重要なポイント
神経細胞は膜電位の変化として信号を運び、筋細胞は細いフィラメントと太いフィラメントが滑ることで短くなる。問題は、イオンの平衡、伝導時間、活動電位の相を組み合わせる。
- 37 °C でのイオンの平衡電位は E = (61.5 mV ÷ z) × log₁₀([外] ÷ [内]) である。K⁺ では強い負の値となり、静止電位を −70 mV 付近に定める。
- 膜が閾値に達すると活動電位が起こる。Na⁺ チャネルが開き(脱分極)、続いて K⁺ チャネルが開き(再分極)、短い過分極が続く。
- 伝導速度は距離 ÷ 時間である。髄鞘と太い軸索は速度を上げる。閾値に達するには、複数の小さな EPSP が加重されなければならない。
- 筋は細いフィラメントが太いフィラメントの上を滑ることで収縮し、フィラメントの長さは変わらないままサルコメアが短くなる。
主な式
E = (61.5 mV ÷ z) × log₁₀([out] ÷ [in])velocity = distance ÷ timeEPSPs needed = (threshold − rest) ÷ sizelength after = rest length × (1 − fraction shortened)
例題
外が 5 mM、内が 140 mM の K⁺ では E = 61.5 × log₁₀(5 ÷ 140) = 61.5 × (−1.45) = −89 mV である。−70 mV にあり閾値が −55 mV のニューロンに、5 mV の EPSP が入るとき、(−55 − (−70)) ÷ 5 = 3 回の EPSP が必要である。インパルスが 120 mm を 4 ms で進めば、速度は 30 m/s である。
よくある間違い
- ネルンストの式で、外側の濃度の上に内側の濃度を置き、符号を反転させること。
- 刺激が強いほど活動電位が大きくなると言うこと。全か無かで、変わるのは頻度だけである。
- 収縮中にフィラメントが短くなると考えること。フィラメントは滑り、短くなるのはサルコメアである。
練習
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