opačné náboje se přitahují a stejné se odpuzují. Takže se teď koukněme na tyto anionty. OA- jsou záporně nabité, takže budou přitahovány směrem ven z neuronu k pozitivnějšímu náboji, takže elektrická síla přiměje OA- k přesunu ven z neuronu. U draslíku je to opačně, je kladně nabitý, takže bude přitahován dovnitř membrány, která je zápornější, takže ho elektrická síla bude přetahovat do neuronu. Sodík je stejně jako draslík kladně nabitý a bude přitahován do zápornějšího vnitřku neuronu. Chloridy jsou anionty jako OA-, takže ho se bude elektrická síla snažit dostat ven z neuronu. Vápník je kationt jako draslík a sodík, takže se ho bude elektrická síla snažit dostat také do neuronu. Ale teď je tu ta druhá síla, která působí na tyto ionty, tzv. difuzní nebo také chemická síla, která souvisí s koncentračními gradienty napříč membránou neuronu. Protože částice v roztoku se vždy snaží dostat z místa s vyšší koncentrací do místa s nižší koncentrací. Takže se koukneme na OA-. Uvnitř neuronu jich je vyšší koncentrace než vně, takže se je bude difúzní síla snažit dostat z neuronu, právě jako elektrická síla. Teď, draslík je trochu zmatený. Elektrická síla se ho snaží dostat dovnitř neuronu, ale uvnitř neuronu má vyšší koncentraci , takže difúzní síla se ho snaží dostat ven z neuronu. Na sodík působí shodné elektrické a difúzní síly, protože vně neuronu má vyšší koncentraci než uvnitř. Elektrická síla se snaží dostat chloridy ven z neuronu, ale protože mají vně vyšší koncentraci, difuzní síla se je snaží dostat dovnitř neuronu. A vápník je stejný jako sodík. Elektrické i difuzní síly se snaží dostat vápník dovnitř neuronu. Tyto síly obvykle zkráceně nazýváme elektrochemické síly. A neurony využívají těchto sil k vykonávání svých funkcí. Ale než budeme mluvit o tomto, v dalším videu si povíme, jak je klidový potenciál tvořen a jak souvisí s rozdílnými koncentracemi některých klíčových iontů.