User:Pepetiktak

Endplate potential (EPP) and mEPPs recorded from a frog muscle fiber

τελικές κινητικές πλάκες (EPPs) συνιστούν αποπολώσεις των σκελετικών μυϊκών ινών, ως αποτέλεσμα μιας διαδικασίας απελευθέρωσης νευροδοαβιβαστών. Οι νευροδιαβιβαστές απελευθερώνονται προς την μετασυναπτική μεμβράνη εντός της νευρομυϊκής σύναψης. Καλούνται "τελικές κινητικές πλάκες" επειδή οι μετασυναπτικές απολήξεις των μυϊκών ινών διαθέτουν μια ευρεία επιφάνεια (πλάκα). Όταν ένα δυναμικό δράσης φτάνει στην τερματική απόληξη του κινητικού νευρώνα, κυστίδια που φέρουν νευροδιαβιβαστές (κυρίως ακετυλοχολίνης) εξέρχονται από τα κύτταρα Εξωκύττωση απελευθερώνοντας τα περιεχόμενα τους στη νευρομυϊκή σύναψη. Αυτοί οι νευροδιαβιβαστές προσδένονται σε υποδοχείς της μετασυναπτικής μεμβράνης αποπολώνοντας τη. Σε περίπτωση απουσίας ενός δυναμικού δράσης, τα κυστίδια ακετυλοχολίνης αυθόρμητα διαρρέουν εντός της νευρομυϊκής σύναψης και προκαλούν πολύ μικρές αποπολώσεις στην μετασυναπτική μεμβράνη. Αυτό το μικρό δυναμικό δράσης (~ 0.5mV) καλείται μικρογραφία τελικής κινητικής πλάκας (ΕΔΜΑ) και παράγεται από μια ομάδα κυστιδίων που περιέχουν ακετυλοχολίνη. Αντιπροσωπεύει τη μικρότερη δυνατή αποπόλωση η οποία μπορεί να προκληθεί σε ένα μυ.

Νευρομυϊκή σύναψη

Η νευρομυϊκή σύναψη ονομάζεται η σύνδεση που σχηματίζεται μεταξύ ενός α κινητικού νευρώνα και των σκελετικών μυϊκών ινών που νευρώνει. Όταν ένας μυς συστέλλεται, ένα δυναμικό δράσης διαδίδεται από το αντίστοιχο νεύρο μέχρι να φτάσει στην τελική νευρική απόληξη του κινητικού νευρώνα. Τοιουτοτρόπως, ο κινητικός νευρώνας, διαμέσο του δυναμικού δράσης στην μετασυναπτική μεμβράνη της νευρομυϊκής σύναψης προκαλεί συστολή στις μυϊκές ίνες.

Ακετυλοχολίνη

Τα δυναμικά δράσης στην τελική κινητική πλάκα παράγονται σχεδόν εξ ολοκλήρου από τη δράση του νευροδιαβιβαστή ακετυλοχολίνη στον σκελετικό μυ. Η ακετυλοχολίνη συνιστά το δεύτερος πιο σημαντικό διεγερτικό νευροδιαβιβαστή στο σώμα μετά το γλουταμινικό οξύ. Ελέγχει το σωματοαισθητικό σύστημα, το οποίο περιλαμβάνει τις αισθήσεις της αφής, της όρασης, και της ακοής. Ήταν ο πρώτος νευροδιαβιβαστής που εντοπίστηκε το 1914 από τον Henry Dale. Η ακετυλοχολίνη συντίθεται στο κυτταρόπλασμα του νευρώνα από χολίνη και ακετυλ-ΟοΑ. Η ακυλτρανσφεράση χολίνη είναι το ένζυμο που συνθέτει ακετυλοχολίνη και χρησιμοποιείται συχνά ως δείκτης στην έρευνα σχετικά με την παραγωγή ακετυλοχολίνης. Οι νευρώνες που χρησιμοποιούν ακετυλοχολίνη ονομάζονται χολινεργικοί νευρώνες, και η δράση τους είναι πολύ σημαντική στη σύσπαση των μυών, τη μνήμη και τη μάθηση.

Ιοντικός δίαυλος

Η πόλωση των μεμβρανών ελέγχεται από διαύλους ιόντων νατρίου, καλίου, ασβεστίου, και χλωριδίου. Υπάρχουν δύο τύποι διαύλων ιόντων που συμμετέχουν στην νευρομυϊκή σύναψη και τις απολήξεις της τελικής κινητικής πλάκας: τασεοελεγχόμενοι δίαυλοι ιόντων και ελεγχόμενοι από υποκαταστάτη δίαυλων ιόντος. Οι διαύλων ιόντων τάσης αποκρίνονται σε αλλαγές τάσης στη μεμβράνη που προκαλεί αύξηση της τάσης στην πύλη της δίαυλου προκαλώντας τη διάνοιξη της ώστε να επιτραπεί σε ορισμένα ιόντα να εισέλθουν. Συνδετικοί κρίκοι των διαύλων ιόντων συνιστούν ορισμένα μόρια όπως οι νευροδιαβιβαστές. Η πρόσδεση ενός συνδετικού κρίκου προς τον υποδοχέα πρωτεΐνης διαύλου ιόντων προκαλεί μία διαμορφωτική μεταβολή που επιτρέπει τη διέλευση ορισμένων ιόντων για περισσότερα δείτε: https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%99%CE%BF%CE%BD%CF%84%CE%B9%CE%BA%CF%8C%CF%82_%CE%B4%CE%AF%CE%B1%CF%85%CE%BB%CE%BF%CF%82

Προσυναπτική μεμβράνη

Το δυναμικό ηρεμίας ενός κινητικού νευρώνα, σε φυσιολογικές συνθήκες, διατηρείται από -70mV ως -50 με υψηλότερη συγκέντρωση νατρίου έξω από τη μεμβράνη και μια υψηλότερη συγκέντρωση καλίου στο εσωτερικό της. Όταν ένα δυναμικό δράσης διαδίδεται από ένα νεύρο και φθάνει στον τερματικό άξονα του κινητικού νευρώνα, η αλλαγή στην τάση της μεμβράνης έχει ως αποτέλεσμα τη διάνοιξη των διαύλων ασβεστίου ιόντων επιτρέποντας την εισροή ιόντων ασβεστίου. Αυτά τα ιόντα ασβεστίου επιδρούν στα κυστίδια ακετυλοχολίνης που επισυνάπτονται στην προσυναπτική μεμβράνη με αποτέλεσμα την απελευθέρωση ακετυλοχολίνης μέσω εξωκύττωσης στην συναπτική σχισμή. Όταν ένα κυστίδιο απελευθερώνει τους νευροδιαβιβαστές του μέσω της εξωκύττωσης, αδειάζει όλο το περιεχόμενο τους μέσα στη συναπτική σχισμή. Ως εκ τούτου, η απελευθέρωση νευροδιαβιβαστών από τα κυστίδια, μετριέται σε κβάντα διότι κυκλοφορεί μόνο ακέραιους αριθμούς των κυστιδίων. Το 1970, ο Bernard Katz από το Πανεπιστήμιο του Λονδίνου κέρδισε το Βραβείο Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής για τον στατιστικό προσδιορισμό του κβαντικού μεγέθους των κυστιδίων ακετυλοχολίνης με βάση την ανάλυση των εκβολών τους στην νευρομυϊκή σύναψη. Χρησιμοποιώντας ένα βιβλίο για μηχανική στατιστικές [αποσαφήνιση που απαιτείται], ήταν σε θέση να συμπεράνει το μέγεθος των επιμέρους εισροών που γίνονται ταυτόχρονα.

Τα συναπτικά κυστίδια ακετυλοχολίνης είναι σαφώς προσδιορισμένα συναπτικά κυστίδια με διάμετρο 30 nm. Κάθε κυστιδίο ακετυλοχολίνης περιέχει περίπου 5000 μόρια ακετυλοχολίνης. Τα κυστίδια απελευθερώνουν ολόκληρη την ποσότητα ακετυλοχολίνης προκαλώντας την εμφάνιση δυναμικά μινιατούρα ακραία πλάκα (Mepps) οι οποίες είναι λιγότερο από 1mV σε πλάτος και δεν αρκεί για να φθάσουν στο όριο. [2 During experimentation with MEPPs, it was noticed that often spontaneous action potentials would occur, called end plate spikes in normal striated muscle without any stimulus. It was believed that these end plate spikes occurred as a result of injury or irritation of the muscles fibers due to the electrodes. Recent experiments have shown that these end plate spikes are actually caused by muscle spindles and have two distinct patterns: small and large. Small end plate spikes have a negative onset without signal propagation and large end plate spikes resemble motor unit potentials (MUPs). Muscle spindles are sensory receptors that measure muscle elongation or stretch and relay the information to the spinal cord or brain for the appropriate response.

Threshold potential ("All or nothing")

When an action potential causes the release of many acetylcholine vesicles, acetylcholine diffuses across the neuromuscular junction and binds to ligand gated nicotinic receptors (non-selective cation channels) on the muscle fiber. This allows for increased conductance of sodium and potassium which results in depolarization of the sarcolemma (muscle cell membrane). The small depolarization associated with the release of acetylcholine from one synaptic vesicle is called a miniature end-plate potential (MEPP). MEPPs are additive and lead to a greater depolarization of the postsynaptic membrane and become end plate potentials (EPPs). When EPPs cause the membrane to reach threshold (-65mV), the voltage gated ion channels in the postsynaptic membrane open causes in influx of sodium ions and a sharp spike in depolarization. This spike causes an action potential to occur and propagate down the postsynaptic membrane leading to muscle contraction. It is important to note that EPPs are not action potentials but that they trigger action potentials. In a normal muscular contraction, approximately 35 acetylcholine vesicles are released causing a depolarization that is 35 times greater in magnitude than a MEPP. This causes the membrane potential to depolarize +35mV from -100mV to -65mV where it reaches threshold.

Action Potential Phases

Once the membrane potential reaches threshold, an action potential occurs and causes a sharp spike in membrane polarity. There are five phases of an action potential: threshold, depolarization, peak, repolarization, and hyperpolarization. Threshold is when the summation of MEPPs reaches a certain potential and induces the opening of the voltage gated ion channels. The rapid influx of sodium ions causes the membrane potential to reach a positive charge. The potassium ion channels are slower acting than the sodium ion channels and so as the membrane potential starts to peak, the potassium ion channels open and causes an outflux of potassium to counteract the influx of sodium. At the peak, the outflux of potassium equals the influx of sodium and the membrane does not change polarity. During repolarization, the sodium channels begin to become inactivated causes a net charge of potassium ions to be leaving the membrane. This causes the membrane potential to drop down to its resting membrane potential of -100mV. Hyperpolarization occurs because the slow acting potassium channels take long to inactivate and so the membrane overshoots the resting potential. It gradually returns to resting potential and is ready for another action potential to occur. During the action potential before the hyperpolarization phase, the membrane is unresponsive to any stimulation. This inability to induce another action potential is known as the absolute refractory period. During the hyperpolarization period, the membrane is again responsive to stimulations but it requires a much higher input to induce an action potential. This phase is known as the relative refractory period. Once the action potential has finished in the neuromuscular junction, the used acetylcholine is cleared out of the synaptic cleft by the enzyme acetylcholine esterase AChEase. Several diseases and problems can be caused by the inability of enzymes to clear away the neurotransmitters from the synaptic cleft leading to continued action potential propagation.

Clinical applications

Patient with myasthenia gravis showing typical symptom of eyelid droop

Current research is attempting to learn more about end plate potentials and their effect on muscle activity. Many current diseases involve disrupted end plate potential activity. In Alzheimer patients, beta amyloid attaches to the acetylcholine receptors and inhibits acetylcholine binding. This causes less signal propagation and small EPPs that do not reach threshold. By analyzing brain processes with acetylcholine, doctors can measure how much beta amyloid is around and use it to judge its effects on Alzheimer's. Myasthenia gravis is an autoimmune disease, where the body produces antibodies targeted against the acetylcholine receptor on the postsynaptic membrane in the neuromuscular junction. Muscle fatigue and weakness, worsened with use and improved by rest, is the hallmark of the disease. Because of the limited amount of acetylcholine receptors that are available for binding, symptomatic treatment consists of using an acetylcholinesterase inhibitor to reduce the breakdown of acetylcholine in the neuromuscular junction, so that enough acetylcholine will be present for the small number of unblocked receptors A congenital abnormality caused by a deficiency in end-plate acetylcholine esterase (AChE) might be a pathophysiologic mechanism for myasthenic gravis. In a study on a patient with AChE deficiency, doctors noted that he had developed severe proximal and truncal muscle weakness with jittering in other muscles. It was found that a combination of the jitter and blocking rate of the acetylcholine receptors caused a reduced end-plate potential similar to what is seen in cases of myasthenia gravis. Research of motor unit potentials (MUPs) has led to possible clinical applications in the evaluation of the progression of pathological diseases to myogenic or neurogenic origins by measuring the irregularity constant related. Motor unit potentials are the electrical signals produced by motor units that can be characterized by amplitude, duration, phase, and peak, and the irregularity coefficient (IR) is calculated based on the peak numbers and amplitudes. Lambert-Eaton myasthenic syndrome is a disorder where presynaptic calcium channels are subjected to autoimmune destruction which causes fewer neurotransmitter vesicles to be exocytosed. This causes smaller EPPs due to less vesicles being released. Often the smaller EPPs do not reach threshold which causes muscle weakness and fatigue in patients. Many animals use neurotoxins to defend themselves and kill prey. Tetrodotoxin is a poison found in the certain poisonous fishes such as pufferfish and triggerfish which blocks the sodium ion channels and prevents an action potential on the postsynaptic membrane. Tetraethylammonium found in insects blocks potassium channels. Alpha neurotoxin found in snakes binds to acetylcholine receptors and prevents acetylcholine from binding. Alpha-latrotoxin found in black widow spiders causes a massive influx of calcium at the axon terminal and leads to an overflow of neurotransmitter release. Botulinum toxin produced by the bacteria Clostridium botulinum is the most powerful toxic protein. It prevents release of acetylcholine at the neuromuscular junction by inhibiting docking of the neurotransmitter vesicles.

See also

• Acetylcholine
• Action potential
• Alpha-latrotoxin
• Alzheimer's disease
• Botulinum toxin
• Motor neuron
• Muscarinic receptors
• Myasthenia gravis
• Neuromuscular junction
• Neurotransmitter
• Nicotinic receptors
• Skeletal muscle
• Synaptic vesicle
• Tetraethylammonium
• Tetrodotoxin

External links

• Muscles
• Muscle and the neuromuscular

Category:Neurophysiology