2.4 การทำงานของเซลล์ประสาท
ฮอดจ์กิน (A.L. Hodgkin) และฮักซ์เลย์ (A.F. Huxley)ได้ทดลองวัดค่าความต่างศักย์ ไฟฟ้าในแอกซอนของเซลล์ประสาทหมึก โดยใช้เครื่องมือ ที่เรียกว่า ไมโครอิเล็กโทรด (microelectrode) ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์สามารถวัดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างภายในและภายนอกของเซลล์ประสาทได้ โดยในภาวะปกติ (resting potential) ได้ค่าเป็น -70 มิลลิโวลต์ แต่ในสภาวะที่มีการกระตุ้น (action potential) ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างภายในกับภายนอกจะกลับเป็นบวกและมีค่าประมาณ 40 มิลลิโวลต์ แล้วค่าจะเปลี่ยนกลับมาเป็น -70 มิลลิโวลต์ตามเดิมความต่างศักย์ ระหว่างภายในและภายนอกเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั่วๆ ไปมักอยู่ในช่วง -50 ถึง -100 มิลลิโวลต์
รูปที่ 2-16 การวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างภายนอกและภายในเซลล์ประสาทของหมึก
- จากการศึกษาเยื่อเซลล์ประสาทเป็น ฟอสโฟลิพิดไบเลเยอร์ (phospholipid bilayer) มีคุณสมบัติในการกั้นประจุไฟฟ้า โดยเยื่อหุ้มเซลล์ประสาท มีโปรตีนแทรกอยู่ทั่วไปทำให้เกิดช่องขึ้น ช่องนี้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 4-5 อังสตรอม ภายในและภายนอกเยื่อเซลล์ประสาทมีไอออนของสาร เช่น K+, Na+, Ca2+,Cl-, อยู่ K+ เมื่อรวมตัวกับโมเลกุลของน้ำ (hydrated ion) มีขนาด 4.5 อังสตรอม ส่วน Na+ เมื่อรวมตัวกับโมเลกุลของน้ำ (hydrated ion) มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 7 อังสตรอม
- ขณะที่เซลล์ประสาทพักหรือภาวะปกติ ภายนอกเซลล์มี Na+ และ Cl- อยู่มาก แต่มี K+ น้อย ส่วน ภายในเซลล์มี K+ มาก แต่มี Na+ และ Cl- น้อย เยื่อเซลล์ประสาทมีสมบัติเฉพาะตัวที่ยอมให้ K+ ซึมผ่านได้ดีกว่า Na+ประมาณ 30-50 เท่าเพราะ K+ ที่รวมกับโมเลกุลของน้ำมีขนาดเล็กกว่า Na+ ที่รวมกับโมเลกุลของน้ำ นอกจากนี้ภายในเซลล์มีสารโปรตีนและกรดนิวคลีอิก ซึ่งมีประจุลบ เมื่อรวมประจุทั้งหมดแล้ว ภายนอกเซลล์มีประจุบวกมากกว่าภายในเซลล์ทำให้ค่าออกมาเป็นลบ คือ -70 มิลลิโวลต์ การที่เซลล์สามารถดำรงความเข้มข้นของไอออนที่แตกต่างกันได้ เพราะอาศัยพลังงานจาก ATP ไปดัน Na+ ออกไปนอกเซลล์ทางช่องโซเดียม พร้อมดึง K+ เข้าไปในเซลล์ทางช่องโพแทสเซียม ในอัตราส่วน 3 Na+:2 K+ เรียกกระบวนการนี้ว่า โซเดียมโพแทสเซียมปั๊ม (sodium – potassium pump)
รูปที่ 2-17 การวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างภายนอกและภายในเซลล์ประสาท
ที่มา : Campbell, Williamson, Heyden. Biology Exploring Life. 2004 : 613
รูปที่ 2-18 แสดงโซเดียมโพแทสเซียมปั๊ม
ที่มา : Miller, Levine. Prentice Hall Biology. 2006 : 968
- เมื่อมีสิ่งเร้ามากระตุ้นเซลล์ประสาทในระดับที่เซลล์สามารถตอบสนองได้ จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของศักย์เยื่อเซลล์ คือ ทำให้ช่องโซเดียมเปิด Na+ จึงพรูเข้าไปในเซลล์มากขึ้น ภายในเซลล์จะเป็นลบน้อยลงและมีความเป็นบวกมากขึ้น ความต่างศักย์ที่เยื่อเซลล์จะเปลี่ยนจาก –70 มิลลิโวลต์ เป็น + 50 มิลลิโวลต์ เรียกว่า ดีโพลาไรเซชัน (depolarization)
- เมื่อ Na+ ผ่านเข้าไปในเซลล์สักครู่หนึ่ง ช่องโซเดียมจะปิดขณะที่ช่องโพแทสเซียมจะเปิดทำให้ K+ พรูออกนอกเซลล์ได้ ทำให้เซลล์สูญเสียประจุบวกและภายในเซลล์เปลี่ยนเป็นประจุลบเรียกว่า รีโพลาไรเซชัน (repolarization) ความต่างศักย์จะเปลี่ยนกลับจาก +50 มิลลิโวลต์ เป็น –70 มิลลิโวลต์ กลับสู่สภาพเดิม การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเรียกว่า แอกชันโพเทนเชียล (action potential) หรือ กระแสประสาท (nerve impulse)
รูปที่ 2-19 แสดงการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าขณะที่เซลล์ถูกกระตุ้น
ที่มา : Campbell, Williamson, Heyden. Biology Exploring Life. 2004 : 36
- การนำกระแสประสาท มี 2 ประเภท คือ
1. การนำกระแสประสาทในใยประสาทที่ไม่มีเยื่อหุ้ม ( non – myelinated fiber )
ในช่วงที่เกิดโพลาไรเซชัน ความต่างศักย์ไฟฟ้าบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงประจุ จะแตกต่างกับบริเวณที่อยู่ถัดไป จนเกิดการลดศักย์ไฟฟ้าในบริเวณถัดไปด้วย ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสประสาทในลักษณะที่เรียกว่า คอร์ คอนดัคชัน ( core conduction) กระบวนการเคลื่อนตัวของกระแสประสาทอย่างต่อเนื่องนี้ เกิดที่ใยประสาทที่ไม่มีเยื่อไมอีลินหุ้ม เมื่อเกิดดีโพลาไรเซชันแล้ว ต่อไปจะเกิด รีโพลาไรเซชัน ทำให้เกิดกระแสประสาทหรือแอกชันโพเทนเซียล
รูปที่ 2-20 การเคลื่อนที่ของกระแสประสาทไปตามแอกซอนที่ไม่มีเยื่อไมอีลินหุ้ม
ที่มา : Campbell, Williamson, Heyden. Biology Exploring Life. 2004 : 614
2. การนำกระแสประสาทในใยประสาทที่มีเยื่อหุ้ม ( myelinated fiber ) ในใยประสาทที่มี
เยื่อไมอีลินหุ้มมีการนำกระแสประสาทต่างออกไป เพราะเยื่อไมอีลินทำหน้าที่เป็นฉนวน จึงเป็น ตัวต้านกระแสไฟฟ้าที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ กระแสประสาทจึงไม่สามารถผ่านเยื่อไมอีลินไปได้ การเปลี่ยนแปลงประจุจึงเกิดเฉพาะบริเวณ โนดออฟแรนเวียร์ ทำให้กระแสประสาทเคลื่อนที่จากบริเวณโนดออฟแรนเวียร์หนึ่ง ไปยังโนดออฟแรนเวียร์ ที่อยู่ถัดไปบนแอกซอน จึงเปรียบเหมือน การกระโดดของกระแสประสาทบริเวณโนดออฟแรนเวียร์หนึ่งไปยังโนดออฟแรนเวียร์ที่อยู่ถัดไป จึงเรียกการนำกระแสประสาทแบบนี้ว่า การนำกระแสประสาทแบบกระโดด หรือซัลทาทอรี คอนดักชัน (salutatory conduction)
รูปที่ 2-21 การเคลื่อนที่ของกระแสประสาทไปตามแอกซอนที่มีเยื่อไมอีลินหุ้ม
ที่มา : Campbell, Williamson, Heyden. Biology Exploring Life. 2004 : 615
- การเคลื่อนที่ของกระแสประสาทที่มีเยื่อไมอีลินหุ้มและที่ไม่มีเยื่อไมอีลินหุ้ม แตกต่างกันที่ การเคลื่อนที่ของกระแสประสาทที่มีเยื่อไมอีลินหุ้มเป็นแบบก้าวกระโดด จากโนดออฟแรนเวียร์ ไปยังโนดออฟแรนเวียร์ที่อยู่ถัดไป จึงทำให้เกิดกระแสประสาทเคลื่อนที่ไปบนแอกซอนได้อย่างรวดเร็วกว่า การเคลื่อนที่ของกระแสประสาทบนใยประสาทที่ไม่มีเยื่อไมอีลินหุ้ม เนื่องจาก เป็นการเคลื่อนที่จุดต่อจุดไปเรื่อย ๆ จนถึงปลายแอกซอนอีกด้านหนึ่ง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น