Aikavakio (neurofysiologia)

Aikavakio (tai kalvo) on vakio, joka kuvaa hermosolukalvon sähköisten ominaisuuksien vaikutusta sähköisen signaalin kulkemiseen sen läpi. Merkitään kreikkalaisella kirjaimella (tau). $\tau$

Käyttö

Kuvaus solukalvon sähköpotentiaalin kinetiikasta

Seurauksena solukalvon sähköisistä ominaisuuksista on, että kun sähkövirta kulkee sen läpi, sen sähköpotentiaali ei muutu hetkessä. Esimerkiksi, kun ulkopuolelta syötetään suorakulmaista virtapulssia (katso kuva 1), kalvo depolarisoituu vähitellen useiden millisekuntien aikana ja sitten myös vähitellen uudelleenpolarisoituu pulssin päätyttyä. Tällainen reaktion hidastuminen johtuu siitä, että solukalvo elektrolyyttiliuoksessa ( sytoplasma ja solunulkoinen ympäristö) saa sähkökondensaattorin ominaisuudet . Idealisoidussa tapauksessa solusta, jonka kalvopotentiaali on sama kaikissa pinnan kohdissa, lasketaan kalvopotentiaalin V arvo jollain hetkellä t (V t ) yhtälön mukaisesti:

V_{t}\ =\ V_{\infty }(1-e^{-t/\tau })\,

aikana, jolloin kalvopotentiaali nousee, ja

V_{t}\ =\ V_{\infty }e^{-t/\tau }\,

ajanjakson aikana, jolloin potentiaali pienenee, eli virtapulssin päättymisen jälkeen.

Näissä yhtälöissä t on aika, joka on kulunut pulssin alkamisesta (mitta on millisekuntia), on aika- tai kalvovakio (mitta on millisekuntia), V ∞ (mitta on millivolttia) on kalvon maksimiarvon arvo potentiaali, joka voidaan laskea seuraavasti: $\tau$

V_{\infty }\ =\ r_{m}I\,

missä rm on kalvon sähkövastus megaohmeina, I on virran voimakkuus pikoampeereina .

Aikavakio riippuu myös hermosolun sähköisistä ominaisuuksista, ja tämä riippuvuus voidaan kuvata näin

\tau \ =\ r_{m}c_{m}\,

missä c m on solukalvon sähköinen kapasitanssi pikofaradeina. Samanaikaisesti r m :n ja c m :n arvot riippuvat suurelta osin solun koosta: suurilla soluilla on yleensä alhaiset rm - arvot ja korkeat c m - arvot ja päinvastoin. Tämän huomioon ottaen neurofysiologiassa kalvon sähköistä kapasitanssia käytetään usein vertailemaan solujen suhteellista kokoa.

Aikavakion fyysinen merkitys on siten ajanjakso, jossa kalvopotentiaalin (V t ) nousu on riittävä, jotta se saavuttaa arvon 1-1 / e arvosta V ∞ eli 63 % ja kun se putoaa, arvo 1 / e arvosta V ∞ tai 37 % (katso kuva 1). Eli mitä suurempi kalvovakion arvo on, sitä hitaampi solun sähköpotentiaalin muutos. $\tau$

Kuvaus sähkövirran kinetiikasta solukalvon läpi

Samoin kuin edellisessä tapauksessa, kalvovakiota käytetään karakterisoimaan hermosolun vasteena viritteeseen tuottamaa sähkövirtaa. Tässä tapauksessa fysikaalinen merkitys on aika, joka tarvitaan saavuttamaan 63 % syntyneen virran maksimiarvosta (sen kasvun kanssa) tai 37 % maksimiarvosta - sen laskun myötä (katso kuva 2). Jälkimmäisessä tapauksessa sitä kutsutaan myös reseptorin deaktivaatiovakioksi (jos virran katoaminen liittyy välittäjäaineen dissosioitumiseen reseptorista) tai desensibilisaatiovakioksi (jos välittäjäaine pysyy yhteydessä reseptoreihin, mutta ne siitä huolimatta lopeta virran tuottaminen herkkyyden vähentämisen vuoksi). $\tau$ $\tau$

Kirjallisuus

Hodgkin, AL snd WAH Rushton (1938) Äyriäisten hermokuidun sähkövakiot. Proc. R. Soc. Lontoo. 133:444-479.
Johnston, D. ja SM-S. Wu (1995) Foundations of Cellular Neurophysiology. Cambridge, MA: MIT Press.
Rall, W. (1977) Sydänjohtimien teoria ja neuronien kaapelin ominaisuudet. Julkaisussa Handbook of Physiology, osa 1: The Nervous System, Voi. 1: Cellular Biology of Neurons. ER Kandel (toim.). Bethesda, MD: American Physiological Society, s. 39-98.