活動電位 についてイラストで分かりやすく解説!イメージが大事!

74-活動電位 医療系のお勉強
74-活動電位

今回は 活動電位 など神経の情報伝導・伝達についてを解説していくよ。
神経ってそもそも何?!?
って人は別記事で詳しく説明してるから見てみてね!

キャラクター紹介

●どっと.ゼブラ
このブログで唯一まともである。
こいつだけがどっとであるのは言うまでない。
ドット絵を作成するのが面倒になったからである。

このブログで勉強を担当してるよ。
なぜどっとなのかというと、それは完全に思い付き。
ご愁傷さまだね!

●ダラ
最強に口が悪いが、意外と勉強熱心な謎の人物。
いつもどっと.ゼブラに勉強を教えてもらっている。
口の悪さは作者を反映しているとか、いないとか。

このブログで勉強をしているダラだ。
実は一番最初に作られたキャラクター俺!
何がモチーフかって?
知るか!そんなもん!

今回分かること

活動電とは何か

活動電位の起き方

脱分極、再分極の言葉の意味

神経は 活動電位 で情報を伝える

活動電位
活動電位

神経が情報を伝えるイメージはこれだよ。
まずはこの流れを頭に入れておいてね。
今回は1つずつ確認してみよう!

活動電位 ってなに???いや、そもそも電位ってなに?

電気的な現象には 電位 が存在してる。
イメージ的には高い、低いの 電気的な位置 がある。
この 位置の高さ を電位って呼んでるよ。
ちなみに電気は高い方から低い方に流れる。
電気の流れはよく水で例えられるけど、水も高いところから低いところに流れるよね。
それと同じだね。

なるほど。
じゃあ活動電位は神経の活動に使われる電気的な位置ってことか。
その位置が上がったり下がったりしてるってこと?

そうだね。
その位置が上がったり下がったりすることが情報の伝導に使われるよ。

でも高さがあるってことは上図にあるみたいに地点Aと地点Bがあるわけだよな?
神経細胞では何が地点Aで地点Bなんだ?

それは 細胞内と細胞外 だよ。
ここの 差(電位差)の変化を活動電位 と呼んでるんだ。
もっというと、細胞外と比べて細胞内の電気的な位置がどう変化してるか。
それを見てる感じだね。

どう変化してるか実際に神経を見てみよう!

活動電位 はどうやって起きる?!?

細胞外と細胞内のイオン

細胞内はカリウムイオンが多くて、細胞外はナトリウムイオンが多い。
この違いがあるから細胞内に活動電位をつくることができるんだ。

それは分かった。
でもイマイチ細胞内外の電気的な差は理解できないなあ。
つまり電位差があるとか無いとかってのはどういうことだ?

例えば細胞内外にイオンが5個ずつあったとしよう。
細胞内はKが多くて、細胞外はNaが多くなってる。
もしこうなってたら+イオンが5個ずつだから電気的な差はない。
つまり電位差はないってことになる。

でもこんな感じで細胞内のK+が2つ出ていったらどうだろう?
細胞外の+イオンは7個、細胞内は3つになった。
そうすると細胞内は細胞外より+イオンが少ないから相対的にマイナスになるよね。
これが電位差ってことになる。

なるほど。
だからイオンのやり取りで電位差ができるのか。

細胞膜にはイオンを通すタンパクがある

細胞内外でイオンのやり取りをするために神経細胞の細胞膜にはイオン通過に関係する4つのタンパクがある。
そしてそれぞれ特徴があるよ。

  • 電位依存性Naチャネル
    通常閉じているが、神経の刺激が来た時に最初に開く。
    細胞外のNaイオンを細胞内に入れる。
  • 電位依存性Kチャネル
    通常閉じているが、神経の刺激が来た時に2番目に開く。
    細胞内のNaイオンを細胞外に出す。
  • K漏出チャネル
    常に開いていて、細胞内のK+を細胞外に出す。
  • Na/K+ ATPase
    ATP(エネルギー)を使ってイオンを運ぶ。
    細胞内のNa+3つを細胞外に、細胞外のK+2つを細胞内に運ぶ。

なんでわざわざこのタンパクを通すんだ?
サラッとやり取りすればいいじゃないか。

それは厳しい。
ここに書いてあるけど、細胞膜は脂質でできてる。
だから水や水に溶けてる物質は弾くんだ。
だからこの細胞膜に埋まってるタンパクを通すしかない。

活動電位の起き方~静止膜電位~

まず最初に K+漏出チャネル を見ていくよ。
このタンパクが常に開いてることで細胞内のKは細胞外に出ていくことになる。
そうすると細胞内は細胞外より電位が低くなる(マイナスに傾く)。

そもそも何で細胞内から細胞外に行くんだ?
細胞外のが入ってきてもいいんじゃないか?

通常物質のやり取りは 濃度の高い方から低い方に流れる 性質がある。
細胞外は細胞内より濃度が低いから内から外に流れていくんだ。

でもそれヤバくないか?
細胞内のK+全部無くなっちゃうじゃん。

いや、それは無いよ。
細胞内からKが出て細胞内がマイナスになったことで+イオンが細胞内に引き留められる。
+はーに引っ張られるよね?
だからある 一定以上はもう出ていきにくくなる んだ。
この丁度釣り合った状態が通常状態で、「静止膜電位」って呼んでるよ。

活動電位の起き方~脱分極~

刺激が来ることで活動電位が発生する。
まず 電位依存性Naチャネルが開く
そうすると細胞外からNaが細胞内に入ってくる。
大量の+イオンが入ってくるとどんどん細胞外との電気的な差が無くなる。
そしていつしかフラットな状態を超えて細胞内の方が電位が高くなる。
これが 活動電位 だよ。

なるほど。
脱分極”って言葉を聞いたことがあるんだけどそれは何だ?

まず”分極”っていうのは”極が分かれている”ってこと。
この極ってのはS極とかN極とかの”極”。
ここでの極は”+”と”ー”ってことになるね。
普段は細胞内のーと細胞外の+に分かれてる。
つまり ”分極” してる。
活動電位が起きるとそれがゼロに近づいていく。
分極から脱するから ”脱分極” ってことになるんだね。

なるほど!
Naが入ってきて分極しなくなること、つまり活動電位が起きることか。
意味が分かった。

活動電位の起き方~再分極~

次はまた元の状態に戻っていくよ。
これを 再分極 って呼んでる。
電位依存性Naチャネルが開いた後、電位依存性Kチャネルが開く。
そうすると細胞内のK+が細胞外に出ていく。
+イオンが出ていくからまた細胞外よりマイナスになっていく。
こうして通常状態(静止膜電位)に戻っていくんだ。

それだと最終的には細胞内にNaが多くならないか?

その通りだね。
ここでNa+/K+ ATPaseがATP(エネルギー)を使って調整する。
細胞内のNa+3つを細胞外に、細胞外のK+2つを細胞内に。
これによって元の状態に戻るんだ。

たしかにそれなら元に戻るか。
しかも細胞内のNa+を外に出したいから3つも運ぶってことだよな。
じゃあKも3つ運べば早くKを細胞内に戻せるんじゃないのか?

それは知らん!
そうNa3つとK2つにしたかったんだろ。
何か知ってたらむしろ教えてくれ!

今回の参考文献

おわりに

こんかいもまあまあ理解できた。
一回見ただけじゃ完全には理解できないから何回もみるよ。

勉強は何回繰り返せたかで決まるからね。
ぜひ何度も見てみてね。

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