Impulsgeleiding en de werking van het zenuwstelsel

Alles wat we waarnemen, zoals voelen, ruiken, zien en horen krijgen via ons zenuwstelsel binnen. Maar hoe werken onze zenuwen eigenlijk. In dit artikel word beschreven hoe onze zenuwstelsel eigenlijk precies werkt en hoe de signalen door worden gevoerd in ons lichaam.

Impulsen

Het celmembraan is bij alle cellen elektrisch geladen. De binnenkant van het celmembraan heeft een negatieve elektrische lading. Bij alle neuronen is deze negatieve lading even groot als die geen impulsen geleiden. Het voort geleiden van een impuls komt tot stand doordat de elektrische lading van het celmembraan heel even verandert. De binnenkant van het membraan krijgt een positieve lading ten opzichte van de buitenkant. Dit word de actiefase genoemd (duurt ongeveer 1 milliseconde). Daarna hersteld de lading zich weer. Dan kan het membraan korte tijd geen impulsen meer geleiden. Dit word de herstelfase genoemd (duurt ook ongeveer 1 milliseconde). De grootte van de verandering in elektrische lading word de impulssterkte genoemd. Bij alle zenuwcellen is deze impulssterkte gelijk.

Door het celmembraan liggen transporteiwitten die zorgen voor het transport van natrium- en kaliumionen. Natrium de cel uit en kalium de cel in. Dit transport gaat echter niet even snel. Er komen voor elke drie natriumionen die de cel uitgaan, maar twee kaliumionen terug. Hierdoor zijn er meer positieve ionen buiten dan binnen de cel. Bij dit proces word atp verbruikt.

Elektrische of chemische prikkel

Op het moment dat er van buiten een elektrische of chemische prikkel komt, zal het potentiaal veranderen. Dit komt omdat door zo’n prikkel de doorlaatbaarheid van het celmembraan voor natrium- en kaliumionen groter wordt. Er zijn namelijk porie-eiwitten die in dat geval open gaan staan, waardoor de ionen het membraan makkelijker kunnen passeren. Er gebeuren dan drie dingen:

Depolarisatie:
In eerste instantie laten de porie-eiwitten alleen natrium door, zodat het potentiaal daalt (want het natrium komt van buiten de cel naar het negatieve cytoplasma in de cel). Omdat het potentiaalverschil door dit proces daalt, wordt dit depolarisatie genoemd. Tijdens de natrium instroom is het celmembraan ongevoelig voor nieuwe prikkels. Dit wordt de absolute refractaire periode genoemd. Deze periode duurt ongeveer 1 ms.

Het is van groot belang hoeveel het potentiaal verandert. Er moet een kritische drempelwaarde bereikt worden, wil dit proces van depolarisatie zich doorzetten. Dit gebeurt bij ongeveer -50mV: het actiepotentiaal. Als dit gebeurt, zal het polarisatieproces zich doorzetten, zodat er een potentiaal van +30mV ontstaat.

Repolarisatie:
Is de piek bereikt, dan gaan de ‘natrium poriën’ dicht en de ‘kalium poriën’ juist weer open, zodat de kaliumionen het celmembraan passeren. Hierdoor kan weer worden teruggekeerd kan worden naar de beginsituatie. Dit heet repolarisatie. Tijdens dit proces is het celmembraan wel te prikkelen, maar er is een veel sterkere prikkel nodig dan in de rustfase.

Hyperpolarisatie:
Omdat deze poriën niet snel genoeg sluiten, daalt het potentiaal een fractie tot onder de -70 mV. Dit heet hyperpolarisatie.
Om het ladingsverschil op te heffen, gaat er een stroompje lopen, dit is de impuls.

Zintuigcellen kunnen prikkels van verschillende sterkte opvangen. Afhankelijk van deze prikkelsterkte verschilt de impulsfrequentie. Dit zijn het aantal impulsen per tijdseenheid. Al een zintuigcel een krachtige prikkel ontvangt, dan zal bij sensorische neuronen de impulsfrequentie dus hoog zijn en is de prikkel zwak, dan zal de impulsfrequentie ook laag zijn. Bij motorische neuronen heeft de prikkelsterkte een invloed op de kracht van de samentrekken van spieren of op de hoeveelheid afgifte van kliersappen. Bij een krachtige prikkel zal bijvoorbeeld de spier hevig samentrekken en bij een zwakke prikkel zal de spier maar licht samentrekken.

De myelineschede isoleert de uitloper van een neuron. De geleiding van impulsen kan dus alleen plaatsvinden bij de insnoeringen. De geleiding gaat dus van insnoering naar insnoering. Deze manier van geleiding word sprongsgewijze impulsgeleiding genoemd. De snelheid waarmee een impuls zich op deze manier verplaatst is vele malen hoger dan wanneer er geen myelineschede is.

Overdracht van impulsen

Door middel van enkele honderden tot duizenden synapsen staan schakel- en sensorische neuronen in contact met andere neuronen. Aan het uiteinde van het aanvoerende axon zitten een groot aantal verdikkingen. Deze verdikkingen heten synapsknopjes. Het aanvoerende axon word ook wel het presynaptische element genoemd.

In de synapsknopjes bevinden zich veel mitochondriën en synaptische blaasjes. Deze blaasjes bevatten een transmitterstof. Het synapsknopje is gescheiden van het postsynaptische membraan door een smalle ruimte. Deze smalle ruimte heet ook wel de synapsspleet.

Bij een impuls bewegen bepaalde synaptische blaasjes zich naar het presynaptische membraan en versmelten ermee. Hierdoor brengen ze hun inhoud in de synapsspleet. Onder invloed van de afgegeven transmitterstof kunnen er in het postsynaptische membraan impulsen ontstaan. Of dit gebeurd is afhankelijk van de soort transmitterstof en de hoeveelheid van deze stof. De drempelwaarde moet namelijk worden bereikt.

Een transmitterstof die veel voorkomt is acetylcholine. Deze stof bevordert de samentrekking van skeletspieren. Er zijn ook enkele transmitterstoffen die van belang zijn voor een actieve, alerte toestand van het lichaam. Dit zijn onder andere dopamine, adrenaline en noradrenaline.

Als een transmitterstof een impuls kan veroorzaken in het postsynaptische membraan, word het een exciterende transmitterstof genoemd. Het is ook mogelijk dat een transmitterstof een remmende werking heeft op het postsynaptische membraan. Als er sprake is van een remmende werking word er gesproken van inhiberende transmitterstoffen.